Автоматизированное устройство для послойного горизонтального непрерывного измерения твердости почвы

Полезная модель  относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности, к устройствам для исследования физико-технологических свойств почвы.
Одной из существенных характеристик механических свойств почвы является ее твердость, обязательное определение которой при испытаниях плугов, культиваторов и других машин предусматривается соответствующими ГОСТами.
Известны два способа измерения твердости почвы – позиционный и непрерывный [Кушнарев А., Кравчук В., Кушнарев С., Дюжаев В. Мониторинг плотности почвы пахотного горизонта в системе точного (управляемого) земледелия /Техника и технологии АПК.2010.№9.С.1] Глубина  определения величин твердости может  колебаться от 30 см до 1,5…1,8 м [Пат. № 2699755, МПК Е02D 1/00, 2019].
Известны позиционные твердомеры для определения величины твердости в пределах поверхностного слоя  в вертикальном и  горизонтальном  направлениях [Пат. РФ № 2433399, МПК G01N 33/24, 2011; Пат. РФ № 45190, МПК G 01N 33/24, 2005].  Деформатор для определения  твердости почвы в горизонтальном направлении представлен  защищенным плунжером, оказывающим  воздействие на тензометрическое кольцо [Пат. РФ №2608345, МПК G01N3/40, 2017].
К позиционным твердомерам для определения величины твердости в вертикальном  направлении относят твердомер Ю.Ю. Ревякина.
Непрерывное (динамическое) измерение твердости почвы является инструментом интенсификации процесса съема информации о состоянии почвы по твердости.
При непрерывном измерение твердости почвы оказывают воздействие в горизонтальном  направлении на один или несколько слоев [Пат. РФ № 45190, МПК G 01N 33/24, 2005].
Для непрерывной записи величин используется тензометрическое оборудование [Пат. РФ №78574, МПК G01N 9/00, 2008; Пат. РФ №104716 G 01N 3/00, 2011].
Прототипом  является  твердомер конструкции Самарской сельскохозяйственной академии [Васильев С.И. Совершенствование метода и технических средств для горизонтального измерения твердости почвы при внедрении технологии координатного земледелия: автореф. дис.-Пенза, 2007.] Твердомер включает  плунжерные деформаторы, размещенные в вертикальной стойке. Их наконечники расположены по вертикали в отверстиях мембраны.
К недостаткам известной конструкции можно отнести  недостаточную точность измерений и   нарушения в работе при забивании отверстий мембраны почвой. Недостаточная точность измерений  возникает за счет  того, что нижележащий деформатор создает  волну напряжений, способствующую предварительному разрушению почвы,  а вышележащие деформаторы  замеряют твердость уже  разрушенной почвы.  Также известный твердомер будет неэффективен при работе на задерненной почве.
Технической задачей   полезной модели является  повышение точности измерений и технологической надежности, особенно при работе на задерненной почве.
Поставленная техническая задачи достигается тем, что в автоматизированном устройстве для послойного горизонтального непрерывного измерения твердости почвы, включающем деформаторы, размещенные в вертикальной стойке и тензодатчики, согласно полезной модели,  деформаторы выполнены в виде консольно закрепленных пластин с прямоугольной верхней частью и треугольным сечением рабочей части с наклеенными к ним с тыльной стороны тензодатчиками, при этом рабочая длина последующего деформатора больше длины предыдущего на толщину обрабатываемого им слоя, расстояния между деформаторами по ходу движения определены в зависимости от толщины обрабатываемого слоя и угла скалывания по формуле:
,
где    расстояние между деформаторами по ходу движения, м;
- номера предыдущего и последующего деформаторов,
толщина анализируемого поверхностного слоя почвы, м;
угол скалывания обрабатываемого слоя, град.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено автоматизированное устройство для послойного горизонтального непрерывного измерения твердости почвы; на фиг. 2 – деформатор.
Автоматизированное устройство для послойного горизонтального непрерывного измерения твердости почвы включает стойку 1. К нижней части стойки 1 с помощью болтового соединения крепятся деформаторы 2. Деформаторы 2 имеют различное поперечное сечение по высоте. В верхней части деформаторы 2 имеют прямоугольное сечение. Верхней частью деформаторы 2 крепятся к стойке 1. Нижняя часть деформаторов 2 имеет треугольное сечение. Деформаторы 2  имеют различную длину и установлены с расчетным расстоянием друг от друга. Рабочая длина деформаторов зависит от установочной длины деформатора до поверхности почвы  , длины предыдущего деформатора и толщины обрабатываемого им слоя:
где толщина анализируемых слоев  поверхностного слоя почвы, м;
-установочная длина деформатора до поверхности почвы,м.
Расстояние между деформаторами по ходу движения будет равно
где угол скалывания обрабатываемого слоя, град.;
расстояние между деформаторами по ходу движения, м;
- номера предыдущего и последующего деформаторов.
Угол скалывания обрабатываемого слоя  зависит от физико-механических характеристик почвы.
К тыльной стороны верхней треугольной части деформатора приклеены тензодатчики 3, которые  защищены  покрытием 4. Каждый тезнодатчик  3  по мостовой схеме  подключается к аналого-цифровому преобразователю.
Автоматизированное устройство для послойного горизонтального непрерывного измерения твердости почвы работает следующим образом.
В процессе работы  первый деформатор 2 режет  слой почвы  с усилием  на глубине , второй c усилием  на глубине ,  третий c усилием  – на глубине , четвертый с усилием  – на глубине   Рабочей глубиной первого деформатора 2 является слой  , второго -, третьего - , четвертого -  В процессе работы деформатор 2 колеблется. Тензодатчик 3 реагирует на колебания деформатора 2.  Данные передаются и записываются в ноутбуке в процессе исследований.
Использование полезной модели  позволит повысить точность измерений  за счет того, что каждый деформатор  оказывает воздействие на свой пласт почвы, предварительно не нарушенный  волнами напряжения последующего деформатора. В результате колебаний деформаторов происходит их самоочищение от налипшей почвы и растительных остатков, особенно на задерненной поверхности.