Устройство для регулирования водопроницаемости почвогрунтов

(51) 5 Е ЕНИЯ 2 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВ(71) Московская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева и Московскийгидромелиоративный институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯВОДОПРОНИЦАЕМОСТИ ПОЧВОГРУНТОВ(57) Изобретение относится к мелиорации всельском 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/1 ности штырями, оснащенными заостренными головками-наконечниками 20 с электродами 17 и 10, соединенными с источником электрического тока, Штыри 16 на опорной плите 13 установлены с возможностью вертикального перемещения, Перед работой устройства грунт увлажняется до полной полевой влагоемкости, после чего производится заглубление штырей 15 и 16 с 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 крепление к опорной плите и нажимной пяте; на фиг. 3 - один из штырей, установленных на опорной плите, разрез.Устройство для регулирования водо- проницаемости почвогрунтов включает в себя 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, соединенные 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 сельхозорудием, 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, котоэлектродами 17 и 18 в почву с помощью гидроцилиндров и обработка почвы электротоком с удельным напряжением 0,1-0,26 В/см. Злектроток пропускания по вертикали - анод на нижнем уровне, а катод - на верхнем уровне заглубления штырей 15 и 16 соответственно. Время воздействия электротоком устанавливается 5-30 с. 1 з.п, ф-лы, 3 ил, 1 табл. рые 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 5 выезда последнего на более сухое место.На брусе 11 и плите 13 с нижней стороны закреплены штыри 15 и 16 с электродами 17 и 18 соответственно, которые соединены с аккумулятором 19, подключенным к элект росистеме трактора. Применение электрообработки почвы с использованием подачи тока посредством электродов необходимо для обеспечения надежной и быстрой работы агрегата и облегчения тем самым обра ботки почвогрунта с целью повышения еговодопроницаемости.Для лучшего заглубления штырей 15 и16 и электродов 17 и 19 и для облегчения обработки почвы штыри 15 и 16 снабжены 20 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, поверх ности которых сопряжены со сферическойповерхностью 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 30 виде самозатачивающихся ножей, жесткосоединенных с поверхностями головок-наконечников 20. При этом ножи выполнены с криволинейными параболическими заостренными кромками 24, сопряженными с по верхностью конусов 22 и 23 (фиг.2).Для предотвращения прохожденияэлектротока от электродов 17 к электродам 18 через раму 1, брус 11 и плиту 13 штыри 15 и 16 изолированы. С этой целью в брусе 40 11 выполнены гнезда (фиг.2), снабженныеэлектроизоляционными оболочками 25, обрамляющими крепежные головки 26 штырей 15, а также боковые поверхности последних. Крепежные головки 26 штырей 45 15 закреплены на брусе опорной плиты 11 спомощью съемных фланцев 27 с жестко связанными с ними втулками 28. Фланцы 27 ивтулки 28 могут быть изготовлены из жестких материалов с малой электропроводностью.Для амортизации ударов и предотвращения поломок штырей 15 при большом ихзаглублении оболочка 25 головок штырейвыполнена из эластичного демпфирующегоматериала (резины, каучука, других эластиков), а сами штыри 15 помещены в отверстия, выполненные в опорной плите 13. Этонеобходимо для улучшения центрации штырей 15 и уменьшения изгибающих моментов,Для улучшения электроизоляции ипредотвращения заклиниваний штырей 15опорная плита 13 изолирована от штырей спомощью диэлектрических демпфирующихантифрикционных прокладок (втулок) 29, изготовленных из фторопласта или антифрикционных марок резины.Для увеличения глубины обработки почвогрунтов, а также для обеспечения возможности поочередного заглубления,например в плотные грунты, штыри 15, закрепленные на брусе пяты 11, выполнены ввиде гидроцилиндров фиг.2)каждый из которых состоит из поршня 30 со штоком 31 исилового цилиндра 32, В цилиндре 32 выполнен канал 33, сообщающий поршневуюполость гидроцилиндра с одним из выходовгидравлической системы трактора. С другимвыходом гидросистемы трактора соединенанадпоршневая полость цилиндра 32, . Корпусцилиндра 32 соединен с аккумулятором 19и внутренней стенкой контактирует с поршнем 30, передавая напряжение на электроды 17.С целью улучшения обработки почвогрунта током и исключения прохождения тока по поверхности почвы от электродов 18 кцилиндру 32, корпус последнего запрессован в антифрикционную диэлектрическуюоболочку 34, а на дне корпуса цилиндраустановлено электроизоляционное кольцо35. С этой же целью шток 31 гидроцилиндратакже запрессован в диэлектрическую оболочку 36. Для уменьшения контакта с почвой исилы трения диаметр шарового тела21 выполнен больше диаметра оболочки34.Для улучшения обработки почвогрунтовв штыри 16 с электродами 18 размещены наопорной плите 13 вокруг штырей 15,:,акрепленных на брусе, плиты 11. При этом каждый штырь 16 размещен в гнезде сдемпфирующей электроизоляцией 37 и запрессован в диэлектрическую обечайку 38(фиг.3), которая удерживается на нем с по-.мощью гайки 39. Для предотвращения повреждений почвенной микрофлоры и микрофауны электрическим током, а также для обеспеченияразных режимов электрической обработки5 почвогрунтов, штыри 16 закреплены в опорной плите 13 с воэможностью их вертикальной перестановки. Каждый штырь 16фиксируется с помощью фланца 40 с цилиндрической обечайкой 41, снабженной упор 10 ными винтами 42 и прокладкой 43. фланец40 может быть прикреплен к опорной плите13 жестко или с помощью винтов (или шпилек) 44,Головка-наконечник 20 и электроды 1815 штырей 16 выполнены так же, как у штырей15, закрепленных на брусе 11.Устройство для регулирования водопроницаемости грунтов работает следующимобразом.20 Перед началом обработки почвогрунтаэлектротоком его увлажняют до полнойвлагоемкости, после чего устройство настраивается на заданный режим: штыри 16выдвигаются относительно опорной плиты25 на необходимую величину и крепятся винтами 42. Нижнее положение рамы 1 фиксируется так, чтобы штыри 16 не касалисьповерхности почвы. С помощью винтов 12брус 11 со штырями 15 опускается так, что 30 бы последние слегка заглублялись в почву.Затем с помощью гидроцилиндров 6 и 7балки 9 с прикрепленным к ней брусом соштырями 15 опускаются. В дальнейшем заглубление штырей 15 можно увеличить, по 35 давая напор в надпоршневую полостьцилиндра 32, В результате электроды 17 устанавливаются на заданной глубине в грунте. Однако при этом ток не проходит, так какнет контакта электродов 18 с почвой,40 Для обработки почвогрунта током опорная плита 13 со штырями 16, которые снабжены электродами 18, с помощьюгидроцилиндров 14 опускается. В штыри 16электроды 18 "прокалывают" верхний отно 45 сительно сухой слой почвы и устанавливаются во влажном слое.Обработка почвогрунтов производитсяпостоянным током, электроды размещаютна двух уровнях по вертикали, устанавливая50 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 5-3055 с. При этом опорная плита 13, нажимая напочву, улучшает ее контакт с электродами 18и 17, в результате ток пойдет между ними попочве. Этому. способствует то, что штыри 15и 16 надежно изолированы друг от другавтулками 29 и 37, оболочками 25, 34, 36 и 38,прокладками 35, Обработка почвогрунтовтоком улучшается также за счет того, чтоэлектроды 18 располагаются симметричновокруг штырей 15 и выше установленных наних электродов 17, а также за счет того, чтоэлектроды 17 и 18 имеют форму плоскихножей, что увеличивает площадь их контакта с почвой, Протекание тока от цилиндра 32к электродам 17 осуществляется через поршень 30 и шток 32,Заглубление и выглубление штырей 15с электродами 17 и 18 облегчается вследствие того, что головки-наконечники 19 и 20имеют каплеобразную форму. Конусы 23 и22 уменьшают необходимую силу давлениядля заглубления и выглубления, а шаровоетело 21 имеет малую площадь контакта спочвогрунтом. Форма электродов 17 и 18позволяет беспрепятственно разрезатьслой почвогрунта по вертикали.Диаметры шаровых тел 21, головок-наконечников 19 и 20 больше максимальногоразмера штырей 15 и 16, позволяет резкоуменьшить контакт их антифрикционныхоболочек 34 и 38 с почвой, а также снизитьсилу трения, Все это облегчает заглублениеи выглубление штырей 15 и 16 и обработкупочвогрунтов током. После требуемой выдержки времени воздействия электротокана почву в течение 5-30 с подачу электротокапрекращают.Применение предлагаемого устройстваэффективно повышает водопроницаемостьпочвогрунтов, что видно из данных таблицы,где представлены 9 примеров примененияустройства.В примере 1 опыт проведен на легкомсуглинке. Подстилающая порода - песок(люберецкий). Слой почвы (легкий суглинок)составил 12 см, а подстилающей породы 80см. Монолит помещают в прибор Дарси иувлажняют до 100 фПВ. В почвогрунт заглубляют штырь, на конце которого закреплен анод, который размещают на нижнемуровне, т.е. на глубине 92 см, а катод - наповерхности почвы, После насыщения почвогрунта водой до 100 фППВ определяютводопроницаемость, т.е, расход воды изприбора Дарси в течение 5 мин. Электродыподключают к источнику постоянного токанапряжения 9 В, т.е. удельное напряжениесоставляет 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 обработкиувеличилась с 3,06 до 3,16, т,е. всего на3,3 .Пример 2 отличается от первого временем пропускания тока, в результате водо-.проницаемость увеличилась на 16 ф , в то время как при пропускании тока в течение30 с (пример 3, условия те же) увеличениеводопроницаемости достигло 44 ф. Данныепримера 4 (условия те же, что и в предыду 5 щих примерах) показывают, что при дальнейшем увеличении времени пропусканиятока (40 с) водопроницаемость больше неувеличивается, что позволяет сделать выводо том, что электроток следует пропускать в10 течение 5-30 с. В примере 5 пропускался токнапряжением 12 В (остальные условия теже, удельное сопротивление 0,13 В/см) втечение 20 с, при этом водопроницаемостьувеличилась на 8 . Пропускание того же15 тока в течение 30 с (пример 6) приводит кувеличению водопроницаемости на 74 ф .Увеличение напряжения до 24 В (пример 7,в котором остальные условия те же, что впримере 1) не дает эффекта; увеличение во 20 допроницаемости наблюдается всего на 8(в примере 1 - на 7 фпри напряжении 9 В).В примере 8 все операции осуществляюттак же, как в примере 6, но ток пропускаютв течение 20 с, Водопроницаемость повы 25 шается всего на 1,4 . Однако при этом отмечено, что водопроницаемость через 10-20мин 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,30 как и в примере 6, но верхний слой (12 см)был представлен тяжелым суглинком. Поддействием обработки почвогрунта током водопроницаемость увеличилась с 1,48мм/мин до 2,69 мм/мин, т,е. на 82 , При35 этом через 0,5 ч после обработки почвогрунта постоянным током водопроницаемостьпочвы была 3,03 мм/мин, т.е. больше на105 ф , чем до обработки,Примеры 1-9 показывают, что для увели 40 чения водопроницаемости почвогрунтов налегкой подстилающей породе удельное напряжение тока должно составлять 0,1-0,26в/см, а длительность обработки 5-30 с,Увеличение водопроницаемости по 45 чвогрунтов объясняется тем, что под действием тока происходит "расшатывание"кристаллической структуры глинистых минералов, а также частичное ослабление связи воды с этими минералами. Поэтому50 водопроницаемость постепенно уменьшается до исходного уровня. Сравнение результатов примеров 6 и 9 показывает, чтоособенно эффективен предлагаемый способна тяжелых, слабо- и влагопроницаемых по 55 чвах, которые подстилаются легкими породами, т,е. чем больше различия междуводпроницаемостью нижнего и верхнего горизонта, тем эффективнее краткосрочнаяобработка постоянным током малого напряжения,10 1733569 5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 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 почвогрунта 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 11 с 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 водо- проницаемости почвогрунтов, содержащее горизонтальную раму с параллельно установленными на ее концах вертикальными П-образными стойками с гидроцилиндрами, штоки которых связаны с полэунами, 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, о тл и ч а ю щ е е с я 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 ес 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 гидро- цилиндров, штоки и цилиндры которых запрессованы в диэлектрическую оболочку,12111733569Водопроницаемость почвогрунтов в зависимости от обработки их постоянным током низкого напряжения 414 1733569 13 РагЗ оставитель Г, Пара ехред Ь Мор гентал рректор Н, Ревска Редактор Э. Слига арина, 101 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Г аказ 1644 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5