Повышение точности метода измерения сопротивления сверлению древесины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Чернов, Василий Юрьевич

• Чернов, Василий Юрьевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Чернов, Василий Юрьевич

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Общие сведения о плотности древесины

1.2. Анализ методов определения плотности древесины

1.2.1. Определение плотности древесины стереометрическим способом, способами гидростатического взвешивания и измерения выталкивающей силы образцов, погруженных в жидкость

1.2.2. Радиационный метод

1.2.3. Акустический метод

1.2.4. Метод измерения электрического сопротивления

1.2.5. Метод измерения сопротивления внедрению иглы

1.3. Метод измерения сопротивления сверлению (микросверлению)

1.3.1. История разработки метода и устройств для измерения сопротивления микросверлению

1.3.2. Анализ конструкций устройств и способов определения свойств древесины и древесных материалов микросверлением

1.3.3. Аналитический обзор теоретических и экспериментальных исследований древесины и древесных материалов микросверлением

1.4. Выводы, цель и задачи исследований

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА МИКРОСВЕРЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

2.1. Влияние физико-механических свойств на процесс резания древесины

2.2. Расчёт кинематики микросверления

2.3. Расчёт режимов микросверления

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ МИКРОСВЕРЛЕНИЕМ

3.1. Морфологический метод исследований

3.2. Разработка морфологической классификации методов и технических решений, используемых при определении свойств древесины и древесных материалов в процессе механической обработки

3.3. Классификация устройств для определения свойств древесины и древесных материалов микросверлению

3.4. Синтез технических решений

3.5. Выводы

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА МИКРОСВЕРЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

4.1. Разработка лабораторной экспериментальной установки для определения свойств древесины микросверлепием

4.2. Методика экспериментальных исследований

4.3. Исследование закономерности изменения свойств древесины

в круглых лесоматериалах по радиусу ствола

4.4. Анализ способов определения плотности древесины с применением рентгеновского излучения и исследование влияние плотности древесины на процесс микросверления

4.5. Исследование влияния влажности древесины на процесс микросверления

4.6. Выводы

ГЛАВА 5. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОБИЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ

ДРЕВЕСИНЫ МИКРОСВЕРЛЕНИЕМ

5.1. Разработка устройства для определения плотности древесины микросверлением

5.2. Модернизация прикладной программы в программной среде «LabVIEW» для определения плотности древесины по энергосиловым параметрам процесса микросверлепия

5.3. Технические характеристики мобильного устройства для определения плотности древесины микросверлением

5.4. Выводы

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение 1. Результаты теоретических исследований процесса микросверления

древесины

Приложение 2. Параметры электроприводов и измерительных устройств лабораторной экспериментальной установки

Приложение 3. Результаты экспериментальных исследований процесса микросверления древесины

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности метода измерения сопротивления сверлению древесины»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Определение свойств древесины и древесных материалов имеет большую практическую и теоретическую значимость в науке и в народном хозяйстве. Плотность древесины является одной из главных характеристик древесины и как универсальный критерий качества сырья имеет ряд неоспоримых преимуществ перед всеми другими характеристиками. Несмотря на современные достижения науки и техники, остаются нерешенные вопросы, связанные с понятием «плотность древесины» - это методы определения плотности древесины, исследование изменчивости плотности по древесине, связь плотности с другими физико-механическими свойствами древесины и т.д. При всех своих достоинствах новые методы определения плотности древесины (денситометрии) основанные на Р-, у- и рентгеновском излучениях, характеризуются стационарностью, вредным воздействием на живой организм, высокой стоимостью оборудования и исследований, длительностью измерений. Акустические методы дают общую картину динамики плотности либо единичное, чаще усредненное, значение величины плотности по направлению прохождения ультразвука или другого излучения.

Таким образом, разработка нового устройства и методики, позволяющей определять изменчивость плотности в древесине и связи между физико-механическими свойствами древесины, сочетающими в себе безопасность, мобильность, высокую скорость и простоту измерений, является актуальной научно-технической задачей, имеющей важное значение для древесиноведения и деревообработки.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является разработка и обоснование методики и устройства для мобильного определения плотности древесины по энергосиловым параметрам процесса микросверления.

В соответствии с целью работы поставлены следующие задачи исследований:

1) выполнить теоретические исследования процесса микросверления древесины;

2) исследовать закономерности изменения свойств древесины в круглых лесоматериалах по радиусу ствола;

3) проанализировать способы определения плотности древесины с применением рентгеновского излучения;

4) обосновать применение метода измерения сопротивления микросверлению для определения плотности древесины;

5) разработать методику для мобильного определения плотности древесины микросверлением.

Научная новизна. Научную новизну имеют:

1) методика определения плотности древесины по энергосиловым параметрам процесса микросверления;

2) прикладная программа в программной среде «LabVIEW» для измерения энергосиловых параметров, определения мощности микросверления и плотности древесины;

3) результаты исследований кинематики процесса микросверления и углов резания;

4) математические модели влияния плотности и влажности древесины на процесс микросверления.

Теоретическая и практическая значимость. Разработанные мобильные устройства для определения изменения плотности древесины могут применяться при проведении научно-исследовательских работ и в производственной практике.

Основные направления использования:

- определение параметров плотности, макростроения;

- определение дендрохронологических характеристик древесины [85];

- выявление скрытых пороков и определение состояния древесины (вид, место расположения, размеры, степень поражения) растущих деревьев;

- экспертиза деревянных строительных конструкций различного назначения на эксплуатационную безопасность, несущую способность;

- селективность выбора неликвидных древесных сортиментов при заготовке и механической обработке древесины.

Разработанная морфологическая таблица возможных методов и технических решений послужит основой для разработки новых устройств, комплексов и систем исследования свойств древесины и древесных материалов в процессе механической обработки.

Измерительный комплекс (шлейф), включающий устройство сбора данных «National Instruments», и прикладная программа программной среды «LabVIEW» могут быть использованы для определения энергосиловых параметров процессов механической обработки древесины и древесных материалов.

Технические решения вопросов и устройств для мобильного определения плотности древесины микросверлением представлены в патентах РФ № 95128, 2448811, 2515342 и 2515343.

Объектом исследований является процесс сверления древесины тонкими буровыми сверлами.

Методы исследований. В диссертационной работе были использованы: морфологический метод исследований при разработке новых устройств для определения свойств древесины и древесных материалов микросверлением, научные положения теорий резания древесины, современные измерительные устройства (рентгеновский прибор определения плотности древесины и древесных композитных материалов «GreCon» DA-X, электронные весы «Vibra» AF-R220CE), компоненты измерительного шлейфа (датчики тока на эффекте Холла, устройство сбора данных (АЦП/ЦАП) «NI» USB-6008), лицензированное программное обеспечение «LabVIEW» 8.6 и 2013, «Statistica» 8.0, «TableCurve 2D» и «TableCurve 3D», «Stat-graphics» Centurion XVI, «MS» Excel 2010, методики планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных для статистического анализа динамики физико-механических свойств древесины по радиусу ствола и корреляционно-регрессионного анализа при определении влияния плотности и влажности древесины на процесс микросверления.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1) результаты теоретических исследований кинематики процесса микросверления;

2) математические модели влияния плотности и влажности древесины на процесс микросверления древесины;

3) методика определения плотности древесины по энергосиловым параметрам процесса микросверления на основе устройства сбора данных «National Instruments» USB-6008 и прикладная программа в программной среде «Lab VIEW»;

4) технические решения вопросов и устройств для определения плотности древесины микросверлением.

Достоверность выводов и результатов исследований.

Научные положения и выводы обоснованы теоретически и экспериментально, отражают физическую сущность рассматриваемых явлений. Достоверность результатов исследований обеспечена большим массивом экспериментальных данных, полученных и обработанных с использованием современных измерительных комплексов и устройств, многофункциональных программных средств, системных подходов при разработке программ, моделей и методик исследований.

Апробация результатов. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на конкурсе Молодёжных проектов V-ro всероссийского фестиваля науки, г. Йошкар-Ола, Торгово-промышленная палата, 2010 г.; Международной молодёжной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам, г. Йошкар-Ола, 2010 г.; Молодёжном инновационном форуме Приволжского федерального округа г. Ульяновск, 12-14 мая 2010г.; Молодёжном образовательном форуме «Селигер», Тверь, 2010-2012 г.; XIII Вавиловских чтениях, г. Йошкар-Ола (МарГТУ), 2010 г.; Региональном инновационном конвенте в рамках конкурса молодёжных инновационных проектов - «Зворыкинская премия», г. Йошкар-Ола, 2010 г.; V Российском Форуме «Российским инновациям - российский капитал», X Ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов, г. Нижний Новгород, 23-25 мая 2012 г.; Международной научно-технической конференции, посвященной 5-летию кафедры механической технологии древесины, г. Кострома, КГТУ, 2012 г.; Республиканском конкурсе молодежных инновационных проектов, г. Йошкар-Ола, Министерство про-

мышленности, транспорта и дорожного хозяйства Республики Марий Эл, 2012 г.; Международном фестивале инноваций, знаний и изобретательства «Тесла Фест», Сербия, г. Нови Сад, 12-15 октября 2012 г.; Всероссийском конкурсе молодёжных проектов (Росмолодёжь), Москва, декабрь 2012 г.; Международной научно-практической конференции «Экологобезопасные и ресурсосберегающие технологии обработки древесины», посвященной 115-летию НУБиП Украины, 10-й годовщине основания кафедры технологии деревообработки и очередной сессии Регионального Координационного совета по современным проблемам древесиноведения, Киев, 24-27 сентября 2013 г.; конкурсе «У.М.Н.И.К. на СТАРТ», Москва, октябрь 2013 г.; V Международном симпозиуме РКСД «Строение, свойства и качество древесины - 2014», Москва-Мытищи, 22-25 сентября 2014 г.

Работа выполнена при поддержке грантов Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «У.М.Н.И.К.» № 9628р/14235 и «У.М.Н.И.К. на СТАРТ» № 12507р/23944.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 4 статьи в журналах по перечню ВАК. Получено 4 патента Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 5 разделов, заключение и список литературы, изложена на 127 е., список литературы содержит 99 наименований.

На всех этапах работы в качестве научного консультанта принимал участие кандидат технических наук, доцент Шарапов Е.С.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Общие сведения о плотности древесины

Древесина является природным органическим растущим материалом и, как все живые материалы, она имеет свои свойства, которые зависят от условий произрастания, от действия природных и техногенных сил и болезней [28]. У древесины наблюдаются изменчивость свойств, неоднородность строения, анизотропия, наличие пороков [11], способность усыхать и разбухать, коробиться и растрескиваться, загнивать и возгораться. Всё это негативно влияет на качество выпускаемой продукции при механической обработке [73]. Решение вопросов точного определения строения и изменчивости свойств древесины, своевременного выявления пороков позволит наиболее рационально и безопасно использовать её в различных областях народного хозяйства.

Наиболее существенное развитие отечественная наука о строении и свойствах древесины получила с 20-х годов прошлого века. Исследованиями свойств древесины занимался Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины (ЦНИИМОД), Всесоюзный институт авиационных материалов (ВИАМ), Институт леса Национальной академии наук Беларуси (Институт леса HAH Беларуси), Московский государственный университет леса (МГУЛ). Большой вклад в изучение физико-механических свойств древесины внес Б.Н. Уголев. Плотность и пороки древесины исследовал О.И. Полубояринов. Значительный вклад в развитие отечественного древесиноведения внесли С.И. Ванин и JT.M. Перелыгин. В последующие годы исследованиями физических и механических свойств занимался П.С. Серговский — по гидротермической обработке, Б.С. Чудинов — по влажностным свойствам древесины, JI.C. Исаев - по плотности. Работами в области неразрушающего ультразвукового контроля древесины и определения акустических свойств занимались И.И. Пищик, В.И. Федю-ков.

Среди множества физико-механических свойств древесины многие исследователи [32, 37, 25, 39, 41, 45, 48, 66, 69, 72] выделяют один, наиболее важный и основной параметр - плотность древесины.

По мнению О.И. Полубояринова [33], плотность как показатель качества древесины имеет ряд неоспоримых преимуществ перед всеми другими характеристиками (пороками [21], шириной годичного кольца [64, 87], процентом поздней древесины [64]), которые имеют существенные недостатки [57, 63, 87]. В своих работах он пришёл к следующим выводам:

1) плотность даёт весовую характеристику древесины, которая сама по себе уже является фактором качества;

2) на основе плотности можно рассчитывать содержание сухого вещества в древесном сырье и определять, в частности, весовую продуктивность растущих деревьев;

3) плотность древесины в значительной степени влияет на многие её физические свойства;

4) плотность древесины даёт хорошее представление о механических свойствах и т.д.

Однако О.И. Полубояринов так же выделяет также проблемы, связанные с показателем плотности. К числу важнейших вопросов «плотности древесины» он относит:

1) методы определения плотности древесины;

2) исследование колебаний;

3) изучение плотности нестволовой древесины;

4) связь между плотностью и различными физико-механическими свойствами;

5) влияние плотности древесного сырья на качество важнейших продуктов, получаемых из древесины.

Б.Н. Уголев даёт положительную оценку возможности использования показателей макроструктуры и плотности для определения прочности древесины [37]. Также он констатирует, что наиболее тесную связь с пределами прочности при основных видах действия сил имеет плотность. Однако, по мнению автора, плот-

ность может быть достаточно надёжным признаком только у древесины без пороков. Такие пороки, как сучки, трещины и т.п. не значительно снижают плотность, при этом существенно уменьшается прочность древесины [34, 36 и 38]. Это утверждение справедливо при определении средней плотности древесины. Не исключено, что существует более высокая корреляция прочности и плотности в менее твёрдых и плотных локальных областях древесины.

1.2. Анализ методов определения плотности древесины 1.2.1. Определение плотности древесины стереометрическим способом, способами гидростатического взвешивания и измерения выталкивающей силы образцов,

погруженных в жидкость

Определение плотности древесины осуществляется с помощью стереометрического способа и способов вытеснения воды или ртути, гидростатического взвешивания, измерения выталкивающей силы образцов, погруженных в жидкость, максимальной влажности. Эти способы имеют наибольшее распространение в отечественной науке о древесине. Наиболее точными [33] являются способы гидростатического взвешивания и измерения выталкивающей силы образцов, погруженных в жидкость, однако наибольшее распространение среди представленных способов имеет стереометрический способ. Для определения плотности древесины стереометрическим способом необходимо отобрать из исследуемого объекта (растущее дерево, древесное сырье и т.п.) образец древесины стандартного размера, например 20x20x30 мм по ГОСТ 16483.1 - 70, при этом объем образцов рассчитывается по стереометрическим формулам, а масса - на весах соответствующей точности. В качестве исследуемого образца также могут быть использованы керны, отобранные с помощью приростного бурава.

Данные способы определения свойств древесины относятся к разрушающим, представляют усредненные значениями исследуемых параметров по образцу, а сами процедуры исследования являются достаточно долгими, требующими использования ручных измерительных инструментов (линейки, штангенциркули) и лабораторного оборудования (весов и т.д.). Достоверность полученных резуль-

татов зависит от правильности формы и точности изготовления образцов с заданными размерами.

На сегодняшний день стереометрический и другие описанные выше способы используются редко и, главным образом, при выполнении экспериментальных исследований, заметно уступили место радиационным и другим современным методам определения свойств древесины и древесных материалов, основанным на проникающих излучениях. Данные методы будут рассмотрены подробнее.

1.2.2. Радиационный метод

Основателями использования радиационного метода при определении внутреннего состояния растущих деревьев стали Т. Meloy и т.д., 1930 г. [18]. Американский учёный J. Zucker разработал методику испытаний деревянных опор рентгенографией, которая с успехом применялась на практике в широких масштабах.

Рентгеновские и гамма-лучи представляют собой короткие электромагнитные волны. Место, занимаемое этими лучами среди других видов излучения, указано в таблице 1.1. Одним из основных показателей, характеризующих рентгеновское излучение, является его интенсивность. Основное свойство рентгеновских лучей - сильная проникающая способность.

Таблица 1.1

Длина воль излучении

Излучение Длина волн, см

Рентгеновские лучи (техническая область) 2,5-10"8- 0,06-10"8

Сверхжёсткое рентгеновское излучение Гамма-лучи радиоактивных веществ 0,25-10"8- 0,003 10"8

Рентгеновские лучи обладают способностью проходить через любые материалы. Одни тела хорошо пропускают рентгеновские лучи, другие хуже. При этом проницаемость материалов уменьшается с увеличением их толщины. Благодаря этому свойству рентгеновских лучей стало возможным использовать их для изу-

чения внутреннего состояния различных тел и, в частности, для дефектоскопии материалов и изделий из древесины посредством рентгеновской томографии.

Другое направление использования рентгеновских излучений - рентгено-денсиометрия. Метод получил известность и широкое распространение в конце XX века и до сих пор считается одним наиболее точных [80]. В деревообработке рентгеновская денситометрия может использоваться для определения величины средней плотности или получения профилей плотности, кернов, образцов композиционных древесных плит и т.д [84]. Одними из представителей лабораторных приборов для исследования плотности древесины и древесных материалов являются устройства ОА-Х фирмы «ОгеСоп» (рис. 1.1). Относительная погрешность измерения плотности древесины таких устройств равна ± /%, разрешающая способность настраивается и может достигать до 1000 и более значений на 1 мм длины образца.

Рис. 1.1. Прибор йА-Х для определения плотности древесины и древесных материалов фирмы «СгеСоп» Преимуществом радиационного метода и указанных устройств перед другими, например, ультразвуковым или методами, использующими ручные инструменты (возрастной бурав и т.д.), является возможность использования в дере-воперерабатывающих производствах. Это обусловлено высокой производительностью радиационного метода. Однако необходимо отметить, что использование данного метода при исследовании растущих деревьев, строительных конструкции представляется затруднительным и зачастую невозможным вследствие недостаточной мобильности устройств. Известно, что губительное воздействие на организм человека оказывают гамма-излучения, однако и рентгеновские излучения при неправильном обращении и несоблюдении правил безопасности могут повлечь за собой нежелательные последствия для здоровья исследователей, а полу-

ценные величины плотности являются средними значениями по сечению образцов [97].

1.2.3. Акустический метод

Под акустическим методом понимают испытание материалов и изделий, в частности древесины, на внутреннюю их однородность под воздействием проникающих импульсов различной частоты (обычно это ультразвук). 11ринцип работы основан на пропускании через исследуемый материал звуковых волн высокой частоты - от 20 кГц и выше [19]. Сущность метода заключается в том, что высокочастотные звуковые волны в зависимости от плотности материала имеют разные акустические параметры (скорость распространения, степень затухания и т.д.). На этом принципе основано выявление внутренних дефектов в виде гнили или пустот и трещин. Таким образом, по изменению звуковой волны можно судить об изменении плотности в древесине [15], свидетельствующей о наличии внутренних дефектов.

Пассивная ультразвуковая диагностика древесины. Основными элементами ультразвуковых устройств является пара датчиков, выполняющих роль излучателя и приемника. При анализе исследуемого материала датчики размещаются на её поверхности. Автоматически или под воздействием внешнего возбудителя на излучателе возникает ультразвуковой импульс, который распространяется по материалу и достигает датчика-приемника. Далее по зафиксированному времени прохождения импульса рассчитываются исследуемые параметры. Одними из самых современных представителей подобных ультразвуковых устройств является прибор «Micro Hammer», который представлен на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Ультразвуковое устройство для выявления пороков в древесине «Micro Hammer»

(IML GmbH, Германия)

Активная ультразвуковая диагностика древесины. Ультразвуковая томография. В настоящее время распространение получает ультразвуковая томография. Это вид неразрушающей томографии, при которой получают послойное отображение внутреннего состояния древесины. В современных ультразвуковых томографах используется от двух до двенадцати датчиков, выполняющих одновременно роль излучателей и приемников. Наиболее известным ультразвуковым томографом является «АгЬоЮтк», или «Лрботом» (рис. 1.3). Он используются для диагностики сос тояния растущих деревьев и строительной древесины.

Рис. 1.3. Система «АгЬсЯот®» (ЯШТЕСН®, Германия), включающая датчики (на дереве) и блок обработки данных (слева), подключенный к персональному компьютеру

Чтобы исследовать растущее дерево, датчики «АгЬоЮт"» закрепляются равномерно (рис. 1.4) по кругу, непосредственно на стволе на одном уровне. Обработка сигналов и получение информации о состоянии исследуемого объекта осуществляется ЭВМ с помощью специальной программы.

Рис. 1.4. Распространения ультразвуковых волн в дереве при разном числе датчиков излучателей-

приемников

Результатом диагностики является графическое послойное отображение материала (рис. 1.5).

Скорость распространия ультразвука

о

О-1400 м/с

О-1100 м/с

■600 м/с

Рис. 1.5. Фотография поперечного спила (слева) и соответствующая ей картина распространения скорости ультразвука (справа) древесины, пораженной сердцевинной гнилью

Причина редкого применения ультразвукового метода при определении плотности древесины заключается в сильном поглощении ультразвука в ней. В связи с этим требуется особенно надёжный акустический контакт излучателя и приемника с исследуемым образцом. Сложная зависимость скорости и интенсивности ультразвуковых и звуковых колебаний от влажности и температуры древесины усложняет процесс обработки полученных результатов. Исследование данным методом материалов, не имеющих тщательно обработанных поверхностей со сложной внутренней структурой, широко не изучено. Проблема использования этого метода заключается в том, что скорость ультразвуковой волны равна отношению длины распространения к времени прохождения, при этом, не зная внутреннего состояния древесины, невозможно точно определить путь ( траекторию и расстояние) прохождения волны и, следовательно, скорость ультразвуковой волны [71, 78].

1.2.4. Метод измерения электрического сопротивления

Электрическое сопротивление определяется по разности потенциалов (напряжения), полученного посредством пропускания тока низкой частоты через исследуемый материал. Разность потенциала сравнивается с табличными значениями. Первоначально метод разрабатывался для исследования земли, однако нашёл применение при изучении различных материалов, одним из которых стала древесина. Основной областью использования данного метода является определение влажности материала.

Различия между замеренным электрическим сопротивлением и эталонными значениями могут быть вызваны грибковыми поражениями, поэтому полученные результаты исследования дают возможность выявить пороки в древесине [51]. С другой стороны, известно, что на электрическое сопротивление влияет множество факторов. С повышением влажности увеличивается проводимость электрического тока, поэтому прослеживается хорошая корреляция между электрическим сопротивлением и влажностью древесины, что делает данный метод востребованным для определения влажности с высокой точностью. Однако некоторые факторы, например, температура, направления волокон, порода и плотное гь древесины оказывают на электропроводность разное влияние, которое до конца не изучено.

1.2.5. Метод измерения сопротивления внедрению иглы

Па данном методе основана работа устройства «РПос1уп», или «Пилодин». Метод базируется на проникновении специальной иглы под определенным давлением в материал. При этом в зависимости от твердости и плотности древесины глубина проникновения будет разной. Определение плотности древесины осуществляется по табличным данным, в которых заданной глубине проникновения соответствует определенное значение плотности исследуемого материала. Так как длина иглы «РПос1уп» (рис. 1.6) не большая (около 50 мм), то возможно определить лишь поверхностные слои древесины. Для этого на растущем дереве или лесоматериале необходимо сначала зачистить от коры область, где предполагайся применить устройство. Точность результатов будет обеспечена при исследовании однородного материала.

'/Х-ГТГА /х %А/

»»*> _ / г ' ь

"" !

Л,- <*Г ЧИ«*

- - - —»»А.'Ч^'*»

^ ^ж ^¿^л^Д

зг

Рис 1 6 Внешний вид и дополнительные комплектующие «Р|1ос1уп» (слева) и схема внедрения иглы

в исследуемый материал (справа)

1.3. Метод измерения сопротивления сверлению (микросверлению)

Метод измерения сопротивления микросверлению (рис. 1.7) используют для определения изменения свойств в локальной области древесины и древесных материалов [74], вызванных неоднородностью материала, которая связана с особенностями роста живой материи древесины или технологией производства древесных материалов.

Рис. 1.7. Система «Рез1з1одгарЬ®» («Резистограф») основанная на методе измерения сопротивления

Данный метод позволяет выявить виды и размеры скрытых дефектов, а также определить причины, вызвавшие их образование в древесине, без дополнительного оборудования [55, 56, 79]. Благодаря мобильности устройств стало возможно провести диагностику непосредственно на месте расположения исследуемого объекта [66, 81].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чернов, Василий Юрьевич, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Амалицкий, В.В. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий / В.В. Амалицкий, В.И. Санев. М.: Экология, 1992. 480 с.

2. Амалицкий, В.В. Оборудование отрасли / В.В. Амалицкий, Вит.И. Амалицкий. -М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2006. 584 с.

3. Бершадский, А.Л. Резание древесины: учебное пособие / А.Л. Бершадский. - М.: Гослесбумиздат, 1956. - 328 с.

4. Боровиков, В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов / В. Боровиков. - 2-е изд. (+CD) - СПб.: Питер, 2003. - 688 е.: ил.

5. Вакин, А.Т. Пороки древесины / А.Т. Вакин, О.И. Полубояринов, В.А. Соловьев. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 112 с.

6. Глебов, И.Т. Расчет режимов резания древесины: монография / И.Т. Глебов: -Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. - 156 с.

7. Глебов, И.Т. Современные методы расчёта режимов резания / И.Т. Глебов. -Екатеринбург: УГЛТУ, 2010. - 8 с.

8. Глебов, И.Т.Резание древесины: учебное пособие / И.Т. Глебов - Екатеринбург: УГЛТУ, 2007. - 228 с.

9. ГОСТ 16483.1-84 . Древесина. Метод определения плотности. - М.: ИПК «Издательство стандартов», 1999

10. ГОСТ 16483.7-71. Древесина. Методы определения влажности. - М.: «Стандар-тинформ», 2006.

11. ГОСТ 2140-81. Видимые пороки древесины. Классификация, термины и определения, способы измерения. - М.: Стандартинформ, 2006.

12. Грубе, А.Э. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин и автоматических линий: учебник / А.Э. Грубе, В.И. Санев: - М.: Лесн. пром-сть, 1973.-384 с.

13. Заявка 2014118167 Российская Федерация, МПК6 G01N 3/40. Центровое сверло / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю.; заявитель ФГБОУ ВПО «ПГТУ» ; № 2014118167/02 ; заявл. 05.05.2014.

14. Ивановский, Е.Г. Резание древесины: учебное пособие / Е.Г. Ивановский. - М.: Лесн. пром-сть, 1975. - 200 с.

15. Колесникова, A.A. Исследование свойств древесины по кернам: научное издание /A.A. Колесникова. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. - 178 с.

16. Круглопильный станок : пат. 2137597 Рос. Федерация: МПК 6 В27В 5/00 / Торо-пов A.C., Еремин С.А., Шестаков С.А. - заявл. 17.06.98; опубл. 20.09.99, Бюл. №

17.

18.

19.

20.

21.

22

23.

24

25

26

27

28

29

30

31

26. - 3 с.

Куприенко, H.B. Статистика. Анализ рядов динамики : учебое пособие. / Н. В. Куприенко, О. А. Пономарева, Д. В. Тихонов. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2009.-203 с.

Лакатош, Б.К. Дефектоскопия древесины / Б.К. Лакатош. - М., 1966.

Ласточкин, П.В. Дефектоскопия древесины и возможности ее применения в автоматизированных разделочных установках / П.В. Ласточкин. - М., 1962.

Любченко, В.И. Резание древесины и древесных материалов: учебное пособие для вузов / В.И. Любченко. - М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 296 с.

Манжос, Ф.М. Дереворежущие станки: учебник / Ф.М. Манжос. - М.: Лесн. пром-сть, 1974.-455 с.

Одрин, В.М. Морфологический анализ систем / В.М. Одрин, С.С. Картавов. -Киев: Наукова думка, 1997. - 160 с.

Пат. 95128 Российская Федерация МПК 6 G01 N 3/40. Устройство для измерения сопротивления сверлению / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Бычкова Т. В. ; заявитель и патендообладатель Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Бычкова Т. В. - № 2010106686/22 ; заявл. 24.02.2010 ; опубл. 10.06.2010. Бюл. № 16. - С. 3.

Пат. 2448811 Российская Федерация МПК 6 В23В 25/06. Устройство для измерения сопротивления сверлению / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Чернов Ю.В. -№ 2010145313/28 ; заявл. 08.11.2010 ; опубл. 27.04.2012, Бюл. № 12.-С. 3.

Пат. 2515342 Российская Федерация МПК 6 G01N 3/58. Устройство для измерения сопротивления сверлению / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Кузнецов Е.Ю., Потаев И.С. - № 201251980/28 ; заявл. 04.12.2012 ; опубл. 10.05.2014, Бюл. № 13.-С. 3.

Пат. 2515343 Российская Федерация МПК 6 G01N 3/58. Устройство для измерения сопротивления сверлению / Шарапов Е.С., Чернов В.Ю., Торопов A.C. -№ 201251980/28 ; заявл. 04.12.2012 ; опубл. 10.05.2014, Бюл. № 13. - С. 3.

Перелыгин, Л.М. Влияние пороков на технические свойства древесины / Л.М. Перелыгин. - М.- Л.: Гослесбумиздат, 1949. - 155 с.

Перелыгин, Л.М. Древесиноведение / Л.М. Перелыгин, Б.Н. Уголев. - М.-Л.: Лесн. пром-сть, 1971.

Пижурин, A.A. Исследование процессов деревообработки / A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 231 с.

Половинкин, А.И. Автоматизация поискового конструирования / А.И. Половин-кин. - М.: Радио и связь, 1981. - 344 с.

Половинкин, А.И. Методы поиска новых технических решений / А.И. Половинкин. - Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976. - 192 с.

32. Полубояринов, О.И. Оценка качества древесного сырья / О.И. Полубояринов. -Л.: ЛТА, 1971.

33. Полубояринов, О.И. Плотность древесины / О.И. Полубояринов. - Л.: ЛТА, 1973. -76 с.

34. Торопов, A.C. Исследование плотности древесины березы, пораженной сердцевинной гнилью / A.C. Торопов, Е.С. Шарапов // Изв. вузов. Лесн. журн. - 2006. -№6. - С. 34-43.

35. Торопов, A.C. Исследование процесса поперечного пиления самонастраивающимся механизмом резания с дисковой пилой: учебное пособие / A.C. Торопов, С.А. Еремин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. 80 с.

36. Торопов, A.C. Новые технологии раскроя древесины, пораженной сердцевинной гнилью / A.C. Торопов, Е.С. Шарапов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2008. - №8. - С. 59-62.

37. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учебник для лесотехнических вузов. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.

38. Уголев, Б.Н. О неразрушающих испытаниях древесины / Б.Н. Уголев, В.Д. Ни-кишев // Деревообраб. пром-сть. - 1966. - № 7. - С. 15-17.

39. Чернов, В.Ю. Исследование физико-механических свойств древесины сверлением : дис. ... магистр техники и технологий 250400 / Чернов Василий Юрьевич. - Йошкар-Ола , 2011. - 141 с.

40. Чернов, В.Ю. Определение внутрикольцевой плотности древесины с помощью устройства для измерения сопротивления сверлению/ В.Ю. Чернов // Зб1рник тез доповщей МЬкнародноТ науково-практичноТ конференцп "Екологобезпечш ресурсозбер1гаюч1 технологи обробления деревени" / НУБиП -2013. - С. 9-10.

41. Чернов, В.Ю. Устройство для измерения сопротивления сверлению / В.Ю. Чернов, Е.С. Шарапов // Научному прогрессу - творчество молодых: сб. материалов по итогам междунар. науч. конф. по естественнонауч. и техн. дисципл: в 3 ч. Ч. 3. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2010. - С. 124-126.

42. Чернов, В.Ю. Устройство для измерения сопротивления сверлению / В.Ю. Чернов, Е.С. Шарапов // Сборник аннотации проектов Молодежного инновационного форума Приволжского федерального округа (УлГТУ, 12-14 мая 2010 г.). - Ульяновск: УлГТУ, 2010.-404 с.

43. Чудинов, Б.С. Вода в древесине / Б.С. Чудинов. - Новосибирск: Наука, 1984. -270 с.

44. Шарапов, Е.С. Исследование процесса сверления древесины с использованием устройства сбора данных Nl USB 6008 / Е.С. Шарапов, В.Ю. Чернов // Изв. вузов. Лесн. журн. - 2012. - №6. - С. 96-100.

45. Шарапов, Е.С. Методика тарировки устройства для определения плотности

древесины сверлением / Е.С. Шарапов, A.C. Торопов, В.Ю. Чернов // Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса : материалы международной научно-технической конференции, посвященной 5-летию кафедры механической технологии древесины / ФГБОУ ВПО КГТУ. - Кострома : Изд-во КГТУ, 2012.-219 с.

46. Шарапов, Е.С. Морфологические исследования конструкций мобильных устройств для диагностики состояния древесины сверлением / Е.С. Шарапов,

A.C. Торопов, В.Ю. Чернов // Труды Поволжского государственного технологического университета. - 2013. - Ч.:2 - С. 342-349.

47. Шарапов, Е.С. Обоснование конструкции устройства для исследования свойств древесины сверлением / Е.С. Шарапов, В.Ю. Чернов // Известия СПбГЛТА. -2011.-№ 195.-С. 134-142.

48. Шарапов, Е.С. Определение внутрикольцевой плотности древесины с помощью устройства для измерения сопротивления сверлению / Е.С. Шарапов, A.C. Торопов, В.Ю. Чернов // Науковий вюник Нацюнального ужверситету öiopecypciB i природокористування Укра'ши. -2013. - №185, ч. 2. - С. 320-327.

49. Шарапов, Е.С. Результаты экспериментальных исследований свойств древесины круглых лесоматериалов по радиусу ствола / Е.С. Шарапов, A.C. Торопов,

B.Ю. Чернов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2012. - №2. - С. 162-167.

50. Шарапов, Е.С. Сравнительный анализ способов определения плотности древесины с помощью рентгеновского излучения и устройства для измерения сопротивления сверлению / Е.С. Шарапов, В.Ю. Чернов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2014. - №2. -С. 89-95.

51. Bächle, F. Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung im Bauwesen / F. Bächle, K. Junghans, P. Niemz, S. Baum, Y. Herbers. Zürich: D-BAUG, Institut für Baustoffe - Holzphysik, 2007. 73 p.

52. Becher-teleskope-bohrgerät zur materialprüfung: 10031395 A1. Deutsches pa-tentamp: G01N 3/08 / Rinn, Frank. Anmeldetag 03. 07. 2000; offenlegungstag 26. 04. 2001.

53. Bohrwiderstandsmeßgerät: 4438383 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/58 / Mattheck, Claus. Anmeldetag 27. 10. 94; offenlegungstag 02. 05. 96.

54. Bore resistance measuring apparatus including a drive unit and an attachment for a drilland or driving mechanism: 6290437 B1. United states patent: B23B 41/00 Claus M. Leimersheim, Erich H. Wiesloch. Appl. no. 421904; filed Oct. 20, 1999; patented Sep. 18, 2001.

55. Brashaw, Brian K. Condition Assessment of Timber Bridges: 1. Evaluation of a MicroDrilling Resistance / Brian K. Brashaw, Robert J. Vatalaro, James P. Wacker, Robert J. Ross//Tool. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-159. Madison, Wl: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2005. 8 p.

56. Costello, Laurence R. Detection of wood decay in blue gum andelm: an evalution of

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64,

65

66

67

68

69

70

the resistograph and the portable drill / Laurence R. Costello, Stephen L. Quarles // Journal of Arboriculture. 1999. № 25(6) P. 311-318.

Dadswell, H.E. Growing trees with wood properties desirable for paper manufactire / H.E. Dadswell, A.B. Wardrop // Reprint, Journal of Australian Pulp and Paper Industry Technical Associât. 1959.

Dispositif pour mesurer la résistance interne des matériaux: 2600772 A1. Demande de brevet d'invention: G01N 3/40 / Francis Chagneau et Michel Levasseur. Date de depot 27 juin 1986; date de la mise â disposition du public de la demande 31 décembre 1987.

Eckstein, D. Holzanatomische Untersuchunger zu Bohrwiderstandsmessungen an Laubhölzern / D. Eckstein, U. Sass // Holz als Roh- und Werkstoff 52, 1994. P. 279286.

Ehlbeck, J. Bohrwiderstandsmessungen an eingebautem Konstruktionsholz / J. Ehlbeck, R. Görlacher // Sonderdruck des SFB 315 der DFG Universität Karlsruhe, 1990.

Gretchen, L. In situ assessment of structural timber / L. Gretchen, K. Bohumil, A. Ron // State of the Art Report of the RILEM Technical Committee. 215-AST. 2010. P. 5157.

Görlacher, R. Untersuchung von altem Konstruktionsholz: Die Bohrwiderstands-messung / R. Görlacher, R. Hättinch // Bauen mit Holz. 92. 1990. P. 455-459.

Hakkila, P. Investigations on the basic density of finnish pine, spruce and birch wood / P. Hakkila//Communication Inctituti Forestall Fenniae. 66.8. 1968.

Heiskanen, V. On the interdependece of annual ring width and saw-log quality / V. Heiskanen // Communicationes Instituti Forestalis Fennial. 44.5. 1954.

Honeywell International, Inc. [Electronic resource]. Electronic data. Moricetown, cop. 2011. URL : http://honeywell.com/

Kasal, B. In situ assessment of structural timber / B. Kasal, T. Tannert // RILEM Technical Committee. 215-AST. 2010. P. 1-114.

Kollmann, F. Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe / F. Kollmann. Berlin: Springer, 1951.

Laufenberg, T.L. Using gamma radiation to measure density gradients in reconstituted wood products. / T.L. Laufenberg // Forest Prod. J. 36 (2). 1986. P. 59-62.

Le Naour, F. Le forametre. Un outil de reconnaissance mécanigue du bois / F. Le Naour, P. Morlier // Ann. Sei. For. 48. 1991. P. 47-61.

Mattheck, C. How to read the results of Resistograph M. Arboric / C. Mattheck, K. Bethge and W. Albrecht // How to read the results of Resistograph M. Arboric. J. 21. 1997. P. 331-346.

71. Mattheck, C. VTA - Visual tree defect assessment / C. Mattheck, K. Betghe // Proc. 9th Int. Mett. Non-destructive testing, Madison, September 1993.

72. Metod and apparatus for testing of materials: 20130241580 A1. United states patent: G01N 27/04 / Frank Rinn. Appl. no. 13/763,290; filed Feb, 08, 2013; patented Sep. 19, 2013.

73. Panshin, A.J. Textbook of wood technology / A.J. Panshin, C. de Zeeuw. New York.: McGraw-Hill Publ. Comp, 1980.

74. Paulitsch, M. Neues Verfahren zur Bestimmung des Rohdichteprofils von Holzspanplatten / M. Paulitsch, L. Mehlhorn. // Holz Roh- Werkstoff. 31. 1973. P. 393-397.

75. Rinn, F. Catalog of relative density profiles of trees, poles, and timber derived from resistograph microdrilling // Proceedings of the 9th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood. September 22-24, 1993. Madison, Wl. Published by Conferences & Institutes, Washington State University, 1994. P. 61-67.

76. Rinn, F. Density profiles of conifers and deciduous trees by field measurements of coring resistance / F. Rinn // Proceedings of the IUFRO Conference, Division 5. Nancy, 1992. 781 p.

77. Rinn, F. Ein neues verfahren zur direkten messing der holzdichte bei Laub- und Nadelhölzern / F. Rinn, B. Becker, B. Kromer // Dendrochronologia. 1990. № 7 P. 159-168.

78. Rinn, F. Erfassung und documentation des zustands hölzerner konstruktionen / F. Rinn // Erfahrungsbericht aus 20 Jahren Anwendungspraxis. Heidelberg, 2008. 17 p.

79. Rinn, F. One minute pole inspection with RESISTOGRAPH micro drilling / F. Rinn // Proceeding of the Internationdl Conference on Wood Poles and Piles, Fort Collins, Colorado, USA. Fort Collins: Colorado State University, 1994. P. 12-18.

80. Rinn, F. Resistograph and X-ray density charts of wood comparative evaluation of drill resistance profiles and X-ray density charts of different wood species / F. Rinn, F.-H. Schweingruber, E. Schär//Walter de Gruyter. Berlin - New York. 1996. P. 303311.

81. Rinn, F. Resistographic inspection of building timber / F. Rinn // Proceeding of the Pacific Timber Engineering Conference, Gold Coast, Australia, 1994. P. 469-478.

82. Rinn, F. Resistographic visualization of tree-ring density variations / F. Rinn // Tree Rings, Environment and Humanity, Radiocarbon. 1996. P. 871-878.

83. Rinn, F. TSAP/X - Computerprogramm for dendrochronological data bases, time series analysis and presentation graphics / F. Rinn. Heidelberg, 1990.

84. Schweibgruber, F.H. The X-ray technique as applied to dendrochronology / F.H. Schweibgruber, H.C. Fritts, O.U. Bräker, L.G. Drew, E. Schär//Tree-Ring Bulletin 38, 1978. P. 61-91.

85. Schweibgruber, F.H. Tree rings. Basic and applications of dendrochronology / F.H. Schweibgruber. Dordrecht: Reidel Publ., 1986.

86. Shigo, A.L. Compartimentalization of decay in trees / A.L. Shigo // Scientific American. 252. 1985. P. 96-103.

87. Siimes F.E. Strength grading rules for Finnish structural sawn timber / F.E. Siimes. Helsinki, 1952.

88. Tool for measuring decay in wood: 5792960. United states patent: G01M5/00 / David Anthony Lewis, Geoffrey Neville Boughton. Appl. no. 653,656; filed May 24, 1996; patented Aug. 11, 1998.

89. Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Holzquerschnitten: 4004242 A1. Deutsches patentamp: G01N 33/46 / Kipp Thorwald. Anmeldetag 12. 02. 90; offen-legungstag 14. 08. 91.

90. Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung autokalibrierfähiger Bohrwiderstands-messungen: 102005013752 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/42 / Rinn Frank. Anmeldetag 22. 03. 2005; offenlegungstag 12. 10. 2006.

91. Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung des inneren Zustandes von Bäumen oder Holzbauteilen: 3501841 A1. Deutsches patentamp: G01N 33/46 / Kamm Willibald F. G. Anmeldetag 22. 01. 85; offenleg ungstag 24. 07. 86.

92. Verfahren und Vorrichtung zur Materialprüfung insbesondere für Bäume und Hölzer mittels Eindring- und Auszugswiderstandsmessung: 10031333 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/00 / Rinn Frank. Anmeldetag 03. 07. 2000; offenlegungstag 18. 01.2001.

93. Vorrichtung zur Materialprüfung, insbesondere Holzprüfung durch Bohr- bzw. Ein-dringwiderstandsmessung: 4122494 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/40 Rinn, Frank; anmeldetag 06, 07, 91; offenlegungstag 05, 03, 92.

94. Wang, X. Nondestructive evaluation of incipient decay in hardwood logs / X. Wang, J. Wiedenbeck, R.J. Ross et al. //. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-162. Madison, Wl: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 2005, 11 p.

95. Winistorfer, P.M. A direct scanning densitometer to measure density profiles in wood composite panel products / P.M. Winistorfer, W.C. Davis, W.W. Moschler // Forest Prod. J. 36 (11/12). 1986. P. 82-86.

96. Winistorfer, P.M. Application of a drill resistance technique for density profile measurement in wood composite panels / P.M. Winistorfer, W. Xu, R. Wimmer // Forest Products Journal. 1995. №45(6). P. 90-93.

97. Wood decay detecting drill: 2242029 A. UK patent application: G01N 19/00 / David Allen Seaby. Application № 9005090.6; date of filing 17.03.1990; date of publication 18.09.1991.

98. Zuwachsbohrer: 19716817 A1. Deutsches patentamp: G01N 3/40 / Mattheck Claus. Anmeldetag 22. 04. 97; offenlegungstag 05. 11. 98.

Zwicky, F. Discovery Invention, Research Through the Morphological Approach / F. Zwicky. McMillan, 1969.

Приложение 1. Результаты теоретических исследований процесса

микросверления древесины

Таблица П1.1

Состав стали тонкого бурового сверла определённый с помощью рентгенофлуоресцентного анализа

Элемент Содержание, %

Бе 95,2

81 0,3

Л 0,13

Сг 0,4

Мп 0,66

Се 0,63

2п 0,25

Эп 2,43

Таблица П1.2

Факторный план исследований и значения выходной величины

№ Фактор А Фактор В Фактор С Выходная величина

п/п п, об./мин. и, м/мин. г, мм ак, град.

1 1000 0,05 0,15 7.961673929

2 10000 0,525 1,325 10.63850637

3 5500 0,05 1,325 10.93740289

4 10000 0,05 0,15 10.69588513

5 5500 0,525 1,325 10.34275896

6 10000 1 0,15 4.940340256

7 5500 0,525 1,325 10.34275896

8 10000 1 2,5 10.63506366

9 1000 0,525 1,325 7.389801102

10 5500 0,525 0,15 5.213866469

11 5500 1 1,325 9.748256578

12 10000 0,05 2,5 10.98175294

13 1000 0,05 2,5 10.81752998

14 1000 1 0,15 -35.71069396

15 5500 0,525 2,5 10.65165126

16 1000 1 2,5 7.355510487

17 5500 0,525 1,325 10.34275896

Диаметр сверла 2>, Сосна Берёза Дуб

мм (1Чпи5 зу/гй/га,) (ВёШ1а) (Оиёгси э)

5 153+61.2/£ 265+104/& 368+147/ Бг

10 41.2+16.5/5Г 69,7+28/& 98+39,2/&

15 19.6+7.8/& 33,3+13,5/5Г 47+16,9/&

20 13.7+5.5/ Я2 22,9+9,3/& 33,4+12,8/£

25 9.8+3.9/& 16,7+6,7/& 23,5+9,4/ 5*2

. Таблица П1.4

Коэффициенты и основные статистики математической модели влияния частоты вращения и скорости подачи тонкого бурового сверла на мощность сверления древесины поперек волокон

Коэффициенты (статистики) Сосна Береза Дуб

значение 2,125x10"10 1,842x10"'° -1.4327x10"'°

стандартная ошибка 2,079x10-'° 2,446x10"'° 2.680x10"'°

а ^критерий 1,022 0,753 -0.535

Р>|1| 0,346 0,480 0.612

значение 3,25x10'5 5,506x10"5 7.75хЮ"5

Ь стандартная ошибка 2,512х10'14 2,960хЮ"14 3.238хЮ"'4

^критерий 1,294x109 1,864x109 2.393хЮ9

р>М 0,000 0,000 0.000

значение 0,041 0,070 0.097

стандартная ошибка 2,380x10"'° 2,800x10"'° 3.068x10"'°

с ^критерий 1,705х108 2,512хЮ8 3.161 х108

Р>ш 0,000 0,000 0.000

К2 1 1 1

Скорректированный И 1 1 1

Стандартная ошибка оценка регрессии 2.77x10"'° 3,26x10"'° 3,57x10"'°

Б-критерий 8.51 х 1017 1,77хЮ18 2,91 х1018

Таблица П1.5

Удельная работа сверления (сверление поперек волокон; сверла острые; сосна; глубина резания ^> 50)

центровыми сверлами

Толщина срезае- Значения Кт, Дж/см3, для диаметра сверления I), мм

мого слоя а, мм 5 10 15 20 25

0.1 1540 430 196 113 88

0.5 380 110 53 33 24

1.0 235 70 34 23 16

2.0 162 50 32 18 12

Таблица П1.6

Коэффициенты и основные статистики математической модели влияния частоты вращения и скорости подачи тонкого бурового сверла на мощность сверления древесины поперек волокон

Коэффициенты (статистики) Сосна Берёза Дуб

значение -7,6273 -7,450 -7,235

стандартная ошибка 1,324* К)"15 1,271 х 10"15 1,495хЮ"15

а 1-критерий -5,797х1015 -5,836хЮ15 -4,840x1015

р>|1| 0,000 0,000 0,000

значение 0,8 0,8 0,8

Ь стандартная ошибка 1,476x10'16 1,417х10"16 1,667x10"16

^критерий 5,420хЮ15 5,646хЮ15 4,799x1015

Р>|1| 0,000 0,000 0.000

значение 0,2 0,2 0,2

стандартная ошибка 7,78947хЮ'17 7,478x10-17 8,798хЮ"17

с ^критерий 2,568хЮ15 2,675х1015 2,273хЮ15

Р>|1| 0,000 0,000 0.000

К2 1 1 1

Скорректированный И2 1 1 1

Стандартная ошибка оценка регрессии 1,07x10"16 1,29х10"16 1,88x10"16

Р-критерий 3,55х 1031 З,85х1031 2,78хЮ31

Приложение 2. Параметры электроприводов и измерительных устройств лабораторной

экспериментальной установки

133

Характеристик электродвигателя типа 45-3730 Таблица П2.1

Параметр Значение

Частота вращения вала при нагрузке электродвигателя рабочим колесом и при напряжении 12,8 и температуре (25±10) С, об/мин 4100±200

Потребляемая сила тока при указанной нагрузке и частоте вращения, Л, не более 14

Номинальная мощность, Вт 90

Максимальная мощность, Вт 180

Таблица П2.2

Характеристики мотора редуктора типа МРС5

Параметр Значение

Номинальное напряжение, В 12

Потребляемый ток холостого хода, А, не более 1.6

Номинальный вращающий момент, Нм 3

Потребляемый ток, А, не более 7

Частота вращения выходного вала, об/мин, не менее 60

Пусковой момент, Нм, не менее 9

Габаритные размеры 40x98x167

Масса, кг 0,7

Установочные размеры 48±0,1х74 ±0.1

Датчики Поглощение мощности Электричес-кая изоляция Внешнее питание Частотный диапазон Напряжение смещения Относитель-ная стоимость

Резистивные ЭС да нет нет < 100 кГц нет сам. низкая

Резистивные АС да нет нет >500 кГц нет низкая

На эфффекте Холла открытые нет да да < 100 кГц да средняя

На эфффекте Холла компен-ные нет да да > 1 МГц нет высокая

Токовые трансформаторы да нет нет фикс. нет высокая

Таблица П2.4

Основные характеристики датчика Honeywell CSLW6B5

Параметр Значение

Тип датчика тока аналоговый

Тип тока переменный или постоянный

Диапазон тока -5...+5

Тип выхода приемник / источник

Чувствительность 204 mV/AT ±25 mV /AT @ 5 Vdc

Ток питания 9 мА (макс.)

Напряжение смещения Vs/2

Напряжение питания 4.5-10.5 В постоянного тока

Температурный дрейф смещение ± 0,064

Сопротивление катушки 0.01 Ом

Время отклика 3 мке

Витков катушки 12

Рабочая температура -25 ° С до 100 ° С

Температура хранения -65 ° С до 110 ° С

Монтаж PCB на 5-контактный

Размер 16.2x12.0x10.0 мм

Параметр Значение

Шина USB 2.0

Аналоговые входы 8 SE (4 DI)

Максимальная частота дискретизации сигналов 10 кГц

Разрешение АЦП (бит) 12

Диапазоны входного напряжения от ±1 до ±20

Аналоговые выходы 2

Разрешение ЦАП (бит) 12

Частота работы ЦАП 150 Гц

Выходной диапазон 0-5 В

Цифровые каналы ввода/вывода 1.32 бита

Счетчики 12

Синхронизация цифровая

Абсолютная точность 138 мВ

Таблица П2.6

Результаты замеров значения силы тока и выходного сигнала по напряжению датчиков тока Honeywell

CSLW6B5

Датчик тока привода резания Датчик тока привода подачи

Сила тока, А Выходной сигнал по напряжению, В Сила тока, А Выходной сигнал но напряжению, В

2,21 3,12 2,18 3,05

2,29 3,06 2,89 3,14

2,34 3,21 3,45 3,27

3,24 3,28 3,56 3,29

3,43 3,38 3,98 3,45

3,6 3,41 4,12 3,47

4,5 3,51 4,23 3,53

4,72 3,58 4,53 3,47

5,15 3,67 4,69 3,65

5,23 3,74 5,13 3,7

5,51 3,87 5,36 3,65

5,63 3,8 5,45 3,68

5,87 3,92 5,54 3,81

5,89 3,78 5,61 5,6

5,91 5,93 5,97 3,9

Параметр Значение

Размеры образцов 50х50 мм ± 1 мм

Область измерений до 1500 кг/м3

Скорость подачи от 0,1 до 1 мм/сек

Ширина шага 20 мкм

Калибровка полуавтоматическая на основе внутренней коррекции

Точность измерений от их величины диапазона ±1%

Температура окружающей среды 15-35°С

Относительная влажность воздуха < 60%

Приложение 3. Результаты экспериментальных исследований процесса

микросверления древесины

По всему образцу По 9-му годичному кольцу

№ п/п Глубина, мм Мощность микросвер-ия, Вт Плотность древесины, кг/м3 № п/п Глубина, мм Мощность микросвер-ия, Вт Плотность древесины, кг/м3

1 0 12,955 663,295 1 23,72 6,453 307,624

2 0,006838 12,918 664,406 2 23,72118 6,472 308,678

3 0,013676 12,816 665,517 3 23,72802 6,390 309,733

4 0,02 12,766 665,517 4 23,73486 6,297 310,787

5 0,020514 12,716 665,517 5 23,74 6,236 311,841

6 0,027352 12,597 665,517 6 23,7417 6,175 306,385

7 0,03419 12,466 665,517 7 23,74853 6,074 300,929

8 0,04 12,401 660,624 8 23,75537 5,995 295,472

9 0,041028 12,337 655,730 9 23,76 5,961 290,016

10 0,047866 12,241 650,837 10 23,76221 5,928 294,904

И 0,054704 12,171 645,943 11 23,76905 5,933 299,792

12 0,06 12,154 644,617 12 23,77589 6,001 304,680

13 0,061542 12,136 643,291 13 23,78 6,086 309,568

14 0,06838 12,145 641,965 14 23,78272 6,171 308,921

15 0,075219 12,253 640,639 15 23,78956 6,347 308,273

16 0,08 12,272 643,056 16 23,7964 6,508 307,626

17 0,082057 12,290 645,474 17 23,8 6,556 306,978

18 0,088895 12,388 647,891 18 23,80324 6,605 308,275

19 0,095733 12,525 650,308 19 23,81008 6,630 309,572

20 0,1 12,567 651,649 20 23,81692 6,595 310,869

21 0,102571 12,610 652,991 21 23,82 6,546 312,166

22 0,109409 12,686 654,332 22 23,82375 6,496 309,791

23 0,116247 12,700 655,673 23 23,83059 6,384 307,415

24 0,12 12,714 651,674 24 23,83743 6,255 305,040

25 0,123085 12,729 647,676 25 23,84 6,222 306,822

26 0,129923 12,677 643,677 26 23,84427 6,189 308,603

27 0,136761 12,590 639,678 27 23,85111 6,117 310,385

28 0,14 12,529 642,822 28 23,85794 6,109 312,166

29 0,143599 12,469 645,967 29 23,86 6,146 314,373

30 0,150437 12,333 649,111 30 23,86478 6,182 316,581

31 0,157275 12,235 652,255 31 23,87162 6,329 318,788

32 0,16 12,179 653,232 32 23,87846 6,492 320,995

33 0,164113 12,123 654,209 33 23,88 6,577 322,811

34 0,170951 12,032 655,186 34 23,8853 6,662 324,626

35 0,177789 12,004 656,163 35 23,89213 6,799 326,442

36 0,18 11,992 650,130 36 23,89897 6,895 328,257

37 0,184627 11,980 644,097 37 23,9 6,914 325,703

38 0,191465 12,031 638,064 38 23,90581 6,934 323,149

39 0,198303 12,105 632,031 39 23,91265 6,909 320,595

40 0,2 12,175 629,505 40 23,91949 6,756 318,041

41 0,205141 12,246 626,979 41 23,92 6,688 321,093

42 0,211979 12,387 624,453 42 23,92632 6,620 324,145

9382 47,81162 12,017 633,462 781 27,7 6,478 349,070

По всему образцу По 16-гму годичному кольцу

№ п/п Глубина, мм Мощность микросвер-ия, Вт Плотность древесины, кг/м3 № п/п Глубина, мм Мощность микросвер-ия, Вт Плотность древесины, кг/м3

1 0,082052 11,189 550,571 1 19,05844 7,542 373,211

2 0,089511 11,260 547,041 2 19,06 7,495 373,211

3 0,096971 11,337 543,510 3 19,0659 7,447 373,211

4 0,1 11,373 539,980 4 19,07336 7,406 373,211

5 0,10443 11,410 538,996 5 19,08 7,413 372,613

6 0,111889 11,401 538,012 6 19,08082 7,419 372,016

7 0,119348 11,344 537,027 7 19,08828 7,505 371,418

8 0,12 11,270 536,043 8 19,09574 7,615 372,676

9 0,126808 11,197 534,088 9 19,1 7,677 373,934

10 0,134267 10,989 532,134 10 19,1032 7,740 375,191

И 0,14 10,884 530,179 И 19,11066 7,859 376,449

12 0,141726 10,780 528,224 12 19,11812 7,932 379,444

13 0,149185 10,603 522,518 13 19,12 7,934 382,439

14 0,156645 10,430 516,812 14 19,12558 7,935 385,433

15 0,16 10,375 511,106 15 19,13304 7,872 388,428

16 0,164104 10,321 507,432 16 19,14 7,844 384,555

17 0,171563 10,277 503,759 17 19,14049 7,817 380,682

18 0,179023 10,266 500,085 18 19,14795 7,693 376,809

19 0,18 10,297 496,411 19 19,15541 7,569 377,170

20 0,186482 10,328 501,146 20 19,16 7,504 377,531

21 0,193941 10,385 505,882 21 19,16287 7,439 377,892

22 0,2 10,412 510,617 22 19,17033 7,320 378,253

23 0,2014 10,439 515,352 23 19,17779 7,288 377,262

24 0,20886 10,523 512,388 24 19,18 7,320 376,271

25 0,216319 10,549 509,423 25 19,18525 7,353 375,280

26 0,22 10,509 506,459 26 19,19271 7,478 374,289

27 0,223778 10,469 506,986 27 19,2 7,547 376,092

28 0,231237 10,366 507,514 28 19,20017 7,616 377,896

29 0,238697 10,278 508,041 29 19,20763 7,787 379,699

30 0,24 10,233 508,568 30 19,21509 7,928 381,243

31 0,246156 10,187 508,041 31 19,22 7,983 382,786

32 0,253615 10,077 507,514 32 19,22255 8,037 384,330

33 0,26 9,994 506,986 33 19,23001 8,072 385,873

34 0,261075 9,911 506,459 34 19,23747 8,009 390,387

35 0,268534 9,825 505,898 35 19,24 7,965 394,901

36 0,275993 9,705 505,337 36 19,24492 7,920 399,415

37 0,28 9,649 504,776 37 19,25238 7,802 403,929

38 0,283452 9,594 504,042 38 19,25984 7,681 399,617

39 0,290912 9,534 503,308 39 19,26 7,622 395,304