способ испытания древесных растений

Формула изобретения

1. Способ испытания древесных растений, содержащий внедрение стержня при постоянной силе воздействия на него, измерение глубины внедрения стержня, определение свойств древесины, отличающийся тем, что на молодом дереве и его вегетативных элементах или молодых ветвях и корнях дерева внедрение в древесину осуществляют подпружиненным стержнем с плоской торцевой поверхностью при многократном воздействии на него постоянной силой, после каждого воздействия в виде удара выполняют замеры увеличения глубины внедрения стержня, а по числу ударов для заглубления на заданную глубину судят о свойствах древесного растения, причем испытания выполняют в вегетационный период, а свойства древесного растения оценивают по нескольким замерам в ходе сезонного роста и развития древесного растения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внедрение выполняют цилиндрическим стержнем, причем в зависимости от снижения плотности испытуемых частей древесного растения применяют стержни диаметром 0,5 - 2,0 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что внедрение выполняют стержнем овальной или прямоугольной формы, стороны которых относятся как свойства древесины в продольном или поперечном направлениях.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытание начинают со снятия участка коры около места внедрения стержня.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при испытании тонкой ветви или корня дерева с противоположной стороны от стержня прижимают ветвь или корень дерева упором для противодействия силе внедрения стержня.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лесной отрасли и может быть использовано при экологическом мониторинге территорий с расположенными на них молодыми деревьями и кустарником, например, при оценке экологических последствий от загрязнения окружающей среды. Изобретение может быть использовано также при технологическом мониторинге в лесном хозяйстве за ходом роста и развития посадок леса.

Известен способ испытания материала микропенетрометром, например типа МВ-2 (см. книгу: Бондарик Г.К., Комаров И.С., Ферронский В.И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. - М.: Недра, 1967. - С.185, рис.60), включающий измерение глубины погружения подпружиненного конуса высотой 25 мм с углом при вершине 30 градусов и натяжением пружины от 0,55 до 2,55 кг (5,5-25,5 Н), что позволяет непосредственно определять силу сопротивления материала проникновению конуса.

Недостатком является сложность графика изменения силы заглубления конуса в древесину слоистого строения. Кроме того, свежая живая древесина имеет высокую влажность в заболони ствола, веток и корней (до 240 и более процентов), поэтому конусный пенетрометр на дает различий в малых значениях ширины годичных слоев.

Известен также способ испытания древесины, основанный на различии глубины внедрения (погружения) в древесину стержня с коническим наконечником при одинаковом контрольном усилии на него, причем по значению глубины погружения стержня судят о свойствах (качестве) древесины (Леонов Л.В. Технологические измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности. - М.: Лесная промышленность, 1984. - С.76-81).

Недостатком является однократное погружение стержня, что требует значительных усилий и не позволяет судить о свойствах древесины в ходе процесса погружения. При этом испытание проводится в камеральных условиях.

Технический результат - упрощение процесса испытания древесины древесного растения в вегетационный период в полевых условиях.

Этот технический результат достигается тем, что на молодом дереве и его вегетативных элементах, или молодых ветвях и корнях дерева, внедрение в древесину осуществляют подпружиненным стержнем с плоской торцевой поверхностью при многократном воздействии на него постоянной силой, после каждого воздействия в виде удара выполняют замеры увеличения глубины внедрения стержня, а по числу ударов для

заглубления на заданную глубину судят о свойствах древесного растения, причем испытания выполняют в вегетационный период, а свойства древесного растения оценивают по нескольким замерам в ходе сезонного роста и развития древесного растения.

Внедрение выполняют цилиндрическим стержнем, причем в зависимости от снижения плотности испытываемых частей древесного растения применяют стержни диаметром от 0,5 до 2,0 мм.

Внедрение выполняют стержнем овальной формы или прямоугольной формы, стороны которых соотносятся как свойства древесины в продольном и поперечном направлении анизотропии.

Испытание древесного растения начинают со снятия участка коры около места внедрения стержня.

При испытании тонкой ветви или корня деревца с противоположной стороны от стержня прижимают ветвь или корень дерева упором для противодействия силе внедрения стержня.

Сущность технического решения заключается в том, что действие плоского круглого (проще в изготовлении), овального (овал по отношению прочности вдоль и поперек волокон) или прямоугольного (отношение сторон соответствует пропорции сил среза вдоль и поперек волокон) стрежня выполняется при постоянном усилии проникания, задаваемого, например, регулируемой пружиной. При этом теория плоского штампа может быть применена для объяснения напряженного состояния в зоне взаимодействия плоского торца стержня с волокнами древесины.

В связи с этим техническое решение обладает существенными отличительными признаками, новизной, положительным эффектом и перспективой практического применения в лесном хозяйстве и инженерной экологии при мониторинге территорий с лесными насаждениями.

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

На фиг.1 показана схема заглубления цилиндрического стержня микропенетрометра в заболонь древесного растения при местном удалении коры; на фиг.2 - то же при испытании более прочной древесины; на фиг.3 - схема деформации коры (первый удар) и древесины после второго ударного импульса пенетрометра; на фиг.4 - схема микропенетрации ствола деревца; на фиг.5 - схема микропенетрации нескольких ветвей кустарника; на фиг.6 - схема микропенетрации корня растущего деревца; на фиг.7 - схема проникания тонкого цилиндра с плоским штампом в заболонную древесину с корой в нижней части ствола деревца; на фиг.8 - схема подпора ветки деревца при микропенетрации.

Способ испытания древесных растений, например, для ствола молодого деревца включает в себя следующие действия.

Цилиндрический стержень 1 проникает в древесину 2 на определенную глубину h за несколько ударов, зависящую от физико-механических свойств годичных слоев, находящихся около коры 3. В этом случае осенью подвергается микропенетрации годичный слой прошедшего вегетационного периода, а весной - прошлогоднего слоя. При этом значение h отсчитывается на корпусе микропенетрометра 4. После многих ударных воздействий стержнем микропенетрометра определенной формы (цилиндр, овал, прямоугольник, ромб и пр.) и различного диаметра (от 0,5 мм до 2,0 мм) появляется общая картина пространственного изменения свойств заболонной древесины растущего деревца или его вегетационного органа (ветви или корня). В принципе возможно испытание этим же пенетрометром плодов дерева, а также листьев и хвои.

Перед испытанием снимают в коре небольшой участок, а затем приставляют микропенетрометр к испытуемому месту. После взвода пружины отпускают его и стержень проникает на некоторую глубину h в заболонную древесину. При испытании без снятия участка коры после первого удара выполняют, заводя пружину до заданного усилия, второй ударный импульс и замеряют разницу высот h. Из схемы на фиг.3 видно, что эта доля высоты относится ко второму годичному слою. Поэтому таким повторным импульсным ударом можно изучать каждый годичный слой, в том числе самый первый после коры. Причем можно изучать также процесс наращивания годичного слоя в ходе вегетационного периода.

На стволе деревца ударное испытание можно проводить на высоте 1,3 м (фиг.4), что позволяет сопоставить с данными лесной таксации, например, с диаметром ствола. А на ветках и корнях деревца выполняются аналогичные действия. Это позволяет сопоставлять по значениям h и h различные органы растущего дерева, в том числе и старого дерева по его молодым ветвям и корням и годичным побегам.

Для тонких ветвей и корней с противоположной стороны применяется упор 5, который позволяет произвести заглубление без отгиба в сторону тонких частей дерева.

Диаметр штампа принимается таким, чтобы образовались кратные значения площади плоской торцовой поверхности по формуле S=3,14156d²/4=0,78539d ². Откуда получаем формулу

для расчетов диаметра штампа.

В испытаниях прочности свежей древесины в камбиальном слое наименьшим диаметром может оказаться даже диаметр иглы от швейной машины.

Ряд значений площади и диаметра будет таким: 1) площадь штампа 0,2 мм ² при диаметре 0,5 мм; 2) 0,5 мм² при диаметре 0,8 мм; 3) 1,0 мм² при диаметре 1,13 мм; 4) 1,5 мм ² при диаметре 1,38 мм; 5) 2,0 мм² при диаметре 1,60 мм; 6) 3,14 мм² при диаметре 2,0 мм. Этих шести типоразмеров вполне достаточно, чтобы изготовить сменные цилиндрические штампы для стержней микропенетрометров. Для плодов и листьев возможно принять и очень малые сечения: а) 0,1 мм ² при диаметре 0,36 мм; б) 0,05 мм² при диаметре 0,20 мм для иглы с плоским торцом. В последнем случае при предельной прочности плодов и листьев 2 МПа (20 кг/см²) получим необходимую силу пружины всего 20 кг/см²· 0,0005 см²=0,01 кг.

Для древесины при предельной прочности на смятие поперек волокон у граба в 150 кг/см² получим необходимое усилие 0,002× 150=0,3 кг микропенетрации штампом диаметром в 0,5 мм и 0,0005× 150=0,075 кг для диаметре стержня 0,20 мм. Это означает, что микропенетрометры для древесных растений могут иметь размеры авторучки с относительно слабыми пружинами.

Глубина проникания стержня в древесину чаще всего достаточна до 7-10 мм.

Распределение удельной нагрузки является наиболее простым, как известно из сопротивления материалов, для плоского штампа. Это позволяет, при изготовлении высокоточных микропенетрометров для древесины, получать хорошие экспериментальные данные для последующей статистической обработки данных испытаний с целью формирования выводов и рекомендаций об экологической обстановке территории и о качестве древесины растущих молодых деревьев и побегов старых деревьев.

Способ испытания древесных растений реализуется, например, на стволе деревца, следующим образом.

Выбирается дерево и место для испытания на нем. После этого взводят пружину и приставляют микропенетрометр 4 к стволу дерева. Затем выполняют удар стержнем 1 по коре, измеряя глубину проникания h. A второй раз измеряют приращение глубины h. В этом случае испытывается кора и заболонная часть древесины ствола. Возможны и другие сочетания действий, например, с удалением участка коры около места испытания и испытание последнего к коре годичного слоя. Затем испытание повторяют в другое время года, регистрируя дату и время (часы) испытания.

При испытании ветви одной рукой держат пенетрометр, а другой - придерживают ветку с помощью упора 5 с противоположной от пенетрометра стороны. Это позволяет испытывать очень гибкие ветки и корни. По мере удаления от корневой шейки к вершинам веток определяют изменение свойств древесины коры и прикоровой древесины.

Предлагаемый способ является простым по исполнению с использованием микропенетрометров (у которых диаметр стержней изменяется в пределах 0,5-2 мм, а торец стержня изготовляется плоским) для экологического испытания территорий на основе анализа глубины заглубления плоского стержня-штампа в кору или заболонь, а также многократных ударных испытаний коры и заболони древесного растения.