СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCTION OF TIMBER SPECIMEN

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 и в экологическом древесиноведении и инженерной экологии при оценке экологического состояния и режима территорий по свойствам древесины растущих деревьев.
7
Известен способ испытания древесины по патенту 2247985 РФ МПК G01N 33/46, A01G 23/00, 23/02 (Способ испытания древесины / Мазуркин П.М., Пилягин А.В., Скулкин И.С. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2002133159/12; заявл. 09.12.02; опубл. 10.03.05, Бюл. №7), включающий проникание годичных слоев древесины в радиальном направлении ствола дерева полым трубчатым инструментом с режущей головкой.
Недостатком является разрушение столбика древесины внутри полого проникающего с большим усилием в древесину инструмента, поэтому такой столбик древесины не сможет стать образцом для ультразвуковых, механических и иных физико-механических испытаний.
7
Известен также способ испытания образцов древесины по патенту 2251104 РФ, МПК G01N 33/46, A01G 23/00, 23/02 (Способ испытания образцов древесины / Мазуркин П.М., Колесникова А.А., Болотов В.В. (РФ); заяв. и патентообл. Марийск. гос. тех. ун-т. - №2003103662/12; заявл. 06.02.03; опубл. 10.08.04, Бюл. №12), включающий взятие спилов виде кружков от модельного дерева с отметками о геодезических направлениях для изучения свойств древесины вдоль волокон ствола и по радиусу ствола, высверливание посредством бура продольного керна древесины в виде цилиндрического образца большего диаметра по сравнению с поперечным размером стандартных образцов прямоугольной формы, например диаметром 30 мм.
Недостатком является высокая трудоемкость и низкая производительность изготовления цилиндрических образцов, а также недостаточно высокая точность ориентации высверливаемых цилиндрических образцов относительно друг друга и относительно геодезических направлений развития и роста ствола модельного дерева.
Технический результат - повышение производительности изготовления цилиндрических образцов на одном спиле в виде кружка древесины и точности взаимной их ориентации относительно годичных слоев древесины на спиле в виде кружка.
Этот технический результат достигается тем, что в способе изготовления образцов древесины, включающем взятие спилов виде кружков от модельного дерева с отметками о геодезических направлениях для изучения свойств древесины вдоль волокон и по радиусу ствола, и вырезание цилиндрических образцов, согласно изобретению вначале поверхность спила в виде кружка размечают метками по центрам продольных осей будущих цилиндрических образцов, затем на спил в виде кружка вертикально по меткам устанавливают группу цилиндрических резцов режущей частью вниз, после этого вырезание цилиндрических образцов из спила в виде кружка выполняют одновременно группой цилиндрических резцов.
Спил в виде кружка с установленными на нем цилиндрическими резцами устанавливают на нижнюю плиту кондуктора, а на тыльные концы цилиндрических резцов с фасками укладывают верхнюю плиту кондуктора, при этом при наличии пресса кондуктор с цилиндрическими резцами на спиле в виде кружка размещают для вырезания цилиндрических образцов под плитами пресса, а в лабораторных условиях без пресса кондуктор оснащают, по крайней мере четырьмя болтовыми стяжками для изготовления цилиндрических образцов древесины, завинчиванием гаек болтовых стяжек кондуктора гаечным ключом обеспечивает медленное продольное врезание группы цилиндрических резцов вдоль волокон спила в виде кружка.
Выполняют вырезание цилиндрических образцов диаметром, большим по сравнению с поперечным размером стандартных образцов прямоугольной формы, например диаметром 30 мм.
Толщину спила в виде кружка принимают чуть больше длины стандартного образца, при этом для изготовления в последующем стандартных образцов для испытания древесины на сжатие вдоль волокон толщину спила в виде кружка принимают не менее 40 мм.
Ориентацию центров будущих цилиндрических образцов выполняют относительно годичных колец.
Устройство для изготовления образцов древесины согласно изобретению содержит группу цилиндрических резцов, каждый из которых выполнен из инструментальной стали в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметру вырезаемого цилиндрического образца, один конец которой выполнен в виде резца с односторонней заточкой с внешней стороны втулки, а второй конец - с опорной фаской для взаимодействия с кондуктором.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины под прессом кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения между верхней и нижней квадратными плитами спила в виде кружка с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок и группы резцов, при этом плиты выполнены из древесных материалов, например, в виде плит из клееных брусков древесины, причем нижняя поверхность верхней плиты для повышения долговечности по циклам вырезания цилиндрических образцов древесины при контакте с опорными фасками цилиндрических резцов выполнена из твердых пород древесины.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины в лабораторных условиях вручную без пресса кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения, между верхней и нижней квадратными плитами спила в виде кружка с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок и группы резцов, и по крайней мере четырех болтовых стяжек по углам квадратных плит, при этом каждая болтовая стяжка выполнена в виде болта с гайкой и двух опорных металлических пластин для снижения удельного давления головки болта и натяжной гайки на поверхность квадратных плит из древесины.
Сущность технического решения заключается в том, что вначале вся поверхность спила в виде кружка размечается метками по центрам продольных осей будущих цилиндрических образцов. При этом наилучшим случаем будет ориентация центров будущих цилиндрических образцов относительно годичных колец и геодезических направлений развития и роста ствола дерева. В этом случае будет накапливаться наибольший по экологической и технологической информативности массив результатов испытаний древесины на цилиндрических образцах. Такие данные будут полезными в древоведении и древоводстве, а также в инженерной экологии при оценке экологического состояния и режима территорий по свойствам древесины растущих деревьев. Одновременно эти же данные будут пригодны для сертификации партий древесных заготовок в виде хлыстов, долготья, бревен в виде различных сортиментов и прочих видов древесных заготовок.
Сущность технического решения заключается также в том, что во многих случаях на спилах в виде кружков, взятых из ствола растущего дерева, хлыста или заготовленного бревна, ветви и корня дерева, а также пиломатериалов, в технологических процессах первичной обработки и переработки древесины геодезические направления на древесных заготовках не отмечаются. В этих случаях результаты испытаний древесины на цилиндрических образцах применяются только для сертификации партии древесины, из которой взяты спилы в виде кружков.
Сущность технического решения заключается также и в том, что завинчиванием гаек стяжек кондуктора обеспечивается медленная продольная пенетрация группы цилиндрических резцов вдоль волокон спила в виде кружка, а до резания древесины спила в виде кружка по намеченным меткам расставляются все цилиндрические резцы группы режущей стороной, а на тыльные концы цилиндрических резцов с фасками укладывается верхняя плита кондуктора.
Положительный эффект достигается тем, что толщина спила в виде кружка принимается чуть большей длины стандартного образца. Для повышения точности расположения относительно геодезических направлений следует вырезание всех цилиндрических образцов проводить одновременно по всему периметру спила. При этом, для изготовления в последующем стандартных образцов для испытания древесины на сжатие вдоль волокон, достаточна толщина спила в виде кружка не менее 40 мм.
Положительный эффект достигается также тем, что производительность изготовления цилиндрических образцов древесины повышается значительно даже при ручном прессовании с помощью четырех стяжных болтов при последовательном затягивании четырех гаек. Еще быстрее процесс изготовления будет при наличии пресса. В этом случае стяжные болты между верхней и нижней плитами не устанавливаются.
Новизна технического решения заключается в продольной пенетрации спила в виде кружка группой цилиндрических резцов, расположенных своими продольными осями по меткам на поверхности спила режущей частью вниз. При этом процесс пенетрации выполняется одновременно применением кондуктора с двумя квадратными плитами из древесины под прессом или же вручную, когда по углам квадратных плит в отверстия продеваются болты, а на них надеваются гайки для стягивания плит между собой.
Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.
На фиг.1 приведено фото 16 образцов древесины сосны, уложенных на спиле-кружке от пиловочника и полученных за один прием резания; на фиг.2 - кондуктор с блоком цилиндрических резцов для изготовления образцов древесины; на фиг.3 - два цилиндрические образца древесины и цилиндрический резец; на фиг.4 показан чертеж цилиндрического резца.
Способ изготовления образцов древесины, например, взятых из ствола модельного дерева, включает в себя следующие действия.
Взятие цилиндрических образцов проводится по геодезическим направлениям на спилах в виде кружков, взятых от модельного дерева для изучения свойств древесины вдоль ствола модельного дерева и по радиусам ствола на разных высотах от корневой шейки.
Вначале поверхность спила в виде кружка размечают метками по центрам продольных осей будущих цилиндрических образцов, затем на спил в виде кружка вертикально по меткам устанавливают группу цилиндрических резцов режущей частью вниз, после этого вырезание цилиндрических образцов из спила в виде кружка выполняют одновременно группой цилиндрических резцов.
Спил в виде кружка с установленными на нем цилиндрическими резцами устанавливают на нижнюю плиту кондуктора, а на тыльные концы цилиндрических резцов с фасками укладывают верхнюю плиту кондуктора, при этом при наличии пресса кондуктор с цилиндрическими резцами на спиле в виде кружка размещают для вырезания цилиндрических образцов под плитами пресса, а в лабораторных условиях без пресса кондуктор оснащают по крайней мере четырьмя болтовыми стяжками для изготовления цилиндрических образцов древесины, завинчиванием гаек болтовых стяжек кондуктора гаечным ключом обеспечивают медленное продольное врезание группы цилиндрических резцов вдоль волокон спила в виде кружка.
Выполняют вырезание цилиндрических образцов диаметром, большим по сравнению с поперечным размером стандартных образцов прямоугольной формы, например диаметром 30 мм.
Толщину спила в виде кружка принимают чуть больше длины стандартного образца, при этом для изготовления в последующем стандартных образцов для испытания древесины на сжатие вдоль волокон толщину спила в виде кружка принимают не менее 40 мм.
Ориентацию центров будущих цилиндрических образцов выполняют относительно годичных колец.
Устройство для изготовления образцов древесины согласно изобретению содержит группу цилиндрических резцов, каждый из которых выполнен из инструментальной стали в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметру вырезаемого цилиндрического образца, один конец которой выполнен в виде резца с односторонней заточкой с внешней стороны втулки, а второй конец - с опорной фаской для взаимодействия с кондуктором.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины под прессом кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения, между верхней и нижней квадратными плитами спила в виде кружка с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок и группы резцов, при этом плиты выполнены из древесных материалов, например в виде плит из клееных брусков древесины, причем нижняя поверхность верхней плиты для повышения долговечности по циклам вырезания цилиндрических образцов древесины при контакте с опорными фасками цилиндрических резцов выполнена из твердых пород древесины.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины в лабораторных условиях вручную без пресса кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения, между верхней и нижней квадратными плитами спила в виде кружка с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок и группы резцов, и по крайней мере четырех болтовых стяжек по углам квадратных плит, при этом каждая болтовая стяжка выполнена в виде болта с гайкой и двух опорных металлических пластин для снижения удельного давления головки болта и натяжной гайки на поверхность квадратных плит из древесины.
Для замены стандартных образцов, например на сжатие размерами 20×20×30 мм, на цилиндрические, а также для создания новых государственных стандартов экологической и технологической сертификации, определяют коэффициенты перехода прочностных показателей древесины от стандартных образцов к цилиндрическим образцам.
Способ изготовления образцов древесины, например, взятых из хлыста или заготовленного бревна, спила ветви или корня дерева, а также пиломатериалов в виде брусьев, включает в себя следующие действия.
Из испытуемой древесной заготовки выпиливается спил в виде кружка. Затем спилы хранятся до изготовления из них цилиндрических образцов древесины, при необходимости в термостате для сохранения исходной влажности древесины. Спилы обрабатываются в камеральных условиях.
Вначале поверхность спила в виде кружка размечают метками по центрам продольных осей будущих цилиндрических образцов, затем на спил в виде кружка вертикально по меткам устанавливают группу цилиндрических резцов режущей частью вниз, после этого вырезание цилиндрических образцов из спила в виде кружка выполняют одновременно группой цилиндрических резцов.
Спил в виде кружка с установленными на нем цилиндрическими резцами устанавливают на нижнюю плиту кондуктора, а на тыльные концы цилиндрических резцов с фасками укладывают верхнюю плиту кондуктора, при этом при наличии пресса кондуктор с цилиндрическими резцами на спиле в виде кружка размещают для вырезания цилиндрических образцов под плитами пресса, а в лабораторных условиях без пресса кондуктор оснащают по крайней мере четырьмя болтовыми стяжками для изготовления цилиндрических образцов древесины, завинчиванием гаек болтовых стяжек кондуктора гаечным ключом обеспечивает медленное продольное врезание группы цилиндрических резцов вдоль волокон спила в виде кружка.
Выполняют вырезание цилиндрических образцов диаметром, большим по сравнению с поперечным размером стандартных образцов прямоугольной формы, например диаметром 30 мм.
Толщину спила в виде кружка принимают чуть больше длины стандартного образца, при этом для изготовления в последующем стандартных образцов для испытания древесины на сжатие вдоль волокон толщину спила в виде кружка принимают не менее 40 мм.
Ориентацию центров будущих цилиндрических образцов выполняют относительно годичных колец.
Устройство для изготовления образцов древесины под прессом содержит следующие конструктивные элементы.
Цилиндрический резец выполнен из инструментальной стали в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметру вырезаемого цилиндрического образца, один конец втулки выполнен в виде резца с односторонней заточкой с внешней стороны, а второй конец выполнен с опорной фаской.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины под прессом кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения, между верхней и нижней квадратными плитами, испытуемых спилов в виде кружков с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок, при этом плиты выполнены из древесных материалов, например в виде плит из клееных брусков древесины, причем нижняя поверхность верхней плиты, для повышения долговечности по циклам вырезания цилиндрических образцов древесины при контактах с опорными фасками цилиндрических резцов, выполнена из твердых пород древесины.
Устройство для изготовления образцов древесины вручную содержит следующие конструктивные элементы.
Цилиндрический резец выполнен из инструментальной стали в виде втулки с внутренним диаметром, равным диаметру вырезаемого цилиндрического образца, один конец втулки выполнен в виде резца с односторонней заточкой с внешней стороны, а второй конец выполнен с опорной фаской.
Для вырезания цилиндрических образцов древесины в испытательных условиях вручную без пресса кондуктор выполнен в виде двух квадратных плит с размерами, достаточными для размещения, между верхней и нижней квадратными плитами, испытуемых спилов в виде кружков с наибольшим диаметром из партии древесных заготовок и, по крайней мере, четырех болтовых стяжек по углам квадратных плит, при этом каждая болтовая стяжка выполнена в виде болта с гайкой и двух опорных металлических пластин для снижения удельного давления головки болта и натяжной гайки на поверхность квадратных плит из древесины.
Предлагаемый способ и устройство для его осуществления являются простыми и универсальными для лесной отрасли и инженерной экологии. Они позволяют эффективно реализовать физико-технологический подход к сквозной сертификации древесины от растущих деревьев и до различных полуфабрикатов из древесины.
Переходные коэффициенты от прочности стандартных образцов к цилиндрическим образцам (дополнительно группы образцов древесины до испытания на прочность проходят ультразвуковые испытания) позволят проводить испытания древесины в будущем только на цилиндрических образцах.
Применение способа группового вырезания цилиндрических образцов из спилов в виде кружков повышает производительность технологических и экологических испытаний древесины в виде партий из цельных древесных заготовок разной формы.