ПРИБОР ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЧВЫ Российский патент 1996 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к техническим средствам измерения физико-механических свойств почвы и может быть использовано при испытаниях мобильных сельскохозяйственных машин и агрегатов.

Известен прибор для непрерывного определения твердости почвы, содержащий стойку с закрепленным (приклеенным) на ней тензодатчиком, конусный деформатор, который воспринимает динамику изменения твердости почвы и установленный перед стойкой с тензодатчиком и служащий для разгрузки стойки, между стойкой и подом имеется зазор примерно 3-5 мм. Нож и стойка жестко крепятся к раме орудия (авт.св. СССР N 397847, кл. G 01 N 33/24, 1971).

Недостатками этого прибора являются погрешности, связанные с изменением условий окружающей среды (температура, влажность и др.), т.е. с изменением температуры и влажности окружающей среды изменяются и выходные показатели тензодатчика.

Погрешности возникают также из-за воздействия ножа, установленного впереди тензометрической стойки, на последнюю. Объясняется это тем, что площадь контакта ножа с почвой больше, чем у тензометрической стойки, которая контактирует с почвой через деформатор. Из-за большой разницы контактируемых с почвой площадей нож прогибается на величину, большую чем зазор, оставляемый между ножом и тензометрической стойкой, что и приводит к появлению больших неучтенных погрешностей.

Недостатком является также сложность конструкции, что выражается в использовании сложной и дорогостоящей усилительной аппаратуры, а также то, что эта аппаратура питается переменным током напряжением 220 В. Для получения последнего в полевых условиях надо иметь дополнительное электрооборудование или же создать дополнительные линии подвода промышленного электрического тока сети 220 В.

Задачей настоящих исследований является повышение точности измерений.

Для выполнения поставленной задачи прибор, содержащий стойку, разгрузочный нож, деформатор в нижней части стойки, причем нож и стойка крепятся к раме орудия, включает шарнирно соединенную с рамой орудия стойку с встроенным в нее телескопическим ножевидным деформатором с возможностью изменения глубины его вхождения в почву, потенциометрический (реохордный) датчик линейного перемещения, установленный на раме орудия, причем движок датчика подпружинен с целью его возврата в исходную позицию, подпружинена также и шарнирно соединенная с рамой орудия стойка, где пружина необходима также для возврата стойки в исходную позицию. Нож (по прототипу) заменен отражателем, жестко установленным на раме орудия и копирующим рельеф поверхности. Это для того, чтобы он (нож) не врезался в почву.

Копирование рельефа поверхности поля осуществляется за счет подпружиненных роликов. Отражатель служит для расчистки линии, по которой перемещается шарнирно соединенная с рамой орудия стойка с встроенным в нее телескопическим ножевидным деформатором. Тем самым отражатель предохраняет стойку от воздействия инородных, встречающихся на поверхности поля, тел и материалов, которые в случае контакта со стойкой вносят погрешности в действительное значение твердости почвы.

Использование потенциометрического датчика, движок которого связан со стойкой, установленной шарнирно на раме орудия, не требует использования дорогостоящей усилительной аппаратуры и источника тока напряжением 220 В.

Кроме того, потенциометрические датчики в отличии от тензометрических меньше подвержены воздействиям окружающей среды. Они просты в обращении и эксплуатации.

На фиг. 1 показана схема прибора для непрерывного определения твердости почвы; на фиг.2 схема взаимного размещения отражателя и стойки.

Прибор состоит из стойки 1 с выдвижным ножевидным деформатором 2, которая к раме 3 орудия крепится шарнирно, потенциометрического (реохордного) датчика 4 линейного перемещения, установленного на раме 3 на специальной платформе 5. Движок 6 датчика 4 гибким тросом (лентой) 7 соединен со стойкой 1, а для возвращения в исходную позицию предусмотрен амортизатор (резина, пружина) 8. Стойка 1 крепится к раме 3 орудия посредством шарнира 9 и возвращается в исходное положение пружиной 10.

На деформаторе 2 нанесены метки его (деформатора) глубины вхождения в почву. Для фиксации задаваемой глубины, на которой необходимо определить твердость r(t) почвы, предусмотрен фиксирующий болт 11. На раме 3 орудия имеются упоры 12 для предотвращения отклонения стойки 1 вперед в сторону направления движения, так как пружина 10 в нерабочем состоянии прибора имеет некоторый натяг, что в наличии упоров 12 дает некоторую жесткость стойко 1, тем самым предохраняя ее от свободной игры (тряски).

На раме 3 орудия впереди стойки 1 по ходу движения орудия установлен копирующий рельеф поверхности поля отражатель 13 с подпружиненными копирами-роликами 14. Отражатель 13 предотвращает воздействие сорняков и других инородных тел на стойку 1, встречающихся на поверхности поля. Причем отражатель 13 благодаря наличию подпружиненных роликов 14 в почву не входит и тем самым не создает дополнительного сопротивления передвижению агрегата.

Устройство работает следующим образом.

Прибор крепится к раме 3 орудия и вводится в рабочее положение с переводам орудия в рабочее положение. Вместе с заглублением рабочих органов орудия заглубляется в почву и ножевидный деформатор 2 на предварительно установленную глубину.

При движении агрегата деформатор 2 передней гранью разрезает почвенный пласт на площади, равной площади атаки деформатора 2. Величина сопротивления со стороны почвы на деформатор 2 изменяется прямопропорционально изменению твердости почвы, динамика изменения которой через деформатор 2, шарнирно соединенную с рамой 3 стойку 1, которая совершает возвратно-поступательные движения, и гибкий трос 7, соединенный с движком 6, передается петенциометрическому датчику 4. В результате этого происходит изменение выходного напряжения датчика 4, поступающего к записывающему устройству (не показано).

Возвратно-поступательное движение стойки 1 вместе с телескопически встроенным ножевидным деформатором 2, которое зависит от физико-механических свойств почвы, происходит благодаря пружине 10.

Возвратно-поступательные движения, соответствующие движениям стойки 1, шарнирно соединенной с рамой 3 орудия, по частоте и амплитуде, совершает и движок 6 датчика 4, который возвращается в исходную позицию амортизатором (резина, пружина) 8.

Датчик 4 крепится к раме 3 орудия на специальной платформе 5.

По мере необходимости изменения глубины определения твердости почвы расслабляется стопорный болт 11 и перемещением деформатора 2 изменяется глубина, на которой необходимо определить твердость почвы.

Исходное положение стойки 1 с встроенным в нее телескопическим деформатором 2 в нерабочем состоянии вертикальное, т.е. перпендикулярно к поверхности земли, что облегчает вхождение деформатора в почву. Это положение вне работы поддерживается при помощи упоров 12, установленных на раме 3 орудия.

Попадание сорняков и других инородных тел на стойку 1, которые вносят погрешности в фактическое значение твердости почвы, исключается благодаря установке перед стойкой 1 отражателя 13. Последний жестко крепится к раме 3 и благодаря наличию роликовых копиров 14 не входит в контакт с почвой, а только копирует ее рельеф.

Повышение точности измерений происходит из-за предохранения воздействия на стойку 1, шарнирно соединенную с рамой 3 орудия, а также благодаря использованию потенциометрического датчика 4, устанавливаемого на раме 3, который незначительно по сравнению с тензометрическими датчиками изменяет свои выходные показатели.

Упрощение схемы исследований происходит из-за того, что отпадает необходимость в дорогостоящей усилительной аппаратуре, в использовании источника питания напряжением 220 В.

Использование: в измерительном технике, касается приборов для определения механических характеристик грунтов. Сущность изобретения: прибор состоит из стойки с выдвижным ножевидным деформатором, которая к раме орудия крепится шарнирно, потенциометрического датчика линейного перемещения, установленного на раме на специальной платформе. Движок датчика гибким тросом соединен со стойком, а для возвращения в исходную позицию продусмотрен амортизатор. Стойка крепится к раме орудия посредством шарнира и возвращается в исходное положение пружиной. На деформаторе нанесены метки его глубины вхождения в почву. Для фиксации задаваемой глубины, на которой необходимо определять твердость r(t) почвы, предусмотрен фиксирующий болт. На раме орудия имеются упоры для предотвращения отклонения стойки вперед в сторону направления движения, так как пружина в нерабочем состоянии имеет некоторый натяг, что в наличии упоров дает некоторую жесткость стойке, тем самым предохраняя ее от свободной игры. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Прибор для непрерывного определения твердости почвы, включающий закрепленную к раме орудия стойку, деформатор и датчик изменения твердости почвы, отличающийся тем, что стойка с ножевидным и телескопическим встроенным в нее деформатором шарнирно крепится к раме орудия, на которой установлен потенциометрический датчик, причем его подпружиненный движок гибко соединен со стойкой. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что стойка подпружинена, а впереди нее на раме орудия размещены отражатель с роликами-копирами.