CC BY
84
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК 631.53.04
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЧВЫ НА РАЗНОЙ ГЛУБИНЕ
Ю.М. Жданов, зав. сектором, доктор сельскохозяйственных наук, лауреат Государственной премии СССР В.И. Петров, гл. н. с., академик РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, лауреат Государственной премии СССР С.А. Корпушов, зав. отделом
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Россельхозакадемии, г. Волгоград
В статье описывается новый способ и устройство для измерения твердости почвы на глубине ризосферы пасбищных трав и кустарниковых растений, описывается конструкция этого устройства и технология работы с ним.
Ключевые слова: способ, устройство, твердость почвы, ризосфера, травы и кустарниковые растения.
Твердость почвы является важной физической характеристикой, показывающей способность почвы сопротивляться различным нагрузкам и деформациям со стороны рабочих органов машин, а также быть агротехническим показателем для оценки возможности роста и развития в ней корневых систем растений.
Для определения твердости почвы существуют твердомеры различных типов: ударного действия, со статической нагрузкой, с принудительным вдавливанием в почву цилиндрического или конического наконечника. К ним относятся твердомеры: Горячкина, Качинского, Далина, Ревякина, ВИСХОМа, ВИМа и др. В сельском хозяйстве широко распространен твердомер системы Ревякина [1], имеющий основание, в отверстие которого вставлен шток с наконечником, вкрученным в резьбовое отверстие в торце штока. Верхний конец штока связан с цилиндрической пружиной, на которую опирается нажимная планка с рукоятками, имеющая возможность перемещения вдоль направляющих штанг. Твердомер снабжен пишущим механизмом, фиксирующим изменение длины пружины и перемещение штока. Определение твердости почвы осуществляется путем регистрации пишущим механизмом величины сжатия пружины под влиянием сопротивления, воспринимаемого наконечником при вдавливании его в почву. Однако все указанные твердомеры имеют малый диапазон глубины измерений (0-30 см), ограниченный величиной максимального перемещения нажимной планки с рукоятками вдоль направляющих штанг.
Между тем, при разработке технологий обработки почвы при выращивании пастбищных культур (трав, кустарников и полукустарников) возникает необходимость определения твердости почвы корнеобитаемого слоя (ризосферы) этих растений, т.к. этот показатель (в числе прочих) характеризует условия их обитания. В этом случае применяется метод послойного определения твердости почвы, путем трудоемкой подготовки на соответствующих глубинах рабочих площадок для снятия показателей твердости почвы известными твердомерами, в ризосфере большинства травянистых растений (1,0-1,2 м) необходимо подготовить 3 таких площадок.
С целью снижения трудоемкости при послойном определении твердости почвы ризосферы растений, во ВНИАЛМИ разработан способ и устройство [2] для измерения твердости почвы на различной глубине.
Фиг 1
Рисунок 1 - Общий вид устройства для измерения твердости почвы
Устройство (рис. 1) состоит из рабочего штока 1, вставленного в отверстие основания 2 с закрепленным на нем направляющими штангами 3, наконечника 4 с резьбовым хвостовиком. Верхний конец рабочего штока 1 связан с цилиндрической пружиной 5, на которую опирается нажимная планка 6 с рукоятками, имеющая возможность перемещения вдоль направляющих штанг 3. Устройство снабжено пишущим механизмом (не показан). Переходная муфта 7, вкрученная резьбовым хвостовиком в нижний свободный конец рабочего штока 1, имеет соосное с ним глухое цилиндрическое отверстие.
К основанию 2 прикреплена опорная рамка 8 с помощью винтов 9, вкрученных в резьбовые отверстия направляющих штанг 3. В подошве опорной рамки выполнено отверстие, соосное и равное диаметру отверстия в основании 2. Устройство снабжено нажимным штоком 10 с резьбовыми отверстиями в торцах, соответствующими размеру хвостовика наконечника 4, и промежуточными штоками 11, имеющими с одной стороны резьбовое отверстие, а с другой - резьбовой хвостовик, соответствующие диаметру и глубине отверстий в нажимном штоке. Наружный диаметр нажимного и промежуточных штоков соответствует диаметру отверстий подошвы опорной рамки, основания и промежуточной муфты.
Высота опорной рамки 8 (размер А) соответствует размеру полного хода рабочего штока 1, увеличенному на длину переходной муфты 7 (размер Б). Длина нажимного и промежуточного (без учета длины резьбового хвостовика) штоков также равна величине полного хода рабочего штока с прибавлением размера В глубины отверстия переходной муфты.
а) б)
Рисунок 2 - Устройство: а) на начальном этапе определения твердости почвы;
б) на промежуточном этапе
Определение твердости почвы с помощью предлагаемого устройства производится послойно в несколько этапов. На первом этапе в отверстие подошвы опорной рамки 8 заводят нажимной шток 10 с вкрученным наконечником 4 и вставляют свободный конец в отверстие переходной муфты 7, находящейся вместе с рабочим штоком 1 в верхнем положении (рис. 2а).
После этого устройство устанавливают вертикально подошвой опорной рамки на поверхность почвы. Нажимая на рукоятки, вдавливают нажимной шток с наконечником в почву.
При этом пишущий механизм фиксирует величину сжатия пружины в зависимости от сопротивления, оказываемого почвой. После погружения нажимного штока на величину перемещения рукояток устройство поднимают и в резьбовое отверстие выступающей над поверхностью почвы части нажимного штока 10 вкручивают промежуточный шток 11, свободный конец которого вставляют в отверстия подошвы опорной рамки 8 и переходной муфты 7, поднятой в верхнее положение (рис. 2б).
Нажимая на рукоятки, погружают наконечник 4 на глубину следующего слоя. После этого цикл повторяется. Количество присоединяемых промежуточных штоков определяется задаваемой максимальной глубиной измерения. Фиксируемые на бумажной полосе пишущего механизма линии маркируют соответственно номерам слоев. После завершения измерений соединенную систему промежуточных и нажимного штока с наконечником извлекают из полученной скважины с помощью специальной рукоятки,
вкручиваемой в резьбовое отверстие верхнего промежуточного штока. С целью получения статистически достоверных данных, проводят повторные замеры. Показатели твердости определяют после совмещения диаграмм повторностей по слоям измерений.
Предлагаемое устройство изготовлено и применяется при проведении полевых исследований различных технологий выращивания лесопастбищных защитных насаждений и испытании машин.
Так, например, при проведении лесомелиоративных работ на бугристых песках с использованием лесопосадочной машины МЛБ-1 с глубиной заделки корневых систем на 70...80 см, на определение твердости почвы широко известным твердомером Ревя-кина, на глубину ризосферы растений (120 см), затрачивается 40.50 мин., т. к. он способен производить замер твердости почвы только на глубину 25.30 см (при этом необходимо послойное копание шурфов, соответственно, на глубину 30, 60 и 90 см). На замер твердости почвы (в пределах 0,1.0,8 МПа) на ту же глубину с использованием предлагаемого способа и устройства затрачивается максимум 3.5 мин., т. е. в 10 раз быстрее и с несравненно меньшими затратами труда.
Библиографический список
1. Сабликов, М.В. Сельскохозяйственные машины. Ч.2. Основы теории и технологического расчета [Текст]: учеб. пособие / М.В. Сабликов. - М.: «Колос», 1968. - 296 с.
2. Устройство для измерения твердости почвы: пат. РФ на полезную модель, №106746, МПК G01N 3/00 / Корпушов С. А., Петров В. И., Жданов Ю. М.; заявитель и патентообладатель ВНИАЛМИ. - №2010151074/15; заявл. 13.12.2010; опубл. 20.07.2011. Бюл. № 20.
E-mail: vnialmi@avtlg.ru
