CN104132851B - 连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备及方法 - Google Patents

Abstract

连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备及方法，属于木材强度等级检测技术领域。本发明为了解决现有木材动态弹性模量检测技术存在检测误差，并且木材的各向异性会进一步扩大误差值的问题。检测设备的机架上沿其长度方向设置有至少六组支承辊，两组主支承辊位于机架的中间部分，至少四组辅助支承辊分列在主支承辊的两侧，压头框架设置在机架上，偏心辊压头转动安装在压头框架上，机架内设置有气压缸和传感器。检测方法：对木材试件有效长度中点由气压缸施加载荷，检测出变形量与载荷变化值，带入弹性模量，得出弹性模量值。本发明用于连续式木材动态弹性模量检测。

Description

连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备及方法

技术领域

本发明涉及一种木材动态弹性模量检测设备及方法，属于木材强度等级检测技术领域。

背景技术

在北美、欧洲等地方国家对木材弹性模量检测已经广泛地应用于木材的安全强度分级。在中国对木材分级尚处于初级起步阶段。

木材的弹性模量检测是一种无损检测，将木材分为适宜的等级。通过足尺无损测试建立木材刚度与强度的相互关系。从而可以直接通过无损测量木材的刚度，推测出该木材的强度，然后依据设定的等级强度值和刚度设计值将规格材划分为不同的等级。

现有检测设备的具体原理是用中点施压的方法，由机械设备压头对木材有效部分中点加压，通过传感器测量作用于木材的压力差值和木材的弹性变形，计算出木材的弹性模量，由弹性模量确定木材的强度级别。

常规弹性模量无损检测采用同心压辊做压头。木材变形压力由气压缸提供。在弹性变形内，同心压辊对木材施力。设定一个固定的变形量值(通常为5mm)，木材连续传动，由传感器测出压力变化曲线。代入弹性模量计算公式，求出弹性模量的变化曲线，再计算平均值；

$E=\frac{l(f_1-f_2)}{\mathrm{db}({\mathrm{\Δ}}_1-{\mathrm{\Δ}}_2)}$

式中：

l：被测木材试件的有效长度(跨距1200mm)；

d：被测木材试件厚度(mm)；

b：被测木材试件宽度(mm)；

f：被测木材试件受载荷值(N)；

△：被测木材试件变形量(mm)。

常规的无损检测方法方便、简洁，能够快速求出弹性模量值，但是有很大的缺陷。在理想状态下，这种方法并没有错误。这种方法设置初始型变量为0，对应压力也为0。弹性模量计算公式就简化为：

$E=\frac{l}{\mathrm{db\Δ}}f$

式中：

l：被测木材试件的有效长度(跨距1200mm)；

d：被测木材试件厚度(mm)；

b：被测木材试件宽度(mm)；

f：被测木材试件受载荷值(N)；

△：被测木材试件变形量(mm)。

在实际检测过程中，由于木材表面较为粗糙，在初始变形量为0的位置，初始压力不一定为0。或者，在初始压力为0的位置，不一定是初始变形量为0的位置。这就造成检测误差。并且木材的各向异性会进一步扩大其误差值。

发明内容

本发明为了解决现有木材动态弹性模量检测技术存在检测误差，并且木材的各向异性会进一步扩大误差值的问题，进而提供一种连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备及方法，其操作便捷，能够实际应用的木材安全等级分级；为改进木材弹性模量的检测、安全等级分级提供有效的理论依据。

本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：

本发明的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备包括机架、至少四个辅助支承辊、至少两个主支承辊、压头框架、偏心辊压头、气压缸和传感器；

所述机架上沿其长度方向设置有至少六组支承辊，其中包括至少四组辅助支承辊和两组主支承辊，两组主支承辊位于机架的中间部分，两组主支承辊以机架的中心线对称设置，至少四组辅助支承辊分列在主支承辊的两侧，所述压头框架设置在机架上，压头框架的中心线与机架的中心线重合，所述偏心辊压头转动安装在压头框架上，机架内设置有气压缸和传感器，气压缸的中心线与机架的中心线重合。

优选的：所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备还包括两个侧立板、升降横梁、两个丝杠、两个丝杠支撑板、两个主动锥齿轮、两个从动锥齿轮和齿轮轴；齿轮轴转动安装在机架的下部，齿轮轴上安装有两个主动锥齿轮，两个丝杠布置在压头框架的前后两侧，丝杠与丝杠支撑板转动安装，丝杠支撑板与机架连接，丝杠的下端安装有从动锥齿轮，主动锥齿轮与从动锥齿轮啮合，丝杠的上端与侧立板螺纹连接，升降横梁上设有压头框架过孔，升降横梁中部固定在气压缸上，升降横梁的端部与侧立板的下端连接，侧立板的上端与偏心辊压头的两端转动密封连接。如此设置，实现了压头框架两侧的高度同步可调，操作简洁方便。

优选的：所述支承辊由热轧结构无缝钢管制成。热轧结构无缝钢管经济实惠，且能够满足本实验最大载荷3吨的力。

优选的：所述两组主支承辊的中心距为1200mm。木结构试验方法中规定梁试件跨度与高度比值宜取18，试验中所用木材试件高度大多都大于40mm，所以，取值1200mm。

优选的：所述偏心辊压头的偏心距为5mm。在弹性变形范围内取值，不会发生断裂即可(5mm大小适中，能够完成此实验)。

本发明的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测方法基于上述检测装置完成，具体步骤为：木材试件由支承辊输送至偏心辊压头的下方，且偏心辊压头与木材试件有效长度中点对应，对木材试件有效长度中点由气压缸施加载荷，由称重传感器检测出木材试件的载荷变化值，带入弹性模量计算公式，得出弹性模量值；

$E=\frac{l}{\mathrm{dbP}}(f_1-f_2)$

式中：

l：被测木材试件的有效长度(跨距1200mm)；

d：被测木材试件厚度(mm)；

b：被测木材试件宽度(mm)；

f：被测木材试件受载荷值(N)；

P：偏心压辊偏心距(mm)。

优选的：以偏心辊压头旋转一周为一个周期，取每个周期载荷变化的极值点带入公式，计算出弹性模量值。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备及方法，压头采用偏心结构，先对木材施加一个预压力，使木材产生一个微小的弹性变形。通过偏心辊压头的旋转对木材进行检测。压力差值取最大值与最小值的差值，这样变形量就等于偏心压辊的偏心距，消除了检测误差，避免了木材的各向异性对误差值的影响。

附图说明

图1是连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备的主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图中：1-机架；2-辅助支承辊；3-主支承辊；4-侧立板；5-主动锥齿轮；6-从动锥齿轮；7-压头框架；8-偏心辊压头；9-齿轮轴；11-升降横梁；12-气压缸；14-传感器；34-丝杠；37-丝杠支撑板。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2进行说明，本实施方式的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备包括：

机架1、至少四个辅助支承辊2、至少两个主支承辊3、压头框架7、偏心辊压头8、气压缸12和传感器14；

所述机架1上沿其长度方向设置有至少六组支承辊，其中包括至少四组辅助支承辊2和两组主支承辊3，两组主支承辊3位于机架1的中间部分，两组主支承辊3以机架1的中心线对称设置，至少四组辅助支承辊2分列在主支承辊3的两侧，所述压头框架7设置在机架1上，压头框架7的中心线与机架1的中心线重合，所述偏心辊压头8转动安装在压头框架7上，机架1内设置有气压缸12和传感器14，气压缸12的中心线与机架1的中心线重合。

进一步：所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备还包括两个侧立板4、升降横梁11、两个丝杠34、两个丝杠支撑板37、两个主动锥齿轮5、两个从动锥齿轮6和齿轮轴9；齿轮轴9转动安装在机架1的下部，齿轮轴9上安装有两个主动锥齿轮5，两个丝杠34布置在压头框架7的前后两侧，丝杠34与丝杠支撑板37转动安装，丝杠支撑板37与机架1连接，丝杠34的下端安装有从动锥齿轮6，主动锥齿轮5与从动锥齿轮6啮合，丝杠34的上端与侧立板4螺纹连接，升降横梁11上设有压头框架过孔，升降横梁11中部固定在气压缸12上，升降横梁11的端部与侧立板4的下端连接，侧立板4的上端与偏心辊压头8的两端转动密封连接；所述支承辊由热轧结构无缝钢管制成；所述两组主支承辊3的中心距为1200mm；所述偏心辊压头8的偏心距为5mm。

具体实施方式二：本实施方式是基于具体实施方式一实现的，连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测方法，具体步骤为：木材试件由支承辊输送至偏心辊压头8的下方，且偏心辊压头8与木材试件有效长度中点对应，对木材试件有效长度中点由气压缸施加载荷，由称重传感器检测出木材试件的载荷变化值，带入弹性模量计算公式，得出弹性模量值；

$E=\frac{l}{\mathrm{dbP}}(f_1-f_2)$

式中：

l：被测木材试件的有效长度(跨距1200mm)；

d：被测木材试件厚度(mm)；

b：被测木材试件宽度(mm)；

f：被测木材试件受载荷值(N)；

P：偏心压辊偏心距(mm)。

以偏心辊压头8旋转一周为一个周期，取每个周期载荷变化的极值点带入公式，计算出弹性模量值。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (5)

1.连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备，包括机架(1)、至少四个辅助支承辊(2)、至少两个主支承辊(3)、压头框架(7)、偏心辊压头(8)、气压缸(12)和传感器(14)；

其特征在于：所述机架(1)上沿其长度方向设置有至少六个支承辊，其中包括至少四个辅助支承辊(2)和两个主支承辊(3)，两个主支承辊(3)位于机架(1)的中间部分，两个主支承辊(3)以机架(1)的中心线对称设置，至少四个辅助支承辊(2)分列在主支承辊(3)的两侧，所述压头框架(7)设置在机架(1)上，压头框架(7)的中心线与机架(1)的中心线重合，所述偏心辊压头(8)转动安装在压头框架(7)上，机架(1)内设置有气压缸(12)和传感器(14)，气压缸(12)的中心线与机架(1)的中心线重合；所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备还包括两个侧立板(4)、升降横梁(11)、两个丝杠(34)、两个丝杠支撑板(37)、两个主动锥齿轮(5)、两个从动锥齿轮(6)和齿轮轴(9)；齿轮轴(9)转动安装在机架(1)的下部，齿轮轴(9)上安装有两个主动锥齿轮(5)，两个丝杠(34)布置在压头框架(7)的前后两侧，丝杠(34)与丝杠支撑板(37)转动安装，丝杠支撑板(37)与机架(1)连接，丝杠(34)的下端安装有从动锥齿轮(6)，主动锥齿轮(5)与从动锥齿轮(6)啮合，丝杠(34)的上端与侧立板(4)螺纹连接，升降横梁(11)上设有压头框架过孔，升降横梁(11)中部固定在气压缸(12)上，升降横梁(11)的端部与侧立板(4)的下端连接，侧立板(4)的上端与偏心辊压头(8)的两端转动密封连接。

2.根据权利要求1所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备，其特征在于：所述两个主支承辊(3)的中心距为1200mm。

3.根据权利要求2所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备，其特征在于：所述偏心辊压头(8)的偏心距为5mm。

4.基于权利要求1或2所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测设备实现的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测方法，

其特征在于：具体步骤为：木材试件由支承辊输送至偏心辊压头(8)的下方，且偏心辊压头(8)与木材试件有效长度中点对应，对木材试件有效长度中点由气压缸施加载荷，由称重传感器检测出木材试件的变形量与载荷变化值，代入弹性模量计算公式一，得出弹性模量值；

式中：

l：被测木材试件的有效长度；

d：被测木材试件厚度；

b：被测木材试件宽度；

f：被测木材试件受载荷值；

P：偏心压辊的偏心距。

5.根据权利要求4所述的连续式木材动态弹性模量偏心压辊检测方法，其特征在于：以偏心辊压头旋转一周为一个周期，取每个周期载荷变化的极值点代入公式一，计算出弹性模量值。