本发明专利技术公开了一种水田承载力测量装置及测量方法，包括机架、安装在所述机架底部的履带底盘、安装在所述机架上的探针组件和双作用液压油缸；所述履带底盘包括驱动桥、传动轴、动力单元、地板、履带、导向张紧轮、负重轮、驱动轮、底盘机架及动力分配箱；所述探针组件包括多组探针单元，多组探针单元呈阵列布置，每组探针单元包括连接板、压力传感器及探针，压力传感器一端通过螺栓与连接板连接，压力传感器另一端通过螺栓与探针一端连接，连接板安装在机架的上纵梁上，探针的另一端穿过机架下纵梁的导向孔；测量时无人员参与工作，通过多组探针单元同时测量获得数据得到区域内精确的承载力数据，结构简单、操作简单，携带方便。
Paddy field bearing capacity measuring device and method
【技术实现步骤摘要】
水田承载力测量装置及测量方法
本专利技术涉及农用机械
，具体涉及一种水田承载力测量装置及测量方法。
技术介绍
水稻生产在我国粮食生产中占有十分重要的地位，长久以来水田主要采用旋耕作业方式，作业时如果耕深过大会增加旋耕机燃油量消耗，降低作业效率；耕深过小则不满足农艺要求，无法达到效果。传统的耕深测量普遍采用手工测定方法，目前，测量耕深有通过霍尔元件在工作中测量装置所取得的电参量模拟耕深值变化，但若附近有磁场干扰则测量精度下降；还有利用超声波传感器检测机架与地面距离得到耕深，但若检测中土壤存在土块、作物残渣等则测量精度下降；也有利用以倾角传感器测量提升臂水平倾角的方法间接得到耕深，但若地面平整程度不够则会影响角度反馈导致测量精度下降。另外，水田泥脚深度不一，现有拖拉机主要用于旱地作业，在南方水稻田里难易作业，并且作业效率低下，难以满足水稻耕地机械化需求；同时，叶轮作业时，往往出现单轮打滑空转，动力分配不合理的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种能精确进行拖拉机耕深测量的水田承载力测量装置及测量方法。为实现上述目的，本专利技术所设计的水田承载力测量装置，包括机架、安装在所述机架底部的履带底盘、安装在所述机架上的探针组件和双作用液压油缸；所述履带底盘包括驱动桥、传动轴、动力单元、地板、履带、导向张紧轮、负重轮、驱动轮、底盘机架及动力分配箱；地板焊接在底盘机架上，动力分配箱通过螺栓连接在地板后端的侧面，驱动桥一端安装在一侧动力分配箱上，驱动桥另一端安装在另一侧动力分配箱上，驱动桥通过螺栓安装在底盘机架的地板上，传动轴一端通过螺栓与动力单元的动力输出法兰盘连接，传动轴另一端与驱动桥的动力输入法兰盘螺栓连接，动力单元通过减振块安装在底盘机架上；导向张紧轮安装在底盘机架前端的张紧轮支撑轴上，两个负重轮安装在底盘机架中部的张紧轮支撑轴上，驱动轮安装在动力分配箱的驱动轮支撑轴上，履带安装在导向张紧轮、负重轮、驱动轮上，驱动轮带动履带传动；所述探针组件包括多组探针单元，多组探针单元呈阵列布置，每组探针单元包括连接板、压力传感器及探针，压力传感器一端通过螺栓与连接板连接，压力传感器另一端通过螺栓与探针一端连接，连接板安装在机架的上纵梁上，探针的另一端穿过机架下纵梁的导向孔；还包括安装在所述机架上的超声波传感器和安装在所述连接板上的姿态传感器。进一步地，所述双作用液压油缸的液压杆铰接在机架横梁上，双作用液压油缸液压缸铰接在履带底盘的地板下部。进一步地，还包括安装在所述履带底盘上的电子采集控制仓，所述压力传感器、超声波传感器和姿态传感器均与所述电子采集控制仓电连。进一步地，所述机架下纵梁上开设有多个均布的导向孔。还提供一种如上述所述基于水田承载力测量装置的测量方法如下：1)设定测量任务且规划作业路线，将测量装置移动至田中测量位置；2)测量装置平稳后，控制双作用液压油缸推动测量机架，带动探针深入到泥土中，当探针接触到硬底层，或双作用液压油缸到达行程最大值，结束记录，电子采集控制仓同时采集各压力传感器压力变化数据、超声波传感器距离变化数据以及姿态传感器姿态变化数据，测量结束后，通过液压换向阀控制双作用液压油缸伸出杆收缩，将探针从泥土中拔出，探针完全拔出后；3)对采集到的数据进行处理得到承载力-深度数据关系，根据作业水田拖拉机地点及条件下发对应参数，用于水田叶轮拖拉机动力分配，实现防滑提效。进一步地，所述步骤3)中，首先对采集的超声波传感器距离数据进行预测处理，结合姿态传感器姿态数据，得到接近实际情况的距离值，具体过程如下：由于前后相邻测量在时间上具有独立性，只需要前一时刻的距离数据就可以用于整个系统模型的计算，故系统模型的状态方程和测量方程为：sk＝Ask-1+wk-1(1)式中：sk为k时刻系统模型的预测值，sk-1为k-1时刻系统模型的分析值，A为系统模型转移矩阵，wk-1为观测噪声；ck＝Hsk+vk(2)式中：ck为k时刻系统模型的测量值，H为系统模型测量矩阵，vk为测量噪声，假设wk-1和vk是互不影响且为零其方差分别为Q和R的高斯白噪声；通过给定的初值，采用前向参数递推方法得出k+1时刻的协方差更新和状态更新，包括预报和更新两个步骤，预报阶段分为三步：(1)状态预测：s(k+1|k)＝A·s(k|k)(3)(2)协方差预测：p(k+1|k)＝A·p(k|k)·AT+Q(4)(3)Kalman滤波增益系数K计算：K(k+1)＝p(k+1|k)·H(k+1)T·(H·(k+1|k)·HT+R)-1(5)更新阶段分为两步：(1)协方差更新：p(k+1|k+1)＝(1-K(k+1)·H)p(k+1|k)-1(6)(2)状态更新：s(k+1|k+1)＝s(k+1|k)+K(k+1)·(c(k+1)-H·s(k+1|k))(7)采用了Kalman滤波算法后的距离数据更加符合真实情况。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本发基于水田承载力测量装置测量时无人员参与工作，通过多组探针单元同时测量获得数据得到区域内精确的承载力数据，结构简单、操作简单，携带方便。附图说明图1为本专利技术水田承载力测量装置结构示意图；图2为图1中履带底盘结构示意图；图3为图1中探针组件安装结构示意图；图4为图3中探针单元结构示意图；图5为本专利技术测量装置控制拓扑图；图6为本专利技术拖拉机动力分配控制示意图。其中：电子采集控制仓1、履带底盘2、双作用液压油缸3、探针组件4、机架5、驱动桥6、传动轴7、动力单元8、地板9、履带10、导向张紧轮11、负重轮12、驱动轮13、底盘机架14、动力分配箱15、横梁16、下纵梁17、超声波传感器18、上纵梁19、连接板20、压力传感器21、探针22。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示水田承载力测量装置，包括机架5、安装在机架5底部的履带底盘2、安装在履带底盘2上的电子采集控制仓1、安装在机架5上的探针组件4和双作用液压油缸3。如图2所示履带底盘2包括驱动桥6、传动轴7、动力单元8、地板9、履带10、导向张紧轮11、负重轮12、驱动轮13、底盘机架14及动力分配箱15。地板9焊接在底盘机架14上，动力分配箱15通过螺栓连接在地板9后端的侧面，驱动桥6一端安装在一侧动力分配箱15上，驱动桥6另一端安装在另一侧动力分配箱15上，驱动桥6通过螺栓安装在底盘机架14的地板9上，传动轴7一端通过螺栓与动力单元8的动力输出法兰盘连接，传动轴7另一端与驱动桥6的动力输入法兰盘螺栓连接，动力单元8通过减振块安装在底盘机架14上。另外，导向张紧轮11安装在底盘机架14前端的张紧轮支撑轴上，同时起到张紧与导向的作用；两个负重轮12安装在底盘机架14中部的张本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水田承载力测量装置，其特征在于：包括机架(5)、安装在所述机架(5)底部的履带底盘(2)、安装在所述机架(5)上的探针组件(4)和双作用液压油缸(3)；/n所述履带底盘(2)包括驱动桥(6)、传动轴(7)、动力单元(8)、地板(9)、履带(10)、导向张紧轮(11)、负重轮(12)、驱动轮(13)、底盘机架(14)及动力分配箱(15)；地板(9)焊接在底盘机架(14)上，动力分配箱(15)通过螺栓连接在地板(9)后端的侧面，驱动桥(6)一端安装在一侧动力分配箱(15)上，驱动桥(6)另一端安装在另一侧动力分配箱(15)上，驱动桥(6)通过螺栓安装在底盘机架(14)的地板(9)上，传动轴(7)一端通过螺栓与动力单元(8)的动力输出法兰盘连接，传动轴(7)另一端与驱动桥(6)的动力输入法兰盘螺栓连接，动力单元(8)通过减振块安装在底盘机架(14)上；导向张紧轮(11)安装在底盘机架(14)前端的张紧轮支撑轴上，两个负重轮(12)安装在底盘机架(14)中部的张紧轮支撑轴上，驱动轮(13)安装在动力分配箱(15)的驱动轮支撑轴上，履带(10)安装在导向张紧轮(11)、负重轮(12)、驱动轮(13)上，驱动轮(13)带动履带(10)传动；/n所述探针组件(4)包括多组探针单元，多组探针单元呈阵列布置，每组探针单元包括连接板(20)、压力传感器(21)及探针(22)，压力传感器(21)一端通过螺栓与连接板(20)连接，压力传感器(21)另一端通过螺栓与探针(22)一端连接，连接板(20)安装在机架(5)的上纵梁(19)上，探针(22)的另一端穿过机架(5)下纵梁(17)的导向孔；/n还包括安装在所述机架(5)上的超声波传感器(18)和安装在所述连接板(20)上的姿态传感器。/n...
【技术特征摘要】
1.一种水田承载力测量装置，其特征在于：包括机架(5)、安装在所述机架(5)底部的履带底盘(2)、安装在所述机架(5)上的探针组件(4)和双作用液压油缸(3)；
所述履带底盘(2)包括驱动桥(6)、传动轴(7)、动力单元(8)、地板(9)、履带(10)、导向张紧轮(11)、负重轮(12)、驱动轮(13)、底盘机架(14)及动力分配箱(15)；地板(9)焊接在底盘机架(14)上，动力分配箱(15)通过螺栓连接在地板(9)后端的侧面，驱动桥(6)一端安装在一侧动力分配箱(15)上，驱动桥(6)另一端安装在另一侧动力分配箱(15)上，驱动桥(6)通过螺栓安装在底盘机架(14)的地板(9)上，传动轴(7)一端通过螺栓与动力单元(8)的动力输出法兰盘连接，传动轴(7)另一端与驱动桥(6)的动力输入法兰盘螺栓连接，动力单元(8)通过减振块安装在底盘机架(14)上；导向张紧轮(11)安装在底盘机架(14)前端的张紧轮支撑轴上，两个负重轮(12)安装在底盘机架(14)中部的张紧轮支撑轴上，驱动轮(13)安装在动力分配箱(15)的驱动轮支撑轴上，履带(10)安装在导向张紧轮(11)、负重轮(12)、驱动轮(13)上，驱动轮(13)带动履带(10)传动；
所述探针组件(4)包括多组探针单元，多组探针单元呈阵列布置，每组探针单元包括连接板(20)、压力传感器(21)及探针(22)，压力传感器(21)一端通过螺栓与连接板(20)连接，压力传感器(21)另一端通过螺栓与探针(22)一端连接，连接板(20)安装在机架(5)的上纵梁(19)上，探针(22)的另一端穿过机架(5)下纵梁(17)的导向孔；
还包括安装在所述机架(5)上的超声波传感器(18)和安装在所述连接板(20)上的姿态传感器。
2.根据权利要求1所述水田承载力测量装置，其特征在于：所述双作用液压油缸(3)的液压杆铰接在机架(5)横梁(16)上，双作用液压油缸(3)液压缸铰接在履带底盘(2)的地板(9)下部。
3.根据权利要求1所述水田承载力测量装置，其特征在于：还包括安装在所述履带底盘(2)上的电子采集控制仓(1)，所述压力传感器(21)、超声波传感器(18)和姿态传感器均与所述电子采集控制仓(1)电连。
4.根据权利要求1所述水田承载力测量装置，其特征在于：所述机架(5)下纵梁(17)上开设有多个均布的导向孔。
5.一...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，刘铭，陈源，周明刚，杜治千，汪丛，汪凌，廖毅，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。