УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЧВЫ Российский патент 2007 года по МПК G01N3/42 G01N33/24 

Изобретение относится к техническим средствам измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом.

Известно устройство для непрерывного определения твердости почвы (а.с. №397847 СССР, М. кл. G01N 33/24, опубл. 1970), содержащее шарнирный четырехзвенник, установленную на нем тензометрическую стойку, закрепленный на последней деформатор и защитный нож, установленный на стойке.

Недостатком известного устройства является низкая точность, высокая трудоемкость, сложность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами.

Известен прибор для непрерывного определения твердости почвы (а.с. №1201773 SU, М. кл. G01N 33/24, опубл. 30.12.85. Бюл. №48), содержащий шарнирный четырехзвенник, установленную на нем тензометрическую стойку, закрепленный на последней деформатор, защитный нож, установленный на стойке, копирующий каток, связанный с четырехзвенником, причем деформатор, имеющий предохранительный узел, выполнен в виде вертикального дополнительного ножа с трапецеидальным сечением в поперечно-вертикальной плоскости деформирования с большим основанием вверху, а защитный нож установлен перед деформатором с возможностью вертикального перемещения относительно стойки.

Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами.

Наиболее близким аналогом является устройство для непрерывного определения твердости почвы, обрабатываемой моторно-транспортным средством, содержащим двигатель (Z.Wang and K.W.Domier, "Prediction of drawbar performance based on soil properties for dual tires ", American Society of Agricultural Engineers, USA, 1988, pp.1-11).

Недостатком известного устройства является трудоемкость и сложность непрерывного определения твердости почвы.

Задача заявляемого технического решения - повышение оперативности, упрощение и снижение трудоемкости непрерывного определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспоргное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет упростить и значительно повысить оперативность и снизить трудоемкость определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом. По сравнению с базовым объектом - прибором для непрерывного определения твердости почвы трудоемкость снижается в 3-5 раз ввиду отсутствия необходимости установки тензозвеньев на находящиеся в эксплуатации почвообрабатывающие агрегаты.

Задача решается тем, что в прибор для непрерывного определения твердости почвы, содержащем тензозвено, дополнительно введены последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр. Причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи. Датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру.

Введение в указанной связи новых по сравнению с прототипом конструктивных блоков обеспечивает достижение нового технического результата - оперативного непрерывного определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом; снижения трудоемкости благодаря устранению необходимости установки тензозвеньев на каждый почвообрабатывающий агрегат. Получение оперативной информации о твердости слоя почвы позволяет обеспечить качественную обработку почвы, в особенности при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв, при которой требуется периодическая смена рабочих органов, а также локальное внесение мелиорантов и удобрений. Эта информация может быть использована также в системе автоматического управления рабочими процессами агрегата.

На чертеже изображено устройство, установленное в кабине моторно-транспортного средства. На чертеже обозначено: 1 - датчик давления наддува, 2 - функциональный преобразователь, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - определитель твердости почвы, 5 - индикатор, 6 - задатчик коэффициента связи, 7 - датчик частоты вращения коленчатого вала, 8 - тахометр. Причем датчик давления наддува 1, функциональный преобразователь 2 и аналого-цифровой преобразователь 3 соединены последовательно, выход аналого-цифрового преобразователя 3 соединен с первым входом определителя твердости почвы 4, выход которого соединен с индикатором 5, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи 6. Датчик частоты вращения коленчатого вала 7 подключен к тахометру 8.

Датчик давления наддува может содержать пьезоэлектрический чувствительный (первичный) измерительный преобразователь. В качестве функционального преобразователя 2 может быть применен типовой преобразователь заряда в напряжение. Аналого-цифровой преобразователь 3 выполнен по стандартной схеме. Определитель твердости почвы 4 является спецвычислителем и построен на элементах микропроцессорной техники. Индикатор 5 - цифровое световое табло. Задатчик коэффициента связи 6 представляет собой клавиатуру с декадой цифр и клавишами управления. В качестве датчика частоты вращения коленчатого вала 7 может быть использован индукционный датчик, устанавливаемый напротив зубчатого венца маховика двигателя. Тахометр 8 обеспечивает измерение и визуальную индикацию частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом, работает следующим образом.

Исследованиями установлено, что тяговое сопротивление R_a почвообрабатывающего агрегата линейно связано с твердостью почвы:

где F_k - сила перекатывания,

a и b - глубина вспашки и ширина захвата,

m - эмпирический коэффициент: m=0,014 при работе корпусов рабочих органов без залипания; m=0,030...0,032 при залипании корпусов рабочих органов почвой;

T_ср - средняя твердость почвы по глубине пахоты.

В свою очередь при одной и той же частоте вращения вала и при одной и той же рабочей передаче мощность двигателя прямо пропорциональна давлению наддува. Тогда из уравнения баланса мощностей получим:

где P_кр - давление наддува при рабочем ходе тягового средства;

P_кх - давление наддува при холостом ходе тягового средства;

β - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного тягового средства и определяемый при градуировке посредством тягового динамометра.

Из уравнений (1) и (2) получим:

где к_св - коэффициент связи: к_св=(β/abm}.

Предварительно для конкретного типа агрегата измеряют с помощью тахометра частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и устанавливают рабочую передачу. При холостом проходе агрегата измеряют с помощью манометра давление наддува и затем на той же передаче при той же частоте вращения коленчатого вала измеряют давление наддува при рабочем проходе агрегата. Одновременно с помощью тягового динамометра измеряют тяговое сопротивление. Определяют согласно (2) коэффициент пропорциональности β между тяговым сопротивлением и разницей давлений наддува турбокомпрессора двигателя. По результатам ряда измерений определяют среднее значение коэффициента β.

Затем при контрольном проходе данного агрегата на конкретном поле определяют степень залипания рабочих органов m. С помощью задатчика коэффициента связи 6 вводят в определитель твердости почвы 4 значение коэффициента связи к_св. Проводят основную обработку почвы на рабочей передаче. С помощью датчика частоты вращения коленчатого вала 7 и тахометра 8 контролируют частоту вращения, которая должна равняться той, при которой определен коэффициент β. Непрерывно измеряемое датчиком 1 давление наддува преобразовывается в функциональном преобразователе 2 в напряжение, которое в аналого-цифровом преобразователе 3 кодируется и поступает на первый вход определителя твердости почвы 4. Определитель твердости почвы 4 непрерывно вычисляет среднюю твердость почвы в соответствии с формулой (3), которая визуально отображается на цифровом табло индикатора 5.

Изобретение относится к области измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов. Устройство для непрерывного определения твердости почвы содержит моторно-транспортное средство с двигателем, форсированным газотурбонаддувом, последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи. Датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру. Изобретение позволяет повысить оперативность и снизить трудоемкость при определении твердости почвы. 1 ил.

Устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи, а датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру.