УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОДНОЙ ЭРОЗИИ ПОЧВ И ГРУНТОВ

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области лабораторного оборудования, используемого при изучении протекающих эрозионных процессов, в частности процессов водной эрозии почв при изучении почвенных агрегатов, движущихся в водном потоке малой глубины при различных скоростях и шероховатостях донной поверхности.
Уровень техники
Из уровня техники известны варианты исполнения устройств аналогичного назначения.
Так, известно устройство для исследования эрозионных процессов по патенту РФ №2093809, используемое при исследовании процессов водной эрозии почвогрунтов в лабораторных условиях. Устройство содержит гидролоток, состоящий из двух продольных секций, которые шарнирно соединены между собой. Секции снабжены гидромеханизмами для установки их под различными углами к горизонту. Имеется также механизм продольного наклона гидролотка. Дно гидролотка представляет собой каркас с полыми эластичными элементами, которые соединены с нагнетателем газа или жидкости. На эластичных элементах расположен дренажный слой, накрытый изолирующей тканью или перфорированной пленкой, на которой размещена почва. Над гидролотком смонтирована дождевальная установка с системой насадок для дозированной подачи воды. Моделирование рельефа почвы обеспечивается нагнетанием газа или жидкости в полые эластичные элементы.
Также известно устройство определения противоэрозионной стойкости почвогрунтов по патенту РФ №2021647, используемое в сельском хозяйстве, мелиорации, гидрологии. Устройство позволяет моделировать процесс эрозии и определять энергию, затраченную на разрушение образца почвогрунта. Устройство содержит наклонный лоток, питатель, успокоитель, камеру для образца почвогрунта, размещенную в рабочей части лотка, регулятор расхода воды и устройство для учета смываемой почвы. В головной и выходной частях лотка, вдоль продольной его оси, размещены микрометры с микрометрическими винтами, прикрепленные к стенке лотка. На конце микрометрического винта микрометра по его центру посредством стопорного винта закреплена мерная игла. Успокоитель, установленный в головной части лотка, выполнен в виде двухкамерной емкости с перфорированным днищем на выходной части и гасителем потока на входной части. Гаситель потока расположен под расходным трубопроводом системы питания постоянного потока. Данное устройство выбрано за прототип.
Вышеперечисленные устройства обеспечивают возможность моделирования эрозионных процессов либо в почвенных монолитах, либо насыпных почвенных образцах. Известные устройства непригодны для исследования разрушающего воздействия водного потока и шероховатости донной поверхности отдельных почвенных агрегатов, перемещаемых в русле малых потоков путем волочения, сальтации и др. Кроме того, известные устройства имеют фиксированные габариты и стационарное исполнение, что не всегда представляется удобным в использовании.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства для моделирования водных потоков различной длины и шероховатости донной поверхности и различного угла наклона потока для изучения изменений почвенных агрегатов, движущихся в водном потоке.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности моделирования водных потоков, имитирующих ручейковое течение воды с различными параметрами - глубины, длины, наклона, а также с различной шероховатостью донной поверхности. Кроме того, заявляемое устройство представляется удобным для транспортировки, компактным и легко демонтируемым. Устройство также обеспечивает расширение арсенала средств, применяемых при изучении эрозионных процессов почв и грунтов при различных входных условиях.
Поставленная задача решается тем, что заявляемое устройство, согласно техническому решению, включает опорный каркас, образованный неподвижным основанием, шарнирно закрепленными боковыми стойками, верхним и установочным брусьями, съемный желоб, жестко закрепленный к установочному брусу, который установлен с возможностью изменения его угла наклона относительно основания, успокоитель воды, установленный в торце желоба. Боковые стойки соединены с основанием с возможностью дискретного изменения их угла наклона относительно основания. Желоб снабжен вставкой, формирующей донную поверхность определенной шероховатости.
Описание чертежей
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 представлена схема, характеризующая возможность смены желоба при изменении высоты расположения верхнего бруса.
На фиг. 2 схематично представлен вид сбоку на заявляемую конструкцию.
На фиг. 3 схематично показано поперечное сечение желоба и установочного бруса.
На фиг. 4 схематично показано сечение верхнего бруса.
Позициями на чертежах обозначены:
1. Основание.
2. Кронштейн.
3. Боковые стойки.
4. Верхний брус.
5. Петлевое соединение.
6. Установочный брус.
7. Желоб.
8. Основная опорная пластина.
9. Вспомогательная опорная пластина.
10. Держатель желоба.
11. Успокоитель воды.
12. Резьбовой штифт.
13. Гайка.
14. Втулка.
15. Вставка в желоб.
Заявляемое устройство является лабораторным оборудованием и представляет собой компактное разборное устройство для исследования влияния ручейкового течения воды различных скоростных режимов на движущиеся в нем почвенные агрегаты с учетом влияния шероховатости донной поверхности «ручейка».
Устройство включает желоб 7, устанавливаемый на опорный каркас с возможностью изменения его углового положения относительно основания 1 опорного каркаса.
Опорный каркас образован основанием 1, двумя боковыми стойками, верхним и установочным брусьями. К основанию прикреплены кронштейны 2, к которым шарнирно присоединены боковые стойки. Изменение угла наклона стоек влияет на положение верхнего бруса, от которого зависит возможность работы с желобами разной длины. Угол наклона стоек фиксируют штифтами, вставленными в соосные отверстия кронштейнов и стоек.
Так, посредством совмещения отверстий в стойках и кронштейнах и фиксации штифтами осуществляют установку боковых стоек под различными дискретными углами наклона к основанию. При этом отверстия выполнены таким образом, чтобы последовательным их выбором обеспечить равномерное изменение высоты размещения верхнего бруса.
Верхний брус закреплен посредством шарнирного соединения к боковым стойкам. При изменении угла наклона боковых стоек относительно основания верхний брус, ориентированный параллельно плоскости основания, смещается, достигая максимальной высоты размещения относительно основания при вертикальном расположении боковых стоек. К одному из торцов верхнего бруса закреплен установочный брус, например, посредством петлевого шарнирного соединения 5, обеспечивающего возможность углового перемещения установочного бруса относительно верхнего бруса. Для фиксации установочного бруса в выбранном наклонном положении предусмотрены опорные пластины - основные 8 и вспомогательные 9. Основные пластины одним концом надеты на резьбовой штифт 12, проходящий сквозь верхний брус, и притягиваются к его боковой поверхности гайками 13. Другие концы основных пластин прилегают к установочному брусу. Основные пластины связаны между собой резьбовым штифтом, на который надета втулка 14 и концы вспомогательных пластин. Сверху на втулке лежит установочный брус. Дополнительно установочный брус поддерживают вспомогательные пластины. Свободные концы вспомогательных пластин, через связывающий их резьбовой штифт с надетой на него втулкой, опираются на верхний брус. На концы резьбовых штифтов навинчены гайки «барашки», которыми опорные пластины притягиваются к боковым поверхностям брусьев, создавая повышенное трение и надежное удержание заданного угла. Желоб лотка 7, прямоугольного или овального профиля, закреплен на установочном брусе 6 держателями 10. На заднем конце желоба установлен успокоитель воды 11. Он выполнен в виде короба, в передней стенке которого имеется сливной элемент. Профиль сливного элемента соответствует сечению желоба. В желоб помещают вставку требуемой шероховатости, при этом в качестве такой вставки может быть выбрана, например, наждачная бумага.
Осуществление полезной модели
2
1
Устройство собирают на месте использования. Монтируют основание и закрепляют к нему на выбранном значении угла наклона боковые стойки, к которым соответственно крепят верхний брус с присоединенным к нему установочным брусом и желобом. Фиксируют угол наклона установочного бруса с желобом относительно основания. При этом, в зависимости от угла наклона, а также расположения боковых стоек, желоб может быть выбран большей или меньшей длины (см. фиг. 1 S и S соответственно). В желобе размещают вставку и монтируют успокоитель.
В успокоитель подают воду с заданной скоростью потока из водопровода или емкости с водой. Из успокоителя по сливному элементу вода поступает в желоб и по нему течет в бак, в котором установлены сита, предназначенные для разделения почвы на размерные фракции. В зону установившегося, близкого к ламинарному, течения воды погружают почвенный агрегат, который захватывается сбегающей по наклону желоба водой и перемещает его в водосборный бак, где он и продукты его разрушения попадают на сита, разделяясь на фракции. Расход воды регулируют краном, а скорость течения углом наклона желоба. Почвенный агрегат, погруженный в воду, захватывается водой и перемещается по донной поверхности, повергаясь абразивному износу. Для изучения влияния шероховатости донной поверхности на разрушение почвенных агрегатов лоток имеет набор вставок с различной шероховатостью.
Пример конкретного выполнения
Для реализации заявляемого устройства изготовлен опорный каркас, основание которого изготовлено из доски длиной 180 см, сечением 210×30 мм, брусья и стойки изготовлены из деревянного бруса сечением 50×50 мм. Кронштейны и опорные пластины изготовлены из листового дюралюминия толщиной 3 мм. Высота подъема верхнего бруса над основанием 40 см. Высота размещения верхнего бруса относительно основания меняется с шагом 8 см. К верхнему брусу шарнирно присоединен установочный брус длиной 180 см сечением 50×50 мм, на котором закреплен желоб длиной 3,5 м, изготовленный из разрезанной вдоль пластмассовой трубы диметром 60 мм. В желоб заложена вставка из наждачной бумаги с определенной зернистостью. Вставку в желобе удерживают зажимы. В начале желоба установлен успокоитель воды и закреплен держателем. В успокоитель по шлангу попадает вода из водопровода. Расход воды регулируется краном. Из успокоителя вода попадает в желоб и течет по наклону в бак. Почвенные агрегаты, после просеивания через сита, подвергают дальнейшему анализу.