Способ определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях и профилограф для его осуществления
Владельцы патента RU 2560752:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии. Техническим результатом изобретения является упрощение способа и повышение точности определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях. Профилограф для определения наклона элементарной площадки в полевых условиях содержит раму с тремя опорами. По центру рамы расположена вертикально шарнирно-фиксируемая ось, снабженная подшипником качения, на котором установлено телескопическое плечо с закрепленными на конце вертикальной стойкой, в нижней части которой крепится поводок в виде параллелограмма, ролик и механизм считывания вертикального перемещения ролика. Механизм считывания состоит из датчика перемещения, жесткой ленты с продольной рамкой, направляющей, закрепленной на кронштейне, и датчиком перемещения. Информация с датчиков перемещения передается на компьютер через радиочастотную связь. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для изучения водной эрозии, и может быть использовано в почвоведении, мелиорации и гидрологии.
Известен способ определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях по средней линии измеренного профиля поверхности почвы при испытаниях почвообрабатывающих машин, например профилометром почвы ИП 250. Способ определения профиля реализуется следующим образом. По направляющим основания перемещается каретка с установленным на ней измерительным преобразователем. Ход каретки фиксируется шагом 50 мм, длина участка одного цикла измерений равна 1800 мм. Количество циклов - до 50 [1, с.19].
Недостатком известного способа является измерение профиля поверхности почвы только в одной продольно-вертикальной плоскости по ходу каретки за 1 цикл измерений, что не позволяет определить направление и действительный угол элементарной площадки.
Известен электронный угломер ADA AngleMeter, производимый компанией ADA Instruments, предназначенный для измерения углов. Угломер ADA AngleMeter имеет встроенный электронный датчик угла, показания с которого отображаются на встроенном жидкокристаллическом цифровом дисплее [2].
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности точно замерить средний уклон вследствие прямолинейности рейки и неопределенности ее положения относительно неровностей элементарной площадки.
Цель изобретения - упрощение способа и повышение точности определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях.
Цель достигается тем, что в способе определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях и профилограф для его осуществления, включающем определение профиля поверхности почвы с помощью профилографа, определяют профиль поверхности по окружности, ограничивающей элементарную площадку, строят развертку этого профиля и полиномиальную линию тренда четвертой степени под эту развертку, определяют величину верхней точки полинома, которая соответствует 180 градусам положения ролика относительно нулевой отметки, по которой можно теоретически или аналитически рассчитать средний уклон элементарной площадки в полевых условиях, а также применяют профилограф, содержащий раму с тремя опорами, по центру которой расположена ось, снабженная подшипником качения, на котором установлено телескопическое плечо с закрепленной перпендикулярно на конце стойкой, в нижней части которой крепится поводок в виде параллелограмма, ролик и механизм считывания вертикального перемещения ролика, состоящий из датчика перемещения, жесткой ленты с продольной рамкой, расположенной строго горизонтально для передачи только вертикального перемещения от ролика, направляющей закрепленной на кронштейне, причем информация о вертикальном перемещении ролика и угловом перемещении стойки с датчиков перемещения передается на компьютер через радиочастотную связь.
На фиг.1 приведена принципиальная схема устройства, на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - вид А, на фиг.4 и 5 - расположение устройства на склоне и результаты экспериментальных исследований в виде развертки.
Устройство состоит из рамы 1 с тремя опорами 2, по центру которой вертикально расположена шарнирно-фиксируемая ось 3, подшипника качения 4, телескопического плеча 5 с жестко закрепленной перпендикулярно на конце стойкой 6, поводка 7 в виде параллелограмма, ролика 8 и механизма считывания вертикального перемещения ролика, состоящего из датчика перемещения 9, жесткой ленты с продольной рамкой 10 и направляющей 11, закрепленной на кронштейне 12. На раме установлен уровень 13. Для определения угла поворота стойки 6 вокруг центра устройства применяется датчик перемещения 9, который закреплен на телескопическом плече 5 и скользит по поверхности диска 14, жестко закрепленного на оси 3.
Способ и устройство реализованы следующим образом.
Предварительно перед измерением рама 1 профилографа устанавливается опорами 2 на исследуемом участке, а с помощью уровня 13 находят вертикальное положение оси 3 и фиксируют его (Фиг.4). Выставляют вылет телескопического плеча 5 в зависимости от величины неровностей поверхности элементарной площадки поля, т.е. от вида обработки и типа почвы, например, после вспашки - вылет больше, обработка почвы под посев - вылет меньше и т.д. Таким образом, имеется возможность установить определенный радиус траектории движения ролика и получить необходимую базовую длину, которая должна быть такой, чтобы в ее пределах находилось около пятидесяти пересечений профиля со средней линией. Датчики перемещения 9 подключаются через радиочастотную связь с компьютером или ноутбуком и открывают записывающую программу.
Далее вращают телескопическое плечо 5 с постоянной скоростью. В этот момент ролик будет двигаться по окружности и копировать неровности участка. Параллелограммный механизм позволит передать только вертикальное перемещение ролика через считывающий механизм (см. фиг.3). С поверхности диска 14 также будет передаваться информация о пройденном расстоянии датчиком перемещения 9. Выполнив один оборот вокруг оси 3, проводят анализ полученной информации и строят график на компьютере (Фиг.5).
При условии сканирования абсолютно гладкой наклонной поверхности можно получить теоретические кривые по выражению (1), представленные на графике для наклона плоскости от 1 до 5 градусов, которые хорошо ложатся на полиномиальную линию тренда 4 степени.
Величину вертикального перемещения относительно угла поворота устройства для абсолютно гладкой наклонной поверхности согласно расчетной схемы (Фиг.6) определяют по формуле
где R - радиус окружности, описываемой роликом (вылет телескопического плеча), м; α - угол уклона элементарной площадки, град; γ - угол поворота от исходного положения телескопического плеча, град.
Таким образом, полученная экспериментальная линия строится в координатах h-γ (величина вертикального положения ролика - угол поворота телескопического плеча) в виде развертки, и выводится полиномиальная линия тренда 4 степени, а также ее уравнение. Подставляя в уравнение полиномы угол γ=180 градусов, получим максимальную высоту h положения ролика относительно горизонта, например для экспериментальной линии имеем h=0,175 м. Для определения действительного уклона элементарного участка получен график зависимости этого уклона от максимальной высоты h положения ролика относительно горизонта при γ=180 градусах. Применяя график на фиг.7, можем определить графически или аналитически по уравнению средний уклон элементарной площадки в полевых условиях для конкретного вылета телескопического плеча, например при h=0,175 м для вылета плеча в 1 метр получим α≈5 градусов.
Источники информации
1. Аннотированный сборник средств измерения и испытательного оборудования. - Новокубанск: ФГНУ «РосНИИТиМ», 2012. - 51 с.
2. www.adainstruments.com. - компания ADA Instruments. Угломеры и уровни.
1. Способ определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях, включающий измерение профиля поверхности с помощью профилографа, отличающийся тем, что с целью упрощения способа и повышения точности определения среднего уклона элементарной площадки определяют профиль поверхности профилографом по окружности, ограничивающей элементарную площадку, строят развертку этого профиля и полиномиальную линию тренда четвертой степени под эту развертку, определяют величину верхней точки полинома, которая условно соответствует 180 градусам положения ролика относительно нулевой отметки, по которой можно аналитически рассчитать средний уклон элементарной площадки в полевых условиях.
2. Профилограф для определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях, содержащий раму с тремя опорами, отличающийся тем, что с целью упрощения способа и повышения точности определения среднего уклона элементарной площадки в полевых условиях шарнирно-фиксируемая ось снабжена подшипником качения, на котором установлено телескопическое плечо с закрепленными перпендикулярно на конце стойкой, в нижней части которой крепится поводок в виде параллелограмма, ролик и механизм считывания вертикального перемещения ролика, состоящий из датчика перемещения, жесткой ленты с продольной рамкой, расположенной строго горизонтально для передачи только вертикального перемещения от ролика, направляющей, закрепленной на кронштейне, и датчиком перемещения, скользящим по поверхности диска, жестко закрепленного на шарнирно-фиксируемой оси, причем информация с датчиков перемещения передается на компьютер через радиочастотную связь.
