Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы



Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы
Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы

 


Владельцы патента RU 2608345:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в сельском хозяйстве для исследования физико-механических свойств почвы, в частности твердости почвы. Устройство содержит корпус, закрепленный на стойке, плунжер, который одним торцом жестко скреплен с наконечником, а другим торцом упирается в упругий элемент, закрепленный в корпусе. На упругом элементе зафиксированы тензометрические датчики. Плунжер целиком размещен в направляющей конусообразной крышке и установлен в последней посредством втулки и эластичной защитной вставки. Плунжер не контактирует с почвой, а наконечник расположен за пределами корпуса устройства и контактирует с почвой только своей рабочей поверхностью. Технический результат: повышение достоверности измерения, обеспечение возможности дифференциального измерения твердости почвы, то есть измерения в определенном слое, а также снижение тягового усилия, необходимого для перемещения устройства в процессе измерения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в сельском хозяйстве для исследования физико-механических свойств почвы, в частности твердости почвы.

Известны устройства для измерения физико-механических свойств почвы, таких как твердость и плотность в пахотном слое, действующие на принципе вдавливания наконечников в исследуемую пробу почвы и регистрации прикладываемого, при вдавливании, усилия. Например, известно устройство для горизонтального непрерывного определения твердости почвы, состоящее из стойки с выдвижным ножевидным деформатором, который к раме орудия крепится шарнирно, потенциометрического датчика линейного перемещения, установленного на раме на специальной платформе и движка датчика, соединенного гибким тросом со стойкой [1].

Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения, вследствие погрешностей, вызываемых высокими силами трения почвы относительно боковых поверхностей ножевидного деформатора.

Также недостатком данного устройства является невозможность дифференцированного измерения твердости почвы по толщине ее пахотного горизонта, (т.е. измерения твердости в определенном слое по глубине), так как ножевидный деформатор, проходя через пахотный слой почвы, фиксирует общее усилие, необходимое для прорезания пласта почвы, и не может определять твердость в отдельных горизонтах пахотного слоя.

Известно устройство для оценки агрегатного состава почвы, с помощью которого возможно проводить непрерывное измерение твердости почвы. Устройство содержит корпус, закрепленный на стойке (измерительном щупе), плунжер, установленный поперечно стойке в корпусе и размещенный в последнем задним концом, наконечник, выполненный на переднем конце плунжера, и тензометрические датчики, зафиксированные на упругом элементе, который закреплен на корпусе и опирается на задний торец плунжера [2].

Недостатком известного устройства является низкая достоверность результатов измерения вследствие того, что при рабочем движении установки почва обрушивается на открытый плунжер и зажимает его, в результате чего возникают дополнительные силы трения, создающие существенную нагрузку на плунжер, что искажает достоверность измерения твердости почвы.

Кроме того, недостатком является высокая вероятность изгиба или поломки открытого плунжера, т.к. при движении в почве он непрерывно сталкивается с крупными почвенными агрегатами (глыбами, камнями и т.д.) и, как следствие этого, испытывает значительные боковые нагрузки.

Наиболее близким по сходным признакам к предлагаемому устройству является известное устройство для измерения твердости почвы, которое содержит корпус, закрепленный на стойке, плунжер, установленный поперечно стойке в корпусе, наконечник, выполненный на переднем конце плунжера, и тензометрические датчики, зафиксированные на упругом элементе, который закреплен на корпусе и опирается на задний торец плунжера [3].

Плунжер размещен в корпусе целиком, причем перед наконечником установлена эластичная мембрана, закрепленная на корпусе, а в последнем размещен ряд плунжеров, расположенных друг над другом, количество которых соответствует количеству измеряемых горизонтов почвы.

Недостатком данного устройства является низкая достоверность результатов измерений вследствие того, что наконечник твердомера расположен внутри корпуса и не имеет непосредственного контакта с почвой. Расположение наконечника внутри корпуса твердомера приводит к искажению результатов измерений вследствие того, что корпус твердомера, при движении формирует перед собой уплотненную область почвы, и наконечник, таким образом, оказывается внутри уплотненной области, свойства которой существенно отличаются от свойств соседней неуплотненной (естественной) области почвы. То есть на наконечник воздействует только часть силы со стороны почвы, другая часть силы со стороны почвы воздействует на корпус твердомера, а не на наконечник, в итоге результаты измерения оказываются искажены. Кроме того, наконечник отделен от почвы мембраной, которая за счет собственной упругости также приводит к искажению результатов измерений.

Также недостатком прототипа может являться высокое тяговое сопротивление при движении твердомера, так как корпус твердомера, конструктивно представляет собой широкую щелерезную стойку, движущуюся в слое почвы на глубине до 30 см.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения твердости почвы и снижения тягового усилия, необходимого для перемещения устройства для измерения твердости почвы.

Поставленная цель достигается за счет того, что предлагаемое устройство содержит корпус, закрепленный на узкой стойке, плунжер, установленный горизонтально, под углом к стойке в корпусе, наконечник, закрепленный на переднем торце плунжера, и тензометрические датчики, зафиксированные на упругом элементе, который закреплен в корпусе и упирается в задний торец плунжера.

В отличие от известного, в предлагаемом устройстве плунжер целиком размещен в направляющей конусообразной крышке и установлен в последней посредством втулки и эластичной защитной вставки, при этом плунжер не контактирует с почвой, а наконечник расположен за пределами корпуса устройства и контактирует с почвой только своей рабочей поверхностью.

Кроме того, предлагаемое устройство содержит только один плунжер с наконечником.

Такая совокупность признаков предлагаемого устройства позволяет достичь поставленной изобретением цели:

- повышает достоверность измерения твердости почвы, т.к. наконечник движется в области естественной, а не уплотненной корпусом почвы; также перед наконечником нет мембраны, он свободно контактирует с почвой, но только своей передней (рабочей) поверхностью;

- снижает тяговое сопротивление, так как корпус предлагаемого устройства значительно меньше и в нем расположен только один плунжер, которого достаточно для проведения дифференцированного (в определенном слое почвы) измерения твердости почвы.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы. На фиг. 2 изображена принципиальная электрическая мостовая измерительная схема подключения тензометрических датчиков, измерительного и регистрирующего устройств.

Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы содержит корпус 1, закрепленный на стойке 2 и направляющую конусообразную крышку 3, закрепленную на корпусе 1, плунжер 5, целиком размещенный в направляющей конусообразной крышке 3 и установленный в последней посредством втулки 4. На плунжере 5 установлен наконечник 6, отделенный эластичной защитной вставкой 7 от крышки 3. В корпусе 1 закреплен упругий элемент 8, выполненный в виде кольца, в который упирается свободным торцом плунжер 5, при этом на упругом элементе 8, с внешней и внутренней стороны кольца, по обе стороны от оси плунжера 5, зафиксированы тензометрические датчики 9 (R1…R4) (фиг. 1).

Устройство работает следующим образом.

При рабочем движении стойки 2, с установленным на ней корпусом 1, заглубленным в определенный слой почвы, почва воздействует на рабочую поверхность наконечника 6, создавая определенное усилие, которое через плунжер 5 передается на упругий элемент 8, вызывая его упругую деформацию, величина которой будет пропорциональна величине воздействующего на него усилия, то есть величине твердости почвы. Величина деформации упругого элемента 8 регистрируется тензометрическими датчиками 9, закрепленными на нем и подключенными между собой по мостовой измерительной схеме, и формирующими выходной аналоговый сигнал, фиксируемый специальным усилителем с регистрирующим устройством. При этом усилитель с регистрирующим устройством, а также измерительное устройство, милливольтметр (mV), подключены в диагональ мостовой измерительной схемы (фиг. 2).

В исходном состоянии (без нагрузки) мостовая измерительная схема находится в уравновешенном состоянии и ее выходной сигнал (напряжение на милливольтметре и усилителе с регистрирующим устройством) равен нулю. В рабочем состоянии тензометрические датчики меняют свое сопротивление и мостовая измерительная схема выходит из равновесия, при этом на ее выходе появляется напряжение, которое измеряется милливольтметром, а также усиливается усилителем и фиксируется регистрирующим устройством. При этом чувствительность мостовой измерительной схемы значительно выше, чем одного или пары тензометрических датчиков, за счет чего точность измерения повышается.

Применение упругого элемента в виде кольца позволяет снизить амплитуду перемещения наконечника с плунжером до 0,1…0,3 мм. Таким образом, упругая вставка 7 не сможет оказать существенного влияния на результаты измерения.

Источники информации:

1. Авт. св. СССР № 397847. Прибор для непрерывного определения твердости почвы. Кл. G01N 33/24 / А.Н. Ярмагомедов, 1973.

2. Авт. св. СССР № 1146569. Устройство для оценки агрегатного состава почвы. Кл. G01N 1/20, 1983.

3. Патент РФ №2305267. Устройство для непрерывного измерения твердости почвы. Кл. G01N 3/00 / С.И. Васильев, С.С. Нугманов, 2007.

1. Устройство для горизонтального непрерывного измерения твердости почвы, содержащее корпус, закрепленный на стойке, плунжер, который одним торцом жестко скреплен с наконечником, а другим торцом упирается в упругий элемент, закрепленный в корпусе, при этом на упругом элементе зафиксированы тензометрические датчики, отличающееся тем, что плунжер целиком размещен в направляющей конусообразной крышке и установлен в последней посредством втулки и эластичной защитной вставки, при этом плунжер не контактирует с почвой, а наконечник расположен за пределами корпуса устройства и контактирует с почвой только своей рабочей поверхностью.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде кольца, что позволяет снизить амплитуду движения наконечника с плунжером, при этом исключить влияние упругой вставки и повысить точность измерений.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на упругом элементе с внешней и внутренней стороны кольца, по обе стороны от оси плунжера, зафиксированы тензометрические датчики.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тензометрические датчики, подключенные к измерительному и регистрирующему устройствам, между собой подключены по мостовой измерительной схеме, что позволяет повысить чувствительность устройства и точность измерений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ определения микротвердости нанокомпозитного покрытия с повышенной износостойкостью по соотношению в нем металлической и керамической фаз характеризуется тем, что определяют значения микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения нанокомпозитных покрытий металл-керамика с требуемым значением микротвердости включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значение микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом с изменением при этом процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в различных областях современной электроники, альтернативной энергетике и машиностроении. Способ получения износостойкого нанокомпозитного покрытия с заданным значением микротвердости на поверхности полированной ситалловой пластины ионно-лучевым распылением включает обеспечение в получаемом покрытии необходимого процентного соотношения металлической и керамической фаз при определенном химическом составе упомянутых фаз, при этом определяют значения микротвердости для металлического и керамического покрытий различного химического состава без примесей керамической или металлической фазы соответственно, затем получают покрытие с заданным химическим составом и заданным процентным соотношением указанных фаз с определенным шагом и с изменением процентного соотношения фаз металл-керамика в покрытии от нуля до максимума, после чего определяют значения микротвердости полученного покрытия при заданном соотношении указанных фаз.

Изобретение относится к устройствам для исследования и анализа свойств материалов путем определения величины сопротивления их просверливанию и может быть использовано для определения физико-механических характеристик древесины растущих деревьев, пиломатериалов, деревянных строительных конструкций различного назначения.

Изобретение относится к исследованию материалов путем определения их химических или физических свойств, в частности к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, а именно путем измерения высоты отскакивания ударного тела.

Изобретение относится к области физики и может быть использовано для исследования и/или анализа материалов путем определения их физических или химических свойств.

Изобретение относится к определению механических характеристик однородных покрытий, а именно к определению модуля упругости покрытий посредством вдавливания в поверхность материала цилиндрического индентора, и может быть использовано для определения модуля упругости покрытий на подложках из различных материалов.

Изобретение относится к технике контроля и исследования материалов и изделий и может быть использовано для определения параметров рельефа поверхности (линейные размеры, шероховатость), механических (твердость, модуль упругости) и трибологических (коэффициент трения, износостойкость, время жизни покрытий) характеристик материалов с субмикронным и нанометровым пространственным разрешением.

Изобретение относится к способам определения механических свойств материалов путем вдавливания индентора в поверхность образца с заданной нагрузкой, а именно к способам определения статического модуля упругости Юнга.

Изобретение относится к технике испытания твердых материалов на микротвердость. .

Изобретение относится к области определения остаточного напряжения путем инструментального индентирования. Сущность: осуществляют приложение к образцу одноосного напряжения, двуосного напряжения и одинакового по всем направлениям напряжения, а затем выполнение инструментального индентирования с использованием индентора, вычисление наибольшей глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца путем подстановки в формулу для вычисления максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии фактической глубины контакта в ненапряженном состоянии, полученной из фактической глубины контакта индентора, и максимальной глубины вдавливания индентора и результирующей глубины отпечатка индентора при приложении максимального вдавливающего усилия L0, найденных из зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия, полученной путем инструментального индентирования, получение кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии путем подстановки вычисленной указанным образом максимальной глубины вдавливания индентора в ненапряженном состоянии образца в формулу, связывающую глубину вдавливания индентора и вдавливающее усилие, и вычисления разности ΔL усилий между усилием L1, соответствующим максимальной глубине вдавливания индентора на кривой зависимости глубины вдавливания индентора от вдавливающего усилия в ненапряженном состоянии, и максимальным вдавливающим усилием L0, и вычисление остаточного напряжения в образце путем подстановки вычисленной разности ΔL усилий в формулу для вычисления остаточного напряжения. Технический результат: возможность определять остаточное напряжение в образце даже при отсутствии состояния без остаточного напряжения. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 27 ил.
Наверх