一种农业车辆对土壤承载系数的检测方法

1.本发明涉及农业车辆对土壤承载系数的检测技术领域，具体为一种农业车辆对土壤承载系数的检测方法。


背景技术：

2.土壤参数的测试方法和由土壤条件决定的车辆行驶的动力性性能以及车辆行走机构的开发上，也取得了一定的成果，为目前和将来的研究提供了理论依据和技术支持。
3.但是，随着农业工程技术需要，特别是精准农业的发展思想和理念对农业田间作业车辆的要求，以及车辆在不明土壤条件下行驶，进行土壤承载特性参数的测试比较麻烦，甚至是很难做到，因此，该技术方案提供了一种农业车辆对土壤承载系数的检测方法，用来检测农业车辆对土壤的承载的相关系数。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种通过农业车辆驱动轮和田间土壤相互作用过程表征出来的动力学特征来表述土壤的参数，再实施农业车辆的在线动力学参数的检测技术，来估计和检测土壤的承载性能参数，进而判断土壤的承载特性，确定了影响土壤与机器相互作用过程的土壤物理和力学特性参数，在借鉴土工、土力学方法的基础上，建立了土壤参数的测试技术和方法，确定了机器在松软地面通过性的评价指标的农业车辆对土壤承载系数的检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种农业车辆对土壤承载系数的检测方法,包括以下步骤：
6.步骤一、选取合适土壤，通过直剪仪来获得被检测土壤的内聚力、内摩擦角、剪切变形模量k；
7.步骤二、获取被检测土壤的承载性能参数kc、和no结合试验设备中的刚性驱动轮宽度b，来计算出土壤承载行参数检测模型中的k
p
；
8.步骤三、检测刚性驱动轮的动力参数垂直载荷w、挂钩牵引力dp和驱动力矩t，以及驱动轮下限量z，对驱动轮在滑转率i进行控制；
9.步骤四、根据w、dp、t、z结合刚性驱动轮结构参数和作为已知量的c来进行土壤的承载性能参数k
p
、n、φ的估计数值。
10.优选的，根据步骤一，
11.选取三种不同地域的土壤，选择表面平整的土壤表面，农用车辆采用相同的速度，匀速分别通过这三个不同地域的土壤表面，土壤的承压模型公式和土壤剪切应力变形公式分别为：
12.[0013][0014]
其中
[0015]
其中：σ为土壤正应力；τ为土壤剪切应力；kc为土壤内聚力模量；为土壤摩擦模量；z为土壤下陷深度；c为土壤内聚力；φ为土壤内摩擦角；n为土壤压陷指数；j为土壤剪切位移；k为土壤剪切弹性模量；b为压板。
[0016]
优选的，根据步骤二，车辆地面力学研究中的土壤力学参数kc、n常用的土壤压板沉陷试验来进行测定：
[0017][0018][0019][0020][0021]
将这两条理论上为两条平行的直线绘制在横轴为平板压力、纵轴为下陷量的对数坐标系中，将会得到截距a1、a2,则两直线斜率为n，kc、分别为：
[0022][0023][0024]
优选的，根据步骤三，
[0025]
假设作用在刚性轮上的垂直负载为w，水平牵引力为dp，绕车轮转动轴施加的转矩为t，车轮的角速度为ω，轮心的线速度为v，竖直方向与车轮最先接触到的地面的夹角为θ1，竖直方向与最后离开的地面的夹角为θ2，所以，车轮与地面所有接触的角度范围为θ1 θ2；
[0026]
在垂直载荷和驱动力矩作用下，刚性轮在土壤上行走时土壤会产生变形下陷，下陷量为：
[0027]
z＝r(1-cosθ1)
[0028]
如果能得到下陷量z，我们可以确定刚性轮与土壤的作用区域，在作用区域内某点的下陷量为：
[0029]
z(θ)＝r(cosθ-cosθ1)。
[0030]
优选的，根据步骤四，
[0031]
剪应力与其剪切位移j有关，对于刚性轮，其沿剪切位移可根据车轮的滑转速度vj分析确定,车轮缘与土壤相对应点的滑转速度是该点的绝对速度的切线分量，其大小根据角的变化而变化：
[0032]
vj＝rω[1-(1-i)cosθ]
[0033]
其中：r为车轮半径；ω为车轮滚动角速度；i为车轮滑转率，车轮滑转率定义为车轮的理论速度v，与其实际速度v的差值与理论速度的比值为：
[0034][0035]
车轮与土壤接触点的剪切位移j为：
[0036][0037]
j＝r[(θ
1-θ)-(1-i)(sinθ
1-sinθ)]。
[0038]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0039]
该技术方案通过农业车辆驱动轮和田间土壤相互作用过程表征出来的动力学特征来表述土壤的参数，再实施农业车辆的在线动力学参数的检测技术，来估计和检测土壤的承载性能参数，进而判断土壤的承载特性，确定了影响土壤与机器相互作用过程的土壤物理和力学特性参数，在借鉴土工、土力学方法的基础上，建立了土壤参数的测试技术和方法，确定了机器在松软地面通过性的评价指标。
附图说明
[0040]
图1为本发明农业车辆对土壤承载系数的检测流程图。
具体实施方式
[0041]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
请参阅图1,本发明提供一种技术方案：一种农业车辆对土壤承载系数的检测方法,其特征在于：包括以下步骤：
[0043]
步骤一、选取合适土壤，通过直剪仪来获得被检测土壤的内聚力、内摩擦角、剪切变形模量k；
[0044]
步骤二、获取被检测土壤的承载性能参数kc、和no结合试验设备中的刚性驱动轮宽度b，来计算出土壤承载行参数检测模型中的k
p
；
[0045]
步骤三、检测刚性驱动轮的动力参数垂直载荷w、挂钩牵引力dp和驱动力矩t，以及驱动轮下限量z，对驱动轮在滑转率i进行控制；
[0046]
步骤四、根据w、dp、t、z结合刚性驱动轮结构参数和作为已知量的c来进行土壤的承载性能参数k
p
、n、φ的估计数值。
[0047]
首先选取三种不同地域的土壤，选择表面平整的土壤表面，农用车辆采用相同的速度，匀速分别通过这三个不同地域的土壤表面，土壤的承压模型公式和土壤剪切应力变形公式分别为：
[0048][0049][0050]
其中
[0051]
其中：σ为土壤正应力；τ为土壤剪切应力；kc为土壤内聚力模量；为土壤摩擦模量；z为土壤下陷深度；c为土壤内聚力；φ为土壤内摩擦角；n为土壤压陷指数；j为土壤剪切位移；k为土壤剪切弹性模量；b为压板。
[0052]
车轮在松软地面上前进时，运动与力学性能主要取决于由土壤变形引起的滚动阻力以及附着推力，所有这些都可以用土壤的力学特性来计算，如果车轮参数一定，通过车轮-地面力学模型预测车辆的可行驶性。
[0053]
车辆地面力学研究中的土壤力学参数kc、n常用的土壤压板沉陷试验来进行测定：
[0054][0055][0056][0057][0058]
将这两条理论上为两条平行的直线绘制在横轴为平板压力、纵轴为下陷量的对数坐标系中，将会得到截距a1、a2,则两直线斜率为n，kc、分别为：
[0059][0060][0061]
检测刚性驱动轮的动力参数垂直载荷w、挂钩牵引力dp和驱动力矩t，以及驱动轮下限量z，对驱动轮在滑转率i进行控制，首先假设作用在刚性轮上的垂直负载为w，水平牵引力为dp，绕车轮转动轴施加的转矩为t，车轮的角速度为ω，轮心的线速度为v，竖直方向与车轮最先接触到的地面的夹角为θ1，竖直方向与最后离开的地面的夹角为θ2，所以，车轮与地面所有接触的角度范围为θ1 θ2。
[0062]
在垂直载荷和驱动力矩作用下，刚性轮在土壤上行走时土壤会产生变形下陷，下陷量为：
[0063]
z＝r(1-cosθ1)
[0064]
如果能得到下陷量z，我们可以确定刚性轮与土壤的作用区域，在作用区域内某点
的下陷量为：
[0065]
z(θ)＝r(cosθ-cosθ1)。
[0066]
根据w、dp、t、z结合刚性驱动轮结构参数和作为已知量的c来进行土壤的承载性能参数k
p
、n、φ的估计数值，当剪应力与其剪切位移j有关，对于刚性轮，其沿剪切位移可根据车轮的滑转速度vj分析确定,车轮缘与土壤相对应点的滑转速度是该点的绝对速度的切线分量，其大小根据角的变化而变化：
[0067]
vj＝rω[1-(1-i)cosθ]
[0068]
其中：r为车轮半径；ω为车轮滚动角速度；i为车轮滑转率，车轮滑转率定义为车轮的理论速度v，与其实际速度v的差值与理论速度的比值为：
[0069][0070]
车轮与土壤接触点的剪切位移j为：
[0071][0072]
j＝r[(θ
1-θ)-(1-i)(sinθ
1-sinθ)]。
[0073]
该技术方案通过农业车辆驱动轮和田间土壤相互作用过程表征出来的动力学特征来表述土壤的参数，再实施农业车辆的在线动力学参数的检测技术，来估计和检测土壤的承载性能参数，进而判断土壤的承载特性，确定了影响土壤与机器相互作用过程的土壤物理和力学特性参数，在借鉴土工、土力学方法的基础上，建立了土壤参数的测试技术和方法，确定了机器在松软地面通过性的评价指标。
[0074]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。