Predikce kroucení konstrukčních prvků při vysychání na základě měření točitosti smrkové kulatiny

Miroslav Kotmel

Master's thesis

Prediction of twisting structural elements during drying based on measured spiral grain of spruce logs

Abstract:

Práce se zabývá predikcí kroucení pilařských výřezů (trámů) na základě měření točitosti pod kůrou pomocí přístroje Fakopp při výběru smrkových stromů. Na základě měření přístrojem využívajícím princip rychlosti šíření zvukových vln byly vytvořeny závislosti na skutečné točitosti měřené na kulatině pomocí črtáku a na kroucení pilařských výřezů po přirozeném vysušení. Točitost pro účely experimentu byla měřena na vybraných 22 stromech smrku ztepilého (Picea abies (L.) H. Karst.) z nichž bylo nařezáno 39 kusů 6 m výřezů kulatiny, které se dále dělí na 22 kusů 6 m výřezů ze spodní části stromu 0–6 m výšky stromu a 17 kusů 6 m výřezů z následující výšky stromu 6–12 m. Z 6 m výřezů kulatiny bylo na pásové pilo vyřezáno celkem 30 trámů profilu 200×250 mm, z toho 19 trámů z výšky stromu 0–6 m a 11 trámů z výšky 6–12 m. Cílem bylo ověřit hypotézu, že měření přístrojem využívajícím princip rychlosti šíření zvukových vln je možné predikovat skutečnou točitost kulatiny a konstrukčních prvků. Z výsledků práce je patrné, že lze predikovat závislost rozdílu rychlostí šíření zvukových vln a odklonu vláken na vzniku kroucení pilařských výřezů s vysokou mírou pravděpodobnosti. Dle mezinárodní pilařské praxe se točitost do 5 cm/m délky kulatiny nepovažuje za chybu. Je však velice důležité, jakým směrem se pilařským výřezům (trámům) odklání vlákna. V případě, kdy se jedná o levosměrnou točitost na obvodu kulatiny, se výsledná točitost po opracování kulatiny a následném vysušení zvětšuje na více levotočivou točitost. Naopak pravosměrná točitost se se stejnými procesy opracování kulatiny zmenšuje. Přestože byl u některých 6 m výřezů kulatiny naměřen levosměrný odklon vláken do 5 cm/m, výsledná točitost opracovaných prvků dosahuje výraznější levosměrné odklony vláken, jenž významným způsobem ovlivňují kroucení pilařských výřezů (trámů) při vysychání. Na druhou stranu trámy, které byly nařezány z pravotočivé kulatiny s odklonem vláken do 5 cm/m, se po vysušení staly netočitými, díky tomu nedošlo při vysychání k znehodnocení kroucením. Tento fenomén byl v této práci potvrzen. Díky ověřeným závislostem by bylo možné metodu měření pomocí přístroje Fakopp 1D ArborSonic Microsecond Timer implementovat do třídících postupů při výběru kulatiny, minimálně pro specializované výrobky jako je konstrukční dřevo pro opravy památek, hudební nástroje atd. Celá práce byla doplněna přehledným grafickým a tabulkovým zpracováním, dále byla k práci vytvořena podrobná fotodokumentace jednotlivých kroků měření a měřeného materiálu.

Abstract:

The diploma thesis deals with the prediction of twisting of sawn cuts (beams) based on measurements of spiral grain under the bark using the Fakopp device when the spruce trees are selecting. Dependencies on actual spiral grain measured on the round timber using a spiral grain detector and on the twisting of sawn timber after natural drying were created based on measurements by a device that utilizes the principle of sound wave propagation. Spiral grain for the experiment was measured on selected 22 trees of Norway spruce (Picea abies (L.) H. Karst.), from which 39 pieces of 6 m logs were sawn, which were further divided into 22 pieces of 6 m logs from the lower part of the tree, 0–6 m in height, and 17 pieces of 6 m logs from the following height of the tree, 6–12 m. A total of 30 beams with a profile of 200×250 mm were cut from the 6 m logs using a band saw, including 19 beams from the height of 0–6 m and 11 beams from the height of 6–12 m. The aim was to verify the hypothesis that the measurement using a device utilizing the principle of sound wave propagation can predict the actual spiral grain of sawn logs and timber structural elements. The results of the study show that it is possible to predict the relationship between the difference in sound wave propagation velocity and the deviation of wood grains in the creation of twisted timbers, with a high degree of probability. According to international sawmill practice, spiral grain up to 5 cm/m of sawn logs length is not considered as an error. However, it is crucial in which direction the spiral grain deviate in the sawn cuts (beams). In the case of left-handed spiral grain on the circumference of the log, the resulting spiral grain increases to a more left-handed spiral grain after processing and subsequent drying of the sawn cuts (beams). Conversely, right-handed spiral grain decreases with the same processes of processing the log. Although left-handed spiral grain up to 5 cm/m was measured in some 6 m logs, the resulting spiral grain of processed structural elements reaches significantly more lefthanded spiral grain, which significantly affect the twisting of sawn cuts (beams) during drying. On the other hand, beams that were cut from right-handed logs with spiral grain up to 5 cm/m became untwisted after drying, avoiding devaluation caused by twisting during drying. This phenomenon was confirmed in this study. Thanks to the verified dependencies, the measurement method using the Fakopp 1D ArborSonic Microsecond Timer device could be implemented into sorting procedures for log selection, at least for specialized products such as structural timber for monument repairs, musical instruments, etc. The entire diploma thesis was complemented by clear graphical and tabular processing and detailed photo documentation of individual measurement steps and measured material.

Keywords

Dřevo, smrk, kulatina, trám, točitost, kroucení

Keywords

Wood, spruce, log, beam, spiral grain, twist

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 8. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 25. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Michal Kloiber, Ph.D.
• Reader: Jiří Kunecký, Bc., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Master programme:
Timber Constructures and Structures Based on Wood