CN102507301A - 一种水平贯入式土壤压实度检测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水平贯入式土壤压实度检测试方法，属于土壤信息采集技术领域。首先对压实后的标准土样或田间土壤进行采样，将其装入模拟土壤压实装置的侧壁上开有探孔的盛土器中，并将装有土样的盛土器放置在室内或室外的水平检测台上，或将待测土壤实地作垂直刨切处理，露出土层的垂直刨面；再使用普通圆锥指数土壤压实度测试装置，将其置于盛土器或待测土壤垂直刨面旁，使测试杆圆锥端头垂直对准盛土器中待测土壤侧面或实测场地土壤垂直刨面；然后控制测试杆圆锥经过盛土器侧壁上的探孔，以水平方式贯入待测土壤样品，或直接以水平方式贯入实地待测土壤，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。具有检测结果准确、可检测水平分层压实度、可实时检测等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平贯入式土壤压实度检测试方法，属于土壤信息采集技术领域。
背景技术
拖拉机及其牵引的农机具在田间行走作业时，轮胎对土壤发生碾压作用，造成表层土壤被压下沉，紧实度增加。尤其是近年来，随着各种农业装备的大规模、频繁使用，这种压实作用也随之增加，已大大超出自然对土壤压实的恢复力，土壤压实现象日趋严重。土壤压实使土壤颗粒之间的小孔丢失，引起空气与水不能自由流通，进而影响植物根系的发育状况及农作物产量。土壤压实如不加以解决，将使土壤环境遭到重破坏，耕作的正效应将被土壤压实的负效应所抵消，农田生产力将严重降低。
国际上通常采用圆锥指数CI(Cone Index)来表征土壤耕作层深度和耕作阻力，综合反映土壤机械物理性质。国内外大多采用灌砂法、传统环刀法、落锤式测量方法等间接方法，来测量土壤的压实度，这些方法不仅测量效率低、而且测量准确度不高。国内最初采用从现场采样，然后在室内进行试验的方法。20世纪70年代初，国内农机部门研制了SR-2型土壤贯入仪，南京工程兵学院研制了工兵圆锥仪Ⅰ型和工兵圆锥仪Ⅱ型；这两种仪器质量轻、结构可靠、使用方便，但仍采用手动贯入、目测读数的方式，测量准精度还是得不到保障。20世纪80年代，华南农业大学研制成功了电测圆锥剪切仪，采用单板计算机进行采样、分析、计算和打印，在圆锥指数的自动记录方面前进了一大步，但其仍采用手动检测贯入方式，圆锥指数的测量精度仍然受到较大影响。此外，现有土壤物理性质测试方法均采用垂直贯入方式，容易导致土壤塑性变形（垂直贯入所引起的土壤塑性变形是圆锥直径的3倍），而且采用单点测量，无法实现土壤刨面内各水平分层压实度的测试。
发明内容
本发明的目的是提供水平贯入式土壤压实度检测试方法，采用电动匀速水平贯入方式，实现土壤压实度数据的检测，解决现有技术垂直贯入土壤塑性变形大、测量精度不高、土壤水平分层压实度实时检测困难的问题。
本土壤压实度检测试方法的具体方法步骤是：
（1）对压实后的标准土样或田间土壤，沿垂直方向进行采样，并将其装入模拟土壤压实装置的侧壁上开有探孔的盛土器17中，保持土样的垂直侧面与盛土器17的侧壁平行并盖好压土盘18，然后将装有土样的盛土器17放置在室内或室外的水平检测台上；或将待测土壤实地作垂直刨切处理，露出土层的垂直刨面；
（2）使用圆锥指数土壤压实度测试装置，将其置于盛土器17或待测土壤垂直刨面旁，使测试杆圆锥端头垂直对准盛土器中待测土壤侧面或实测场地土壤垂直刨面，然后控制测试杆圆锥经过盛土器17侧壁上的探孔，以水平方式贯入待测土壤样品，或直接以水平方式贯入实地待测土壤垂直刨面，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。
所述模拟土壤压实装置包括上开口的筒状盛土器17、盛土器外套16和压土盘18，盛土器外套16、盛土器17和压土盘18从外到内依次嵌套，盛土器17周壁上沿径向对称、自上而下分多层开有多列探孔。盛土器17周壁上探孔的层数为4-6层、列数为4-9列（每间隔40-90度开设1列探孔），每列层探孔相互间的垂直间距为3-6cm，每个探孔的直径为3-4cm。探孔的层数、数量、间距等根据实际需要确定，探孔的直径根据测试圆锥的标准尺寸确定，保证测试圆锥自由贯入即可。
本方法可以使用现有圆锥指数检测仪器，将圆锥检测头以水平方式贯入检测土样，或采用专门设计的水平贯入土壤压实度测试装置，对土壤压实度进行检测。该水平贯入土壤压实度测试装置包括检测试验台和测试控制系统，检测试验台由升降平台部分和固定机架部分组成，升降平台与固定机架之间通过两对升降推杆7连接，测试系统的检测器件分别装于升降平台、固定机架和相关部件上。升降平台部分包括减速电机1、升降平台2、齿条3、由齿轮及其支撑轴和轴承座组成的齿条支撑机构4、压力传感器5、前向行程开关24和后向行程开关25、测试杆20。升降平台2上面固定电机1和齿条支撑机构4，下面设有与升降推杆7上端铰连的两对铰扣座19；电机1固定在升降平台2中部位置、其输出轴上装有与齿条3啮合的齿轮（模数为标准值）；齿条支撑机构4的轴承座固定在升降平台2两边、其齿轮与齿条3啮合；测试杆20前端部为符合ASAE标准的圆锥结构，压力传感器5通过螺栓21（双头螺栓）与齿条3右端头和测试杆20尾端连固；前向行程开关24和后向行程开关25分别装于齿条3上适当位置，以控制齿条的前行和后退行程；各部件通过普通螺钉、螺栓或焊接等方式进行固定，轴承座为内套标准系列轴承的轴承座，齿轮与轴的固定采用普通螺母压紧或键连接方式。固定机架部分包括两对升降推杆7、减速电机8、减速齿轮组9、一对双向传动螺杆10、调平螺栓12、固定平台13、两对螺旋块14、轴承座15、红外传感器26。两对轴承座15固定在固定平台13两边，两个双向传动螺杆10经两对轴承座15平行支撑，双向传动螺杆10一边为左旋、另一边为右旋，旋套于其上、与之配合的两对螺旋块14分别为相应的左旋和右旋结构；电机8输出轴上装有模数为标准值的齿轮，两个双向传动螺杆10的一端分别装有与该电机8输出轴齿轮啮合的减速齿轮，它们共同形成减速齿轮组9；两对螺旋块14上部设有与升降推杆7下端铰连的铰扣座结构；调平螺栓12安装在固定平台13底部，以调节固定平台13的水平；红外传感器26安装在固定平台13一端，以检测升降平台2的升降高度；各部件通过普通螺钉、螺栓或焊接等方式进行固定，轴承座15为内套标准系列轴承的轴承座，齿轮与轴的固定采用普通螺母压紧或键连接方式。测试控制系统包括压力传感器5、电源模块23、前向行程开关24和后向行程开关25、红外传感器26、数据采集控制器27、电源模块28、电脑29和测试记录软件30。压力传感器5、前向行程开关24、后向行程开关25和红外传感器26的输出与数据采集控制器27的接线端子相连，电源模块23为压力传感器5供电，电源模块28为数据采集控制器27供电，数据采集控制器27的输出端子与电机1和电机8的控制回路相连，内置程序设置为通电自运行状态，数据采集控制器27与电脑29之间通过串口线连接，其间传输的数据由安装在电脑29内自行开发的测试记录软件30实现显示、存储、分析和打印等功能。数据采集控制器27包括普通信号处理电路、CPU（如，80188、X86等）和电机行程控制电路，配有12位多通道模拟量输入/出模块、数字量输入/出模块；电源模块23、28为普通交直流变压器或小型蓄电池，压力传感器5、行程开关24和25、红外传感器26均为普通市售产品。
本发明以水平方式将检测圆锥贯入待测土壤样品或待测土壤（垂直土壤刨面贯入），不仅解决了现有垂直贯入土壤变形大、检测数据与实际情况差距较大的问题，而且可以检测土壤不同层面的压实度，同时还便于进行现场测试操作。具有检测结果准确、可检测水平分层压实度、可现场实时检测等优点。
附图说明
图1是本发明检测步骤流程框图；
图2是本发明所用模拟土壤压实装置轴测展开示意图；
图3是本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置检测试验台的三维轴测侧示意图；
图4是本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置检测试验台主视示意图；
图5是本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置检测试验台俯视示意图；
图6是本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置检测试验台左视示意图；
图7是本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置测试控制系统电路原理框图。
图中各标记为本发明所用水平贯入土壤压实度测试装置部件。其中：1、电机，2、升降平台，3、齿条，4、轴承座，5、压力传感器，6、铰链螺帽，7、升降推杆，8、电机，9、减速齿轮组，10、双向传动螺杆，11、铰连轴，12、调平螺栓，13、固定平台，14、螺旋块，15、轴承座，16、盛土器外套，17、盛土器，18、压土盘，19、铰扣座，20、测试杆，21、双头螺栓，22、铰连轴螺栓，23、电源模块，24、前向行程开关，25、后向行程开关，26、红外传感器，27、数据采集控制器，28、电源模块，29、笔记本电脑，30、测试记录软件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述。
实施例1：参见图1、本土壤压实度检测试方法的具体方法和步骤是：
（1）对压实后的田间土壤进行采样，将其装入模拟土壤压实装置的侧壁上开有探孔的盛土器17中，保持土样的垂直侧面与盛土器17的侧壁平行并盖好压土盘18，然后将装有土样的盛土器17放置在室内或室外的水平检测台上；
（2）使用圆锥指数土壤压实度测试装置，将其置于盛土器17或待测土壤垂直刨面旁，使测试杆圆锥端头垂直对准盛土器中待测土壤侧面或实测场地土壤垂直刨面，然后控制测试杆圆锥经过盛土器17侧壁上的探孔，以水平方式贯入待测土壤样品，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。
本方法所采用的模拟土壤压实装置包括上开口的筒状盛土器17、盛土器外套16和压土盘18，盛土器外套16、盛土器17和压土盘18从外到内依次嵌套，盛土器17周壁上沿径向对称、自上而下分5层开有6列探孔（每间隔60度开设1列探孔），每层探孔相互间的垂直间距为5cm，每个探孔的直径为4cm。
参见图2、3、4、5、6、7，本方法使用专用水平贯入土壤压实度测试装置进行检测，该土壤压实度测试装置包括检测试验台、测试系统和模拟土壤压实装置，检测试验台由升降平台和固定机架组成，升降平台与固定机架之间通过两对升降推杆7连接，测试系统的检测器件分别装于升降平台、固定机架和相关部件上。升降平台部分包括减速电机1、升降平台2、齿条3、由齿轮及其支撑轴和轴承座组成的齿条支撑机构4、压力传感器5、前向行程开关24和后向行程开关25、测试杆20。升降平台2上面固定电机1和齿条支撑机构4，下面设有与升降推杆7上端铰连的两对铰扣座19；电机1固定在升降平台2中部位置、其输出轴上装有与齿条3啮合的齿轮（模数为标准值）；齿条支撑机构4的轴承座固定在升降平台2两边、其齿轮与齿条3啮合；测试杆20前端部为符合ASAE标准的圆锥结构，压力传感器5通过双头螺栓21与齿条3右端头和测试杆20尾端连固；前向行程开关24和后向行程开关25分别装于齿条3上适当位置，以控制齿条的前行和后退行程；各部件通过普通螺栓进行固定，轴承座为内套标准系列轴承的轴承座，齿轮与轴的固定采用普通键连接方式。固定机架部分包括两对升降推杆7、减速电机8、减速齿轮组9、一对双向传动螺杆10、调平螺栓12、固定平台13、两对螺旋块14、轴承座15、红外传感器26。两对轴承座15固定在固定平台13两边，两个双向传动螺杆10经两对轴承座15平行支撑，双向传动螺杆10一边为左旋、另一边为右旋，旋套于其上、与之配合的两对螺旋块14分别为相应的左旋和右旋结构；电机8输出轴上装有模数为标准值的齿轮，两个双向传动螺杆10的一端分别装有与该电机8输出轴齿轮啮合的减速齿轮，它们共同形成减速齿轮组9；两对螺旋块14上部设有与升降推杆7下端铰连的铰扣座结构；调平螺栓12安装在固定平台13底部，以调节固定平台13的水平；红外传感器26安装在固定平台13一端，以检测升降平台2的升降高度；各部件通过普通螺钉和螺栓进行固定，轴承座15为内套标准系列轴承的轴承座，齿轮与轴的固定采用普通键连接方式。测试控制系统包括压力传感器5、电源模块23、前向行程开关24和后向行程开关25、红外传感器26、数据采集控制器27、电源模块28、笔记本电脑29和测试记录软件30。压力传感器5、前向行程开关24、后向行程开关25和红外传感器26的输出与数据采集控制器27的接线端子相连，电源模块23为压力传感器5供电，电源模块28为数据采集控制器27供电，数据采集控制器27的输出端子与电机1和电机8的控制回路相连，内置程序设置为通电自运行状态，数据采集控制器27与笔记本电脑29之间通过串口线连接，其间传输的数据由安装在电脑29内自行开发的测试记录软件30实现显示、存储、分析和打印等功能。数据采集控制器27包括普通信号处理电路、80188CPU和电机行程控制电路，配有12位多通道模拟量输入/出模块、数字量输入/出模块；电源模块23、28为普通交直流变压器或小型蓄电池，压力传感器5、行程开关24和25、红外传感器26均为普通市售产品。
实施例2：参见图1，本土壤压实度检测试方法的具体方法和步骤是：
（1）对待测土壤实地作垂直刨切处理，露出土层的垂直刨面；
（2）使用圆锥指数土壤压实度测试装置，将其置于待测土壤垂直刨面旁，使测试杆圆锥端头垂直对实测场地土壤直刨面，然后将测试杆圆锥直接以水平方式贯入待测土壤，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。
参见图2、3、4、5、6、7，本方法使用专用水平贯入土壤压实度测试装置进行检测，该土壤压实度测试装置与实施例1中所用装置相同。
实施例3：参见图1、2，本土壤压实度检测试方法的具体方法步骤和采用的模拟土壤压实装置均与实施例1相同。使用普通圆锥土壤压实度测试仪器，将测试圆锥直接以水平方式贯入待测土壤，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。所用盛土器17周壁上沿径向对称、自上而下分6层开有4列探孔（每间隔90度开设1列探孔），每层探孔相互间的垂直间距为3cm，每个探孔的直径为3cm。
实施例4：参见图1、2、3、4、5、6、7，本土壤压实度检测试的具体方法步骤、所采用的模拟土壤压实装置、以及所使用的专用水平贯入土壤压实度测试装置均与实施例1相同。所采用的模拟土壤压实装置盛土器17周壁上沿径向对称、自上而下分4层开有9列探孔（每间隔40度开设1列探孔），每层探孔相互间的垂直间距为6cm，每个探孔的直径为3.5cm。
Claims (3)
1.一种水平贯入式土壤压实度检测试方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）对压实后的标准土样或田间土壤，沿垂直方向进行采样，并将其装入模拟土壤压实装置的侧壁上开有探孔的盛土器（17）中，保持土样的垂直侧面与盛土器（17）的侧壁平行并盖好压土盘（18），然后将装有土样的盛土器（17）放置在室内或室外的水平检测台上；或将待测土壤实地作垂直刨切处理，露出土层的垂直刨面；
（2）使用圆锥指数土壤压实度测试装置，将其置于盛土器（17）或待测土壤垂直刨面旁，使测试杆圆锥端头垂直对准盛土器中待测土壤侧面或实测场地土壤垂直刨面，然后控制测试杆圆锥经过盛土器（17）侧壁上的探孔，以水平方式贯入待测土壤样品，或直接以水平方式贯入实地待测土壤垂直刨面，用圆锥指数检测方法检测土壤压实度。
2.根据权利要求1所述的水平贯入式土壤压实度检测试方法，其特征在于：所使用的模拟土壤压实装置包括上开口的筒状盛土器（17）、盛土器外套（16）和压土盘（18），盛土器外套（16）、盛土器（17）和压土盘（18）从外到内依次嵌套，盛土器（17）周壁上沿径向对称、自上而下分多层开有多列探孔。
3.根据权利要求2所述的水平贯入式土壤压实度检测试方法，其特征在于：盛土器（17）周壁上探孔的层数为4-6层、列数为4-9列，每列层探孔相互间的垂直间距为3-6cm，每个探孔的直径为3-4cm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120620 |