устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню

Классы МПК:G01N33/46 древесины 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-03-21
публикация патента:

(57) Изобретение относится к области лесной промышленности и предназначено для раннего выявления резонансных свойств древесины на корню. Образец зафиксирован с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором 1,0 между концами ленты 1,0-2,0 мм. Заявленный способ позволяет быстро и точно определить резонансные свойства древесины. 4 ил., 2 табл., 1 пр. устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033

устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033

Формула изобретения

Способ фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, заключающийся в том, что образец зафиксирован в фиксирующем устройстве с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором между концами ленты 1,0-2,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области раннего выявления резонансных свойств древесины на корню для дальнейшего ее целевого выращивания в целях получения высококачественного лесоматериала, для изготовления основной звукоизлучающей детали музыкальных инструментов - деки.

Понятие «резонансная древесина» является комплексным и характеризуется акустической константой излучения звука К, впервые сформулированной акад. Н.Н. Андреевым как производная от динамического модуля Юнга Е дин и плотности материала устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 в следующем соотношении:

устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033

Пороговым значением для категории резонансной древесины является Кустройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 12 м4/кг·с.

Определение плотности древесины устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 производится общепринятыми способами согласно ГОСТ 16483.1 «Древесина. Метод определения плотности» и не представляет больших технических трудностей.

Более сложным процессом является определение показателя Един, хотя для этого имеются несколько способов, а основным является установленный по ГОСТ 16483.31 «Древесина. Резонансный метод определения модулей упругости и сдвига и декремента колебаний».

Сущность метода заключается в возбуждении у образца со свободными концами продольных колебаний основной гармоники и изгибных колебаний второго обертона. Модуль упругости (EW) образцов с влажностью W в момент испытания определяют по частотам резонансных колебаний с точностью до 25 МПа согласно формуле

устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033

где b, h, l - соответственно ширина, высота и длина образца, м (см);

m - масса образца без пластинок, кг;

fпр - резонансная частота продольных колебаний основной гармоники образца, Гц;

устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 - поправка на массу прикрепленных пластинок, равная отношению массы образца с пластинками к массе образца без пластинок и рассчитываемая с погрешностью не более 0,5·10-2.

Недостатком данного способа является то, что он основан на возбуждении и анализе продольных вибраций, для чего потребуются обязательная рубка дерева, отбор материала и изготовление стандартных образцов в виде реек размерами 20×20×300 мм согласно ГОСТ 16483.21. Следовательно, способ помимо большой трудоемкости, сложности и низкой производительности в принципе не может быть применим для неразрушающей диагностики акустического качества древесины на корню.

Известен метод звукового резонанса, конкретнее частотно-амплитудный метод, который является наиболее удобным и точным для определения Един на малых образцах древесины (Х. Линдстрем, П. Харрис, Р. Накада. Методы измерения жесткости молодых деревьев (Lindstrom, H.; Harris, P.; Nakada, R. 2002: Methods for measuring stiffness of young trees. Holz als Roh-und Werkstoff 60: 165-167).

Метод основан на выявлении собственной (резонансной) частоты образца, f, и определении Един с учетом его длины, толщины (радиуса), а также плотности материала.

Для практической реализации метода звукового резонанса имеются специальные технические средства - акустические анализаторы, которые позволяют создавать электромагнитное поле с помощью громкоговорителя (либо обычного, либо пьезокерамического), соответствующего весу (т.е. плотности) и участку поперечного сечения образца, одновременно обнаруживая и фиксируя результирующую вибрацию внутри образца. Спектральные характеристики образца определяются напрямую от резонансных режимов.

Недостатком способа является то, что он основан также на возбуждении и анализе продольных вибраций относительно волокон древесины, а для акустического анализа требуется изготовление цилиндрических образцов путем их выпиливания из стволовой части дерева по междоузлиям, что лишает возможности диагностировать подрост на корню сохранением его жизнеспособности.

Главный недостаток: этот способ позволяет выявить только один показатель древесины, динамический модуль упругости, а резонансные свойства при этом вообще не определяются.

Прототипом является способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню, преимущественно подроста путем определения дендроакустических свойств исследуемого образца в виде черенка длиной 50-65 мм, взятого у подроста с южной стороны от середины боковых веток, исключая последние трехлетние приросты; резонансным способом определяют собственную частоту колебаний отобранных черенков, а посредством персонального компьютера с полнодуплексной звуковой платой в автоматическом режиме получают частотно-амплитудную гистограмму с дальнейшим ее идентифицированием с ранее полученной эталонной гистограммой с учетом плотности и фактической толщины черенка; по результатам идентифицирования с заданной степенью вероятности не ниже 0,95 определяют резонансные свойства подроста (Патент № 2439561, авторы: Федюков В.И, Салдаева Е.Ю, Васенев А.Л. «Способ ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню»).

Недостатком известного способа является то, что при существующем методе консольного типа крепления с тремя прижимными кулачками испытуемый образец древесины из молодых побегов с мягкой тканью, к тому же, не всегда округлой формы, зажимается неравномерно по своей окружной поверхности и, главное, из-за отсутствия фиксатора нагрузки на зажимное устройство при его закручивании практически невозможно установить необходимую силу зажима, при которой достигалась бы стабильность частотно-амплитудных показателей, поэтому в повторных измерениях даже одного и того же образца наблюдается большая вариация значений (Табл.1).

Табл. 1
Частота колебаний одного и того же образца при повторных испытаниях без фиксатора нагрузки, Гц
1 23 456 789 10
117117 116108 117117108 117117108

Технический результат - повышение точности измерений для ранней диагностики резонансных свойств древесины на корню.

Технический результат достигается тем, что способ фиксации образца при дендроакустических испытаниях по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, заключающийся в том, что образец зафиксирован в фиксирующем устройстве с усилием затяжки 1,0 Нм через ленту из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц, проложенную в зоне контактов кулачков зажима, с техническим зазором между концами ленты 1,0-2,0 мм.

Пример фиксации образца поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид установки, на фиг.2 представлена консоль для фиксации образца, на фиг.3 представлен поперечный срез консоли, на фиг.4 представлено изображение ленты из резины

На один конец испытуемого образца (1) в виде черенка длиной 50-65 мм устанавливается слой ленты (2) из резины общего назначения твердостью в пределах 50-60 условных единиц по ГОСТ 263-75; во избежание образования «гармошки» при зажиме ленты ее длину l подбирают так, чтобы оставался технический зазор устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 (3) между концами ленты величиной 1,0-2,0 мм, а сам зазор устанавливается между кулачками зажима (4), при этом минимальный показатель зазора устанавливается при измерении черенков с малым диаметром в пределах 4,0 мм, а максимальный - при d, равном 4,0-8,0 мм; для определения длины ленты пользуются следующей рабочей формулой:

устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033

Толщина ленты в пределах 1,0-1,5 мм, ее ширина соответствует глубине гнезда консоли, куда вертикально вставляется черенок и равномерно по всей его окружности сжимается с помощью фиксирующего устройства и, ориентируясь по показаниям динамометрического ключа, строго на определенную величину усилия затяжки, равную 1,0 Нм.

Так как резиновый фиксатор частично поглощает колебания и, соответственно, понижает собственную частоту образца, полученные благодаря фиксирующему устройству стабильные результаты измерений умножаются на поправочный коэффициент 1,08 и получают истинное значение частоты колебаний испытуемого образца древесины (табл.2).

Табл. 2
устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 Частота колебаний одного и того же образца при повторных испытаниях с устройством для фиксации, Гц
устройство для фиксации образца при дендроакустических испытаниях   по раннему выявлению резонансных свойств древесины на корню, патент № 2523033 12 345 678 910
Частота измеренная с фиксатором108 108108108 108108108 108108108
Частота, с учетом поправочного коэффициента 117117 117117117 117117117 117117

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2523033

patent-2523033.pdf

Класс G01N33/46 древесины 

способ анализа формы комля дерева -  патент 2529167 (27.09.2014)
способ анализа относительного сбега комбля березы на склоне оврага -  патент 2529058 (27.09.2014)
способ ультразвукового испытания технической древесины -  патент 2526648 (27.08.2014)
способ сравнительного испытания древесины -  патент 2522862 (20.07.2014)
способ и устройство для измерения содержания влаги в биологическом материале -  патент 2519066 (10.06.2014)
способ измерения комля древесного растения -  патент 2495418 (10.10.2013)
способ анализа ветвей кроны дерева ели -  патент 2495417 (10.10.2013)
способ и устройство определения объема штабеля круглых лесоматериалов, расположенных на автомобиле -  патент 2492477 (10.09.2013)
способ определения химической безопасности древесного композиционного материала -  патент 2492476 (10.09.2013)
способ анализа кроны учетной ели по испытаниям хвоинок годичных веточек -  патент 2489717 (10.08.2013)
Наверх