CN115486216A - 具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲 - Google Patents
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Abstract
具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲属于农业机械领域，本发明中深松铲柄经U型卡固接于方钢上，铲尖固接于安装板，铲尖为中空结构，可添加石墨粉，铲尖后侧设有可拆卸安装板；铲柄和铲尖两侧表面镶嵌有滚珠，能降低深松铲前进过程中的工作阻力，深松过程中可实现减阻功能；铲柄中空结构内置有遮挡片，光电传感器通过信号转换可检测出深松铲作业阻力；滚珠上方安装有支架，橡胶辊可实时测量滚珠转速，检测滚珠是否发生堵塞及不同深度土壤中滚珠的转速；本发明的深松铲可降低工作阻力，延长深松铲的使用寿命，降低机具功耗；光电传感器通过信号转换可检测出深松铲作业阻力，橡胶辊可以实时检测不同深度土壤中滚珠的转速。
Description
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲。
背景技术
农业的根本出路在于机械化，农业机械的广泛使用促进了我国粮食产量的飞跃提升。传统的耕作模式包括播种、收割、翻地等工作流程，这些工作流程由农业机械完成。农业机械频繁的进地次数也带来了土壤坚实度增大、土壤孔隙度下降、形成坚硬的犁底层等问题，进一步影响了我国粮食产量的增长。
目前，保护性耕作模式在东北地区得到有效推广，深松是保护性耕作的关键技术之一。深松可以打破犁底层，提高土壤质量，为作物的生长提供优质的种床条件。深松可以提高土壤孔隙度，打破犁底层，在雨雪季提高土壤的蓄水能力，加大水分的下渗速度，降低土壤的水蚀作用；深松可以提高土壤的疏松程度，促进植物的根系深扎，促进根系对养分、水分的有效吸收，提高作物产量；深松促进水分、养分平衡，调节种床不同深度的温度平衡，提高植物的生长环境，实现土地利用的良性循环。
深松铲作为深松作业的关键部件，其质量及作业环境直接影响着深松质量。深松铲的作业深度通常在30cm以下，在作业过程中受到的土壤阻力较大，深松铲易磨损，机具功耗较大，需要农户购置大型农机具，提高了农业种植成本；其次，部分农业种植区土壤粘度较大，深松铲作业过程中易粘附，降低深松效果。
发明内容
为解决上述深松铲存在的问题，本发明提供了一种具有作业阻力与土壤摩擦状态获取功能的深松铲，本发明与传统的深松铲相比，深松铲柄及铲尖采用中空构造，降低深松铲质量，安装方便；铲尖及铲柄左右侧镶嵌有滚珠，铲尖作业过程中滚珠可将石墨粉带出，降低前进阻力及作业功耗，减小土壤的粘附作用，提高深松效果。铲柄内部安装有应变片，可以通过光电信号转换测出深松铲的作业阻力。铲柄内部滚珠安装有支架，作业过程中滚珠带动橡胶辊同步转动，U型光电传感器通过矩形块遮挡现象间接测量出滚珠转速，进一步测量出不同深度土壤摩擦状态下的滚珠转速。
本发明的一种具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，由铲尖组件A、铲柄组件B、U型卡组件C、数据处理组件D和支撑座组件E组成，U型卡组件C通过U型卡对3固定于机架1上，铲柄组件B的上端通过螺栓固接于由U型卡组件C的前板2上，铲柄组件B的下端通过螺栓固接于铲尖组件A的安装组件A2；铲尖组件A由铲尖A1和安装板组件A2组成，铲尖A1的内部为中空构造，内部装有石墨粉，铲尖A1后表面下端面设有一个石墨注入孔27，铲尖A1的左右侧面各开有球形孔组Ⅱ25，球形孔组Ⅱ25内镶嵌有滚珠组26；铲柄组件B由铲柄ⅠB1和铲柄ⅡB2组成，铲柄ⅠB1的横界面为矩形实心体；铲柄ⅡB2由左板8、右板9、密封板6、红外光源12、遮挡片组13、支撑座组件群B3、信号接收器14和无线发射模块28组成，其中左板8和右板9关于a-a中心纵截面左右对称设置，左板8和右板9前端固接，且其夹角α1为30度；左板8和右板9各设有球形孔组Ⅰ10的32个球形孔，且左右对称；密封板6固接于左板8和右板9后端；U型卡组件C由前板2、U型卡对3、后板对4和螺栓对5组成，后板对4固接于前板2后面，U型卡对3与前板2螺栓连接，后板对4与螺栓对5连接；支撑座组件群B3由32个结构相同的支撑座组件E组成，支撑座组件E由矩形框15、支脚组16、橡胶辊Ⅰ17、橡胶辊Ⅱ18、滚珠11、支撑座Ⅰ19、支撑座Ⅱ22、矩形块组Ⅰ20、矩形块组Ⅱ23、U型光电传感器Ⅰ21、U型光电传感器Ⅱ24组成，支脚组16的四个支脚分别固接于矩形框15外面的四角；橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18前后平行设置，橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18上下两端固接于矩形框15的上下板内；支撑座Ⅰ19套于橡胶辊Ⅰ17近下端，支撑座Ⅰ19外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅰ20的四个矩形块，U型光电传感器Ⅰ21固接于矩形框15下板上，且靠近橡胶辊Ⅰ17一侧；支撑座Ⅱ22套于橡胶辊Ⅱ18近下端，支撑座Ⅱ22外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅱ23的四个矩形块，U型光电传感器Ⅱ24固接于矩形框15的下板上，且靠近橡胶辊Ⅱ18一侧；支撑座组件群B3中的32个支撑座组件E与左板8和右板9上的32个球形孔对应，每个支撑座组件E经其支脚组16的四个支脚固接于左板8或右板9里面，且与球形孔对应的位置，滚珠11分别由球形孔和橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18的上部限位；红外光源12、遮挡片组13的7个遮挡片、信号接收器14和无线发射模块28自上而下顺序排列，且在一条垂线上，并置于左板8、右板9和密封板6形成的空间内；数据处理组件D由机箱29、无线接收模块30、显示模块31、存储单元32和电源33组成，其中无线接收模块30、显示模块31和存储单元32固接于机箱29内，电源33为无线接收模块30、显示模块31和存储单元32供电。
所述铲柄组件B的球形孔组Ⅰ10设有32个圆形通孔，32个滚珠11滚动镶嵌于对应圆形通孔内，且满足d-m/2＝[1,3]mm，其中d为滚珠11的直径；m为铲柄组件B的左板8厚度，左板8厚度的m5mm≤m≤12mm，左板8和右板9的厚度相同。
深松铲作业过程中，滚珠11与橡胶辊Ⅰ17有接触，橡胶辊Ⅰ17与铲柄ⅡB2上滚珠11的位置关系满足：m2-d-m/2>0.5mm，其中：m2为橡胶辊Ⅰ17外侧面与铲柄组件B的左板8间距。
所述支撑座Ⅰ19上的矩形块组Ⅰ20对U型光电传感器Ⅰ21发出的信号产生遮挡，U型光电传感器Ⅰ21依据脉冲数测算橡胶辊Ⅰ17的转动圈数，根据单位时间转动圈数与橡胶辊Ⅰ17的直径，换算出不同深度的滚珠运动速度v：
其中：滚珠11与橡胶辊Ⅰ17的直径比为5:1，R为信号点与矩形块组Ⅰ20之间的半径，t为相邻脉冲之间的时间；矩形块组Ⅰ20的个数为2n11≤n1≤10；橡胶辊Ⅰ17的直径为d1mm≤d1≤5mm。
所述的铲柄组件B中空结构内部安装有遮挡片组13，遮挡片组13数量为n21≤n2≤10；遮挡片组13中心线长度为b40mm≦b≦70mm，b优选为50mm；铲柄组件B中空结构下方安装有信号接收器14，信号接收器14长度为h50mm≦h≦80mm。
所述的铲柄组件B作业过程中在阻力作用下发生线性弯曲，线性弯曲引发遮挡片组13产生微弱形变，导致红外光源12产生的光束发生偏转，信号接收器14记录光束偏转位移并通过光电信号转换检测铲柄组件B受力情况。
所述的深松铲作业过程中，不同深度土壤坚实度存在差异，使得不同深度土壤颗粒与铲柄组件B之间摩擦力不同，导致铲柄组件B上不同位置的滚珠11转速不同，通过转速差异间接反映不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力大小。
所述的深松铲作业过程分为以下步骤：
1)深松铲在机具牵引下进行深松作业；
2)铲柄组件B在阻力作用下产生线性微弱形变，线性弯曲引发遮挡片组13产生微弱形变，导致红外光源12产生的光束发生偏转；
3)铲柄组件B中空结构内信号接收器14记录光束偏转位移并通过光电信号转换检测铲柄组件B受力情况；
4)随着深松铲作业深度逐渐增大，不同深度土壤颗粒与铲柄组件B之间摩擦力不同，导致铲柄组件B上不同位置的滚珠11转速不同；
5)通过转速差异间接反映不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力大小；
6)铲柄组件B受力情况、不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力差异，上述信息通过无线发射模块28发送给无线接收模块30；
7)无线接收模块30将铲柄组件B受力情况和摩擦力情况传给显示模块31进行显示，并记录在存储单元32中。
深松铲在作业过程中，滚珠的运动方式是滚动前进的，滚珠在滚动前进的过程中，铲尖滚珠表面会粘附有石墨粉，深松过程中部分土壤与滚珠上的石墨粉接触，间接与土壤接触，石墨粉会起到润滑作用，降低土壤对深松铲的粘附作用。深松过程中，滚珠在土壤中是滚动前进的，降低了深松铲前进的工作阻力，进而降低农机具功耗，降低农业作业成本。
本发明相比于现有深松铲有益效果是：
1.本发明深松铲的铲柄及铲尖设计为中空构造，铲尖内部可以重复添加石墨粉，方便快捷；深松铲质量更轻，安装方便，节省制造材料，降低制造成本；
2.本深松铲各组成部分间均采用螺栓连接，相关零部件拆装方便，可随时进行更换破损部件，结构设计合理；
3.深松铲的铲柄及铲尖表面镶嵌有滚珠，可以降低深松铲与土壤之间的摩擦力，延长深松铲的使用寿命，降低深松铲的磨损程度；深松铲铲柄设计为曲线构型，可以在铲柄上方添加导土板，提高深松作业质量，降低作业成本。
4.铲柄中空结构内部安装有变片，可通过光电信号转换检测出深松铲作业过程中的作业阻力。滚珠运动过程中带动橡胶辊转动，通过矩形块的遮挡现象，U型光电传感器间接测量出不同深度滚珠转速，分析不同深度土壤颗粒的运动状态。
附图说明
图1为具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲的轴测图；
图2为铲尖组件A的轴测图；
图3为铲尖A1的轴侧图；
图4为铲柄组件B的轴侧图；
图5为铲柄的后视图；
图6为铲柄的内部局部示意图；
图7为支撑座组件E的轴测图；
图8为铲柄受力检测的示意图；
图9为滚珠与支撑座组件E的示意图；
图10为滚珠与支撑座组件E的俯视图；
图11为U型卡组件C的轴测图；
图12为U型卡组件C的后视图；
图13为数据处理组件D的示意图；
图14为在土壤中运动状态的示意图；
图15为数据采集的原理图；
其中：A.铲尖组件 A1.铲尖 A2.安装板组件 B.铲柄组件 B1.铲柄Ⅰ B2.铲柄ⅡB3.支撑座组件群 C.U型卡组件 D.数据处理组件 E.支撑座组件 1.机架 2.前板 3.U型卡对 4.后板对 5.螺栓对 6.密封板 7.安装孔 8.左板 9.右板 10.球形孔组Ⅰ 11.滚珠 12.红外光源 13.遮挡片组 14.信号接收器 15.矩形框 16.支脚组 17.橡胶辊Ⅰ 18.橡胶辊Ⅱ19.支撑座Ⅰ 20.矩形块组Ⅰ 21.U型光电传感器Ⅰ 22.支撑座Ⅱ 23.矩形块组Ⅱ 24.U型光电传感器Ⅱ 25.球形孔组Ⅱ 26.滚珠组 27.石墨注入孔 28.无线发射模块 29.机箱 30.无线接收模块 31.显示模块 32.存储单元 33.电源。
具体实施方式
如图1至图12所示，本发明由铲尖组件A、铲柄组件B、U型卡组件C、数据处理组件D和支撑座组件E组成，U型卡组件C通过U型卡对3固定于机架1上，铲柄组件B的上端通过螺栓固接于由U型卡组件A的前板2上，铲柄组件B的下端通过螺栓固接于铲尖组件A的安装组件A2。铲尖组件A由铲尖A1和安装板组件A2组成，铲尖A1的内部为中空构造，内部装有石墨粉，铲尖A1后表面下端面设有一个石墨注入孔27，铲尖A1的左右侧面各开有球形孔组Ⅱ25，球形孔组Ⅱ25内镶嵌有滚珠组26。铲柄组件B由铲柄ⅠB1和铲柄ⅡB2组成，铲柄ⅠB1的横界面为矩形实心体；铲柄ⅡB2由左板8、右板9、密封板6、红外光源12、遮挡片组13、支撑座组件群B3、信号接收器14和无线发射模块28组成，其中左板8和右板9关于a-a中心纵截面左右对称设置，左板8和右板9前端固接，且其夹角α1为30度；左板8和右板9各设有球形孔组Ⅰ10的32个球形孔，且左右对称；密封板6固接于左板8和右板9后端。U型卡组件C由前板2、U型卡对3、后板对4和螺栓对5组成，后板对4固接于前板2后面，U型卡对3与前板2螺栓连接，后板对4与螺栓对5连接。支撑座组件群B3由32个结构相同的支撑座组件E组成，支撑座组件E由矩形框15、支脚组16、橡胶辊Ⅰ17、橡胶辊Ⅱ18、滚珠11、支撑座Ⅰ19、支撑座Ⅱ22、矩形块组Ⅰ20、矩形块组Ⅱ23、U型光电传感器Ⅰ21、U型光电传感器Ⅱ24组成，支脚组16的四个支脚分别固接于矩形框15外面的四角；橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18前后平行设置，橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18上下两端固接于矩形框15的上下板内；支撑座Ⅰ19套于橡胶辊Ⅰ17近下端，支撑座Ⅰ19外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅰ20的四个矩形块，U型光电传感器Ⅰ21固接于矩形框15下板上，且靠近橡胶辊Ⅰ17一侧；支撑座Ⅱ22套于橡胶辊Ⅱ18近下端，支撑座Ⅱ22外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅱ23的四个矩形块，U型光电传感器Ⅱ24固接于矩形框15的下板上，且靠近橡胶辊Ⅱ18一侧；支撑座组件群B3中的32个支撑座组件E与左板8和右板9上的32个球形孔对应，每个支撑座组件E经其支脚组16的四个支脚固接于左板8或右板9里面，且与球形孔对应的位置，滚珠11分别由球形孔和橡胶辊Ⅰ17和橡胶辊Ⅱ18的上部限位；红外光源12、遮挡片组13的7个遮挡片、信号接收器14和无线发射模块28自上而下顺序排列，且在一条垂线上，并置于左板8、右板9和密封板6形成的空间内。数据处理组件D由机箱29、无线接收模块30、显示模块31、存储单元32和电源33组成，其中无线接收模块30、显示模块31和存储单元32固接于机箱29内，电源33为无线接收模块30、显示模块31和存储单元32供电。
如图6、图7、图9和图10所示，所述的铲柄组件B的球形孔组Ⅰ设有32个圆形通孔，32个滚珠11滚动镶嵌于对应圆形通孔内，且满足(d-m)/2＝[1,3]mm，其中d为滚珠11的直径；m为铲柄组件B的左板8厚度，左板8厚度的m(5mm≤m≤12mm)，左板8和右板9的厚度相同。
如图5、图9、图10所示，所述的深松铲作业过程中，滚珠11与橡胶辊Ⅰ17有接触，橡胶辊Ⅰ17与铲柄ⅡB2上滚珠11的位置关系满足，m2-(d-m)/2>0.5mm，其中：m2为橡胶辊Ⅰ17外侧面与铲柄组件B的左板8间距。
如图7、图10和图14所示，所述的支撑座Ⅰ19上的矩形块组Ⅰ20对U型光电传感器Ⅰ21发出的信号产生遮挡，U型光电传感器Ⅰ21依据脉冲数测算橡胶辊Ⅰ17的转动圈数，根据单位时间转动圈数与橡胶辊Ⅰ17的直径，换算出不同深度的滚珠运动速度v：
其中：滚珠11与橡胶辊Ⅰ17的直径比为5:1，R为信号点与矩形块组Ⅰ20之间的半径，t为相邻脉冲之间的时间；矩形块组Ⅰ20的个数为2n1(1≤n1≤10)；橡胶辊Ⅰ17的直径为d(1mm≤d1≤5mm)。
如图5、图6和图8所示，所述的铲柄组件B中空结构内部安装有遮挡片组13，遮挡片组13数量为n2(1≤n2≤10)；遮挡片组13中心线长度为b(40mm≦b≦70mm)，b优选为50mm；铲柄组件B中空结构下方安装有信号接收器14，信号接收器14长度为h(50mm≦h≦80mm)。
如图4、图5和图8所示，所述的铲柄组件B作业过程中在阻力作用下发生线性弯曲，线性弯曲引发遮挡片组13产生微弱形变，导致红外光源12产生的光束发生偏转，信号接收器14记录光束偏转位移并通过光电信号转换检测铲柄组件B受力情况。
如图9、图10和图14所示，所述的深松铲作业过程中，不同深度土壤坚实度存在差异，使得不同深度土壤颗粒与铲柄组件B之间摩擦力不同，导致铲柄组件B上不同位置的滚珠11转速不同，通过转速差异间接反映不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力大小。
如图1、图13至图15所示，所述的深松铲作业过程分为以下步骤：
1)深松铲在机具牵引下进行深松作业；
2)铲柄组件B在阻力作用下产生线性微弱形变，线性弯曲引发遮挡片组13产生微弱形变，导致红外光源12产生的光束发生偏转；
3)铲柄组件B中空结构内信号接收器14记录光束偏转位移并通过光电信号转换检测铲柄组件B受力情况；
4)随着深松铲作业深度逐渐增大，不同深度土壤颗粒与铲柄组件B之间摩擦力不同，导致铲柄组件B上不同位置的滚珠11转速不同；
5)通过转速差异间接反映不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力大小；
6)铲柄组件B受力情况、不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力差异，上述信息通过无线发射模块28发送给无线接收模块30；
7)无线接收模块30将铲柄组件B受力情况和摩擦力情况传给显示模块31进行显示，并记录在存储单元32中。
Claims (6)
1.一种具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：由铲尖组件(A)、铲柄组件(B)、U型卡组件(C)、数据处理组件(D)和支撑座组件(E)组成，U型卡组件(C)通过U型卡对(3)固定于机架(1)上，铲柄组件(B)的上端通过螺栓固接于由U型卡组件(C)的前板(2)上，铲柄组件(B)的下端通过螺栓固接于铲尖组件(A)的安装组件(A2)；铲尖组件(A)由铲尖(A1)和安装板组件(A2)组成，铲尖(A1)的内部为中空构造，内部装有石墨粉，铲尖(A1)后表面下端面设有一个石墨注入孔(27)，铲尖(A1)的左右侧面各开有球形孔组Ⅱ(25)，球形孔组Ⅱ(25)内镶嵌有滚珠组(26)；铲柄组件(B)由铲柄Ⅰ(B1)和铲柄Ⅱ(B2)组成，铲柄Ⅰ(B1)的横界面为矩形实心体；铲柄Ⅱ(B2)由左板(8)、右板(9)、密封板(6)、红外光源(12)、遮挡片组(13)、支撑座组件群(B3)、信号接收器(14)和无线发射模块(28)组成，其中左板(8)和右板(9)关于a-a中心纵截面左右对称设置，左板(8)和右板(9)前端固接，且其夹角α1为30度；左板(8)和右板(9)各设有球形孔组Ⅰ(10)的32个球形孔，且左右对称；密封板(6)固接于左板(8)和右板(9)后端；U型卡组件(C)由前板(2)、U型卡对(3)、后板对(4)和螺栓对(5)组成，后板对(4)固接于前板(2)后面，U型卡对(3)与前板(2)螺栓连接，后板对(4)与螺栓对(5)连接；支撑座组件群(B3)由32个结构相同的支撑座组件(E)组成，支撑座组件(E)由矩形框(15)、支脚组(16)、橡胶辊Ⅰ(17)、橡胶辊Ⅱ(18)、滚珠(11)、支撑座Ⅰ(19)、支撑座Ⅱ(22)、矩形块组Ⅰ(20)、矩形块组Ⅱ(23)、U型光电传感器Ⅰ(21)、U型光电传感器Ⅱ(24)组成，支脚组(16)的四个支脚分别固接于矩形框(15)外面的四角；橡胶辊Ⅰ(17)和橡胶辊Ⅱ(18)前后平行设置，橡胶辊Ⅰ(17)和橡胶辊Ⅱ(18)上下两端固接于矩形框(15)的上下板内；支撑座Ⅰ(19)套于橡胶辊Ⅰ(17)近下端，支撑座Ⅰ(19)外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅰ(20)的四个矩形块，U型光电传感器Ⅰ(21)固接于矩形框(15)下板上，且靠近橡胶辊Ⅰ(17)一侧；支撑座Ⅱ(22)套于橡胶辊Ⅱ(18)近下端，支撑座Ⅱ(22)外固接有圆周向均布的矩形块组Ⅱ(23)的四个矩形块，U型光电传感器Ⅱ(24)固接于矩形框(15)的下板上，且靠近橡胶辊Ⅱ(18)一侧；支撑座组件群(B3)中的32个支撑座组件(E)与左板(8)和右板(9)上的32个球形孔对应，每个支撑座组件(E)经其支脚组(16)的四个支脚固接于左板(8)或右板(9)里面，且与球形孔对应的位置，滚珠(11)分别由球形孔和橡胶辊Ⅰ(17)和橡胶辊Ⅱ(18)的上部限位；红外光源(12)、遮挡片组(13)的7个遮挡片、信号接收器(14)和无线发射模块(28)自上而下顺序排列，且在一条垂线上，并置于左板(8)、右板(9)和密封板(6)形成的空间内；数据处理组件(D)由机箱(29)、无线接收模块(30)、显示模块(31)、存储单元(32)和电源(33)组成，其中无线接收模块(30)、显示模块(31)和存储单元(32)固接于机箱(29)内，电源(33)为无线接收模块(30)、显示模块(31)和存储单元(32)供电。
2.根据权利要求1所述的具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：所述铲柄组件(B)的球形孔组Ⅰ(10)设有32个圆形通孔，32个滚珠(11)滚动镶嵌于对应圆形通孔内，且满足(d-m)/2＝[1,3]mm，其中d为滚珠(11)的直径；m为铲柄组件(B)的左板(8)厚度，左板(8)厚度的m(5mm≤m≤12mm)，左板(8)和右板(9)的厚度相同。
3.根据权利要求1所述的具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：深松铲作业过程中，滚珠Ⅰ(11)与橡胶辊Ⅰ(17)有接触，橡胶辊Ⅰ(17)与铲柄Ⅱ(B2)上滚珠(11)的位置关系满足：m2-(d-m)/2>0.5mm，其中：m2为橡胶辊Ⅰ(17)外侧面与铲柄组件(B)的左板(8)间距。
4.根据权利要求1所述的具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：所述支撑座Ⅰ(19)上的矩形块组Ⅰ(20)对U型光电传感器Ⅰ(21)发出的信号产生遮挡，U型光电传感器Ⅰ(21)依据脉冲数测算橡胶辊Ⅰ(17)的转动圈数，根据单位时间转动圈数与橡胶辊Ⅰ(17)的直径，换算出不同深度的滚珠运动速度v：
其中：滚珠(11)与橡胶辊Ⅰ(17)的直径比为5:1，R为信号点与矩形块组Ⅰ(20)之间的半径，t为相邻脉冲之间的时间；矩形块组Ⅰ(20)的个数为2n1(1≤n1≤10)；橡胶辊Ⅰ(17)的直径为d(1mm≤d1≤5mm)。
5.根据权利要求1所述的具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：所述的铲柄组件(B)中空结构内部安装有遮挡片组(13)，遮挡片组(13)数量为n2(1≤n2≤10)；遮挡片组(13)中心线长度为b(40mm≦b≦70mm)，b优选为50mm；铲柄组件(B)中空结构下方安装有信号接收器(14)，信号接收器(14)长度为h(50mm≦h≦80mm)。
6.根据权利要求1所述的具有土壤摩擦状态与作业阻力采集功能的滚珠式深松铲，其特征在于：所述的深松铲作业过程分为以下步骤：
1)深松铲在机具牵引下进行深松作业；
2)铲柄组件B在阻力作用下产生线性微弱形变，线性弯曲引发遮挡片组13产生微弱形变，导致红外光源12产生的光束发生偏转；
3)铲柄组件B中空结构内信号接收器14记录光束偏转位移并通过光电信号转换检测铲柄组件B受力情况；
4)随着深松铲作业深度逐渐增大，不同深度土壤颗粒与铲柄组件B之间摩擦力不同，导致铲柄组件B上不同位置的滚珠11转速不同；
5)通过转速差异间接反映不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力大小；
6)铲柄组件B受力情况、不同深度土壤与铲柄组件B之间的摩擦力差异，上述信息通过无线发射模块28发送给无线接收模块30；
7)无线接收模块30将铲柄组件B受力情况和摩擦力情况传给显示模块31进行显示，并记录在存储单元32中。
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