Способ испытания образцов древесины

Способ испытания образцов древесины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к лесной отрасли и может быть использовано при сертификации древесины непосредственно на корню, например в ходе лесозаготовительных работ различными видами рубок, при выполнении лесосечных и лесоскладских работ, а также при сертификации древесного сырья и полуфабрикатов на деревообрабатывающих производствах и хранении круглых, колотых и пиленых лесоматериалов. Изобретение может быть использовано также в экологическом древесиноведении и инженерной экологии при оценке экологического состояния и режима территорий по свойствам древесины растущих деревьев.

Известен способ испытания стандартных образцов древесины прямоугольной формы (например, 20×20×30 мм) из заготовок большего размера, в том числе и длинных (см. ГОСТ 1648321-72. Древесина. Методы отбора образцов для определения физико-механических свойств после технологической обработки. - М.: Изд-во стандартов, 1972, с.1-5; кн.: Леонтьев Н.Л. Техника испытаний древесины. - М.: Лесная пром-сть, 1970, с.46-55).

Недостатком известного способа является трудность и сложность процесса изготовления стандартных образцов для изучения прочностных свойств древесины.

Известен также способ испытания образцов древесины по патенту RU №2144185 С1, кл. G 01 N 33/46, А 01 G 23/00, 2000 г., включающий взятие посредством бура кернов (образцы цилиндрической формы), измерение геометрических и размерных параметров каждого керна, определение поправок по углам наклона керна, изучение строения и свойств древесины, пересчет значений этих свойств с учетом поправок.

Недостатком является также невозможность прямой замены стандартных образцов кернами при испытании древесины на прочность.

Технический результат - упрощение процесса прочностных испытаний древесины с использованием цилиндрических образцов.

Сущность технического решения заключается в том, что стандартные прямоугольные образцы, например 20×20×30 мм или 20×20×300 мм, заменяются на цилиндрические так, чтобы можно было изготовить из последних стандартные образцы. При этом возможны различные варианты: во-первых, изготовить из цилиндрических образцов стандартные без измерения свойств первых; во-вторых, до изготовления стандартных образцов озвучивание ультразвуком для сопоставления с механическими испытаниями стандартных образцов; в третьих, механическое испытание цилиндрических образцов проводить без изготовления из них стандартных прямоугольных образцов, например, при химическом анализе древесины озолением.

Положительный эффект заключается в значительном упрощении технологии изготовления стандартных образцов древесины. При необходимости они изготовляются из цилиндрических образцов, взятых посредством бура из деревьев, ветвей и корней, а также из различных видов лесоматериалов без применения операций валки и распиловки бревен на пиломатериалы. Значительный эффект ожидается при переходе прочностных испытаний от существующих прямоугольных образцов на государственные стандарты испытаний древесины по цилиндрическим образцам, то есть с разработкой новых ГОСТов на способы прочностных испытаний древесины на цилиндрических образцах.

В связи с этим техническое решение обладает существенными отличительными от прототипа признаками, новизной (так как никто до сих пор не пытался применять цилиндрические образцы на сжатие и другие виды прочностных испытаний), положительным эффектом и перспективой быстрого расширенного практического применения (из-за простоты и доступности способа и на растущих деревьях). При этом существенно расширяется область применения способа, включая испытания древесины для инженерной экологии и экологического древесиноведения.

Из анализа научно-технической и обзора патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.

На фиг.1 показана схема перехода от цилиндрического образца к стандартному сечением 20×20 мм; на фиг.2 - взятие цилиндрических образцов (крупных кернов) по четырем геодезическим направлениям на спилах в виде кружков от модельного дерева для изучения свойств древесины вдоль волокон по радиусу ствола; на фиг.3 - то же по окружности годичных колец заболонной древесины; на фиг.4 - сечение А - А на фиг.2; на фиг.5 - схема высверливания крупного керна из периферии ствола дерева; на фиг.6 - схема высверливания крупного керна и раскроя на два цилиндрических образца с ветви или корня дерева; на фиг.7 - схема высверливания керна и цилиндрического образца от центральной доски для испытания на прочность в тангенциальном направлении; на фиг.8 - схема высверливания керна и цилиндрического образца из горбыля для испытания на прочность в радиальном направлении.

Способ испытания образцов древесины, например, взятых из ствола растущего дерева, хлыста или заготовленного бревна, ветви и корня дерева, а также пиломатериалов, включает в себя следующие действия.

На части 1 ствола дерева, хлыста или бревна высверливается посредством бура отверстие 2 с керном 3 цилиндрической формы большего диаметра по сравнению с поперечным размером стандартных образцов прямоугольной формы, например, диаметром 30 мм (при высокой точности отверстия достаточно даже 27 мм). На этом керне длиной не менее длины стандартных образцов, например отпиливанием, изготовляются цилиндрические образцы 4 (показано штриховкой) отрезкой частей от керна, например длиной 30 мм. Затем цилиндрический образец озвучивается ультразвуком и испытывается на прочность, а при необходимости из него изготовляется стандартный образец прямоугольной формы (для сопоставительных испытаний).

На спилах в виде кружков взятие образцов цилиндрической формы (крупных кернов) диаметром 30 мм осуществляют по продольному направлению волокон вдоль радиусов геодезических направлений и вдоль годичных колец, например заболонной древесины.

На ветви или корне берут сквозной образец цилиндрической формы, а из него изготовляют, по крайне мере, два стандартных образца от сечения ветви или корня.

На центральных досках посредством бура берут цилиндрические образцы диаметром 30 мм им для испытания образцов древесины на прочность на сжатие в тангенциальном направлении волокон.

На горбылях цилиндрические образцы берут для испытания на прочность на сжатие в радиальном направлении.

При высверливании цилиндрического образца на сжатие вдоль волокон или тангенциальном направлении годичные слои внутри сечения цилиндрического образца размещают симметрично, ориентируя бур до взятия образца относительно годичных слоев.

Для постепенной замены стандартных образцов прямоугольной формы на цилиндрические для создания новых государственных стандартов проводят сопоставительные испытания и определяют коэффициенты перехода прочностных показателей древесины.

До испытания на прочность цилиндрические и прямоугольные образцы озвучивают ультразвуковым способом, что позволяют накопить статистический материал для перехода на ультразвуковые методы испытания древесины растущих деревьев и заготовок древесины непосредственно в условиях лесозаготовок и деревообработки, а также в условиях инженерной экологии и в экологическом древесиноведении.

Для сопоставления с тонкими кернами (диаметр их колеблется при использовании современных буравов от 4 до 7 мм) цилиндрические образцы на токарном станке обтачивают последовательно на уменьшающиеся диаметры, каждый раз после обточки сечения озвучивая ультразвуком, например по ряду диаметров 30, 25, 20, 15, 10 и 5 мм.

Способ испытания образцов древесины реализуется, например на стволе растущего дерева, следующим образом.

Вначале в лесу выбирают учетное дерево и осматривают его для возможного взятия посредством бура крупного керна. На части 1 дерева высверливают, например полым концевым сверлом с точным размером, например внутренним диаметром 30 мм, отверстие 2 до необходимой глубины, например 40 мм, то есть большим длины стандартного образца 20×20×30 мм.

После изготовления отверстия в него помещают, например, нож и затем нажатием сбоку выкалывают керн 3 (фиг.5) из отверстия. После на специальном пильном устройстве распиливают керн на отрезки, в данном примере отпиливая по концам керна торцы перпендикулярно оси керна. Так образуется цилиндрический образец 4, например, длиной 30 мм.

Цилиндрический образец можно испытать при той же влажности, которая была у керна внутри ствола дерева. Или же образец высушивается до требуемого значения, например 12 процентов влажности известными способами, а затем подвергается испытанию на сжатие вдоль волокон. Предварительно цилиндрический образец озвучивают в различных направлениях волокон.

Часть цилиндрических образцов подвергается фрезерованию боковых поверхностей для превращения их в стандартные образцы размерами 20×20×30 мм. Эти стандартные образцы до прочностных испытаний также озвучиваются ультразвуком, а затем подвергаются испытанию на сжатие в радиальном направлении.

Предлагаемый способ является простым универсальным для лесной отрасли и инженерной экологии и позволяет эффективно реализовать физико-технологический подход к сквозной сертификации древесины от растущих деревьев и до полуфабрикатов из древесины.

После того, как определены переходные коэффициенты от прочности стандартных образцов к цилиндрическим образцам, отпадет необходимость в изготовлении стандартных образцов и дальнейшие исследования с использованием новых стандартов проводят только на цилиндрических образцах.

1. Способ испытания образцов древесины, включающий взятие с помощью бура образцов цилиндрической формы, отличающийся тем, что образцы цилиндрической формы получают большего диаметра, чем больший поперечный размер стандартных образцов прямоугольной формы для испытаний, которые изготовляют из цилиндрических образцов, а длиной не менее длины стандартных образцов.

2. Способ испытания образцов древесины по п.1, отличающийся тем, что с помощью бура извлекают образцы цилиндрической формы диаметром 30 мм для получения стандартных образцов прямоугольной формы с размерами 20×20×30 мм.

3. Способ испытания образцов по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на спилах в виде кружков взятие образцов цилиндрической формы осуществляют по продольному направлению волокон вдоль радиусов геодезических направлений и вдоль годичных колец, например, заболонной древесины.

4. Способ испытания образцов древесины по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на ветви или корне берут сквозной образец цилиндрической формы, а из него изготовляют, по крайней мере, два стандартных образца от центра сечения ветви или корня.

5. Способ испытания образцов древесины по пп.1 - 3, отличающийся тем, что годичные слои внутри сечения образца цилиндрической формы размещают симметрично.

6. Способ испытания образцов древесины по пп.1 и 2, отличающийся тем, что проводят сопоставительные испытания обоих типов образцов древесины и определяют коэффициенты перехода значений прочностных показателей древесины.

7. Способ испытания образцов древесины по пп.1-6, отличающийся тем, что до испытания на прочность образцы цилиндрической формы, а затем и образцы прямоугольной формы озвучивают ультразвуковым способом.