Область техники

Изобретение относится к композитным конструкционным элементам, выполненным в виде бруса с прямоугольным сечением, которые могут найти широкое применение при изготовлении большой номенклатуры легких, сборно- разборных конструкций, например, быстро сооружаемых концертных площадок, выставочных и торговых павильонов, строительных конструкций, таких как, навесные потолки, межсекционные перегородки, колонны, а также для изготовления разнообразных предметов мебели, в том числе столов, торговых витрин, стеллажей, стоек для аудио-видео аппаратуры и т.п.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время большая часть конструкционных элементов в виде бруса, используемых в качестве строительного материала для жилых и хозяйственных объектов, а также для изготовления мебели и различных столярных изделий, выполняется из древесины.

Известен цельный брус прямоугольного или квадратного сечения, получаемый в процессе продольной распиловки круглого лесоматериала на типовом промышленном оборудовании, например, обычной пилораме, и используемый при сооружении стен, перегородок, каркасов конструкций помещений и других объектов (А.Н.Пясоцкий. Лесопильное производство. M., 1970, c.431).

Существенным недостатком такого изделия является необходимость использования для его получения брёвен относительно большого диаметра и длины, т.е. лесного массива с достаточным возрастом, а также большой расход исходного лесоматериала на единицу продукции. Известно, что лесные массивы в процессе промышленных разработок, сокращаются быстрее, чем восстанавливаются. Кроме того, непосредственно заготовка лесоматериалов, помимо стоимости воспроизводства лесных массивов, постоянно дорожает в силу различных и многочисленных факторов. В этой связи постоянно ведётся поиск решений, которые позволят значительно сократить использование цельного массива древесины, а также

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

предпринимаются попытки замены натуральной древесины другими конструкционными материалами.

Одним из таких направлений является вовлечение в хозяйственный оборот тонкомерного сырья диаметром 8 - 14 см. По данным научно-производственного центра «Пpoмдpeв» при Хабаровском государственном техническом университете выход пиломатериалов из такого тонкомерного сырья составляет около 50%, а объём тонкомерной низкотоварной древесины в общем объёме лесосечного фонда составляет более 30%. Поэтому технология производства конструкционных элементов из этого, пока мало используемого сырья, является актуальной и получает широкое распространение.

Известен брус, содержащий четыре секторные детали, ориентированные наружными поверхностями внутрь и склеенные между собой по кромкам одинаковой ширины, при этом упомянутые кромки выполнены по сбегу бревна, а смежные детали повернуты относительно друг друга на 180° (Полезная модель РФ JVTs 11751 , МПК 6 В 27 M 3/00, 1999г.).

Данное техническое решение позволяет использовать для изготовления бруса брёвна небольшого диаметра, а также значительные объёмы отходов древесного производства, что в итоге, позволяет существенно сократить потребление брёвен большого диаметра и длины, а, следовательно, и лесного массива в целом.

Вместе с тем, такая конструкция, хотя и обеспечила существенное сокращение используемого сырья, тем не менее, изготавливаемые по такой технологии брусья, не обеспечивают, в ряде случаев, необходимого запаса прочности. Используемый клей в процессе эксплуатации бруса в конструкции стареет, относительная жёсткость соединённых частей бруса уменьшается, что может привести к нарушению прочности конструкции. Кроме того, различные составляющие части такой конструкции бруса, в процессе старения материала, также подвергаются различным деформациям, что в итоге может также привести к нарушению целостности конструкции. Известен также брус, выполненный из отходов древесины следующим образом. Пиломатериал, отобранный для изготовления бруса, подвергают сушке при мягких режимах. Из высушенного материала удаляют пороки строения древесины, недопустимые пороки формы и склеивают заготовки на зубчатые шипы. Склеенные заготовки фрезеруют по пласти на продольно-фрезерном

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

станке, после чего производят раскрой непрерывной ленты на заготовки требуемой длины и выдерживают на подстопном месте. Полученные заготовки склеивают по пласти клеем KБ-3 в брус необходимых размеров, фрезеруют боковые поверхности бруса под углом 90° к их основанию (авторское свидетельство СССР Ш 905087, МПК 3, В 27 M 3/00, В 32 В 21/14, 1980г.).

Использование этого технического решения значительно сокращает расход добротного лесоматериала, однако выполнение бруса в виде цельного массива, утяжеляет конструкционный элемент, и в процессе неравномерного старения материала, брус меняет свою форму, создавая в конструкции дополнительные напряжения.

Известна также технология производства пустотелого строительного бруса из тонкомерной древесины. В соответствии с этой технологией отсортированную по диаметрам и качеству низкотоварную древесину окорковывают, торцуют брёвна в размер, формируют лыски на каждом бревне с четырёх сторон, распиливают бревно продольно на четыре сегмента, в сегментах пропиливают компенсационные канавки, затем сегменты сушат, далее производят нанесение клея, сборку сегментов, склеивание (под прессом), сращивание (на зубчатый шип), раскрой по длине, калибрование, герметизацию швов, упаковку (Лесной комплекс Дальнего Востока, 17.09.2003). Данное решение позволяет использовать и тонкомерную древесину, однако, сам технологический процесс достаточно сложен, длителен и трудоёмок.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является брус, содержащий одинаковые элементы, соединённые по длине в пакет наибольшей по площади плоскостью, при этом внутренние элементы, имеющие длину меньшую, чем внешние элементы, образуют одно или несколько промежуточных пространств, а внутренние элементы соединены с внешними элементами двусторонней гвоздевой пластиной (свидетельство РФ на полезную модель N» 23406, МПК 7 В 27 M 3/00, 2002г.). В данном решении хотя и обеспечивается дальнейшее снижение используемой деловой древесины, тем не менее, она ещё используется в значительных объёмах, а брус, выполненный в соответствии с этим решением достаточно тяжёл и его использование при сооружении лёгких, быстро сооружаемых конструкций достаточно проблематично.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Раскрытие изобретения

Задача, положенная в основу заявляемого изобретения, заключается в создание облегчённого конструкционного элемента в виде бруса, который можно было бы использовать при сооружении быстро монтируемых, сборно-разборных строительных конструкций, например, выставочных павильонов, а также для изготовления предметов мебели, различного назначения.

Технический результат, достигаемый в процессе использования данного изобретения, заключается в существенном снижении расхода деловой древесины, за счёт выполнения бруса, внутренний объём которого заполнен пенистым наполнителем, при этом его прочностные характеристики, не уступают аналогичным характеристикам бруса, выполненного из цельного массива древесины. Задача, положенная в основу заявляемого изобретения, с достижением в процессе реализации заявляемого изобретения упомянутого технического результата, решается тем, что в известном композитном конструкционном элементе, выполненном в виде бруса прямоугольного сечения, имеющего наружные ламели и расположенный между ламелями внутренний слой, выполненный из наполнителя, внешний контур упомянутого композитного конструкционного элемента, образованный наружными ламелями, изготовленными из листового материала, выполнен замкнутым, а внутренний слой выполнен из лёгкого, пенистого наполнителя;

- а также тем, что по всей длине внутреннего слоя выполнен продольный паз, в который помещено средство крепления;

- а также тем, что отношение толщины «m» наружной ламели к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1 :50 до 1 :5;

- а также тем, что отношение глубины «L» упомянутого продольного паза к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1 :6 до 3:4, а отношение толщины «h» паза к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1 : 20 до 1 :5;

- а также тем, что упомянутый композитный конструкционный элемент выполнен квадратного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнен продольный паз, в который помещено средство крепления;

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

- а также тем, что упомянутый композитный конструкционный элемент выполнен прямоугольного сечения, а по всей длине внутреннего слоя выполнено, по крайней мере, два продольных паза, расположенные симметрично относительно продольной оси композитного конструкционного элемента, в каждом из которых помещено средство крепления;

- а также тем, что отношение глубины «L» каждого из упомянутых продольных пазов к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1 :6 до 3:4, а отношение толщины «h» каждого из пазов к толщине «T» внутреннего слоя выбирается из диапазона от 1 :20 до 1 :5; а также тем, что ширина «M», упомянутого композитного конструкционного элемента, выполнена равной двум толщинам «N» композитного конструкционного элемента;

-а также тем, что наружные ламели, образующие внешний контур композитного конструкционного элемента, выполненные из листового материала, закреплены на внешней поверхности внутреннего слоя посредством склеивания;

- а также тем, что в качестве клея использован двухкомпонешный формальдегидный клей; - а также тем, что упомянутое средство крепления выполнено в виде стержня с резьбой, монтируемое посредством стяжных гаек;

- а также тем, что наружные ламели покрыты декоративным, отделочным материалом;

- а также тем, что композитный конструкционный элемент квадратного сечения образован из двух композитных конструкционных элементов прямоугольного сечения, соединённых друг с другом сторонами с наибольшей по площади плоскостью посредством склеивания;

- а также тем, что в качестве лёгкого, пенистого наполнителя использованы газонаполненные пластики на основе полиуретанов, полиэтилена, полистирола, полипропилена, поливинилхлорида или полиуретанов;

- а также тем, что по длине композитного конструкционного элемента выполнен, по крайней мере, один поперечный паз, ориентированный под углом к продольной оси композитного конструкционного элемента;

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

- а также тем, что ширина поперечного паза «K» равна ширине композитного конструкционного элемента «M»;

- а также тем, что отношение глубины поперечного паза «L» к толщине композитного конструкционного элемента «N» находится в диапазоне 0,45-0,55; - а также тем, что в качестве листового материала для изготовления упомянутых ламелей использованы или фанера, или пластики, или деревосодержащие плиты: ДСП, ДВП, МДФ; а также тем, что в качестве декоративного отделочного материала использован или шпон ценных пород дерева, или пленка, или ткань, или кожа, или бумага, или фольга, или грунтовка, или краска, или лак.

Краткое описание фигур чертежей

Изобретение иллюстрировано следующими графическими материалами. На фиг.l показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения; на фиг. 1 а - сечение композитного конструкционного элемента по A-A; на фиг.16 - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг. Ic - композитный конструкционный элемент в изометрии.

На фиг.2 показан композитный конструкционный элемент прямоугольного сечения; на фиг. 2а - сечение композитного конструкционного элемента по A-A; на фиг.2б - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг.2c - композитный конструкционный элемент в изометрии.

На фиг.З показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения, выполненный из двух брусьев прямоугольного сечения; на фиг. За - сечение композитного конструкционного элемента по A-A; на фиг.Зб - сечение композитного конструкционного элемента по B-B; на фиг. Зс - композитный конструкционный элемент в изометрии.

На фиг.4 показан композитный конструкционный элемент квадратного сечения; на фиг. 4а - сечение композитного конструкционного элемента по Б-Б; на фиг.46 - вид композитного конструкционного элемента сверху со стороны поверхности элемента, на которой выполнены поперечные пазы 4, совмещённый с сечением по B-B. На фиг.5 показано сечение композитного конструкционного элемента по A-A. На фиг.6 показан один из возможных примеров сборки из композитных конструкционных элементов в изометрии.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Лучший вариант осуществления изобретения

Внешний контур композитного конструкционного элемента фиг.l, фиг.2 и фиг.5 образован ламелями 1, являющимися армирующими элементами. Ламели изготавливаются из тонкого, листового материала, в качестве которого может быть использована фанера, пластики и тонкие деревосо держащие плиты: ДСП, ДВП, МДФ. С наружной поверхности ламели покрывают отделочным материалом 2: шпоном ценных пород дерева, пленкой, тканью, кожей, бумагой, фольгой, грунтовкой, краской или лаком. Между наружными ламелями 1 расположен внутренний слой, являющийся матрицей, выполненный из лёгкого, пенистого наполнителя 3, в качестве которого можно использовать термопластичные полимеры, например, полиэтилен, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид, полиуретаны, пенополистирол. По всей длине внутреннего слоя выполнен продольный паз 4, в котором размещено средство крепления, которое может быть выполнено, например, в виде стержня 5 с резьбой, монтирующегося стяжными гайками 6.

Композитный конструкционный элемент фиг.З может быть изготовлен из двух брусьев прямоугольного сечения, ширина каждого из которых равна двум толщинам бруса. При склеивании таких брусьев друг с другом, сторонами с наибольшей по площади плоскостью, получают композитный конструкционный элемент с квадратным сечением.

Один из возможных многочисленных вариантов выполнения бруса показан на фиг.4-6. Как следует из графических материалов, он отличается тем, что по длине бруса может быть выполнено необходимое количество поперечных пазов 4, ориентированных под заданным углом к продольной оси бруса. Эти поперечные пазы 4 обеспечивают возможность соединения брусьев между собой в процессе сборки необходимых конструкций.

Композитный конструкционный элемент может быть изготовлен следующим образом: пакет из двух листов фанеры, на внутреннюю сторону пласти которых предварительно нанесен клей, с размещенной между ними заготовкой из пенополистирола, помещают под пресс для склеивания. Полученную таким образом заготовку раскраивают на брусья квадратного или прямоугольного сечения. Затем с одной стороны, не закрытой фанерой, бруса квадратного сечения или с двух сторон, не закрытых фанерой, бруса

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

прямоугольного сечения фрезеруется паз требуемой глубины. При необходимости две заготовки прямоугольного сечения можно склеить друг с другом сторонами с наибольшей по площади плоскостью для получения бруса квадратного сечения двойной толщины. Далее на каждую незакрытую фанерой сторону бруса помещается заготовка из фанеры соответствующей длины и ширины, на внутреннюю сторону пласти которой предварительно нанесен клей. Полученный таким образом пакет помещают под пресс для склеивания. В зависимости от дальнейшего использования в брусе по всей его длине могут быть выполнены поперечные пазы 4 (фиг.4,6) для обеспечения соединения бруса в процессе сборки соответствующих конструкций. Изготовленный брус при необходимости калибруют в точный размер или под декоративную отделку, которая может быть выполнена путем покрытия поверхности шпоном ценных пород дерева, пленкой, тканью, кожей, бумагой, фольгой, грунтовкой, краской или лаком. В процессе изготовления композитного конструкционного элемента обеспечивается выполнение следующих условий:

- отношение толщины «m» наружных ламелей 1 к толщине «T» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1 :50 до 1 :5;

- отношение глубины «L» продольного паза 4 к толщине «T» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1 :6 до 3:4;

- отношение толщины «h» продольного паза 4 к толщине «T» внутреннего слоя 3 находится в диапазоне от 1 :20 до 1 :5.

При выполнении бруса с поперечными пазами по его длине:

- ширина поперечного паза «K» (фиг.4) равна ширине композитного конструкционного элемента «M»;

- отношение глубины поперечного паза «L» (фиг.4) к толщине композитного конструкционного элемента «N» находится в диапазоне 0,45-0,55.

Приведенные соотношения и их оптимальные диапазоны получены экспериментальным путём, а также исходя из того, что при использовании более тонких материалов не обеспечивает требуемых прочностных характеристик бруса, а применение более толстого материала не приводит к увеличению прочностных характеристик бруса при существенном росте веса и стоимости материала.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Промышленная применимость

Композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявляемым техническим решением, представляет собой существенно облегчённую конструкцию, практически исключающую использование деловой древесины, и по своим прочностным характеристикам не уступающую аналогичным брусам, выполненным из древесины. У него отсутствуют внутренние напряжения, возникающие в брусах из дерева в процессе их старения, а также деформации под действием упомянутых напряжений и внешних воздействий окружающей среды.

Кроме того, композитный конструкционный элемент, выполненный в соответствии с заявленным техническим решением, обладает очень низким коэффициентом теплопроводности и звукопроводимости, т.е. может использоваться для тепло- и звукоизоляции. При использовании для изготовления композитного конструкционного элемента влагостойких материалов, можно добиться минимального водопоглощения, не достижимого при использовании деревянного бруса. Заявляемый композитный конструкционный элемент имеет более высокую морозостойкость и может использоваться в конструкциях, подверженных частой смене температурных режимов при сохранении механических и теплоизоляционных свойств. Он также обладает высокой устойчивостью к биологическим воздействиям, таким как плесень, грибок, гниение и т.п.

Применяемые для производства композитного конструкционного элемента материалы являются, в основном, безвредными и безопасными для здоровья человека. Точность геометрических размеров, незначительный вес композитного конструкционного элемента, наличие одного или нескольких поперечных пазов с указанным геометрическими соотношениями, выполненного в соответствии с заявленным техническим решением, позволяет достичь максимальной производительности труда при сборке и монтаже, без применения специальных инструментов и механизмов.

Заявленный композитный конструкционный элемент может серийно изготавливаться в условиях современного производства, с использованием имеющегося стандартного оборудования, современных технологий и материалов.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)