Введення до роботи
Актуальність теми. В даний час для виготовлення музичних інструментів і виробництва акустичних панелей застосовують високоякісну ялинову і березову деревину.
Дослідження, засновані на способах неруйнуючої діагностики деревини, вимагають тривалої і трудомісткої обробки даних і застосовуються переважно в лабораторних умовах і не можуть бути здійснені в процесі расколки дров. Тому розробка нових способів відбору резонансної деревини безпосередньо в процесах первинної обробки деревини, зокрема в процесах расколки кряжів, є актуальною.
З колотих сортиментів резонансна деревина не відбирається через те, що контроль акустичних властивостей проводиться тільки на стандартних зразках 300 20 20 мм. Їх виготовлення - складний і трудомісткий процес, при цьому багато цінної деревини втрачається в тирсу і стружку. Сучасні конструкції ультразвукових приладів дають можливість використовувати колоті сортименти замість стандартних зразків. Для вимірювань акустичних показників деревини вони не вимагають попередньої обробки. Однак для вимірювань потрібні нові датчики з запропонованими нами конусними насадками.
Одночасно потрібно часткове вдосконалення технологічних процесів розколу кряжів з подальшим відбором деревини з резонансними властивостями, що можна реалізувати на ділянках расколки дров, а також на деревообробних підприємствах.
Мета дисертаційної роботи - вдосконалення способу ультразвукового відбору колотих сортиментів з резонансними властивостями на основі виявлення закономірностей зміни акустичних показників.
Завдання дослідження, які були поставлені для цієї мети:
на основі огляду науково-технічної і патентної літератури створити методику вимірювань колотих сортиментів для відбору резонансної деревини;
розробити розрахункові формули акустичних показників у колотих сортиментів з урахуванням анізотропії, азимута і висоти на стовбурі;
розробити методику заготовки кряжів їли і берези з їх расколкі на 12 секторів по азимуту, вимірювання геометричних і ультразвукових параметрів після расколки і кімнатної сушки колотих сортиментів;
4) виявити моделюванням закономірності розподілу і динаміку ультразвукових показників кряжів і колотих сортиментів берези і ялини;
5) провести перевірку методики відбору резонансних колотих сортиментів в виробничих умовах лісових підприємств;
6) оцінити економічну ефективність пропонованої технології відбору резонансної деревини на колотих сортиментах їли і берези;
7) розробити патентоспроможні технічні рішення і впровадити їх у виробництво і навчальний процес.
Об'єкт дослідження. Колоті сортименти їли і берези для відбору резонансної деревини при різній вологості, щільності і анізотропії, а також азимута розташування колотих сортиментів в стовбурах модельних дерев.
Предмет дослідження. Закономірності зміни фізичних і акустичних показників деревини від радіуса річних шарів, азимута і розташування в стовбурах дерев колотих сортиментів.
Методика дослідження. Досліджено розмірні і структурні параметри колотих сортиментів після расколки кряжів і при кімнатний-сухому стані деревини. Отримано математичні моделі впливу азимута, маси, ширини виміру, вологості на швидкість проходження УЗК в поздовжньому, тангенціальному і радіальному напрямках анізотропії. Уточнена зв'язок залежності параметрів УЗК від комлевой і вершинної частини колотих сортиментів. Складено таблиці за вихідними даними і результатів розрахунку.
В експериментах застосовували ультразвуковий метод вивчення властивостей деревини, а також методи фізичних і геометричних вимірів.
Застосовувалися методи вимірювань акустичних показників деревини, статистичної обробки експериментальних даних в програмних середовищах Excel, Curve Expert, Table Curve 3D, Phоtoshop 6.0, ArchiCAD.
Вимірювання проводились у відповідності з наступними стандартами:
- форма і розміри стовбура дерева, що росте по ГОСТ 17462-84;
- вологість деревини по ГОСТ 16483.7-71;
- щільність деревини по ГОСТ 16483.1-84;
- зберігання кряжів і полін по ГОСТ 3808.1-80 і ГОСТ 7319-80;
- дослідження на стандартному зразку по ГОСТ 16483.0-89.
Наукові положення, що виносяться на захист:
1) методика і результати вимірювання акустичних показників деревини на колотих сортиментах, вибір конусних насадок до ультразвукового приладу при випробуваннях на еталонних і стандартних зразках;
2) закономірності і математичні моделі впливу азимута, маси, ширини виміру і вологості на час, швидкість, акустичну константу і опір ультразвуку в тангенціальному напрямку в порівнянні з радіальним і поздовжнім напрямками на колотих сортиментах і кряжах;
3) методика розрахунку акустичних показників деревини колотих сортиментів в залежності від породи, місця розташування кряжа в стовбурі дерева, напрямки зняття показань ультразвукового приладу, вологості і анізотропії властивостей деревини, а також азимута секторів в кряжах;
4) технічні рішення щодо застосування запропонованого способу діагностики резонансної деревини на колотих сортиментах у вигляді полін за патентом № 2334984 на винахід на ділянках расколки дров.
Наукова новизна. Виявлено, що ультразвукові показники в тангенціальному напрямку анізотропії деревини змінюються в залежності від азимута розташування колотих сортиментів в кряжі. Встановлено закономірності властивостей деревини в залежності від висоти розташування кряжів від кореневої шийки стовбура і азимута розташування секторів колотих сортиментів в кряжах.
Вперше розроблено спосіб визначення акустичних властивостей деревини на колотих сортиментах (полінах) в тангенціальному напрямку анізотропії (патент на винахід РФ № 2334984).
Практична значимість. Запропоновані методики діагностики резонансних властивостей колотих сортиментів застосовні на етапах від візуальної оцінки дерев до контролю готових деталей музичних інструментів, включаючи процес расколки кряжів.
Значимість запатентованого способу визначення резонансних властивостей на колотих сортиментах полягає в тому, що він дозволяє сертифікувати деревину, висушену після расколки кряжів у постачальників (а також на нижніх лісопромислових складах лісових підприємств або на підприємствах музичних інструментів) без механічної обробки. Це дозволить сертифікувати і збільшити експорт цінної деревини і підвищити вихід продукції з дров'яних кряжів з допустимими акустичними показниками.
Запропоновано і обґрунтовано технологічний процес відбору резонансних колотих сортиментів у вигляді полін на малому лісовому підприємстві, що забезпечує найбільшу ефективність використання дров для відбору цінної резонансної деревини у вигляді колотих сортиментів.
Відповідність дисертації паспорту спеціальності. Основні результати дисертаційної роботи відповідають п. 1 «Дослідження властивостей і будови деревини як об'єктів обробки (технологічних впливів)» з паспорта спеціальності 05.21.05 «Деревинознавство, технологія і устаткування переробки деревини».
Реалізація роботи. Пошукові і основні експерименти проводилися в Печенском, Брильовський, Борисовском лісництвах ГОЛХУ «Борисовський досвідчений лісгосп» (Білорусь), Куярском лісництві (Марій Ел). Окремі результати були впроваджені в «ВАТ Борисовському підприємство музичних інструментів» і в реставрації музичних інструментів фірми «Джет Сеттгрупп» (Білорусь). Рекомендації з прогнозування виходу резонансної деревини при заготівлі круглого лісоматеріалу прийняті в Куярском лісництві. Спосіб і рекомендації по відбору колотих сортиментів впроваджені в навчальний процес Поволзької ГТУ.
Обсяг і структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків і рекомендацій, списку використаних джерел із 227 назв. з них 27 іноземною мовою. Основний текст складає 147 стор. А також додатки на 134 сторінках.