专利名称：一种提高木材硬度和强度的压缩方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及提高木材硬度和强度的压缩方法及设备，尤其是能对所采伐的原木进行加工以提高其硬度，从而提高木制品质量的压缩方法及设备。
通常，为防止木制品由于其内部引起的变形，如裂缝和扭曲等，木材中所含的水份必须在处理原木时最大限度地去除。
然而，已有技术的木材处理方法使用自然干燥法和人工干燥法来减少木材中所含水份的百分率，但是，这些方法需要较长的时间使木材干燥，因此，导致制品成本的增加。
采伐时的木材是在生长过程中，所采伐的木材在其纤维中含有大量的水份，含水份的纤维是以连续分布状态贮存细小的水份的。
在最大限度地干燥木材中所含水份的情况下，由于水份的存贮处变成空的，因此，纤维的密度下降，所以，出现材料硬度降低的问题。
由于木材的这种特性，木制品的硬度和耐久性可能减弱，因此，最好是木材具有较低的水份百分率和较高的密度。
本发明的目的在于提供一种能提高木材的硬度和强度的压缩方法及设备，可以节约处理时间，同时提高木制品的质量和耐久性。
本发明的目的是这样实现的一种提高木材硬度和强度的压缩方法，主要内容是把标准化的原木一端插入压力成形模具的园柱形成形模内，另一端固定在带凸轮的夹盘上，通过活塞施加一定的轴向压力，将木材往成形模内挤压，通过具有凸轮滑槽的凸轮导向装置与凸轮的配合使木材产生交替的转动，同时，装在双向成形模上部且与垂直轴成一给定倾斜角度的超声波发生装置产生的声振动经超声波聚能装置，施加到木材上，木材通过压力成形模具和成形模时，树汁被挤出、木材的纤维被压缩。
一种提高木材硬度和强度的压缩设备，其主要结构是带有若干孔的园柱形管状压力成形模具倾斜地装在成形装置主体的上部，园柱形成形模装在压力成形模具的前面，标准化的原木插在成形模的开口内，超声波发生器装在成形模的上部，超声波聚能器装在超声波发生器的下部，稍稍倾斜地对着木材轴向的一侧，活塞相应地装在压力成形模具和成形模的0-0’轴线上，在油压活塞的前端，设有能夹持原木的带凸轮的夹盘，固定在原木的轴线方向的凸轮导向器设在夹盘的一例，凸轮导向器内设有可与凸轮相配合的使原木能进行交替转动的凸轮滑槽。
本发明由于木材中含的水份可以通过一种特殊的挤压加工处理方法均匀地去除，无需使用已有技术来干燥所采伐的原木，大大地节约处理时间；由于木材的纤维规则地收缩，不会由此产生变形，均匀增加木材的密度，提高了木材的质量；由于能不受木材缺陷的影响，去除变形，如裂缝和扭曲，可以防止木材资源的浪费。
下面结合附图所示的实施例详细说明本发明的方法和所用装置。
图1是依据本发明提出的一个实施例所用装置的剖视图；图2是图1的纵向剖视图；图3是图2的透视图；图4是主要部件的放大图；图1中，一个具有高抗压强度的园柱形管状压力成形模具2，如铁管，倾斜地装在成形装置主体1的上部，由此保持一个固定的倾斜度θ，用于把树汁引入下面部份的多个孔2a，它们贯穿在压力成形模具2的主表面上，用于接收树汁的接收盘14装在压力成形模具2的下方。
一个园柱形压力成形模3(以后称形状成形模)，装在压力成形模具2的前面，原木插在所述的成形模3内，一个超声波发生器15装在成形模3的上部，而超声波聚能器16装在超声波发生器15的下部，以便能稍稍倾斜地对着木材10轴向的一侧。
待处理的木材10置于成形模3的开口侧，在其后面，一个油压活塞4相应地装在压力成形模具2和成形模3的0-0’轴线上，在油压活塞4的前端，一个能夹持木材10的夹盘6用垫片7和螺栓8安装固定，以便在左右转动时由夹爪9夹持住木材10。
一个固定在木材10的轴线方向的凸轮导向器13设在夹盘6的一侧，而凸轮导向器13内设有凸轮滑槽12，装在夹盘6两侧的凸轮(凸杆)11稍稍导入凸轮滑槽12(如图4)，由此，木材10当顺时针和逆时针交替转动时强迫地插入压力成形模具2内，亦即，在推入成形模3时实现扭转运动。
下面用本发明的前述结构详细说明使原木纤维变硬的方法步骤。
本发明使用的木材包括采伐后未干燥的木材，同样还包括刚采伐的木材。但是，长时间没有干燥处理过的木材，例如，松木、柳木和白杨木等都作为本发明无效的木材。
按照本发明，将被处理的木材10装载到成形模3的开口的管内，木材10的前端可以插入其内，而木材的另一端通过装在成形模具2轴线上的夹盘6的夹爪9夹持，同时活塞4在其端面上施加一定的压力。由于装在夹盘一侧的凸轮11当活塞4向前推动时被导入凸轮滑槽12中，木材10交替地顺时针和逆时针转动，亦即，实现扭转运动。
与此同时，由超声波发生器15产生的声振动经超声波聚能器16三维地施加到木材10上。
由于超声波聚能器16和双向的成形模3不是连接在同一轴线上，而是倾斜连接(如图2,A′A′,AA)，超声波发生器15产生的超声振动V分成立体声的声振动V1,V2和V3，而V1是按成形模3的轴向传送，V2按垂直于成形模3的轴向传送(径向)，而V3按成形模3圆周的切线方向传送(如图3)传送到成形模3的立体声声振动V1、V2和V3的特征在于按垂直方向传送到成形模3的声波波长比成形模3的表面大小长。
通过如上结构的装置，装载在成形模3的木材10，在成形模3的轴线方向受到来自活塞4的一定压力和立体声的声振动V1、V2和V3的作用而收缩，因此，当受到与成形模3的开口形状相应的压力作用时进入压力成形模具2中，由此获得在其整个体积上的均匀的硬度和强度。轴向的恒压和传送到超声聚能器16、成形模3的立体声的声振动V1、V2和V3同时在轴向上、径向上和切向上施加到木材10的整个体积上，使纤维的密度和强度产生微小变化，但没有破坏木材的结构。
因此，恒压和立体声的声振动使含水份的细缝(biretta)和小孔压缩变窄，从而使水份从中被挤出，即木材10的树汁，由此，使木材10变硬，但不会改变木材10的结构。
如果只是压缩木材10，而不施加交替的转动和立体声的声振动，由于与压力成形模具2的内壁摩擦而引起的摩擦力使木材10传送困难，且必须在成形模3的轴向上施加较高的恒压，这样，木材10的结构有可能被破坏，且木材的材质也由于在木材10内产生的应力而受到影响。
然而，按照本发明，因为长木材10是伴随立体声的声振动传送受压缩的，立体声的声振动传送到木材10上，而在压力成形模具2的摩擦力实际上已被降低，同时，当木材10线性地输送时，通过凸轮导向器13内的凸轮滑槽12自然地产生交替的转动力，这样，与压力成形模具2的摩擦由于声振动、恒压和交替的转动力而降低，木材10平稳地插入。因此，木材10可以用较小的压力压缩，并且，木材10可以在其整个体积内均匀地保持高密度，而不会损坏。换言之，由于转动振动施加到木材上的应力具有交替的振动效果，因此，在处理木材10时很容易从木材中挤出水份，以便使木材保持均匀的密度和硬度，而不会变形。
超声波聚能装置16的幅射表面设在成形模3的开口处，在该位置，木材10以最大的聚集声能插入成形模3的开口，获得最有效的处理，同时，处于最经济地保持传送声波波长的状态。
如上所述，活塞4的恒压按木材10的轴向施加到在成形模3内的木材10上时，由凸轮11和凸轮导向器13产生的交替转动力也施加到木材10上，与此同时，超声波发生器15产生的单向声振动V被聚集到超声波聚能器16上，而立体声的声振动V1、V2和V3通过成形模3传送到木材10上。木材10被传送到压力成形模具2时，被压缩成与成形模3(压力成形模具2)相同的形状，由此被压缩处理。经上述方法处理的木材可以作为具有均匀密度和硬度的高质量木材使用。
按照本发明，木材中含的水份可以在压缩处理时通过压力成形模具2的孔2a流出，这样，从木材中挤出的水份可以通过特殊处理作为保健饮料使用。
因此，本发明的压缩方法还可以通过应用水份挤压抽取装置获得生产保健饮料的附加经济效益。
实施例1用杨木(直径61m/m，长500m/m，密度0.42克/公分3的半成品木料插入具有直径为54m/m的成形装置的园锥形孔内，当声波波长传送到超声波聚能器时，通过活塞4以每秒6m/m的速度施加4900公斤的恒压。与此同时，半成品木料如前所述往返转动，第一次转角设定为0.9°，当半成品木料进入成形装置时，设定为0.2°，交替转动速度设定为0.12/秒=360÷12/秒。
作为压缩处理后的干燥制品，木制品的密度增加1.5倍，直径变为53m/m，耐久性增加二倍，密度增加1.8倍。
通过X光摄影，证明木材的结构均匀地受到压缩。
从外皮到中心的密度差为8％到10％，对于长木材，可以取得更好的结果。
其间，在没有施加交替转动压缩木材的情况下，恒压必须设定为7000公斤，活塞速度必须设为3m/m/秒，才能使木制品密度增加1.5倍。
因此，证明声振动和交替转动在木材压缩处理中是非常有效的要素。
在强制压缩木材10的处理过程中，声振动通过加速分子运动，使木材的结构密实，提高木材10的压缩效果。如果声振动施加到木材的分子结构上，木材的分子运动加速，如果由活塞4产生的恒压和交替转动力施加到压力成形模具2上，在木材结构中最易碎的是含水份的细缝(birettes)，孔最容易收缩，由此，水份被强迫地挤出，由水份占据的细缝的体积收缩。这样，木材10可以很容易地压缩。
特别是，按照本发明，超声波不是施加到木材10的中心部位，而是通过双向成形模3倾斜地传送到木材上，因此，它具有均匀地把声振动传送到木材结构中并获得均匀收缩的密度的优越性。
通过本发明，因为木材采伐后立即处理，不需要长时间的干燥处理，因此本发明具有生产木制品方面的经济效益。特别是本发明具有不受缺陷，如裂隙、扭曲和变形的影响生产木制品的优越性，因此，除了建筑材料或制作家具上应用外，它还可以应用到其它不同领域。
权利要求
1．一种提高木材硬度和强度的压缩方法，其特征在于把标准化的原木一端插入压力成形模具的园柱形成形模内，另一端固定在带凸轮的夹盘上，通过活塞施加一定的轴向压力，将木材往成形模内挤压，通过具有凸轮滑槽的凸轮导向装置与凸轮的配合使木材产生交替的转动，同时，装在双向成形模上部且与垂直轴成一给定倾斜角度的超声波发生装置产生的声振动经超声波聚能装置，施加到木材上，木材通过压力成形模具和成形模时，树汁被挤出、木材的纤维被压缩。
2．一种提高木材硬度和强度的压缩设备，其特征在于带有若干孔的园柱形管状压力成形模具倾斜地装在成形装置主体的上部，园柱形成形模装在压力成形模具的前面，标准化的原木插在成形模的开口内，超声波发生器装在成形模的上部，超声波聚能器装在超声波发生器的下部，稍稍倾斜地对着木材轴向的一侧，活塞相应地装在压力成形模具和成形模的0-0’轴线上，在油压活塞的前端，设有能夹持原木的带凸轮的夹盘，固定在原木的轴线方向的凸轮导向器设在夹盘的一侧，凸轮导向器内设有可与凸轮相配合的使原木能进行交替转动的凸轮滑槽。
全文摘要
本发明涉及一种提高木材硬度和强度的压缩方法及设备,把标准化的原木一端插入压力成形模具内,另一端固定在带凸轮的夹盘上,通过活塞施加轴向压力,将木材往成形模内挤压,通过具有凸轮滑槽的凸轮导向装置与凸轮的配合使木材产生交替的转动,装在双向成形模上部的超声波发生装置产生的声振动经超声波聚能装置,施加到木材上,通过压力成形模具时,树汁被挤出、木材的纤维被压缩。本发明能节约处理时间,均匀提高木材质量,防止木材资源的浪费。
文档编号B27M1/02GK1232737SQ99102858
公开日1999年10月27日 申请日期1999年3月9日 优先权日1998年3月11日
发明者安善泰 申请人:安善泰