CN102109439A - 一种用于测量土壤承压和剪切特性的测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量土壤承压和剪切特性的测量仪，该土壤测量仪包括有测量杆组件、驱动组件、传感组件、第一扶手、第二扶手、三角支架和测量压板；测量压板安装在测量杆组件的推杆下端，第一扶手和第二扶手对称安装在三角支架的角架座上。在电机的驱动下使得滚珠丝杠在主动齿轮、从动齿轮和承压剪切接头的配合下分别实现直线运动和旋转运动，可进行松软土壤的承压特性、剪切特性和圆锥指数的试验测量。

Description

一种用于测量土壤承压和剪切特性的测量仪

技术领域

本发明涉及一种测量土壤的测量仪器，更特别地说，是指一种适用于测量松软土壤承压和剪切特性的测量仪。

背景技术

在1997年9月第4卷《青海科技》中公开了“草原土壤与农田土壤承压特性比较”。该文献讲到“草原土壤的承压强度试验，则是采用草原土壤力学参数综合测试仪进行的，其原理如图1所示”。该图1介绍了草原土壤力学参数综合测试仪包括有镉镍电池组、信号处理转换器、PC-1500计算机、机械测试装置、传感器(力传感器、角度传感器、扭矩传感器和线位移传感器)和打印机。

2009年5月第40卷第5期《农业机械学报》中公开了“滚珠丝杠传动的土壤圆锥指数仪设计”。该文献说明测量系统包括有机械结构、电动机、传感器、以及测量与控制单元。

车辆在进行设计时，地面通过性是其一项重要指标。一般来说，土壤的可行驶性受车重、行走机构类型、发动机功率、传动型式及地隙等因素的影响。只要土壤的圆锥指数等于或大于车辆圆锥指数，车辆就能在这种土壤上行驶。

国内外学者都非常重视土壤机械物理性质的测定，并提出了多种测定方法。目前，在地面机器系统研究中所使用的土壤参数约有10组之多，其中圆锥指数CI(ConeIndex)作为土壤机械强度(或土壤承载能力)的一个综合参数已为世界上许多国家所采用。依ASAE(Americna Societyof Agricultural Engineers，即美国农业工程师协会)标准，圆锥指数可定义为：圆锥在贯入土壤过程中圆锥头上单位底面积所受到的土壤阻力，单位为N/m²(或kgf/cm²，或1b/in²)。根据测得的有关土壤的CI值，可采用一些经验或半经验公式计算车辆下陷量、运动阻力、切线牵引力和农机具阻力，为判断车辆在松软土壤上的通过性及为在各种土壤上行驶作业的车辆、农机具的研究和设计提供依据。

发明内容

为了改进现有土壤特性测量仪器只针对土壤某一种特性进行测量，不能在一次测量中获得多信息的缺陷，本发明提供一种能够测量土壤承压和剪切特性的测量仪机械结构，该测量仪机械结构部分通过滚珠丝杠、丝杠螺母、承压剪切接头、外套筒、内套筒的配合下分别实现直线运动和旋转运动，进而使安装在推杆下端的测量压板与土壤接触便可进行松软土壤的承压特性、剪切特性和圆锥指数的试验测量。

本发明的一种测量土壤承压和剪切特性的测量仪，该测量仪包括有测量杆组件(1)、驱动组件(2)、传感组件(3)、第一扶手(4)、第二扶手(5)、三角支架(6)和测量压板(7)；传感组件(3)包括有扭矩传感器(301)、压力传感器(302)、位移传感器(303)；测量压板(7)安装在测量杆组件(1)的推杆(103)下端，第一扶手(4)和第二扶手(5)对称安装在三角支架(6)的角架座(61)上；

测量杆组件(1)包括有外套筒(101)、内套筒(102)、推杆(103)、连接套(104)、套接件(105)和连接板(106)；

外套筒(101)的外缘上对称设有A纵向滑道(101A)、B纵向滑道(101B)；

内套筒(102)的外缘上对称设有C纵向滑道(102A)、D纵向滑道(102B)；

推杆(103)的上端为连接头(103A)，推杆(103)的下端设有销孔(103B)；

连接板(106)的一端开有通孔(106A)，该通孔(106A)用于放置位移传感器(303)下端的凸圆柱；连接板(106)的另一端开有U形开口(106B)，该U形开口(106B)用于推杆(103)的连接头(103A)穿过；

外套筒(101)的下端外部套接有连接套(104)，外套筒(101)的上端与承压剪切接头(208)连接，外套筒(101)内套有内套筒(102)；

内套筒(102)的上端与丝杠螺母(207)连接，丝杠螺母(207)套接在滚珠丝杠(206)上，内套筒(102)的下端通过套接件(105)与推杆(103)的连接头(103A)连接；

推杆(103)的连接头(103)通过套接件(105)与内套筒(102)的下端连接，推杆(103)下端的销孔(103B)通过与销钉的配合实现将测量压板(7)安装在推杆(103)的下端；

驱动组件(2)包括有电机(201)、主动齿轮(202)、从动齿轮(203)、电机壳(204)、电机盖(205)、滚珠丝杠(206)、丝杠螺母(207)、承压剪切接头(208)、单向推力球轴承(209)、深沟球轴承(210)、推力球轴承(211)；

承压剪切接头(208)的外缘对称设有A凸耳(208A)、B凸耳(208B)，承压剪切接头(208)的中心开有花键孔(208C)，花键孔(208C)内用于安装从动齿轮(203)的花键齿轮(203B)；

从动齿轮(203)的齿轮缘(203A)上设有与主动齿轮(202)啮合的多个齿牙，从动齿轮(203)的轴承柱(203C)的端部为花键齿轮(203B)；从动齿轮(203)的轴承柱(203C)上安装有单向推力球轴承(209)，花键齿轮(203B)安装在承压剪切接头(208)的花键孔(208C)内；

电机盖(205)上设有轴承孔(205A)，该轴承孔(205A)用于放置深沟球轴承(210)；

电机壳(204)分为机壳上体(204A)和机壳下体(204B)，机壳下体(204B)的侧面设有纵向滑道(204C)，纵向滑道(204C)用于安装位移传感器(303)；

机壳上体(241)的中心是C空腔(204K)，C空腔(204K)的内壁对称设有支撑连接柱(204J)，通过支撑连接柱(204J)实现电机盖(205)与电机壳(204)的机壳上体(204A)安装在一起；

机壳下体(204B)的内部对称设有A空腔(204D)和B空腔(204E)，A空腔(204D)用于放置滚珠丝杠(206)，B空腔(204E)用于放置电机(201)；电机(201)的壳体通过螺钉与螺纹孔(244)的配合固定在B空腔(204E)端部；电机(201)的输出轴上连接有主动齿轮(202)，主动齿轮(202)与从动齿轮(203)啮合；滚珠丝杠(206)的上端顺次穿过丝杠螺母(207)、承压剪切接头(208)、单向推力球轴承(209)、从动齿轮(203)后与深沟球轴承(210)连接；A空腔(204D)的上端为沉头孔(204F)，沉头孔(204F)的底部对称设有A卡槽(204G)和B卡槽(204H)，A卡槽(204G)用于放置承压剪切接头(208)的A凸耳(208A)，B卡槽(204H)用于放置承压剪切接头(208)的B凸耳(208B)；

在电机(201)驱动下主动齿轮(202)转动，进而使从动齿轮(203)转动，由于从动齿轮(203)上的花键齿轮(203B)与承压剪切接头(208)连接，在从动齿轮(203)的转动条件下滚珠丝杠(206)被带动旋转；由于丝杠螺母(207)与内套筒(102)固连，在滚珠丝杠(206)的运动下，通过丝杠螺母(207)使得内套筒(102)与外套筒(101)运动，该运动传递给推杆(103)；

当承压剪切接头(208)上的A凸耳(208A)、B凸耳(208B)卡在电机壳(204)的沉头孔(204F)的A卡槽(204G)、B卡槽(204H)里时，内套筒(102)作上下运动，实现承压特性测量；

当承压剪切接头(208)上的A凸耳(208A)、B凸耳(208B)脱离电机壳(204)的沉头孔(204F)上的A卡槽(204G)、B卡槽(204H)时，内套筒(102)与外套筒(101)相对于电机壳(204)作同步旋转，实现剪切特性测量；

扭矩传感器(301)的安装座(301A)上部连接有电控盒(304)；扭矩传感器(301)的敏感轴(301B)从上至下连接有推力球轴承(211)、压力传感器(302)、深沟球轴承(210)，深沟球轴承(210)安装在电机上盖(205)的轴承孔(205A)内；位移传感器(303)安装在电机壳(204)的机壳下体(204B)的纵向滑道(204C)内。

本发明的用于测量土壤承压和剪切特性的测量仪优点在于：

①本发明测量仪通过承压剪切接头与电机壳的沉头孔中卡槽的配合、可以提供两种不同的运动方式，通过更换不同结构的测量压板，可满足三种测量方式的需要。它不仅能够提供承压仪和贯入仪所需要的直线运动和动力，还可以提供剪切仪所需的旋转运动和动力。

②通过电机、丝杠、丝杠螺母、承压剪切接头的装配完成两种运动方式，其结构简单，易于携带和安装。

③该测量仪适用于松软土壤的各种力学特性测量。

附图说明

图1是本发明土壤测量仪机械结构部分的结构框图。

图1A是本发明土壤测量仪机械结构部分的分解图。

图2是本发明测量杆组件的外部结构图。

图2A是本发明外套筒的横截面图。

图2B是本发明内套筒的横截面图。

图2C是本发明推杆的结构图。

图2D是本发明连接板的结构图。

图3是本发明驱动组件的外部结构图。

图3A是本发明电机壳的结构图。

图3B是本发明从动齿轮的结构图。

图3C是本发明花键转换连接头的结构图。

图4是圆锥指数CI计算的主控界面。

图中：         1.测量杆组件    101.外套筒     101A.A纵向滑道

101B.B纵向滑道                 102.内套筒     102A.C纵向滑道

102B.C纵向滑道                 103.推杆       103A.连接头    103B.销孔

104.连接套     105.套接件      106.连接板     106A.通孔      106B.U形开口

2.驱动组件     201.电机        202.主动齿轮   203.从动齿轮   203A.齿轮缘

203B.花键齿轮  203C.轴承柱     204.电机壳     204A.机壳上体  204B.机壳下体

204C.滑槽      204D.A空腔      204E.B空腔     204F.沉头孔    204G.A卡槽

204H.B卡槽     204J.支撑连接柱                204K.C空腔     205.电机盖

205A.轴承孔    206.滚珠丝杠    207.丝杠螺母   208.承压剪切接头

208A.A凸耳     208B.B凸耳      208C.花键孔    209.单向推力球轴承

210.深沟球轴承 211.推力球轴承  3.传感组件     301.扭矩传感器 301A.安装座

301B.敏感轴    302.压力传感器  303.位移传感器 304.电控盒

4.第一扶手     5.第二扶手      6.三角架       6A.角架座      7.测量压板

具体实施方式

依据背景技术中提供的参考文献以及科学技术的发展，可知传统用于测量土壤圆锥指数的设备一般包括有上位机、圆锥指数CI计算单元和土壤测量仪(即机械结构部分)；圆锥指数CI计算单元保存在上位机内，通过在上位机中运行圆锥指数CI计算单元来实现对土壤的承压特性、剪切特性以及圆锥指数的获得。上位机一方面通过控制土壤测量仪的工作方式实现不同参数的采集；另一方面通过多个传感器采集到的敏感信息进行圆锥指数CI的计算处理(如图4所示，圆锥指数CI的计算为本领域中常规的计算关系)，从而得到车辆是否能够在被测土壤上行驶。土壤测量仪根据不同的工作方式由测量压板(标准件)与土壤接触，实现对土壤信息的获取。

本发明的一种测量土壤承压和剪切特性的测量仪，其土壤测量仪通过多传感器的采集信息，实现多路敏感信息输入上位机中；通过上位机输出的工作方式驱动指令作用于电机201上，在电机201的驱动下使得内套筒102在主动齿轮202、从动齿轮203、滚珠丝杠207、丝杠螺母207、承压剪切接头208、外套筒101的配合下分别实现直线运动和旋转运动，可进行松软土壤的承压特性、剪切特性和圆锥指数的试验测量。

参见图1、图1A所示，土壤测量仪包括有测量杆组件1、驱动组件2、传感组件3、第一扶手4、第二扶手5、三角支架6和测量压板7；传感组件3包括有扭矩传感器301、压力传感器302、位移传感器303；测量压板7安装在测量杆组件1的推杆103下端(或称机械执行末端)，第一扶手4和第二扶手5对称安装在三角支架6的角架座61上。

(一)三角支架6

参见图1、图1A所示，三角支架6的三个支撑杆的一端分别连接在角架座6A上，三角支架6的三个支撑杆的另一端分别与被测土壤接触。在本发明中，三角支架6作为土壤测量仪的支撑件，在对土壤进行测量时，三角支架6的三个支撑杆最好能够进行伸缩调节相对的长度，以保证安装在角架座6A上的电机机壳204所在水平测试面与被测土壤的土壤水平面保持平行。三角支架6选用伟峰FT-682T三脚架。

在角架座6A的对称位置上分别安装有第一扶手4、第二扶手5。通过调节第一扶手4、第二扶手5实现水平测试面与土壤水平面保持平行。

在本发明中，电机机壳204所在水平测试面与被测土壤的土壤水平面是否平行，能够通过如图4所示的界面中显示的参数可知。因此本发明设计的测量仪不需用价格昂贵的多自由度转动平台，只需用简单的能够折叠收缩的三角架即可实现支撑起整个测量用的驱动组件和测量杆组件。

(二)测量杆组件1

参见图1、图1A、图2所示，测量杆组件1包括有外套筒101、内套筒102、推杆103、连接套104、套接件105和连接板106。

参见图2A所示，从外套筒101的横截面上看，外套筒101的外缘上对称设有两个纵向滑道，即A纵向滑道101A、B纵向滑道101B。

参见图2B所示，从内套筒102的横截面上看，内套筒102的外缘上对称设有两个纵向滑道，即C纵向滑道102A、D纵向滑道102B。在装配内外套筒时，A纵向滑道101A与C纵向滑道102A对齐，B纵向滑道101B与D纵向滑道102B对齐。

参见图2C所示，推杆103的上端为连接头103A，推杆103的下端(也称机械执行末端)设有销孔103B。

参见图2D所示，连接板106的一端开有通孔106A，该通孔106A用于放置位移传感器303下端的凸圆柱(也是位移传感器的敏感端)；连接板106的另一端开有U形开口106B，该U形开口106B用于推杆103的连接头103A穿过。

外套筒101的下端外部套接有连接套104，外套筒101的上端与承压剪切接头208连接，外套筒101内套有内套筒102。

内套筒102置于外套筒101内；

内套筒102的上端与丝杠螺母207连接，丝杠螺母207套接在滚珠丝杠206上，内套筒102的下端通过套接件105与推杆103的连接头103A连接；

推杆103的连接头103通过套接件105与内套筒102的下端连接，推杆103下端的销孔103B通过与销钉的配合实现将测量压板7安装在推杆103的下端(机械执行末端)。采用销钉与销孔的配合，方便从推杆103上拆卸测量压板7，因测量压板7为本领域的常规零件，可以根据实际测量时所需进行更换如剪切特性用测量压板7A，以及用于测量土壤承载压力的承压测量压板7B。

测量杆组件1部分的连接为：内套筒102套接在外套筒101内，滚珠丝杠206套在内套筒102内，在丝杠螺母207的运动下，使得内套筒102实现竖直进给运动，从而使推杆103完成上下运动，推杆103的运动通过连接板106传递给位移传感器303，位移传感器303用于采集推杆103上下运动的距离，该距离即为承压测量压板7B的沉陷距离(即承压测量压板7B沉入土壤的深浅)。推杆103与承压测量压板7B的连接，实现了土壤承压特性的测量。

本发明设计的测量仪在进行扭矩测量时，通过承压剪切接头208的作用，使外套筒101与内套筒102同步作旋转运动，进而带动推杆103实现转动；推杆103与剪切测量压板7A的连接，实现了土壤剪切特性的测量。

(三)驱动组件2

参见图1、图1A、图3所示，驱动组件2包括有电机201、主动齿轮202(主动齿轮202的外缘有齿牙，图中未示出)、从动齿轮203(从动齿轮203的外缘有齿牙，图中未示出)、电机壳204、电机盖205、滚珠丝杠206、丝杠螺母207、承压剪切接头208、单向推力球轴承209、深沟球轴承210、推力球轴承211。

参见图3C所示，承压剪切接头208的外缘对称设有A凸耳208A、B凸耳208B，承压剪切接头208的中心开有花键孔208C，花键孔208C内用于安装从动齿轮203的花键齿轮203B。在进行承压特性测量时，A凸耳208A卡合在电机壳204的A卡槽246内，B凸耳208B卡合在电机壳204的B卡槽247内。在进行剪切特性测量时，A凸耳208A离开电机壳204的A卡槽246，B凸耳208B离开电机壳204的B卡槽247。

参见图3B所示，从动齿轮203的齿轮缘203A上设有与主动齿轮202啮合的多个齿牙，从动齿轮203的轴承柱203C的端部为花键齿轮203B。从动齿轮203的轴承柱203C上安装有单向推力球轴承209，花键齿轮203B安装在承压剪切接头208的花键孔208C内。

参见图1A所示，电机盖205上设有轴承孔205A，该轴承孔205A用于放置深沟球轴承210。

参见图3A所示，电机壳204分为机壳上体204A和机壳下体204B，机壳下体204B的侧面设有纵向滑道204C，纵向滑道204C用于安装位移传感器303；

机壳上体241的中心是C空腔204K，C空腔204K的内壁对称设有支撑连接柱204J，通过支撑连接柱204J实现电机盖205与电机壳204的机壳上体204A安装在一起；

机壳下体204B的内部对称设有A空腔204D和B空腔204E，A空腔204D用于放置滚珠丝杠206，B空腔204E用于放置电机201；电机201的壳体通过螺钉与螺纹孔244的配合固定在B空腔204E端部；电机201的输出轴上连接有主动齿轮202，主动齿轮202与从动齿轮203啮合；滚珠丝杠206的上端顺次穿过丝杠螺母207、承压剪切接头208、单向推力球轴承209、从动齿轮203后与深沟球轴承210连接；A空腔204D的上端为沉头孔204F，沉头孔204F的底部对称设有A卡槽204G和B卡槽204H，承压剪切接头208的A凸耳208A卡合在A卡槽204G内，承压剪切接头208的B凸耳208B卡合在B卡槽204H内。

在电机201驱动下主动齿轮202转动，进而使从动齿轮203转动，由于从动齿轮203上的花键齿轮203B与承压剪切接头208连接，在从动齿轮203的转动条件下滚珠丝杠206被带动旋转；由于丝杠螺母207与内套筒102固连，在滚珠丝杠206的运动下，通过丝杠螺母207使得内套筒102与外套筒101运动，该运动传递给推杆103；

当承压剪切接头208上的A凸耳208A、B凸耳208B卡在电机壳204的沉头孔204F的两个卡槽(A卡槽204G、B卡槽204H)里时，内套筒102作上下运动，实现承压特性测量；

当承压剪切接头208上的A凸耳208A、B凸耳208B脱离电机壳204的沉头孔204F上的两个卡槽(A卡槽204G、B卡槽204H)时，内套筒102与外套筒101同步旋转(相对于电机壳204)，实现剪切特性测量。

(四)传感组件3

参见图1、图1A所示，传感组件3包括有扭矩传感器301、压力传感器302、位移传感器303和电控盒304；

扭矩传感器301的安装座301A上部连接有电控盒304；扭矩传感器301的敏感轴301B从上至下连接有推力球轴承211、压力传感器302、深沟球轴承210，深沟球轴承210安装在电机上盖205的轴承孔205A内。

位移传感器303安装在电机壳204的机壳下体204B的纵向滑道204C内。

扭矩传感器301、压力传感器302和位移传感器303将采集到的信息传递给上位机。

(五)测量压板7

参见图1、图1A所示，测量压板7包括用于测量土壤剪切特性的剪切特性用测量压板7A，以及用于测量土壤承载压力的承压测量压板7B。

剪切特性用测量压板7A和承压测量压板7B通过一销钉与推杆103下端的销孔103B的配合实现不同测量压板的更换。

测量压板7是现有测量仪中常用的零部件，将测量压板7展示在图1B中，是为了说明测量仪如何实现承压特性和剪切特性的测量。

使得本发明土壤测量仪进行工作时，操作者手握第一扶手4或者第二扶手5，三脚支架6牢固的支撑在地面上，用以克服测量过程中来自土壤的反作用力。

当采用本发明的仪器进行承压特性测量时，电机201驱动主动齿轮202转动，使从动齿轮203转动，进而使滚珠丝杠206旋转；此时承压剪切接头208上的两个凸耳(A凸耳208A、B凸耳208B)将卡在电机壳204的沉头孔204F的两个卡槽(A卡槽204G、B卡槽204H)里；外套筒101相对于电机壳204固定，丝杠螺母208带动内套筒102作上下运动，内套筒102带动推杆103、及安装在推杆103下端的承压测量压板7B作上下运动。

当采用本发明的仪器进行剪切特性测量时，使用者将外套筒101向上推，使承压剪切接头208上的两个凸耳(A凸耳208A、B凸耳208B)脱离电机壳204的沉头孔204F的两个卡槽(A卡槽204G、B卡槽204H)；在电机201驱动主动齿轮202转动条件下，使从动齿轮203转动，进而使滚珠丝杠206旋转；丝杠螺母208带动内套筒102和外套筒101相对于电机壳204旋转，内套筒102带动推杆103、及安装在推杆103下端的剪切测量压板7A作旋转运动。

本发明设计的测量仪采用滚珠丝杠与承压剪切接头的配合，能够实现竖直与旋转的两种运动。本发明测量仪具有两种不同的工作方式可满足三种测量方式的需求。只需要更换测量压板，便能进行松软土壤的承压特性、剪切特性和圆锥指数的试验测量。该发明设计测量仪具有高度的集成性，结构简单，易于携带和安装，具有较高的控制精度。

Claims (4)

1.一种用于测量土壤承压和剪切特性的测量仪，其特征在于：该测量仪包括有测量杆组件(1)、驱动组件(2)、传感组件(3)、第一扶手(4)、第二扶手(5)、三角支架(6)和测量压板(7)；传感组件(3)包括有扭矩传感器(301)、压力传感器(302)、位移传感器(303)；测量压板(7)安装在测量杆组件(1)的推杆(103)下端，第一扶手(4)和第二扶手(5)对称安装在三角支架(6)的角架座(61)上；

测量杆组件(1)包括有外套筒(101)、内套筒(102)、推杆(103)、连接套(104)、套接件(105)和连接板(106)；

外套筒(101)的外缘上对称设有A纵向滑道(101A)、B纵向滑道(101B)；

内套筒(102)的外缘上对称设有C纵向滑道(102A)、D纵向滑道(102B)；

推杆(103)的上端为连接头(103A)，推杆(103)的下端设有销孔(103B)；

连接板(106)的一端开有通孔(106A)，该通孔(106A)用于放置位移传感器(303)下端的凸圆柱；连接板(106)的另一端开有U形开口(106B)，该U形开口(106B)用于推杆(103)的连接头(103A)穿过；

外套筒(101)的下端外部套接有连接套(104)，外套筒(101)的上端与承压剪切接头(208)连接，外套筒(101)内套有内套筒(102)；

内套筒(102)的上端与丝杠螺母(207)连接，丝杠螺母(207)套接在滚珠丝杠(206)上，内套筒(102)的下端通过套接件(105)与推杆(103)的连接头(103A)连接；

推杆(103)的连接头(103)通过套接件(105)与内套筒(102)的下端连接，推杆(103)下端的销孔(103B)通过与销钉的配合实现将测量压板(7)安装在推杆(103)的下端；

驱动组件(2)包括有电机(201)、主动齿轮(202)、从动齿轮(203)、电机壳(204)、电机盖(205)、滚珠丝杠(206)、丝杠螺母(207)、承压剪切接头(208)、单向推力球轴承(209)、深沟球轴承(210)、推力球轴承(211)；

承压剪切接头(208)的外缘对称设有A凸耳(208A)、B凸耳(208B)，承压剪切接头(208)的中心开有花键孔(208C)，花键孔(208C)内用于安装从动齿轮(203)的花键齿轮(203B)；

从动齿轮(203)的齿轮缘(203A)上设有与主动齿轮(202)啮合的多个齿牙，从动齿轮(203)的轴承柱(203C)的端部为花键齿轮(203B)；从动齿轮(203)的轴承柱(203C)上安装有单向推力球轴承(209)，花键齿轮(203B)安装在承压剪切接头(208)的花键孔(208C)内；

电机盖(205)上设有轴承孔(205A)，该轴承孔(205A)用于放置深沟球轴承(210)；

电机壳(204)分为机壳上体(204A)和机壳下体(204B)，机壳下体(204B)的侧面设有纵向滑道(204C)，纵向滑道(204C)用于安装位移传感器(303)；

机壳上体(241)的中心是C空腔(204K)，C空腔(204K)的内壁对称设有支撑连接柱(204J)，通过支撑连接柱(204J)实现电机盖(205)与电机壳(204)的机壳上体(204A)安装在一起；

机壳下体(204B)的内部对称设有A空腔(204D)和B空腔(204E)，A空腔(204D)用于放置滚珠丝杠(206)，B空腔(204E)用于放置电机(201)；电机(201)的壳体通过螺钉与螺纹孔(244)的配合固定在B空腔(204E)端部；电机(201)的输出轴上连接有主动齿轮(202)，主动齿轮(202)与从动齿轮(203)啮合；滚珠丝杠(206)的上端顺次穿过丝杠螺母(207)、承压剪切接头(208)、单向推力球轴承(209)、从动齿轮(203)后与深沟球轴承(210)连接；A空腔(204D)的上端为沉头孔(204F)，沉头孔(204F)的底部对称设有A卡槽(204G)和B卡槽(204H)，A卡槽(204G)用于放置承压剪切接头(208)的A凸耳(208A)，B卡槽(204H)用于放置承压剪切接头(208)的B凸耳(208B)；

在电机(201)驱动下主动齿轮(202)转动，进而使从动齿轮(203)转动，由于从动齿轮(203)上的花键齿轮(203B)与承压剪切接头(208)连接，在从动齿轮(203)的转动条件下滚珠丝杠(206)被带动旋转；由于丝杠螺母(207)与内套筒(102)固连，在滚珠丝杠(206)的运动下，通过丝杠螺母(207)使得内套筒(102)与外套筒(101)运动，该运动传递给推杆(103)；

当承压剪切接头(208)上的A凸耳(208A)、B凸耳(208B)卡在电机壳(204)的沉头孔(204F)的A卡槽(204G)、B卡槽(204H)里时，内套筒(102)作上下运动，实现承压特性测量；

当承压剪切接头(208)上的A凸耳(208A)、B凸耳(208B)脱离电机壳(204)的沉头孔(204F)上的A卡槽(204G)、B卡槽(204H)时，内套筒(102)与外套筒(101)相对于电机壳(204)作同步旋转，实现剪切特性测量；

扭矩传感器(301)的安装座(301A)上部连接有电控盒(304)；扭矩传感器(301)的敏感轴(301B)从上至下连接有推力球轴承(211)、压力传感器(302)、深沟球轴承(210)，深沟球轴承(210)安装在电机上盖(205)的轴承孔(205A)内；位移传感器(303)安装在电机壳(204)的机壳下体(204B)的纵向滑道(204C)内。

2.根据权利要求1所述的测量土壤承压和剪切特性的测量仪，其特征在于：在丝杠螺母(207)的运动下，使得内套筒(102)实现竖直进给运动，从而使推杆(103)完成上下运动，推杆(103)的运动通过连接板(106)传递给位移传感器(303)，位移传感器(303)用于采集推杆(103)上下运动的距离，该距离即为承压测量压板(7B)的沉陷距离；推杆(103)与承压测量压板(7B)的连接，实现了土壤承压特性的测量。

3.根据权利要求1所述的测量土壤承压和剪切特性的测量仪，其特征在于：在进行扭矩测量时，通过承压剪切接头(208)的作用，使外套筒(101)与内套筒(102)同步作旋转运动，进而带动推杆(103)实现转动；推杆(103)与剪切测量压板(7A)的连接，实现了土壤剪切特性的测量。

4.根据权利要求1所述的测量土壤承压和剪切特性的测量仪，其特征在于：在进行承压特性测量时，承压剪切接头(208)的上A凸耳(208A)卡合在电机壳(204)的A卡槽(246)内，B凸耳(208B)卡合在电机壳(204)的B卡槽(247)内；在进行剪切特性测量时，承压剪切接头(208)上的A凸耳(208A)离开电机壳(204)的A卡槽(246)，B凸耳(208B)离开电机壳(204)的B卡槽(247)。

Images