Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Контроль круглых лесоматериалов 13
1.1. Характеристика древесного ствола как объекта контроля 13
1.2. Характеристика основных сортообразующих пороков круглых лесоматериалов 17
1.3. Анализ методов контроля круглых лесоматериалов 20
1.3.1. Механические методы 21
1.3.2. Ультразвуковые, акустические и электромагнитные методы 22
1.3.3. Радиационный метод 24
1.4. Физические основы радиационного метода контроля качества древесины 28
1.5. Экспериментальные исследования выявляемое пороков древесины 39
Выводы 43
Глава 2. Автоматический контроль и вопросы оптимизации процесса раскроя древесного ствола 45
2.1. Математическая модель древесного ствола 45
2.2. Дискретный метод определения образующей древесного ствола... 50
2.3. Выбор и обоснование метода автоматического контроля качества древесных стволов 53
2.4. Выбор и обоснование геометрии контроля 59
2.5. Выбор и обоснование источника излучения 64
2.6. Оценка точности измерения диаметра 69
2.7. Оценка чувствительности метода 75
2.7.1. Оценка влияния факторов, влияющих на чувствительность метода 78
2.8. Оценка производительности радиометрического метода 81
2.9. Вычисление объема круглых лесоматериалов 82
Выводы 85
Глава 3. Приборы и оборудование контроля круглых лесоматериалов 87
3.1. Установка комплексного определения параметров и качества круглого леса 87
3.2. Портативный гамма-дефектоскоп 91
3.3. Гамма-дефектоскоп автоматического обнаружения пороков древесины в технологическом потоке 96
3.4. Производственные испытания гамма-дефектоскопа 102
3.5. Оценка экономической эффективности систем гамма-дефектоскопии в технологическом потоке 106
Глава 4. Контроль пиленых лесоматериалов 112
4.1. Люминесцентный метод 113
4.2. Ионизационный метод 114
4.3. Бета-метод 121
4.3.1. Просвечивание широким пучком моноэнергетических электронов 122
4.3.2. Просвечивание узким пучком моноэнергетических электронов 125
4.3.3. Использование изотопных источников для контроля пиленых лесоматериалов 126
4.4. Оптический метод 129
Глава 5. Оптический метод контроля пиленых лесоматериалов 131
5.1. Экспериментальные исследования 136
5.2. Геометрия контроля пиломатериалов 139
5.3. Источники и детекторы оптического метода контроля 143
5.4. Перспективы применения оптического метода в деревообрабатывающей промышленности 146
Глава 6. Оборудование и средства контроля пиленых лесоматериалов 150
6.1. Автоматизированная линия раскроя пиломатериалов на заготовки 150
6.2. Автоматическая линия сортировки карандашной дощечки 154
Глава 7. Методы измерения влажности 158
7.1. Определение влажности древесины с помощью бета-излучения 161
7.2. Метод измерения влажности гамма-методом 174
7.3. Экспериментальные исследования 187
7.4. Нейтронный метод измерения влажности древесины 191
Выводы 196
Глава 8. Приборы и оборудование, внедренные в производство 198
8.1. Аппаратура контроля техпроцессов карандашного производства. 198
8.2. Пути совершенствования технологии изготовления карандашной дощечки и карандашей 201
Основные результаты работы 211
Список литературы
- Анализ методов контроля круглых лесоматериалов
- Выбор и обоснование метода автоматического контроля качества древесных стволов
- Гамма-дефектоскоп автоматического обнаружения пороков древесины в технологическом потоке
- Просвечивание широким пучком моноэнергетических электронов
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение эффективности производства, качества и конкурентоспособности продукции, уменьшение отходов основного производства является одной из главных задач, которую необходимо реализовать в народном хозяйстве страны на современном этапе.
Применительно к лесопромышленным предприятиям следование этой стратегии немыслимо без внедрения приборов контроля, современного оборудования, средств автоматики и вычислительной техники, позволяющих объективно оценивать качество выпускаемой продукции и на этой основе оперативно управлять технологическими процессами.
В современных условиях, когда запасы древесины в стране истощаются, промышленные заготовки переносятся в труднодоступные районы страны, а себестоимость кубометра древесины увеличивается с каждым годом, исключительно большое значение приобретает рациональное (по возможности полное) использование лесных ресурсов.
Древесина, как первичное сырье, имеет ряд пороков, в той или иной степени снижающих качество выпускаемой продукции. В то же время производительность современных линий по разделке хлыстов такова, что оператор практически не может оперативно вносить коррективы в процесс разделки древесины с учетом ее качества. Внедрение современных высокопроизводительных линий, снабженных аппаратурой, позволяющей обнаруживать пороки древесины и управлять процессом раскроя древесных стволов, позволяет существенно повысить качество продукции из древесины, увеличить полезный выход, интенсифицировать производство.
Использование приборов контроля качества при разделке пиленых лесоматериалов также имеет принципиальное значение для отрасли
не только с точки зрения увеличения полезного выхода продукции, но и сокращения ручного труда, интенсификации производства.
Научно-исследовательские работы по теме диссертационных ис
следований связаны с выполнением Постановления Совета Министров
СССР № 900 от 27 октября 1968 года, Постановления Государственного
Комитета СССР по науке и технике № 410 от 26 октября 1970 года (за
дание 034028), целевой комплексной программы «Механизация и авто
матизация, совершенствование технологии производства карандашей»,
утвержденной приказом Министра местной промышленности РСФСР
№ 45 от 15 февраля 1983 года, Постановления Совета Министров
РСФСР № 530 от 22 ноября 1985 года (проблема 2.67.87.27. 01.), целе
вой региональной комплексной научно-технической программы
МИНВУЗа РСФСР «Автоматизация-90» и посвящены решению акту
альных задач по научному обоснованию, разработке и внедрению обо-
> рудования, приборов контроля основных технологических процессов
раскроя древесных стволов и пиленых лесоматериалов, утилизации отходов основного производства, и направлены, в конечном счете, на снижение затрат сырья при выпуске продукции из древесины.
Цель работы - разработка и внедрение оборудования, приборов и методов контроля технологических процессов деревообрабатывающих производств, позволяющих достигнуть более высокой производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции, утилизации отходов основного производства.
Основные задачи диссертационной рабоы.
1.Произвести обобщение мирового опыта по контролю качества
лесоматериалов, изучить радиометрические, оптические, диэлектриче-
ские, электрические и другие свойства древесины для использования их
при проектировании систем автоматического контроля.
2. Создать приборы контроля технологических процессов на раз
личных стадиях переработки древесины; изготовить оборудование, по
луавтоматические и автоматические линии переработки древесины, ос-
t нащенные средствами автоматики и приборами контроля качества.
3.Создать комплекс приборов и оборудование промежуточного контроля технологических процессов на разных стадиях производства.
4.Провести экспериментальные исследования по утилизации отходов основного производства, создать приборы контроля и оборудование для утилизации отходов основного производства.
Объектом исследования является качество продукции из древесины и технологические процессы на различных участках производства.
Предметом исследования является методы и средства контроля качества лесоматериалов и технологических процессов производства
изделий из древесины, изыскание способов утилизации отходов основ
ного производства.
Методы исследований. В работе использованы натурные исследования, статистические методы обработки экспериментальных данных, инженерные методы расчета основных параметров приборов, выбор оптимальных параметров основных технологических процессов. Научная новизна. Научная новизна работы характеризуется получением следующих новых научных результатов:
впервые проведены комплексные исследования характеристик дре
весных стволов и пиленых лесоматериалов как объектов автоматиче
ского контроля качества; установленные закономерности положены в
основу разработки приборов и методов определения качества и раз-
мерных характеристик лесоматериалов в технологических потоках;
разработаны математические модели древесных стволов и пиленых
лесоматериалов, алгоритмы управления обработкой информации с
учетом размерно-качественных характеристик объекта контроля, обеспечивающих наибольший выход деловой продукции;
созданы научные основы проектирования систем контроля качества и автоматического управления линиями разделки круглых и пиленых лесоматериалов как на конечных, так и на промежуточных стадиях изготовления продукции, защищенные авторскими свидетельствами;
разработаны научные основы проектирования приборов контроля технологических процессов производства круглых и пиленых лесоматериалов, как на конечных, так и промежуточных стадиях изготовления продукции;
впервые разработаны методы и приборы обнаружения пороков и дефектов в круглых и пиленых лесоматериалах, защищенные авторскими свидетельства;
на основе теоретических и экспериментальных исследований созданы и использованы в научных, учебных и промышленных разработках многофункциональные приборы и оборудование различного назначения - аппаратура измерения параметров круглых и пиленых лесоматериалов, измерители и регуляторы температуры, система программного управления технологическим процессом сушки цветных карандашных стержней, портативный дефектоскоп определения качества древесных стволов заповедных лесов, автоматические линии раскроя заготовок и сортировки дощечек, приборы определения параметров карандашных дощечек и карандашей.
Практическая ценность работы.
В результате проведенного комплекса научно-исследовательских и
опытно-конструкторских работ созданы приборы, встроенные в ав
томатические и полуавтоматические линии, разработан, изготовлен и
внедрен комплекс измерительных приборов управления технологи
ческими процессами.
Разработаны и изготовлены приборы и оборудование обнаружения пороков в круглых лесоматериалах. Испытание оборудования произведено в ЛПХ объединения ТОМЛЕСПРОМ.
Созданы приборы и оборудование обнаружения пороков в пиленых лесоматериалах.
Разработана и передана в производство рабочая документация полуавтоматической линии изготовления карандашных заготовок с использованием приборов контроля и средств микропроцессорной техники. На Хотьковском экспериментальном заводе (Московская область) для Томской карандашной фабрики изготовлена малая серия полуавтоматических линий.
Разработана и передана в производство рабочая документация линии автоматической сортировки карандашных дощечек с использованием приборов контроля качества и средств микропроцессорной техники. На Нижегородском заводе Росмузпрома изготовлена для Томской карандашной фабрики малая серия автоматических линий сортировки карандашных дощечек.
Разработана, изготовлена и внедрена на Томской карандашной фабрике система автоматического управления процессом сушки цветных карандашных стержней на базе современных средств микроэлектроники, обеспечивающая высокий уровень выхода продукции, экономию электроэнергии, освобождение рабочих, давшая экономический эффект около миллиона рублей (в ценах 1985 г.)
Разработана и внедрена на Томской и Славянской карандашных фабриках, система автоматического измерения и регулирования температуры технологических процессов ряда производств.
Разработана система автоматического управления технологическим процессом промышленного экструдера. Освоен промышленный вы-
пуск автоматических систем управления экструдера 07-ЭРК-1 Рубцовского металлозавода.
Разработана и внедрена на Томской и Славянской (Украина) каран
дашных фабриках система приборов автоматического измерения и
регулирования температуры технологических процессов ряда произ
водств.
Разработан, изготовлен для Томской карандашной фабрики комплекс оборудования промежуточного контроля качества изготовления карандашных дощечек и карандашей (прибор определения твердости карандашных стержней, прибор определения содержания парафина в карандашной дощечке и прибор определения очиночных свойств дощечки и карандашей и другие приборы).
Разработано и изготовлено экспериментальное оборудование утилизации отходов основного производства с целью получения из них товаров народного потребления (ТНП).
Разработана рецептура, получены экспериментальные образцы карандашной дощечки и карандашей на полимерной основе с древесным наполнителем, что дало возможность приступить к работам по поиску материалов для изготовления карандашной дощечки и плитных материалов на композиционной основе.
Результаты выполненных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ использовались в головном научно-исследовательском и проектном институте РОСНИИМЕСТПРОМ (г.Нижний Новгород) и СКБ «СПЕЦСТАНОК» (г.Москва) при проектировании нового оборудования для предприятий местной и легкой промышленности.
Проведены совместные проектные и опытно-конструкторские работы
на основе международного договора между Лесным Департаментом
провинции Гирин (КНР) и Томским политехническим университетом
по разработке оборудования для автоматической линии оптимального раскроя древесных стволов с применением приборов и методов не-разрушающего контроля качества древесины и средств автоматического управления технологическим процессом. Получен значительный экономический эффект от внедрения разработок на Томской карандашной фабрике за счет сокращения экспортных закупок, увеличения полезного выхода, уменьшения затрат на приобретение сырья, совершенствования технологии, сокращения численности работающих.
Материалы исследований также использовались в учебном процессе Томского политехнического университета, Томского педагогического университета, Томского сельскохозяйственного института, а также вошли в качестве разделов в учебниках для вузов и техникумов ряда авторов для лесотехнических специальностей (0639, 0901 А, 0902А).
Личный вклад автора. Постановка системных проблем оценки качества древесины, разработка теоретических и экспериментальных методов исследований, создание математических моделей, разработка алгоритмов оценки качества древесины в технологических потоках, оптимизация параметров измерительных устройств - выполнены автором лично.
Программы решения ряда задач и их прикладное использование были выполнены совместно с аспирантами и инженерами.
Практическое внедрение результатов исследований осуществлялось совместно с сотрудниками отдела № 9 НИИ ИН при ТПИ и отраслевой лаборатории «Механизация и автоматизация карандашного производства», а также сотрудниками отдела новой техники ООО «Томский карандаш».
Апробация работы. Результаты работы многократно докладывались в Комитете по науке и технике СМ СССР, Министерстве местной
промышленности РСФСР, на конференциях в РФ и за рубежом, Лесном Департаменте провинции Гирин (г.Чан-Чунь, КНР), Гиринском университете (г.Чан-Чунь, КНР), Международном симпозиуме по контролю древесины в 1998 г. (США), Лесотехнической Академии (г.Санкт-Петербург), Московском лесотехническом институте, Научно-исследовательском институте местной промышленности (г.Нижний Новгород), ТУСУР (г.Томск), ТГАСУ (г.Томск), ТПУ (г.Томск) и других организациях.
Публикации. Основные результаты по теме диссертации отражены в ПО печатных работах,включая научную монографию «Дефектоскопия древесины», из них 24 статьи в центральной печати, 6 авторских свидетельств, 4 статьи опубликованы за рубежом, сделано 15 докладов на конференциях разного уровня.
Автор защищает: организацию решения научно-технической проблемы контроля качества и раскроя древесных хлыстов и пиленых лесоматериалов с учетом качественных и размерных характеристик.
Приборы и методы контроля качества круглых лесоматериалов и их применение в системах автоматической оптимизации раскроя древесных стволов.
Приборы и методы контроля качества пиленых лесоматериалов и их применение в автоматических линиях раскроя и сортировки заготовок из древесины.
Приборы и методы контроля технологических процессов деревообрабатывающих производств на промежуточных и конечных стадиях производства.
Пути разработки оборудования утилизации отходов основного производства.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, изложенных на 228 страницах.Содержит 63 ри-
сунка и 26 таблиц. Список из 150 наименований и приложения на 51 страницах.
Анализ методов контроля круглых лесоматериалов
Рациональное (оптимальное) использование древесины определяется в первую очередь своевременным обнаружением основных сорто-образующих пороков, определением и разделением высокосортных зон от низкосортных на всех этапах разделки и переработки древесины.
Обнаружение пороков древесины может быть основано на регистрации изменения некоторых физико-механических свойств древесины при применении того или иного вида проникающего излучения. Это может быть различие в скоростях распространения (интенсивности поглощения) звуковых и ультразвуковых волн, различие в коэффициентах ослабления (поглощения) рентгеновского (гамма) излучения или различие электрических, диэлектрических постоянных и диэлектрических потерь. Необходимо отметить, что электрические и диэлектрические параметры древесины в значительной степени определяются влажностью, породой и температурой древесины, а также наличием и концентрацией микропримесей, что необходимо учитывать при оценке возможностей метода.
Обнаружение пороков в древесине производится на фоне значительных помех. Поэтому рекомендации по использованию методов не-разрушающего контроля могут быть выданы только на основании обобщения проведенных научно-исследовательских и экспериментальных работ и изучения предельных возможностей методов контроля. Ниже дан анализ применимости методов обнаружения пороков в круглых лесоматериалах.
Исследования применимости механических методов контроля стволов проводились в начале шестидесятых годов профессором Г.А. Вильке (Московский лесотехнический институт). Интересные исследования проведены также Л.В. Леоновым по автоматическому измерению диаметра и количества сучков при их обрезе сучкорезной машиной [6]. Способ измерения диаметра здорового сучка основан на корреляционной связи между усилиями срезания сучка и его диаметром. Авторы работы полагают, что оснащение сучкорезных машин надежными датчиками диаметров сучков позволило бы решить проблему максимального товарного выхода бревен из ствола со здоровыми сучками.
Леоновым Л.В. разработан также метод и оборудование для определения диаметра напенной гнили механическими щупами [6]. Предложенный метод основан на корреляционной зависимости между диаметром гнили и высотой ее распространения. Установлены эмпирические зависимости между длиной распространения гнили и ее диаметром. Так для сосны, лиственницы и пихты эта зависимость имеет вид: =40с/2г„+КЦ,„, где гн гн - длина и диаметр гнили в стволе.
Однако исследования показали, что установить закономерность распространения стволовых гнилей практически невозможно из-за большого отклонения длин распространения гнили в реальных стволах. Поэтому, несмотря на то, что механические методы контроля еще не исчерпали своих возможностей и, возможно, ждут дальнейших исследований, по нашему мнению, для автоматического контроля качества лесоматериалов в технологических потоках пока широкого применения не найдут.
Способность ультразвуковых волн ослабляться, а также преломляться и отражаться при переходе из одной среды в другую, широко применяется для контроля качества различных изделий и материалов. Исследования применения ультразвуковых колебаний для неразрушаю-щего контроля качества древесины проводились в ряде организаций России и за рубежом. Из зарубежных работ известны исследования, проведенные в 1956-1958 г.г. английской дорожной научно-исследовательской лабораторией по определению пороков (гнилей) в столбах по изменению скорости распространения ультразвуковых импульсов. Серьезные исследования по применению ультразвука для контроля качества древесины проведены Б.К. Лакатошем и Ю.К. Сергиенко. Первоочередными задачами проводимых исследований становились: определение оптимальной частоты ультразвуковых колебаний, исследование влияния чистоты поверхности, структуры материала, размеров, направления прозвучивания, влажности контролируемых образцов на выявление пороков и дефектов. Результаты научных исследований по применению ультразвуковых колебаний для дефектоскопии древесины достаточно полно представлены в монографии Б.К. Лакатоша и диссертационной работе Ю.К. Сергиенко [7]. Для обнаружения сучков в древесине авторы рекомендуют использовать методы отражения (импульсный) и звуковой тени (прозвучивания).
Выбор и обоснование метода автоматического контроля качества древесных стволов
В работе [1] предложен и подробно рассмотрен бесконтактный способ и устройство измерения диаметра древесного ствола (см. рис. 2.1). Вполне очевидно, что такое устройство или его разновидности с успехом могут быть использованы в автоматических системах в качестве автоматических датчиков размерных характеристик древесного ствола, поступающего в раскряжевку. На рис. 2.2 представлены диаграммы, поясняющие принцип измерения параметров образующей древесного ствола. Информация, которая выдается датчиками текущего диаметра, достаточно легко может быть привязана к сигналам датчиков длины контролируемого хлыста. Огибающая, проведенная через текущие значения диаметров ствола (рис. 2.2), практически представляет собою образующую древесного ствола. Аналитическое описание образующей в дискретной форме может быть представлено в виде: 2 ,(/)=К/,( ) ,где 2х;(() - текущий диаметр контролируемого ствола, К - коэффициент пропорциональности, и({) -амплитуда напряжения, пропорциональная измеряемому диаметру. Сигналы датчиков диаметров должны поступать в запоминающее устройство системы автоматической оптимизации через интервалы времени: V - скорость перемещения ствола по транспортеру м/сек, А1 1м-1г дискретный отрезок ствола длиной 0,10-0,25 м.
В противном случае может существенно возрасти погрешность измерения, вызванная сбегом диаметра. Для уменьшения погрешности дискретного метода необходимо, чтобы выполнялось соотношение х«Т (т - время измерения диаметра ствола). В этом случае можно сравнительно легко определить составляющую погрешности, обусловленную конечной скоростью вращения (сканирования) датчика диаметра. Максимальное время At, на которое может быть задержан сигнал о диаметре, должно быть меньше или равно х. Тогда: ± AD ±С А = ±С V А/ , где AD - ошибка измерения диаметра ствола, С - сбег диаметра ствола.
В то же время информация о качестве древесного ствола и о контролируемом диаметре должна поступать не реже, чем через 0,05-0,07 м. В этом случае ошибка измерения диаметра, вызванная задержкой информации, не будет превышать 0,13-0,35 см. Наличие информации о размерно-качественных характеристиках древесного ствола, полученной с достаточной для практики точностью, дает возможность ставить вопрос о действительно оптимальном раскрое каждого древесного ствола. В этом случае в память ЭВМ будет заложена информация о качестве древесного ствола, протяженности размерно-качественных зон и изменение диаметра по высоте ствола. Эти данные являются основополагающими, без которых принципиально не может быть решен вопрос об оптимальном раскрое древесного ствола. Таким образом, дискретные данные о древесном стволе, представленные на рис. 2.2, могут быть взяты в качестве основы для дискретной модели древесного ствола.
Вопросы выбора метода контроля, источников, оценки чувствительности метода и аппаратуры контроля качества древесины в технологических потоках разделки древесины в отечественной и иностранной литературе практически не рассматривались и, по нашему мнению, представляют большой научный и практический интерес.
Анализ экспериментальных данных показывает, что, несмотря на большое число мешающих факторов, основные пороки в круглой древесине обнаруживаются радиационным методом. Экспериментально установлено, что практически невозможно указать значения плотностей, характерных только для пораженной древесины. Однако в одном стволе в сечениях, расположенных друг от друга на расстоянии 0,5-1,5 м по высоте ствола, средние плотности пораженного и здорового участков имеют определенные отличия. Следовательно, анализируя информацию о сечениях, расположенных на определенных расстояниях, имеем возможность фиксировать переход от здорового участка к пораженному. Таким образом дифференциальный метод обнаружения пороков дает возможность существенно уменьшить влияние таких мешающих факторов как изменение влажности, плотности, сбега диаметра по длине древесного ствола [1,4].
На рис. 2.3.а схематично представлен отрезок древесного ствола, имеющий стволовую гниль и сучок. Информация о качественном состоянии контролируемого ствола может быть получена, например, при поперечном просвечивании соответствующих сечений и последующем
Гамма-дефектоскоп автоматического обнаружения пороков древесины в технологическом потоке
Рабочий контейнер источника излучения представляет собой защитно-коллимационный узел, выполненный из свинца, основное назначение которого: 1. снижение мощности дозы излучения до безопасного уровня. 2. формирование рабочего пучка излучения. Формирование рабочего пучка излучения осуществляется путем жесткого коллимирования первичного излучения.
Портативный гамма-дефектоскоп может найти широкое применение в практике проведения различных научно-исследовательских и поисковых работ по исследованию характеристик древесины. В лесной промышленности прибор может быть использован для определения границ протяженности стволовых гнилей в древесном стволе. Большие перспективы представляются при использовании портативного прибора при таксации лесных участков и исследованиях состояния растущих деревьев в условиях заповедного режима.
В частности, при использовании портативного прибора представляется возможным непосредственное определение плотности в растущем дереве с последующей оценкой качественного состояния. В этом случае плотность контролируемого участка может быть определена из соотношения: Р = — -(м0-м)
Таким образом, для определения плотности древесины по предложенной методике необходимо измерение начальной интенсивности 1о, интенсивности гамма-излучения после контролируемого образца I и его толщины х.
Массовый коэффициент ослабления u.m древесины является константой в условиях геометрии узкого пучка и может быть определен экспериментально.
Составив предварительно соответствующие монограммы можно произвести измерение плотности в интересующих нас сечениях. Имея информацию о плотности контролируемых участков, имеется возможность сделать выводы о качественном состоянии контролируемого дерева по известным методикам.
Большой интерес представляет применение портативного гамма-дефектоскопа для контроля состояния деревянных опор линий электропередач. В данном случае также может быть использована методика определения плотности, рассмотренная ранее. Использование портативного прибора в биологических исследованиях для определения плотности древесины позволит существенно сократить сроки проведения научно-исследовательских работ /8/.
Гамма-дефектоскоп автоматического обнаружения пороков в древесном стволе был установлен и испытан на поточной линии продольной подачи хлыстов Тимирязевского ЛПХ объединения «Томлеспром» [30,31,40,62,70].
Древесный ствол подается к месту разделки по транспортеру, проходит участок дефектоскопии (см. рис. 3.5, 3.6, 3.7). Контроль производится с применением вращающегося источника и неподвижного сцин-тилляционного детектора, что дает возможность получать построчную информацию о внутреннем состоянии древесины путем анализа результатов контроля по всему контролируемому хлысту. Измерение, анализ и обработка сигналов, поступающих с детектора, производятся в электронном измерительном блоке а результат выдается на световое табло пульта управления оператора - раскряжевщика. На световое табло оператора выводится информация о местоположении, протяженности стволовой и напенной гнилей контролируемого ствола и дает возможность оператору производить рациональный раскрой с учетом данных о качестве древесного ствола.
Структурная схема гамма-дефектоскопа представлена на рис. 3.8. Сигнал с детектора поступает в измерительное устройство для предварительной обработки, а затем в специализированное электронное устройство, информация с которого выдается на пульт управления оператора. Поскольку гамма-дефектоскоп еще не в состоянии определить требуемые характеристики древесного ствола, в частности породу, кривизну и ряд других, право решения на первом этапе внедрения средств неразрушающего контроля принадлежит оператору, на пульте управления которого необходимо иметь информацию о протяженности качественных зон и их расположения по длине ствола, а также информацию о длине и диаметре ствола.
Просвечивание широким пучком моноэнергетических электронов
При более строгом рассмотрении процессов взаимодействия электронов с водой и древесиной при прохождении их через эти среды можно заметить отличительную особенность в механизме потери энергии электронами. Это объясняется различным содержанием в древесине и в воде водорода. Водород имеет ту отличительную особенность, что средние пробеги электронов в нем примерно в 2,5 раза меньше, чем в углероде, азоте, кислороде. Результаты вычисления средней длины пробега бета-частиц стронция-90 (+иттрий-90) для древесины при влажности 0, 50 и 100% приведены в таблице 4.1. Из таблицы 4.1 видно, что средняя длина пробега бета-частиц в древесине с возрастанием влажности уменьшается незначительно. Это уменьшение составляет в целом 0,04% при увеличении влажности на 1%.
Следовательно, с точностью, достаточной для практического применения можно считать, что число прошедших через поглотитель частиц определяется только поверхностной плотностью.
Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что бета-излучение может быть использовано для контроля качества пиленых лесоматериалов толщиной менее 10-15 мм. Экспериментально установлено , что древесина сучков ослабляет бета-излучение примерно в 5 раз сильнее, чем здоровая древесина. Экспериментальные линейные коэф-фициенты поглощения имеют порядок 3,52 см /г для здоровой древеси ны и 6,14 см /г для сучков. Влажность древесины и ее изменение приводят к изменению чувствительности метода.
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Бета- излучение изотопных источников может быть применено для контроля качества тонких пиленых материалов с поверхностной у плотностью ниже 1,8 г/см .
2. Из выпускаемых промышленностью источников бета-излучения изотоп стронций-90 (+иттрий-90) может быть рекомендован для контроля качества тонких пиленых лесоматериалов.
3. Ослабление потоков электронов образцами различной поверхностной плотности, но различной влажности, может быть практически одинаково.
Оптический метод дефектоскопии пиленых лесоматериалов основывается либо на способности участков древесины по-разному отражать световой поток, либо на различии их оптических плотностей. В первом случае аппаратура регистрирует разность световых потоков, отраженных от порока и здоровой древесины, во втором - разность световых потоков, прошедших через порок и здоровый участок древесины.
В числе достоинств этого метода следует назвать относительную простоту, безопасность для обслуживающего персонала, использование относительно недорогостоящего оборудования.
Метод отраженного светового сигнала целесообразно использовать для контроля тонких пиленых лесоматериалов, у которых большинство пороков выходит на поверхность. В работе /25, 26/ рассмотрен ряд аспектов применения фотоэлектронной дефектоскопии методом от-
раженного светового потока. Изделия из древесины толщиной 5-15 мм следует контролировать методом прохождения светового потока.
Оптическая плотность поглотителя (при равной толщине) определяется величиной прошедшего через поглотитель излучения и зависит от окраски древесины, наличия смолы, а также насыщенности древесины влагой. Ослабление светового потока определяется выражением: и=и0Г , где U0, U - плотность потока до и после поглотителя, К - коэффициент поглощения, х - толщина древесины. Пороки и здоровая древесина имеют разную оптическую плотность и, следовательно, разные коэффициенты поглощения, что дает возможность фиксировать наличие пороков. Автором диссертации проведен большой цикл исследований по выявляемости пороков в пиленых лесоматериалах. Исследования показали, что при использовании оптического метода выявляются следующие пороки в пиленых лесоматериалах: водослой, кармашки, засмолы, сучки, трещины, сквозные червоточины, сердцевина, гниль, синева, частично прорость. Крень, завиток, волнистость, свилеватость - выявляются слабо. Дефекты механической обработки обнаруживаются в большинстве случаев.
Оптический метод контроля древесины обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами, что позволяет рекомендовать его для более глубокого изучения и применения в устройствах контроля качества пиленых лесоматериалов.
