CN109765177A - 一种水田土壤黏附力测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水田土壤黏附力测量仪，包括机架、水平驱动装置、拉拔装置以及控制系统，机架包括三角支架、外壳、底座、托板、支撑板，底座与三角支架通过螺栓固定，支撑板与托板安装于底座上，外壳安装于托板上，并通过螺栓固定；水平驱动装置包括贯穿式步进电机、光轴、直线轴承、固定板，直线轴承安装于支撑板上，两根光轴分别贯穿直线轴承，光轴与贯穿式步进电机丝杆平行安装于固定板之上，并通过螺栓固定，防止相对转动。本发明成本低廉，适用性强，装置重量轻巧，结构简单，操作方便，可测量多维度组合运动条件下的水田土壤黏附力，所获结果可为田间作业机具的选择和设计提供可靠的依据。

Description

一种水田土壤黏附力测量仪
技术领域
本发明涉及农业水田土壤检测装置领域，具体涉及一种水田土壤黏附力测量仪。
背景技术
土壤黏附现象广泛存在于人类生产与生活之中，尤以地面机械的土壤黏附问题最为突出，轻则增加阻力、增高能耗，重则难以行走或无法工作。
土壤黏附现象给我们带来了很大的影响，是亟待研究和解决的重要课题。土壤黏附问题的解决对工农业生产具有重要的实际意义，并可为其它物料黏附问题的解决提供研究基础。此外，由于土壤黏附研究涉及到土壤学、机械、材料、表面科学、土壤动物学及各种表面分析技术等多学科领域，土壤黏附研究还可以促进这些学科领域的发展，具有重要的理论价值。
水田土壤黏附力的传统测量方式是在田间取得土样，经保存后带回实验室在室内测试仪器上进行测量，取样过程会破坏土壤在田间自然条件下的应力状态，力学性质会发生较大变化，所测数据的参考意义将大打折扣。而田间现场测试无须取样，不会对土壤造成扰动，保留了土壤在田间的自然应力状态，现场试验可利用的土壤体积比室内试验所取样品要丰富，更能体现水田土壤的宏观结构与水田土壤力学性质的关系。水田土壤的现场试验可在连续条件下进行，因此可以得到比较全面的土层剖面状态和力学性质参数，且室外现场测量更加经济快捷效率更高。
当前土壤黏附力测量仪只能土壤法向或切向吸附力，且拉拔速度只能在一个方向上可调，而实际触土部件工作中，运动是极为复杂的，同时存在两个方向以上的高维度组合运动是绝大多数触土部件的实际运动情况，测量条件与实际运动情况差距较大，数据参考价值大打折扣。
因此，本领域技术人员针对现行土壤黏附力测量仪不便进行原位测量的缺点，以及只能测量单一运动方向条件下的水田土壤黏附力的缺点，急需一款更高维度组合运动条件下的土壤黏附力测量仪，用以弥补当前土壤黏附力测量仪的不足之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种可原位、快捷、高效、成本低廉、适用性强、同时能测量更高维度组合运动条件下的水田土壤黏附力测量仪，可以对水田土壤吸附力情况进行快速的测量，所获结果可为田间作业机具的选择和设计提供可靠的依据。
为进一步实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水田土壤黏附力测量仪，包括机架、水平驱动装置、拉拔装置以及控制系统，所述机架包括三角支架、外壳、底座、托板、支撑板，底座与三角支架通过螺栓固定，支撑板与托板安装于底座上，外壳安装于托板上，并通过螺栓固定；所述水平驱动装置包括贯穿式步进电机、光轴、直线轴承、固定板，直线轴承安装于支撑板上，两根光轴分别贯穿直线轴承，光轴与贯穿式步进电机丝杆平行安装于固定板之上，并通过螺栓固定；所述拉拔装置包括连接件、固定轴式步进电机、拉压传感器、黏附力测盘，固定轴式步进电机通过连接件与光轴连接固定，通过光轴带动固定轴式步进电机水平运动，拉压传感器通过螺纹安装于固定轴式步进电机前端，可拆卸式的黏附力测盘安装于拉压传感器底端；所述控制系统包括PLC控制器、步进电机驱动器、移动电源、触摸显示屏，其中，PLC控制器及步进电机驱动器安装固定于隔板上，移动电源安装固定于托板上，触摸显示屏与外壳上表面通过螺栓固定。
作为上述技术方案的优选实施方式，本发明实施例提供的水田土壤黏附力测量仪进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述控制系统还包括有限位开关，所述限位开关安装于固定板上。
作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述底座与三角支架采用螺纹连接固定组成可旋转式底座，其上设置有刻度盘。
作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述外壳上端设置有提手和水平气泡。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明采用PLC控制器，实现了测量过程的自动化，减少人力消耗，测量成本低，测量效率高。
2.本发明采用三杆独立可调三角支架，保证了测量仪的水平，测量结果更精准。
3.本发明采用可旋转底座设计，旋转方便，特别在同一小区域进行多点位测量具有极大的便利性，无需重新起拔三角支架，减少了土壤扰动，提高了测量准确性；转向便捷，极大减少了测量仪移动转向时间，提高了测量效率。
4.本发明采用移动电源作为动力，且结构设计紧凑，移动方便，便于携带，特别是在田间原位测量极为便利，水田土壤的原位测量试验可在连续条件下进行，因此可以得到更全面的土层剖面状态和力学性质参数。
5.本发明针对现有土壤黏附力测量仪只能土壤法向或切向黏附力，且拉拔速度只能在一个方向上可调，而本发明可测量多维度组合运动条件下的水田土壤黏附力，测量结果更具有实际参考价值。
6.本发明采用大量标准件，设计结构简单，维护方便，成本低，可作为水田土壤黏附力专用测量仪进行大量推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明水田土壤黏附力测量仪的结构示意图；
图2为本发明水田土壤黏附力测量仪的去壳主视图；
图3为本发明水田土壤黏附力测量仪的限位开关局部放大示意图；
图4为本发明水田土壤黏附力测量仪的去壳俯视图；
图5为本发明水田土壤黏附力测量仪的去壳左视图；
图6为本发明水田土壤黏附力测量仪的仰视图。
图中：1-三角支架，2-外壳，3-触摸显示屏，4-提手，5-水平气泡，6-拉压传感器，7-黏附力测盘，8-底座，9-托板，10-移动电源，11-光轴，12-固定板，13-限位开关，14-贯穿式步进电机丝杆，15-步进电机驱动器，16-直线轴承，17-隔板，18-PLC控制器，19-贯穿式步进电机，20-支撑板，21-固定轴式步进电机，22-连接件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，本发明实施例提供的水田土壤黏附力测量仪，包括机架、水平驱动装置、拉拔装置和控制系统，以实现黏附力测量工作。如图1、图2所示，所述机架包括三角支架1、外壳2、底座8、托板9、支撑板20，底座8与三角支架1通过螺栓固定，同时支撑板20与托板9安装于底座8上，外壳2安装于托板9上，并通过螺栓固定；如图2所示，所述水平驱动装置包括贯穿式步进电机19、光轴11、直线轴承16、固定板12，直线轴承16安装于支撑板20上，两根光轴11分别贯穿直线轴承16，光轴11与贯穿式步进电机丝杆14平行安装于固定板12之上，并通过螺栓固定，防止相对转动；通过贯穿式步进电机19转子转动，带动贯穿式步进电机丝杆14的移动，同时通过固定板12带动光轴11移动；如图5所示，所述拉拔装置包括连接件22、固定轴式步进电机21、拉压传感器6、黏附力测盘7，固定轴式步进电机21通过连接件22与上述光轴11连接固定，通过光轴11带动固定轴式步进电机21水平运动，拉压传感器6直接通过螺纹安装于固定轴式步进电机21前端，可拆卸式的黏附力测盘7则安装于拉压传感器6底端；如图1-6所示，所述控制系统包括PLC控制器18、步进电机驱动器15、移动电源10、触摸显示屏3；其中PLC控制器18以及步进电机驱动器15安装固定于隔板17之上，隔板17安装于支撑板20上端，移动电源10安装固定于托板9之上，触摸显示屏3与外壳2上表面通过螺栓固定。具体的，PLC控制器18为台达DVP系列可编程控制器。
本发明一实施例中，如图2、图3所示，如上所述控制系统还包括有限位开关13，限位开关13安装于固定板12上，采用按压式的限位开关13，可以防止驱动装置与外壳2发生刚性碰撞，保护驱动装置不发生碰撞。
本发明一实施例中，所述底座8与三角支架1采用螺纹连接固定组成可旋转式底座设计，其上设置有刻度盘，可精准旋转任意角度。
本发明一实施例中，如图1所示，所述外壳2上端设置有提手4和水平气泡5。调节三角支架1的长度，通过水平气泡5判断可使测量仪保持水平。
本发明成本低廉，适用性强，且该装置重量轻巧，结构简单，操作方便，可以对水田土壤吸附力情况进行快速的测量，所获结果可为田间作业机具的选择和设计提供可靠的依据。
下面结合上述结构描述，参照图1-6对本发明水田土壤黏附力测量仪的工作原理进行简单地描述。
本水田土壤黏附力测量仪主要由机架、水平驱动装置、拉拔装置、控制系统四部分组成。三角支架1固定于地面，通过调节三角支架1的长度，使测量仪保持水平(通过水平气泡5判断)；此时点击触摸显示屏3初始化按钮，程序开始初始化；通过PLC控制器18内置程序，控制拉拔装置与水平驱动装置回到初始测量位置；通过点击触摸显示屏3参数调节按钮，设定好所需参数；随后点击触摸显示屏3上开始测量按钮，驱动固定轴式步进电机21与贯穿式步进电机19按所设定的转速与转向转动，从而带动拉拔装置与水平驱动装置运动，牵引黏附力测盘7按要求完成“下压-加载-保持-卸载”运动，同时根据测量要求，实时记录拉压传感器6数据；其中为防止水平驱动装置与外壳2发生刚性碰撞，采用按压式限位开关13，保护水平驱动装置不发生碰撞。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水田土壤黏附力测量仪，其特征在于，包括机架、水平驱动装置、拉拔装置以及控制系统，所述机架包括三角支架(1)、外壳(2)、底座(8)、托板(9)、支撑板(20)，底座(8)与三角支架(1)通过螺栓固定，支撑板(20)与托板(9)安装于底座(8)上，外壳(2)安装于托板(9)上，并通过螺栓固定；
所述水平驱动装置包括贯穿式步进电机(19)、光轴(11)、直线轴承(16)、固定板(12)，直线轴承(16)安装于支撑板(20)上，两根光轴(11)分别贯穿直线轴承(16)，光轴(11)与贯穿式步进电机丝杆(14)平行安装于固定板(12)之上，并通过螺栓固定；
所述拉拔装置包括连接件(22)、固定轴式步进电机(21)、拉压传感器(6)、黏附力测盘(7)，固定轴式步进电机(21)通过连接件(22)与光轴(11)连接固定，通过光轴(11)带动固定轴式步进电机(21)水平运动，拉压传感器(6)通过螺纹安装于固定轴式步进电机(21)前端，可拆卸式的黏附力测盘(7)安装于拉压传感器(6)底端；
所述控制系统包括PLC控制器(18)、步进电机驱动器(15)、移动电源(10)、触摸显示屏(3)，其中，PLC控制器(18)及步进电机驱动器(15)安装固定于隔板(17)上，移动电源(10)安装固定于托板(9)上，触摸显示屏(3)与外壳(2)上表面通过螺栓固定。
2.根据权利要求1所述的水田土壤黏附力测量仪，其特征在于，所述控制系统还包括有限位开关(13)，所述限位开关(13)安装于固定板(12)上。
3.根据权利要求1所述的水田土壤黏附力测量仪，其特征在于，所述底座(8)与三角支架(1)采用螺纹连接固定组成可旋转式底座，其上设置有刻度盘。
4.根据权利要求1所述的水田土壤黏附力测量仪，其特征在于，所述外壳(2)上端设置有提手(4)和水平气泡(5)。
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