專利名稱:土壤強(qiáng)度綜合測(cè)試儀的制作方法
本發(fā)明屬于測(cè)量?jī)x器。
目前國(guó)內(nèi)外用來(lái)測(cè)量土壤強(qiáng)度及外附力/內(nèi)聚力的儀器有(1)〔美〕WES園錐穿入儀-M·G·Bekker“地面-車輛系統(tǒng)導(dǎo)論”1978年12月，p12，機(jī)械工業(yè)出版社;
(2)〔日〕田中儀;
(3)〔蘇〕Bucxom土壤堅(jiān)實(shí)度計(jì);
(4)〔中〕“SJ-3·5”型水田土壤剪切儀-南京土壤儀器廠生產(chǎn)，“土壤-車輛系統(tǒng)力學(xué)”p12，中國(guó)農(nóng)機(jī)出版社，1981年，吉林工業(yè)大學(xué)陳秉聰著;
(5)〔中〕“SY-1”型水田土壤靜載承壓儀-南京土壤儀器廠生產(chǎn)，“土壤-車輛系統(tǒng)力學(xué)”p53，中國(guó)農(nóng)機(jī)出版社，1981年，吉林工業(yè)大學(xué)陳秉聰著;
(6)“TE-3”型土壤硬度計(jì)-南京土壤儀器廠生產(chǎn);
(7)〔中〕工兵園錐儀-中國(guó)人民解放軍南京工程兵學(xué)院，劉永陽(yáng)、陳震威;
(8)水田土壤外附力/內(nèi)聚力測(cè)定儀。
上述儀器中，第(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)僅能測(cè)定土壤承壓能力，除第(7)外，均不能測(cè)量很濕軟的土壤強(qiáng)度，但第(7)不能自動(dòng)記錄;第(4)僅能測(cè)定土壤抗剪強(qiáng)度;第(8)僅能測(cè)定水田土壤的外附力/內(nèi)聚力。
通常測(cè)量土壤抗剪強(qiáng)度的是土壤剪切儀;測(cè)量土壤承壓強(qiáng)度的是土壤承壓儀;測(cè)量土壤硬度的是土壤硬度計(jì);測(cè)量外附力/內(nèi)聚力的是土壤的外附力/內(nèi)聚力測(cè)定儀。
本設(shè)計(jì)僅用一臺(tái)土壤強(qiáng)度綜合測(cè)試儀就具有上述幾種儀器的功能，且測(cè)量范圍大，能自動(dòng)記錄，主要用于(1)研究土壤強(qiáng)度對(duì)種子的發(fā)芽、根系的生長(zhǎng)、合理施肥、保水、播種、土壤改良等關(guān)系;
(2)研究土壤基層強(qiáng)度對(duì)土木建筑，道路設(shè)施，水利工程等的影響，以及檢查其施工質(zhì)量;
(3)研究地面車輛(如汽車、拖拉機(jī)、坦克等)與土壤相互作用時(shí)的通過(guò)性、動(dòng)力性、效率等，以便合理選型、設(shè)計(jì)以及作戰(zhàn)運(yùn)籌等;
(4)研究耕作機(jī)具(如犁、耙等)與土壤強(qiáng)度的相互關(guān)系，以便合理設(shè)計(jì)、配套等;
本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是由帶有能調(diào)節(jié)長(zhǎng)度和夾角的三角支架〔49〕的連接板〔43〕將儀器總體分上、下兩大部分，上部分主要為測(cè)扭機(jī)構(gòu)，下部分主要為承壓機(jī)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。
上部外筒〔35〕的外面繞有記錄紙以作為記錄筒，外筒〔35〕中心垂直立有一空心傳動(dòng)套〔23〕，傳動(dòng)套〔23〕的上、下兩端剛性地分別連接著從動(dòng)板〔26〕和連接盤(pán)〔21〕，套內(nèi)有一長(zhǎng)齒條〔28〕穿過(guò)，傳動(dòng)套〔23〕下部?jī)?nèi)壁與長(zhǎng)齒條〔28〕外壁通過(guò)“鼓形”滑動(dòng)連接(見(jiàn)圖2)，傳動(dòng)套〔23〕外面由下至上的空套著第一〔22〕、第二〔24〕、第三〔27〕級(jí)扭簧，三級(jí)扭簧的剛度分別為1，19，80kgf·mm/deg，其旋轉(zhuǎn)角分別為120°、60°、30°。第一、二級(jí)扭簧的一端與傳動(dòng)套〔23〕剛性相連，第三級(jí)扭簧的一端與從動(dòng)板〔26〕剛性相連，第一級(jí)扭簧的另一端與由手搖動(dòng)蝸輪蝸桿〔36〕帶動(dòng)的連接盤(pán)〔21〕上的主動(dòng)柱〔25〕直接剛性相連，第二、三級(jí)扭簧的另一端則通過(guò)主動(dòng)柱〔25〕上的滑槽口相連(待主動(dòng)柱〔25〕隨連接盤(pán)〔21〕旋轉(zhuǎn)60°、90°后，則第二、三級(jí)扭簧才相應(yīng)的被主動(dòng)柱〔25〕帶動(dòng))，連接板〔21〕外緣上剛性地連接著扇形齒圈〔30〕，固定在從動(dòng)板〔26〕上的記錄筆座〔29〕的雙聯(lián)齒輪的錐齒輪〔31〕與扇形齒圈〔30〕嚙合，雙聯(lián)齒輪的正齒輪〔32〕與記錄筆的齒條〔33〕嚙合，記錄筆〔34〕固定在齒條〔33〕的下端，蝸輪蝸桿〔36〕的殼體〔37〕通過(guò)兩塊“〔”形板〔38〕連接在連接板〔43〕的上方，連接板〔43〕的下方剛性地連接著導(dǎo)向座板〔42〕，開(kāi)了直槽孔的導(dǎo)向座板〔42〕上的空心導(dǎo)向臺(tái)臂從連接板〔43〕中心孔穿出，帶有手柄〔16〕的齒輪軸〔17〕布置在連接板〔43〕和蝸輪蝸桿殼體〔37〕之間，且用兩個(gè)軸座〔40〕固定在連接板〔43〕上，齒輪軸〔17〕的正齒輪〔19〕與長(zhǎng)齒條〔28〕嚙合，且齒輪軸〔17〕能在齒輪軸座〔40〕內(nèi)根據(jù)需要而軸向滑動(dòng)，若要長(zhǎng)齒條〔28〕旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪軸〔17〕上的正齒輪〔19〕要與長(zhǎng)齒條〔28〕脫開(kāi)嚙合，當(dāng)正齒輪〔19〕與長(zhǎng)齒條〔28〕脫開(kāi)嚙合后，用卡銷〔39〕限位，并松開(kāi)下鎖銷〔41〕(見(jiàn)圖3)，調(diào)整上鎖銷〔20〕，將長(zhǎng)齒條〔28〕鎖住，以使長(zhǎng)齒條〔28〕僅可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而不能自行上、下移動(dòng)，長(zhǎng)齒條〔28〕下端用螺釘鎖著壓簧上座〔45〕，壓簧上座〔45〕下方用螺釘連接著壓簧導(dǎo)向套〔11〕，導(dǎo)向套〔11〕下端用螺紋連接著帶有六方中心孔的壓緊螺母〔5〕，該螺母與導(dǎo)向套〔11〕彼此由螺母〔7〕并緊，帶有空心的外六方配重桿〔4〕從壓緊螺母〔5〕的內(nèi)六方孔穿過(guò)，配重桿〔4〕下端用螺母〔3〕連接著測(cè)桿〔2〕，以上主要零件組成的扭矩傳遞機(jī)構(gòu)，可使測(cè)桿〔2〕通過(guò)扭簧〔22〕、〔24〕、〔27〕產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
齒輪軸〔17〕上的正齒輪〔19〕與長(zhǎng)齒條〔28〕〔合時(shí)，利用調(diào)整下鎖銷〔41〕，以使長(zhǎng)齒條〔28〕不能自行下移。長(zhǎng)齒條〔28〕下端通過(guò)拉簧〔14〕懸吊著拉簧連接桿〔13〕，拉簧連接桿〔13〕下端的錐形臺(tái)臂上空套著由調(diào)節(jié)螺母〔8〕連接著配重桿〔4〕，調(diào)節(jié)螺母〔8〕與配重桿〔4〕通過(guò)螺紋調(diào)節(jié)并由螺釘〔6〕鎖定，在帶有上外園錐的調(diào)節(jié)螺母〔8〕的上方，以及在導(dǎo)向套〔11〕之內(nèi)，滑套著壓簧下座〔9〕，壓簧下座〔9〕具有內(nèi)、外園錐形及下外園柱形，拉簧連接桿〔13〕從壓簧下座〔9〕中心孔穿過(guò)，在壓簧上座〔45〕、下座〔9〕之間夾有壓簧〔12〕，下簧下座〔9〕上的螺釘〔48〕可在導(dǎo)向套〔11〕的直槽內(nèi)上、下滑動(dòng)。以上主要零件組成的機(jī)構(gòu)可使測(cè)桿〔2〕通過(guò)彈性元件拉簧〔14〕、壓簧〔12〕產(chǎn)生上、下運(yùn)動(dòng)。
在導(dǎo)向套〔11〕外面，空套著承壓記錄筒〔10〕，記錄筒〔10〕上方掛套在導(dǎo)向座板〔42〕上，鎖定在承壓記錄筒〔10〕上方的正齒輪〔44〕，通過(guò)空套在連接板〔43〕上的一對(duì)雙聯(lián)齒輪軸〔15〕與齒輪軸〔17〕上的錐齒輪〔18〕嚙合，在配重桿〔4〕與螺母〔3〕之間夾著帶有筆架〔47〕的筆架支承板〔50〕，記錄筆〔46〕可在筆架〔47〕上部的垂直槽內(nèi)上、下滑動(dòng)并可固緊。此記錄機(jī)構(gòu)，因長(zhǎng)齒條〔28〕的下移以及由一對(duì)雙聯(lián)齒輪〔15〕帶動(dòng)的配有正齒輪〔44〕的記錄筒〔10〕的旋轉(zhuǎn)，便可記錄土壤強(qiáng)度的“園錐指數(shù)-深度”，“硬度-深度”以及被剪土壤實(shí)際扭轉(zhuǎn)角。
測(cè)桿〔2〕下方用螺紋連接著剪切環(huán)〔1〕，或方形測(cè)板1c，或園錐測(cè)頭1b，或(金屬、橡膠、塑料)底測(cè)板1a。
現(xiàn)有土壤剪切儀，如南京土壤儀器廠生產(chǎn)的“SJ-3·5”型水田土壤剪切儀，其主要結(jié)構(gòu)由加載、扭矩剪切、記錄三部分組成，該儀器最大記錄曲線高度68mm，最大扭矩為1.7，3.4kgf·M。
本設(shè)計(jì)采用三級(jí)扭簧〔22〕、〔24〕、〔27〕，其剛度分別為1，19，80kgf·mm/deg。本設(shè)計(jì)最大記錄曲線高度為120mm，最大扭矩為12kgf·M，其中第一級(jí)扭矩為0.001～0.06kgf·M。為此，本儀器對(duì)于極濕軟和極硬的土壤的抗剪強(qiáng)度均能測(cè)定。
現(xiàn)有的土壤承壓儀，如〔美〕WES園錐穿入儀，〔日〕田中儀，〔中〕“SY-1”水田土壤靜載承壓儀等，以“SY-1”為例，其主要結(jié)構(gòu)由測(cè)頭、加載、記錄三部分組成。工兵園錐儀主要由測(cè)頭、測(cè)桿、環(huán)形測(cè)力計(jì)、百分表組成。上述儀器僅能測(cè)定土壤承壓強(qiáng)度，除“工兵園錐儀”外，均不能測(cè)量土壤強(qiáng)度小于0.83kgf/cm2的濕軟土壤(但“工兵園錐儀”不能自動(dòng)記錄，由百分表讀數(shù))，測(cè)量范圍一般為1～10kgf/cm2左右，最大加載壓力為30kgf(如SY-1)。
因20cm內(nèi)濕軟土壤強(qiáng)度一般小于0.6kgf/cm2，10cm內(nèi)濕軟土壤強(qiáng)度一般小于0.2kgf/cm2，5cm內(nèi)濕軟土壤強(qiáng)度一般小于0.1kgf/cm2。本設(shè)計(jì)因采用一級(jí)剛度很小的拉簧來(lái)平衡配重組自重，故能測(cè)定極濕軟土壤的承壓強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)最大加載壓力為60或66kgf，自動(dòng)記錄的測(cè)量范圍為第一級(jí)為0.1～0.4kgf/cm2，第二級(jí)為2～20kgf/cm2。
現(xiàn)有的土壤硬度計(jì)，如〔蘇〕Bucxom，〔中〕TE-3型等，以“TE-3”為例，其主要結(jié)構(gòu)由測(cè)頭、加載、記錄盤(pán)、搖把等組成，TE-3型測(cè)量的入土深度為20cm。
本設(shè)計(jì)仍用該臺(tái)儀器，就能測(cè)定土壤硬度。本設(shè)計(jì)測(cè)量的入土深度為35cm，能自動(dòng)記錄“深度-硬度”曲線，土壤硬度的測(cè)試范圍一級(jí)為6～66kg/cm2(用1cm2園錐測(cè)頭)，若換第二、三級(jí)不同剛度壓簧，其所要測(cè)定值將更大。
現(xiàn)有的土壤外附力/內(nèi)聚力測(cè)定儀，其主要結(jié)構(gòu)由測(cè)頭、加載、測(cè)力等部分組成，該儀器最大加載力為30kg。
本設(shè)計(jì)仍用該臺(tái)儀器便能測(cè)定土壤外附力/內(nèi)聚力，并且本儀器的最大加載壓力為66kg。
本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是用一臺(tái)土壤強(qiáng)度綜合測(cè)試儀就具有現(xiàn)已有幾種儀器的功能，并且測(cè)量范圍大，給制造，特別是使用帶來(lái)很大的便利。
權(quán)利要求
1.一種土壤強(qiáng)度綜合測(cè)試儀，其特征在于a、具有彈性元件拉簧[14]、壓簧[12]、扭簧[22]、[24]、[27]和傳動(dòng)套[23]、主動(dòng)柱[25]、長(zhǎng)齒條[28]一套傳力、傳扭部件，使測(cè)桿[2]實(shí)現(xiàn)上、下或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的整總體布置。b、具有包括上鎖銷[20]、下鎖銷[41]、齒輪軸[17]、軸座[40]、卡銷[39]組成鎖位機(jī)構(gòu)。c、具有由配重桿[4]、支承板[50]、記錄筆[46]、雙聯(lián)齒輪[15]、正齒輪[44]、記錄筒[10]組成的自動(dòng)記錄機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1(a)，其特征在于傳動(dòng)套〔23〕下部?jī)?nèi)壁與長(zhǎng)齒條〔28〕外壁通過(guò)“鼓形”滑動(dòng)連接，傳動(dòng)套〔23〕通過(guò)主動(dòng)柱〔25〕拉著扭簧〔22〕〔24〕〔27〕轉(zhuǎn)動(dòng)，長(zhǎng)齒條〔28〕隨之旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1、2，其特征在于三級(jí)扭簧〔22〕〔24〕〔27〕剛度分別為1、19、80kgf·mm/deg其旋轉(zhuǎn)角分別為120°、60°、30°。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1(b)，其特征在于采用上鎖銷〔20〕、下鎖銷〔41〕可鎖住長(zhǎng)齒條〔28〕;齒輪軸〔17〕可在軸座〔40〕內(nèi)軸向移動(dòng)，并采用卡銷〔39〕鎖位。
5.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1(c)，其特征有一個(gè)記錄筆〔46〕固定在配重桿〔4〕、支承板〔50〕上，并與一對(duì)雙聯(lián)齒輪〔15〕帶動(dòng)的配有正齒輪〔44〕的記錄筒〔10〕一起完成自動(dòng)記錄。
專利摘要
一種土壤強(qiáng)度綜合測(cè)試儀，其一套傳力傳扭部件通過(guò)鎖位機(jī)構(gòu)使測(cè)桿產(chǎn)生上、下或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，來(lái)進(jìn)行各種土壤強(qiáng)度的測(cè)量，從而改變目前各種不同的土壤強(qiáng)度需用不同的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量的狀況，并且該儀器采用自動(dòng)記錄，測(cè)量范圍均大于現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器的測(cè)量范圍。
文檔編號(hào)G01N3/24GK85105332SQ85105332
公開(kāi)日1986年10月29日 申請(qǐng)日期1985年7月10日
發(fā)明者王修斌, 王文隆 申請(qǐng)人:武漢工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan