CZ24343U1

CZ24343U1 - Apparatus for outdoor measurement of strength and modulus of deformation when expanding jaws within a borehole (wood testKLOIBer)

Info

Publication number: CZ24343U1
Application number: CZ201226360U
Authority: CZ
Inventors: Kloiber@Michal; Drdácký@Miloš
Original assignee: Ústav teoretické a aplikované mechaniky AV CR, v.v.i.
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2012-09-24

Description

Zařízení pro terénní měření konvenční pevností a modulu přetvářností pří roztlačování čelistí ve vyvrtaném otvoru (wood testKLOlBer)Equipment for field measurement of conventional strength and modulus of deformation during jaw crushing in a drilled hole (wood testKLOlBer)

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká diagnostického zařízení pro terénní i laboratorní měření konvenční pev5 nosti a modulu přetvářností při roztlačování čelistí ve vyvrtaném otvoru, spadá do oblasti testování kvality a vlastností materiálu, zejména dřeva.The technical solution relates to diagnostic equipment for field and laboratory measurements of conventional strength and modulus of deformation during jaw crushing in the drilled hole, it falls within the field of testing the quality and properties of material, especially wood.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Rada moderních diagnostických zařízení a metod in-situ využívá k popisu chování a vlastností materiálu vrtání. Nej známější z takových metod v případě dřeva je odporové mikrovrtání, kdy se měří spotřebovaná energie k prostupu tenkého vrtáku s průměrem 1,5 až 3,0 mm, kde lze grafický záznam zaznamenávat na papírovou pásku nebo pomocí digitálního výstupu na PC (Rinn, 1994; Rinn a kol. 1996). Vrcholy v grafickém záznamu odpovídají vyšším odporům potažmo hustotě dřeva, zatímco nižší body jsou spojené s nižším relativním odporem dřeva. Odlišný vrtací odpor může odhalit různé stupně poškození. Analogická zařízení jsou vyráběna pro testování is anorganických materiálů, zejména kamene a malt. Další alternativou popisu chování a vlastností dřeva je mechanické měřicí zařízení pm měření lomové pevnosti v ohybu a pevnosti v tlaku podél vláken u radiálních vývrtů ze dřeva (Bethge a kol. 1996; Mattheck a Bethge, 1998). Odpovídající parametry jsou získávány pomocí radiálního vývrtu (průměr 5 mm), který se odvrtá z dřevěného prvku. Za účelem určení hodnoty charakteristické pevnosti, musí být vzorek vložen do příslušného upínacího zařízení podle směru vláken. Mechanické ovládání zařízení má 4 různé provozní páky a je použitelné přímo v terénu. Váleček dřeva (radiální vývrt), odebraný přírůstovým nebozezem nebo jiným speciálně upraveným vrtákem je v přístroji lámán nebo mačkán za současného měření potřebné energie. Hodnoty získané měřením jsou porovnány s odpovídajícími údaji pro daný druh dřeva v tabulkách, které jsou součástí dodávky zařízení. Odebrané radiální vývrty lze také zatěžovat laboratorně a to pomocí čelistí s drážkami, které umožňují zatěžování tlakem kolmo na osu vývrtu, tzn. v tlaku podél vláken dřeva (Kasal, 2003; Kasal a kol, 2003). Radiální vývrty tak mohou být použity pro determinaci několika vlastností dřeva, jako jsou např.: hustota, vlhkost, modul pružnosti a pevnost v tlaku podél vláken. Ve spektru dosavadních metod a zařízení chybí řešení umožňující měřit mechanické vlastnosti přímo ve vyvrtaném otvoru dře30 věných konstrukčních prvků.Many modern diagnostic equipment and in-situ methods use drilling to describe the behavior and properties of the material. The best-known of such methods in the case of wood is resistive micro-drilling, which measures the energy consumed to pass a thin drill with a diameter of 1.5 to 3.0 mm, where graphical recording can be recorded on paper tape or using a digital output on a PC (Rinn, 1994) Rinn et al 1996). The peaks in the graphical record correspond to higher resistances or wood density, while lower points are associated with lower relative wood resistance. Different drilling resistance can reveal different degrees of damage. Analogous devices are produced for testing even inorganic materials, especially stone and mortar. Another alternative to describing the behavior and properties of wood is a mechanical measuring device pm measuring the flexural strength and compressive strength along the fibers of radial wood bores (Bethge et al. 1996; Mattheck and Bethge, 1998). Corresponding parameters are obtained by means of a radial bore (diameter 5 mm), which is drilled from a wooden element. In order to determine the characteristic strength value, the sample must be inserted into the appropriate fixture according to the direction of the fibers. The mechanical control device has 4 different operating levers and can be used directly in the field. The wood roller (radial bore), taken by an incremental auger or other specially adapted drill bit, is broken or squeezed in the instrument while measuring the required energy. The values obtained by the measurement are compared with the corresponding data for a given type of wood in the tables that are part of the equipment delivery. The removed radial bores can also be loaded in the laboratory by means of jaws with grooves that allow pressure loading perpendicular to the bore axis, ie. in compression along wood fibers (Kasal, 2003; Kasal et al., 2003). Thus, radial bores can be used to determine several properties of wood, such as: density, humidity, modulus of elasticity and compressive strength along the fibers. In the spectrum of prior art methods and devices, there is no solution enabling to measure mechanical properties directly in the drilled hole of wooden components.

Literatura:Literature:

Bethge, K, Mattheck, C., Hunger, E.: Equipment for detection and evaluation of incipient decay in trees. Arboricultural Journal, Volume 20, Issue 1, 1996, pp. 13-36.Bethge, K, Mattheck, C., Hunger, E .: Equipment for detection and evaluation of incipient decay in trees. Arboricultural Journal, Volume 20, Issue 1, 1996, s. 13-36.

Kasal, B., Drdácký, M. Jirovsky. I.: Semi-destructive methods for evaluation of timber structu35 res. Structural Studies, Repairs and Maintenance of Heritage Architecture VHI. C. A, Brebia, Editor. Advances in Architecture. WIT Press. Southampton, 2003, pp. 835-842.Kasal, B., Drdacky, M. Jirovsky. I .: Semi-destructive methods for evaluation of timber structu35 res. Structural Studies, Repairs and Maintenance of Heritage Architecture. C.A, Brebia, Editor. Advances in Architecture. WIT Press. Southampton, 2003 835-842.

Kasal, B.: Semi-Destructive Method for In-situ Evaluation of Compressive Strength of Wood Structural Members. Forest Products Journal, 53 (11/12), 2003, pp. 55-58.Kasal, B .: Semi-Destructive Method for In-situ Evaluation of Compressive Strength of Wood Structural Members. Forest Products Journal, 53 (11/12), 2003 55-58.

Mattheck, C., Bethge, K.: The mechanical survival stratégy of trees. Arboricultural Journal, Vo40 lume 22, Issue 4,1998, pp. 369-386.Mattheck, C., Bethge, K .: The Mechanical Survival Strategy of Trees. Arboricultural Journal, Vo40 lume 22, Issue 4,1998 369-386.

Rinn, F., Schweingruber, F. H., Schár, E.: RESISTOGRAPH and X-ray density charts of wood comparative evaluation of drill resistance profiles and X-ray density charts of different wood species. Holzforschung, Volume 50, Issue 4, 1996, pp. 303-311,Rinn, F., Schweingruber, F.H., Schar, E .: RESISTOGRAPH and X-ray density charts of wood comparative evaluation of drill resistance profiles and X-ray density charts of different wood species. Holzforschung, Volume 50, Issue 4, 1996, s. 303-311,

Rinn, F.: Catalogue of relative density profiles of trees, poles and timber derived from Resisto45 graph® microdrillings. 9th International Symposium on Non-destructive Testing. Madison, USA, 1994, pp, 61-67.Rinn, F .: Catalog of relative density profiles of trees, poles and timber derived from Resisto45 graph® microdrillings. 9th International Symposium on Non-destructive Testing. Madison, USA, 1994, pp. 61-67.

-1 CZ 24343 Ul-1 CZ 24343 Ul

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Podstatou technického řešení je určování mechanických vlastností dřeva pomocí šetrně destruktivního diagnostického zařízení nové konstrukce, použitelného jak v laboratoři, tak přímo v terénu pro hodnocení dřeva. Určování mechanických vlastností dřeva je založeno na měření kon5 venční pevnosti a modulu přetvářnosti dřeva při roztlačování čelistí ve vyvrtaném radiálním otvoru průměru 5 až 20 mm, výhodně 12 mm.The essence of the technical solution is to determine the mechanical properties of wood using a carefully destructive diagnostic device of a new design, usable both in the laboratory and in the field for the evaluation of wood. The determination of the mechanical properties of the wood is based on the measurement of the conventional strength and modulus of the wood when the jaws are compressed in the drilled radial hole of a diameter of 5 to 20 mm, preferably 12 mm.

Zařízení obsahuje těleso zařízení, k jehož obvodu je v podélném směru připevněno stavitelné pouzdro s aretačními Šrouby, kryt baterií a kryt elektrické instalace zajištěné šrouby krytů. V homí části je k tělesu zařízení připevněno pohybové ustrojí složené ze šroubu táhla, zajištěného io proti otáčení čepem Šroubu táhla, matice táhla s ložiskem a objímky matice zajištěné šrouby objímky. Na Šroubu táhla je v jeho dolní kónické části přišroubován siloměr, k siloměru je přišroubované táhlo, které umožňuje výkyv do stran pomocí kloubu táhla a čepu kloubu, ke spodní Částí táhla jsou připojené rozevírací klíny spojené pomocí šroubu rozevíracích klínů a kolíků rozevíracích klínů, čelisti s pružnými rameny jsou kotvené pomocí Šroubu čelistí do tělesa zařízení, umožňují pohyb čelistí při roztlačování rozevíracími klíny a naopak udržují konstantní vzdálenost od tělesa zařízení. K tělesu zařízení je v homí části připojen snímač posuvu složený z dvojice planžet s tenzometrickým měřením ohybové deformace vyvolané kuželovou částí šroubu táhla, která je úměrná osovému posuvu a tudíž i roztlačení čelistí. Uvnitř tělesa zařízení je v homí části připojen vysílač elektronicky propojený se snímačem posuvu a siloměrem. Vysílač je bezdrátově propojen s počítačem.The device comprises a body of the device, to whose circumference a longitudinally adjustable housing with locking screws is attached, a battery cover, and an electrical installation cover secured with cover screws. In the upper part is attached to the body of the device a movement device consisting of a rod bolt, also secured against rotation of the bolt Rod bolt, a rod nut with a bearing and a nut collar secured by a bolt of the collar. A load cell is screwed to the rod in its lower conical part, the rod is bolted to the load cell, which allows sideways swinging by means of the rod joint and the pin of the joint, to the lower part of the rod are attached wedge bolts connected with the wedge bolt and the wedge pins they are anchored by means of the Jaw Screw to the device body, allow the jaws to move when pushed by the opening wedges and, conversely, maintain a constant distance from the device body. In the upper part of the device there is connected a displacement sensor consisting of a pair of foils with a tensometric measurement of the bending deformation caused by the conical part of the rod screw, which is proportional to the axial displacement and hence the compression of the jaws. Inside the housing of the device is connected in the upper part of the transmitter electronically connected to the displacement sensor and load cell. The transmitter is wirelessly connected to the computer.

Zařízení lze pohánět lidskou silou nebo motorem. V případě pohonu silou lidské paže je těleso pohybového ústrojí poháněné přes kliku připojenou ke šroubu táhla. V případě pohonu motorem, lze použít zabudovaný elektrický motor nebo motor, který je součástí vnějšího přiřaditelného zařízení, např. akumulátorové vrtačky s převodovkou,The device can be powered by human power or motor. In the case of powering by the human arm, the locomotive apparatus is driven by a crank attached to the rod bolt. In the case of an engine drive, a built-in electric motor or a motor that is part of an external assignable device, such as a cordless drill with gearbox, may be used,

Výhodou technického řešení je možnost plynulého snímání síly a posunutí pri roztlačení čelistí v různých hloubkách odpovídajících požadavkům na hodnocení prvků konstrukcí běžných dimenzí. Zařízení se na testovaný objekt přikládá (zpravidla konstrukční prvek pravoúhlého průřezu) pomocí válcovitého pouzdra, které umožňuje měření ve čtyřech polohách předem vyvrtaného otvoru. Aretace pouzdra je zajištěna pomocí dvou rýhovaných šroubů, pro polohy: (hloubka vý30 vrtu) 5 až 25, 35 až 55, 65 až 85, 95 až 115 mm. Po zasunutí měřicí části zařízení do vyvrtaného otvoru a přiložení na testovaný objekt jsou pomocí táhla s rozvíracím klínem roztlačovány zakulacené čelisti do stěn vyvrtaného otvoru. Maximální hloubka zatlačení čelistí je na obou stranách 1,5 mm. Pohon táhla je zajištěn pres šroub s maticí (popř. hřeben se šnekem, nebo hydraulickým obvodem) jednoručně pomocí kliky. Zdrojem síly je síla lidských paží nebo vhodný zabudovaný elektrický motor, popř. motor, jež je součástí vnějšího přiřaditelného zařízení, např. akumulátorové vrtačky s planetovou převodovkou. Zakulacené čelisti mají šířku 2 až 14 mm s výhodou 5 mm, délku 5 až 80 mm s výhodou 20 mm. Čelisti jsou vyrobeny z oceli nebo z titanové slitiny, výhodně ze speciální nástrojové oceli. Součástí čelistí jsou pružná ramena, která umožňují jejich pohyb pri roztlačování do stěn vrtaného otvoru a naopak udržují konstantní vzdálenost od tělesa zařízení. Samotný pohyb čelistí pri roztlačení je zajištěn pomocí rozvíracího bronzového klínu osazeného na dolním konci táhla pomocí kolíku a šroubu. Vrcholový úhel klínuje 15°, který není samosvomý a pro odlehčení čelistí stačí uvolnění roztlačovací síly.The advantage of the technical solution is the possibility of continuous sensing of the force and displacement while pushing the jaws at different depths corresponding to the requirements for evaluation of elements of constructions of common dimensions. The device is placed on the test object (usually a rectangular cross-sectional structural element) by means of a cylindrical housing, which allows measurement in four positions of a pre-drilled hole. The bushing is locked by means of two knurled screws for positions: (borehole depth) 5 to 25, 35 to 55, 65 to 85, 95 to 115 mm. After inserting the measuring part of the device into the drilled hole and placing it on the test object, the rounded jaws are pushed into the walls of the drilled hole by means of a pull-wedge rod. The maximum pressing depth of the jaws is 1.5 mm on both sides. The rod is driven by a bolt with a nut (or a rack with a worm or a hydraulic circuit). The source of power is the force of human arms or a suitable built-in electric motor, respectively. a motor that is part of an external assignable device, such as a cordless drill with a planetary gear. The rounded jaws have a width of 2 to 14 mm, preferably 5 mm, a length of 5 to 80 mm, preferably 20 mm. The jaws are made of steel or a titanium alloy, preferably a special tool steel. The jaws have flexible arms that allow them to move into the walls of the drill hole while pushing them in a constant distance from the body of the device. The actual movement of the jaws during pushing is ensured by a bronze wedge wedge mounted on the lower end of the rod by means of a pin and a screw. The apex angle wedges 15 °, which is not self-locking and relieving the pushing force is sufficient to relieve the jaws.

Průběžně je snímána a zaznamenána působící síla pri vytahování táhla, která je kalibrovaná na skutečnou sílu pri roztlačování čelistí a následně simultánně vztažena k měřené dráze roztlačení (posuvu) čelistí. Měření síly probíhá pomocí siloměru vloženého mezi homí hranu táhla s kloubem a Šroub táhla. Snímání posuvu zajišťuje dvojice planžet s tenzometrickým měřením ohybové deformace vyvolané kuželovou částí šroubu táhla, která bude úměrná osovému posuvu a tudíž i roztlačení čelistí. Signály jsou ze zařízení bezdrátově přenášeny do měřicího přenosného počítače, kde jsou zpracovány.The pulling force exerted is continuously sensed and recorded, which is calibrated to the actual jaw crushing force and then simultaneously related to the jaw crushing (displacement) path measured. The force is measured using a load cell inserted between the upper edge of the joint and the rod bolt. The displacement sensing is provided by a pair of foils with a strain gauge measurement of the bending deformation induced by the conical part of the rod screw, which will be proportional to the axial displacement and thus the jaws displacement. The signals are transmitted wirelessly from the device to the measuring portable computer where they are processed.

CZ 24343 UlCZ 24343 Ul

Po vyvrtání radiálního otvoru následuje zasunuti měřicí části a současně přiložení zařízení na testovaný objekt pomocí válcovitého pouzdra. Roztlačování čelistí ve směru podél vláken dřeva probíhá při vytahování táhla s rozvíracím klínem, po kterém se pohybují čelisti. Vytahování táhla je poháněno přes šroub s maticí jednoručně pomocí kliky nebo pomocí akumulátorové vrtačky s planetovou převodovkou.Drilling of the radial hole is followed by insertion of the measuring part and at the same time placing the device on the test object by means of a cylindrical bush. The jaws are pushed in the direction along the wood fibers by pulling the pulling wedge rod, along which the jaws move. The pulling of the rod is driven through the bolt with the nut in one hand by means of the crank handle or by means of a cordless drill with planetary gearbox.

Mechanické vlastnosti jsou určovány ze záznamu měřených dat v podobě pracovního diagramu, který je konstruován tak, že na ose x je vynášena hloubka zatlačení čelistí (posunutí) a na ose y síla potřebná pro zatlačení čelistí do stěn vyvrtaného otvoru. V grafickém záznamu vyšší síla vztažená k odpovídající deformaci znamená vyšší odpor dřeva, zatímco nižší hodnoty síly vztažené k odpovídající deformaci jsou spojeny s nižším odporem. Porovnání hodnot sil naměřených v jednotlivých hloubkách umožňuje hodnocení dřeva podél hloubkového profilu. Snížená kvalita dřeva způsobená např. dřevokaznými Škůdci (hmyz a hniloba) se projeví poklesem měřené síly k poměrné deformaci. Zařízení umožňuje měřit v různých hloubkách vyvrtaného otvoru a je tedy možné stanovit, v jaké části příčného profilu hodnoceného prvku došlo k poškození. Podmínkou správného použití metody je vyvrtání otvoru napříč vláken do dřeva pouze v radiálním směru, kde dochází k pravidelnému střídání jarní a letní části letokruhu a orientace měřicí sondy podél vláken, u konstrukčních prvků zpravidla rovnoběžně s osou prvku. V tangenciálním směru dochází k ovlivnění měření větším zastoupením jarní nebo letní části letokruhu, což vede ke zkreslování výsledků.The mechanical properties are determined from the measured data record in the form of a working diagram, which is constructed such that the x-axis depicts the depth of the jaws (displacement) and the y-axis the force required to push the jaws into the walls of the drilled hole. In the graphical record, a higher force related to the corresponding deformation means a higher resistance of the wood, while lower values of the force related to the corresponding deformation are associated with a lower resistance. Comparing the values of the forces measured at each depth allows the wood to be evaluated along the depth profile. Decreased quality of wood caused by, for example, wood decaying pests (insects and rot) results in a decrease in the measured force to a relative deformation. The device makes it possible to measure at different depths of the drilled hole and it is thus possible to determine in which part of the transverse profile of the evaluated element the damage occurred. The prerequisite for correct application of the method is to drill a hole across the fibers in the wood only in the radial direction, where the spring and summer parts of the annual ring are regularly alternated and the measuring probe is oriented along the fibers, usually in construction elements parallel to the axis of the element. In the tangential direction, the measurement is influenced by a larger representation of the spring or summer part of the tree ring, which leads to distortion of the results.

Mezi výhody technického řešení patří vysoká přesnost stanovení mechanických vlastností (konvenční pevnosti a modulu přetvářnosti v tlaku podél vláken) zkoušeného a hodnoceného dřeva přímo v terénu. Konstrukce zařízení je lehká a díky jeho nezávislosti na elektrické síti je možné snadné použití v terénu. Na rozdíl od jiných metod, umožňuje zařízení lokalizaci vnitřních vad, včetně velmi přesného stanovení mechanických vlastností v hloubkovém profilu průřezu hodnoceného prvku. Nevýhodou zařízení je nutnost vrtat otvor o průměru 12 mm, což při větším počtu nevhodně zvoleného umístění vývrtů může ovlivňovat mechanickou stabilitu hodnoceného prvku. Jako jiné in-situ metody používané při diagnostice zabudovaného dřeva vykazuje představená metoda měření konvenční pevnosti a modulu přetvářnosti dřeva významnou závislost na obsahu vody ve zkoumaném materiálu. Tato závislost je však známá a pro korekci existují použitelné vztahy.Advantages of the technical solution include high accuracy of determination of mechanical properties (conventional strength and modulus of compression in fibers along the fibers) of tested and evaluated wood directly in the field. The design of the device is lightweight and due to its independence from the mains, it is easy to use in the field. Unlike other methods, the device allows localization of internal defects, including very accurate determination of mechanical properties in the depth profile of the cross-section of the evaluated element. The disadvantage of the device is the need to drill a hole with a diameter of 12 mm, which in the case of a larger number of improperly selected location of boreholes can affect the mechanical stability of the evaluated element. Like other in-situ methods used in the diagnosis of built-in timber, the presented method of measuring conventional strength and modulus of timber has a significant dependence on the water content of the material under investigation. However, this dependence is known and there are applicable relationships for correction.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Obr. 1: Axonometrický pohled na zařízení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru.Giant. 1: An axonometric view of a device with jaw crushing in a borehole.

Obr. 2: Čelní řez zařízením s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru.Giant. 2: Front section of the device with the jaws pushing in the drilled hole.

Obr, 3: Boční pohled na zařízení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru.Fig. 3: Side view of a jaw-pushing device in a drilled hole.

Obr. 4: Detail roztlačovacích čelistí.Giant. 4: Detail of the pressing jaws.

Obr. 5: Axonometrický pohled na zařízení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru doplněný o převodovku pro pohon pomocí akumulátorové vrtačky.Giant. 5: Axonometric view of the jaw-pushing device in the drilled hole, supplemented by a gearbox for driving using a cordless drill.

Obr. 6: Čelní řez zařízením s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru doplněný o převodovku pro pohon pomocí akumulátorové vrtačky.Giant. 6: Front section of the jaw-pushing device in the drilled hole, supplemented by a gearbox for driving using a cordless drill.

Obr. 7: Boční pohled na zařízení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru doplněný o převodovku pro pohon pomocí akumulátorové vrtačky.Giant. 7: Side view of a device with a jaw extrusion in a drilled hole supplemented with a gearbox for driving using a cordless drill.

Obr. 8: Záznam průběhu síly a posunutí při roztlačení Čelistí do dřeva smrku.Giant. 8: Recording of the force and displacement pattern when pushing the Jaws into the spruce wood.

Priklady provedeníExemplary embodiments

Příklad 1 - Provedení s klikouExample 1 - Handle design

Základní konstrukce zařízení je zhotovena z oceli. Zařízení sestává z tělesa zařízení U, k jehož obvodu je v podélném směru připevněno stavitelné pouzdro 18, s aretačními šrouby J_7, krytem baterií 12, krytem elektronické instrumentace 10, zajištěné šrouby 12. V homí části je k tělesu zařízení H připevněno těleso pohybového ústrojí složené z šroubu táhla 2, zajištěného proti otá-3CZ 24343 Ul cení čepem 8, a matice táhla 3, s ložiskem 4, objímkou 5, zajištěnou šrouby 6, těleso pohybového ústrojí pohaněné silou lidské paže přes kliku I. Na Šroubu táhla 2 je v jeho dolní kónické části přišroubován 4kN siloměr 14, k siloměru je dále přišroubované táhlo 20, které umožňuje výkyv do stran pomocí kloubu 15, a čepu 16, spodní část táhla je opatřená rozevíracími klíny z bronzuThe basic design of the device is made of steel. The device consists of a device body U, to whose circumference an adjustable housing 18 is fixed in the longitudinal direction, with locking screws 17, a battery cover 12, an electronic instrumentation cover 10, secured by screws 12. In the upper part, from the anti-rotation bolt 2 of the linkage 2, and the linkage nut 3, with the bearing 4, the sleeve 5, secured by the screws 6, the locomotive apparatus driven by the force of the human arm through the crank I. 4kN load cell 14 is screwed to the lower conical part, the load cell 20 is screwed to the load cell, which allows the side to be swiveled by the joint 15 and the pin 16, the lower part of the rod is equipped with bronze opening wedges

23, spojená pomocí šroubu 24, a kolíků 22. Čelisti s pružnými rameny 21 kotvené pomocí šroubu do tělesa zařízení 11 umožňují pohyb čelistí při roztlačování rozevíracími klíny 23, a naopak udržují konstantní vzdálenost od tělesa zařízení Π.. Zařízení obsahuje snímač posuvu 9 složený z dvojice planžet s tenzometrickým měřením ohybové deformace vyvolané kuželovou Částí Šroubu táhla, která je úměrná osovému posuvu a tudíž i roztlačení čelistí 21. Uvnitř tělesa zařízení lije io umístěn vysílač 7 elektronicky propojený se snímačem posuvu 9, a siloměrem 14, vysílač 7 je bezdrátově propojen s počítačem.23, connected by means of a screw 24, and pins 22. The jaws with elastic arms 21 anchored by means of a screw into the body of the device 11 allow the jaws to move when pushed by the opening wedges 23 and conversely maintain a constant distance from the body of the device. a pair of foils with a strain gauge measurement of the bending deformation induced by the conical part of the rod screw, which is proportional to the axial displacement and thus the jaws displacement 21. Inside the device body there is also a transmitter 7 electronically connected to the displacement sensor 9 and load cell 14; computer.

Použitý siloměr 14: tenzometrický snímač osové síly, zakázkový model, celomůstkové zapojení tenzometrů 4 x 350 Ω, parametry:Load cell 14: strain gauge axial force transducer, custom model, full bridge connection of strain gauges 4 x 350 Ω, parameters:

Snímač síly Force sensor Způsob zatížení Method of loading Osový tah Axial thrust Nominální rozsah F Nominal range F 4kN 4kN Přetížitehioet Overloadhioet do5kN do5kN Citlivost Sensitivity do 2 % citlivosti v hlavním směru up to 2% sensitivity in the main direction Odchylka od linearity Deviation from linearity měně než 0,5% less than 0.5% Hystereze Hysteresis menší, než ±0,1% less than ± 0.1% Teplotní závislost: Temperature dependence: nejvýše 1 % při změně o 10 °C Not more than 1% when varied by 10 ° C Teplotní odolnost: Temperature resistance: 160 °C 160 ° C Krytí: Cover: IP 64 IP 64

Příklad 2 - Provedení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru doplněný o převodovku pro pohon pomocí akumulátorové vrtačkyExample 2 - Design with jaw extrusion in a drilled hole supplemented with a gearbox for driving using a cordless drill

Jako zdroj síly, která pohání zařízení, lze alternativně používat akumulátorovou vrtačku s planetovou převodovkou. Zařízení sestává ze stejných komponent jako základní provedení, jenom na místo kliky I je k tělesu zařízení 11. v jeho homí části připevněno těleso pohybového ustrojí složené z šroubu táhla 2, zajištěného proti otáčení čepem 8, planetovou převodovkou 27 osazenou pomocí šroubu 25 a čepu Šroubu převodovky 28. Pohybová stabilizace planetové převodovky 27 je pres spojku převodovky 29, kotvené do šroubu táhla 2, pomocí šroubů 30. Pohon převodovky je zajištěn přes redukci 26, pomocí akumulátorové vrtačky. Tento způsob oproti pohybovému ústrojí pohaněné silou lidské paže přes kliku je snazší pro celkovou manipulaci a stabilitu pri měření. Pomocí pohonu akumulátorové vrtačky s planetovou převodovkou je možné dosáhnout kontinuálního průběhu zatěžovacího grafu, což se s výhodou uplatní pri vyhodnocovaní naměřených dat. Nevýhodou je mírné navýšení celkové velikosti a hmotnosti zařízení.Alternatively, a cordless drill with a planetary gearbox can be used as a source of power to drive the machine. The device consists of the same components as the basic embodiment, only the crank body I is attached to the body 11 of the device 11 in its upper part of the body of the movement device consisting of bolt rod 2 secured against pivot 8, planetary gearbox 27 fitted with screw 25 and bolt Transmission stabilization of the planetary gearbox 27 is via the transmission clutch 29 anchored in the rod screw 2 by means of the screws 30. The transmission of the gearbox is secured via a reduction 26, by means of a cordless drill. This method, compared to the locomotor system driven by the force of the human arm through the crank, is easier for overall handling and stability during measurement. By means of a cordless drill with planetary gearbox it is possible to achieve a continuous course of the load graph, which is advantageous for the evaluation of measured data. The disadvantage is a slight increase in the overall size and weight of the device.

Příklad 3 - Měření pri roztlačení čelistí ve vyvrtaném otvoru do dřeva smrkuExample 3 - Measurements by pushing the jaws in a borehole into spruce wood

Měření mechanického odporu dřeva pri roztlačení čelistí ve vyvrtaném otvoru na konstrukčním prvku s hranou průřezu přibližně 150 mm vyrobeného ze zdravého dřeva smrku. Pro měření bylo použito zařízení s roztlačováním čelistí ve vyvrtaném otvoru doplněné o převodovku obr. 5 pro pohon pomocí akumulátorové vrtačky. Po vyvrtání radiálního otvoru o průměru 12 mm byla zasunuta měřicí část a současně přiloženo zařízení na testovaný objekt pomocí válcovitého pouzdra. Měření bylo provedeno ve všech čtyřech polohách do hloubky vyvrtaného otvoru, tak jak je umožněno konstrukcí zařízení. Pomocí akumulátorové vrtačky s planetovou převodovkou byla vyvinuta síla na vytažení táhla, které vyvolalo postupné roztlačení čelistí do stěn vyvrtaného otvoru. Pro představení bylo vybráno měření v první poloze, tzn. v hloubce vývrtu 5 až 25 mm.Measurement of the mechanical resistance of the wood when the jaws are pushed in a drilled hole on a structural element with a cross-sectional edge of approximately 150 mm made of healthy spruce wood. For measuring was used a device with pushing jaws in the drilled hole supplemented by the gearbox Fig. 5 for driving using a cordless drill. After drilling a radial hole with a diameter of 12 mm, the measuring part was inserted and at the same time the device was placed on the test object by means of a cylindrical sleeve. The measurement was performed in all four positions to the depth of the drilled hole as allowed by the design of the device. Using a cordless drill with a planetary gear, the pulling force was exerted, causing the jaws to gradually push into the walls of the drilled hole. The first position measurement was chosen for the performance. at a bore depth of 5 to 25 mm.

CZ 24343 UlCZ 24343 Ul

Průběžně byla snímána a zaznamenána působící síla při vytahování táhla, která je kalibrovaná na skutečnou sílu při roztlačování čelistí a zároveň simultánně vztažena k měřené dráze roztlačení (posuvu) čelistí (obr. 8). Na ose x je znázorněna hloubka zatlačení čelistí a na ose y síla potřebná pro zatlačení čelistí do stěn vyvrtaného otvoru. F_max (mezní zatížení) je stanoveno z průsečíku přímek, které tvoří tečny k elastické a plastické části průběhu pracovního diagramu. Konvenční pevnost je stanovena z podílu mezního zatížení a plochy zatlačovacích čelistí. Modul pružnosti není možné vypočítat přímo z pracovního diagramu, nicméně ze sklonu síly a deformace je stanoven modul přetvářnosti. Celkový průběh pracovního diagramu a stanovené hodnoty konvenční pevnosti a modulu přetvářnosti v tlaku podél vláken odpovídají dřevu zdravého smrku. Snížená ío kvalita dřeva způsobená např. dřevokaznými škůdci (hmyz a hniloba) se projeví poklesem měřené síly k poměrné deformaci. Zařízení umožňuje měřit v různých hloubkách vyvrtaného otvoru a je tedy možné stanovit, v jaké části příčného profilu hodnoceného prvku došlo ke snížení mechanických vlastností dřeva.The pulling force exerted on the rod was continuously sensed and recorded, which is calibrated to the actual jaw crushing force while simultaneously referring to the measured jaw crushing (displacement) path (Fig. 8). The x-axis shows the depth of compression of the jaws and the y-axis the force required to push the jaws into the walls of the drilled hole. F _max (limit load) is determined from the intersection of lines that form tangents to the elastic and plastic parts of the flow diagram. Conventional strength is determined from the ratio of the ultimate load to the area of the compression jaws. The modulus of elasticity cannot be calculated directly from the working diagram, however, the modulus of elasticity is determined from the slope of force and deformation. The overall process diagram and the established values of conventional strength and modulus of compression along the fibers correspond to healthy spruce wood. Reduced wood quality caused by eg wood decaying pests (insects and rot) results in a decrease in the measured force to a relative deformation. The device makes it possible to measure at different depths of the drilled hole and it is thus possible to determine in which part of the transverse profile of the evaluated element the mechanical properties of the wood have decreased.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle technického řešení lze použít pro stanovení konvenční pevnosti a modulu pretvářnosti jakéhokoliv materiálu při roztlačení čelistí ve vyvrtaném otvoru ve zkoumaném objemu. Uplatnění najde dále v situacích, kde není možné či vhodné využít odporové vrtání a je potřeba určit mechanické vlastnosti dřeva po celém průřezu prvku. Výhodný je především pro svou rychlou a jednoduchou obsluhu bez nutnosti připojení do elektrické sítě.The device according to the invention can be used to determine the conventional strength and modulus of deformation of any material by pushing the jaws in the drilled hole in the volume examined. It can also be used in situations where it is not possible or appropriate to use resistance drilling and it is necessary to determine the mechanical properties of wood along the entire cross-section of the element. It is especially advantageous for its fast and simple operation without the need to connect to the mains.

Claims

20 PROTECTION REQUIREMENTS

An apparatus for field measurement of conventional strength and modulus of deformation of a material, in particular wood, by pushing jaws in a drilled hole, characterized in that it comprises a device body (11) to whose circumference an adjustable sleeve (18) with locking screws ( 17), battery cover (13) and battery cover (10) secured with screws (12)

25 covers, in the upper part is attached to the body (11) device movement device consisting of a screw (

2) rods secured against rotation (8) of rod bolts, nuts (3) rods with bearing (4) and sleeves (5) nuts secured by bolts (6) of the sleeve, is screwed on the bolt (2) in its lower conical part A load rod (20) is screwed to the load cell (14), by means of a rod joint (15) and a joint pin (16), to the lower part of the rod there are attached drop wedges (23) connected by a screw

30 (24) of the wedges and pins (22) of the wedges, the jaws (21) with flexible arms are anchored by means of a screw (19) of the jaws into the device body (11); 9), inside the body of the device (11) is connected in the upper part a transmitter (7) electronically connected to the displacement sensor (9), and a load cell (14), the transmitter (7) is wirelessly connected to the computer.

Device according to claim 1, characterized in that the crank bolt (2) is connected to the crank bolt (1) either directly or via an associated device, or the built-in electric motor or a motor which is part of the external Assignable equipment, eg cordless drills with gearbox.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the jaws (21) are resilient

The 40 arms have a width of 5 mm, a length of 20 mm and are rounded to 12 mm diameter.