Устройство для непрерывного определения твердости почвы

Авторы патента:

G01N3/42 - путем получения отпечатков от индентера при приложении к нему постоянной нагрузки, например сферического, пирамидального (G01N 3/54 имеет преимущество)

G01N33/24 - грунтов (G01N 33/42 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2298778:

Новосибирский государственный аграрный университет (RU)

Изобретение относится к области измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов. Устройство для непрерывного определения твердости почвы содержит моторно-транспортное средство с двигателем, форсированным газотурбонаддувом, последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи. Датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру. Изобретение позволяет повысить оперативность и снизить трудоемкость при определении твердости почвы. 1 ил.

Изобретение относится к техническим средствам измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом.

Известно устройство для непрерывного определения твердости почвы (а.с. №397847 СССР, М. кл. G01N 33/24, опубл. 1970), содержащее шарнирный четырехзвенник, установленную на нем тензометрическую стойку, закрепленный на последней деформатор и защитный нож, установленный на стойке.

Недостатком известного устройства является низкая точность, высокая трудоемкость, сложность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами.

Известен прибор для непрерывного определения твердости почвы (а.с. №1201773 SU, М. кл. G01N 33/24, опубл. 30.12.85. Бюл. №48), содержащий шарнирный четырехзвенник, установленную на нем тензометрическую стойку, закрепленный на последней деформатор, защитный нож, установленный на стойке, копирующий каток, связанный с четырехзвенником, причем деформатор, имеющий предохранительный узел, выполнен в виде вертикального дополнительного ножа с трапецеидальным сечением в поперечно-вертикальной плоскости деформирования с большим основанием вверху, а защитный нож установлен перед деформатором с возможностью вертикального перемещения относительно стойки.

Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами.

Наиболее близким аналогом является устройство для непрерывного определения твердости почвы, обрабатываемой моторно-транспортным средством, содержащим двигатель (Z.Wang and K.W.Domier, "Prediction of drawbar performance based on soil properties for dual tires ", American Society of Agricultural Engineers, USA, 1988, pp.1-11).

Недостатком известного устройства является трудоемкость и сложность непрерывного определения твердости почвы.

Задача заявляемого технического решения - повышение оперативности, упрощение и снижение трудоемкости непрерывного определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспоргное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет упростить и значительно повысить оперативность и снизить трудоемкость определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом. По сравнению с базовым объектом - прибором для непрерывного определения твердости почвы трудоемкость снижается в 3-5 раз ввиду отсутствия необходимости установки тензозвеньев на находящиеся в эксплуатации почвообрабатывающие агрегаты.

Задача решается тем, что в прибор для непрерывного определения твердости почвы, содержащем тензозвено, дополнительно введены последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр. Причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи. Датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру.

Введение в указанной связи новых по сравнению с прототипом конструктивных блоков обеспечивает достижение нового технического результата - оперативного непрерывного определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом; снижения трудоемкости благодаря устранению необходимости установки тензозвеньев на каждый почвообрабатывающий агрегат. Получение оперативной информации о твердости слоя почвы позволяет обеспечить качественную обработку почвы, в особенности при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв, при которой требуется периодическая смена рабочих органов, а также локальное внесение мелиорантов и удобрений. Эта информация может быть использована также в системе автоматического управления рабочими процессами агрегата.

На чертеже изображено устройство, установленное в кабине моторно-транспортного средства. На чертеже обозначено: 1 - датчик давления наддува, 2 - функциональный преобразователь, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - определитель твердости почвы, 5 - индикатор, 6 - задатчик коэффициента связи, 7 - датчик частоты вращения коленчатого вала, 8 - тахометр. Причем датчик давления наддува 1, функциональный преобразователь 2 и аналого-цифровой преобразователь 3 соединены последовательно, выход аналого-цифрового преобразователя 3 соединен с первым входом определителя твердости почвы 4, выход которого соединен с индикатором 5, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи 6. Датчик частоты вращения коленчатого вала 7 подключен к тахометру 8.

Датчик давления наддува может содержать пьезоэлектрический чувствительный (первичный) измерительный преобразователь. В качестве функционального преобразователя 2 может быть применен типовой преобразователь заряда в напряжение. Аналого-цифровой преобразователь 3 выполнен по стандартной схеме. Определитель твердости почвы 4 является спецвычислителем и построен на элементах микропроцессорной техники. Индикатор 5 - цифровое световое табло. Задатчик коэффициента связи 6 представляет собой клавиатуру с декадой цифр и клавишами управления. В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала 7 может быть использован индукционный датчик, устанавливаемый напротив зубчатого венца маховика двигателя. Тахометр 8 обеспечивает измерение и визуальную индикацию частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Исследованиями установлено, что тяговое сопротивление R_a почвообрабатывающего агрегата линейно связано с твердостью почвы:

где F_k - сила перекатывания,

a и b - глубина вспашки и ширина захвата,

m - эмпирический коэффициент: m=0,014 при работе корпусов рабочих органов без залипания; m=0,030...0,032 при залипании корпусов рабочих органов почвой;

T_ср - средняя твердость почвы по глубине пахоты.

В свою очередь при одной и той же частоте вращения вала и при одной и той же рабочей передаче мощность двигателя прямо пропорциональна давлению наддува. Тогда из уравнения баланса мощностей получим:

где P_кр - давление наддува при рабочем ходе тягового средства;

P_кх - давление наддува при холостом ходе тягового средства;

β - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного тягового средства и определяемый при градуировке посредством тягового динамометра.

Из уравнений (1) и (2) получим:

где к_св - коэффициент связи: к_св=(β/abm}.

Предварительно для конкретного типа агрегата измеряют с помощью тахометра частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и устанавливают рабочую передачу. При холостом проходе агрегата измеряют с помощью манометра давление наддува и затем на той же передаче при той же частоте вращения коленчатого вала измеряют давление наддува при рабочем проходе агрегата. Одновременно с помощью тягового динамометра измеряют тяговое сопротивление. Определяют согласно (2) коэффициент пропорциональности β между тяговым сопротивлением и разницей давлений наддува турбокомпрессора двигателя. По результатам ряда измерений определяют среднее значение коэффициента β.

Затем при контрольном проходе данного агрегата на конкретном поле определяют степень залипания рабочих органов m. С помощью задатчика коэффициента связи 6 вводят в определитель твердости почвы 4 значение коэффициента связи к_св. Проводят основную обработку почвы на рабочей передаче. С помощью датчика частоты вращения коленчатого вала 7 и тахометра 8 контролируют частоту вращения, которая должна равняться той, при которой определен коэффициент β. Непрерывно измеряемое датчиком 1 давление наддува преобразовывается в функциональном преобразователе 2 в напряжение, которое в аналого-цифровом преобразователе 3 кодируется и поступает на первый вход определителя твердости почвы 4. Определитель твердости почвы 4 непрерывно вычисляет среднюю твердость почвы в соответствии с формулой (3), которая визуально отображается на цифровом табло индикатора 5.

Устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи, а датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при оценке качества заточенного лезвийного инструмента. .

Способ испытания грунтов // 2280852

Изобретение относится к области инженерных изысканий и предназначено, в частности, для определения физико-механических характеристик грунтов. .

Устройство для контактно-импедансного контроля качества изделий (варианты) // 2249197

Изобретение относится к области испытаний физико-механических свойств материалов, в частности его твердости. .

Устройство для подводной оценки плотности затонувшей древесины // 2241974

Изобретение относится к устройствам для определения твердости затонувшей древесины, оценки ее качества на больших площадях и глубинах судоходных водных объектов и может быть использовано на лесосплаве при проведении работ по поиску топляков и определению их качественного состава, а также на топлякоподъемных работах.

Способ определения физического критерия прочности материалов // 2234692

Изобретение относится к области машиностроения, строительства и металлургии. .

Устройство для контроля качества изделий // 2223477

Изобретение относится к области испытаний физико-механических свойств материалов. .

Способ определения твёрдости покрытия // 2222801

Изобретение относится к определению свойств покрытий разного назначения. .

Способ испытания грунта статической нагрузкой // 2212494

Изобретение относится к испытаниям грунтов статической нагрузкой при инженерных изысканиях в строительстве, преимущественно экспресс-методом, с использованием плоского и винтового штампов, а также сдвигомера и инвентарной сваи.

Способ определения параметров отпечатка, полученного на поверхности металла при его испытании на твердость, и устройство для его осуществления // 2210755

Изобретение относится к контролю состояния металла при определении его твердости. .

Способ определения коэффициента нормальной жесткости упругопластического контакта детали и индентора // 2175123

Изобретение относится к измерительной технике для определения контактной жесткости. .

Способ определения размеров пор в почвах // 2295129

Изобретение относится к области сельского хозяйства и почвоведению, в частности к методам определения почвенных свойств. .

Устройство для испытания мерзлого грунта на сдвиг // 2291250

Способ определения распределения пор по размерам в почвах // 2282845

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения свойств почв. .

Способ определения степени морозного пучения грунта в зависимости от давления фундамента на грунт // 2281995

Изобретение относится к строительству, в частности к области инженерно-геологических изысканий для строительства фундаментов и сооружений на сезонно промерзающих пучинистых грунтовых основаниях.

Автономный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв // 2279074

Изобретение относится к области экологического мониторинга и диагностики функционального состояния видов почв и может быть использовано в земледелии, почвоведении при проведении исследовательских, кадастровых и других видов работ.

Стационарный комплекс для экспресс-оценки динамики электрической активности почв // 2279073

Способ испытания грунта на срез с одновременным определением порового давления и устройство для его осуществления // 2275628

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при испытании грунта на срез для определения угла внутреннего трения и сцепления с одновременным замером порового давления.

Способ диагностики несущей способности грунтов // 2271002

Изобретение относится к области диагностики состояния грунтов технических систем, в частности грунтовой технической системы (ГТС) «верхнее строение пути - земляное полотно - основание» при воздействии неблагоприятных факторов: вибродинамических, собственных колебаний ГТС, природно-климатических, техногенных статических и т.д.

Способ оценки качества почвы // 2268461

Изобретение относится к области сельского хозяйства, преимущественно для определения природной составляющей продуктивности почв через потенциальную урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечиваемую ресурсами природно-территориального комплекса, и может быть использовано при расчете кадастровой и рыночной цены земель, в решении вопросов целевого использования земель и оптимизации угодий в агроландшафте.

Способ оценки загрязнения территорий пестицидами // 2267781

Изобретение относится к исследованиям в области охраны окружающей среды и рационального природопользования, а именно к способам оценки загрязнения территорий пестицидами с помощью биотестирования.

Способ контроля качества цементогрунта // 2298789

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам контроля качества цементогрунта, и может быть использовано при контроле качества оснований и устройстве фундаментов из цементогрунта в промышленном и гражданском строительстве