Пенетрометр для растущих деревьев
Пенетрометр для растущих деревьев, содержащий 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 который упирается нагружающий винт. завинченный в корпус. Полезная модель предназначена для измерения плотности внутренних слоев 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
,
где Рmax - 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)
1. Пенетрометр для растущих деревьев, содержащий нагружающее устройство, воздействующее на индентор, и измерительное устройство, отличающийся тем, что он 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 пластины, снабженной 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 второй шкалы, нанесенной на корпусе, в подвижный поршень указателя упирается нагружающий винт, завинченный в корпус.
2. Пенетрометр для растущих деревьев по п.1, отличающийся тем, что упор выполнен в виде ролика.
3. Пенетрометр для растущих деревьев по п.1, отличающийся тем, что измерительная площадка имеет заостренные края.
4. Пенетрометр для растущих деревьев по п.1, отличающийся тем, что корпус снабжен рукоятками.
5. Пенетрометр для растущих деревьев по п.1, отличающийся тем, что шкала градуирована в соответствии с характеристикой силовой пружины.
