ПЕНЕТРОМЕТР ДЛЯ РАСТУЩИХ ДЕРЕВЬЕВ

Полезная модель относится к области лесного и лесопаркового хозяйства, лесопаркового строительства и может быть использована для выявления гнилей и пустот в стволах растущих деревьев. Она представляет собой прибор для исследования плотности внутренних слоев древесины растущих деревьев.
Известно изобретение [1], которое относится к лесной отрасли и может быть использовано при сертификации технической древесины и технологическом мониторинге механической обработки древесины в условиях различных деревообрабатывающих предприятий, например непрерывной сертификации и сортировки древесного сырья и полуфабрикатов по качеству древесины на деревообрабатывающих производствах при хранении круглых, колотых и пиленых лесоматериалов, а также в ходе лесозаготовительных работ. При испытании материала из технической древесины применяют конусную головку удобообтекаемой формы. Дополнительно измеряют импульсы изменения усилия проникания конусной головки удобообтекаемой формы в радиальном направлении, располагая материал из технической древесины относительно вектора перемещения головки от периферии к сердцевине ствола дерева. По скважности и ритмичности импульсов силы судят о качестве древесины. Это позволит упростить процесс испытания древесины, расширить применение от растущего состояния до различных видов полуфабрикатов (деревьев, а также круглых, колотых и пиленых материалов) и строительных изделий из древесины, а также обеспечить слежение за прочностью и надежностью старых деревянных конструкций в виде домов, столбов, мостов и т.д.
Изобретение чрезвычайно простое, но точность измерений крайне низкая, т.к. измерения осуществляются по субъективным ощущениям оператора.
Известен способ определения "объемной твердости" древесины [2], включающий изготовление образца в форме прямоугольной призмы, вдавливание пуансона, отличающийся тем, что вдавливание пуансона проводится в образец, который имеет торцовую, радиальную и тангенциальную поверхность, а объемную твердость определяют по формуле
,
max
где Р - средняя величина усилия, приходящаяся на единицу объема, вдавливаемого полусферического наконечника пуансона, получаемая из трех измерений, кН;
R - радиус, м,
после чего определяют величину жесткости древесины.
Преимущества представленного способа измерения в его точности и объективности.
Недостаток способа в том, что для измерений твердости древесины требуется образец данного дерева, что не всегда возможно. Кроме того, измерения проводятся в лабораторных условиях.
Известен способ микропенетрации древесного растения [3], включающий измерение глубины погружения подпружиненного стержня для определения силы сопротивления проникновению стержня, отличающийся тем, что на молодом дереве и его вегетативных элементах, или молодых ветвях и корнях старого дерева, при заданном усилии проникания заглубляют тонкий стержень в виде плоского штампа и по этой глубине проникания стержня оценивают качество заболонной зоны древесины древесного растения, размеры и свойства годичных слоев, примыкающих непосредственно к коре, а также свойства коры древесного растения. При этом испытания выполняют в вегетационный период, а свойства древесного растения оценивают по нескольким замерам в ходе сезонного роста и развития древесного растения.
Погружение выполняют цилиндрическим штампом с плоской торцевой поверхностью, причем микропенетрометр выполняют с несколькими сменными плоскими штампами различного диаметра от 0,5 до 2,0 мм, причем в специальных измерениях применяют штампы овальной формы или прямоугольной формы, стороны которых соотносятся как свойства древесины в продольном и поперечном направлениях анизотропии.
При испытании древесины одним ударом штампа снимают участок коры около места заглубления штампа, а для повышения точности замеров выполняют многократные повторные удары пенетрометром и замеряют последующие, после каждого удара, увеличения глубины проникания стержня.
При испытании тонкой ветви или корня деревца с противоположной стороны прижимают упор для противодействия силе проникания штампа.
Следует заметить, что несмотря на простоту способа и применяемых устройств - простых штампов точность измерений весьма низкая, оценка измерения достаточно субъективная, однако по своей сущности данное изобретение может служить прототипом.
Задачей предложенного решения является возможность измерения плотности древесины растущего дерева в сердцевине его ствола.
Поставленная задача решается тем, что предложенный пенетрометр, содержащий нагружающее устройство, воздействующее на индентор и измерительное устройство, содержит полый корпус, внутри которого размещены нагружающее и измерительное устройства, а снаружи установлена направляющая трубка, внутри которой с возможностью продольного перемещения размещен силовой шток, взаимодействующий одним концом с последовательно расположенными измерительным и нагружающим устройствами, а другим концом с индентором, выполненным в виде шарнирно установленной на штоке поворотной пластины с измерительной площадкой, выполненной на боковой стороне пластина, и закругленным торцем, взаимодействующим с упором, установленным на заглушке трубки, при этом измерительное устройство выполнено в виде указателя, установленного на штоке с возможностью перемещения по щели в корпусе вдоль нанесенной на нем шкалы перемещений штока, последний оборудован возвратной пружиной и взаимодействует своим торцем с силовой пружиной нагружающего устройства, также снабженной указателем перемещения ее заднего торца относительно корпуса вдоль второй шкалы, нанесенной на корпусе, в поршень которого упирается нагружающий винт. завинченный в корпус.
Упомянутый упор может быть выполнен в виде ролика, измерительная площадка имеет заостренные края, корпус снабжен рукоятками, а шкала градуирована в соответствии с характеристикой силовой пружины. На направляющей трубке нанесена мерная шкала углубления пенетрометра вглубь ствола дерева.
На фиг.1 и 2 представлен общий вид устройства, а на фиг.3 - сечение индентора.
Пенетрометр содержит полый корпус 1, внутри которого размещены нагружающее 2 и измерительное 3 устройства, а снаружи установлена направляющая трубка 4, внутри которой с возможностью продольного перемещения размещен силовой шток 5, взаимодействующий одним концом с последовательно расположенными измерительным 3 и нагружающим 2 устройствами, а другим концом с индентором 6, выполненным в виде шарнирно установленной на штоке 5 поворотной пластины с измерительной площадкой 8, выполненной на боковой стороне пластины, и снабженной закругленным торцем, взаимодействующим с упором 9, установленным на заглушке 10 трубки 4, при этом измерительное устройство 3 выполнено в виде указателя 11, установленного на штоке 5 с возможностью перемещения по щели в корпусе 1 вдоль нанесенной на нем шкалы 12 перемещений штока 5, последний оборудован возвратной пружиной 13 и взаимодействует своим торцем с силовой пружиной 14 нагружающего устройства 2, также снабженной указателем 15 перемещения ее заднего торца относительно корпуса 1 вдоль второй шкалы 16, нанесенной на корпусе 1, в который упирается нагружающий винт 17, завинченный в корпус 1. Указатель 15 установлен на подвижном поршне 7 и взаимодействует с пружиной 14 и нагружающим винтом 17. Упор 9 выполнен в виде ролика. Измерительная площадка 8 имеет заостренные края 18. Корпус снабжен рукоятками 19. Шкала 16 градуирована в соответствии с характеристикой силовой пружины 14. На направляющей трубке 4 нанесена мерная шкала 20 углубления пенетрометра вглубь ствола дерева.
Устройство работает следующим образом. Перед измерением в стволе дерева сверлится небольшое по диаметру отверстие (8 мм) на глубину максимального измерения. Затем в это отверстие вводится трубка 4 на требуемую глубину. Величина заглубления определяется по шкале 20. Измерения производятся пошагово. При достижении требуемого заглубления корпус 1 пенетрометра удерживается рукоятками 19. Вращают нагружающий винт 17, который ввинчиваясь в корпус 1 воздействуя на поршень 7 указателя 15, сжимает силовую пружину 14, которое данное усилие передает через шток 15 индентору 6, поворотная пластина 7 которого начинает поворачиваться вокруг своей оси и выходит из трубки 4, прорезая древесный массив своими заостренными краями 18. Если своей измерительной площадкой 8 индентор 6 упирается в твердый древесный массив, то притормаживается движение штока 5 (указатель 11 останавливается и на шкале 12 показывает соответствующую риску, обозначающую достигнутое усилие), в то время как указатель 15 продолжает показывать перемещение заднего торца силовой пружины 14 при завинчивании нагружающего винта 17.
При обнаружении пустоты внутри дерева оба указателя 15 и 11 перемещаются вдоль своих шкал 16 и 12 до упора.
Произведя несколько измерений по глубине можно сделать вывод о состоянии древесного массива внутри дерева.
Авторами изготовлен опытный образец устройства, который выполнил все предъявленные к нему требования. Измерения производимые с помощью данного прибора - пенетрометра позволяют с минимальными повреждениями дерева определить плотность древесины, а следовательно и состояние его внутренних слоев для выявления гнили, пустот, сделать выводы о его здоровье и принять меры для предотвращения развития болезни дерева или принятии решения о его сносе с целью безопасности.
Перечень использованной литературы
1. Патент РФ №2247985, Способ испытания древесины,
2. Заявка: 2002129872/12, 06.11.2002, Способ определения "объемной твердости" древесины,
3. Заявка: 2002133202/12, 09.12.2002, Способ микропенетрации древесного растения (прототип)