CN114568051B - 一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，包括：机架；滑动进给机构，其安装于机架的顶部，滑动进给机构上设有至少三个沿左右方向间隔分布的进给平台；进给平台从右往左依次设有旋耕模块、开沟模块和夹种模块；土仓，其安装于机架的中部；土仓的顶部开口，且土仓的底部设有开合通道；振动筛，其位于土仓的下方，振动筛包括至少三层筛网；以及竖栅型形测模块，其安装于机架上并位于土仓的上方，用于对开沟模块开沟后所形成的沟槽空间进行截面沟形测算。采用本发明的实验装置能够模拟种植作业中所涉及的多种碎土、开沟和落种等因素，以研究多实验因素综合作用下对有效落种空间和甘蔗落种稳定性的影响。

Description

一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置

技术领域

本发明涉及甘蔗种植领域，特别涉及一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置。

背景技术

预切种横向种植是一种甘蔗种植良法，须满足“深种浅埋、精准落种”的种植农艺要求。开沟犁和旋耕总成是甘蔗种植机实现深种浅埋的关键，针对现有蔗种种植作业中存在的有效种植深度不足、落种质量差、旋耕碎土效果不佳等问题，有必要探究组合式开沟器在旋耕碎土—犁面开沟—落种过程中各关键部件设计以及工作要素对有效落种空间的影响。而开展大规模重复性的田间实验所耗费的时间及人力成本较高，且对作业成效及过程的检测和监测手段使用十分受限，因此亟待开发一种集成度高、涵盖因子全面、操作自动化的实验系统，为在实验室定量研究不同结构设计及参数设置下的开沟动态过程和作业质量评估提供了可能，以能够实验模拟甘蔗种植工况下涉及的多种碎土、开沟和落种因素，用于研究不同设计与工作参数组合对甘蔗有效落种空间及落种稳定性的影响效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，从而克服现有研究甘蔗有效落种需要开展大规模重复性的田间实验所耗费的时间及人力成本较高，且对实验过程的控制和测量手段使用十分受限的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，包括：机架；滑动进给机构，其安装于所述机架的顶部，所述滑动进给机构上设有至少三个沿左右方向间隔分布的进给平台，所述进给平台通过所述滑动进给机构驱动进行左右滑动，且所述进给平台之间的距离可以调整；三个所述进给平台从右往左依次安装有旋耕模块、开沟模块和夹种模块，其中，所述旋耕模块的上端以高度能够调节的方式安装于对应所述进给平台上，用于进行旋耕碎土操作；所述开沟模块的上端以高度能够调节的方式安装于对应所述进给平台上，用于进行开沟操作；所述夹种模块的上端安装于对应所述进给平台上，用于对蔗种进行夹取和落种种植，所述夹种模块沿前后方向的位置、上下方向的高度和蔗种斜抛下落姿态角均可调整；土仓，其安装于所述机架的中部且位于所述旋耕模块、所述开沟模块和所述夹种模块的下方；所述土仓的顶部开口，且所述土仓的底部设有供土壤流出的开合通道；振动筛，其位于所述土仓的下方且与所述开合通道对应设置，所述振动筛包括至少三层沿上下方向间隔设置的筛网，三层所述筛网的孔径从上往下依次减小；所述振动筛的底部设有振动装置；每层所述筛网上设有重量检测装置，用于检测每层所述筛网上土壤的重量；以及竖栅型形测模块，其以能够拆卸的方式安装于所述机架上并位于所述土仓的上方，用于对所述开沟模块开沟后所形成的沟槽空间进行截面沟形测算，测取截面沟形基本轮廓；并根据截面沟形基本轮廓的采样点数据来计算沟形截面积S、有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ。

优选地，上述技术方案中，所述滑动进给机构包括第一步进电机、导轨、滑块、底板和螺杆，所述导轨通过所述底板安装于所述机架的顶部，每个所述进给平台的底部通过所述滑块与所述导轨左右滑动连接；所述螺杆以能够转动的方式安装于所述底板上，所述第一步进电机安装于所述底板上且与所述螺杆的端部连接；每个所述进给平台与所述螺杆螺纹连接，且每个所述进给平台与所述螺杆为可拆卸连接方式。

优选地，上述技术方案中，所述旋耕模块包括旋耕支架、液压马达、蜗轮蜗杆减速器、转轴、套筒和旋耕组件，所述旋耕支架的上端以高度能够调节的方式与对应所述进给平台连接；所述液压马达安装于所述旋耕支架的下端，且所述液压马达通过所述蜗轮蜗杆减速器与所述转轴连接，所述转轴的轴线沿前后方向分布，且所述转轴的前后两端均设有所述旋耕组件，所述旋耕组件通过所述套筒与所述转轴周向定位连接，且所述旋耕组件间的距离可调节。

优选地，上述技术方案中，所述开沟模块包括犁架、犁曲面和护板，所述犁架的上端以高度能够调节的方式与对应所述进给平台连接，所述犁曲面与所述犁架的下端可拆卸连接；所述犁曲面左端的前后两侧面分别设有所述护板，每个所述护板与所述犁曲面可拆卸连接，且每个所述护板通过连接套与所述犁架前后滑动和可拆卸连接。

优选地，上述技术方案中，所述夹种模块包括：夹种导轨，其安装于对应所述进给平台上，所述夹种导轨的长度沿前后方向设置；垂向气缸，其上端通过垂向安装板与所述夹种导轨前后滑动连接；横向气缸，其通过横向安装板安装于对应所述进给平台上，且所述横向气缸的前端与所述垂向安装板连接；旋转气缸，其通过旋转安装板与所述垂向气缸的下端连接；夹爪气缸，其通过夹爪安装板与所述旋转气缸连接；以及气动夹爪，其与所述夹爪气缸连接，所述气动夹爪的夹取面为圆柱面。

优选地，上述技术方案中，所述土仓的前后两侧壁为活动壁，所述活动壁能够前后滑动，且两个所述活动壁通过丝杆螺母机构驱动进行前后相对滑动；所述活动壁的内侧设有压力传感器。

优选地，上述技术方案中，所述土仓的底面设有能够开闭的盖体，以形成所述开合通道；所述盖体与所述土仓的底面之间通过卡扣机构进行连接；其中，所述土仓的前侧壁由有机玻璃制成。

优选地，上述技术方案中，所述重量检测装置包括压力应变片，每层所述筛网的周边设有安装框架，所述筛网之间通过所述安装框架上下叠合设置，所述安装框架的每个侧壁上均开设有U型槽；在每个所述安装框架上，所述安装框架在相邻两个所述U型槽之间的位置上均安装有所述压力应变片。

优选地，上述技术方案中，所述竖栅型形测模块包括传感器安装板、栅杆、拉线式位移传感器、栅杆连接板和挡板；所述传感器安装板与所述机架可拆卸连接，且所述传感器安装板的长度沿前后方向分布；所述传感器安装板上沿其长度方向设有多个均匀分布的所述拉线式位移传感器，每个所述拉线式位移传感器的下端安装有所述栅杆，所有所述栅杆的下端与所述栅杆连接板上下滑动连接，且所述挡板活动设置于所述栅杆连接板上且位于所述栅杆的下端；其中，沟形截面积S的近似求和计算公式为：

式中：X为相邻两个栅杆之间的间距；H_i为第i个栅杆底部与沟槽土表面接触位置点的距离减去第i个栅杆底部与土仓水平面的距离的值，而土仓水平面为土仓内土壤在进行开沟前的土壤水平面。

优选地，上述技术方案中，有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ的计算公式为：

式中：h为蔗种落种后，蔗种底部到土仓水平面的距离为蔗种的有效落种深度，而土仓水平面为土仓内土壤在进行开沟前的土壤水平面；H为开沟模块的入土深度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

采用本发明的组合式开沟实验装置，可实现大田实验中无法定量控制和测量的因素及检测指标，且装置自动化程度较高，省时省力；组合式开沟实验装置能够模拟种植和耕整作业中所涉及的多种碎土、开沟和落种等因素，以研究多实验因素综合作用下对有效落种空间和甘蔗落种稳定性的影响；并采用沟形截面积S、有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ这两个指标来分别衡量有效落种空间和落种质量，借助旋耕前后土壤粒径占比的变化来评估其碎土效果。

附图说明

图1是根据本发明的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置的三维结构示意图。

图2是根据本发明的图1的主视示意图。

图3是根据本发明的图2的俯视示意图。

图4是根据本发明的图1的内部结构右视示意图。

图5是根据本发明的竖栅型形测模块的结构示意图。

图6是根据本发明的开沟模块的三维结构示意图。

图7是根据本发明的旋耕模块的三维结构示意图。

图8是根据本发明的振动筛的三维结构示意图。

图9是根据本发明的土仓的三维结构示意图。

图10是根据本发明的截面沟形基本轮廓的拟合曲线示意图。

主要附图标记说明：

1-第一步进电机，2-联轴器，3-进给平台，5-滑块，6-导轨，8-螺杆，9-底板，10-机架，11-土仓，14-开沟模块，17-犁架，18-栅杆，19-栅杆连接板，20-挡板，21-导轨安装板，22-夹种导轨，23-垂向安装板，24-垂向气缸，25-旋转气缸，26-夹爪气缸，27-气动夹爪，29-旋转安装板，30-拉线式位移传感器，31-横向气缸，32-横向安装板，34-传感器安装板，35-犁曲面，36-护板，37-蔗种，38-连接套，39-液压马达，40-蜗轮蜗杆减速器，41-转轴，42-旋耕刀盘，43-旋耕刀，44-套筒，45-支柱，46-弹簧伸缩套筒，48-振动电机，49-筛网，50-压力应变片，51-丝杠，52-第二步进电机，53-齿轮传动机构，54-螺母，55-卡钩，56-拉伸弹簧，57-卡环，58-母门，59-子门，60-压力传感器，61-合页。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1至图10显示了根据本发明优选实施方式的一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置的结构示意图，该组合式开沟实验装置包括机架10、滑动进给机构、土仓11、振动筛以及竖栅型形测模块。

参考图1至图9，滑动进给机构安装于机架10的顶部，滑动进给机构上设有至少三个沿左右方向间隔分布的进给平台3，进给平台3通过滑动进给机构驱动进行左右滑动，以使进给平台3能够沿沟向以一定速度移动。且进给平台3之间的距离可以调整，从而调整进给平台3间的相对位置。三个进给平台3从右往左依次安装有旋耕模块、开沟模块14和夹种模块。其中，旋耕模块的上端以高度能够调节的方式安装于对应进给平台3上，以调整旋耕深度，旋耕模块用于进行旋耕碎土操作。开沟模块14的上端以高度能够调节的方式安装于对应进给平台3上，以调整开沟深度，开沟模块14用于进行开沟操作。夹种模块的上端安装于对应进给平台3上，用于对蔗种37进行夹取和落种种植；夹种模块沿前后方向的位置、上下方向的高度和蔗种37斜抛下落姿态角均可调整，从而调整蔗种37下落的位置、高度和角度。土仓11安装于机架10的中部且位于旋耕模块、开沟模块14和夹种模块的下方，用于承纳具有不同非饱和土壤性质的天然土壤或人为调配的土壤。土仓11的顶部开口，便于旋耕模块进行旋耕，开沟模块14进行开沟和夹种模块进行落种操作。土仓11的底部设有供土壤流出的开合通道。振动筛位于土仓11的下方且与开合通道对应设置，以使土仓11内的土壤能够通过开合通道流入振动筛内。振动筛包括至少三层沿上下方向间隔设置的筛网49，三层筛网49的孔径从上往下依次减小，以对土壤进行过滤。振动筛的底部设有振动装置，用于进行振动过滤操作。每层筛网49上设有重量检测装置，用于检测每层筛网49上土壤的重量，从而借助旋耕前后土壤粒径占比的变化来评估其碎土效果。竖栅型形测模块以能够拆卸的方式安装于机架10上并位于土仓11的上方，用于对开沟模块14开沟后所形成的沟槽空间进行截面沟形测算，测取截面沟形基本轮廓；并根据截面沟形基本轮廓的采样点数据来计算沟形截面积S、有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ。采用本发明的组合式开沟实验装置，可实现大田实验中无法定量控制和测量的因素及检测指标，且装置自动化程度较高，省时省力；组合式开沟实验装置能够模拟种植和耕整作业中所涉及的多种碎土、开沟和落种等因素，以研究多实验因素综合作用下对有效落种空间和甘蔗落种稳定性的影响；并采用沟形截面积S、有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ这两个指标来分别衡量有效落种空间和落种质量，并借助旋耕前后土壤粒径占比的变化来评估其碎土效果。

参考图1至图3，滑动进给机构可为丝杆螺母结构或齿轮齿条结构等。优选地，滑动进给机构包括第一步进电机1、导轨6、滑块5、底板9和螺杆8，导轨6通过底板9安装于机架10的顶部，且导轨6的长度沿左右方向分布。每个进给平台3的底部通过滑块5与导轨6左右滑动连接。螺杆8以能够转动的方式安装于底板9上，且螺杆8的长度也沿左右方向分布。第一步进电机1安装于底板9上且通过联轴器2与螺杆8的端部连接，用于驱动螺杆8转动。每个进给平台3与螺杆8螺纹连接，以使螺杆8转动后能够带动所有的进给平台3沿着导轨6进行同步的左右滑动。且每个进给平台3与螺杆8为可拆卸连接方式，当需要调整进给平台3之间的距离时，只需解除进给平台3与螺杆8的螺纹连接，将进给平台3移动至所需位置后，再将进给平台3与螺杆8螺纹连接即可，简单方便。

参考图1、图2、图4和图7，优选地，旋耕模块包括旋耕支架、液压马达39、蜗轮蜗杆减速器40、转轴41、套筒44和旋耕组件，旋耕支架的上端以高度能够调节的方式与对应进给平台3连接，便于调整旋耕支架的高度。其中，旋耕支架与进给平台3之间可为上下滑动连接并通过螺栓进行固定，以将旋耕支架固定在所需高度上，调整旋耕深度。液压马达39安装于旋耕支架的下端，且液压马达39通过蜗轮蜗杆减速器40与转轴41连接，通过液压马达39来驱动旋耕组件进行旋耕作业。转轴41的轴线沿前后方向分布，且转轴41的前后两端均设有旋耕组件，旋耕组件通过套筒44与转轴41周向定位连接，即转轴41上有长方形凸台，套筒44上开有与长方形凸台对应的卡槽，用于传递扭矩，旋耕组件与套筒连接。且旋耕组件间的距离可调节，即套筒44可沿转轴41轴向滑动，并可通过螺栓进行轴向定位，以调整旋耕组件间的距离。其中，旋耕组件包括旋耕刀盘42和旋耕刀43，旋耕刀盘42上沿其周向方向设有多个均匀分布的旋耕刀43，且旋耕刀盘42与套筒44可拆卸连接，以通过替换具有不同刀具安装位的旋耕刀盘42来调整旋耕刀43数量。

参考图1、图2、图4和图6，优选地，开沟模块14包括犁架17、犁曲面35和护板36，犁架17的上端以高度能够调节的方式与对应进给平台3连接，以调节开沟深度。其中，犁架17与进给平台3之间可为上下滑动连接并通过螺栓进行固定，以将犁架17固定在所需高度上。犁曲面35与犁架17的下端可拆卸连接，且犁曲面35呈大口朝左的V形曲面状。犁曲面35左端的前后两侧面分别设有护板36，每个护板36与犁曲面35通过螺栓可拆卸连接，且每个护板36通过连接套38与犁架17前后滑动和可拆卸连接，即连接套38与犁架17的长孔之间通过螺栓连接，通过松开或拧紧螺栓，便能够移动或固定连接套38，调整两个护板36之间的距离。采用该开沟模块14可以安装替换不同的犁曲面35，研究不同的开沟深度、犁曲面35、有无护板36、护板36长度和高度等对开沟有效落种空间和落种质量的影响。

参考图1至图4，优选地，夹种模块包括夹种导轨22、垂向气缸24、横向气缸31、旋转气缸25、夹爪气缸26以及气动夹爪27。夹种导轨22通过导轨安装板21安装于对应进给平台3上，夹种导轨22的长度沿前后方向设置。垂向气缸24的上端通过垂向安装板23与夹种导轨22前后滑动连接。横向气缸31通过横向安装板32安装于对应进给平台3上，且横向气缸31的前端与垂向安装板23连接，通过横向气缸31的伸缩来驱动垂向气缸24前后滑动，调整垂向气缸24沿前后方向的位置，从而调整蔗种37与开沟模块14所开沟槽的横向相对位置。旋转气缸25通过旋转安装板29与垂向气缸24的下端连接，通过垂向气缸24的伸缩来调整旋转气缸25的高度，进而调整蔗种37的下落高度。夹爪气缸26通过夹爪安装板与旋转气缸25连接，从而调整夹爪气缸26的角度，进而可以调整蔗种37的下落姿态。且通过改变两个进给平台3之间的距离，可以调整蔗种37距开沟模块14的沟向距离。气动夹爪27与夹爪气缸26连接，以使夹爪气缸26能够驱动气动夹爪27张开或闭合。气动夹爪27的夹取面为圆柱面，便于夹取蔗种37。当需要进行落种操作时，只需驱动气动夹爪27张开即可将蔗种37自动释放。通过控制横向气缸31、垂向气缸24、旋转气缸25和夹爪气缸26，便可调节蔗种37的横、竖向悬置位置、斜抛下落姿态角和与夹爪的脱离时间点。

参考图1、图2和图9，优选地，土仓11的前后两侧壁为活动壁，活动壁能够前后滑动，调整活动臂之间的距离。即可在土仓11的左右两侧壁的上端开设有滑槽，活动臂的左右两端凸设有位于滑槽内的滑动块，滑动块向外延伸出滑槽的外侧之外。且两个活动壁通过丝杆螺母机构驱动进行前后相对滑动，即可在土仓11的左右两侧壁的外侧分别设有丝杆螺母机构，用于驱动活动臂滑动。每个丝杆螺母机构包括丝杆51、螺母54和驱动装置，土仓11侧壁在与每个活动臂对应的位置上设有一个轴线沿前后方向分布的丝杠51，两个丝杆51前后对称设置，每个活动臂的滑动块通过螺母54与丝杆51螺纹连接；两个丝杆51之间安装有驱动装置，用于驱动两个丝杆51同步转动。其中，驱动装置包括齿轮传动机构53和第二步进电机52，第二步进电机52通过齿轮传动机构63与两个丝杆51连接。活动壁的内侧设有压力传感器60，根据压力传感器60检测到的压力信号反馈，第二步进电机52控制两个活动臂相向或相对滑动，调节土仓11的沿前后方向的宽度，以维持实验过程中土壤所受的围压基本恒定。

参考图1、图2和图9，优选地，土仓11的底面设有能够开闭的盖体，以形成开合通道；盖体与土仓11的底面之间通过卡扣机构进行连接，便于盖体的开合。土仓11的前侧壁由有机玻璃制成，可观测到实验过程中土壤的变化情况。进一步优选地，土仓11底面沿左右方向设有多个盖体，每个盖体包括两个左右相对分布的盖门，每个盖门的外端通过合页61与土仓11铰接，两个盖门的前后两端分别设有卡扣机构。卡扣机构包括卡钩55、拉伸弹簧56和卡环57，卡钩55的上端以能够转动方式安装于土仓11上，卡环57固定安装于土仓11上。两个盖门分别为母门58和子门59，子门59的内端搭靠在母门58内端的顶部，母门的前后两端向外延伸形成连接端，卡钩55的下端与母门58的连接端搭接，且拉伸弹簧56连接于卡环57和卡钩55的中部之间，防止卡钩55转动松开。通过转动卡钩55，便可开闭盖体。

参考图1、图2和图8，优选地，重量检测装置包括压力应变片50。每层筛网49的周边设有安装框架，筛网49之间通过安装框架上下叠合设置。安装框架的每个侧壁上均开设有U型槽，U型槽贯穿对应侧壁，U型槽的开口朝上设置，且U型槽的长度沿对应侧壁的长度方向分布，以使安装框架在相邻两个U型槽之间的位置上形成角形边梁结构，从而使安装框架的四个角分别形成一个角形边梁，进而使筛网49内土壤重量引起的变形由四个角形边梁承担。在每个安装框架上，安装框架在相邻两个U型槽之间的位置上均安装有压力应变片50，即在每个角形边梁上均安装有压力应变片50，通过压力应变片50的变形量来计算每层筛网49的土壤重量。振动装置包括支柱45、弹簧伸缩套筒46和振动电机48，振动筛底部的四周均设有支柱45，每个支柱45通过弹簧伸缩套筒46与振动筛的底部连接，且振动筛的底部设有振动电机48，用于驱动振动筛上下弹性振动。

参考图1、图2、图5和图10，优选地，竖栅型形测模块包括传感器安装板34、栅杆18、拉线式位移传感器30、栅杆连接板19和挡板20。传感器安装板34与机架10可拆卸连接，且传感器安装板34的长度沿前后方向分布。传感器安装板34上沿其长度方向设有多个均匀分布的拉线式位移传感器30，每个拉线式位移传感器30的下端安装有栅杆18，所有栅杆18的下端与栅杆连接板19上下滑动连接，且挡板20活动设置于栅杆连接板19上且位于栅杆18的下端。在开沟、落种完成之后，将传感器安装板34通过螺栓螺母与底板9的长孔相连，将其安装于底板9的下方，可以调整其沟向安装检测位置。栅杆18底部与土仓水平面的高度差固定，而土仓水平面为土仓11内土壤在进行开沟前的土壤水平面。拉线式位移传感器30的下端与栅杆18相连，可以测量栅杆18底部与其正下方沟槽土表面接触位置点的距离。以土仓11沿前后方向的水平面作为横坐标，则栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的距离减去栅杆18底部与土仓水平面的高度差，便可得到栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的纵坐标，对这些点进行曲线拟合得到大致的截面沟形基本轮廓(如图10所示)，并采用沟形截面积S来衡量有效落种空间。其中，沟形截面积S的近似求和计算公式为：

式中：X为相邻两个栅杆18之间的间距；H_i为第i个栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的距离减去第i个栅杆18底部与土仓水平面的距离的值，即H_i为栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的纵坐标。

参考图1至图10，优选地，当用有效落种深度h与开沟深度H之间的相对偏差δ来衡量落种质量时，δ越小，落种质量则越好。其中，有效落种深度h与开沟深度H之间的相对偏差δ的计算公式为：

式中：h为蔗种37落种后，蔗种37底部到土仓水平面的距离为蔗种37的有效落种深度；H为开沟模块的入土深度。

参考图1至图10，一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置的实验方法，具体实验操作步骤如下：

(1)、土仓11内装入实验所用土壤。

(2)、横向气缸31是可调行程气缸，带动垂向气缸24横向移动，调整蔗种37与开沟模块所开沟槽的横向相对位置。

(3)、垂向气缸24是可调行程气缸，带动旋转气缸25上下移动，调整蔗种37的下落高度。

(4)、旋转气缸25带动夹爪气缸26旋转一定的角度，调整蔗种37的下落姿态。

(5)、通过改变两个进给平台3之间的距离来调整蔗种37距开沟模块的沟向距离。

(6)、通过调整犁架17上下滑动，可以变换不同的开沟深度，犁架17下端可以安装替换不同的犁曲面35。

(7)、启动液压马达39，液压马达39通过蜗轮蜗杆传动变换转轴41方向后，驱动旋耕刀43回转碎土作业，且旋耕的入土深度、两旋耕刀盘的间距为可调节式，旋耕刀盘上的旋耕刀数量可通过更换具有不同刀具安装位的旋耕刀盘来调节。

(8)、启动第一步进电机1，第一步进电机1转速可调，通过第一步进电机1驱动所有的进给平台3同步移动，从而带动旋耕模块、开沟模块14和夹种模块以一定速度进给，且上述三个模块的初始安装位置相对可调。

(9)、在开沟模块14稳定前进的过程中，通过夹爪气缸26控制气动夹爪27来实现蔗种37的自动释放，在蔗种37下落之后，第一步进电机1停止工作，开沟过程结束。

(10)、透过土仓11正前侧有机玻璃可观测到实验过程中土壤的变化情况以及蔗种37的下落情况。

(11)、在开沟、落种完成之后，将传感器安装板34通过螺栓螺母与底板9的长孔相连，将其安装于底板9的下方，可以调整其沟向安装检测位置。栅杆18底部与土仓水平面的高度差固定，拉线式位移传感器30的下端与栅杆18相连，可以测量栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的距离；以土仓11沿前后方向的水平面作为横坐标，则栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的距离减去栅杆18底部与土仓水平面的高度差，便可得到栅杆18底部与沟槽土表面接触位置点的纵坐标，对这些点进行曲线拟合得到大致的截面沟形基本轮廓，并采用沟形截面积S来衡量有效落种空间。

(12)、测量出蔗种37底部到土仓水平面的距离为蔗种37的有效落种深度h，并用有效落种深度h与开沟深度H之间的相对偏差δ来衡量落种质量，δ越小，落种质量则越好。

(13)、启动振动筛，对土仓11落下的土壤进行粒径筛分，通过压力应变片50的变形量来实现筛分后每层土壤重量的实时测量，并借助旋耕前后土壤粒径占比的变化来评估其碎土效果。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，包括：

机架；

滑动进给机构，其安装于所述机架的顶部，所述滑动进给机构上设有三个沿左右方向间隔分布的进给平台，所述进给平台通过所述滑动进给机构驱动进行左右滑动，且所述进给平台之间的距离可以调整；三个所述进给平台从右往左依次安装有旋耕模块、开沟模块和夹种模块，其中，所述旋耕模块的上端以高度能够调节的方式安装于对应所述进给平台上，用于进行旋耕碎土操作；所述开沟模块的上端以高度能够调节的方式安装于对应所述进给平台上，用于进行开沟操作；所述夹种模块的上端安装于对应所述进给平台上，用于对蔗种进行夹取和落种种植，所述夹种模块沿前后方向的位置、上下方向的高度和蔗种斜抛下落姿态角均可调整；

土仓，其安装于所述机架的中部且位于所述旋耕模块、所述开沟模块和所述夹种模块的下方；所述土仓的顶部开口，且所述土仓的底部设有供土壤流出的开合通道；

振动筛，其位于所述土仓的下方且与所述开合通道对应设置，所述振动筛包括三层沿上下方向间隔设置的筛网，三层所述筛网的孔径从上往下依次减小；所述振动筛的底部设有振动装置；每层所述筛网上设有重量检测装置，用于检测每层所述筛网上土壤的重量；以及

竖栅型形测模块，其以能够拆卸的方式安装于所述机架上并位于所述土仓的上方，用于对所述开沟模块开沟后所形成的沟槽空间进行截面沟形测算，测取截面沟形基本轮廓；并根据截面沟形基本轮廓的采样点数据来计算沟形截面积S、有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ；

其中，所述滑动进给机构包括第一步进电机、导轨、滑块、底板和螺杆，所述导轨通过所述底板安装于所述机架的顶部，每个所述进给平台的底部通过所述滑块与所述导轨左右滑动连接；所述螺杆以能够转动的方式安装于所述底板上，所述第一步进电机安装于所述底板上且与所述螺杆的端部连接；每个所述进给平台与所述螺杆螺纹连接，且每个所述进给平台与所述螺杆为可拆卸连接方式；

其中，所述旋耕模块包括旋耕支架、液压马达、蜗轮蜗杆减速器、转轴、套筒和旋耕组件，所述旋耕支架的上端以高度能够调节的方式与对应所述进给平台连接；所述液压马达安装于所述旋耕支架的下端，且所述液压马达通过所述蜗轮蜗杆减速器与所述转轴连接，所述转轴的轴线沿前后方向分布，且所述转轴的前后两端均设有所述旋耕组件，所述旋耕组件通过所述套筒与所述转轴周向定位连接，且所述旋耕组件间的距离可调节；所述旋耕组件包括旋耕刀盘和旋耕刀，旋耕刀盘上沿其周向方向设有多个均匀分布的旋耕刀，且旋耕刀盘与套筒可拆卸连接；

其中，所述土仓的前后两侧壁为活动壁，所述活动壁能够前后滑动，且两个所述活动壁通过丝杆螺母机构驱动进行前后相对滑动；所述活动壁的内侧设有压力传感器；

其中，有效落种深度与开沟深度之间的相对偏差δ的计算公式为：

式中：h为蔗种落种后，蔗种底部到土仓水平面的距离为蔗种的有效落种深度，而土仓水平面为土仓内土壤在进行开沟前的土壤水平面；H为开沟模块的入土深度。

2.根据权利要求1所述的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，所述开沟模块包括犁架、犁曲面和护板，所述犁架的上端以高度能够调节的方式与对应所述进给平台连接，所述犁曲面与所述犁架的下端可拆卸连接；所述犁曲面左端的前后两侧面分别设有所述护板，每个所述护板与所述犁曲面可拆卸连接，且每个所述护板通过连接套与所述犁架前后滑动和可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，所述夹种模块包括：

夹种导轨，其安装于对应所述进给平台上，所述夹种导轨的长度沿前后方向设置；

垂向气缸，其上端通过垂向安装板与所述夹种导轨前后滑动连接；

横向气缸，其通过横向安装板安装于对应所述进给平台上，且所述横向气缸的前端与所述垂向安装板连接；

旋转气缸，其通过旋转安装板与所述垂向气缸的下端连接；

夹爪气缸，其通过夹爪安装板与所述旋转气缸连接；以及

气动夹爪，其与所述夹爪气缸连接，所述气动夹爪的夹取面为圆柱面。

4.根据权利要求1所述的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，所述土仓的底面设有能够开闭的盖体，以形成所述开合通道；所述盖体与所述土仓的底面之间通过卡扣机构进行连接；其中，所述土仓的前侧壁由有机玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，所述重量检测装置包括压力应变片，每层所述筛网的周边设有安装框架，所述筛网之间通过所述安装框架上下叠合设置，所述安装框架的每个侧壁上均开设有U型槽；在每个所述安装框架上，所述安装框架在相邻两个所述U型槽之间的位置上均安装有所述压力应变片。

6.根据权利要求1所述的用于研究甘蔗有效落种空间的组合式开沟实验装置，其特征在于，所述竖栅型形测模块包括传感器安装板、栅杆、拉线式位移传感器、栅杆连接板和挡板；所述传感器安装板与所述机架可拆卸连接，且所述传感器安装板的长度沿前后方向分布；所述传感器安装板上沿其长度方向设有多个均匀分布的所述拉线式位移传感器，每个所述拉线式位移传感器的下端安装有所述栅杆，所有所述栅杆的下端与所述栅杆连接板上下滑动连接，且所述挡板活动设置于所述栅杆连接板上且位于所述栅杆的下端；其中，沟形截面积S的近似求和计算公式为：

式中：X为相邻两个栅杆之间的间距；H_i为第i个栅杆底部与沟槽土表面接触位置点的距离减去第i个栅杆底部与土仓水平面的距离的值，而土仓水平面为土仓内土壤在进行开沟前的土壤水平面。