УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЧВ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЧВ
Полезная модель относится к контрольно-измерительным приборам, в частности к средствам для измерения твердости почвы пахотного и подпахотного горизонтов.
Твердость почвы является одной из основных физико-механических характеристик, показывающая способность грунта сопротивляться сжатию и расклиниванию. Для определения этого показателя существуют специальные приборы различных типов (твердомеры): ударного действия, со статической нагрузкой, с принудительным вдавливанием в почву конического или цилиндрического наконечника.
При разработке технологий выращивания сельскохозяйственных культур на мелиорированных землях возникает необходимость определения твердости почвы пахотных и подпахотных горизонтов, в том числе корнеобитаемого слоя растений (ризосферы), т.к. этот показатель (в числе прочих) характеризует структуру почвы и условия обитания растений. Для этого применяется метод послойного определения твердости почвы, путем трудоемкой подготовки на соответствующих глубинах рабочих площадок для снятия показателей твердости почвы.
Известно устройство для измерения твердости почвы системы академика Горячкина В.П. Твердомер имеет основание, в отверстие которого вставлен шток с наконечником, вкрученным в резьбовое отверстие в торце штока. Верхний конец штока связан с цилиндрической пружиной, на которую опирается нажимная планка с рукоятками, имеющая возможность перемещения вдоль направляющих штанг. Твердомер снабжен пишущим механизмом, фиксирующим изменение длины пружины и перемещение штока. Определение твердости почвы проводится путем регистрации пишущим механизмом величины сжатия пружины под влиянием сопротивления, воспринимаемого наконечником при вдавливании его в почву [например: Сабликов, М.В. Сельскохозяйственные машины. Ч. 2. Основы теории и технологического расчета: учебное пособие / М.В. Сабликов. - М.: «Колос», 1968. - 296 с].
Недостатком известного устройства для измерения твердости почвы является малый диапазон глубины измерений (0-0,3 м), ограниченный величиной максимального перемещения нажимной планки с рукоятками вдоль направляющих штанг.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому является устройство для измерения твердости почвы на необходимую глубину, снабженное пишущим механизмом, рабочим, нажимным и промежуточными штоками, а также наконечником, который посредством переходной муфты, вкручен резьбовым хвостовиком в свободный конец нажимного штока. Фиксация данных по твердости пишущим механизмом происходит поэтапно по слоям почвы [Патент на полезную модель 106746 РФ, МПК G01N 3/00, G01N 9/00. Устройство для измерения твердости почвы / С.А. Корпушов, В.И. Петров, Ю.М. Жданов; заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИАЛМИ Россельхозакадемии. -№2010151074/15, заявл. 13.12.2010, опубл. 20.07.2011].
Технический недостаток известного устройства состоит в том, что пишущий механизм фиксирует данные в диапазоне нажимного, а далее промежуточных и рабочего штоков. В этом случае применяется метод послойной фиксации твердости почвы на бумажный носитель с последующим их объединением. Это увеличивает трудоемкость и время обработки данных с разрозненного бумажного носителя.
Техническая задача: единая регистрация данных по твердости почвы на бумажный носитель по всей глубине измерения.
Технический результат: единая регистрация данных по твердости почвы на всей глубине измерения.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, включающем пишущий механизм, рабочий, нажимной и промежуточные штоки, и наконечник, который посредством переходной муфты, вкручен резьбовым хвостовиком в свободный конец нажимного штока, согласно изобретению пишущий механизм снабжен лентопротяжным приспособлением, содержащим барабаны ведомый, смонтированный на опорной рамке и ведущий - на рабочем штоке, выполненные с запирающими элементами.
Барабаны в исполнении полые, с прорезью для фиксации бумажного носителя на внешней стороне, и с зубьями - на внутренней.
Запирающий элемент представляет собой напряженную пружину одним концом закрепленную к внутренней стенки барабана, другой - к оси вращения барабана, на которой закреплен фиксатор клиновидной формы с подвижной головкой.
Устройство для измерения твердости почвы поясняется чертежами: фиг. 1 - общий вид устройства для измерения твердости почвы; фиг. 2 - устройство на начальном и промежуточном этапах измерения твердости почвы; фиг. 3 - лентопротяжное устройство пишущего механизма.
Устройство состоит из рабочего штока 1, вставленного в отверстие основания 2 с закрепленным на нем направляющими штангами 3, наконечника 4 с резьбовым хвостовиком. Верхний конец рабочего штока 1 связан с цилиндрической пружиной 5, на которую опирается нажимная планка 6 с рукоятками, имеющая возможность перемещения вдоль направляющих штанг 3. Переходная муфта 7, вкрученная резьбовым хвостовиком в нижний свободный конец рабочего штока 1, имеет соосное с ним глухое цилиндрическое отверстие. К основанию 2 прикреплена опорная рамка 8 с помощью винтов 9, вкрученных в резьбовые отверстия направляющих штанг 3. В подошве опорной рамки выполнено отверстие, соосное и равное диаметру отверстия в основании 2. Устройство снабжено нажимным штоком 10 с резьбовыми отверстиями в торцах, соответствующими размеру хвостовика наконечника 4, и промежуточными штоками 11, имеющими с одной стороны резьбовое отверстие, а с другой - резьбовой хвостовик, соответствующие диаметру и глубине отверстий в нажимном штоке. Наружный диаметр нажимного и промежуточных штоков соответствует диаметру отверстий подошвы опорной рамки, основания и промежуточной муфты.
Лентопротяжный механизм состоит из ведомого 12 и ведущего 14 барабанов, которые выполнены полыми, с нарезкой зубьев 16 на внутренней поверхности. Ведомый барабан посредством механизма 13 осью вращения 21 крепится к опорной рамке 8. Ведущий барабан также осью вращения 21 крепится на рабочем штоке 1. На оси вращения барабана размещена напряженная пружина 17, которая одним концом крепится на внутренней стенки того же барабана, другим - к оси вращения соответствующего барабана. На оси вращения барабана в пазу установлен фиксатор клиновидной формы 18 с подвижной головкой 19. Для крепления ленты бумажного носителя 15 на барабанах выполнены прорези 20.
Высота T опорной рамки 8 соответствует размеру полного хода рабочего штока 1, увеличенному на длину L переходной муфты 7. Длина нажимного и промежуточного (без учета длины резьбового хвостовика) штоков также равна величине полного хода рабочего штока с прибавлением размера l глубины отверстия переходной муфты.
Определение твердости почвы с помощью предлагаемого устройства проводится послойно в несколько этапов. Перед проведением процесса измерения данных на ведомый барабан 12 накручивается бумажный носитель 15, причем для крепления ленты на барабане ее начало заводится в прорез 20 того же барабана. Другой конец ленты бумажного носителя также заводится в прорезь 20, но ведущего барабана. На первом этапе в отверстие подошвы опорной рамки 8 заводят нажимной шток 10 с вкрученным наконечником 4 и вставляют свободный конец в отверстие переходной муфты 7, находящейся вместе с рабочим штоком 1 в верхнем положении (фиг. 2, а). После этого устройство устанавливают вертикально подошвой опорной рамки на поверхность почвы. Нажимая на рукоятки, вдавливают нажимной шток с наконечником в почву. При нажатии на рукоятки лента бумажного носителя с ведомого барабана разматывается, ведущий барабан остается в неподвижном состоянии, а пишущий механизм фиксирует на бумажный носитель величину сжатия пружины в зависимости от сопротивления, оказываемого почвой. Запирающий элемент, представляющий фиксатор клиновидной формы 18 с подвижной головкой 19 и напряженной пружиной 17, позволяет ведомому барабану работать только на размотку ленты бумажного носителя и находиться в положении натяжения. Натяжка ленты и соответственно момент кручения на ведомый барабан создается усилием на рукоятки устройства. После погружения нажимного штока на величину перемещения рукояток устройство поднимают. Одновременно с этим происходит намотка ленты бумажного носителя с зафиксированными на нем результатами измерений на ведущий барабан за счет силы натяжения ленты между ведомым и ведущим барабаном. В этом случае запирающий элемент на ведущем барабане позволяет барабану работать только на намотку ленты бумажного носителя, при этом ведомый барабан остается неподвижным. Далее в резьбовое отверстие выступающей над поверхностью почвы части нажимного штока 10 вкручивают промежуточный шток 11, свободный конец которого вставляют в отверстия подошвы опорной рамки 8 и переходной муфты 7, поднятой в верхнее положение (фиг. 2, 6). Нажимая на рукоятки, погружают наконечник 4 на глубину следующего слоя. После этого цикл повторяется. Количество присоединяемых промежуточных штоков определяется задаваемой максимальной глубиной измерения. После завершения измерений соединенную систему промежуточных и нажимного штока с наконечником извлекают из полученной скважины с помощью специальной рукоятки, вкручиваемой в резьбовое отверстие верхнего промежуточного штока. Ленту бумажного носителя с данными измерения твердости почвы снимают с ведущего барабана.
С целью получения статистически достоверных данных проводят повторные замеры. Показатели твердости определяют после совмещения диаграмм повторностей измерений.