Zařízení pro granulometrickou separaci a stabilizaci půdních agregátů spirálovitým pohybem

Oblast techniky

Řešení se týká laboratorního zařízení sloužícího ke stabilizaci půdních agregátů během měření stability půdní struktury vykonávajícího během své činnosti spirálovitý pohyb.

Dosavadní stav techniky

Ke stanovení stability půdní struktury je ve světě používáno mnoho metod. Testy se odlišují velikostí vstupních agregátů, stabilizačními činidly, mechanizmy způsobujícími rozpad agregátů, ale i prezentací a průkazností výsledků. Toto sebou přináší i mnohé nevýhody a problémy při io kompatibilitě a porovnatelnosti naměřených údajů.

Z tohoto důvodu byl v roce 2009 zpracován a k oponování předložen návrh standardizované normy ISO/TC 190/SC 3/WG 12 (zatím se nejedná o zavedený mezinárodní standard), která je metodologicky totožná s metodou Le Bissonais (1996). Metoda slouží k objektivnímu ohodnocení stability půdní struktury a odolnosti půdy vůči vodní erozi a umožňuje jednotné metodologic15 ké postupy a interpretaci výsledků.

Metoda pracuje s agregáty o velikosti 3 až 5 mm, které jsou v průběhu testování vystaveny třem odlišným mechanizmům způsobujícím jejich rozpad. Vyhodnocení stability půdní struktury a zatřídění půdy podle náchylnosti k vodní erozi pak probíhá na podkladě sítové analýzy fragmentováných agregátů prováděné po každém z testů. Před sítovou analýzou je nutné fragmento2o váné agregáty granulometricky separovat a stabilizovat. Důvodem je zabránění dalšímu rozpadu nezpůsobenému samotným testem a zároveň vyloučení zpětné reagregace fřagmento váných částic, Čímž by došlo k nežádoucímu zkreslení výsledku. Dosavadní způsob měření je dosti pracný.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro granulometrickou separaci a stabilizaci půdních agregátů spirálovitým pohybem v etanolu, podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že na nosné tyči zařízení je umístěna hlavní mechanická jednotka opatřená ovládacím mechanizmem, který je osazen displejem a tlačítky na čele. Dále je mechanická jednotka opatřena aretačním kolečkem umožňujícím její pohyb po ozubené liště připevněné k nosné tyči, pod ovládacím mechanizmem je k hlavní mechanické jednotce připojena pohyblivá hřídel s upínacím mechanizmem pro uchycení síta, pod kterým je nádobka s etanolem, která jek základně zařízení ukotvena.

Zařízení podle technického řešení je dále charakterizováno tím, že upínací mechanizmus s pohyblivou hřídelí umožňuje v cyklech o délce trvání 1,8 s snesení uchyceného síta z horní polohy do polohy spodní a zpět o 45 mm a zároveň umožňuje během jednoho cyklu rotaci síta kolem své osy o 360°.

Zařízení podle technického řešení odstraňuje nepřesnosti a odchylky od dosavadní metodiky analýzy půdy způsobené ruční simulací spirálovitého pohybu, která je sice možná, avšak může být zatížena chybou způsobenou subjektivitou pracovníka pri separaci a stabilizaci fragmentovaných půdních agregátů. Zařízení podle technického řešení vychází z původního schématu, uve40 děném v návrhu ISO normy, avšak díky přepracované konstrukci především zlepšuje, urychluje a ulehčuje práci pri zpracovávání vzorků půdy a umožňuje srovnatelné podmínky pro všechny vykonané metodické postupy. Pri dodržení základních podmínek nutných pro srovnatelnost dat v rámci dané metody toto zařízení dále umožňuje automatické časování cyklů, svým řešením splňuje požadavky na bezpečnost a práci v laboratoři a možností zdvihu zavěšeného síta z nádobky do libovolné výše nad ní výrazně ulehčuje práci laborantovi a automatizuje tuto činnost.

-1 CZ 23441 Ul

Zařízení podle technického řešení se skládá z elektrického adaptéru, mechanické části pohybující se pomocí aretačního kolečka po nosné tyči, z ovládacího mechanizmu, který je složen z digitálního displeje a ovládacích tlačítek (volba počtů cyklů, tlačítko start a stop), upevňovacího mechanizmu, který slouží k upevnění síta a jeho stabilizaci pri měření, a nádobky plněné etanolem, do které je síto se vzorkem půdy během měření ponořeno. Celé zařízení podle technického řešení je ukotveno do základny, která zároveň vymezuje prostor pro umístění nádobky. Spirálovitý pohyb, kterým je dosaženo rovnoměrné rozvrstvení půdních agregátů na sítu a jejich granulometrická separace po dobu činnosti zařízení podle technického řešení, a který dále umožňuje stabilizaci jednotlivých agregátových frakcí, je definován zdvihem síta ponořeného v etanolu o 45 mm io (rozdíl mezi sítem - tkaninou s oky připevněné k obrubě síta - v horní a dolní poloze). Upínací mechanizmus sloužící k uchycení síta je upevněn na hřídeli, která umožňuje výše popsaný zdvih, během kterého dochází současně k otáčení celé hřídele, resp. síta tak, aby bylo síto za jeden cyklus sneseno z horní polohy do polohy dolní a zpět a zároveň došlo k otočení síta kolem osy hřídele o 360°. Jeden cyklus trvá 1,8 s a zařízení podle technického řešení je z výroby nastaveno na provedení 5ti cyklů. Cyklus, resp. síto, začíná a končí v horní poloze. Ke snesení uchyceného síta do nádobky s etanolem, stejně jako k jeho vynesení po skončení stabilizace, slouží aretační kolečko. Otáčením ozubeného aretačního kolečka zapadají jeho zoubky do zoubků na liště umístěné na zadní části nosné tyče a celým upínacím mechanizmem je díky tomu možné po tyči nezávisle pohybovat. Nastavení cyklů zařízení podle technického řešení a jeho ovládací prvky

2o jsou umístěny na jeho čele. Počty cyklů lze jednoduše zvyšovat a snižovat, jejich počet je indikován na displeji digitální číslicí.

Přehled obrázků na výkresech

Na přiloženém výkresu je na obr. 1 znázorněn nárys a bokorys, na obr. 2 jsou znázorněny v detailu 2 krajní polohy zařízení podle technického řešení.

Následující příklady provedení zařízení podle technického řešení pouze dokládají, ale nijak neomezují. Toto zařízení bylo s úspěchem ověřeno původci v praxi pri měření v laboratořích Výzkumného ústavu meliorací a ochrany půdy, v.v.i., Praha - Zbraslav, CZ.

Příklady provedení

Příklad 1

Zařízení podle technického řešení slouží k laboratorní granulometrické separaci a stabilizaci fragmentovaných agregátů v etanolu pri stanovení stability půdní struktury a odolnosti půdy vůči vodní erozi. Na nosné tyči 1 opatřené svislou ozubenou lištou 8 je umístěna hlavní mechanická jednotka 4 opatřená ovládacím mechanizmem 2, umožňující vytváření spirálovitého pohybu. V přední části této jednotky je umístěn ovládací mechanizmus 2, v jehož čele jsou umístěna tlačítka

B, C, D, E a zobrazovací displej A. Tlačítka D a E umožňují nastavení požadovaných počtů cyklů směrem nahoru a dolů, tlačítko B spouští činnost mechanické jednotky 4 a tlačítko C umožňuje kdykoliv přerušit chod zařízení podle technického řešení v poloze, ve které se právě nachází. Na hlavní mechanické jednotce 4 je umístěno aretační kolečko 5 opatřené zoubky. Ty zapadají do zoubků na ozubené liště 8 umístěné na nosné tyči 1, Otáčením aretačního kolečka 5 je umožněn zdvih a pokles hlavní mechanické jednotky 4. Během měření je na síto 7 přenesen vzorek půdních agregátů. Síto 7 je poté uchyceno do upínacího mechanizmu 6 (držáku), díky kterému je síto 7 stabilizováno v požadované poloze. Upínací mechanizmus 6 síta 7 je spojen s pohyblivou hřídelí F, která po aktivaci tlačítkem B vytváří spirálovitý pohyb současně se zdvihem definovaným oscilací o 45 mm. Po uchycení síta 7 do držáku 6 je hlavní mechanická jed45 notka 4 pomocí aretačního kolečka 5 spuštěna do nádobky 9 naplněné etanolem tak, aby bylo síto 7 v etanolu ponořeno. Nádobka 9 v základně 11 zapadá do zarážky 10, která nedovoluje pohyb nádobky 9 pri činnosti zařízení podle technického řešení.

-2CZ 23441 Ul

Díky vhodnějším fyzikálně chemickým vlastnostem vstupuje do testu jako stabilizační činidlo ethanol. Separace a stabilizace půdních agregátů probíhá na sítu 7 o průměru 100 mm s oky síťoviny o velikosti 50 pm. Poté, co jsou agregáty převedeny na síto 7, je síto 7 uchyceno do upínacího mechanizmu 6 spojeného s hřídelí F. Činnost hlavní mechanické jednotky 4 ve shodě s me5 todikou navrhované ISO normy umožňuje pohyb hřídele F a provádění spirálovitého pohybu s přesně definovanou výškou zdvihu a počtem cyklů.

Zařízení podle technického řešení bylo vyrobeno z ocelového plechu ošetřeného antikorozní barvou (část 4), nerezu (části 1, 6, 7) a chemicky odolného plastu (části 5, 9,10 a 1_1)- Celé zařízení je poháněno elektrickým proudem o napětí 220 V a frekvenci 50 MHz, přičemž do samotit) ného zařízení vstupuje napětí nízké, neboť z bezpečnostních důvodů dojde k jeho transformaci adaptérem na 12 V. Vstup napájení je proveden v zadní části hlavní mechanické jednotky 4. Zařízení podle technického řešení je sestaveno z 6 částí. Pohon zařízení umožňuje elektrický adaptér, hlavní mechanická jednotka 4 na nosné tyči 1 nese ovládací a regulační prvky (displej A a tlačítka B, C, D, E), přičemž nosná tyč Ije upevněna v robustní základně H- Hlavní mechanická jednotka 4 se pohybuje pomocí aretačního kolečka 5, jehož zoubky zapadají do ozubené lišty 8 umístěné na nosné tyči 1- Na odnímatelné síto 7 je před měřením přenesen vzorek půdních agregátů. Síto 7 je pak pomocí aretačního kolečka 5 spuštěno do nádobky 9 naplněné etanolem. Pomocí upínacího mechanizmu 6 připevněného na pohyblivé hřídeli F, je síto 7 upevněno k hlavní mechanické jednotce 4. Ta přenáší předem definovaný spirálovitý pohyb na pohyblivou hřídel F, která umožňuje zdvih a pokles síta 7 o 45 mm při současné rotaci síta 7 kolem své osy (spirálovitý pohyb). Během jednoho cyklu je síto 7 z horní polohy spuštěno do dolní a opět vyzdviženo do polohy původu při současném otočení síta 7 kolem své osy o 360°. Jeden cyklus trvá 1,8 s. Nádobka 9 je vyrobena z odolného plastu a proti pohybu je mechanicky stabilizována zarážkou IQ. Po této činnosti je hlavní mechanická jednotka 4 se sítem 7 vyzdvižena a síto 7 může být uvolněno k dalšímu měření.

Zařízení podle technického řešení má upínací mechanizmus 6 s pohyblivou hřídelí F, která umožňuje v cyklech o délce trvání 1,8 s snesení uchyceného síta 7 z horní polohy do polohy spodní a zpět o 45 mm a zároveň umožňuje během jednoho cyklu rotaci síta 7 kolem své osy o 360°.

Průmyslová využitelnost

Řešení se týká laboratorního zařízení pro granulometrickou separaci a stabilizaci půdních agregátů vytvářejícího spirálovitý pohyb sloužící ke granulometrické separaci a stabilizaci fragmentovaných agregátů v etanolu při stanovení stability půdní struktury a odolnosti půdy vůči vodní erozi. Využití zařízení je možné ve vědních oborech hydropedologii, pedologii, při hodnocení eroze půdy a kvality půdní struktury. Zařízení lze průmyslově vyrábět.