一種用于測量土壤壓實的試驗平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)范圍，特別涉及一種用于測量土壤壓實的試驗平 臺。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著我國農(nóng)機購置補貼和土地流轉(zhuǎn)政策的進一步實施，我國大中型農(nóng)業(yè) 機械保有量持續(xù)上升，大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，農(nóng)業(yè)機械化進程有了長足的進步。這些大 中型農(nóng)業(yè)機械在田間工作，提高作業(yè)效率的同時破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤壓實，影響土壤可 持續(xù)發(fā)展。
[0003] 從20世紀80年代，我國開始進行農(nóng)田土壤壓實方面的研究，經(jīng)過幾十年研究，定 性地總結(jié)出了土壤壓實過程中土壤物理性狀變化規(guī)律，而對土壤壓實進行定量表達的研究 進展比較緩慢。因為不同地區(qū)土壤類型、土壤含水量等條件不同，農(nóng)機對土壤的壓實效應(yīng)結(jié) 果也不同，所以需要發(fā)明一種測量土壤壓實的方法，來定量測量土壤壓實。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種用于測量土壤壓實的試驗平 臺，其特征在于，該試驗平臺是在沿著輪胎行走方向和垂直于輪胎行走方向上一塊土壤范 圍內(nèi)設(shè)置土槽，在IOcm深的土槽中鋪放應(yīng)力傳感器，用于測量輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布； 設(shè)置一個土壤剖面，在該土壤剖面上，且在輪胎行走位置，從上至下依次鋪放應(yīng)力傳感器， 用于測量不同深度土壤應(yīng)力變化。
[0005] 所述土壤剖面制作成深度H為lm，長度L為I. 2m的土壤剖面。
[0006] 所述應(yīng)力傳感器是指一種體積為Φ IOmmX 15mm的較小體積的傳感器，用于測量 應(yīng)力大小的傳感器，由堅硬的鋼鐵外殼以及內(nèi)部的電容式傳感器組成；將測得的數(shù)據(jù)通過 信號放大器和數(shù)據(jù)采集卡連接到PC機。
[0007] 所述土槽中應(yīng)力傳感器的鋪放是在沿著輪胎行走方向土槽中，至少鋪放5個應(yīng)力 傳感器；每兩個應(yīng)力傳感器之間間隔大于等于5cm ;在垂直于輪胎行走方向的土槽中鋪設(shè) 5個傳感器，傳感器間隔距離根據(jù)輪胎-土壤接觸面印跡寬度決定為測量豎直方向應(yīng)力傳 遞，在土壤剖面上的應(yīng)力傳感器安裝深度分別為10cm、30cm、50cm、70cm、90cm，即是應(yīng)力傳 感器之間間隔為20cm。
[0008] 本實用新型有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)比，在田間試驗的條件下，通過埋設(shè)的應(yīng)力傳 感器對農(nóng)機作業(yè)過程中輪胎-土壤相互作用產(chǎn)生的應(yīng)力在豎直方向的傳遞情況，及在輪 胎-土壤接觸面應(yīng)力分布情況進行測量，從而揭示輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布規(guī)律和土壤 應(yīng)力傳遞規(guī)律；具有以下優(yōu)點：1、實驗是在田間農(nóng)業(yè)機械工作環(huán)境下完成的，實驗環(huán)境真 是、客觀的體現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械對田間土壤碾壓情況。2、傳感器安裝時充分考慮了因為土壤處理 或者傳感器鋪放引起的實驗誤差，傳感器之間間隔一定距離放置、傳感器在剖面安裝時距 離剖面一定距離、傳感器鋪放好之后將表層IOcm 土壤回填壓實到原來土壤狀態(tài)進行實驗。 3、在大量實驗的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)分析，函數(shù)擬合，保證了結(jié)果的準確性；對土壤應(yīng)力狀態(tài)進 行了簡單化分析，使復(fù)雜的土壤應(yīng)力狀態(tài)變得簡單易于總結(jié)規(guī)律。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本實用新型的測量輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布土槽設(shè)置和傳感器安裝示意 圖
[0010] 圖2為土壤剖面以及傳感器安裝方式示意圖
[0011] 圖3為的鑿洞法安裝傳感器示意圖
[0012] 圖4為土壤應(yīng)力狀態(tài)分析示意圖，其中a)表示任意角度土壤應(yīng)力狀態(tài)分析示意 圖；b) 土壤正應(yīng)力分析示意圖；c) 土壤壓應(yīng)力分析示意圖。
[0013] 圖5為傳感器構(gòu)成及數(shù)據(jù)傳輸示意圖
【具體實施方式】
[0014] 本實用新型提供一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，下面結(jié)合附圖予以說明。
[0015] 如圖1所示，該試驗平臺是在試驗田中設(shè)置土槽，用來測量輪胎-土壤接觸面應(yīng) 力分布情況。具體方法是在沿著輪胎行走方向在一定區(qū)域內(nèi)將土壤IOcm以上的表層土壤 清除掉，形成土槽，土槽的尺寸為輪胎-土壤接觸面印跡尺寸，深度為IOcm ;將應(yīng)力傳感器 依次鋪設(shè)到土槽當(dāng)中，沿著輪胎行走方向，至少鋪放5個應(yīng)力傳感器，每兩個應(yīng)力傳感器之 間間隔50mm，以防應(yīng)力傳感器距離太近影響土壤應(yīng)力，并且應(yīng)力傳感器的排列要在土槽的 中間，以便于農(nóng)機在行走時，在雷達的幫助下輪胎中心行走在應(yīng)力傳感器排列線上面；在垂 直于輪胎行走方向，在土槽中鋪設(shè)傳感器時，鋪設(shè)5個應(yīng)力傳感器，應(yīng)力傳感器間距根據(jù)輪 胎-土壤接觸面印跡寬度決定，應(yīng)力傳感器鋪設(shè)完畢將清除掉的土壤回填到土槽當(dāng)中，壓 實到土壤原始狀態(tài)。對土壤-輪胎接觸面應(yīng)力測量包括兩個方向：沿著輪胎行走方向和垂 直于輪胎行走方向。
[0016] 如圖2所示，在土壤剖面的垂直面上，通過鑿洞法將傳感器通過土壤剖面安裝到 土壤當(dāng)中，為了避免土壤剖面對土壤應(yīng)力傳遞的影響；在距離土壤剖面50cm深度處（如圖 3所示），從距離土壤表面IOcm深度開始，將傳感器由上至下依次間隔20cm嵌入土壤內(nèi)，即 在10cm、30cm、50cm、70cm、90cm處安裝應(yīng)力傳感器；目的是為了測量土壤應(yīng)力傳遞規(guī)律。
[0017] 圖4所示，在土壤應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上將土壤應(yīng)力狀態(tài)盡可能簡單化，將播介質(zhì)盡 可能理想化進行理論分析（如圖4所示的土壤應(yīng)力狀態(tài)分析示意圖，其中a)表示任意角度 土壤應(yīng)力狀態(tài)分析示意圖；b) 土壤正應(yīng)力分析示意圖；c) 土壤壓應(yīng)力分析示意圖）：
[0018] I1= 〇 χ+σ y+σ ζ= σ ^ σ 2+σ 3此式中，σ χ σ γ σ z代表任意角度土壤應(yīng)力， 〇 i 〇 2 σ 3代表正應(yīng)力；
[0021] 其中
代表土 壓應(yīng)力；O表Οχ、Ογ、〇z、。1、。2、G 3的總矛??；
[0023] V為土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)，需要通過大量實驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)，大量實驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù) 軟件的曲線擬合，對土壤應(yīng)力傳遞系數(shù)進行求解；
[0024] r為輪胎-土壤接觸面中心到土壤測試點的直線距離；
[0025] I1 I2 I3為應(yīng)力不變量，不隨坐標的選擇而變化的量；
[0026] Θ為土壤測試點與輪胎-土壤接觸面中心連線與經(jīng)過中心的垂直線夾角。
[0027] 如圖5所示，土壤應(yīng)力傳感器是指一種體積較?。s為Φ IOmmX 15mm)的可以測 量應(yīng)力大小的傳感器，由堅硬的鋼鐵外殼以及內(nèi)部的電容式傳感器組成，將測得的數(shù)據(jù)通 過信號放大器和數(shù)據(jù)采集卡連接到PC，傳感器為動態(tài)傳感器可以實時準確地將農(nóng)業(yè)機械對 土壤壓實過程中，測試點應(yīng)力變化情況呈現(xiàn)出來，更直觀監(jiān)測土壤壓實情況。
[0028] 在田間試驗的條件下，通過埋設(shè)的應(yīng)力傳感器對農(nóng)機作業(yè)過程中輪胎-土壤相互 作用產(chǎn)生的垂直方向的應(yīng)力及在輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布情況進行測量；通過對被測土 壤的剖面，測量不同深度土層應(yīng)力大小，從而揭示輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布規(guī)律和土壤 應(yīng)力傳遞規(guī)律。
【主權(quán)項】
1. 一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，其特征在于，該試驗平臺是在沿著輪胎行走方 向和垂直于輪胎行走方向上一塊土壤范圍內(nèi)設(shè)置土槽，10cm深的土槽中鋪放應(yīng)力傳感器， 用于測量輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布；設(shè)置一個土壤剖面，在該土壤剖面上，且在輪胎行走 位置，從上至下依次鋪放應(yīng)力傳感器，用于測量不同深度土壤應(yīng)力變化。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，其特征在于，土壤剖面制 作成深度H為lm，長度L為1. 2m的土壤剖面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，其特征在于，應(yīng)力傳感器 是指一種體積為（}> l〇_X 15_的較小體積的傳感器，用于測量應(yīng)力大小的傳感器，由堅硬 的鋼鐵外殼以及內(nèi)部的電容式傳感器組成；將測得的數(shù)據(jù)通過信號放大器和數(shù)據(jù)采集卡連 接到PC機。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，其特征在于，為測輪胎-土 壤接觸面應(yīng)力分布規(guī)律，土槽中應(yīng)力傳感器的鋪放分為沿著輪胎行走方向和垂直于輪胎 行走方向，沿著輪胎行走方向間隔鋪放至少5個應(yīng)力傳感器，每兩個應(yīng)力傳感器之間間隔 大于等于5cm ;垂直于輪胎行走方向，傳感器鋪設(shè)個數(shù)為5個，傳感器之間間距根據(jù)接觸面 寬度確定；為測量豎直方向應(yīng)力傳遞，在土壤剖面上的應(yīng)力傳感器安裝深度分別為l〇cm、 30cm、50cm、70cm、90cm，即是應(yīng)力傳感器之間間隔為20cm。
【專利摘要】本實用新型公開了屬于農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)范圍的一種用于測量土壤壓實的試驗平臺，該試驗平臺是在一塊土壤范圍內(nèi)設(shè)置土槽，土槽大小為輪胎-土壤接觸面印跡，在土槽中鋪設(shè)傳感器時，按照沿著輪胎行走方向和垂直于輪胎行走方向兩個方向分別成“直角”鋪設(shè)，通過對兩個方向土壤應(yīng)力的測量揭示輪胎-土壤接觸面應(yīng)力分布規(guī)律；通過對被測土壤的剖面，測量不同深度土層應(yīng)力大小，從而揭示土壤應(yīng)力傳遞規(guī)律；本實用新型的試驗是在田間農(nóng)業(yè)機械工作環(huán)境下完成的，試驗環(huán)境真實、客觀的體現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械對田間土壤碾壓情況。對土壤應(yīng)力狀態(tài)進行了簡單化分析，使復(fù)雜的土壤應(yīng)力狀態(tài)變得簡單易于總結(jié)規(guī)律。
【IPC分類】G01L1/14, G01N33/24
【公開號】CN204989174
【申請?zhí)枴緾N201520584873
【發(fā)明人】王慶杰, 王憲良, 李洪文, 何進, 李問盈, 張翼夫, 鄭侃
【申請人】中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月5日