Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ используемых и перспективных методов определения плотности древесины 12
1.1 Общие положения 12
1.1.1 Древесина и исследование ее свойств 12
1.1.2 Плотность древесины 14
1.1.3 Влажность древесины 20
1.1.4 Взаимосвязь свойств древесины и влияние топографических факторов 22
1.2 Таможенный контроль лесоматериалов 24
1.2.1 Краткий экскурс 24
1.2.2 Таможенный контроль 27
1.2.3 Технические средства таможенного контроля 29
1.2.4 Особенности таможенного контроля лесопродукции 30
1.3 Методы и средства определения плотности древесины 34
1.3.1 Обзор методов и средств определения плотности древесины 34
1.3.2 Неразрушающие методы контроля древесины 41
1.3.3 Анализ и оценка акустических методов контроля древесины 43
1.4 Выводы по главе 1 48
ГЛАВА 2 Определение требований к методам и средствам таможенного контроля плотности древесины 50
2.1 Постановка задачи 50
2.2 Предварительная оценка применимости акустических методов для контроля плотности древесины 55
2.3 Планирование экспериментов с выбором оптимальных параметров и аппаратуры 61
2.4 Выводы по главе 2 64
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования по установлению корреляционных зависимостей между плотностью древесины различных пород и скоростью распространения акустических колебаний 66
3.1 Экспериментальные исследования 66
3.1.1 Исследование физико-механических характеристик образцов лесо-и пиломатериалов 66
3.1.2 Исследование влияния плотности древесины на скорость распространения ультразвуковых колебаний 70
3.1.3 Исследование влияния плотности древесины на скорость распространения акустических волн 78
3.2 Способы определения плотности древесины 84
3.2.1 Определение плотности древесины с применением низкочастотного ультразвукового метода 84
3.2.2 Определение плотности древесины с применением низкочастотного метода свободных колебаний 87
3.3 Построение градуировочных зависимостей «скорость-плотность» для различных пород древесины 90
3.3.1 Анализ экспериментальных данных 90
3.3.2 Порядок установления градуировочных зависимостей с применением низкочастотного ультразвукового метода 108
3.3.3 Порядок установления градуировочных зависимостей с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний 111
3.4 Выводы по главе 3 115
ГЛАВА 4 Аттестация методик и разработка прикладных программ 117
4.1 Разработка и аттестация методик определения плотности различных пород древесины с использованием акустических методов контроля 117
4.1.1 Условия выполнения измерений 118
4.2 Требования к показателям точности методик измерений 119
4.2.1 Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного акустического метода свободных колебаний 119
4.2.2 Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного ультразвукового метода 124
4.3 Реализация методов определения плотности древесины в виде программного обеспечения 130
4.3.1 Режим измерения плотности низкочастотным акустическим методом свободных колебаний 132
4.3.2 Режим измерения плотности низкочастотным ультразвуковым методом 136
4.4 Выводы по главе 4 139
ГЛАВА 5 Практическая реализация методик измерений 141
5.1 Выявление нарушений таможенного законодательства 141
5.2 Правонарушения при экспорте лесоматериалов 143
5.3 Применение разработанных методов и средств в таможенных органах 146
5.4 Выводы по главе 5 147
Заключение 149
Список сокращений и условных обозначений 151
Словарь терминов 154
Список литературы
- Взаимосвязь свойств древесины и влияние топографических факторов
- Предварительная оценка применимости акустических методов для контроля плотности древесины
- Исследование влияния плотности древесины на скорость распространения ультразвуковых колебаний
- Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного ультразвукового метода
Введение к работе
Актуальность работы. Российская Федерация является одной из крупнейших стран заготовителей и экспортёров лесопродукции. Активная интеграция России в мировую торговлю требует совершенствования таможенного администрирования. Утверждаются новые федеральные законы, программы и распоряжения, направленные на развитие внешнеэкономической деятельности. Неуклонно растут объемы контролируемых на границе грузов и при этом сокращаются сроки проведения таможенных операций и таможенных процедур.
При экспорте лесоматериалов в документах на груз указываются значения основных параметров древесины, таких как наименование пород, объем, масса, габариты, влажность и, зачастую, плотность как одно из важных для целлюлозно-бумажной промышленности значений. Для контроля всех параметров лесопродукции, за исключением плотности, таможенные органы располагают необходимым набором технических средств таможенного контроля и методик измерений. При этом определение плотности древесины осуществляется на основе табличных методов или в соответствии с ГОСТ 16483.1-84 «Древесина. Метод определения плотности». В свою очередь табличные методы не гарантируют точность измерений, а измерения по ГОСТу требуют соответствующих условий и больших временных затрат. Необходимо отметить, что в некоторых случаях, измерение плотности древесины может быть единственным способом для определения объема груза при условии наличия весов. И наоборот, в случае их отсутствия, но при возможности определения объема, значение плотности позволяет рассчитать массу груза, что немаловажно, особенно, при железнодорожных перевозках. Одним из важнейших достоинств плотности, как показателя качества древесины, является ее универсальность. Так, например, плотность древесного сырья определяет важнейший экономический показатель – выход целлюлозы, также она дает представление о механических свойствах древесины, что можно использовать для прочностной сортировки пиломатериалов. Таким образом, для объективной оценки задекларированных данных и качества лесопродукции, наряду с определением породы, объема и влажности древесины необходимо определять её плотность.
Опыт показывает, что внедрение современных технологий способствует повышению эффективности таможенного контроля и предупреждает
нарушения таможенного законодательства. В связи с этим, актуальность работы обусловлена необходимостью решения практических задач по оперативной, в полевых и промышленных условиях, оценке плотности древесины, с целью выявления нарушений таможенного законодательства, что поспособствует повышению эффективности таможенного контроля лесо-продукции, экспортируемой с территории Российской Федерации.
Степень разработанности. Работы по исследованию основных фи
зико-механических характеристик древесины проводили Ю.М.Иванов,
В.А.Баженов, Ф.Ф.Садовский, А.А.Рабинович, Н.Ф.Гусев, Н.И.Миронов,
А.Н.Митинский, Л.М.Перелыгин, О.И.Полубояринов, Б.Н.Уголев,
Е.К.Ашкенази, В.Д.Никишов, А.М.Боровиков, А.С.Сапожников,
В.В.Тулузаков, А.Н.Кириллов, В.Н.Волынский и др. Работы в области при
менения ультразвуковых методов для контроля древесины и изделий из неё
проводили Б.К.Лакатош, Ю.К.Сергиенко, В.И.Яковлев, А.И.Горбунов,
В.И.Федюков, Ф.Ф.Легуша, А.А.Ерофеев, С.В.Скрипец, А.А.Ефимов,
П.М.Мазуркин, Б.А.Староверов, Е.В.Саликова, Е.Б.Темнова,
А.Н.Чубинский, А.А.Федяев, И.Я.Лиманов и др.
Проанализировав работы вышеперечисленных авторов можно сделать вывод, что пристальное внимание в основном уделяется вопросам разработки эффективных методов неразрушающих испытаний применительно к сортировке пиломатериалов по прочности и к выявлению пороков и дефектов древесины на поточной линии. При этом решений по достоверной оценке плотности лесопродукции, подходящих для применения в условиях проведения таможенного контроля, не реализовано.
Цель и задачи исследования. Разработать методы и средства таможенного контроля плотности древесины в широком диапазоне влажности. В рамках реализации поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Исследовать зависимости параметров акустических колебаний, распространяющихся в древесине, от её плотности, породы и влажности, с учётом времени и места заготовки древесины, и установить возможность контроля плотности древесины по акустическим параметрам;
-
Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить возможность определения плотности древесины в условиях таможенного кон-
троля с применением низкочастотного ультразвукового метода и метода свободных колебаний;
-
На основании проведённых экспериментальных исследований разработать методы и средства таможенного контроля плотности различных пород древесины в широком диапазоне влажности;
-
Разработать прикладное программное обеспечение в основу функционирования которого должны быть положены результаты практического применения разработанных методов и средств, а также дать рекомендации по их применению в таможенной практике.
Идея работы. Установление корреляционных зависимостей между плотностью древесины различных пород в широком диапазоне влажности, вычисленной классическим методом по результатам измерения массы и объема, и приведенной скоростью распространения акустических волн, а также скоростью распространения ультразвуковых колебаний позволит разработать новые методы контроля плотности древесины. Новые методы и средства повысят эффективность таможенного контроля лесо- и пиломатериалов, а их применение с использованием персонального компьютера автоматизирует оформление результатов, что усовершенствует систему таможенных операций при комплексной оценке основных параметров лесопро-дукции.
Научная новизна:
-
Установлены зависимости, учитывающие влияние влажности различных пород древесины на результаты определения плотности древесины акустическими методами контроля, на основе которых построены гра-дуировочные зависимости «плотность древесины – скорость ультразвуковых колебаний», а также «плотность древесины – приведённая скорость распространения акустических волн» в широком диапазоне значений массовой доли влаги для различных пород Северо-Западного, Южного и Сибирского регионов.
-
Разработаны методы и средства неразрушающего контроля плотности древесины в широком диапазоне влажности с применением низкочастотного ультразвукового метода и метода свободных колебаний, которые учитывают условия проведения таможенного контроля лесо- и пиломатериалов.
Теоретическое и практическое значение работы. Установленные на основании обработки и регрессионного анализа статистических данных по определению плотности и акустических характеристик образцов древесины зависимости между плотностью древесины и приведенной скоростью распространения акустических волн, а также между плотностью древесины и скоростью распространения ультразвуковых колебаний расширяют область применения низкочастотных акустических методов контроля.
На основе экспериментальных исследований разработаны и аттестованы методы определения плотности лесо- и пиломатериалов в широком диапазоне влажности, включающие в себя градуировочные зависимости для наиболее часто предъявляемых к таможенному контролю пород древесины.
Результаты диссертационной работы используются в таможенных органах Российской Федерации при таможенном контроле лесо- и пиломатериалов лиственных и хвойных пород древесины, а также могут быть использованы в лесозаготовительной и лесоперерабатывающей отраслях.
Методология и методы исследований. Исследования проводились с использованием современных методов и средств научного поиска, опираясь на базовые положения науки о древесине, методов акустического контроля и статистических методов обработки экспериментальных данных. В работе использован системный подход с применением методов планирования, моделирования, анализа и обработки информации.
Положения, выносимые на защиту:
-
Значения скорости распространения ультразвуковых колебаний и приведённой скорости распространения акустических волн, полученные при последовательных измерениях влажности и плотности древесины, с достаточной точностью описываются математической моделью в виде регрессионного уравнения, что позволяет построить градуировочные зависимости «плотность-скорость» для различных пород древесины в широком диапазоне влажности;
-
Градуировочные зависимости «плотность-скорость», установленные с применением метода свободных колебаний и низкочастотного ультразвукового метода продольно-поперечным способом прозвучивания, обеспечивают достаточно точное определение физически усреднённых значений плотности древесины различных пород в широком диапазоне влажности;
3. Разработанные методы и средства определения плотности древесины учитывают условия применения и принципиально отличаются от классической реализации существующих методов возможностью в короткий промежуток времени объективно оценить значения плотности лесо- и пиломатериалов в широком диапазоне влажности без необходимости их перемещения или изготовления контрольных образцов.
Достоверность научных результатов (защищаемых положений)
подтверждена значительным объемом экспериментальных данных, хорошей сходимостью и воспроизводимостью результатов измерений, а также положительными результатами опытной эксплуатации и внедрением в таможенную практику.
Реализация работы. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований создан модуль определения плотности древесины с аккредитованными методиками измерений, который входит в состав многофункциональных приборов таможенного контроля лесопродукции, принятых на снабжение таможенных органов России.
Личный вклад автора: анализ разработанности темы, обзор средств измерений, разработку общей и экспериментальной методик исследований с последующей оценкой и обоснованием полученных результатов автор выполнил самостоятельно. Проведение экспериментов, полевых работ, аттестационных мероприятий и опытно-промышленных испытаний осуществлялось с непосредственным участием автора.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIII международной научно-практической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Анализ и прогнозирование систем управления» (Санкт-Петербург, 2012), 2-й международной научно-практической конференции «Современное машиностроение, наука и образование» (Санкт-Петербург, 2012), XIХ международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2013) и на II международной научно-практической конференции «Инновационные системы планирования и управления на транспорте и в машиностроении» (Санкт-Петербург, 2014).
Получен патент № 2 449 265 Российская Федерация, МПК G01N 29/07 «Способ и устройство определения плотности древесины».
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка терминов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 194 страницах машинописного текста, включая 35 рисунков, 42 таблицы и список литературы из 122 наименований.
Взаимосвязь свойств древесины и влияние топографических факторов
В уже упомянутом учебнике Б.Н. Уголева [94] отмечено, что в зависимости от условий хранения и транспортировки в срубленной древесине содержание воды может уменьшаться или увеличиваться. Зачастую при использовании древесины в целях улучшения качества материала и готовых изделий воду из нее удаляют. При этом для оценки количественной характеристики содержания воды в древесине принято использовать такой показатель как влажность.
Влажность древесины - это выраженное в процентах отношение массы воды к массе сухой древесины и/=т-т10 где т - начальная масса образца древесины, г; то - масса образца абсолютно сухой древесины, г.
Для измерения влажности древесины применяются прямые или косвенные методы. Прямые методы основаны на выделении воды из древесины. Например, согласно ГОСТ 16483.7-71 «Древесина. Методы определения влажности» [13] воду отделяют путем высушивания и определяют влажность проб из образцов, подвергавшихся физико-механическим испытаниям, с погрешностью до 0,1 %. При этом основной недостаток прямых методов заключается в продолжительности процедуры измерений, чего лишены косвенные методы, которые основаны на измерении показателей других физических свойств, зависящих от содержания воды в древесине. К ним относятся кондуктометрические электровлагомеры, измеряющие электропроводность древесины, которые получили наибольшее распространение. Данные приборы обладают встроенными или выносными датчиками, иголки которых вдавливаются в боковую поверхность заготовки из древесины на различную глубину. После ввода данных о породе пользователь сразу получает значение влажности древесины в процентах. Известно, что в растущем дереве у хвойных пород влажность заболони в 3...4 раза выше влажности ядра и спелой древесины, а у лиственных пород, как ядровых (вяз, дуб, ильм, ясень), так и безъядровых (береза, липа, осина), распределение влажности по сечению ствола более или менее равномерно. Влажность ядровой древесины у некоторых лиственных пород (дуб, вяз и др.) может быть значительно выше, чем у хвойных, достигая 70...80 % и больше. Также установлено, что влажность заболони в хвойных породах по высоте ствола увеличивается в направлении от комля к вершине, а влажность ядра остается практически без изменения. В ядровых лиственных породах, таких как дуб, ясень и вяз, влажность заболони почти не изменяется, а влажность ядра слегка понижается вверх по стволу. У безъядровых лиственных пород, таких как осина и липа, влажность увеличивается от комля к вершине.
Древесина содержит связанную (или гигроскопическую) и свободную формы воды. При этом связанная (адсорбционная и микрокапиллярная) вода находится в клеточных стенках, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах. Удаление связанной воды (особенно адсорбционной фракции) затруднено и существенно отражается на большинстве свойств древесины, так как она удерживается в основном физико-химическими связями. Значительно легче удаляется свободная вода, удерживаемая силами капиллярного взаимодействия, оказывая меньшее влияние на свойства древесины. Влажной принято называть древесину, содержащую только связанную воду. Сырой же называют ту древесину, что содержит кроме связанной ещё и свободную воду. При определении показателей физико-механических свойств древесины, кондиционируя, ее приводят к нормализованной (равновесной) влажности, которая в среднем равна 12%.
С практической точки зрения по степени влажности древесину различают как мокрую, которая длительное время находилась в воде; свежесрубленную, сохранившую влажность растущего дерева; древесину атмосферной сушки, высушенную и выдержанную на открытом воздухе; древесину камерной сушки, высушенную в камере или выдержанную в отапливаемом помещении, и абсолютно сухую, высушенную при температуре (103 ± 2) С. Из-за пористого строения при погружении древесины в воду её влажность увеличивается, причём заболонь поглощает больше воды, чем ядро. Количество поглощенной воды зависит от начальной влажности и породы древесины, а ее максимальная влажность определяется как сумма максимального количества связанной воды – предел насыщения клеточных стенок – и количества свободной воды, зависящее от объема пустот. Поэтому чем плотность древесины больше, тем ее максимальная влажность меньше [94].
Предварительная оценка применимости акустических методов для контроля плотности древесины
Рассмотренный материал позволяет сделать вывод, что плотность древесины интересна как с практической точки зрения, когда устанавливаются средние значения плотности какой-либо породы в конкретном географическом районе ее произрастания, так и с технической точки зрения, когда находятся связи между плотностью древесины и другими качественными характеристиками древесного сырья и готовой продукции. Последнее характеризует таможенный контроль задекларированных значений основных параметров лесопродукции, который производится для объективной оценки правильности их заявления при расчёте таможенной стоимости, исходя из которой, определяется размер таможенной пошлины. Так как стереометрические методы требуют специальных условий и оборудования, а радиационные методы дорогостоящие, громоздкие и требуют усиленных мер безопасности с гарантированно высокой квалификацией персонала, по-прежнему существует необходимость в развитии и усовершенствовании методов определения плотности древесины.
Аналитический обзор работ российских и зарубежных специалистов в области определения плотности древесины позволяет заключить, что на текущий момент рынок изобилует множеством способов и методов контроля древесины с целью определения её физико-механических параметров и качественной оценки для последующей обработки и использования. За последнее десятилетие проведено немало исследований по применению акустических методов для контроля качества изделий из древесины. Активно продолжается изучение изменчивости свойств древесины под влиянием экологических и наследственных факторов, с учётом географических особенностей [77]. В тоже время готовых, недорогих и подходящих для применения в условиях таможенного контроля решений по достоверной оценке плотности ЛМ не встречается. Это обусловлено тем, что разработка эффективных методов неразрушающих испытаний у нас и за рубежом в основном осуществляется применительно к сортировке пиломатериалов по прочности и к выявлению пороков и дефектов древесины на потоковой линии.
Исходя из изложенного, наиболее интересными для использования в условиях таможенного контроля являются акустические методы. Реализующая эти методы аппаратура безопасна для пользователя и обладает небольшими массогабаритными характеристиками, что позволяет её использовать в оперативных полевых условиях. Вдобавок ко всему, известно, что лесоматериалы и изделия из древесины удовлетворяют определению протяженного цилиндра, теория колебаний которого хорошо разработана. Это позволяет по результатам измерений частот собственных колебаний древесины использовать готовые выражения для расчета соответствующих компонент модуля упругости и коэффициента Пуассона [89].
Вопросы усовершенствования таможенного контроля лесопродукции на соответствие наименований пород и значений объема древесины с задекларированными данными актуальны уже не один десяток лет. Им уделяется пристальное внимание и сегодня. В целях повышения эффективности таможенного контроля ФТС инициирует разработку методик и технических средств, которые бы позволяли ускорить процедуры таможенного оформления, повысить точность измерений и автоматизировать таможенные операции [55]. Поэтому создание универсальных технических средств и методик измерений, реализующих методы контроля товаров и их точную классификацию по ЕТН ВЭД ТС в условиях осуществления таможенных операций, является одной из основных задач научно-исследовательских работ.
Поскольку определение плотности бревен классическим методом по результатам измерения массы и объема в реальных условиях процесс достаточно трудоемкий и длительный, перед нами была поставлена задача по разработке методов неразрушающего контроля лесопродукции в реальных условиях с минимальными трудозатратами для подготовки образцов, в том числе без специальных перемещений отдельных бревен для процедуры измерений, т.е. контроль в штабеле с доступом к верхнему ряду и/или к торцам.
Как уже отмечалось в предыдущей главе наиболее подходящими для решения поставленной задачи являются акустические методы контроля, а именно низкочастотный ультразвуковой метод и метод свободных колебаний. В основу применения этих методов положено наличие корреляционных зависимостей между упругими константами материала изделия и такими физико-механическими свойствами, как твердость, пористость, плотность, прочность и т.п., а также эксплуатационными характеристиками изделий и технологией их изготовления [10, 35, 52].
При использовании импульсного ультразвукового метода производится измерение времени t, мкс, прохождения импульсом ультразвуковых колебаний расстояния между излучателем и приемником и определение скорости распространения продольных упругих колебаний в сплошной среде С », м/с, которая связана с константами упругости материала выражением ті-,) 00 - p(l+v)(l-2v) , (1 ) где Е - модуль нормальной упругости, Н/ м2; р – плотность, кг / м3; у– коэффициент Пуассона. Приведенное выражение справедливо для изотропного материала, однако может быть также использовано для оценки действующих (эффективных) модулей материалов с анизотропией свойств.
Исследование влияния плотности древесины на скорость распространения ультразвуковых колебаний
Из представленных результатов (Таблица 3.11) следует, что при установке объекта контроля на опоры, заданные для оптимального возбуждения fизг1, т.е. 1,2 м от торцов, достаточно уверенно измерены частоты fпр1 и fпр2, что подтверждается полученными значениями отношения fпр2/fпр1 1,95–2,05 (исключая ольху № 1 и № 4 с плохой формой ствола и ель с отношением 1,89). Также удалось уверенно измерить fпр2 для образцов ели и сосны, уложенных в штабель, что подтверждается отношением fпр2 штаб / fпр1одиночн = 1,96 – 2,08.
При установке отдельно расположенных объектов контроля устойчиво измерена fизг5. В штабеле измерения fизгi провести не удалось.
Значения Сl(fпр2) и Сl(fизг5) отличаются как в связи с имеющимися случайными ошибками в измерениях размеров, так и в связи с различным характером колебаний. Соотношение этих значений колебалось в диапазоне:
Полученные значения соотношения Сl(fизг5) / Сl(fпр2) подтверждают предположение, о том, что ЧСК изгибных колебаний больше зависят от свойств в радиальном направлении, а ЧСК продольных колебаний - от свойств древесины вдоль ствола.
С целью оценки влияния на исследуемый метод отрицательных температур в ходе экспериментальных исследований измерялись ЧСК в условиях хранения в помещении при колебаниях температуры в пределах от минус 20 С до минус 6 С, результаты которых частично иллюстрирует Таблица 3.12. Также в таблицу вошли сравнительные результаты измерений с разных торцов разными приборами, реализующими метод свободных колебаний «Звук-203М» и «ИЧСК-1.0». Из представленных данных видно, что максимальный разброс показаний приборов при всех выполненных измерениях не превышает величины 1,6 %, а в среднем не более 1,0%.
По итогам исследований зависимости «плотность древесины – скорость распространения ультразвуковых колебаний» были запатентованы способ и устройство определения плотности древесины продольно-поперечным прозвучиванием (Приложение В) [60]. Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к ультразвуковым способам и устройствам измерения плотности древесины и может найти применение в отраслях промышленности, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой лесоматериалов и пиломатериалов.
Способ определения плотности древесины отличается от ранее изобретённых тем, что продольно-поперечное ультразвуковое прозвучивание осуществляется с учетом времени прохождения ультразвуковых колебаний через подлежащий измерению образец древесины и его протяженности, с последующим определением скорости распространения ультразвуковых колебаний и определением плотности древесины по предварительно полученным коэффициентам, определяющим зависимость плотности от скорости распространения ультразвуковых колебаний в конкретной породе древесины с учетом ее влажности [83].
Устройство определения плотности древесины, содержащее измеряемый образец древесины, излучатель, а также последовательно соединенные приемник, блок преобразователя, вычислительный блок и средство измерения для определения протяженности измеряемого объекта между излучателем и приемником, отличается тем, что излучатель и приемник выполнены в виде ультразвуковых датчиков, оснащенных заостренными наконечниками, закрепленными в торцевой части датчиков, а средство измерения выполнено в виде угольника, образованного жестко скрепленными между собой планками, расположенными перпендикулярно относительно друг друга. При этом излучатель жестко закреплен на продольной планке угольника с учетом постоянной базовой продольной длины измеряемого образца древесины, а приемник установлен на поперечной планке угольника с возможностью перемещения по ней с учетом переменной величины торцевой части подлежащего измерению образца древесины. При определении значений плотности древесины вначале производятся измерения относительной влажности образцов древесины электровлагомером по ГОСТ 16588-91 [15]. Затем при помощи графиков зависимости «Wабс- Wотн» по 3.3.1 [48] определяется значение абсолютной влажности Wабс. Затем измеряется скорость распространения УЗК в лесоматериалах или пиломатериалах с использованием схемы углового (продольно-поперечного) прозвучивания (в условиях складирования и транспортирования. Контроль лесоматериалов производится с использованием специальных насадок (концентраторов) на преобразователях, пиломатериалы могут контролироваться как с применением насадок, так и без них.
Преобразователи устанавливаются на контролируемый образец с углублением насадок в древесину на 1-3 мм в соответствии со схемой которую иллюстрирует Рисунок 21. Максимальная постоянная база (KL = 50 см)
расположена вдоль волокон древесины от торца контролируемого образца. Минимальная база (KD = 8 см) выставляется на торцевой поверхности в зависимости от вида материала по направлению диаметра бревна или ширины пиломатериалов.
Требования к показателям точности методики измерений с применением низкочастотного ультразвукового метода
Далее необходимо произвести естественную сушку всех образцов с поэтапным выполнением всех измерений (массы, размеров и скоростей распространения УЗК) до высушивания образцов. Последний этап сушки - это сушка до постоянной массы в сушильном шкафу, чтобы получить значения характеристик абсолютно сухой древесины. Режим сушки - выдержка при температуре (102 ±3) С в течение 4-5 часов, подъем температуры плавно в течение 30-60 минут. По результатам измерения массы абсолютно сухой древесины рассчитывается влажность образцов на всех этапах сушки.
После получения всех значений необходимо произвести совместную обработку полученных результатов измерения QK Сугл » и плотности во всем диапазоне влажности с целью установления и оценки корреляционной зависимости для этого необходимо: - установить уравнения регрессии "р - Сцоо" для образцов всех типов (бревно, чурак, доска или брусок) и для интервалов характеристик, соответствующих характеру изменения плотности в зависимости от влажности; - рассчитать коэффициенты корреляции, произвести оценку значимости уравнений регрессии в целом и отдельных параметров регрессии, а также коэффициента корреляции с помощью F-критерия Фишера и ґ-критерия Стьюдента; - установить относительные границы доверительного интервала для уравнения регрессии при доверительной вероятности 0,95.
По завершении обработки необходимо проверить, что значение относительных границ доверительного интервала определения плотности не превышает 10%, а полученные градуировочные зависимости в координатах "р - Сц» " представить в графическом виде для данной породы древесины, диапазона влажности, состояния образца. Обработка может быть выполнена в программе Excel в пакете «Анализ данных». Пример определения поправочных коэффициентов Кп для некоторых пород древесины при использовании углового прозвучивания отражает Приложение Б.
При необходимости установить градуировочную зависимость «плотность -скорость» с применением акустического метода свободных колебаний для различных пород древесины или при уточнении представленных зависимостей рекомендуется придерживаться следующего порядка действий.
Сначала из партии лесоматериалов одной породы древесины необходимо отобрать от одного до пяти образцов. Произвести измерения массы, размеров (длина, диаметр), расчет плотности и измерение ЧСК типа fпр1 по 3.2.2. Если образцы – неокоренные бревна, то произвести измерения на неокоренных, далее – после снятия коры на этих же окоренных образцах.
Распилить образцы на чураки длиной 0,7 - 1,0 м выбирать из полученных образцов (чураков) равное количество представителей, отрезанных со стороны комля, вершины и из середины ствола. (Общее количество от трех до пятнадцати образцов). Промаркировать их с учетом положения по высоте ствола. Произвести измерения массы, размеров (длина, диаметр), расчет плотности каждого образца и измерение ЧСК типа fпр1 по 3.2.2.
Затем вырезать из чураков образцы в виде бруса с максимальным размером вписанной стороны квадрата. Произвести измерения массы, размеров (длина, поперечные размеры), расчет плотности каждого бруса и измерение ЧСК типа fпр1 по 3.2.2.
Разрезать образцы (брус) на бруски с поперечным сечением порядка 20 х 30 мм и дополнительно промаркировать их с учетом положения относительно центра среза. На всех образцах произвести измерения массы, размеров и расчет плотности, измерение ЧСК типа fпр1 по следующей методике измерений частот собственных колебаний брусков:
а) При выполнении измерений ЧСК в режиме ввода исходных данных устанавливают параметры измерения: - время измерения – 10 мс; - время задержки перед измерением - 5 мс; - поддиапазон 6-7.
Примечание – Режимы измерения могут быть изменены для получения наиболее надежных измерений ЧСК. б) Устанавливают для режима измерений индикацию частоты, Гц. в) Переводят прибор в режим измерения. г) Устанавливают контролируемый брусок на опоры или подкладку из поролона согласно схеме, которую иллюстрирует Рисунок 26. д) Подносят микрофон к торцовой поверхности бруска на расстояние порядка 10 мм и, не касаясь ее, в области, указанной на схеме (Рисунок 26) производят измерение частоты типа/пр1, для чего выполняют следующие операции: - наносят молотком (вес 50-100 г) удар в центре торцовой грани бруска в направлении, перпендикулярном поверхности, и фиксируют показание прибора. - затем повторяют удар и фиксируют показания прибора, при этом показания после двух последовательных ударов должны отличаться на значения, не превышающие в режиме индикации частоты ± 10 Гц, а реальное время (число импульсов) измерения в процентах от заданного должно быть не менее 80%. - за результат измерения принимают величину отсчета (наблюдения) по прибору, полученную при втором ударе в случае, если различия между показаниями не превышают ± 10 Гц.
