Устройство для экспресс-определения плотности почвы

Изобретение относится к области исследования плотности квазидисперсных материалов: почв - при проведении предпосевной обработки, грунтов - при дорожном строительстве. Устройство включает раму, на которой закреплен редуктор, и бесконечную прорезиненную ленту с ковшами, приводимую в движение от вала отбора мощности трактора. После захвата почвы она сбрасывается на весовое устройство, которое дистанционно соединено с индикатором часового типа. Излишки почвы перед сбрасыванием на весовое устройство срезаются специально подпружиненной пластиной и опрокидываются обратно на поле. После взвешивания почва с весового механизма сбрасывается за счет собственной массы на поле. Техническим результатом изобретения является возможность непрерывного определения плотности почвы без нарушения ее естественной структуры. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике для использования в земледельческой механике и может быть применено для определения плотности почвы с ненарушенной структурой при ее одновременной предпосевной обработке, в естественных полевых условиях.

Известно устройство для измерения плотности почвы (К.П.Туманов, С.М.Баклашкин, В.К.Льков. Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель. Патент №1679276. Официальный бюллетень «Открытия и изобретения», 1991, №35.). Устройство содержит корпус, в котором размещен источник гамма-излучения, разделительный экран, детектор гамма-излучения и предусилитель-формирователь, соединенный с блоком обработки информации.

Основным недостатком устройства является то, что его невозможно использовать при предпосевной обработке с непрерывным измерением плотности почвы, из-за использования радиоактивных излучений, что является опасным при изготовлении и недопустимым при работе без специальной подготовки.

Известен прибор для определения плотности грунтов (И.П.Акишин, Ю.В.Мамеев. Государственный Всесоюзный дорожный научно-исследовательский институт. Патент №1120217. Официальный бюллетень «Открытия и изобретения», 1984, №39), содержащий основание с укрепленным на нем измерительным цилиндром с рабочей жидкостью и снабженный эластичным баллоном, и устройство для вытеснения жидкости из цилиндра в баллон, содержащее запорный клапан и шток, выходящий за пределы крышки, конец которой снабжен рукояткой.

Основным недостатком прибора является измерение твердости грунта, а не его плотности, т.к. известно, что плотность - отношение массы пробы к ее объему в естественном состоянии, а твердость - это сопротивление вертикально приложенной силе при разрезании, расклинивании или сдавливании (Качинский Н.А. Физика почв. М.: Высшая школа. 1965, 307 с.).

Известен прибор из полевой лаборатории Литвинова (Н.Г.Ковалев, Г.А.Хайлис, М.М.Ковалев. Сельскохозяйственные материалы. М.: 1998, 209 с.) для определения плотности почвы в естественном состоянии. Прибор содержит упор, крышку, направляющий цилиндр с поршнем, полый цилиндр и гильзу с заостренной частью внизу.

Основным недостатком прибора является отсутствие возможности непрерывного измерения плотности почвы в естественном состоянии за счет того, что он не механизирован.

Целью разработки изобретения является непрерывное измерение плотности почвы в процессе ее предпосевной обработки.

Указанная цель достигается тем, что устройство для экспресс-определения плотности почвы позволяет непрерывно проводить формирование образца без нарушения его естественной структуры в полевых условиях, с непрерывным измерением среднего значения плотности почвы на исследуемом участке. Сохранение естественной структуры достигается за счет того, что формирование образца проводится на ненарушенном слое почвы с помощью ковшей чашевидной формы различного объема в зависимости от физико-механических свойств исследуемого материала.

Указанная цель достигается тем, что вначале происходит забор образца почвы ковшом чашевидной формы известного объема, затем выполняется срез излишков почвы пластиной, после чего производятся взвешивание образца почвы и передача результата дистанционно в кабину трактора на индикатор часового типа, на котором отображена тарированная шкала плотности в соответствующих единицах «г/см³» - грамм на сантиметр в кубе.

На фиг.1 представлен общий вид устройства для экспресс-определения плотности почвы. На фиг.2 представлен процесс среза пластиной излишков почвы.

Устройство (фиг.1) состоит из рамы 1, на которой закреплены редуктор 2 и бесконечная прорезиненная лента 3. Устройство приводится в движение при помощи шлицевого соединения 4, которое передает крутящий момент от вала отбора мощности 5 трактора 6 редуктору 2 через предохранительную муфту 7. От редуктора 2 через клиноременную передачу 8 приводится в движение ролик 9, который вращает бесконечную прорезиненную ленту 3. На бесконечной прорезиненной ленте 3 установлено различное количество k_k ковшей 10 чашевидной формы, которое определяется из формулы

где t_k - расстояние между ковшами, м;

l - длина бесконечной прорезиненной ленты, м.

Расстояние t_k между ковшами 10 на бесконечной прорезиненной ленте 3 зависит от установленного скоростного режима и определяется по формуле

где u_k - относительная скорость ковшей, м/с;

n_z - частота вращения бесконечной прорезиненной ленты, об/мин.

Ковши чашевидной формы 10 служат для забора образцов почвы на глубину, равную диаметру D ковшей 10, который определяется по формуле

где W - влажность почвы, %.

На участке а-б при помощи пластины 11 производится срез излишков почвы, которая захвачена ковшом 10.

На участке в-г происходит выгрузка почвы на весовое устройство 12, от которого значение массы передается дистанционно с помощью тросового механизма 13 к индикатору часового типа 14, который находится в кабине трактора 6. Далее почва за счет собственной массы выгружается с весового устройства 12 при воздействии ковша 10 на рычаг 15, а возврат в исходное состояние происходит за счет пружины 16, которая работает на растяжение.

Для предохранения устройства (фиг.1) для экспресс-определения плотности почвы от чрезмерного заглубления в почву, а также от поломки, вследствие наезда на препятствие, установлен предохранительный механизм, который состоит из опорного башмака 17 и гидроцилиндра 18, который находится в «плавающем» положении. Гидроцилиндр 18 используется для перевода устройства из рабочего в транспортное положение. Опорным башмаком 17 производится регулировка заглубления устройства за счет его перемещения винтовым механизмом 19. Натяжение клиноременной передачи 8 осуществляется при помощи натяжного ролика 20, а натяжение бесконечной прорезиненной ленты 3 - при помощи натяжного механизма 21.

Работа устройства (фиг.1) для экспресс-определения плотности почвы осуществляется после предварительной подготовки. Для этого следует закрепить устройство перед трактором, присоединить к нему вал отбора мощности 5, который переключается на частоту вращения 540 оборотов в минуту, подсоединить гидроцилиндр 18 к гидросистеме трактора 6 и перевести устройство в транспортное положение; соединить тросовым механизмом 13 весовое устройство 12 с индикатором часового типа 14. На участке почвы для измерения плотности устройство необходимо перевести в рабочее положение - опустить бесконечную прорезиненную ленту при помощи гидроцилиндра 18. Работа устройства осуществляется на скорости не более 10 км/ч и без резких поворотов трактора 6.

Процесс среза (фиг.2) излишков почвы 22 происходит при перемещении пластины 11 от одного края ковша 10 до другого. При этом излишки почвы 22 сбрасываются обратно на поле. Перемещение пластины 11 происходит за счет воздействия на нее ковша 10 в результате его движения вместе с бесконечной прорезиненной лентой 3. В начальное положение пластина 11 возвращается под воздействием усилия фиксаторной пружины 23, которая работает на растяжение.

1. Устройство для экспресс-определения плотности почвы, включающее раму, привод, почвозаборное и весовое устройство, передающее устройство, индикатор, отличающееся тем, что устройство имеет бесконечную прорезиненную ленту, на которой закреплены ковши чашевидной формы для непрерывного забора почвы без нарушения ее естественной структуры на расстоянии t_k между собой, которое определяется из формулы

t_k=60·u_k/n_z, м,

где u_k - относительная скорость ковшей, м/с;

n_z - частота вращения бесконечной прорезиненной ленты, об/мин.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ковши чашевидной формы могут иметь различный диаметр D в зависимости от типа и свойств почвы, который определяется по формуле

D=0,05·W/100%, м,

где W - влажность почвы, %.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что количество установленных ковшей k_k изменяется в зависимости от установленного скоростного режима трактора, которое определяется по формуле

k_k=l/t_k, шт,

где l - длина ленты, м.

4. Устройство для экспресс-определения плотности почвы, включающее раму, привод, почвозаборный и весовой механизм, передающее устройство, индикатор, отличающееся тем, что для среза излишков почвы с ковшей чашевидной формы применяется пластина, которая работает за счет сил растяжения фиксаторной пружины.