[發明專利]一種車載土壤圓錐指數檢測裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 201910628823.1
• 申請日: 2019-07-12
• 公開（公告）號: CN110501236A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 商高高;劉韜;韓江義;夏長高
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N3/14
• 分類號: G01N3/14;G01N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種車載土壤圓錐指數檢測裝置及其測量方法，包括止逆裝置、支座、擺臂、壓力傳感器、角度傳感器和控制系統，所述擺臂一端的轉軸通過軸承支撐在支座內，所述擺臂另一端安裝壓力傳感器，所述壓力傳感器用于測量加速貫入過程中土壤的阻力值；所述擺臂一端的轉軸上安裝止逆裝置，用于防止擺臂受重力下降；所述角度傳感器用于檢測擺臂旋轉角度；所述控制系統根據壓力傳感器和角度傳感器的檢測值，輸出土壤圓錐指數。本發明可以通過旋臂旋轉將壓力傳感器貫入土壤，測量的壓力傳感器測得的壓力值，角度傳感器測量擺臂旋轉角度與角加速度，再根據擺臂長度與安裝點離地間隙計算獲得土壤圓錐指數。

技術領域

本發明涉及農業機械應用領域，特別涉及一種車載土壤圓錐指數檢測裝置及其測量方法。

背景技術

農業機械領域，尤其是拖拉機，需要獲得所作業區域土壤的堅實程度的信息。土壤堅實程度不僅影響農業車輛通過性，也對耕作質量，拖拉機能耗有較大影響。表征土壤堅實程度的標準參數被稱為土壤圓錐指數，此系數將影響土壤支撐能力和土壤推進能力的機械性質結合成一個新的度量值。土壤圓錐指數后來由美國農業工程師協會系統定義，其將單位底面積的圓錐探頭以指定速度，勻速垂直壓入土壤所受反壓力稱為土壤圓錐指數，單位為MPa。標準土壤圓錐指數測量公式如下：

式中，s為圓錐探頭底面積，G為圓錐儀重力，F為將圓錐儀保持30mm/s貫入的恒力。從式中可以看出，想要得到準確的測量結果，需要在測量過程中保持測量儀器恒速。

目前測量土壤圓錐指數的裝置主要分為兩種，一種是手持式貫入裝置，使用人工手持測量儀壓入土壤；另一種是電動貫入式，通過將貫入桿安裝在拖拉機上，以電動或者液壓驅動的方式將桿件壓入土壤。土壤圓錐指數可以通過手持式測量儀進行測量，例如SC-900數顯式土壤緊實度檢測儀，但手持式測量儀耗費人力，測量效率低且無法實現自動化。東北農業大學提出使用電機代替人工，將貫入桿件壓入土壤，此方法解決了人工測量時貫入速度難以控制的問題，提高了測量精度，但是增加了電機與桿件平衡裝置，增加了測量裝置整體質量。且以上所述的手持式測量儀，不能夠用于拖拉機隨車測量。吉林大學提出了一種車載式測量土壤圓錐指數測量儀，通過電機帶動轉動臂，使得貫入桿壓入土壤。這幾種測量裝置都是將測量桿垂直貫入土壤，在拖拉機行進過程中，車輛移動不僅導致桿件很難真正保持垂直貫入的狀態，而且為了保持貫入垂直，需要額外增加氣動桿或者液壓桿調整，相應增加了整體裝置復雜程度與成本。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提供了一種車載土壤圓錐指數檢測裝置及其測量方法，可用于拖拉機在線測量土壤圓錐指數；用以解決土壤阻力難以檢測，并且空間變異性巨大的問題。傳統的土壤圓錐指數測量方法是將貫入桿垂直勻速貫入土壤，而本發明的測量原理是通過旋臂旋轉將壓力傳感器貫入土壤，測量的壓力傳感器測得的壓力值，角度傳感器測量擺臂旋轉角度與角加速度，再根據擺臂長度與安裝點離地間隙計算獲得土壤圓錐指數。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種車載土壤圓錐指數檢測裝置，包括止逆裝置、支座、擺臂、壓力傳感器、角度傳感器和控制系統，所述擺臂一端的轉軸通過軸承支撐在支座內，所述擺臂另一端安裝壓力傳感器，所述壓力傳感器用于測量加速貫入過程中土壤的阻力值；所述擺臂一端的轉軸上安裝止逆裝置，用于防止擺臂受重力下降；所述角度傳感器用于檢測擺臂旋轉角度；所述控制系統根據壓力傳感器和角度傳感器的檢測值，輸出土壤圓錐指數。

進一步，所述轉軸的兩端分別通過軸承支撐在支座內，所述轉軸兩端對稱安裝止逆裝置。

進一步，所述止逆裝置包括棘爪、棘輪、棘爪定位軸、棘爪調整桿和扭轉彈簧，所述棘輪與擺臂一端的轉軸傳動連接；所述棘爪通過棘爪定位軸安裝在支座內，所述棘爪與支座之間安裝扭轉彈簧，用于使棘爪與棘輪表面壓緊。

進一步，所述棘爪定位軸上連接棘爪調整桿，通過外力調節所述棘爪調整桿，用于使棘爪克服扭轉彈簧作用力脫離與棘輪嚙合。