УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПОЧВО-ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ ПОЛНОГО ВЛАГОНАСЫЩЕНИЯ ПО ОБРАЗЦАМ ПОЧВ НАРУШЕННОЙ СТРУКТУРЫ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в области сельского хозяйства для оценки гидродинамической прочности (водопрочности) и эрозионной стойкости почво-грунтов. При решении рассматриваемой задачи определение гидродинамической прочности производят по образцам почв нарушенной структуры.
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 устройства является то, что оно работает только с относительно разреженным потоком частиц, а при значительном возрастании его плотности качество информации искажается, тем более что стенки сосуда покрываются частицами грунта.
Известно также устройство, аналогичное предыдущему, в котором в качестве датчика используется вакуумметр с электрическим выходом. Датчик преобразует переменное значение вакуума в электрический сигнал. Сигнал подается на усилитель, затем на аналого-цифровой преобразователь и далее в ЭВМ, где сигнал обрабатывается специальной программой. Результатом эксперимента является график зависимости падения давления ΔР от времени t [2].
Недостатком устройства является то, что в область, где возникает вакуум, проникает воздух из-за недостаточно плотного контакта нижнего диска с испытуемым образцом почвы. Это вносит большую и неподдающуюся исправлению с помощью теоретических расчетов ошибку в результаты эксперимента. К недостаткам относится и то, что из-за отсутствия механизма точного регулирования зазора между дисками получаемое значение вакуума часто не соответствовало теоретически рассчитанному. Также к недостаткам относится то, что для проведения одного эксперимента требуется несколько десятков литров воды, а для изучения гидродинамической прочности почво-грунтов одного типа необходимо проведение множества опытов.
Задачей полезной модели является обеспечении более высокой точности измерений за счет изменения конструкции прибора.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения по образцам почв нарушенной структуры, содержит питающий бак, насос, прибор, представляющий собой два диска одинакового диаметра с регулируемым зазором между ними, а также преобразователь давления в электрический сигнал, усилитель электрического сигнала, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ, причем для забора почвенного образца используется цилиндрическая емкость, а прибор, представляющий собой два диска одинакового диаметра с регулируемым зазором между ними с помощью специальных втулок, разделен на четыре сектора, к нижнему диску жестко прикреплена тонкостенная труба с возможностью вдавливания в почвенный образец.
На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения по образцам почв нарушенной структуры.
Устройство для определения гидродинамической прочности почво-грунтов в условиях полного влагонасыщения по образцам почв нарушенной структуры состоит из питающего бака 1, насоса необходимой производительности 2, собственно прибора и электронной части - системы преобразования давления в электрический сигнал и его обработки в ЭВМ. Непосредственно прибор состоит из двух дисков одинакового диаметра 3, 4 и цилиндрической емкости 5, в котором находится специально подготовленный образец почвы 6. В центральной части верхнего диска просверлено отверстие и приварен питающий патрубок, по которому подается вода. В нижнем диске вырезан кусок в виде кругового сегмента - в этом месте происходит взаимодействие потока жидкости с почвенном образцом. Там же, к нижней части по периметру приваривается тонкостенная цилиндрическая труба 7. Диаметр цилиндрической трубы 7 меньше внутреннего диаметра
цилиндрической емкости 5. Пространство между дисками делится на четыре сектора, по которым равномерно растекается весь объем воды.
При проведении опытов труба 7 вдавливается в почвенный образец 6 и исключает попадание воздуха из атмосферы в область пониженного давления. Зазор между дисками регулируется с помощью втулок 8, которые устанавливаются по краям дисков. Втулки имеют различную высоту для разных типов почв. Размер втулок (высота) выполнена с большой точностью, так как для соответствия практического значения вакуума расчетному необходимо предельно точно установить зазор между дисками.
Электронная часть устройства состоит из преобразователя переменного давления в электрический сигнал 9, которые устанавливаются над каждым из четырех секторов, на которые делятся диски. Переменное значение вакуума, преобразованное в электрический сигнал, поступает в усилитель электрического сигнала 10, далее в аналого-цифрового преобразователя 11 и ЭВМ 12. Результатом эксперимента является график зависимости падения давления ΔР от времени t.
Положительный эффект от изменения конструкции прибора заключается в следующем: исключается попадание воздуха из атмосферы в область пониженного давления, достигается высокая точность регулировки зазора между дисками, а за счет разделения пространства между дисками на четыре сектора в течение одного опыта получаем четыре значения гидродинамической прочности почво-грунтов.
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.