УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ ПОЛНОГО ВЛАГОНАСЫЩЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в области сельского хозяйства для оценки гидродинамической (водопрочности) и эрозионной стойкости почво-грунтов.
Известно устройство, позволяющее производить оценку прочности почв в условиях полного влагонасыщения, включающее нагнетатель жидкости, диски, установленные с зазором параллельно друг другу. При подаче жидкость растекается между дисками от центра к его краям по принципу источника. Согласно условию неразрывности потока и уравнению Бернулли при движении жидкости от центра диска к его краям возникает вакуум, величина которого через отверстие в диске измеряется вакуумметром и зависит от скорости движения потока. При этом если в поток поместить образец почвы, то на его поверхность будет воздействовать сила вакуума и сдвига, т.е. нормальные и касательные напряжения. Это обеспечивает отрыв и вынос частиц с поверхности образца. В итоге там, где частицы отрываются от монолита образца, увеличивается размер расходной щели, а скорость истечения при этом уменьшается. По мере того как увеличивается это сечение, определяют устойчивость образца к эрозии (разрушению) силами воды. В данном устройстве в качестве датчика информации о начале гидродинамического процесса разрушения образца использован осветитель с фотодиодом и собирающей линзой. По изменениям светопроводимости потока воды при наличии в нем твердых частиц почво-грунта судят о начале и интенсивности процесса разрушения образца [1].
Недостатком данного устройства является то, что оно работает с относительно разреженным потоком частиц, а при значительном увеличении его плотности качество информации искажается.
Известно также устройство, аналогичное предыдущему, в котором в качестве датчика используется вакуумметр с электрическим выходом. С датчика сигнал подается на усилитель, затем в аналого-цифровой преобразователь и далее в ЭВМ. Датчик преобразует убывающее значение вакуума в электрический сигнал, который обрабатывается в электронной части установки. Результатом эксперимента является график зависимости падения давления ΔР от времени t [2].
Недостатком данного устройства является то, что при проведении эксперимента зазор между дисками забивается частицами почвы, что мешает свободному движению жидкости, и как следствие, получению достоверных опытных данных.
Задачей полезной модели является обеспечении более высокой точности измерений за счет изменения конструкции прибора.
Поставленная задача решается тем, что универсальное устройство для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения, которое содержит питающий бак, насос, прибор, создающий вакуум в движущейся жидкости, а также преобразователь давления в электрический сигнал, усилитель электрического сигнала, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ, отличающийся тем, что, прибор, создающий вакуум в движущейся жидкости, выполнен в виде трубы прямоугольного сечения, внутрь которого вставлены две детали специальной формы, выполненных в виде кругового сегмента, причем он жестко соединен с каркасом из металлических пластин.
Принцип работы универсального устройства для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения (водопрочности) почво-грунтов основан на использовании свойства неразрывности потока воды и появления в ней вакуума при сужении живого сечения и увеличения скорости движения жидкости (воды).
Принципиальная схема универсального устройства для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения представлена на фиг.1. Схема прибора для создания вакуума в движущейся жидкости представлена на фиг.2.
Универсальное устройство для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения состоит из питающего бака 1, насоса необходимой производительности 2, собственно прибора 3, создающего вакуум в движущейся жидкости, и электронной части: преобразователя давления в электрический сигнал 4, усилителя электрического сигнала 5, аналого-цифрового преобразователя 6 и ЭВМ 7.
Прибор, создающий вакуум в движущейся жидкости, представляет собой трубу прямоугольного сечения 8, внутрь которого вставлены две детали специальной формы 9, выполненных в виде кругового сегмента. Сечение, по которому движется вода, сужается, а затем постепенно расширяется. Как следствие, при сужении живого сечения повышается скорость течения воды и возникает гидродинамический вакуум. В наиболее узкой части вода через специально выполненное в нижней части прибора прямоугольное отверстие
воздействует на образец почвы. Под действием гидродинамического вакуума происходит постепенное разрушение почвы. В результате разрушение почвы значение гидродинамического вакуума будет уменьшаться. Значения переменного вакуума в течение опыта преобразовываются в электрический сигнал с помощью преобразователя 4, после чего поступает в усилитель 5, затем в аналого-цифровой преобразователь 6 и далее в ЭВМ 7. Итогом эксперимента является график падения вакуума на экране монитора ЭВМ. Таким образом, показателем прочности почвы является отрезок времени, в течение которого происходит разрушение почвы. Для исключения поступления воздуха из атмосферы в область пониженного давления в течение опыта из-за неплотного прилегания прибора к исследуемому образцу почвы к нижней части прибора жестко крепится каркас 10 из металлических пластин (фиг.2, вид «А»), которые при проведении опыта вдавливаются в почвенный образец и, таким образом, исключают поступление воздуха из атмосферы в область пониженного давления.
Положительный эффект от изменения конструкции прибора заключается в том, что новая конструкция прибора позволяет проверять на гидродинамическую прочность почвы любых типов с любым механическим составом, т.к. такая конструкция прибора позволяет жидкости свободно уносить оторванные частицы почвы.
Используемые источники.
1. Авторское свидетельство СССР №594907, кл. А 01 В 13/16. 1978.
2. Патент РФ №2099682, кл. А 01 В 13/16. 1997.