СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЧВЫ СМЯТИЮ Российский патент 1999 года по МПК G01N3/42 

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, в частности при вдавливании в испытуемый материал наконечников испытательных устройств, находящихся под постоянной нагрузкой.

Известен способ определения удельного сопротивления почвы смятию, содержащий регистрацию величины установившейся нагрузки P, обеспечивающей погружение плунжера в почву, измерение глубины h погружения плунжеры до момента стабилизации нагрузки P, определение объема V смятой при этом плунжером почвы и вычисление отношения нагрузки P к объему V смятой почвы. Вычисление объема V смятой почвы осуществляется путем перемножения площади S торцевой поверхности плунжера на глубину h [1 (с. 10-15)].

Известный способ определения удельного сопротивления почвы смятию не обеспечивает возможности осуществления измерений по всей глубине пахотного горизонта. Кроме того, по известному способу не принимаются во внимание сила трения, возникающая в процессе перемещения плунжера в почве.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности и обеспечение возможности измерения удельного сопротивления почвы смятию по глубине всего плодородного слоя.

Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения удельного сопротивления почвы смятию, содержащем регистрацию величины нагрузки P, обеспечивающей погружение плунжера в почву, согласно изобретению, используют конический плунжер, для которого определяют величину угла трения ϕ материала плунжера о почву, измеряют длину l внедренной в почву части конуса плунжера, а величину удельного сопротивления почвы смятию вычисляют по зависимости

где α - угол при вершине конуса плунжера.

На чертеже представлена схема силового взаимодействия конического плунжера с почвой.

Под воздействием приложенной вдоль стержня нагрузки P плунжер погружается в почву, сминает ее и впрессовывает в монолит поля. Почва препятствует проникновению в нее конического плунжера, в результате чего возникают силы реакции почвы R₁, равномерно распределенные по поверхности погруженной в почву части конуса. При этом сила P уравновешивается силами реакции почвы R₁. Элементарные силы реакции почвы R₁ располагаются по отношению к нормалям элементарных площадок S₁ конической поверхности под углом трения ϕ плунжера о почву и наклонены в сторону вершины конуса плунжера.

На любом элементарном участке поверхности погруженной части конуса плунжера элементарная сила реакции почвы R₁ является результирующей двух сил: силы N₁, действующей по нормали, и силы трения F₁, действующей по касательной к этой поверхности. В итоге элементарные почвенные частицы, находящиеся под воздействием поверхности конуса, будут впрессовываться в почвенный монолит по линиям ориентации соответствующих R₁, т. е. перемещаться как в направлении действия силы трения F₁, так и в направлении нормали N₁. Силы R₁ действуют под углом γ к направлению действия силы P. Угол

Сила P, внедряющая плунжер в почву, равна P = R/secγ расходуется не только на непосредственное, чистое смятие почвы, которое наблюдается в направлении действия сил N₁, но и на предварительное уплотнение в боковом направлении, которое происходит в результате преодоления почвенными частицами сил трения F₁, возникающих в следствии смещения почвы относительно поверхности конического плунжера.

Силы N₁ сжимает между собой почвенные агрегаты, располагающиеся в соседних конических концентрических поверхностях. Силы трения F₁ стремиться сдвинуть по касательной более плотный слой почвы относительно менее плотного и в тоже время смять каждый слой в плоскости, перпендикулярной к нормали поверхности конуса.

Таким образом сила R = ΣR_i= ΣP_isecγ = Psecγ фактически обеспечивает реальное смятие почвы в результате внедрения конуса плунжера в измеряемый почвенный горизонт. Сила P - это та сила, которая зарегистрирована в процессе погружения плунжера в почву.

За объем смятой почвы V принимается объем, который равен объему внедренной части конуса плунжера

так, как впрессовывание в измеряемый почвенный горизонт объема почвы, равного объему внедренной части конуса вызвало появление данной силы реакции R.

Отношение силы R, реально необходимой для смятия почвы объемом V к этому объему дает величину удельного сопротивления почвы смятию

где α - угол при вершине конуса плунжера.

Способ определения удельного сопротивления почвы смятию осуществляется следующим образом.

Известным способом определяют угол трения ϕ материала плунжера о почву [2 (с. 5-7)] измеряют величину угла α при вершине конуса плунжера 1 (см. чертеж).

Конус плунжера 1 устанавливают в вертикальное положение, упираются им в поверхность поля (почву) 2 и действуют на него через стержень 3, сверху вниз, силой P такой величины, которая обеспечивает плавное и надежное погружение конуса плунжера 1 в почву 2 на заданную глубину. Регистрируют величину силы P, измеряют длину l погруженной в почву 2 части конуса плунжера 1 и вычисляют величину удельного сопротивления почвы смятию ρ по выражению

где α - угол при вершине конуса плунжера.

Конус плунжера 1 можно погружать в почву 2 на любую глубину, а силу P регистрировать в любой момент независимо от характера и времени ее изменения в процессе погружения плунжера в почву.

Источники информации
1. Размыслович И.Р., Авласенко Т.В. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам и орудиям (теория и расчет сельскохозяйственных машин). - Минск, Ураджай, 1972, с. 144.

2. Любимов А. И. и др. Практикум по сельскохозяйственным машинам. -М.: Колос, 1971, с 207.

Изобретение относится к исследованию прочностных свойств твердых материалов путем приложения к ним механических усилий, в частности при вдавливании в испытуемый материал наконечников испытательных устройств, находящихся под постоянной нагрузкой. Способ включает регистрацию величины нагрузки Р, обеспечивающей погружение плунжера в почву, определение объема V почвы, смятой при этом плунжером, и вычисление отношения нагрузки Р, погружающей плунжер в почву, к объему V смятой почвы. Отличие способа заключается в том, что используют конический плунжер, для которого определяют ветчину угла трения ϕ материала плунжера о почву, измеряют длину l внедренной в почву части, а величину удельного сопротивления почвы смятию вычисляют по зависимости

где α - угол при вершине конуса плунжера. Технический результат заключается в повышении точности и обеспечении возможности измерения удельного сопротивления почвы смятию по глубине всего плодородного слоя. 1 ил.

Способ определения удельного сопротивления почвы смятию, включающий регистрацию величины нагрузки Р, обеспечивающей погружение плунжера в почву, отличающийся тем, что используют конический плунжер, для которого определяют величину угла трения ϕ материала плунжера о почву, измеряют длину l внедренной в почву части конуса плунжера, а величину удельного сопротивления почвы смятию вычисляют по зависимости

где α - угол при вершине конуса плунжера.