УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПОЧВЕННЫХ ПРОБ Российский патент 2005 года по МПК G01N1/04 

Изобретение относится к средствам механизации и автоматизации технологического процесса отбора почвенных проб в полевых условиях для их последующего анализа в лабораториях.

Известно устройство для отбора проб почвы, содержащее колесо с пробоотборниками, выполненными в виде радиально расположенных на колесе с размещенными в них подвижными толкателями. Перемещение толкателей осуществляется кулачком [1].

Недостатком устройства является недостаточная надежность работы пробоотборников, которые часто забиваются стеблями и корнями растений. Кроме того, перемещение в почве радиально расположенных втулок при вращении колеса не происходит по неподвижной относительно поля вертикали и, следовательно, их заполнение не будет упорядоченным, т.е. слой за слоем на заданную глубину погружения, что снижает уровень представительности пробы и не отвечает требованиям методики отбора проб.

Известно устройство для отбора проб почвы, содержащее диск с режущей кромкой, на боковой поверхности которой приварены пробоотборники, выполненные в виде радиальных пластин, установленных под углом 15-40° к плоскости диска. Выталкиватель проб выполнен в виде неподвижного клина [2] (прототип). Пробы собираются в установленную сбоку диска сменную емкость.

Недостаток этого устройства состоит в том, что абсолютная траектория перемещения пластины в почве (от входа в почву до выхода из нее) не является вертикалью, поэтому нельзя уверенно сказать, из какого же слоя почвы захвачена проба, что снижает качество отбора. Кроме того, для замены емкости с пробами необходима остановка устройства, что снижает производительность отбора проб и повышает трудоемкость процесса.

Техническим результатом заявленного устройства является повышение производительности и качества отбора проб путем осуществления этого процесса без остановки транспортного средства и движения пробоотборника в почве во время отбора пробы по абсолютной траектории, близкой к вертикальной.

Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора почвенных проб, включающего транспортное средство с рамой, опорными колесами, рабочим местом оператора и прицепом к энергетическому средству, пробоотборник, выполненный в виде стержня с пазом на рабочей части и чистиком, силовой механизм перемещения пробоотборника и транспортеры приема и выгрузки почвенных проб в емкость на рабочем месте оператора, согласно изобретения, опорное колесо снабжено жестко закрепленной на его ободе, на радиусе качения осью, на которой установлена с возможностью вращения платформа, связанная шарнирно с рамой посредством механизма транслятора, сообщающего ей поступательное перемещение при движении устройства, причем платформа снабжена расположенными параллельно движению устройства направляющими, по которым ограниченно перемещается подпружиненная каретка, несущая пробоотборник и силовой механизм его перемещения, выполненный в виде кривошипно-ползунного механизма с одним шарнирным ромбом, при этом ползун присоединен к гидроцилиндру с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно направляющим платформы, а консольный конец звена ромба шарнирно связан со стержнем пробоотборника.

На фиг.1 приведена схема устройства, вид сбоку, на фиг.2 - тоже, вид сверху, на фиг.3 - пример установки чистика для удаления почвы из паза пробоотборника при его перемещении вверх (вид сбоку в увеличенном масштабе), на фиг.4 - абсолютная траектория точки подвеса платформы на ободе колеса при его качении относительно неподвижных координат ХУ, связанных с полем.

Устройство для отбора почвенных проб содержит раму (фиг.1, 2) с прицепом к энергетическому средству (условно не показано), опорные колеса 2, рабочее место оператора 3 (кабину), платформу 4, шарнирно посаженную на ось 5, жестко закрепленную на ободе опорного колеса 2, каретку 6, ограниченно перемещающуюся на роликах по направляющим платформы 4 (условно не показано) в направлении, параллельном движению устройства, и удерживаемую на платформе пружиной 7 в крайнем положении, пробоотборник 8, установленный на каретке 6 между роликами 9 с возможностью перемещения вверх-вниз по вертикали, двух продольных 10 и двух поперечных 11 ленточных транспортеров. Для сообщения поступательного движения платформе 4 при вращении опорного колеса 2 использован механизм транслятора 12 ([3], стр.597), выполненный в виде двух шарнирно соединенных общим звеном параллелограммов, свободные звенья которых шарнирно соединены соответственно с платформой 4 и рамой 1.

Пробоотборник выполнен в виде круглого прутка (стержня), вдоль образующей которого на рабочей (заглубляемой) части профрезерован паз прямоугольной формы, который в процессе заглубления заполняется почвой. Для лучшего заполнения паз обращен в сторону движения устройства. Для возвратно-поступательного перемещения пробоотборника по вертикали использован ползунно-кривошипный механизм 13 с одним ромбом ([4], стр.476). Ползун механизма присоединен к гидроцилиндру 14, а консольный конец звена ромба шарнирно связан со стержнем пробоотборника 8 (фиг.1). Механизм обеспечивает вертикальное заглубление пробоотборника в почву и последующее его перемещение вверх во время выгрузки пробы чистиком 15 (фиг.3) на продольный транспортер 10 со скоростью в два раза большей, чем скорость движения штока гидроцилиндра. Поперечные транспортеры 11 снабжены общим лотком, к которому прикреплена сменная емкость 16 (мешочек) для сбора почвенных проб в кабине оператора. Устройство имеет следоуказатели 17 (фиг.2), которые используются при необходимости полного и подробного агрохимического обследования и составления картограммы поля на содержание в почве питательных веществ при дифференцированном внесении удобрений.

Устройство снабжено счетчиком оборотов опорного колеса 2 (измерителем длины пути), выполненного, например, в виде кинематически связанных ролика и кулачка 18, закрепленного на ступице колеса 2 (фиг.2). Ролик, периодически замыкая электрическую цепь, является простейшим датчиком прибора для определения длины пройденного пути.

Гидроцилиндр 14 управляется электрогидравлическим золотником, присоединенным к гидросистеме энергетического средства (трактора).

Обоснование необходимости горизонтального возвратно-поступательного перемещения каретки с пробоотборником по направляющим платформы, а также необходимости силового заглубления пробоотборника с возможно большей скоростью состоит в следующем. Известно, что абсолютное движение оси 5 (т. А_о на фиг.4), если она закреплена на колесе 2 на радиусе его качения, осуществляется по циклоиде. Любые точки элементов, связанных с осью 5 (платформа 4, каретка 6, проботборник 8) и совершающих посредством транслятора 12 поступательное движение при качении колеса 2, движутся по тем же абсолютным траекториям, что и т. А_о (т.е. по эквидистантным циклоидам).

Если пробоотборник заранее опущен вниз до конца, то при подходе оси 5 по нисходящей ветви циклоиды к т. на высоте h от поверхности почвы, он коснется ее и далее будет заглубляться под тяжестью устройства (где h - длина рабочей части пробоотборника или глубина его погружения в почву). Ось 5 (а с ней и пробоотборник) при движении из т. в точку возврата А_о циклоиды (фиг.4) смещается по горизонтали вправо на величину Δх. В этом случае при условии жесткого крепления каретки на платформе должно произойти одно из 3-х явлений: 1) деформироваться и разрушаться почва при движении пробоотборника; 2) произойти поломка стержня пробоотборника или элементов его крепления; 3) произойти пробуксовка (прекращение качения) опорного колеса. Для предотвращения этого каретка с пробоотборником имеет возможность перемещаться влево по направляющим платформы, растягивая пружину и компенсируя смещение Δх.

При движении оси 5 по восходящей ветви циклоиды от т. А_о до т. (извлечения пробоотборника) потребуется дополнительное перемещение каретки на ту же величину Δх и в том же направлении. Если же движение пробоотборника из крайнего верхнего положения начнется в т. и полностью закончится на участке циклоиды , то силовое заглубление должен осуществлять гидроцилиндр 14 и с возможно большей скоростью, т.к. промежуток времени для полного заглубления на этом участке очень мал и составляет доли секунды, но при этом величина смещения Δх уменьшается. Конструктивная возможность перемещения каретки 6 по направляющим платформы 4 позволяет также компенсировать отклонения траектории движения пробоотборника 8 от вертикали при ошибках в установке оси 5 на ободе колеса 2 или при большем или меньшем его погружении в почву, т.е. превращении циклоиды в трохоиду.

Оператор (лаборант-агрохимик) со своего рабочего места с помощью известных электронно-механических средств может управлять процессом отбора проб:

- изменять в широких пределах расстояние 1 (фиг.1) между соседними заглублениями пробоотборника;

- проводить маркировку проб и замену емкости 15 (фиг.1) после взятия индивидуальной или смешанной пробы на заданном участке поля;

- записывать координаты точек поля, в которых были взяты пробы;

- брать смешанную (среднюю) пробу на участке поля с записью координат начала и конца участка.

Устройство для отбора почвенных проб работает следующим образом. Если на данном поле планируется проведение дифференцированного внесения удобрений, то желательна полная и подробная диагностика плодородия почвы (содержание NPK) в слое 25-27 см на элементарных участках поля, размеры которых должны быть достаточно малыми (не более 0,01 га). Согласно методике с каждого элементарного участка отбирается один смешанный образец почвы, состоящий из 10 индивидуальных. В этом случае трактор с устройством (агрегат) должен перемещаться по параллельным полосам с начала и до конца поля челночным способом. Ширина полосы должна быть равна или кратна ширине захвата машины для внесения туков, которая затем будет работать на этом поле, используя результаты проведения диагностики.

Агрегат устанавливают на краю поля так, чтобы опорные колеса устройства расположились на краю поля у стартовой борозды. Оператор включает электронный блок управления и записи данных, опускает соответствующий (правый или левый) следоуказатель, подвешивает мешочек на лоток поперечных транспортеров. При движении агрегата пробоотборники вертикально заглубляются в почву гидроцилиндрами по команде от опорного (или специального мерного) колеса. Паз пробоотборников повернут в сторону движения агрегата, что способствует его лучшему заполнению, а заглубление по вертикали обеспечивает послойный захват почвы, т.е. верхняя и нижняя части паза заполняются соответственно верхними и нижними слоями почвы. Затем колеса, вращаясь, вертикально извлекают пробоотборники и переносят их над лотком продольного транспортера. В этот момент автоматически по команде от опорного колеса пробоотборник поднимается гидроцилиндром в верхнее положение. При подъеме пробоотборника чистик выталкивает пробу из паза и направляет ее на продольный транспортер, который переносит ее на поперечный транспортер, а последний сбрасывает пробу в мешочек в кабине оператора.

Отбор проб может происходить один раз за один оборот опорного колеса (максимально возможная частота) или один раз за несколько полных оборотов опорного колеса (регулируемая рабочая частота взятия проб). Частота взятия проб по ходу движения агрегата заранее задается электронным блоком управления и записи данных из кабины оператора. По его командам электрогидравлический золотник в нужный момент времени, согласованный с положением пробоотборника на циклоиде, побуждает гидроцилиндр либо заглублять пробоотборник, либо извлекать из него пробу (поднимать его).

После того, как пройдена заранее заданная длина первого элементарного участка, которую измеряет опорное (или специальное мерное) колесо, подается сигнал оператору о необходимости заменить мешочек со смешанной (средней) пробой с первого элементарного участка. Оператор снимает и маркирует первый мешочек и заменяет его новым. Затем процесс повторяется по полосам на всех последующих элементарных участках без остановок агрегата. При этом электронный блок управления и записи данных с учетом сигналов мерного колеса фиксирует на носителе данных (например, дискете) начало и конец каждого элементарного участка.

Взятые со всего поля пробы передаются в агрохимическую лабораторию для анализа на содержание питательных веществ в почве. Результаты анализа затем кодируются и записываются на дискетку: каждый результат соответственно у начала своего участка. После этого дискетка является носителем информации о начале и конце каждого элементарного участка поля по порядку, а также уровня содержания на них питательных веществ. Дискетка является электронной картограммой плодородия поля и может использоваться в машинах для дифференцированного внесения удобрений, оснащенных соответствующим оборудованием.

Предлагаемое устройство на операции отбора почвенных проб позволяет:

- существенно повысить производительность труда (в 5-8 раз в сравнении с ручным отбором проб);

- снизить трудоемкость операции;

- повысить качество и достоверность диагностики полей;

- повысить оперативность обследования и доведения результатов до потребителя;

- улучшить условия и культуру труда персонала, занятого на отборе проб почвы.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №675337, кл. G 01 N 1/04, 1977 г.

2. Авторское свидетельство СССР №990088, кл. G 01 N 1/04, 1983 г.

3. И.И.Артоболевский «Механизмы в современной технике», т.1, М., 1970 г.

4. И.И.Артоболевский «Механизмы в современной технике», т.2. М., 1970 г.

Изобретение относится к средствам механизации и автоматизации технологического процесса отбора почвенных проб в полевых условиях для их последующего анализа в лаборатории. Устройство для отбора почвенных проб включает транспортное средство с рамой, опорными колесами, рабочим местом оператора и прицепом к энергетическому средству, пробоотборник, выполненный в виде стержня с пазом на рабочей части и чистиком, силовой механизм перемещения пробоотборника и транспортеры приема и выгрузки почвенных проб в емкость на рабочем месте оператора. Опорное колесо снабжено жестко закрепленной на его ободе, на радиусе качения осью, на которой установлена с возможностью вращения платформа, связанная шарнирно с рамой посредством механизма транслятора, сообщающего ей поступательное перемещение при движении устройства. Платформа снабжена расположенными параллельно движению устройства направляющими, по которым ограничено перемещается подпружиненная каретка, несущая пробоотборник и силовой механизм его перемещения, выполненный в виде кривошипно-ползунного механизма с одним шарнирным ромбом. Ползун присоединен к гидроцилиндру с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно направляющим платформы, а консольный конец звена ромба шарнирно связан со стержнем пробоотборника. Устройство повышает производительность труда, снижает трудоемкость операции отбора проб, повышает достоверность диагностики почвы полей. 4 ил.

Устройство для отбора почвенных проб, включающее транспортное средство с рамой, опорными колесами, рабочим местом оператора и прицепом к энергетическому средству, пробоотборник, выполненный в виде стержня с пазом на рабочей части и чистиком, силовой механизм перемещения пробоотборника и транспортеры приема и выгрузки почвенных проб в емкость на рабочем месте оператора, отличающееся тем, что опорное колесо снабжено жестко закрепленной на его ободе на радиусе качения осью, на которой установлена с возможностью вращения платформа, связанная шарнирно с рамой посредством механизма транслятора, сообщающего ей поступательное перемещение при движении устройства, причем платформа снабжена расположенными параллельно движению устройства направляющими, по которым ограничено перемещается подпружиненная каретка, несущая пробоотборник и силовой механизм его перемещения, выполненный в виде кривошипно-ползунного механизма с одним шарнирным ромбом, при этом ползун присоединен к гидроцилиндру с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно направляющим платформы, а консольный конец звена ромба шарнирно связан со стержнем пробоотборника.