УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ РАЗБРОСА ЧАСТИЦ ПОЧВЫ

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области лабораторного оборудования, используемого при изучении процессов капельно-дождевой эрозии почв, в частности при определении дальности разброса частиц почвы от ударного воздействия падающих водяных капель на почвенный агрегат с разной скоростью. Устройство может быть использовано при исследовании почвенных образцов в процессе изучения динамического действия дождя и протекающих эрозионных процессов.
Уровень техники
Из уровня техники известны варианты исполнения устройств аналогичного назначения.
Так, известно устройство для измерения динамического действия дождя на почву по патенту РФ на полезную модель №155056, включающее корпус с пластиковой мембраной, узел регистрации звука с микрофоном, при этом внутренняя полость корпуса выполнена в виде акустической диафрагмы. Данное техническое решение позволяет обеспечить точность и упрощение процесса измерений, повышение производительности труда. Величина частоты звуковых колебаний мембраны пропорциональна величине динамического действия дождя на почву. Устройство для измерения тарируют по массе разбрызганной почвы в зависимости от различной крупности дождя, гранулометрического состава почвы, высоты падения капель и частоты колебаний звука.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности измерения дальности разброса частиц почвы среди прочих динамических характеристик воздействия дождя на почву. Между тем, данная характеристика имеет существенное значение при исследовании эрозионных процессов, процессов вымывания почв и т.д.
В описании изобретения к патенту РФ №2569664 «способ оценки ударного действия капель дождя» раскрыт способ, включающий обработку почвенных образцов шариками, масса и размер которых идентичен массе и размерам каплям дождя. Сущность способа оценки ударного действия капель дождя, включающего полив каплями почвенного образца, измерение величины радиуса разлета почвенных частиц и оценку ударного действия капель дождя, в том, что почвенные образцы дополнительно обрабатывают шариками, масса и размер которых идентичны массе и размерам капель дождя, фиксируя при этом радиусы разлета почвенных частиц, затем сравнивают их с радиусами разлета почвенных частиц, измеренных при обработке почвенных образцов каплями дождя, и по результатам сравнения оценивают ударное действие капель дождя на почву.
К недостаткам данного технического решения относится сложность реализации и недостоверность такой оценки ввиду того, что шарики при падении не деформируются, чего нельзя сказать о капле, поэтому идентичность шарика и капли дождя не является верным допущением.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для изучения интенсивности капельной эрозии по а.с. СССР №1103147, включающее телескопическую опору с закрепленной на ней капельницей и расположенные на основании емкость с почвенным образцом и улавливатель эродированных частиц, выполненных в виде экрана с отверстием, соосным с центром капельницы, на обращенной к капельнице поверхности экрана имеется съемное липкое покрытие, на котором стеклографом нанесены концентрические круги.
Основным недостатком известной конструкции является одноразовость использования покрытия, на котором остаются разбрызганные частицы почвы. Кроме того, учитывая специфику прикрепления частиц почвы к покрытию (прилипание), достаточно сложно осуществить смыв или съем частиц с каждого концентрического кольца отдельно, в результате чего становится невозможным определить количественную характеристику разбросанных частиц в одной зоне (в пределах одного кольца).
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является создание устройства для определения дальности разброса частиц почвы от ударного воздействия падающих водяных капель на почвенный агрегат с разной скоростью (с разной высоты).
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении возможности определения дальности разброса и количественных характеристик разбрызгиваемых частиц почвы. Кроме того, устройство позволяет исследовать как насыпные образцы почв, так и отдельные агрегаты, в отличие от приведенных выше аналогов. Устройство подразумевает многократность и легкость использования ввиду простоты его конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве определения дальности разброса частиц почвы, включающем телескопическую опору с основанием, закрепленную к опоре капельницу и улавливатель частиц почвы, согласно техническому решению, улавливатель частиц почвы представляет собой набор дисков различного диаметра с равным шагом изменения диаметра, концентрично размещенных на основании под капельницей соосно ее центру по убыванию значения диаметра от нижнего диска к верхнему, при этом диски имеют сложнопрофильную центральную часть в виде усеченно-конического выступа с углублением в центре, обеспечивающую концентрическую фиксацию дисков. Нижний диск из набора снабжен бортиком по окружности. Углубление в центре верхнего диска выполнено в форме держателя для размещения образца почвы. В центральной части дисков (кроме нижнего) выполнены отверстия для слива воды. Капельница может быть выполнена в виде бюретки, на конце которой установлен капиллярный каплеобразователь.
Принцип действия заявляемого устройства заключается в рассеивании частиц почвы по концентрическим кольцевым плоскостям дисков разного диаметра, за счет чего почвенные частицы группируются по дальности полета от ударного воздействия падающей капли воды.
Заявляемая полезная модель характеризуется следующими изображениями:
На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку на заявляемое устройство.
На фиг. 2 схематично представлен вид сверху на заявляемое устройство.
На фиг. 3 схематично представлено в увеличенном виде сечение центральной части концентрично размещенных дисков.
Позициями на чертеже обозначены:
1. основание;
2. стойки нижнего яруса телескопической опоры;
3. опорный штифт;
4. соединительная пластина стоек нижнего яруса;
5. стойки среднего яруса телескопической опоры;
6. соединительная пластина стоек среднего яруса;
7. направляющая верхней стойки;
8. верхняя стойка;
9. держатель бюретки;
10. бюретка;
11. капиллярный каплеобразователь;
12. набор дисков;
13. держатель почвенного агрегата;
14. почвенный агрегат.
Заявленное устройство представляет собой лабораторное оборудование, предназначенное для исследования прочности почвенного агрегата, а именно стойкости к ударному воздействию падающих на него капель воды и определения дальности разброса частиц почвы от падения капель с разной скоростью (с разной высоты).
Устройство включает телескопическую опору с основанием 1. Опора представляет собой раздвижную трехъярусную конструкцию, включающую две параллельные трубчатые стойки нижнего яруса 2, в которые вставлены стойки среднего яруса 5. При этом верхние окончания стоек нижнего и среднего ярусов соединены пластинами 4 и 6 соответственно. Пластина 6 выполнена треугольной с отверстиями в каждом из углов. В два отверстия вставлены верхние окончания стоек среднего яруса, а в третье отверстие через направляющую втулку 7 вставлена стойка верхнего яруса 8. В промежуточном и верхнем положениях стойки удерживаются опорными штифтами 3, вставленными в отверстия нижерасположенных стоек и направляющей втулки. На верхнем конце верхней стойки закреплен зажим 9, удерживающий бюретку 10, на нижнем конце которой установлен капиллярный каплеобразователь 11. Бюретку в зажиме можно перемещать. Ступенчатое относительное перемещение стоек в сочетании с возможностью плавного перемещения бюретки дает возможность установить каплеобразователь на любой высоте над почвенным агрегатом.
На основании установлен комплект дисков 12, изготовленных из тонколистового материала, например оцинкованной стали, латуни или пластика. Количество дисков в комплекте зависит от расстояния между каплеобразователем и почвенным агрегатом 14, влияющего на скорость (ударную силу капли), а также требуемой степени группировки отбрасываемых частиц. Диски выполнены разного диаметра с равным шагом (от 50 мм) и расположены друг на друге с уменьшением диаметра от основания в сторону капельницы. Размер нижнего диска должен превышать ожидаемую площадь разброса частиц почвы. Нижний диск, имеющий самый большой диаметр, дополнительно по окружности снабжен бортиком. В нижнем диске также отсутствует отверстие для слива воды. Таким образом, конструктивно, нижний диск предназначен для сбора воды и предохранения основания устройства от загрязнения. Набор дисков размещен под капельницей соосно с ней, то есть центры всех дисков лежат на одной вертикальной оси, проходящей через каплеобразователь. Все диски имеют сложнопрофильную центральную часть, посредством которой обеспечивается их (дисков) взаимная фиксация друг на друге. Центральная часть каждого диска выполнена с усеченно-коническим выступом с углублением в центре, снабженным отверстием для слива воды. Коническая форма выступов обеспечивает надежное размещение дисков друг на друге (нанизывание), а также фиксацию, исключающую их смещение друг относительно друга. Форма углубления в верхнем диске обеспечивает возможность размещения в нем держателя 13 с почвенным образцом (агрегатом).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Предварительно при проведении измерительных экспериментов устройство подготавливают к работе, проводя настойку. Выбирают необходимое количество дисков и размещают их в виде набора на основании под капельницей, центрируя диски относительно каплеобразователя. В углубление верхнего диска помещают держатель с почвенным образцом (агрегатом). Посредством регулировки стоек телескопической опоры выставляют высоту размещения капельницы относительно исследуемого почвенного образца. Бюретку заполняют водой, открывают кран бюретки для начала исследования. Вода из бюретки через каплеобразователь падает на почвенный агрегат. Падающие капли воды выбивают частицы из почвенного агрегата, которые, разлетаясь в разные стороны и оседая на дисках, будут группироваться на дисках по дальности разброса. После падения нужного количества капель кран бюретки закрывают и анализируют полученные результаты. Так, после разбора дисков можно установить:
1. Дальность разброса почвенных частиц;
2. Кучность разброса почвенных частиц;
3. Весовое распределение частиц по дальности.
4. Фракционный состав частиц (по размеру), которые разлетаются на различные расстояния.
Пример конкретного выполнения
Для реализации заявляемого устройства изготовлена трехъярусная стержневая конструкция с зажимом для бюретки длиной 75 см, на конце которой был установлен каплеобразователь, выполненный из медицинской иглы размером 0,6×30 мм. На основании устройства, под каплеобразователем установлен комплект дисков из 5 штук диаметром 10; 20; 30; 40; 50 см. В гнездо верхнего диска установлен держатель из пористого материала, помещен почвенный агрегат (при проведении эксперимента использовались агрегаты 3-5 мм, 5-7 мм, более 7 мм). Падение капель воды производилось с разных высот: 175, 150, 125, 100, 75, 50, 25, 10 см.
Так, для почвенного агрегата размером более 7 мм при падении на него капель с высоты 125 см установлено, что при его сухой массе 0,31 г произошло незначительное его разрушение и оседание частиц агрегата на дисках в количестве 0,23% от массы агрегата. При этом наблюдается следующее распределение: 1 диск (верхний) - 0,13 мас. %, 2 диск - 0,05 мас. %, 3 диск - 0,02 мас. %, 4 диск - 0,03 мас. %, 5 диск (нижний) - частицы отсутствуют.
Чем выше скорость капли воды - тем выше ее кинетическая энергия, соответственно большее количество выбитых из агрегата частиц разлеталось на максимальное расстояние, зафиксированное дисками.