CN206132525U - 一种土壤剪切强度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种土壤剪切强度测量仪，包括机架、安装于机架上的减速电机、连接减速电机主轴和弹性轴的联轴器I、安装于机架上的轴承座I与轴承座II、安装于轴承座I与轴承座II上的弹性轴、安装于弹性轴上的信号齿轮I与信号齿轮II、连接弹性轴与十字剪切板轴的联轴器II、十字剪切板、传递信号齿轮I与信号齿轮II相位差信息的传感器1与传感器2、安装各控制显示部分及电源的控制箱。该装置采用电力对一般水田土壤剪切扭矩进行快速测量，可以避免人为操作带来的误差，所获得结果准确，可为水田工作机具的选择和设计提供可靠依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业土壤力学性能检测技术领域，具体为一种土壤剪切强度测量仪。
背景技术
水田土壤长期蓄水，含水率高，土质松软，当前水田耕作机具、水田拖拉机、联合收割机等农机具行走装置的性能还不能完全适应水田作业的需要。为了研究在水田土壤环境通过性良好的车辆及其他与水田土壤相互作用的耕整机具，需要对水田土壤力学性能进行测量与研究。而现有的土壤剪切测量仪器操作复杂，测量误差较大，精度较低，且价格较贵，不适用于水田土壤剪切强度测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述不足而提供一种结构简单，体积小，质量轻，能够对水田土壤剪切强度进行快速准确测量。
一种土壤剪切强度测量仪，包括机架、减速电机、弾性轴、信号齿轮I、信号齿轮II、十字剪切板和控制箱，减速电机固定安装在机架上，减速电机通过联轴器I与弾性轴连接，弾性轴通过两个轴承座固定，弾性轴上分别套设信号齿轮I和信号齿轮II，信号齿轮I和信号齿轮II的齿面分别正对固定在机架上的霍尔转速传感器I和霍尔转速传感器II，弾性轴与十字剪切板通过联轴器II连接，霍尔转速传感器I和霍尔转速传感器II通过信号线与控制箱里的信号采集模块连接，减速电机和信号采集模块分别与信号处理模块连接。
所述的控制箱还包括充电口、电源、电源开关、信号线插口、显示器、电机控制开关、电机调速旋钮和复位按钮，充电口和电源开关与电源连接，信号线插口与信号采集模块相连，信号采集模块与信号处理模块相连，信号处理模块连接显示器，电机控制开关、电机调速旋钮和复位按钮与减速电机连接，电机控制开关与信号处理模块连接。
所述的电源为可充电的12V直流电源。
所述的信号采集模块和信号处理模块集成在MSP430单片机上。
所述的十字剪切板由相互垂直的4块呈直角梯形的剪切板组成，4块剪切板沿最长梯形底边相互垂直焊合成一个整体十字剪切板，十字剪切板上部的杆上有用于表明十字剪切板沿垂直方向插入土层深度的刻度，在十字剪切板上部的杆端头焊接联接轴II。
本发明具有以下有益效果：
1、该装置结构简单，成本低，体积小，质量轻，功耗小，方便携带，操作方便，采用电力对水田及其他类型土壤剪切强度进行原位快速测量，可以避免人工取样测量带来的误差，所获结果准确。
2、该装置的减速电机转速可无极调节，并具备不同规格的十字剪切板，可针对不同强度水田及其他类型土壤调节不同剪切速度并更换合适十字剪切板进行测量，适应范围广泛。
3、该装置能对十字剪切板剪切转速和扭矩的在线实时测量和显示。
附图说明
图1为该测量仪结构图。
图2为该测量仪机械驱动部分侧视图。
图3为该测量仪电动机与弾性轴连接关系放大图。
图4 为该测量仪弹性轴与十字剪切板轴连接关系放大图。
图中：1—减速电机（GW31ZY）、2—联轴器I、3—轴承座I、4—信号齿轮I、5—弹性轴（45钢）、6—机架、7—信号齿轮II、8—轴承座II、9—联轴器II、10—十字剪切板、11—霍尔转速传感器I（ORK12-SC3N）、12—控制箱、13—充电口、14—电源、15—电源开关、16—信号线接口、17—显示器、18—信号采集模块、19—信号处理模块、20—电机控制开关、21—电机调速旋钮、22—复位开关、23—霍尔转速传感器II（ORK12-SC3N）。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本实用新型
如图1-2所示，本实用新型所述的一种土壤剪切强度测量仪包括两部分：机械驱动部分、控制测试部分，机械驱动部分通过信号线与控制测试部分相连；机械驱动部分包括机架6、减速电机1、弾性轴5、信号齿轮I4、信号齿轮II7、十字剪切板10和控制箱12，减速电机1固定安装在机架6上，减速电机1通过联轴器I2与弾性轴5的一端连接，弾性轴5通过两个轴承座固定，弾性轴5上分别套设信号齿轮I4和信号齿轮II7，信号齿轮I4和信号齿轮II7的齿面分别正对固定在机架上的霍尔转速传感器I11和霍尔转速传感器II23，弾性轴5的另一端与十字剪切板10通过联轴器II9连接，霍尔转速传感器I11和霍尔转速传感器II23通过信号线与控制箱12里的信号采集模块18连接，减速电机1和信号采集模块18分别与信号处理模块19连接，信号采集模块18和信号处理模块19集成在MSP430单片机上。
所述的土壤剪切强度测量仪采用可充电的12V直流电源14为控制箱12与减速电机1供电。
所述的控制箱12包括充电口13、电源14、电源开关15、信号线插口16、显示器17、安装于控制板上的信号采集模块18、安装于控制板上的信号处理模块19、电机控制开关20、电机调速旋钮21、复位按钮22，充电口13和电源开关15与电源14连接，信号线插口16与信号采集模块18相连，信号采集模块18与信号处理模块19相连，信号处理模块19连接显示器17，电机控制开关20、电机调速旋钮21和复位按钮22与减速电机1连接，同时电机控制开关20与信号处理模块19连接。
所述的十字剪切板10由相互垂直的4块呈直角梯形的剪切板组成，剪切板具有不同的规格，4块剪切板沿最长梯形底边相互垂直焊合成一个整体十字剪切板，沿该板中心轴线方向上焊接有一个联接轴，该轴上有用于表明十字剪切板10沿垂直方向插入土层深度的刻度。
本实用新型中采用超低功耗MSP430单片机，安装于控制箱12中，控制减速电机1正反转、存储和处理霍尔转速传感器I1和霍尔转速传感器II3所采集的数据。所述十字剪切板10包括两块形状相同的五边形板，板头有一定的锥度；十字剪切板轴具有刻度，使得该仪器能对一定范围内不同深度土壤剪切强度进行测量。
本实用新型的工作原理为：电源14安装于控制箱12为减速电机1及控制箱12提供电力，由减速电机1带动十字剪切板10旋转，十字剪切板10在转动过程中对土壤进行剪切，受到土壤因剪切破坏而产生抵抗扭矩，从而使与十字剪切板10连接的弹性轴5扭转，弹性轴5上固定的信号齿轮4与信号齿轮7随之产生相位差，该相位差反映了该次该测点的土壤剪切强度，对此，由固定于机架6上的霍尔转速传感器I1和23以及传感器内的放大电路对该相位差信号收集处理并输出到测量系统中，最后经系统程序计算处理后将其转换成剪切强度及扭矩测量值实时显示到显示器17上。
本装置工作时，首先按下电源按钮15打开测试仪器，然后打开电机控制开关20使减速电机1回转，并调整电机调速旋钮21使减速电机1具有合适转速，待十字剪切板10旋转两圈使程序归零消除自转误差后关闭电机控制开关20，而后将装置的十字剪切板10插入预定深度，再打开电机控制开关20使得电机旋转带动十字剪切板10切削土壤。当剪切板旋转90°后，测试结束，再关闭电机控制开关20使减速电机1停止旋转，显示器17上显示本次测试中扭矩最大值和电机旋转转速，然后记录数据后按复位键22，再次将十字剪切板10插入预定土壤深度方可开启电机控制开关20测试下一组值。
该装置的减速电机转速可无极调节，并具备不同规格的十字剪切板，可针对不同强度水田及其他类型土壤调节不同剪切速度并更换合适十字剪切板进行测量，并能对十字剪切板剪切转速和扭矩的在线实时测量和显示。
本实用新型属于自主开发与设计，结构简单，成本低，体积小，质量轻，功耗小，方便携带，操作方便，采用电力对水田土壤剪切强度进行原位快速测量，可以避免人工取样测量带来的误差，所获结果准确，能为田间作业机具的选择和设计提供可靠的依据。
以上具体实施方式描述了本实用新型的基本原理和主要特征，阐明本实用新型的优点。本实用新型不受上述实施方式的限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种土壤剪切强度测量仪，其特征在于：包括机架（6）、减速电机（1）、弾性轴（5）、信号齿轮I（4）、信号齿轮II（7）、十字剪切板（10）和控制箱（12），减速电机（1）固定安装在机架（6）上，减速电机（1）通过联轴器I（2）与弾性轴（5）的一端连接，弾性轴（5）通过两个轴承座固定，弾性轴（5）上分别套设信号齿轮I（4）和信号齿轮II（7），信号齿轮I（4）和信号齿轮II（7）的齿面分别正对固定在机架上的霍尔转速传感器I（11）和霍尔转速传感器II（23），弾性轴（5）的另一端与十字剪切板（10）通过联轴器II（9）连接，霍尔转速传感器I（11）和霍尔转速传感器II（23）通过信号线与控制箱（12）里的信号采集模块（18）连接，减速电机（1）和信号采集模块（18）分别与信号处理模块（19）连接。
2.根据权利要求1所述的一种土壤剪切强度测量仪，其特征在于：所述的控制箱（12）还包括充电口（13）、电源（14）、电源开关（15）、信号线插口（16）、显示器（17）、电机控制开关（20）、电机调速旋钮（21）和复位按钮（22），充电口（13）和电源开关（15）与电源（14）连接，信号线插口（16）与信号采集模块（18）相连，信号采集模块（18）与信号处理模块（19）相连，信号处理模块（19）连接显示器（17），电机控制开关（20）、电机调速旋钮（21）和复位按钮（22）与减速电机（1）连接，电机控制开关（20）与信号处理模块（19）连接。
3.根据权利要求2所述的一种土壤剪切强度测量仪，其特征在于：所述的电源（14）为可充电的12V直流电源。
4.根据权利要求1所述的一种土壤剪切强度测量仪，其特征在于：所述的信号采集模块（18）和信号处理模块（19）集成在MSP430单片机上。
5.根据权利要求1所述的一种土壤剪切强度测量仪，其特征在于：所述的十字剪切板（10）由相互垂直的4块呈直角梯形的剪切板组成，4块剪切板沿最长梯形底边相互垂直焊合成一个整体十字剪切板，十字剪切板（10）上部的杆上有用于表明十字剪切板沿垂直方向插入土层深度的刻度，在十字剪切板（10）上部的杆端头焊接联接轴II（9）。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN107063894A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 中国水利水电科学研究院 | 剪切试验装置及利用所述装置进行剪切试验的方法 |
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2016
- 2016-10-10 CN CN201621108376.5U patent/CN206132525U/zh not_active Expired - Fee Related
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