一種莖稈撓度的測量裝置的製作方法
2023-06-12 10:16:31 1
專利名稱：一種莖稈撓度的測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及農業實驗用具領域，具體涉及一種莖杆撓度的測量裝置。
背景技術：
莖杆作物的倒伏現象不僅嚴重影響作物的產量，也影響相關收穫機械的作業效果，所以提高作物莖杆的抗倒性是育種工作者追求的重要目標之一。國內外相關學者對作物倒伏性作了大量的研究，取得了許多成果。從力學角度看，倒伏就是莖杆這種特殊的「構件」，在載荷作用下失去工作能力的「失效」現象。顯然，從宏觀上看，莖杆「倒伏」是一種力學現象，所以，應該用力學理論和方法去分析。目前，主要的評價方法和指標主要有以下幾種1、以莖杆「倒伏指數」(lodging index)來評價和研究倒伏:這是目前國內外學農學工作者廣泛使用的評價指標。由於原理簡單，實驗方法容易掌握，在農學工作者的研究中得到廣泛應用。但是，這類「倒伏指數」，有好多種，不同種類「倒伏指數」的物理含義並不相同。從力學角度仔細分析這些倒伏指數，大多數「倒伏指數」中各力學量的取值都是依據「橫力彎曲」模型進行計算或試驗獲得的，這種「橫力彎曲」的力學模型顯然與作物莖杆「縱向受壓」的實際情況不符。多數「倒伏指數」計算式中只有力、長度這樣的基本物理量，說明「倒伏指數」信息含量少；另外這些基本量在計算式中的組成和配置沒有經過嚴密的力學分析，只是依據一些基本力學原理，憑直觀推測放入計算式中(如:計算各種力矩時對力臂的取值不嚴謹)，故「倒伏指數」涵蓋的信息含量少、物理含義不清、缺乏力學理論依據，因此「倒伏指數」這種評價指標不能合理地反映各種因素對莖杆倒伏影響的權重。從嚴謹的力學角度分析「倒伏指數」存在以下其缺陷(I) 「倒伏指數」的版本種類較多，物理含義混亂。違背了「有共同特徵的失效現象定有共同的原因的基本概念」。因為，力學中用強度理論對構件建立失效條件的基本方法是:認為具有共同特徵的失效現象有共同的原因，但是，「倒伏指數」的版本種類較多，即使是對同一種作物的倒伏，不同的研究者，使用的「倒伏指數」的物理含義也不相同。即「倒伏指數」有多種版本的計算式，不同版本的計算式中所用的物理參數不一致，各參數的含義和獲取數據實驗方法也不相同。 (2) 「倒伏指數」所用的力學模型是「橫力彎曲」的力學模型，顯然，這與作物莖杆「縱、橫受壓，縱向載荷為主」的實際情況不符。大多數「倒伏指數」中各量的取值都是依據「橫力彎曲」模型進行計算和實驗獲得的，這種「橫力彎曲」的力學模型，顯然與作物莖杆的實際受力情況不符。另外，這種「橫力彎曲」的力學模型與用材料力學實驗機測試莖杆的抗彎強度是相同的，所以，「倒伏指數」中所謂的「莖杆機械強度」與莖杆材料的抗彎強度性質一樣的，都只是一種強度指標，只能用來評價彎曲強度的失效問題，而作物莖杆主要是在連續的「縱向載荷」作用下，其發生倒伏的現象是主要是穩定性失效的問題。(3) 「倒伏指數」計算式中涵蓋的參數少，各參數在計算式中的組成和配置沒有經過嚴密的力學分析，所以，不能全面、合理地反映各基本參數影響莖杆倒伏的權重。多數「倒伏指數」計算式中只有力、長度這樣的基本物理量，說明「倒伏指數」信息含量少；另外這些基本量在計算式中的組成和配置沒有經過嚴密的力學分析，只是依據一些基本力學原理，憑直觀推測放入計算式中使得「倒伏指數」不能合理地反映各基本量影響莖杆倒伏的權重。2、依靠材料力學性能試驗機分析作物莖杆材料的力學性能:這種方法主要是力學工作者使用。通常都是依靠材料力學性能試驗機，分段測試測試靠近根部(作物倒伏時，莖杆容易折斷或折彎的部位)幾個莖節的各項力學性能指標，(抗拉、抗壓、抗扭、抗彎、抗剪等各項力學性能指標)，然後通過統計分析來評價和研究這些指標與倒伏的相關性。這種方法有一定的效果，但也存在以下幾點問題:(I)材料力學性能試驗機只能測得莖杆部分材料的各種強度性能指標，而倒伏是植株整體行為，而且主要是穩定性失效的問題。通過材料力學性能試驗機所測得的這些力學性能指標，主要涉及的是莖杆的(拉伸強度、壓縮強度、剪切強度、扭轉強度、彎曲強度等)各種強度性能指標。而事實上(也有研究表明)，作物莖杆的倒伏是主要是穩定性失效的問題。同時也有強度失效的成分。(2)材料力學性能試驗機所只能將莖杆分成小段，逐段則試，而且一般只能測靠近根部的幾個莖節，不能以整個活體植株為測試對象。通過材料力學性能試驗機來測莖杆的這些力學性能指標，必須除去穗、葉，將莖杆分成小段，逐段則試。由於各種實驗機的量程、精度所限，不是每一段都能測，主要測試的只是莖杆靠近根部的幾個莖節。然而，作物的倒伏是作物整個植株的整體行為，應與整個植株各部位的性能及整體結構形狀夠有關，力學理論早已將杆件整體彎曲、垮塌現象歸類為穩定性失效的問題。而材料力學性能試驗機是不能以整個活體植株為測試對象的。另外，這種方法，需對逐段測得的離散性信息作各種統計分析，才能確定這些指標與倒伏的相關性。這樣有可能使得各種信息失真、丟失或扭曲，從而出現判斷和評價的誤差，甚至做出誤判。另外，這種方法要求使用者有一定基礎的力學知識和數學知識。(3)材料力學試驗機體積龐大，價格昂貴且不能在無電力能源的田間進行現場測試。實驗要用材料力學試驗機，要較多的時間，研究人員也要具備力學、作物學、數學等多方面的知識技能，難以讓多數田間生產操作人員掌握，又由於材料力學試驗機價格昂貴且不能在無電力能源的田間進行測試。以上這些都限制了這種方法的應用範圍和推廣。3、以莖杆的「臨界力」為指標來評價和研究倒伏:這種方法和理論只在部分從事基礎力學的學者們的研究中採用過(見幾種農業工程類刊物)，而在農學家們的研究(見各類作物學報和刊物)中幾乎沒有被使用。這種方法的主要問題是:(I)這種「臨界力」所用力學模型是「理想中心壓杆」，與作物莖杆差距太大。
目前評價倒伏的「臨界力」是以「理想中心壓杆」為莖杆的力學模型，按小撓度理論，用能量法推導出來的。也就是說，此「臨界力」是使「理想中心壓杆」壓杆發生微小彎曲或傾斜的最小縱向壓力p&。因為，「理想中心壓杆」(也稱完善壓杆)認為的壓杆是無初曲率、沒有壓力偏心、材料均勻、沒有任何缺陷的理想壓杆，這與實際作物莖杆的差異較大。所以，用這種理想模型的「臨界力」作為評價作物莖杆倒伏的指標，顯然不妥。(2) 「理想中心壓杆」的「臨界力」只能用於第一類穩定性的失效問題，又稱分支點失穩(bifurcated buckling)的問題，其對應的「臨界力」，只有在壓杆發生「小撓度」的理想情況下才有意義。顯然，作物莖杆倒伏時的「撓度」不可能是「小撓度」，所以，這種「理想中心壓杆」的「臨界力」不能用於評價作物莖杆的倒伏。(3)這種「理想中心壓杆」的「臨界力」沒有試驗和測試方法，只是理論推導得出的結果，所以，這種指標難以被廣泛應用。(4)這種「理想中心壓杆」的「臨界力」多數是用「能量法」推導的表達式中得到的。用「能量法」推導此類「臨界力」的表達式時，需要預先假定一條反映作物莖杆形狀的「撓曲線」方程。該方程應與莖杆實際彎曲形狀越相符，得到結果越準確。而不同作物莖杆生長時的「撓曲線」的形狀(方程)是不同的。目前有關「臨界力」的研究中，均沒有對作物莖杆生長的實際「撓曲線」形狀作過研究。所預先假定的「撓曲線」的形狀(方程)均沒有任何依據，這使得這種所謂「臨界力」的可信度下降。
發明內容
本發明目的是提供一種莖杆撓度的測量裝置，它能有效地解決背景技術中所存在的問題。為了解決背景技術中所存在的問題，它包含支架杆，該支架杆的一側的上面固定有支座，其下面固定有滾輪，所述支架杆的另一側的底部通過滾柱軸承與電子秤接觸，該電子秤的中部開設有上下貫通的通孔，該通孔內插有託盤，所述託盤圓心處向上延伸出天平支座，該天平支座的上端與天平支撐杆的下端固定，所述天平支撐杆的上端與平衡杆的中點鉸接，所述的平衡杆的兩側鏡像設有下掛的盤，其兩側的端部設有微調螺母，所述支座的上端固定有豎標尺，該豎標尺上分別套有與其滑動配合的上標尺滑塊和下標尺滑塊，所述上標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的上標尺，所述下標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的下標尺。所述平衡杆上端的中心位置設有夾持裝置。所述上標尺的一端套接有與其滑動配合的上轉角盤，該上轉角盤內設有一根與其抽拉配合的上探針。所述下標尺的一端套接有與其滑動配合的下轉角盤，該下轉角盤內設有一根與其抽拉配合的下探針。所述的平衡杆上設有平衡水泡。由於採用了以上技術方案，本發明具有以下有益效果:結構簡單、設計合理、構思巧妙，可對整株活體作物樣本進行檢測試驗，且檢測出的結果穩定可靠。
為了更清楚地說明本發明，下面將結合附圖對實施例作簡單的介紹。圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明中實施例1的操作示意圖；圖3是本發明中實施例1的內麥9號莖杆的撓曲線變化圖；圖4是本發明中實施例1的綿雜168莖杆的撓曲線變化圖；圖5是本發明中實施例1的中川育23莖杆的撓曲線變化圖；圖6是實施例2中的測量示意圖；圖7是實施例2中的測量方法示意圖；圖8是實施例2中的試樣圖；圖9是實施例2中的莖杆內力圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。參看圖1，本具體實施方式
是採用以下技術方案予以實現，它包含支架杆1，該支架杆I的一側的上面固定有支座2，其下面固定有滾輪3，所述支架杆I的另一側的底部通過滾柱軸承4與電子秤5接觸，該電子秤5的中部開設有上下貫通的通孔，該通孔內插有託盤6，所述託盤6圓心處向上延伸出天平支座7，該天平支座7的上端與天平支撐杆8的下端固定，所述天平支撐杆8的上端與平衡杆9的中點鉸接，所述的平衡杆9的兩側鏡像設有下掛的盤10，其兩側的端部設有微調螺母12，所述支座2的上端固定有豎標尺13，該豎標尺13上分別套有與其滑動配合的上標尺滑塊14和下標尺滑塊15，所述上標尺滑塊14內設有一根與其抽拉配合的上標尺16，所述下標尺滑塊15內設有一根與其抽拉配合的下標尺17。所述平衡杆9上端的中心位置設有夾持裝置11。所述上標尺16的一端套接有與其滑動配合的上轉角盤18，該上轉角盤18內設有一根與其抽拉配合的上探針19。所述下標尺17的一端套接有與其滑動配合的下轉角盤20，該下轉角盤內設有一根與其抽拉配合的下探針21。所述的平衡杆9上設有平衡水泡。下面結合說明書附圖對本具體實施方式
的工作原理和操作過程作進一步闡述:將採集到的作物保持活體(包括莖、穗、葉、根及部分根部泥土在內)移植到一小容器內，將小容器放置在夾持裝置11內並夾緊，通過平衡杆9上的盤10、夾持裝置11、微調螺母12和水泡調整好平衡杆9的水平，使其能夠更好的模仿作物在田間生長過程中的狀態；然後滑動上標尺16和下標尺17並轉動或滑動上探針19和下探針21至上探針19或下探針21的針尖指到莖杆某一點，便可讀算出該點的坐標的數值，測量時，要先測量O點的坐標，並以此點為原點(0，0)來計算其他各點的相對坐標(ω，χ)，在滑動上標尺16和下標尺17過程中，使上探針19和下探針21可從不同的葉片間隙探到莖杆，以避免測量時碰觸葉片，使莖杆擺動不停而影響探測數據。支座2通過滾輪3可帶動各標尺可繞豎直軸X轉動，這樣不論作物莖杆繞X軸線擺動到什麼位置，各標尺都可以轉到與莖杆撓度曲線共平面的位置，以保證探測到各點的最大撓度及其對應的縱坐標X。實施例1參看圖2，以乳熟期內的3個不同品種小麥:綿雜168、內麥9號和川育23為實驗樣本，各被測品種的平均株高分別為870mm、848mm和778mm。每個品種在米樣面積IOmX 20m內進行隨機抽樣，各取10株，均採集整株小麥，保留根、葉鞘、葉片和麥穗，根部要保留適量的土壤，將整株小麥連同土壤移植於Φ60Χ50(πιπι)的容器30內，土壤應填滿容器。測量前，應在泥土上放置壓板31，並加5kg重物壓5 10分鐘，以使各試樣根部泥土的緊實度基本相同，可認為各個試樣根部具有相同的錨固程度。根據各式樣的平均株高，對每個試樣，從根部起，沿作物實際莖杆曲線方向量取長I = 600mm，並每隔120mm料做一標記，共5段，從上往下各標記分別計為A、B、C、D、E、0。將作了標記後的活體作物同容器30放在夾持裝置11上夾緊；同時用下探針21 配合調整6和夾持裝置11，儘量使被測莖杆下端幾個莖節保持在豎直線的位置。準備完成後，先測量初始狀態時試樣各個標記點的(ω，χ)，然後，在莖杆A端懸掛的小袋內加細沙，重物要逐級增加，每次增加2g，待莖杆擺動停止後，探測試樣各標記點的坐標(ω，X)，各點探測完後，繼續加載再探測，直至試樣被壓垮。數據處理:以同一品種各試樣在相同載荷作用下，同一標記點的橫、縱坐標的平均值，作為該
品種莖杆各標記點平均坐標，記為(5Γ，3Γ )，將相同載荷下，同一品種莖杆各標記點的平
均坐標連接起來，所得圖線可作為該品種莖杆的「平均撓曲線」。參看圖3-5，各圖樣可直觀地反映出各品種莖杆的「撓曲線」隨載荷變化的情況，圖中所列的公式為平均坐標( Γ,χ )的計算式，式中是載荷為P」時探測到的試樣總數。其中內麥9號的試驗結果見表I ;綿雜168的試驗結果見表2 ;川育23的試驗結果見表3。表I內麥9號的試驗結果
權利要求
1.一種莖杆撓度的測量裝置，其特徵在於它包含支架杆，該支架杆的一側的上面固定有支座，其下面固定有滾輪，所述支架杆的另一側的底部通過滾柱軸承與電子秤接觸，該電子秤的中部開設有上下貫通的通孔，該通孔內插有託盤，所述託盤圓心處向上延伸出天平支座，該天平支座的上端與天平支撐杆的下端固定，所述天平支撐杆的上端與平衡杆的中點鉸接，所述的平衡杆的兩側鏡像設有下掛的盤，其兩側的端部設有微調螺母，所述支座的上端固定有豎標尺，該豎標尺上分別套有與其滑動配合的上標尺滑塊和下標尺滑塊，所述上標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的上標尺，所述下標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的下標尺。
2.根據權利要求1所述的一種莖杆撓度的測量裝置，其特徵在於所述平衡杆上端的中心位置設有夾持裝置。
3.根據權利要求1所述的一種莖杆撓度的測量裝置，其特徵在於所述上標尺的一端套接有與其滑動配合的上轉角盤，該上轉角盤內設有一根與其抽拉配合的上探針。
4.根據權利要求1所述的一種莖杆撓度的測量裝置，其特徵在於所述下標尺的一端套接有與其滑動配合的下轉角盤，該下轉角盤內設有一根與其抽拉配合的下探針。
5.根據權利要求1所述的一種莖杆撓度的測量裝置，其特徵在於所述的平衡杆上設有平衡水泡。
全文摘要
本發明公開了一種莖稈撓度的測量裝置，它包含支架杆，該支架杆的一側的上面固定有支座，其下面固定有滾輪，所述支架杆的另一側的底部通過滾柱軸承與電子秤接觸，該電子秤的中部開設有上下貫通的通孔，該通孔內插有託盤，所述託盤圓心處向上延伸出天平支座，該天平支座的上端與天平支撐杆的下端固定，所述天平支撐杆的上端與平衡杆的中點鉸接，所述的平衡杆的兩側鏡像設有下掛的盤，其兩側的端部設有微調螺母，所述支座的上端固定有豎標尺，該豎標尺上分別套有與其滑動配合的上標尺滑塊和下標尺滑塊，所述上標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的上標尺，所述下標尺滑塊內設有一根與其抽拉配合的下標尺。本發明結構簡單、設計合理、構思巧妙，可對整株活體作物樣本進行檢測試驗，且檢測出的結果穩定可靠。
文檔編號G01B5/30GK103206911SQ20131002905
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者吳曉強, 佘躍輝, 楊文鈺, 田孟良, 付鳳玲, 劉衛國 申請人:四川農業大學