作物起拔阻力测定装置的制作方法

本发明涉及一种作物起拔阻力测定装置，属于农业机械。

背景技术：

1、“起拔”是一种动作，同“切割”、“拍振”、“捡拾”类似，是农业生产中的常见基本动作之一，在农作物生产，尤其是收获环节有广泛运用，如“拔草”、“拔萝卜”、“拔棉花秆”等。

2、要成功将作物从土壤中拔出，需克服土壤对作物根系（根茎）存在的起拔阻力（锚固力）。起拔阻力是起拔收获机械设计的主要依据，不同起拔位置、起拔速度、起拔角度、起拔收获时间等因素都对起拔阻力有影响，因此需要准确测定作物起拔时的受力状态，对于合理控制作物起拔过程中作业部件的运动方向和运动速度，以及夹持位置和起拔时间，从而提高起拔作业效率和改善作业效果具有直接影响。目前，国内针对起拔阻力的测量多为人工测量，而人工测量不仅费时费力、劳动强度大、效率低，而且施力不稳定、所测起拔阻力的数据误差较大。

3、申请人检索发现，公开号cn108318173a的中国专利公开了一种可调式棉花秸秆起拔力测量装置，通过绕过滑轮组的钢丝绳与起拔杆相连，但测量过程中，随着作物的拔出，作用于作物的夹持位置可能会朝着非限定的方向移动，即作物的起拔角度会发生非预期的变化，由于作业机械的工作轨迹都是固定的，这与实际作业的情况不相符，因此测量的起拔阻力不能真实反映实际的作业情况，不利于对收获机械的设计参数进行准确优化。公开号为cn110595659a的中国专利通过绳索连接驱动轮与夹持机构，也存在与上述类似的情况。

4、另一方面，土壤对作物根系的锚固作用通常可以简化为一对正交力及一个力偶，即悬臂梁模型。以上专利中提及的测量方法只能测定一个维度的力，在一般情况下，显然不能推导出根系的受力情况。

5、在实际拔秆作业时作业机械的工作部件的运动轨迹是固定的，而为了提高起拔收获的质量和效率，对作物在不同夹持高度、不同起拔角度和速度参数组合下的拔除阻力进行测定，从而为作业机械选择“安全高效”的参数范围，因此需要一种新的作物起拔阻力测定装置，通过准确地测量指定参数条件下起拔阻力获取作物起拔过程中的根系受力情况，为作业机械的设计提供力学及结构参数依据，从而提高后续作业机械的效率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种能够反映作物起拔过程中根系（根茎）实时所受土壤阻力的测定装置，可以为作业机械的设计提供力学及结构参数依据。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种作物起拔阻力测定装置，包括机架、第一导轨滑块机构和夹持组件；所述第一导轨滑块机构由第一滑块和第一导轨构成，所述夹持组件固接在第一导轨上，所述第一滑块安装在机架上；

3、所述夹持组件包括用于夹持作物的夹具、与第一导轨固接的连接件和安装在连接件上的支架，所述支架上设有第二导轨以及与第二导轨相配合的第二滑块，所述第二滑块沿第二导轨间隔设置有两块，分别记为左滑块和右滑块，所述第二导轨上套设有张紧弹簧，所述张紧弹簧用于使左滑块和右滑块相互靠拢；

4、所述左滑块、右滑块分别固接有左安装板和右安装板，所述左安装板、右安装板分别固接有左测力传感器和右测力传感器，所述左测力传感器和右测力传感器分别设有左柱销和右柱销，所述夹具上设有与左柱销、右柱销一一对应的左销孔和右销孔，所述左柱销插入左销孔内，所述右柱销插入右销孔内。

5、本发明通过第一导轨滑块机构控制夹具的起拔角度，由于第一导轨与水平面的夹角保持不变，因此在作物起拔过程中，夹持点的运行轨迹与水平面的角度始终不变，克服了现有技术中随着作物的拔出，作物的起拔角度会发生非预期变化的缺陷。本发明并不是直接测量根系受力，而是通过测定夹持点的力，结合作物弯曲受力简化为悬臂梁模型换算。因此，测量作物起拔过程中的夹持点受力情况时，夹持点的运行轨迹是确定的至关重要，这样通过悬臂梁模型可以推算出土壤施加在作物根系的力，从而为作业机械的结构设计和作业参数设定提供可靠的依据。

6、因此，本发明测量的起拔阻力能够真实反映实际作业的情况，能够对后续收获机械的设计参数进行准确优化，为起拔机械的设计和使用提供真实依据，防止作物在起拔过程中起拔阻力过大导致作物断裂，有利于保持作物收获后的完整性。

7、本发明通过在与第一导轨连接的支架上设置第二导轨、第二滑块，并通过张紧弹簧对左测力传感器、右测力传感器安装时施加一个预紧力，不但满足了测力传感器的安装和使用要求，而且方便更换起拔夹具，可以针对不同作物选择不同的起拔夹具，从而提高测量效率、降低测量成本。

技术特征：

1.一种作物起拔阻力测定装置，其特征在于：包括机架、第一导轨滑块机构和夹持组件；所述第一导轨滑块机构由第一滑块和第一导轨构成，所述夹持组件固接在第一导轨上，所述第一滑块安装在机架上；

2.根据权利要求1所述的作物起拔阻力测定装置，其特征在于：所述第一导轨滑块机构上设有用于测量第一导轨沿第一滑块移动距离的位移传感器。

3.根据权利要求1或2所述的作物起拔阻力测定装置，其特征在于：所述机架上设有一对圆形角度调节板，两个角度调节板之间通过横杆固接在一起，所述第一滑块设置在横杆上；

4.根据权利要求3所述的作物起拔阻力测定装置，其特征在于：所述机架在竖直方向设有多个用于固定所述高度调节板的安装位。

5.根据权利要求1或2所述的作物起拔阻力测定装置，其特征在于：所述机架的底部设有多个地脚撑。

6.根据权利要求1或2所述的作物起拔阻力测定装置，其特征在于：所述左测力传感器、右测力传感器为三维力传感器或六维力传感器。

技术总结
本发明涉及一种作物起拔阻力测定装置，包括机架、第一导轨滑块机构和夹持组件；所述夹持组件包括用于夹持作物的夹具、与第一导轨固接的连接件和安装在连接件上的支架，所述支架上设有第二导轨和第二滑块，所述第二滑块沿第二导轨间隔设置有两块，分别记为左滑块和右滑块，所述第二导轨上设有使左滑块和右滑块相互靠拢的张紧弹簧；所述左滑块、右滑块分别固接有左安装板和右安装板，所述左安装板、右安装板分别固接有左、右测力传感器，所述夹具位于左、右测力传感器之间。该起拔阻力测定装置能够准确测量作物起拔过程中的夹持点受力情况，通过悬臂梁模型可以推算出土壤施加在作物根系的力，从而为作业机械的结构设计和作业参数设定提供依据。

技术研发人员：陈明江,高琪珉,王振伟,刘奕贯,赵维松,陈永春,曲浩丽,谢虎,陈永生
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17