RU2247489C2 - Method for testing of woody plants - Google Patents

Abstract

FIELD: forestry, in particular, ecological monitoring of territories with young plants and underbrush, in particular, evaluation of ecological consequences of environment pollution.

SUBSTANCE: method involves providing penetration into wood of young tree and vegetative parts thereof or young branches and tree roots by means of spring-loaded rod with flat end surface by repeatedly applying permanent force thereto; upon each action in the form of strike, measuring increase in depth of penetration of rod; judging properties of woody plant by number of strikes sufficient for penetration of rod to predetermined depth. Tests are performed during growing period and properties of woody plant are evaluated on the basis of set of measurements taken in the course of season growing and development of woody plant. Method may be used for process monitoring in the course of growth and development of forest plantations.

EFFECT: simplified testing of wood of woody plant during growing period under field conditions.

5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к лесной отрасли и может быть использовано при экологическом мониторинге территорий с расположенными на них молодыми деревьями и кустарником, например, при оценке экологических последствий от загрязнения окружающей среды. Изобретение может быть использовано также при технологическом мониторинге в лесном хозяйстве за ходом роста и развития посадок леса.The invention relates to the forest industry and can be used in environmental monitoring of territories with young trees and shrubs located on them, for example, in assessing the environmental consequences of environmental pollution. The invention can also be used in technological monitoring in forestry during the growth and development of forest planting.

Известен способ испытания материала микропенетрометром, например типа МВ-2 (см. книгу: Бондарик Г.К., Комаров И.С., Ферронский В.И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. - М.: Недра, 1967. - С.185, рис.60), включающий измерение глубины погружения подпружиненного конуса высотой 25 мм с углом при вершине 30 градусов и натяжением пружины от 0,55 до 2,55 кг (5,5-25,5 Н), что позволяет непосредственно определять силу сопротивления материала проникновению конуса.A known method of testing the material with a micropenetrometer, for example, type MV-2 (see book: Bondarik G.K., Komarov I.S., Ferronsky V.I. Field methods of engineering and geological research. - M .: Nedra, 1967. - C .185, Fig. 60), which includes measuring the immersion depth of a spring-loaded cone 25 mm high with an apex angle of 30 degrees and spring tension from 0.55 to 2.55 kg (5.5-25.5 N), which allows you to directly determine the strength of the material to penetrate the cone.

Недостатком является сложность графика изменения силы заглубления конуса в древесину слоистого строения. Кроме того, свежая живая древесина имеет высокую влажность в заболони ствола, веток и корней (до 240 и более процентов), поэтому конусный пенетрометр на дает различий в малых значениях ширины годичных слоев.The disadvantage is the complexity of the graph of changes in the force of penetration of the cone into the wood of a layered structure. In addition, fresh live wood has high humidity in the sapwood of the trunk, branches and roots (up to 240 percent or more), therefore, the cone penetrometer does not differ in small values of the annual layer width.

Известен также способ испытания древесины, основанный на различии глубины внедрения (погружения) в древесину стержня с коническим наконечником при одинаковом контрольном усилии на него, причем по значению глубины погружения стержня судят о свойствах (качестве) древесины (Леонов Л.В. Технологические измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности. - М.: Лесная промышленность, 1984. - С.76-81).There is also a method of testing wood, based on the difference in the depth of penetration (immersion) in the wood of the rod with a conical tip with the same control force on it, and the value of the depth of immersion of the rod judges the properties (quality) of wood (Leonov L.V. Technological measurements and instruments in forestry and woodworking industry. - M.: Forestry industry, 1984. - S.76-81).

Недостатком является однократное погружение стержня, что требует значительных усилий и не позволяет судить о свойствах древесины в ходе процесса погружения. При этом испытание проводится в камеральных условиях.The disadvantage is a single immersion of the rod, which requires considerable effort and does not allow to judge the properties of wood during the immersion process. In this case, the test is carried out in office conditions.

Технический результат - упрощение процесса испытания древесины древесного растения в вегетационный период в полевых условиях.EFFECT: simplification of the process of testing wood of a woody plant during the growing season in the field.

Этот технический результат достигается тем, что на молодом дереве и его вегетативных элементах, или молодых ветвях и корнях дерева, внедрение в древесину осуществляют подпружиненным стержнем с плоской торцевой поверхностью при многократном воздействии на него постоянной силой, после каждого воздействия в виде удара выполняют замеры увеличения глубины внедрения стержня, а по числу ударов дляThis technical result is achieved by the fact that on a young tree and its vegetative elements, or young branches and roots of the tree, the introduction into the wood is carried out by a spring-loaded rod with a flat end surface with repeated exposure to it with constant force, after each impact in the form of an impact, measurements of depth increase are performed the introduction of the rod, and in the number of strokes for

заглубления на заданную глубину судят о свойствах древесного растения, причем испытания выполняют в вегетационный период, а свойства древесного растения оценивают по нескольким замерам в ходе сезонного роста и развития древесного растения.deepening to a predetermined depth judges the properties of the woody plant, and tests are performed during the growing season, and the properties of the woody plant are evaluated by several measurements during the seasonal growth and development of the woody plant.

Внедрение выполняют цилиндрическим стержнем, причем в зависимости от снижения плотности испытываемых частей древесного растения применяют стержни диаметром от 0,5 до 2,0 мм.The implementation is performed with a cylindrical rod, and depending on the decrease in the density of the tested parts of the woody plant, rods with a diameter of 0.5 to 2.0 mm are used.

Внедрение выполняют стержнем овальной формы или прямоугольной формы, стороны которых соотносятся как свойства древесины в продольном и поперечном направлении анизотропии.The implementation is performed with a rod of oval or rectangular shape, the sides of which are related as the properties of wood in the longitudinal and transverse directions of anisotropy.

Испытание древесного растения начинают со снятия участка коры около места внедрения стержня.The test of the woody plant begins with the removal of the bark site near the site of introduction of the stem.

При испытании тонкой ветви или корня деревца с противоположной стороны от стержня прижимают ветвь или корень дерева упором для противодействия силе внедрения стержня.When testing a thin branch or root of a tree on the opposite side of the stem, press the branch or root of the tree with emphasis to counter the force of penetration of the stem.

Сущность технического решения заключается в том, что действие плоского круглого (проще в изготовлении), овального (овал по отношению прочности вдоль и поперек волокон) или прямоугольного (отношение сторон соответствует пропорции сил среза вдоль и поперек волокон) стрежня выполняется при постоянном усилии проникания, задаваемого, например, регулируемой пружиной. При этом теория плоского штампа может быть применена для объяснения напряженного состояния в зоне взаимодействия плоского торца стержня с волокнами древесины.The essence of the technical solution lies in the fact that the action of a flat round (easier to manufacture), oval (oval in terms of strength along and across the fibers) or rectangular (aspect ratio corresponds to the proportion of shear forces along and across the fibers) rod is performed with a constant penetration force specified , for example, an adjustable spring. In this case, the theory of a flat stamp can be applied to explain the stress state in the zone of interaction of a flat end of a rod with wood fibers.

В связи с этим техническое решение обладает существенными отличительными признаками, новизной, положительным эффектом и перспективой практического применения в лесном хозяйстве и инженерной экологии при мониторинге территорий с лесными насаждениями.In this regard, the technical solution has significant distinguishing features, novelty, positive effect and the prospect of practical application in forestry and environmental engineering in monitoring areas with forest plantations.

Из анализа научно-технической и обзора патентной литературы материалов, порочащих новизну предлагаемого способа, не обнаружено.From the analysis of scientific, technical and patent literature review, materials discrediting the novelty of the proposed method were not found.

На фиг.1 показана схема заглубления цилиндрического стержня микропенетрометра в заболонь древесного растения при местном удалении коры; на фиг.2 - то же при испытании более прочной древесины; на фиг.3 - схема деформации коры (первый удар) и древесины после второго ударного импульса пенетрометра; на фиг.4 - схема микропенетрации ствола деревца; на фиг.5 - схема микропенетрации нескольких ветвей кустарника; на фиг.6 - схема микропенетрации корня растущего деревца; на фиг.7 - схема проникания тонкого цилиндра с плоским штампом в заболонную древесину с корой в нижней части ствола деревца; на фиг.8 - схема подпора ветки деревца при микропенетрации.Figure 1 shows a diagram of the deepening of the cylindrical rod of a micropenetrometer in the sapwood of a woody plant with local removal of the bark; figure 2 is the same when testing more durable wood; figure 3 - diagram of the deformation of the bark (first hit) and wood after the second shock pulse of the penetrometer; figure 4 - diagram of the micropenetration of the trunk of the tree; figure 5 - diagram of the micropenetration of several branches of the bush; 6 is a diagram of micropenetration of the root of a growing tree; 7 is a diagram of the penetration of a thin cylinder with a flat stamp in sapwood with bark in the lower part of the tree trunk; Fig. 8 is a diagram of the backwater of a tree branch during micropenetration.

Способ испытания древесных растений, например, для ствола молодого деревца включает в себя следующие действия.A method of testing woody plants, for example, for the trunk of a young tree includes the following steps.

Цилиндрический стержень 1 проникает в древесину 2 на определенную глубину h за несколько ударов, зависящую от физико-механических свойств годичных слоев, находящихся около коры 3. В этом случае осенью подвергается микропенетрации годичный слой прошедшего вегетационного периода, а весной - прошлогоднего слоя. При этом значение h отсчитывается на корпусе микропенетрометра 4. После многих ударных воздействий стержнем микропенетрометра определенной формы (цилиндр, овал, прямоугольник, ромб и пр.) и различного диаметра (от 0,5 мм до 2,0 мм) появляется общая картина пространственного изменения свойств заболонной древесины растущего деревца или его вегетационного органа (ветви или корня). В принципе возможно испытание этим же пенетрометром плодов дерева, а также листьев и хвои.The cylindrical rod 1 penetrates into the wood 2 to a certain depth h in a few strokes, depending on the physicomechanical properties of the annual layers located near the bark 3. In this case, the annual layer of the past vegetation period is subjected to micropenetration, and in the spring - of the last year layer. In this case, the value of h is counted out on the micropenetrometer body 4. After many impacts, the micropenetrometer rod of a certain shape (cylinder, oval, rectangle, rhombus, etc.) and various diameters (from 0.5 mm to 2.0 mm) gives a general picture of the spatial change properties of sapwood of a growing tree or its vegetative organ (branch or root). In principle, it is possible to test with the same penetrometer the fruits of the tree, as well as the leaves and needles.

Перед испытанием снимают в коре небольшой участок, а затем приставляют микропенетрометр к испытуемому месту. После взвода пружины отпускают его и стержень проникает на некоторую глубину Δ h в заболонную древесину. При испытании без снятия участка коры после первого удара выполняют, заводя пружину до заданного усилия, второй ударный импульс и замеряют разницу высот Δ h. Из схемы на фиг.3 видно, что эта доля высоты относится ко второму годичному слою. Поэтому таким повторным импульсным ударом можно изучать каждый годичный слой, в том числе самый первый после коры. Причем можно изучать также процесс наращивания годичного слоя в ходе вегетационного периода.Before the test, a small area is removed in the cortex, and then a micropenetrometer is placed at the test site. After the platoon, the springs release it and the rod penetrates to a certain depth Δ h into the sapwood. When testing without removing a portion of the crust after the first impact, the second shock impulse is carried out by winding the spring to a predetermined force and the height difference Δ h is measured. From the diagram in figure 3 it is seen that this fraction of the height refers to the second annual layer. Therefore, by such a repeated impulse shock, each annual layer, including the very first after the bark, can be studied. Moreover, one can also study the process of growing the annual layer during the growing season.

На стволе деревца ударное испытание можно проводить на высоте 1,3 м (фиг.4), что позволяет сопоставить с данными лесной таксации, например, с диаметром ствола. А на ветках и корнях деревца выполняются аналогичные действия. Это позволяет сопоставлять по значениям h и Δ h различные органы растущего дерева, в том числе и старого дерева по его молодым ветвям и корням и годичным побегам.On the tree trunk, a shock test can be carried out at a height of 1.3 m (figure 4), which allows you to compare with the data of forest taxation, for example, with the diameter of the trunk. And on the branches and roots of the tree, similar actions are performed. This allows you to compare the values of h and Δ h different organs of a growing tree, including the old tree according to its young branches and roots and annual shoots.

Для тонких ветвей и корней с противоположной стороны применяется упор 5, который позволяет произвести заглубление без отгиба в сторону тонких частей дерева.For thin branches and roots on the opposite side, an emphasis 5 is used, which allows deepening without bending towards the thin parts of the tree.

Диаметр штампа принимается таким, чтобы образовались кратные значения площади плоской торцовой поверхности по формуле S=3,14156d²/4=0,78539d². Откуда получаем формулуThe diameter of the die is received so as to form multiples of square planar end surface by the formula S = 3,14156d ^2/4 = 0,78539d ^2. Where do we get the formula

для расчетов диаметра штампа.for calculating the diameter of the stamp.

В испытаниях прочности свежей древесины в камбиальном слое наименьшим диаметром может оказаться даже диаметр иглы от швейной машины.In tests of the strength of fresh wood in the cambial layer, even the diameter of the needle from the sewing machine may be the smallest diameter.

Ряд значений площади и диаметра будет таким: 1) площадь штампа 0,2 мм² при диаметре 0,5 мм; 2) 0,5 мм² при диаметре 0,8 мм; 3) 1,0 мм² при диаметре 1,13 мм; 4) 1,5 мм² при диаметре 1,38 мм; 5) 2,0 мм² при диаметре 1,60 мм; 6) 3,14 мм² при диаметре 2,0 мм. Этих шести типоразмеров вполне достаточно, чтобы изготовить сменные цилиндрические штампы для стержней микропенетрометров. Для плодов и листьев возможно принять и очень малые сечения: а) 0,1 мм² при диаметре 0,36 мм; б) 0,05 мм² при диаметре 0,20 мм для иглы с плоским торцом. В последнем случае при предельной прочности плодов и листьев 2 МПа (20 кг/см²) получим необходимую силу пружины всего 20 кг/см²· 0,0005 см²=0,01 кг.A number of values of area and diameter will be as follows: 1) stamp area 0.2 mm ² with a diameter of 0.5 mm; 2) 0.5 mm ² with a diameter of 0.8 mm; 3) 1.0 mm ² with a diameter of 1.13 mm; 4) 1.5 mm ² with a diameter of 1.38 mm; 5) 2.0 mm ² with a diameter of 1.60 mm; 6) 3.14 mm ² with a diameter of 2.0 mm. These six sizes are enough to make interchangeable cylindrical dies for the rods of micropenetrometers. For fruits and leaves, it is possible to take very small sections: a) 0.1 mm ² with a diameter of 0.36 mm; b) 0.05 mm ² with a diameter of 0.20 mm for a needle with a flat end. In the latter case, with the ultimate strength of the fruits and leaves 2 MPa (20 kg / cm ² ), we obtain the necessary spring force of only 20 kg / cm ² · 0.0005 cm ² = 0.01 kg.

Для древесины при предельной прочности на смятие поперек волокон у граба в 150 кг/см² получим необходимое усилие 0,002× 150=0,3 кг микропенетрации штампом диаметром в 0,5 мм и 0,0005× 150=0,075 кг для диаметре стержня 0,20 мм. Это означает, что микропенетрометры для древесных растений могут иметь размеры авторучки с относительно слабыми пружинами.For wood, at a maximum crushing strength across the fibers of the hornbeam of 150 kg / cm ^2, we obtain the required force of 0.002 × 150 = 0.3 kg of micropenetration with a stamp with a diameter of 0.5 mm and 0.0005 × 150 = 0.075 kg for a rod diameter of 0, 20 mm. This means that micropenetrometers for woody plants can have the size of a fountain pen with relatively weak springs.

Глубина проникания стержня в древесину чаще всего достаточна до 7-10 мм.The depth of penetration of the rod into the wood is often sufficient up to 7-10 mm.

Распределение удельной нагрузки является наиболее простым, как известно из сопротивления материалов, для плоского штампа. Это позволяет, при изготовлении высокоточных микропенетрометров для древесины, получать хорошие экспериментальные данные для последующей статистической обработки данных испытаний с целью формирования выводов и рекомендаций об экологической обстановке территории и о качестве древесины растущих молодых деревьев и побегов старых деревьев.The distribution of the specific load is the simplest, as is known from the resistance of materials, for a flat die. This allows, in the manufacture of high-precision micropenetrometers for wood, to obtain good experimental data for subsequent statistical processing of test data in order to form conclusions and recommendations on the ecological situation of the territory and on the quality of wood of growing young trees and shoots of old trees.

Способ испытания древесных растений реализуется, например, на стволе деревца, следующим образом.A method of testing woody plants is implemented, for example, on a tree trunk, as follows.

Выбирается дерево и место для испытания на нем. После этого взводят пружину и приставляют микропенетрометр 4 к стволу дерева. Затем выполняют удар стержнем 1 по коре, измеряя глубину проникания h. A второй раз измеряют приращение глубины Δ h. В этом случае испытывается кора и заболонная часть древесины ствола. Возможны и другие сочетания действий, например, с удалением участка коры около места испытания и испытание последнего к коре годичного слоя. Затем испытание повторяют в другое время года, регистрируя дату и время (часы) испытания.A tree is selected and a place to test on it. After this, a spring is cocked and a micropenetrometer 4 is mounted to the tree trunk. Then perform the impact of the rod 1 on the cortex, measuring the penetration depth h. A second time measure the increment of the depth Δ h. In this case, the bark and sapwood portion of the trunk wood is tested. Other combinations of actions are possible, for example, with the removal of a section of the cortex near the test site and testing of the latter to the cortex of the annual layer. Then the test is repeated at another time of the year, recording the date and time (hours) of the test.

При испытании ветви одной рукой держат пенетрометр, а другой - придерживают ветку с помощью упора 5 с противоположной от пенетрометра стороны. Это позволяет испытывать очень гибкие ветки и корни. По мере удаления от корневой шейки к вершинам веток определяют изменение свойств древесины коры и прикоровой древесины.When testing the branches, they hold the penetrometer with one hand, and hold the branch with the other using the stop 5 on the opposite side of the penetrometer. This allows you to experience very flexible branches and roots. As you move away from the root neck to the tops of the branches, the change in the properties of the bark and priory wood is determined.

Предлагаемый способ является простым по исполнению с использованием микропенетрометров (у которых диаметр стержней изменяется в пределах 0,5-2 мм, а торец стержня изготовляется плоским) для экологического испытания территорий на основе анализа глубины заглубления плоского стержня-штампа в кору или заболонь, а также многократных ударных испытаний коры и заболони древесного растения.The proposed method is simple to perform using micropenetrometers (in which the diameter of the rods varies between 0.5-2 mm, and the end face of the rod is made flat) for environmental testing of territories based on the analysis of the depth of penetration of a flat rod-stamp in the bark or sapwood, and multiple impact tests of bark and sapwood of a woody plant.

Claims (5)

1. Способ испытания древесных растений, содержащий внедрение стержня при постоянной силе воздействия на него, измерение глубины внедрения стержня, определение свойств древесины, отличающийся тем, что на молодом дереве и его вегетативных элементах или молодых ветвях и корнях дерева внедрение в древесину осуществляют подпружиненным стержнем с плоской торцевой поверхностью при многократном воздействии на него постоянной силой, после каждого воздействия в виде удара выполняют замеры увеличения глубины внедрения стержня, а по числу ударов для заглубления на заданную глубину судят о свойствах древесного растения, причем испытания выполняют в вегетационный период, а свойства древесного растения оценивают по нескольким замерам в ходе сезонного роста и развития древесного растения.1. A method of testing woody plants, comprising introducing a stem with a constant force of influence on it, measuring the depth of penetration of the stem, determining the properties of wood, characterized in that on a young tree and its vegetative elements or young branches and roots of the tree, the introduction into the wood is carried out by a spring-loaded rod with with a flat end surface with repeated exposure to it with constant force, after each impact in the form of an impact, measurements are taken to increase the depth of penetration of the rod, and according to the number of strokes for deepening to a given depth, the properties of a woody plant are judged, and tests are performed during the growing season, and the properties of a woody plant are evaluated by several measurements during the seasonal growth and development of a woody plant. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внедрение выполняют цилиндрическим стержнем, причем в зависимости от снижения плотности испытуемых частей древесного растения применяют стержни диаметром 0,5 - 2,0 мм.2. The method according to claim 1, characterized in that the implementation is performed with a cylindrical rod, and depending on the decrease in the density of the tested parts of the woody plant, rods with a diameter of 0.5 - 2.0 mm are used. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что внедрение выполняют стержнем овальной или прямоугольной формы, стороны которых относятся как свойства древесины в продольном или поперечном направлениях.3. The method according to claim 1, characterized in that the implementation is performed by a rod of oval or rectangular shape, the sides of which relate as properties of wood in the longitudinal or transverse directions. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что испытание начинают со снятия участка коры около места внедрения стержня.4. The method according to claim 1, characterized in that the test begins with the removal of a section of the cortex near the site of introduction of the rod. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при испытании тонкой ветви или корня дерева с противоположной стороны от стержня прижимают ветвь или корень дерева упором для противодействия силе внедрения стержня.5. The method according to claim 1, characterized in that when testing a thin branch or root of a tree on the opposite side of the stem, a branch or root of the tree is pressed against the stem to counter the force of penetration of the stem.

Images