Плотномер для определения твердости почвы Советский патент 1956 года по МПК G01N3/42 E02D1/00 G01L1/08 

В ОСНОВНОМ авт. св. № 96761 описано устройство и действие плотномера - прибора для определения твердости грзнта - с применением конусного наконечника и регистрирующего механизма, на который усилие расклинивания грунта передается при помощи тросика, а усилие трения конусного наконечника о грунт - при помощи спиральной пружины.

Недостатком конструкции плотномера по основиому авт. св. К 96761 является то, что он дает возможность определить лишь усилие трения конусного наконечника о почву, являющееся функцией усилия расклинивания и коэффициента трения почвы о металл.

Плотномер согласно дополнительному изобретению дает возможность раздельного определепия усилия расклинивания почвы и трения конусного наконечника о почву.

Плотномер имеет ту особенность, что, с целью расщирения функций плотномера, несущая наконечник штанга уравновешена одновременно против действия вертикального усилия расклинивания почвы наконечником н против момента трения почвы о наконечник двумя пру(ииами, каждая из которы.х кинематически соединена с отдельным пером регистрирующего устройства.

На фиг. 1 изображен плотномер в продольном разрезе; фиг. 2-4 поясняют вывод формул, применяемых при использовании плотномера.

Плотномер собран па щтативе /. в верхней части которого установлена втулка 2. В гайку 5 ее дна ввинчен ходовой винт 4 с продольной щпоночной канавкой, в которой скользит щпонка 5, закрепленная внутри конической щестерни б , сцепленной с ведущей конической щестерней 7, имеющей рукоятку 8. Ниже прикреплены плоские пружины 9 и 10, имеющие в работе небольщой прогиб, что повышает точность плотномера.

На корпус // прибора свободно надет барабан 12 с двумя катущками 13 для бумажной ленты и основание 14 с установленными на нем составляющими одно целое щестернями 15 и 16. Шестерня 15 находится в зацеплении .с шестерней 17 барабгна 12, а шесте) 16 с шестерней 18 корпуса //.

Внутрь трубчатого корпуса // иходит стержень 19, который, опираясь на шариковые опоры, может легко проворачиваться п перемегцяться ндоль оси корпуса.

На нилснюю часть стержня 19 ма| инчен конусный наконечник 20.

Дл5 онределення физнко-механи вскнх свойств почвы штатнв / ста15ИТСЯ на поверхность почвы, подлежащей исследованию. При вращении рукоятки 5 и конической шестерни о ходовой винт 4 также вращается If, ввинчиваясь в Я втулки 2, перемещается внгтз.

Вместе с впитом 4 совершает врап,ательное и одновременно иостзпагельиое движение трубчатый корпус // и стержень 19 с конусным наконечником 2в.

При погружении в ночву конусный 1(аконечник 20 преодолевает усилие расклинивания, направленное р.ертикально вверх, и момент трения скольжения иочвы о поверхность конусного наконечника.

Усилие Р, расклинивания уравновещивается пружиной 10, так как иерхний конец стержня 19 упирается л нее, сообщая ей изгиб, ироиорциочальиый действующему вертикальному усилию и рег1 стрируемый пером 21 на бумажной ленте, натянутой на р.нещней новерхностн барабана 12.

М-Омснт соиротивлення трения конуса о почву ири выбранных параметрах металлическ(;го конуса бз-дет функцией коэффициента трения иочр.ы о металл или прилиншей почвы но почве и усилия расклинивания. тот момент уравновешивается иружиной Я к концу которой прикрепен тросик 22, навитый на барабанчик стерн ня 19.

Величина момента снл трения бу1ет регистрнроваться на бумажной енте пером 23 коленчатого рычага 24, щарнирно соединенного с пружи -ЮЙ 10.

Поворот барабана 12 пропорционален глубине погружения конуса и осуществляется автоматически с омощью шестеренчатой передачи ак, что ири полном погружении коуса 20 барабан совершает 0,95 оборота отнсснтельно трубчатого корпуса 11.

Такн.м образом, на диаграммной раздельно регистрируется «ак усилие расклинивания, характеризующее механическую нрочность ске.чета почвы, так и величи1 а силы трения, в виде момента трсння поверхности конуса о почву, являюшегося (|эункцией коэффициента трения поч)зы о металл и нормального давления (также являющегося функцией уси.пня раск.линиваипя).

Регистрируемое в данном случае (а также всеми илотномерами типа плотномера В. П. Горячкина) усилие расклиниваиия Р (фиг. 2) является суммой чистого усилия раск.ппшвания Р, и 15ертикальной составляющей силы трения конуса о почву Т , так как

Р Я,,, + 7; : : 2/V sina + 2NI cosa, (1)

откуда чистое з силие расклинивания бздет равно:

/J .Р-- Г.

(2)

Значение силы трения Т определяется из выражения момента силы трения.

Момент силы трения, регистрируемый прибором, численно равен:

Ж,

f3)

i7ic: Т составляющая силы трения в нлоскости, перпендикулярной оси вращения: 1 - средний радизс конуса.

При выбранных параметрах конуса, передачи и щага ходового винта соотношение между окружной скоростью точек конуса и вертикальной поступательной скоростью графически изображается, как показано на фиг. 3.

Векторы вертикальной составляюндей силы трения Т, и составляющей силы трения Т а совпадают по линии действия соответственно векторов скоростей Vp и 1/,;, причем графическим иостроением определяется значение силы трения 7 (фиг. 4).

Для этого от полюса Р под углом я откладывают линию ZZ и, спроекгировав на нее силу Т, получают численное значение силы 7, (в масштабе построения). После этого представляется возможным определить по формуле (2) истинное значение усилия расклинивания. Коэффин.иент трения срунта о металл определяется из выражения: Т Т sin а M sifij. I; ., .V-PJ;Р Г,, COS СГ. Коэффициент трения грунта о грунт легко определить с помощью прибора, если заменить шлифованный наконечник 20 конусным наконечником с шероховатой поверхностью, подобной напильнику, так как в этом случае будет происходит}) трение прилипшего грунта о грунт. Численное значение коэффициента внутреннего трения грунта определится по формуле (4). Удельная сила трения скольжения грунта о металл определяется из выражения; Sffp cos а. где S - плоп;адь боковой поверхности конуса. На основании опытов найдена следующая важная теоретическая зависимость:1 -f / Ctg а |де: Л --удельное сопротивление плуга, культиватора и т. п.; /г/--переходный коэффициент, постоянный для данного типа орудпя и параметров конуса прибора. Отнс)П1ение -- дJtя значения коэффициентов трения грунта о металл от П,3 до 0,9 есть величина, почти постоянная для данного типа рабочих органов: для плуга, например ,5. Ki Эта зависимость иолностью подтверждается на практике. (.тедовательно, представляется возможным с помощью прибора определить, какое будет удельное сопротивление машины на данной исследуемой почве. Для определения почвенного коэффициента, характеризующего транспортирующую способность почвы при перекатывании колесного хода сельскохозяйственной машины, на стержне /5 закрепляется поводок 25 с колесом 26. При вращении рукоятки 8 иоводок 25 опинлет окружность около 300°. Усилие перекатывания Р„ колеса по данной почве .регистрируется на бумажной ленте в виде момента М и будет численно равно: 1де: R длина поводка 25. По величине почвенного коэффициента для данных почвенных условий расчетным путем определяется сопротивление перекатывания колесного хода. Предмет изобретения 1.Плотномер для определения твердости почвы по авт. св. № 96761 с применением враш,аюш,егося конусного наконечника и регистрирующего усилие трения наконечника о почву устройства, отличающийся тем. что, с целью расширения функций плотномера, несущая наконечник штанга уравновешена одновременно против действия вертикального уси.дия расклинивания почвы наконечником и против момента трения почвы о наконечник двумя пружинами, каждая из которых кинематически соединена с отдельным пером регистрирующего устройства. 2.Форма выполнения плотномера по п. 1, отличающаяся тем. что для повышения точности его работы уравновешивающие штангу пружины выполнены плоскими с малым прогибом, предотвращающими возникновение в регистрации усилий искажений, зависящих от скачкообразного характера скорости вращения наконечника.

Фиг. 1

2(х

Фиг. 2