CZ26124U1 - Přenosné zařízení pro měření půdního odporu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká přenosného zařízení pro měření půdního odporu, využitelného v zemědělství nebo ve stavebnictví.

Dosavadní stav techniky

Jedním z nej závažnějších dopadů intenzifikace rostlinné výroby je zhoršování půdních vlastností v důsledku zhutňování půd, ke kterému dochází užíváním stále větší a těžší zemědělské techniky a neustálou intenzifikací obdělávání. Zhutňování půd je provázeno snižováním výnosů, zvyšováním spotřeby pohonných hmot pro obdělávací stroje a chemikálií. Přitom se často jedná o potenciálně vysoce výnosné půdy. Aby mohla být provedena účinná opatření k zlepšení půdních parametrů, je třeba znát aktuální stav pozemku. K tomu slouží různá zařízení pro měření penetračního půdního odporu, jejichž účelem je zjistit stupeň zhutnění půdy.

V současné době se pro měření penetračního odporu používají zařízení, jejichž hlavní nevýhodou je omezený rozsah měřících hloubek, složitá kalibrace, v jejímž důsledku dochází k nepřesnostem ve výsledcích měření a složitá konstrukce zařízení.

Z dokumentu CZ 249872 je známé zařízení pro měření odporu penetrace, kde se penetraění odpor měří přes ozubená kola potenciometru zabírající s ozubeným hřebenem posuvné penetraění tyče. Zařízení lze použít jen pro ruční měření. Díky soustavě ozubených kol a hřebenu je zasouvání tyče do půdy silově náročné, a zařízení pracuje s poměrně velkou nepřesností.

Dokument CZ 1989-3189 popisuje zařízení na měření penetračního odporu, kde pohybový člen je hydromotor, jehož pístnice tvoří měřicí penetraění tyč. K hydromotoru je připevněn tenzometr, který snímá sílu, kterou měřicí tyč proniká do půdy. Hydromotor, měřicí tyč a tenzometr jsou uloženy v trubkovém krytu, uzavřeném na homí a spodní straně přírubami. Díky tomu je složité hydromotor, tenzometr a měřicí tyč vyjmout v případě nutnosti opravy. Zařízení vyžaduje zdroj energie, vyznačuje se značnou hmotností a omezenou mobilitou.

Z dokumentu CZ 1991-3742 je známé zařízení pro měření penetračního odporu půd, kde sondovací tyč je do půdy tlačena tlakem vyvinutým pyrotechnickým plynovým generátorem. Sondovací tyč je uložena ve vypouštěcí trubici opatřené cívkami po svém obvodu. Sondovací tyč je opatřena magnetem. Pohyb sondovací tyče se sleduje podle průchodu magnetu mezi cívkami. Předem naprogramovaným počítačem se počítá výsledné zrychlení pohybu tyče, které představuje výslednici zrychlení vytvořeného tlakem plynu na sondovací tyč a negativního zrychlení vyvíjeného odporem půdy proti průniku sondovací tyče. Nevýhoda pyrotechnického generátoru spočívá v tom, že jej musí obsluhovat proškolená osoba, a ani tak není zcela eliminována možnost zranění při manipulaci s pyropatronami.

Všechna výše popsaná zařízení vykazují jednak nízkou denní výkonnost naměřených hodnot resp. proměřených ploch. Jejich další nevýhodou je nemožnost zajištění relevantních podmínek při měření (konstantní tlak vpichu při vlastním měření) a dále neumožňují při měření půdního odporu současné měření odporu a půdní vlhkosti podle jednotlivých BPEJ (bonitovaná půdně ekologická jednotka). Půdní vlhkost přitom velmi výrazně ovlivňuje odpor půdy proti vnikání sondovací či penetraění tyče. Hodnoty naměřeného půdního odporu u suché půdy jsou mnohem vyšší než u mokré půdy v téže lokalitě, např. po déle trvajících deštích. Výsledky měření na známých zařízeních jsou tak značně nepřesné a ovlivněné počasím v měřené lokalitě.

Úkolem technického řešení je vytvoření zařízení pro měření penetračního půdního odporu, které by odstraňovalo nedostatky známých řešení, poskytovalo přesné informace o stavu zhutnění měřené půdy, a které by zároveň umožňovalo měření vlhkosti půdy a provádění korekcí naměřených hodnot půdního odporu s ohledem na okamžitou vlhkost půdy.

-1 CZ 26124 Ul

Podstata technického řešení

Tento úkol je vyřešen vytvořením přenosného zařízení pro měření půdních odporů podle tohoto technického řešení. Přenosné zařízení zahrnuje plášť, v němž je uložen pohybový člen spojený se sondovací tyčí s hrotem. Zařízení je dále opatřeno alespoň jedním čidlem pro snímání aktuální hodnoty půdního odporu. Podstata technického řešení spočívá v tom, že sondovací tyč je upevněna na pohyblivé matici uspořádané na závitové tyči připojené k pohybovému členu pro rotační pohyb závitové tyče. Působením pohybového členu matice vykonává reverzní přímočarý pohyb po závitové tyči. Matice je posuvně uložena ve svislém vedení na vnitřní stěně pláště. Svislé vedení zajišťuje přímočarý pohyb matice a zabraňuje jejímu pokřivení a zablokování pohybu v důsledku příliš silného půdního odporu. Svislé vedení je opatřeno horním snímačem polohy a spodním snímačem polohy pohyblivé matice, které určují rozsah pohybu matice. Po té, co matice dosáhne ke spodnímu snímači, její pohyb směrem dolů po závitové tyči se zastaví a pokračuje v opačném pohybu, tedy směrem vzhůru po závitové tyči. Na závitové tyči je mezi pohybovým členem a maticí uspořádána objímka opatřená přijímacím prvkem čidla hloubky, na vnitřní stěně pláště proti objímce je uspořádán vysílací prvek čidla hloubky, bezdrátově propojený s přijímacím prvkem snímající hloubku zasunutí sondovací tyče do půdního profilu elektronicky na základě umístěných čidel (detektorů) na sondovací tyči. Čidlo hloubky sleduje hloubku půdy, do níž hrot sondovací tyči proniká. Hrot sondovací tyče je opatřen čidlem vlhkosti. V plášti je uložena kontrolní jednotka pro sběr a vyhodnocování naměřených hodnot snímačů polohy sondovací tyče, z čidla hloubky a z čidla vlhkosti.

Je výhodné, že sondovací tyč je s možností otočného a posuvného pohybu ve spodní části pláště uložena ve vodorovném vedení uloženém na vodorovné konzoly spojené s vnitřní stěnou pláště, přičemž ve vodorovném vedení je otočně uložen i konec závitové tyče. Vodorovné vedení poskytuje sondovací tyči oporu a zajišťuje ji proti pokřivení v důsledku tlaku půdního odporu.

Z důvodu vnitřního uspořádání součástí přenosného zařízení uvnitř pláště je výhodné, že plášť je válec.

Pohybový člen leží na vodorovném deformačním prvku opatřeném čidlem síly, takže deformační prvek snadno přejímá sílu, kterou pohybový člen působí na matici a snímá ji. Deformační prvek je tenkostěnná kovová deska přivařená k vnitřní stěně pláště.

Pro přesné nastavení zařízení v měřicí poloze je v homí části pláště uložena vodováha.

Homí část pláště je opatřena alespoň jedním madlem a spodní část pláště je opatřena nášlapnými opěrkami pro fixaci přenosného zařízení při měření. Zařízení se tak nemůže během měření pohnout a nemůže tak dojít k nepřesnostem v měření.

Výhody přenosného zařízení podle technického řešení spočívají v přesném měření, jednoduchém ovládání a možnosti přenosu do počítače, kde lze výsledky měření dále zpracovávat. Hlavní výhoda spočívá v tom, že naměřené hodnoty obsahují i údaj o aktuální vlhkosti měřené půdy, který lze využít pro korekci naměřených hodnot půdního odporu.

Objasnění výkresů

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí obrázků na výkresech, na nichž znázorňují obr. 1 vertikální řez zařízením a obr. 2 pohled na zařízení.

Příklady provedení technického řešení

Rozumí se, že jednotlivá uskutečnění technického řešení jsou představována pro ilustraci, nikoli jako omezení technického řešení na výčet zde uvedených příkladů provedení. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování mnoho ekvivalentů ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

-2CZ 26124 Ul

Přenosné zařízení i pro měření půdního odporu podle technického řešení je tvořeno válcovým pláštěm 2, který je opatřen ve své homí části dvěma madly 21 a ve své spodní části dvěma nášlapnými opěrkami 22. V homí straně pláště 2 je uložena vodováha 19. Při měření se zařízení 1 postaví na měřenou půdu, obsluha je zatíží zatlačením na madla 21 a zašlápnutím nášlapných opěrek 22. Poloha zařízení se vyrovná pomocí vodováhy 19.

Uvnitř pláště 2 je uložena posuvná sondovací tyč 4 opatřená výměnným hrotem 15. Hrot 15 je nutné pravidelně vyměňovat, protože již při opotřebení o 3 % není dodržena přesnost kalibrace a je nutná výměna hrotu 15. V hrotu J5 je uloženo čidlo 23 vlhkosti, které snímá aktuální vlhkost půdy, což umožňuje přepočítání výsledků měření půdního odporu s korekcí na vlhkost půdy. Vlhkost půdy je měřena prostřednictvím mobilní měřící techniky založené jak na elektronickém, tak fyzikálním principu.

Posuvný pohyb sondovací tyče 4 je ovládán pohybovým členem 3, který je ve vyobrazeném příkladu provedení tvořen elektrickým motorem. Síla z pohybového členu 3 je přenášena na závitovou tyč 6, která vykonává rotační pohyb a točí se uvnitř pohyblivé matice 5. Pohyblivá matice 5 je uložena ve svislém vedení 7, které je přivařeno k vnitřní stěně pláště 2. Závitová tyč 6 zabírá s pohyblivou maticí 5^ ke které je upevněn homí konec sondovací tyče 4. Otáčením závitové tyče 6 na jednu či druhou stranu se pohyblivá matice 5 i se sondovací tyčí 4 pohybuje ve svislém směru nahoru a dolů.

Aby nemohlo dojít k vychýlení sondovací tyče 4 během zatlačování do půdy, je ve spodní části pláště 2 upevněna vodorovná konzola 17, na níž je uloženo vodorovné vedení 16, ve kterém je otočně uložen spodní konec závitové tyče 6 a je v něm také otvor pro posuvné a otočné vedení sondovací tyče 4 při jejím pronikání do půdy.

Těsně nad vodorovným vedením 16 je na svislém vedení 7 upevněn spodní snímač 9 polohy sondovací tyče 4. Homí snímač 8 polohy sondovací tyče 4 je upevněn k vnitřní stěně pláště 2 nad svislým vedením 7. Snímače 8, 9 sledují pohyb pohyblivé matice 5, respektive její maximální homí polohu a její maximální spodní polohu. Homí snímač 8, a spodní snímač 9 je vytvořen jako dotykový.

Homí část závitové tyče 6 je otočně uložena v objímce 10, která ji spojuje s pohybovým členem

3. Objímka 10 zespoda přiléhá k deformačnímu prvku 18, tvořenému ocelovou deskou upevněnou svarem po celém vnitřním obvodu k vnitřní stěně pláště 2. Na deformačním prvku 18 je umístěno čidlo 20 síly, provedené jako tenzometr.

Na objímce 10 je upevněn přijímací prvek 11 čidla 12 hloubky. Vysílací prvek 13 čidla 12 hloubky, bezdrátově propojený s přijímacím prvkem 11, je upevněn na vnitřní stěně pláště 2 proti přijímacímu prvku 11. Hloubkové čidlo pracuje na principu elektronického snímání registračních známek hloubky vpichu umístěných na sondovací tyči 4.

Kontrolní jednotka 14 je uložena v homí podstavě válcového pláště 2 vedle vodováhy 19. Do kontrolní jednotky 14 se shromažďují údaje z čidla 7 síly, z čidla 12 hloubky, ze snímačů 8, 9 polohy a z čidla 23 vlhkosti. Na základě těchto údajů lze po připojení kontrolní jednotky 14 k počítači, který na obrázcích není zobrazen, připravit grafy, případně mapy s vyhodnocenými údaji měření. Při zpracování výsledků měření a vytváření grafických, numerických nebo mapových výstupů se pomocí známého korelačního vzorce provede korekce naměřených hodnot půdního odpom s ohledem na aktuální vlhkost půdy v místě měření.

Průmyslová využitelnost

Zařízení podle technického řešení lze využít pro měření velikosti půdního odpom ve vybraných lokalitách, lze je tedy uplatnit v zemědělství, ve stavebnictví a ve všech oborech, kdy je potřeba zjistit kvalitu a stav půdy s ohledem na stupeň jejího zhutnění.

Claims (8)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Přenosné zařízení (1) pro měření půdního odporu zahrnuje plášť (2), v němž je uložen pohybový člen (3) spojený se sondovací tyčí (4) opatřenou hrotem (15), přičemž zařízení (1) je opatřeno alespoň jedním čidlem pro snímání aktuální hodnoty půdního odporu, vyznačující se tím, že sondovací tyč (4) je upevněna na pohyblivé matici (5) uspořádané na závitové tyči (6) připojené k pohybovému členu (3) pro rotační pohyb závitové tyče (6), přičemž matice (5) je posuvně uložena ve svislém vedení (7) na vnitřní stěně pláště (2), kde svislé vedení (7) je opatřeno horním snímačem (8) polohy a spodním snímačem (9) polohy pohyblivé matice (5), přičemž na závitové tyči (6) je mezi pohybovým členem (3) a maticí (5) uspořádána objímka (10) opatřená přijímacím prvkem (11) čidla (12) hloubky, na vnitřní stěně pláště (2) proti objímce (10) je uspořádán vysílací prvek (13) čidla (12) hloubky, bezdrátově propojený s přijímacím prvkem (11), hrot (15) sondovací tyče (4) je opatřen čidlem (23) vlhkosti, a v plášti (2) je uložena kontrolní jednotka (14) pro sběr a vyhodnocování naměřených hodnot ze snímačů (8, 9) polohy sondovací tyče (4), z čidla (12) hloubky a z čidla (23) vlhkosti.
2. 2. Přenosné zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že sondovací tyč (4) je s možností otočného a posuvného pohybu ve spodní části pláště (2) uložena v otvoru ve vodorovném vedení (16) uloženém na vodorovné konzole (17) spojené s vnitřní stěnou pláště (2), přičemž ve vodorovném vedení (16) je otočně uložen i konec závitové tyče (6).
3. 3. Přenosné zařízení podle nároků 1 a 2, v y z n a č u j í c í se tí m, že plášť (2) je válec.
4. 4. Přenosné zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pohybový člen (3) leží na vodorovném deformačním prvku (18) opatřeném čidlem (20) síly, přičemž deformační prvek (18) je spojen s vnitřní stěnou pláště (2).
5. 5. Přenosné zařízení podle nároku 4, v y z n a č u j í c í se t í m, že deformační prvek (18) je tenkostěnná kovová deska přivařená k vnitřní stěně pláště (2).
6. 6. Přenosné zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že v homí části pláště (2) je uložena vodováha (19).
7. 7. Přenosné zařízení podle alespoň jednoho z nároků lažó, vyznačující se tím, že homí část pláště (2) je opatřena alespoň jedním madlem (21) pro fixaci polohy přenosného zařízení (1) při měření.
8. 8. Přenosné zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž7, vyznačující se tím, že spodní část pláště (2) je opatřena nášlapnými opěrkami (22) pro fixaci přenosného zařízení (1) při měření.