СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ РЕЗОНАНСНЫХ СВОЙСТВ НА РАСТУЩЕМ ДЕРЕВЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КЕРНА

IMPROVE CONTROL OF RESONANCE PROPERTIES OF THE GROWING TREES WITH CORE

Колесникова A.A., к.т.н., доцент Ялпаева Е.Г., аспирант Косолапова К.С., студент Вазахатдинов Р.Ф., студент ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» г. Йошкар-Ола, Россия DOI: 10Л2737/16872

Аннотация: выявлены зависимости изменения акустических показателей древесины ели для разных зон по радиусу в процессе кондиционирования кернов до достижения устойчивой влажности.

Summary: the dependences change spruce acoustic performance for different zones in the radial core conditioning to achieve stable humidity.

Ключевые слова: ель, акустические показатели древесины, керн, влажность, кондиционирование.

Keywords: spruce, acoustic performance of wood, core, humidity, and air conditioning.

Известно, что распределение влажности в стволах растущих деревьев имеет сложный характер [1]. При перемещении от комля к вершине влажность заболони увеличивается, а ядра - остается без изменения. Среднегодовая влажность ели Ленинградской области для заболони равна 122, а ядра - 38 %.

Резонансные свойства древесины по зонам радиуса имеют различные значения и могут использоваться для изготовления музыкальных инструментов различного уровня и качества [2, 3].

Для совершенствования контроля резонансных свойств непосредственно на растущем дереве с помощью керна [4] необходимы исследования влажности древесины от периферии ствола до центра его сечения и изменения акустических показателей в процессе высыхания до комнатно-сухого эксплуатационного состояния.




Для того, чтобы измерить стабильные акустические показатели, образцы подвергают естественной сушке (кондиционированию) до приобретения устойчивой влажности. Отметим, продолжительность этой процедуры очень велика и трудоемка.

Исследования проводились на 6 модельных деревьях ели. Поздней осенью из ствола ели возрастным буравом на высоте груди были извлечены радиальные керны диаметром 4,5 мм, которые помещали в пробирки для сохранения влаги, закупоривали и доставляли в лабораторию. Перед замерами их делили по зонам: сердцевинная, спелодревесная, заболонная. У образцов измеряли массу на электронных весах с точностью 0,0001 г, размеры - электронным штангенциркулем с точностью 0,01 мм, время прохождения ультразвуковых волн через древесину - ультразвуковым прибором с точностью 0,1 мкс. По полученным данным определяли скорость распространения ультразвука (и, м/с), плотность (р, кг/м3 ), акустическую константу (К, м4/(кг с)) в процессе высыхания в условиях комнатной среды до приобретения постоянной массы. Влажность (W, %) определялась прямым методом - по изменению его массы в процессе высыхания до абсолютно сухого состояния. Значения показателей приведены табл. 1.

Таблица 1 - Значения показателей по радиусу в процессе кондиционирования

Сутки,

Т

Зоны по радиусу

Сердцевинная

Спелодревесная

Заболонная

W, %

U, м/с

к,

м4/(кг с)

W, %

U, м/с

к,

м4/(кг с)

W, %

U, м/с

к,

м4/(кг с)

1

28,5

943,3

2,0

26,7

1255,2

2,7

93,6

966,6

1,5

2

31,6

1017,5

2,0

28,8

1524,9

3,3

56,0

1305,8

2,5

3

14,9

1286,3

3,0

16,0

1718,2

4,0

15,2

1545,4

3,9

4

10,8

1227,4

2,7

11,3

1794,8

4,0

10,5

1746,7

4,0

5

9,8

1283,5

3,0

10,0

1805,9

4,3

9,1

1757,8

4,1

8

9,2

1288,0

3,0

8,8

1813,7

4,3

8,5

1672,5

4,2

9

9,2

1285,0

2,8

8,8

1825,4

4,7

8,6

1825,9

4,3

13

5,1

1432,7

3,4

5,0

2048,3

5,0

5,0

1894,2

4,8

Зависимости параметров от времени (при высыхании) получены с использованием программной среды CurveExpert и для всех образцов описываются уравнениями одного типа. Поэтому в качестве примера в статье приводятся количественные представления математических моделей только по одному керну (дерево № 2, керн № 3, дата извлечения -4.10.15).




Влажность древесины кернов в комнатных условиях достигает устойчивых значений в течении 13 суток по закономерности (1), графики которой с коэффициентом корреляции г = 0,89...0,98 для каждой зоны по радиусу имеют одинаковый характер изменения.

Значения влажности древесины близки к растущему состоянию, если учесть, что при извлечении керна от режущего бурава удалилась незначительная часть влаги [5] и до измерений находились в закрытой пробирке. По 24 кернам из 6 деревьев начальные значения влажности до кондиционирования для заболонной зоны достигают 30... 164,2 %, спело древесной зоны - 24,1.. .44,9 %, сердцевинной -31.. .25,5 %.

На рис. 1(a) приведен пример изменения влажности для заболонной зоны. В период до 3-х суток происходит резкое снижение значений влажности, что связано с быстрым и легким удалением свободной влаги, в дальнейшем удаление связанной влаги в комнатных условиях для разных кернов и зон по радиусу происходило в течение 7... 15 суток.

Влияние времени сушки на акустическую константу в радиальном направлении для трех разных зон по радиусу характеризируются общей формулой (1), параметры которой приведены в табл.2, пример графика на рис. 1(6).

Таблица 2 - Параметры формулы (1)

Параметры

формул

Зоны по радиусу

Сердцевинная

Спелодревесная

Заболонная

а

3,2190697

5,3620698

55,569681

b

0,17469433

0,17105947

0,036462739

с

0,0096960154

0,0084252339

0,003409753

d

-1,2131203

-2,5562916

-53,827714

г

0,89

0,97

0,96

В процессе кондиционирования влажность уменьшается до 5 %, при этом значения скорости ультразвука и акустической константы для каждой зоны увеличиваются во времени по экспоненциальному закону. Высокие значения коэффициентов корреляции полученных формул показывают адекватность формул. Поэтому при оценке качества резонансной древесины в растущем со-

90

стоянии для расчета будущих (после сушки) стабильных величин W и К целесообразно пользоваться формулами (1) и (2).

Изменение влажности (а) и акустической константы (б) древесины в процессе высыхания

Рисунок 1 - Изменение влажности (а) и акустической константы (б) древесины в процессе высыхания

По графикам можно заметить, что влажность древесины керна весьма сильно влияет на его акустические показатели.

Вывод: Полученные математические формулы позволяют прогнозировать резонансные свойства древесины в растущем состоянии и подойти к решению оперативного отбора произрастающих елей с высокими резонансными свойствами древесины непосредственно в лесу, используя переносные ультразвуковые приборы.

Список литературы

  • 1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: Учебник. - М.: Лесная пром-сть, 2005. - 340с.
  • 2. Колесникова А.А., Александрова Л.Г. Резонансные свойства древесины лесоматериала по зонам радиуса // Деревообрабатывающая промышленность. - 2013. -№3.- С. 109-111
  • 3. Колесникова А.А. Свойства древесины в растущем состоянии. Труды международного симпозиума. // Строение, свойства и качество древесины-2004, СПб - ЛТА.:2004. - С. 246 - 250.
  • 4. Колесникова А.А. Исследование свойств древесины по кернам: Научное издание. - Йошкар-Ола.: МарГТУ, 2002. - С. 178Мазуркин П. М., Ефимов А.А. Сертификация древесины растущих деревьев / П.М. Мазуркин, // Деревообрабатывающая промышленность. - 2007. - №4. - С. 21 - 22
  • 5. Ванин А.Т. К методике определения влажности непросушенной древесины // Лесной журнал. - 1959. - № 1. - С. 126 - 131.

УДК 630*378

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >