專利名稱：植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機(jī)械裝置，具體涉及一種測試植物根系抗拉強(qiáng)度時的機(jī)械裝
置，屬于機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在自然界中，高原、山地等地區(qū)，由于特殊的地貌、氣候等自然因素的原因，土壤侵 蝕、地表水土流失、滑坡、泥石流等坡面不穩(wěn)定的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象較為嚴(yán)重。這里的坡面不穩(wěn) 定現(xiàn)象包括表層不穩(wěn)定、淺層不穩(wěn)定和深層不穩(wěn)定，前兩者多見于地表以下lm范圍之內(nèi)， 發(fā)生最為普遍。大量的調(diào)查研究表明大面積保存尚好的天然和人工植被，對表層、淺層坡 面不穩(wěn)定過程發(fā)揮著重要的抑制和削弱作用。因此，根據(jù)實地環(huán)境，選育恰當(dāng)?shù)闹脖活愋停?并將其與侵蝕環(huán)境改善和調(diào)控相結(jié)合，是穩(wěn)定坡面的最有效途徑之一。龐大的植被根系對 土壤固持很關(guān)鍵，在有植被生長的斜坡上，如果淺層土體發(fā)生滑坡，除了植被垂直根系的強(qiáng) 大抗剪作用抵抗土體滑坡外，水平根系的軸向抗拉伸作用也非常重要，此外，在土體滑坡 時，垂直抗剪的根系通常也被從土壤中拔出拉斷，而很少被剪斷，因此，對植被根系的軸向 抗拉伸力學(xué)特性進(jìn)行測試，特別是測試其軸向抗拉強(qiáng)度，是定量分析計算各類植被根系對 土壤的固持作用，為坡面保護(hù)和水土保持選擇適當(dāng)?shù)闹脖活愋偷闹匾A(chǔ)。然而，迄今為 止，由于缺乏對植物根系的抗拉伸力學(xué)特性進(jìn)行測試的專門設(shè)備，人類對植物根系的抗拉 伸力學(xué)特性的測試，大多采用簡單的工具如手鉗或工程鉗夾持根系兩端，測試人員通過手 持拉力計施加拉力將根系拉斷，在拉斷瞬間人工觀察記錄最大拉力。 一方面，測試過程需多 人操作、費(fèi)時費(fèi)力，且人工觀察記錄最大拉力有較大誤差，測量結(jié)果不準(zhǔn)確，不能記錄拉力 與植物根系變形的對應(yīng)關(guān)系；另一方面，在加力過程中，缺乏可靠的加力裝置，靠人手直接 施加的拉力是有限的、不穩(wěn)定的，難以保證拉力沿著根系軸向緩慢均勻加載，還可能產(chǎn)生扭 轉(zhuǎn)力，不利于真實客觀的反映植物根系軸向抗拉伸的實際情況，不能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確 性，也不能滿足大量根系測試的需求。如果要利用其它材料已有的拉伸測試設(shè)備，如鋼件的 拉伸設(shè)備，由于這些設(shè)備都是大型的專用設(shè)備，不能移動到野外現(xiàn)場，因此，難以在野外現(xiàn) 場開展植物根系抗拉伸實驗測試，需將植物根系采集帶回實驗室進(jìn)行測試，這種測試由于 脫離植物生長的實際環(huán)境因而價值大大降低。 一方面，采集回來的根系樣本是有限的，沒 有在野外現(xiàn)場豐富，而且植物根系從遙遠(yuǎn)的野外現(xiàn)場帶回實驗室，由于出土?xí)r間長，容易導(dǎo) 致根系失水變干，抗拉伸力學(xué)特性變化，測試結(jié)果不能反映其在土壤中的真實情況；另一方 面，這些大型專用實驗設(shè)備沒有針對根系的夾持裝置，容易把根夾壞，降低實驗成功率。因 此，開發(fā)一種專門用于植物根系抗拉強(qiáng)度測試的機(jī)械裝置，特別是能用于野外環(huán)境下植物 根系抗拉強(qiáng)度現(xiàn)場測試的機(jī)械裝置有著重要的應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的，在于針對上述植物根系抗拉強(qiáng)度測試存在的問題，提供一種 專門用于對植物根系抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測試、省時省力的機(jī)械裝置，特別是可以搬運(yùn)到野外植物生長的現(xiàn)場對植物根系進(jìn)行測試的裝置。采用本裝置，不僅能為測試植物根系抗拉強(qiáng)度 的較準(zhǔn)確數(shù)值提供保證，且能保證測試樣本的豐富和測試的完整性，避免植物根系抗拉強(qiáng) 度發(fā)生變化從而產(chǎn)生測試偏差的不利后果。 本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置由固定機(jī) 架、垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)、夾持裝置組成；所述固定機(jī)架包括機(jī)架基座1、機(jī)架立柱2、V字形導(dǎo) 軌3、機(jī)架頂部4、.基座調(diào)平螺釘15，其中，所述機(jī)架頂部4中心有一通孔；由兩外側(cè)裝有導(dǎo) 向輪20的升降臺12、掛鉤10、牽引螺桿7、牽引基座5組成的垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)，其中，所 述牽引基座5由軸承支撐座21、圓錐滾子軸承22、轉(zhuǎn)輪23構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)輪23中心軸線方向 開有內(nèi)螺紋通孔；所述夾持裝置包括結(jié)構(gòu)完全相同的上夾持機(jī)構(gòu)11和下夾持機(jī)構(gòu)13，上、 下夾持機(jī)構(gòu)由左右兩塊相同且夾持面相向的U型夾持塊16、17及夾緊螺栓18、封閉螺栓19 組成； 其位置和連接關(guān)系為機(jī)架立柱2下端通過下端連接螺栓14固定在機(jī)架基座1 上，其上端通過上端連接螺栓8與機(jī)架頂部4固定連接，三者固定連接為一體，基座調(diào)平螺 釘15設(shè)于基座底面，兩根V字形導(dǎo)軌3平行地裝于機(jī)架立柱2內(nèi)側(cè)；裝于升降臺12兩外側(cè) 的導(dǎo)向輪20，可以在機(jī)架立柱2內(nèi)側(cè)的V字導(dǎo)軌3的軌道內(nèi)上下滾動，升降臺12上端的鋼 絲通過掛鉤10與拉力傳感器9的下端連接，拉力傳感器9的上端連接牽引螺桿7，牽引基座 5的軸承支撐座21用固定螺栓6安裝固定在機(jī)架頂部4的中心位置，并通過過盈配合與圓 錐滾子軸承22的內(nèi)圈連接，轉(zhuǎn)輪23下端通過過盈配合與圓錐滾子軸承22的外圈連接；牽 引螺桿7從轉(zhuǎn)輪23中心螺孔穿過，與螺孔構(gòu)成螺母螺桿連接副；上夾持機(jī)構(gòu)11安裝在垂直 導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)的升降臺12上，下夾持機(jī)構(gòu)13安裝在固定機(jī)架的機(jī)架基座1上，上、下夾持 機(jī)構(gòu)的左右兩個U型夾持塊16、 17夾持面相向安裝，兩個U型夾持塊16、 17間用夾緊螺栓 18連接，U型夾持塊16、17開口端有封閉螺栓19。 本機(jī)械裝置的各部分可以拆分為各個部件或單件，以方便攜帶和減小空間尺寸； 轉(zhuǎn)輪上端加工為螺母形狀，便于用扳手轉(zhuǎn)動。 本植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置的使用方法是將欲測試植物根系的一條根的 一端用下夾持機(jī)構(gòu)13夾緊，另一端或同一根上其它部位待測點用上夾持機(jī)構(gòu)11夾緊，用扳 手緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23，使升降臺12上升時，上、下夾持機(jī)構(gòu)11、13之間產(chǎn)生拉力對根系進(jìn)行拉 伸，用其它與拉力傳感器9相連接的測力裝置測出根被拉斷時的最大拉力數(shù)值，即可得出 該根的抗拉強(qiáng)度。如欲在野外植物生長的現(xiàn)場對植物根系的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測試，可將設(shè)備 拆卸后拉到現(xiàn)場，在欲測植物根系的地方支架起來以后，利用基座調(diào)平螺釘15將固定機(jī)架 調(diào)整至V字導(dǎo)軌3與水平面垂直，以保障升降臺12通過其兩側(cè)的導(dǎo)向輪20沿機(jī)架立柱內(nèi) 側(cè)V字形導(dǎo)軌3的軌道垂直上下升降。將待測植物的根系刨出后，將一根根系的兩個點位 分別夾于上夾持機(jī)構(gòu)11和下夾持機(jī)構(gòu)13上，并擰緊夾緊螺栓以夾緊夾持塊16、17間的植 物根系，用扳手緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23，使升降臺12上升時，上、下夾持機(jī)構(gòu)11、13之間產(chǎn)生拉力 對根系進(jìn)行拉伸；用其它與拉力傳感器9相連接的測力裝置測出根被拉斷時的最大拉力數(shù) 值，即可得出該根的抗拉強(qiáng)度。 本實用新型的有益效果是由于用機(jī)械裝置取代了人用簡單工具手工施力來進(jìn)行 測試的方法，故省時省力；由于本裝置結(jié)構(gòu)簡單且可分拆組裝，故可方便的攜帶到野外開展 植物根系抗拉強(qiáng)度現(xiàn)場測試實驗，保證了測試樣本的豐富和測試的完整性，避免了將植物根系采集回實驗室后由于脫離其生長的土壤時間長，造成根系抗拉強(qiáng)度發(fā)生變化從而產(chǎn)生 測試偏差的不利后果，并便于實時記錄實驗結(jié)果，因而能準(zhǔn)確地反映野外植物根系的實際 力學(xué)狀況；且由于牽引基座中軸承支撐座、圓錐滾子軸承、轉(zhuǎn)輪三部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅可 以對被測試根系均勻施力，且大大減小了轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪對根系施加軸向拉伸力時的摩擦阻力， 從而減小了牽引螺桿跟隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動的運(yùn)動趨勢；加之升降臺兩側(cè)導(dǎo)向輪受到機(jī)架立柱內(nèi)側(cè) V字形軌道的導(dǎo)向作用，保證了轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪對根系進(jìn)行拉伸時，即使拉力很大的情況下，牽引 螺桿能保持垂直升降，所測根系只受軸向拉力的作用，而不會隨著轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動造成根系在拉 伸的過程中被扭轉(zhuǎn)破壞，由于可通過轉(zhuǎn)輪均勻穩(wěn)定的對植物根系沿軸向進(jìn)行拉伸加載，并 可用與拉力傳感器9相連接的測力裝置測出根被拉斷時的最大拉力數(shù)值，無需人工觀測， 為測試植物根系抗拉強(qiáng)度的較準(zhǔn)確數(shù)值提供了保證，提高了植物根系抗拉強(qiáng)度測試實驗的 可靠性。

圖1是本實用新型植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1中上、下夾持機(jī)構(gòu)11、13的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是圖1中標(biāo)記12升降臺的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是圖1中標(biāo)記5牽引基座的結(jié)構(gòu)圖。 圖中各附圖標(biāo)記為1、機(jī)架基座，2、機(jī)架立柱，3、 V字形導(dǎo)軌，4、機(jī)架頂部，5、牽引 基座，6、固定螺栓，7、牽引螺桿，8、上端連接螺栓，9、拉力傳感器，10、掛鉤，11、上夾持機(jī)構(gòu)， 12、升降臺，13、下夾持機(jī)構(gòu)，14、下端連接螺栓，15、基座調(diào)平螺釘，16、17、夾持機(jī)構(gòu)左、右U 型夾持塊，18、夾持機(jī)構(gòu)夾緊螺栓，19、封閉螺栓，20、導(dǎo)向輪，21、軸承支撐座，22、圓錐滾子 軸承，23、轉(zhuǎn)輪。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。 實施例參見圖1、2、3、4，將本裝置拉到植物生長現(xiàn)場，測試前，首先將為方便攜 帶已拆卸的實驗系統(tǒng)機(jī)械裝置各部分重新組裝，用基座底面調(diào)平螺釘調(diào)整機(jī)架的水平。牽 引基座5的軸承支撐座21用固定螺栓6安裝固定在機(jī)架頂部4中心位置，軸承支撐座21 通過過盈配合與圓錐滾子軸承22內(nèi)圈連接，轉(zhuǎn)輪23下端通過過盈配合與圓錐滾子軸承22 外圈連接，轉(zhuǎn)輪23中心軸線方向開有通孔，通孔內(nèi)壁加工有內(nèi)螺紋，外部在轉(zhuǎn)輪上端加工 為螺母形狀，便于用扳手轉(zhuǎn)動，牽引螺桿7從轉(zhuǎn)輪23中心螺孔穿過，與螺孔形成螺母螺桿連 接副，螺孔轉(zhuǎn)動將帶動牽引螺桿7產(chǎn)生軸向移動，使用較小的力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23就可獲得較大 的軸向力。上夾持機(jī)構(gòu)11安裝在升降臺12上，下夾持機(jī)構(gòu)13安裝在機(jī)架基座1上，上、下 夾持機(jī)構(gòu)的左右兩個U型夾持塊16、17夾持面相向安裝，兩個U型夾持塊16、 17間用夾緊 螺栓18連接，為了防止U型夾持塊16、 17從升降臺或基座上脫落，并減小U型夾持塊16、 17在受力過程中產(chǎn)生變形，U型夾持塊16、17開口端有封閉螺栓19 ;待測植物根系的上下 兩端分別從上、下夾持機(jī)構(gòu)的兩個U型夾持塊16、17的中間穿過，擰緊夾緊螺栓18、即可夾 持住植物根系的上下兩端。升降臺上的鋼絲鉤在掛鉤10上，掛鉤10與拉力傳感器9下端 相連，拉力傳感器9上端與牽引螺桿7相連。用扳手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23上方的螺母即可驅(qū)動牽引
5螺桿7產(chǎn)生軸向移動，從而帶動升降臺12沿立柱內(nèi)側(cè)的V字形導(dǎo)軌3滾動實現(xiàn)垂直升降。由于此時植物根系的下端被下夾持機(jī)構(gòu)13固定在機(jī)架基座1上，當(dāng)升降臺12向上移動時，上夾持機(jī)構(gòu)11與下夾持機(jī)構(gòu)間13產(chǎn)生拉力對根系進(jìn)行拉伸。測試開始后，用扳手緩慢轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23上方的螺母拉伸根系直至根系被拉斷。由于牽引基座5中軸承支撐座21、圓錐滾子軸承22、轉(zhuǎn)輪23三部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，加之升降臺12兩側(cè)導(dǎo)向輪20受到機(jī)架立柱2內(nèi)側(cè)V字形導(dǎo)軌3的導(dǎo)向作用，保證了轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪23對根系進(jìn)行拉伸時，即使拉力很大的情況下，牽引螺桿7能保持垂直升降，而不會隨著轉(zhuǎn)輪23轉(zhuǎn)動造成根系在拉伸的過程中被扭轉(zhuǎn)破壞。測試過程中，將本裝置的拉力傳感器9與其它測力裝置相連接，就可測出每一根根系的抗拉強(qiáng)度。
權(quán)利要求植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置，其特征在于本裝置由固定機(jī)架、垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)、夾持裝置組成；所述固定機(jī)架包括機(jī)架基座(1)、機(jī)架立柱(2)、V字形導(dǎo)軌(3)、機(jī)架頂部(4)、.基座調(diào)平螺釘(15)，其中，所述機(jī)架頂部(4)中心有一通孔；所述垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)包括兩外側(cè)裝有導(dǎo)向輪的升降臺(12)、掛鉤(10)、拉力傳感器(9)、牽引螺桿(7)、牽引基座(5)，其中，所述牽引基座(5)由軸承支撐座(21)、圓錐滾子軸承(22)、轉(zhuǎn)輪(23)組成，所述轉(zhuǎn)輪(23)中心軸線方向開有內(nèi)螺紋通孔；所述夾持裝置包括結(jié)構(gòu)完全相同的上夾持機(jī)構(gòu)(11)和下夾持機(jī)構(gòu)(13)，夾持機(jī)構(gòu)由左右兩塊相同且夾持面相向的U型夾持塊(16)、(17)及夾緊螺栓(18)、封閉螺栓(19)組成；其位置和連接關(guān)系為機(jī)架立柱(2)下端通過下端連接螺栓(14)固定在機(jī)架基座(1)上，其上端通過上端連接螺栓(8)與機(jī)架頂部(4)固定連接，三者固定連接為一體，基座調(diào)平螺釘(15)設(shè)于機(jī)架基座(1)底面，兩根V字形導(dǎo)軌(3)平行地裝于機(jī)架立柱(2)內(nèi)側(cè)；裝于升降臺(12)兩外側(cè)的導(dǎo)向輪(20)，可以在機(jī)架立柱(2)內(nèi)側(cè)的V字導(dǎo)軌(3)的軌道內(nèi)上下滾動，升降臺(12)上端的鋼絲通過掛鉤(10)與拉力傳感器(9)的下端連接，拉力傳感器(9)的上端連接牽引螺桿(7)，牽引基座(5)的軸承支撐座(21)用固定螺栓(6)安裝固定在機(jī)架頂部(4)的中心位置，并通過過盈配合與圓錐滾子軸承(22)的內(nèi)圈連接，轉(zhuǎn)輪(23)下端通過過盈配合與圓錐滾子軸承(22)的外圈連接；牽引螺桿(7)從轉(zhuǎn)輪(23)中心螺孔穿過，與螺孔構(gòu)成螺母螺桿連接副；上夾持機(jī)構(gòu)(11)安裝在垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)的升降臺(12)上，下夾持機(jī)構(gòu)(13)安裝在固定機(jī)架的機(jī)架基座(1)上，該上、下夾持機(jī)構(gòu)的左右兩個U型夾持塊(16)、(17)相向安裝，兩個U型夾持塊(16)、(17)間用夾緊螺栓(18)連接，U型夾持塊(16)、(17)開口端有封閉螺栓(19)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置，其特征在于本機(jī)械裝置 的各部分可以拆分為各個部件或單件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置，其特征在于轉(zhuǎn)輪(23)上 端加工為螺母形狀。
專利摘要植物根系抗拉強(qiáng)度測試機(jī)械裝置由固定機(jī)架、垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)、夾持裝置組成。固定機(jī)架的機(jī)架立柱下端固定在機(jī)架基座上，上端與機(jī)架頂部固定連接，兩根V字形導(dǎo)軌平行地裝于機(jī)架立柱內(nèi)側(cè)；垂直導(dǎo)向牽引機(jī)構(gòu)的升降臺可沿V字形導(dǎo)軌上下滾動，升降臺上端的鋼絲通過掛鉤與拉力傳感器的下端連接，拉力傳感器的上端連接牽引螺桿，牽引基座的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時驅(qū)動牽引螺桿；夾持裝置的下夾持機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架基座上，上夾持機(jī)構(gòu)安裝在升降臺上，上、下夾持機(jī)構(gòu)分別夾持住植物根系的兩點，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪對根施力，從與拉力傳感器相連接的測力裝置可測出根被拉斷時的拉力數(shù)值，即可得出該根的抗拉強(qiáng)度。本裝置可在植物生長的現(xiàn)場對植物根系的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行測試。
文檔編號G01N3/08GK201517982SQ20092011166
公開日2010年6月30日 申請日期2009年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者張云偉, 朱惠斌, 王巖 申請人:昆明理工大學(xué)