Устройство для регулирования водопроницаемости почвогрунтов Советский патент 1992 года по МПК E02D7/20 A01G25/00 

Изобретение относится к мелиорации в сельском хозяйстве и может быть использовано для увеличения водопроницаемости почвогрунтов при их осушении и рассолении.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - конструкция заглубляемых в почву штырей с наконечниками и их креп- ление к опорной плите и нажимной пяте; на фиг. 3 - один из штырей, установленных на опорной плите, разрез.

Устройство для регулирования водопроницаемости почвогрунтов включает все- бя раму 1, навешиваемую на гидравлическую навеску трактора (фиг.1). Рама 1 размещена горизонтально, на ней перпендикулярно жестко зафиксированы П- образные вертикальные стойки 2 и 3, соеди- ненные брусом 4. Рама 1 и брус 4 снабжены кронштейнами 5 для навески на гидросистему трактора. Указанная конструкция расположения рамы 1 и П-образных стоек необходима для повышения прочности и жесткости и обеспечения более глубокой обработки грунта, а также для увеличения площади захвата обработкой почвы сельхо- зорудием, а также для упрощения последнего.

К горизонтальным верхним элементам П-образных стоек 2 и 3 с помощью параллельно соединенных гидроцилиндров 6 и 7 прикреплены ползунковые горизонтальные балки-ползунки 8 и 9, которые установлены со свободой вертикального перемещения и снабжены направляющими пластинами 10.

К ползунам 8 и 9 прикреплена нажимная пята 11 (фиг. 1 и 2), выполненная в виде плоского бруса, прикрепленного к ползунам 8 и 9, с винтами 12 для регулирования глубины обработки почвогрунтов.

Под рамой 1 с возможностью вертикального перемещения расположена опорная плита 13, снабженная параллельно соединенными гидроцилиндрами 14, которые связаны и прикреплены к раме 1 или П-образным стойкам 2 и 3. Такое крепление опорной рамы необходимо для предотвращения пробуксовки трактора и для быстрого выезда последнего на более сухое место.

На брусе 11 и плите 13 с нижней стороны закреплены штыри 15 и 16 с электродами

17и 18 соответственно, которые соединены с аккумулятором 19, подключенным к электросистеме трактора. Применение электрообработки почвы с использованием подачи тока посредством электродов необходимо для обеспечения надежной и быстрой работы агрегата и облегчения тем самым обработки почвогрунта с целью повышения его водопроницаемости.

Для лучшего заглубления штырей 15 и 16 и электродов 17 и 19 и для облегчения обработки почвы штыри 15 и 16 снабжены головками-наконечниками 20 (фиг. 1 и 3), которые выполнены каплеобразной формы. При этом головка-наконечник 20 включает в себя шаровое тело 21, на котором сверху и снизу установлены конусы 22 и 23, поверхности которых сопряжены со сферической поверхностью тела 21. С этой же целью, а также для увеличения контакта с почвой, электроды 17 и 18, выступающие за сферическую поверхность тела 21, выполнены в виде самозатачивающихся ножей, жестко соединенных с поверхностями головок-наконечников 20. При этом ножи выполнены с криволинейными параболическими заостренными кромками 24, сопряженными с поверхностью конусов 22 и 23 (фиг.2).

Для предотвращения прохождения электротока от электродов 17 к электродам

18через раму 1, брус 11 и плиту 13 штыри 15 и 16 изолированы. С этой целью в брусе 11 выполнены гнезда (фиг.2), снабженные электроизоляционными оболочками 25, обрамляющими крепежные головки 26 штырей 15, а также боковые поверхности последних. Крепежные головки 26 штырей 15 закреплены на брусе опорной плиты 11 с помощью съемных фланцев 27 с жестко связанными с ними втулками 28. Фланцы 27 и втулки 28 могут быть изготовлены из жестких материалов с малой электропроводностью.

Для амортизации ударов и предотвращения поломок штырей 15 при большом их заглублении оболочка 25 головок штырей выполнена из эластичного демпфирующего материала (резины, каучука, других эластиков), а сами штыри 15 помещены в отверстия, выполненные в опорной плите 13. Это необходимо для улучшения центрации штырей 15 и уменьшения изгибающих моментов.

Для улучшения электроизоляции и предотвращения заклиниваний штырей 15 опорная плита 13 изолирована от штырей с помощью диэлектрических демпфирующих антифрикционных прокладок (втулок) 29, изготовленных из фторопласта или антифрикционных марок резины.

Для увеличения глубины обработки по- чвогрунтов, а также для обеспечения возможности поочередного заглубления, например в плотные грунты, штыри 15, закрепленные на брусе пяты 11, выполнены в виде гидроцилиндров (фиг.2), каждый из которых состоит из поршня 30 со штоком 31 и силового цилиндра 32. В цилиндре 32 выполнен канал 33, сообщающий поршневую полость гидроцилиндра с одним из выходов гидравлической системы трактора. С другим выходом гидросистемы трактора соединена надпоршневая полость цилиндра 32. Корпус цилиндра 32 соединен с аккумулятором 19 и внутренней стенкой контактирует с поршнем 30, передавая напряжение на электроды 17.

С целью улучшения обработки почвог- рунта током и исключения прохождения тока по поверхности почвы от электродов 18 к цилиндру 32, корпус последнего запрессован в антифрикционную диэлектрическую оболочку 34, а на дне корпуса цилиндра установлено электроизоляционное кольцо 35. С этой же целью шток 31 гидроцилиндра также запрессован в диэлектрическую оболочку 36. Для уменьшения контакта с почвой и силы трения диаметр шарового тела 21 выполнен больше диаметра оболочки 34.

Для улучшения обработки почвогрунтов в штыри 16 с электродами 18 размещены на опорной плите 13 вокруг штырей 15, сакреп- ленных на брусе, плиты 11. При этом каждый штырь 16 размещен в гнезде с демпфирующей электроизоляцией 37 и запрессован в диэлектрическую обечайку 38 (фиг.З), которая удерживается на нем с помощью гайки 39.

Для предотвращения повреждений почвенной микрофлоры и микрофауны электрическим током, а также для обеспечения разных режимов электрической обработки

почвогрунтов, штыри 16 закреплены в опорной плите 13с возможностью их вертикальной перестановки. Каждый штырь 16 фиксируется с помощью фланца 40 с цилиндрической обечайкой 41, снабженной упор0 ными винтами 42 и прокладкой 43. Фланец 40 может быть прикреплен к опорной плите 13 жестко или с помощью винтов (или шпилек) 44.

Головка-наконечник 20 и электроды 18

5 штырей 16 выполнены также, как у штырей 15, закрепленных на брусе 11.

Устройство для регулирования водопроницаемости грунтов работает следующим образом.

0 Перед началом обработки почвогрунта электротоком его увлажняют до полной влагоемкости, после чего устройство настраивается на заданный режим: штыри 16 выдвигаются относительно опорной плиты

5 на необходимую величину и крепятся винтами 42. Нижнее положение рамы 1 фиксируется так, чтобы штыри 16 не касались поверхности почвы. С помощью винтов 12 брус 11 со штырями 15 опускается так, что0 бы последние слегка заглублялись в почву. Затем с помощью гидроцилиндров 6 и 7 балки 9 с прикрепленным к ней брусом со штырями 15 опускаются. В дальнейшем заглубление штырей 15 можно увеличить, по5 давая напор в надпоршневую полость цилиндра 32. В результате электроды 17 устанавливаются на заданной глубине в грунте. Однако при этом ток не проходит, так как нет контакта электродов 18с почвой.

0 Для обработки почвогрунта током опорная плита 13 со штырями 16, которые снабжены электродами 18, с помощью гидроцилиндров 14 опускается. В штыри 16 электроды 18 прокалывают верхний отно5 сительно сухой слой почвы и устанавливаются во влажном слое.

Обработка почвогрунтов производится постоянным током, электроды размещают на двух уровнях по вертикали, устанавливая

0 анод на нижнем уровне, а катод на верхнем, при этом применяют ток с удельным напряжением 0,1-0,26 В/см, пропуская его по вертикали.

Электроток пропускают в течение 5-30

5 с. При этом опорная плита 13, нажимая на почву, улучшает ее контакт с электродами 18 и 17, в результате ток пойдет между ними по почве. Этому способствует то, что штыри 15 и 16 надежно изолированы друг от друга втулками 29 и 37, оболочками 25,34,36 и 38,

прокладками 35. Обработка почвогрунтов током улучшается также за счет того, что электроды 18 располагаются симметрично вокруг штырей 15 и выше установленных на них электродов 17, а также за счет того, что электроды 17 и 18 имеют форму плоских ножей, что увеличивает площадь их контакта с почвой. Протекание тока от цилиндра 32 к электродам 17 осуществляется через поршень 30 и шток 32.

Заглубление и выглубление штырей 15 с электродами 17 и 18 облегчается вследствие того, что головки-наконечники 19 и 20 имеют каплеобразную форму. Конусы 23 и 22 уменьшают необходимую силу давления для заглубления и выглубления, а шаровое тело 21 имеет малую площадь контакта с почвогрунтом. Форма электродов 17 и 18 позволяет беспрепятственно разрезать слой почвогрунта по вертикали.

Диаметры шаровых тел 21, головок-наконечников 19 и 20 больше максимального размера штырей 15 и 16, позволяет резко уменьшить контакт их антифрикционных оболочек 34 и 38 с почвой, а также снизить силу трения. Все это облегчает заглубление и выглубление штырей 15 и 16 и обработку почвогрунтов током. После требуемой выдержки времени воздействия электротока на почву в течение 5-30 с подачу электротока прекращают.

Применение предлагаемого устройства эффективно повышает водопроницаемость почвогрунтов, что видно из данных таблицы, где представлены 9 примеров применения устройства.

В примере 1 опыт проведен на легком суглинке. Подстилающая порода - песок (люберецкий). Слой почвы (легкий суглинок) составил 12 см, а подстилающей породы 80 см. Монолит помещают в прибор Дарси и увлажняют до 100% ПВ. В почвогрунт заглубляют штырь, на конце которого закреплен анод, который размещают на нижнем уровне, т.е. на глубине 92 см, а катод - на поверхности почвы. После насыщения почвогрунта водой до 100% ППВ определяют водопроницаемость, т.е. расход воды из прибора Дарси в течение 5 мин. Электроды подключают к источнику постоянного тока напряжения 9 В, т.е. удельное напряжение составляет при этом 0,1 В/см. Ток пропускали в течение 5 с, затем через 3,5 ч определяли расход воды, т.е. водопроницаемость, которая в результате указанной обработки увеличилась с 3,06 до 3,16, т.е. всего на 3,3%.

Пример 2 отличается от первого временем пропускания тока, в результате водопроницаемость увеличилась на 16%, в то

время как при пропускании тока в течение 30 с (пример 3, условия те же) увеличение водопроницаемости достигло 44%. Данные примера 4 (условия те же, что и в предыдущих примерах) показывают, что при дальнейшем увеличении времени пропускания тока (40 с) водопроницаемость больше не увеличивается, что позволяет сделать вывод о том, что электроток следует пропускать в

0 течение 5-30 с. В примереб пропускался ток напряжением 12 В (остальные условия те же, удельное сопротивление 0,13 В/см) в течение 20 с, при этом водопроницаемость увеличилась на 8%. Пропускание того же

5 тока в течение 30 с (пример 6) приводит к увеличению водопроницаемости на 74%. Увеличение напряжения до 24 В (пример 7, в котором остальные условия те же, что в примере 1) не дает эффекта: увеличение во0 допроницаемости наблюдается всего на 8% (в примере 1 - на 7% при напряжении 9 В). В примере 8 все операции осуществляют так же, как в примере 6, но ток пропускают в течение 20 с. Водопроницаемость повы5 шается всего на 1,4%. Однако при этом отмечено, что водопроницаемость через 10-20 мин после обработки увеличилась на 7%, через 3,5 ч - на 1,4%, через 4,5 ч - на 0,9%. В примере 9 опыты проведены так же,

0 как и в примере 6, но верхний слой (12 см) был представлен тяжелым суглинком. Под действием обработки почвогрунта током водопроницаемость увеличилась с 1,48 мм/мин до 2,69 мм/мин, т.е. на 82%. При

5 этом через 0,5 ч после обработки почвогрунта постоянным током водопроницаемость почвы была 3,03 мм/мин, т.е. больше на 105%, чем до обработки.

Примеры 1-9 показывают, что для увели0 чения водопроницаемости почвогрунтов на легкой подстилающей породе удельное напряжение тока должно составлять 0,1-0,26 в/см, а длительность обработки 5-30 с. Увеличение водопроницаемости по5 чвогрунтов объясняется тем, что под действием тока происходит расшатывание кристаллической структуры глинистых минералов, а также частичное ослабление связи воды с этими минералами. Поэтому

0 водопроницаемость постепенно уменьшается до исходного уровня. Сравнение результатов примеров 6 и 9 показывает, что особенно эффективен предлагаемый способ на тяжелых, слабо- и влагопроницаемых по5 чвах, которые подстилаются легкими породами, т.е. чем больше различия между водпроницаемостью нижнего и верхнего горизонта, тем эффективнее краткосрочная обработка постоянным током малого напряжения.

Предварительное увлажнение обеспечивает уменьшение усилий на заглубление и выглубление электродов, предотвращает их механическое повреждение и улучшает их контакт с почвогрунтами. Кроме того, увлажнение повышает электропроводность грунта, что обеспечивает возможность снижения напряжения тока.

Прекращение обработки почвы током происходит в обратном порядке, т.е. поднимается плита 13 со штырями 16 и электродами 18, затем поднимается рама 1 и брус 11. После окончательно выглубляется шток 31, для чего напор подается под поршень 30 по каналу 33. После этого агрегат переезжает на другую позицию, и операции повторяются.

Изложенная технология обработки по- чвогрунта током в данном сопровождается также и поделкой скважин, у которых стенки снабжены вертикальными щелями, что резко улучшает отдачу воды почвой и грунтом в скважину, по которой она стекает в водопроницаемые слои. При этом заглубление штырей 15 и 16 в почву облегчается и вследствие наличия демпфирующих оболочек 25 и втулок 29 и 37, которые уменьшают опасность заклинивания и которые в совокупности с обтекаемой формой головок-наконечников 19 и 20 позволяют соскакивать с небольших камней, отодвигая последние в сторону.

Если обрабатываются очень плотные почвогрунты, то основные штыри 15 заглубляются поочередно. В этом случае заглубление штырей 15 начинается с поочередной подачи напора в надпоршневые пространства цилиндров 32. В результате штоки 31 с электродами 17 заглубляются поочередно. После этого напор из цилиндров 32 убирается, и они все одновременно опускаются за счет нажатия вниз бруса плиты 11с помощью цилиндров 6 и 7. В результате цилиндры 32 опустятся в полости, образованные в почве головками-наконечниками 19. После этого все штоки 31 поочередно снова заглубляются в грунт. При этом даже на очень плотных грунтах обеспечивается максимальная глубина скважин.

Предлагаемое устройство облегчает обработку почвогрунтов, улучшает их водопроницаемость и позволяет с максимальным эффектом увеличить водо- проницаемость почвы.

Формула изобретения

1.Устройство для регулирования водопроницаемости почвогрунтов, содержащее горизонтальную раму с параллельно установленными на ее концах вертикальными П-образными стойками с гидроцилиндрами, штоки которых связаны с ползунами, установленными с возможностью вертикального перемещения вдоль П-образных стоек и

соединенными с плоской горизонтальной пятой, размещенной над рамой и оснащенной металлическими штырями для заглубления в почву, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, устройство

снабжено горизонтальной опорной плитой, установленной под рамой, гидроцилиндрами для вертикального перемещения плиты относительно рамы, и дополнительными штырями, установленными на опорной плите с возможностью заглубления их в почву, причем на концах всех штырей установлены наконечники с электродами для подачи на них электрического тока, каждый из наконечников выполнен в виде шарообразного

тела, поверхность которого сопряжена с поверхностями установленных на нем верхнего и нижнего конусов, а электроды выполнены в виде параболических плоских ножей, закрепленных на шарообразной поверхности, при этом штыри изолированы диэлектрическими прокладками от пяты и от опорной плиты и закреплены на последних с помощью гнезд с электроизоляционными демпфирующими прокладками на их внутренних поверхностях.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что дополнительные штыри на опорной плите размещены вокруг штырей опорной плиты и установлены в демпфирующих

антифрикционных втулках, запрессованных в отверстиях опорной плиты, а штыри горизонтальной пяты выполнены в виде гидроцилиндров, штоки и цилиндры которых запрессованы в диэлектрическую оболочку.

Водопроницаемость почвогрунтов в зависимости от обработки их постоянным током низкого напряжения

Изобретение относится к мелиорации в сельском хозяйстве и может быть использовано для увеличения водопроницаемости почвогрунтов при осушении и рассолении. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства. Устройство для регулирования водопроницаемости почвогрунтов содержит горизонтальную раму 1, к которой прикреплены вертикальные П-образные стойки 3 с гидроцилиндрами 7, на которых с возможностью вертикального перемещения установлены ползуны 9, кинематически связанные с нажимной запрессованной пятой 11. Под рамой 1 с возможностью вертикального перемещения с помощью гидроцилиндров 14 закреплена горизонтальная опорная плита 13. Нажимная пята 11 и плита 13 снабжены на нижней поверх

17

HZ

20

39 itf ft MM

25