[发明专利]一种车载土壤圆锥指数检测装置及其测量方法

说明书

本发明提供了一种车载土壤圆锥指数检测装置及其测量方法，包括止逆装置、支座、摆臂、压力传感器、角度传感器和控制系统，所述摆臂一端的转轴通过轴承支撑在支座内，所述摆臂另一端安装压力传感器，所述压力传感器用于测量加速贯入过程中土壤的阻力值；所述摆臂一端的转轴上安装止逆装置，用于防止摆臂受重力下降；所述角度传感器用于检测摆臂旋转角度；所述控制系统根据压力传感器和角度传感器的检测值，输出土壤圆锥指数。本发明可以通过旋臂旋转将压力传感器贯入土壤，测量的压力传感器测得的压力值，角度传感器测量摆臂旋转角度与角加速度，再根据摆臂长度与安装点离地间隙计算获得土壤圆锥指数。

技术领域

本发明涉及农业机械应用领域，特别涉及一种车载土壤圆锥指数检测装置及其测量方法。

背景技术

农业机械领域，尤其是拖拉机，需要获得所作业区域土壤的坚实程度的信息。土壤坚实程度不仅影响农业车辆通过性，也对耕作质量，拖拉机能耗有较大影响。表征土壤坚实程度的标准参数被称为土壤圆锥指数，此系数将影响土壤支撑能力和土壤推进能力的机械性质结合成一个新的度量值。土壤圆锥指数后来由美国农业工程师协会系统定义，其将单位底面积的圆锥探头以指定速度，匀速垂直压入土壤所受反压力称为土壤圆锥指数，单位为MPa。标准土壤圆锥指数测量公式如下：

式中，s为圆锥探头底面积，G为圆锥仪重力，F为将圆锥仪保持30mm/s贯入的恒力。从式中可以看出，想要得到准确的测量结果，需要在测量过程中保持测量仪器恒速。

目前测量土壤圆锥指数的装置主要分为两种，一种是手持式贯入装置，使用人工手持测量仪压入土壤；另一种是电动贯入式，通过将贯入杆安装在拖拉机上，以电动或者液压驱动的方式将杆件压入土壤。土壤圆锥指数可以通过手持式测量仪进行测量，例如SC-900数显式土壤紧实度检测仪，但手持式测量仪耗费人力，测量效率低且无法实现自动化。东北农业大学提出使用电机代替人工，将贯入杆件压入土壤，此方法解决了人工测量时贯入速度难以控制的问题，提高了测量精度，但是增加了电机与杆件平衡装置，增加了测量装置整体质量。且以上所述的手持式测量仪，不能够用于拖拉机随车测量。吉林大学提出了一种车载式测量土壤圆锥指数测量仪，通过电机带动转动臂，使得贯入杆压入土壤。这几种测量装置都是将测量杆垂直贯入土壤，在拖拉机行进过程中，车辆移动不仅导致杆件很难真正保持垂直贯入的状态，而且为了保持贯入垂直，需要额外增加气动杆或者液压杆调整，相应增加了整体装置复杂程度与成本。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种车载土壤圆锥指数检测装置及其测量方法，可用于拖拉机在线测量土壤圆锥指数；用以解决土壤阻力难以检测，并且空间变异性巨大的问题。传统的土壤圆锥指数测量方法是将贯入杆垂直匀速贯入土壤，而本发明的测量原理是通过旋臂旋转将压力传感器贯入土壤，测量的压力传感器测得的压力值，角度传感器测量摆臂旋转角度与角加速度，再根据摆臂长度与安装点离地间隙计算获得土壤圆锥指数。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种车载土壤圆锥指数检测装置，包括止逆装置、支座、摆臂、压力传感器、角度传感器和控制系统，所述摆臂一端的转轴通过轴承支撑在支座内，所述摆臂另一端安装压力传感器，所述压力传感器用于测量加速贯入过程中土壤的阻力值；所述摆臂一端的转轴上安装止逆装置，用于防止摆臂受重力下降；所述角度传感器用于检测摆臂旋转角度；所述控制系统根据压力传感器和角度传感器的检测值，输出土壤圆锥指数。

进一步，所述转轴的两端分别通过轴承支撑在支座内，所述转轴两端对称安装止逆装置。

进一步，所述止逆装置包括棘爪、棘轮、棘爪定位轴、棘爪调整杆和扭转弹簧，所述棘轮与摆臂一端的转轴传动连接；所述棘爪通过棘爪定位轴安装在支座内，所述棘爪与支座之间安装扭转弹簧，用于使棘爪与棘轮表面压紧。

进一步，所述棘爪定位轴上连接棘爪调整杆，通过外力调节所述棘爪调整杆，用于使棘爪克服扭转弹簧作用力脱离与棘轮啮合。