专利名称：放牧家畜模拟践踏器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于模拟家畜对草地践踏，以了解或检测家畜对草地践踏效应的模拟装置。本实用新型包括用于设置模拟家畜蹄的模县平台，用于驱动模具平台作上下往复运动的驱动装置。
背景技术：
放牧家畜对草地的作用主要有践踏、选择采食以及排泄三种方式(参见"环
县典型草原放牧家畜践踏的模拟研究"[j].《草地学报》(2008， 16(1):97-99.林慧龙，任继周.)。然而，采食、排泄和践踏对草地的影响显著地不同，具有一定程度上的相互独立性，可以分别调控(参见Kohler,F. Influence of grazing, dungingand trampling on short-term dynamics of grasslands in mountain wooded pasture[D].PhD Thesis, University of Neuchatel, Neuchatel, 2004.)。但纵观中外放牧研究文献，多聚焦于家畜的选择采食或采食、排泄和践踏三者的综合作用对草地土壤、牧草生长、种群、群落，乃至生态系统的影响，取得了巨大的成就，同时也形成了众多的理论与学说，诸如"放牧优化假说"、"中度干扰假说"、"放牧草地演替的稳定态-过渡态假说"等等。但是一个不容忽视的事实是相对于采食和排泄物的作用，放牧家畜的践踏有时间长、直接作用的草地组分多和效果持久的特点，因而对草地的影响可能更为全面和深刻，在草地退化和健康维护中起主导作用(参见"放牧家畜的践踏强度指标探讨"[J]. (f草业学报》，2008a， 17(l):85-92.林慧龙，侯扶江，任继周.)。因此，有必要象研究家畜采食一样，也把家畜的践踏作用从践踏、采食、排泄物三者对草地的综合作用中剥离出来，专门研究草地对放牧家畜践踏的综合响应。为草地生态恢复、草地健康管理、草地改良、低践踏强度的家畜品种和耐践踏的牧草品种选择提供理论依据。
20世纪50年代末，任继周等曾利用杠杆原理模拟放牧绵羊对草地的践踏，即一头配放牧绵羊体重，另一头配羊蹄做成的践踏器。
Cole和Bayfield在憩息地生态学研究中进行的试验践踏方法采用了包括人工践踏和运动模拟器两种方法。而国外最早使用的草坪运动践踏模拟器是装有马达驱动，践踏部分包括起摩擦削切作用的木鞋和起穿透撕拉作用的带钉圆Bayfield, N. Recreational trampling of vegetation: Standardexperimental procedures [J]. Biological Conservation. 1993, 63:209-215.)。试验的结论是摩擦削切对草坪草的破坏程度小于水平撕拉。在随后的试验践踏中，也有人只用装有鞋钉的圆滚来模拟运动践踏，但是这种方式在水平方向上的削切力较小，不如真实运动的损坏程度严重，而且这种模拟仅是人对草地的践踏。目前，使用最多的是差速轮，这种机器由前后两个装有鞋钉的圆滚组成，两个圆滚的角速度相同，但直径不等，前轮直径大，后轮直径小，因此后轮除转动外，还叠加一种水平的拖动(如Hartge，K.H. Stress distribution in the solid phase ofsoils[J].Soil Technology. 1993,6:83-87.)。而国内草坪践踏器最具有代表性的是周保鑫和孙吉雄(1994)研制的草坪践踏器，该践踏器包括1个框架和2个大小不一的空心圆筒，圆筒外有铁钉，筒内可装沙.当它滚动时能够真实的模拟运动员不同运动状态对运动草坪轻重不一的践踏，(参见"草坪践踏器的原理及其研制"《甘肃农业大学学报》1994年3月第29巻，P93)。李德颖和Warren用截面为椭圆形滚子安装足球鞋钉进行运动践踏模拟也取得了很好的效果(参见"混播草坪上足球运动践踏模拟效果的研究"《Transction of the CSAE》1997年6月，)。宋桂龙等"电动蛙式草坪践踏器"[J].《农业机械学报》.2006,37(5):168-170.)改变过去的"滚、拖"组合，以垂直下砸和水平摩擦力同时达到或接近真实践踏强度为出发点，在蛙式打夯机的基础上改造，研制出了电动蛙式草坪践踏器。但憩息地生态学中试验践踏研究的标准化试验程式实施的是人为践踏的方法，众所周知人的践踏与家畜的践踏有本质区别，其大量的试验结论也不适用于放牧草地。因此在放牧生态学中也需要建立如同在憩息地生态学中的严格践踏试验方法，而研制践踏力可计量、调节，体积小、重量轻、便于携带，其方式和效果接近于放牧家畜在草地上的踏压动作的"放牧家畜模拟践踏器"
是放牧生态学发展中亟待解决的问题。
国外在十多年前也有沿用任继周法模拟杂交Merino羊的践踏对草地生物结
皮的影响的研究，其践踏器是由杂交Merino母羊后蹄，掏空灌以玻璃纤维，附手柄，手动尽力模拟羊的践踏。由于践踏力非可控，其缺陷也是显而易见的。刘海智和赵士杰分两部分设计模拟践踏器(参见"模拟践踏器的研制及应用".《农村牧区机械化》，2007,12:30-31.):第一部分模拟水平和垂直方向的力，设计一单摆并在摆锤下固定一真实的羊蹄或用其它材料制作一模拟羊蹄;第二部分模拟垂直方向上的力，在摆锤下固定羊蹄自由落到地面，通过行走和站立的时间比例分配践踏的次数。由于该模拟践踏器必须固定在庞大的支架上，其机动
性较差,而且装置较为复杂，影响了该模拟践踏器的推广使用。Di等(Di,H丄，Cameron, K.C., Milne， J., Drewry， J丄，Smith, N.P., Hendry, T., Moore, S. andReijnen， B. A mechanical hoof for simulating animal treading under controlledconditions [J]. New Zealand Journal of Agricultural Research ,2001.44: 111 -116.)设
计了一种机械牛蹄，它是将铸钢牛蹄安置在空压机上，通过气动，控制践踏强度、位置、速率、压力、周期，模拟放牧牛对草地的践踏，其整个装置是安装于一个拖拉机的机架上。但这种装置使用中无法排除拖拉机车轮造成的干扰，另一方面这种装置成本和运行费用太高。Walker等(Walker MJ, Kutsch R， MillerWW, Cirelli A， Donaldson S. A consistent hoof impact simulator. Soil ScienceSociety ofAmerica, 2005,69(1): 257-259.)设计了轨道式小尺度机械践踏器，其践踏器两侧装有滚轴，可沿横、纵向角钢支架移动，角钢支架按样方实际大小架设。但这种装置仅可用于对有限地块进行践踏试验，另一方面装置的支架可移动性较差，其成本和运行费用太高。
对家畜践踏研究还发现，放牧家畜对草地的践踏可产生"踏压作用"和"摩擦削切作用"，而现有技术却不能完全模拟这些作用，仅能模拟踏压作用，因此现有技术造成其试验效果与真实家畜践踏效果不一致。
为此，亟待设计践踏强度可调节，践踏次数可计量，模拟的方式和效果接近于放牧家畜在草地上的踏压动作的，特别是适合中国国情的放牧家畜模拟践踏器。发明内容
本实用新型提供一种可以克服现有技术不足，能较好地模拟家畜对草地的践踏效果的模拟装置。
本实用新型是在模具平台与驱动模具平台做上下往复运动的驱动装置间设置有一个万向铰链，在驱动装置的外壳上设置有手持的手柄或把手。本实用新型中的驱动装置可以是由电机带动的曲柄连杆装置构成的往复运动机构，也可以是由液压缸、置于液压缸内的活塞，以及压力调节控制阀和液压泵构成的液压机构，或者是由汽缸、置于汽缸内的活塞，以及压力调节控制阀和压縮空气储气罐构成气动机构。其次在本实用新型的控制阀的阀芯上可设置有计数器。本实用新型的模拟家畜蹄采用硬质塑料或橡胶制成。
本实用新型的模拟家畜蹄用玻璃纤维与饱和聚脂树脂的混合物制成。本实用新型有下述优点1、本实用新型体积小、重量轻，机动灵活，便于携带，更适用于小尺度野外实验，而且基本上没有现有技术的干扰问题。
2、 本实用新型的模具平台前装有类似活动关节的万向铰链，在使用中当地面平整时，下落的家模拟畜蹄可以模拟家畜的"踏压作用"，而当地面不平时(地面不平的情况在草地中是普遍现象)时，下落的模拟家畜蹄可同时模拟放牧家畜践踏的"摩擦削切作用"，如果在同一位置进行重复践踏试验还可以实现放牧家畜对草地的反复践踏，其模拟真实度极高。因此，本实用新型可以完全模拟家畜的放牧情况，评价在同等强度下，不同草地类型的耐践踏性能，从而简化了复杂的草地耐践踏性的测定，同时还可以使践踏实施具有一致性和可重复性。
3、 本实用新型通过更换模具平台上的不同蹄模具，如牛、羊、鹿等的蹄模具，同时调整下落的压力值，可以模拟出不同动物对草地的践踏效果，其适用范围较广。
4、 本实用新型的采用液压，特别是气动装置，既可以简化附属设备，减轻劳动强度，又可提高践踏速率。
5、 本实用新型的蹄模具采用硬质质塑料或橡胶制作，其质地与实际的动物蹄相似，其模拟的效果较好。当本实用新型的蹄模采用石膏模浇注玻璃纤维与不饱和聚酯树脂，除其材料质地与真实的动物蹄类似外，还具制作简单、耐冲击、耐磨损的优点，且制作成本低廉。
6、 本实用新型便于操作，对操作人员要求较低，只需数分钟培训即可独立操作。
图1为本实用新型的主视图。
图2为图1的左视图。图3为图2中I位的剖视图。
具体实施方式
本实用新型以下结合实施例与附图解说
本实用新型的结构见附图1，它是由带有手持手柄的上端盖l，位于上端盖
l下的垫2，汽缸体3，位于汽缸体3内的活塞杆7，位于活塞杆7上端的0型密封圈4和固定螺母5及活塞6，螺栓8，平垫9，弹簧垫IO，手柄ll， O型密封圈12，下端盖13，模具平台14，以及半圆头锣钉15，六角锣钉16，销17，控制杆18，计数器开关19，压力调节控制阔20组成，在活塞杆的下端用螺钉27固定带有类球形孔的套26 (见附图2),套26的球形孔内配合有带有球形头的轴29，轴29用盖28固定于套26上，形成如关节作用的万向铰链，在轴29下端固定模具平台14。在模具平台14上可固定家畜蹄模，但在附图中未画出固定于14下的蹄模，另外在附图中也未给出本实用新型中应当包括的气泵、储气罐以及气压表。本实用新型中上下端盖用螺杆固结在缸体上，上下端盖内附橡胶垫片起密封作用，活塞外径上装有O型密封圈，30号碳钢活塞杆与活塞相连，受气压调控，随活塞上下移动。本实用新型的手柄上装置有触动开关和计数器开关，两开关联动，当气阀开关打开时，开动气阀，同时开动计数开关记录践踏次数。本实用新型的气缸与阀体及气源联结方式是气缸与阀体之间用胶管连接，储气罐与模拟践踏器的气阀用耐高压橡胶管连接，其目的是便于模拟践踏器的移动和操作
本实用新型的压力调解控制阀20由阀芯21，接头22，垫23，弹簧24，弹簧座25构成，见附图3。
本实用新型的工作原理是气泵产生的压縮气体储存在储气罐中，在储气罐出口处装有压力调节控制阀20,当储气罐中的压力低于设定压力时，没有气体输出。气阀在常态下，根据气压表设定压力的压縮气体经气阀进入汽缸下部，推动活塞上升至顶部。气缸上部气体经气阀排出。当操作人员手持"模拟践踏器"，在开动触动开关，气阀阀芯向下(见附图3)，并压縮弹簧，压縮气体从气缸上部进入，气缸下部气体经气阀排出，推动活塞向下运动(图5)。活塞杆传动，驱使装有蹄状凸起模具(牛、马、羊等放牧家畜的蹄)的模具平台压向地面，模拟放牧家畜践踏的"踏压作用"；在模具平台前装有活动关节，可同时模拟放牧家畜践踏的"摩擦削切作用"，由此完成一次完整地模拟践踏过程。当触动阀芯向下时，同时也使计数器开关动作，计数器记录践踏次数。气缸与阀体及气源用耐高压橡胶管联结，为凸显示意效果，在图中也未表示。由于汽缸工作压力大小可调节，可分别模拟牛、马、羊等放牧家畜的践踏力。操作人员手持"放牧家畜模拟践踏器"模拟放牧家畜放牧行为，则可实现模拟放牧践踏。
本发明由于设置有类似万向铰链的活动关节，使其可以适应草地地表的凹凸不平以及手持"模拟践踏器"对草地的不垂直性，万向铰链，可在20度范围内自动活动，使践踏器对草地的践踏力更均匀，并同时对草地产生摩擦与剪切力作用，更加接近放牧家畜践踏的"踏压"和"摩擦削切作用"。
本发明的蹄模具的制备可用目标家畜践踏石膏形成的足迹坑做成母模，然后浇注以玻璃纤维与不饱和聚酯树脂调和物，常温下固化成型。本发明的蹄模具其制作工艺简单，具有耐冲击、耐磨损的优点。
经对比测定，本实用新型所践踏的效果和家畜实际践踏的效果是完全一致的。
权利要求1、放牧家畜模拟践踏器，包括用于设置模拟家畜蹄的模县平台，用于驱动模具平台作上下往复运动的驱动装置，其特征是在模具平台与驱动装置间设置有一个万向铰链，在驱动装置的外壳上设置有手持的手柄或把手。
2、 根据权利要求1所述的放牧家畜模拟践踏器，其特征在于驱动装置由液 压缸、置于液压缸内的活塞，以及压力调节控制阀和液压泵构成，在控制阀的 阀芯上设置有计数器。
3、 根据权利要求1所述的放牧家畜模拟践踏器，其特征在于驱动装置由汽 缸、置于汽缸内的活塞，以及压力调节控制阀和压縮空气储气罐构成，在控制 阀的阀芯上设置有计数器。
4、 根据权利要求1或2或3所述的放牧家畜模拟践踏器，其特征是模拟家 畜蹄用硬质塑料或橡胶制成。
5、 根据权利要求1或2或3所述的放牧家畜模拟践踏器，其特征是模拟家 畜蹄用玻璃纤维与饱和聚脂树脂的混合物制成。
专利摘要本实用新型涉及一种用于模拟家畜对草地践踏，以了解或检测家畜对草地践踏效应的模拟装置。本实用新型是在模具平台与驱动模具平台做上下往复运动的驱动装置间设置有一个万向铰链，在驱动装置的外壳上设置有手持的手柄或把手。本实用新型中的驱动装置可以是由电机带动的曲柄连杆装置构成的往复运动机构，也可以是由液压装置或气压装置。
文档编号G01N33/24GK201344930SQ20092000224
公开日2009年11月11日 申请日期2009年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者林慧龙 申请人:兰州大学