[发明专利]土壤剪切特性精量测定装置及其测定方法

说明书

本发明公开了一种土壤剪切特性精量测定装置及其测定方法，该装置包括驱动总成、剪切总成、预压力调节总成、控制总成，预压力调节总成的压缩空气压力实现数显式精密可调，并通过气缸为待测土样直接施加重直压力，控制器驱动总成的步进电动机以恒定速度拉动剪切下合实现对土样的恒速剪切，并同时记录土样整个剪切过程的力和位移、速度，能够全面获得土样的剪切过程和剪切特性参数如，内聚力、内摩擦角、剪切变形模量等，实现了剪切过程和数据记录自动化，克服了传统测定方法的采用杠杆与砝码加载准确差、手工剪切速度精度不足、人工观察最大力、操作不便等缺点。该装置测试精度高，操作简便，通用性高，适用于不同类型、不同含水率条件下土壤剪切特性测定。

技术领域

本发明属于一种测试仪器，具体来讲是一种测定农田土壤剪切特性的测定装置与方法。属于农业机械领域。

背景技术

农业机械的动力装备、作业机具在工作过程中均与土壤相互作用，土壤是动力装备的工作支撑，也是农机具的工作主要对象，由土壤变形引起的摩擦阻力和附着力是影响动力装备行走阻力、作业机具工作阻力的主要因素。为了优化农业机械装备的结构和工作参数，必须对不同类型、不同含水量土壤的力学特性进行测定，以便给相关机具设计提供依据。土壤力学特性参数主要包括内聚力、内摩擦角、剪切变形模量、沉陷系数、内聚力变形模量以及摩擦变形模量等,其中内聚力、内摩擦角、剪切变形模量用于表征土壤的剪切特性，是农业动力装备、作业机具设计涉及的主要参数，必须通过剪切试验间接获得。土壤的抗剪强度是土在外力作用条件下，其中一部分土体对于另外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度，土壤的内聚力和内摩擦角是表征土壤剪切特性的主要参数，土壤的抗剪强度、内聚力和内摩擦角之间的关系由库伦公式计算。目前土壤的剪切特性利用剪切仪进行直剪试验获得，但剪切仪对试样施加预定的垂直压力采用杠杆、砝码加载进行加载，受杠杆支点状态差异较大，剪切速度采用传统的秒表、人工手轮控制，由速度不稳定引直起的冲击载荷大，而剪切力利用指针式仪表测试并人工观察记录，预压力加载精度、剪节速度的精度较低，人工观察单一的拉力值，不能连续记录土样整个剪切过程力的变化，直接影响内聚力、内摩擦角、剪切变形模量的测定结果，不能为工程设计提供理想的数据。因此，农业机械的动力机械、作业装备设计急需一种能够精确测定土壤剪切特性的仪器，实现剪切速度、土壤垂直加载载荷精确可调的测试装置与方法，为相关相具设计提供高精度基础数据。

发明内容

本发明的目的是为了上述剪切仪的缺点，更加快速且精准的获得土壤的剪切特性，本发明提供一种土壤剪切特性精量测定装置及其测定方法，将预压力实现数值化直接加栽，加载速度数值化精确控制，同步记录整个剪切过程的力与位移、速度，可以精确获得土壤的剪切特性曲线，经过计算得土壤的内聚力、内摩擦角、剪切变形模量等剪切特性参数，测试精度高，操作简便，为不同类型不同含水量土壤剪切特性测定提供了理想的测定装置及其测试方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：土壤剪切特性精量测定装置，其包括驱动总成、剪切总成、预压力调节总成、控制总成，

驱动总成包括机架、步进电机、联轴器、丝杠螺母、滑块、丝杆、拉力盘，激光位移传感器、拉力传感器、轴承座、导轨、水平台，机架包括底板、中板、顶板和支柱，四根支柱平行且均穿过底板、中板、顶板的四角，四根支柱与底板、中板、顶板的四角固定连接构成机架；步进电机固定在机架顶板的下方；丝杆下端通过轴承、轴承座安装在机架底板上，丝杆上部通过轴承、轴承座安装在机架中板上，丝杆上端穿过机架中板与步进电机的输出轴通过联轴器连接；导轨设于机架的左内侧，导轨两端固定分别固定在机架底板和中板上，导轨的中心线与丝杆轴线平行；滑块安装在导轨上并与导轨构成移动副；丝杠螺母安装在丝杆上并与丝杠构成螺旋配合；丝杠螺母一侧固定在滑块上，拉力盘固定在丝杠螺母的另一侧；水平台左端固定在机架底板上；拉力传感器上部固定在拉力盘下方；激光位移传感器安装在丝杠螺母下方；