一种评价甘蔗耐机收碾压能力的装置及应用

1.本发明属于农业机械设备技术领域，更具体地，涉及一种评价甘蔗耐机收碾压能力的装置及应用。


背景技术：

2.甘蔗是我国重要的糖料作物。随着种蔗人力的日益短缺造成劳务价格上涨，致使甘蔗生产成本也不断攀升，甘蔗生产机械化已成为目前公认的降低甘蔗生产成本、促进甘蔗产业可持续发展的重要途径。但目前甘蔗生产机械化程度低，尤其是机械收获环节非常低，主要是由于机械收获时，收获机械、收集车等大型设备通过甘蔗地时对宿根蔗地行进行了碾压，对宿根蔗蔸造成了伤害，导致甘蔗宿根发株数下降，生长势变差，严重影响甘蔗产量。因此，研究耐机械收获碾压的甘蔗品种是目前的重要工作之一.。
3.本研究团队已发明了一种耐机收碾压甘蔗品种的选育方法（专利号：zl202010398264.2），但研究过程中发现，收获机械、收集车碾压的过程中，由于主要是四个轮胎进行碾压，蔗地受碾压的程度不一致，有些土地、蔗蔸被碾压得很严重，而有些则很轻微；同时，生产上不同规模的甘蔗地采用不同规格的收获机械和收集车，有些是小型货车，有些是大型运输车，实际碾压的程度也不一致；因此，培育和筛选耐机收碾压的甘蔗品种，需要碾压程度一致，且根据实际生产设置不同的碾压程度，以筛选适合不同生产模式的耐碾压甘蔗品种。如某个甘蔗品种生产表现好，但只耐轻微碾压，可以在使用轻型车辆的小型地块蔗区推广，而耐机收碾压能力强的品种，则可以在重型碾压的地块推广种植。
4.因此，需要研究一种碾压效果一致，且可以调节不能碾压程度的装置，来配合甘蔗耐机械收获碾压的相关试验。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种评价甘蔗耐机收碾压能力的装置及应用，该装置不仅可保证试验区每个区域有一致的碾压效果，还可以设置不同的碾压程度，克服业内筛选耐机收碾压的甘蔗品种时不能进行很好的量化衡量的缺陷，同时可评估不同的碾压负荷对甘蔗生长的影响效果，有利于甘蔗品种的筛选，推动甘蔗机械化进程的发展。
6.本发明的技术方案：提供一种评价甘蔗耐机收碾压能力的装置，包括：机架、平茬机构、碾压机构、操作机构、动力机构；所述机架整体前部分为长方体机箱，底部为中空，后部分为支轴结构；所述平茬机构具体包括平茬刀轴、平茬电机和平茬刀片，其中平茬电机竖直固定在所述机架的长方体机箱上；所述平茬电机的输出轴与所述平茬刀轴固定，所述平茬刀片沿所述平茬刀轴的圆周方向设置，所述平茬电机带动所述平茬刀轴转动，从而带动所述平茬刀片转动；所述碾压机构包括地轮、支轴和安装轴承；所述地轮两端固定有支轴，所述支轴通
过安装轴承与机架的支轴结构连接；所述动力机构包括轮轴、电机轮和电池；所述电机轮通过轮轴固定安装在机架前部的两侧；所述电池设置在长方体机箱内，并与所述电机轮电连接；所述操作机构包括操作杆和控制器；所述操作杆与机架前部分的长方体机箱连接，并设置在支轴结构的上方；所述控制器控制所述电机轮及平茬电机工作。
7.本发明的总体构思：通过设置机架将各个部件进行组装，前段的平茬机构能够对甘蔗宿根进行平茬。碾压机构的地轮可对试验地的各个区域进行统一碾压，相比于传动的四轮碾压，既能提高试验效率，还能提高碾压的均匀度。电动化的一体式结构，避免了现有的结构需要拖拉机进行牵引，其中电机轮可以直接安装在机架的两侧，不需要横贯的轮轴。电动化设置更有利于调节和控制。优选的，所述电池为可充锂电池。
8.进一步地，所述地轮为空心的轮体结构，并设有可启闭的料口，所述地轮内部注入不同重量的配重料以提供不同的碾压负荷。所述配重料可为液体也可以是沙子等其它物质。
9.进一步地，所述机箱两侧还设有伸缩结构的配重杆，所述配重杆上放置有配重块。可根据需要放置不同数量的配重块，从而获得不同的碾压重量。
10.进一步地，还包括辅助机构，所述辅助机构包括固定轴、刮板、防护罩；所述刮板通过固定轴固定在机箱底部，并将所述平茬机构和碾压机构分隔开；所述防护罩设置在长方体机箱的底部两侧。
11.进一步地，所述刮板水平截面为中部向前凸起的三角状。更有利于泥土的均匀摊开。
12.进一步地，还包括联动杆，所述联动杆的两端分别与所述安装轴承和轮轴进行连接。具体的，所述联动杆的两端分别设有带穿孔的连接部，所述联动杆的两端与所述安装轴承和轮轴活动连接。即支轴结构及碾压机构可根据地势调节。
13.进一步地，所述操作杆为弧形，所述操作杆上还设有海绵垫层。
14.进一步地，所述机箱上还设有录像回溯机构，具体包括监控摄像头、微型芯片、储存硬盘和移动蓄电池，所述微型芯片分别与所述监控摄像头、储存硬盘及移动蓄电池电连接；所述监控摄像头用于检测观察碾压机构碾压后的土表平滑度；所述监控摄像头采集到的图像通过微型芯片存储至储存硬盘。优选的，所述监控摄像头为防尘摄像头。
15.本技术还提供一种甘蔗耐机收碾压能力的评价方法，包括以下步骤：步骤一、将甘蔗苗均分为相同面积规格的小区进行种植；成熟后，将种植小区均分为两组，分别采用人工进行砍收，第一组模拟机收，在砍收后采用上述的评价甘蔗耐机收碾压能力的装置进行平茬及碾压作业，另一组仅采用平茬装置进行平茬；步骤二、观察宿根蔗的生长情况，并收集这两组宿根甘蔗的重量与锤度；步骤三、计算甘蔗的耐机收碾压指数，当该指数大于或等于1时即认为该甘蔗品种为耐碾压甘蔗品种；所述耐机收碾压指数为机收锤重与人工砍收锤重的比值，即第一组锤重与另一组锤重的比值；其中，锤重＝锤度
×
甘蔗重量。
16.甘蔗重量的计算模型为：甘蔗重量＝茎径2×
0.785
×
(株高-20)
×
有效茎数
×
γ
÷
1000；
其中，甘蔗重量单位为公斤；茎径为甘蔗的平均直径，单位为cm。
17.0.785为直径计算甘蔗茎截面积时的转换系数，亦即计算甘蔗茎的体积时，由茎的直径转换成半径时产生的1/4与圆周率的乘积，为圆周率/4。
18.株高为甘蔗地上部分的平均株高，单位为cm；20为甘蔗株高转换成原料蔗茎长的修正值，单位为cm；有效茎数为成熟期内一定土地面积内株高1.0米以上的甘蔗茎数，单位为条/m2；γ为甘蔗比重，为1.0g/cm3；1000为甘蔗重量由克转换成公斤的倍数。
19.进一步地，在甘蔗砍收当天就采用上述评价甘蔗耐机收碾压能力的装置进行平茬及碾压作业。
20.本发明的有益效果：1、本评价甘蔗耐机收碾压能力的装置将平茬机构和碾压机构相结合，可同时对宿根蔗进行平茬管理和碾压试验，提高试验效率。其中，平茬机构的设置也可以将蔗地整理平整，也有利于碾压用地轮的工作。碾压机构的地轮可对试验地的各个区域进行统一碾压，相比于传动的四轮碾压，既能提高试验效率，还能提高碾压的均匀度。
21.2、本技术中，碾压用地轮可采用中空结构，并在地轮内填充配重料，可根据需要填充不同数量的配重料，从而实现不同程度的碾压。此外，还可以在机箱两侧设置伸缩结构的配重杆，并在配重杆上放置有配重块，可根据需要放置不同数量的配重块，从而获得不同的碾压重量。即本装置能够真实的模拟不同负荷的运输车的碾压效果，且碾压重量可量化，有利于评估不同的碾压负荷对甘蔗生长的影响效果。
22.3、本技术采用电动化的一体式结构，避免了现有的结构需要拖拉机进行牵引，更轻巧简便。其中电机轮可以直接安装在机架的两侧，不需要横贯的轮轴。机架前后两部分通过连动杆进行弹性的前后调节，有利于工作人员在操作过程中对高低角度的调整，且避免对地轮的作业影响，也降低工作人员的工作负荷。刮板、操作杆、防护罩等设计，能够最大程度增加平茬的效果。
23.4、本发明结构简单，使用方便，达到各地方一致的碾压效果，还可以设置不同的碾压程度，并大大提高了试验效率。利用本技术的设备进行宿根蔗的评价，有利于缩短耐碾压甘蔗品种筛选筛选周期，推动甘蔗机械化进程的发展。
附图说明
24.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的刮板的结构示意图；图中名称及序号：机箱1、支轴结构2、平茬刀轴3、平茬电机4、平茬刀片5、地轮6、安装轴承7、操作杆8、控制器9、轮轴10、电机轮11、电池12、刮板14、防护罩15、联动杆16。
具体实施方式
25.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
26.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
27.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
29.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.实施例1：如图1-2所示，提供一种评价甘蔗耐机收碾压能力的装置，包括机架、平茬机构、碾压机构、操作机构、动力机构和辅助机构；机架整体前部分为长方体机箱1，底部为中空，后部分为由三角板组成的支轴结构2。其中，机架前部分用于固定平茬机构，后部分用于固定碾压机构；平茬机构用于蔗地的平茬作业；碾压机构用于模拟机收碾压。
31.具体的，所述平茬机构具体包括平茬刀轴3、平茬电机4和平茬刀片5，其中平茬刀轴3竖直固定在机架的长方体机箱1上；所述平茬电机4的输出轴与所述平茬刀轴3固定，所述平茬刀片5沿所述平茬刀轴3的圆周方向设置，所述平茬电机4带动所述平茬刀轴3转动，从而带动所述平茬刀片5转动。平茬机构可削掉露出地面的甘蔗茎，减少宿根蔗染病的风险，有利于宿根蔗的分蘖生长。同时，甘蔗平茬机构可粉碎蔗叶、杂草等，也有利于碾压机构的均匀碾压作业。
32.具体的，所述碾压机构包括地轮6、支轴和安装轴承7；所述地轮两端固定有支轴，所述支轴通过安装轴承7与机架的支轴结构2连接。碾压机构采用地轮式结构，与传统的四轮车子碾压相比，碾压力度一致，不易出现碾压死角，可更客观而准确地评价不同甘蔗品种的耐碾压能力。进一步地，所述地轮6为空心的轮体结构，并设有可启闭的料口，所述地轮6内部可以注入不同重量的配重料来提供不同程度的碾压负荷。即可设置多组试验区，不同试验区分别采用不同的碾压负荷。
33.在一些实施例中，所述机箱两侧还设有伸缩结构的配重杆，所述配重杆上放置有配重块。可根据需要放置不同数量的配重块，从而获得不同的碾压重量。具体操作中，可在伸缩结构的配重杆上安装横向支撑杆，并在配重杆和横向支撑杆上安装固定板，然后再固定板上放置配重块。还可以设置护栏、防护网、绑绳等将配重块进一步固定。伸缩杆及配重块的设置可加大地轮的碾压负荷，有利于高碾压负荷试验的开展。
34.具体的，所述动力机构包括轮轴10、电机轮11和电池12；所述电机轮11通过轮轴10
固定安装在机架前部的两侧；所述电池12设置在长方体机箱1内，所述电池12与所述电机轮11电连接，并为所述电池轮11提供动力。优选的，电池12为可充锂电池12。所述电机轮11还设有转向装置。这里不涉及本技术的发明点，具体可参考现有遥控车的转向装置。
35.具体的，所述操作机构包括操作杆8和控制器9；所述操作杆8为三角状的杆体组成，且与机架前部分的长方体机箱1水平连接，并设置在支轴结构2的顶部。所述控制器9控制所述电机轮及平茬电机工作。所述控制器9为手持式控制器，并通过红外线、蓝牙等与所述电机轮及平茬电机通讯连接，用于控制电机轮的行走及平茬电机的转动。
36.具体的，所述辅助机构包括固定轴、刮板14、防护罩15和联动杆16；所述刮板14通过转轴固定在机箱1的隔板底部，并将所述平茬机构和碾压机构分隔开。所述防护罩15设置在长方体机箱1的底部两侧。所述连动杆两端分别与所述安装轴承7和轮轴10进行连接。所述联动杆的两端分别与所述安装轴承和轮轴进行连接。即支轴结构及碾压机构可根据地势调节。优选的，所述刮板14为中部向前凸起的三角状。更有利于泥土的均匀摊开。
37.在一些实施例中，所述机箱1上还设有录像回溯机构，具体包括监控摄像头、微型芯片、储存硬盘、移动蓄电池和若干导线，所述微型芯片分别与所述监控摄像头、储存硬盘及移动蓄电池电连接；所述监控摄像头用于检测观察碾压机构碾压后的土表平滑度；所述监控摄像头采集到的图像通过微型芯片存储至储存硬盘。优选的，所述监控摄像头为防尘摄像头。其中监控摄像头可设置多个，多角度观察镇压表面平滑度。优选的，所述监控摄像头为防尘摄像头。监控摄像头与微型芯片连接，能够实时的进行人工智能的图像识别技术，对平整程度、镇压效果以及摊铺的均匀程度进行评分评估，给予作业人员参考作业的具体实时效果，其中微型芯片里预设有各个评级的标准，图像识别技术原理就是将图片的相似程度进行对比以及筛选。
38.在其它实施例中，机箱1上还设有作业工作时长、作业公里数的记录系统，并且根据每部机器的作业标准对切割刀、镇压面轮进行保养以及更换，以确保作业的效果。
39.本技术通过设置机架将各个部件进行组件，前段的平茬机构能够对甘蔗苗进行平茬，且可以在后端形成碾压。电动化的一体式结构，避免了现有的结构需要拖拉机进行牵引，其中电机轮11可以直接安装在机架的两侧，不需要横贯的轮轴10，机架前后两部分通过连动杆进行弹性的前后调节，有利于工作人员在操作过程中对高低角度的调整，且避免对地轮6的作业影响，也降低工作人员的工作负荷。底部的刮板14可以在碾压前进行依次地面的梳理，使得碾压前的地面更平整。保护罩能够有效的防止泥土往两侧堆移。
40.实施例2一种甘蔗耐机收碾压能力的评价方法，包括以下步骤：步骤一、将甘蔗苗均分为相同面积规格的小区进行种植；成熟后，将种植小区均分为两组，分别采用人工进行砍收，第一组模拟机收，在砍收后采用实施例1的评价甘蔗耐机收碾压能力的装置进行平茬及碾压作业，另一组仅采用平茬装置进行平茬。
41.步骤二、观察宿根蔗的生长情况，并收集这两组宿根甘蔗的重量与锤度。
42.步骤三、计算甘蔗的耐机收碾压指数，当该指数大于或等于1时即认为该品种为耐碾压甘蔗品种。
43.所述耐机收碾压指数为机收锤重与人工砍收锤重的比值，即第一组锤重与另一组锤重的比值；其中，锤重＝锤度
×
甘蔗重量。
44.采用实施例2的方法对5个甘蔗品种(品系)桂糖04-1545、桂糖02-1721、桂糖02-281、桂糖06-244、roc22进行评价，获得各个品种(品系)的耐机收碾压指数，并调查记录第2年宿根蔗的发株数，计算机收小区的宿根蔗发株率：机收宿根蔗的发株率＝(机收宿根蔗的发株数/新植蔗有效茎数)
×
100％；并将数据记录如下：不同甘蔗品种(品系)的耐机收碾压指数与宿根蔗发株率：a：桂糖04-1545 1.7 106.0 ；b：桂糖02-1721 1.3 94.0；c：桂糖02-281 1.0 75.0 ；d：桂糖04-153 0.9 55.0 ；e：roc22 0.8 49.0。
45.本评价方法采用自主研发的评价甘蔗耐机收碾压能力的装置进行试验，可提供一致的碾压力度，且不易出现碾压死角，可更客观、准确地评价甘蔗耐碾压能力，有利于耐碾压甘蔗品种的筛选。
46.综上，本评价甘蔗耐机收碾压能力的装置结构简单，使用方便，可对甘蔗进行平茬和碾压作业，并能保每个试验区有一致的碾压效果，还可设置不同的碾压程度，克服业内筛选耐机收碾压的甘蔗品种时不能进行很好的量化衡量的缺陷，同时可评估不同的碾压负荷对甘蔗生长的影响效果，有利于甘蔗品种的筛选及甘蔗机械化的发展。
47.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
48.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。