专利名称：植物根系抗拉强度测试机械装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械装置，具体涉及一种测试植物根系抗拉强度时的机械装
置，属于机械领域。
背景技术：
在自然界中，高原、山地等地区，由于特殊的地貌、气候等自然因素的原因，土壤侵 蚀、地表水土流失、滑坡、泥石流等坡面不稳定的地质灾害现象较为严重。这里的坡面不稳 定现象包括表层不稳定、浅层不稳定和深层不稳定，前两者多见于地表以下lm范围之内， 发生最为普遍。大量的调查研究表明大面积保存尚好的天然和人工植被，对表层、浅层坡 面不稳定过程发挥着重要的抑制和削弱作用。因此，根据实地环境，选育恰当的植被类型， 并将其与侵蚀环境改善和调控相结合，是稳定坡面的最有效途径之一。庞大的植被根系对 土壤固持很关键，在有植被生长的斜坡上，如果浅层土体发生滑坡，除了植被垂直根系的强 大抗剪作用抵抗土体滑坡外，水平根系的轴向抗拉伸作用也非常重要，此外，在土体滑坡 时，垂直抗剪的根系通常也被从土壤中拔出拉断，而很少被剪断，因此，对植被根系的轴向 抗拉伸力学特性进行测试，特别是测试其轴向抗拉强度，是定量分析计算各类植被根系对 土壤的固持作用，为坡面保护和水土保持选择适当的植被类型的重要基础。然而，迄今为 止，由于缺乏对植物根系的抗拉伸力学特性进行测试的专门设备，人类对植物根系的抗拉 伸力学特性的测试，大多采用简单的工具如手钳或工程钳夹持根系两端，测试人员通过手 持拉力计施加拉力将根系拉断，在拉断瞬间人工观察记录最大拉力。 一方面，测试过程需多 人操作、费时费力，且人工观察记录最大拉力有较大误差，测量结果不准确，不能记录拉力 与植物根系变形的对应关系；另一方面，在加力过程中，缺乏可靠的加力装置，靠人手直接 施加的拉力是有限的、不稳定的，难以保证拉力沿着根系轴向缓慢均匀加载，还可能产生扭 转力，不利于真实客观的反映植物根系轴向抗拉伸的实际情况，不能保证测试结果的准确 性，也不能满足大量根系测试的需求。如果要利用其它材料已有的拉伸测试设备，如钢件的 拉伸设备，由于这些设备都是大型的专用设备，不能移动到野外现场，因此，难以在野外现 场开展植物根系抗拉伸实验测试，需将植物根系采集带回实验室进行测试，这种测试由于 脱离植物生长的实际环境因而价值大大降低。 一方面，采集回来的根系样本是有限的，没 有在野外现场丰富，而且植物根系从遥远的野外现场带回实验室，由于出土时间长，容易导 致根系失水变干，抗拉伸力学特性变化，测试结果不能反映其在土壤中的真实情况；另一方 面，这些大型专用实验设备没有针对根系的夹持装置，容易把根夹坏，降低实验成功率。因 此，开发一种专门用于植物根系抗拉强度测试的机械装置，特别是能用于野外环境下植物 根系抗拉强度现场测试的机械装置有着重要的应用价值。

发明内容本实用新型的目的，在于针对上述植物根系抗拉强度测试存在的问题，提供一种 专门用于对植物根系抗拉强度进行测试、省时省力的机械装置，特别是可以搬运到野外植物生长的现场对植物根系进行测试的装置。采用本装置，不仅能为测试植物根系抗拉强度 的较准确数值提供保证，且能保证测试样本的丰富和测试的完整性，避免植物根系抗拉强 度发生变化从而产生测试偏差的不利后果。 本实用新型的目的是这样实现的本植物根系抗拉强度测试机械装置由固定机 架、垂直导向牵引机构、夹持装置组成；所述固定机架包括机架基座1、机架立柱2、V字形导 轨3、机架顶部4、.基座调平螺钉15，其中，所述机架顶部4中心有一通孔；由两外侧装有导 向轮20的升降台12、挂钩10、牵引螺杆7、牵引基座5组成的垂直导向牵引机构，其中，所 述牵引基座5由轴承支撑座21、圆锥滚子轴承22、转轮23构成，所述转轮23中心轴线方向 开有内螺纹通孔；所述夹持装置包括结构完全相同的上夹持机构11和下夹持机构13，上、 下夹持机构由左右两块相同且夹持面相向的U型夹持块16、17及夹紧螺栓18、封闭螺栓19 组成； 其位置和连接关系为机架立柱2下端通过下端连接螺栓14固定在机架基座1 上，其上端通过上端连接螺栓8与机架顶部4固定连接，三者固定连接为一体，基座调平螺 钉15设于基座底面，两根V字形导轨3平行地装于机架立柱2内侧；装于升降台12两外侧 的导向轮20，可以在机架立柱2内侧的V字导轨3的轨道内上下滚动，升降台12上端的钢 丝通过挂钩10与拉力传感器9的下端连接，拉力传感器9的上端连接牵引螺杆7，牵引基座 5的轴承支撑座21用固定螺栓6安装固定在机架顶部4的中心位置，并通过过盈配合与圆 锥滚子轴承22的内圈连接，转轮23下端通过过盈配合与圆锥滚子轴承22的外圈连接；牵 引螺杆7从转轮23中心螺孔穿过，与螺孔构成螺母螺杆连接副；上夹持机构11安装在垂直 导向牵引机构的升降台12上，下夹持机构13安装在固定机架的机架基座1上，上、下夹持 机构的左右两个U型夹持块16、 17夹持面相向安装，两个U型夹持块16、 17间用夹紧螺栓 18连接，U型夹持块16、17开口端有封闭螺栓19。 本机械装置的各部分可以拆分为各个部件或单件，以方便携带和减小空间尺寸； 转轮上端加工为螺母形状，便于用扳手转动。 本植物根系抗拉强度测试机械装置的使用方法是将欲测试植物根系的一条根的 一端用下夹持机构13夹紧，另一端或同一根上其它部位待测点用上夹持机构11夹紧，用扳 手缓慢转动转轮23，使升降台12上升时，上、下夹持机构11、13之间产生拉力对根系进行拉 伸，用其它与拉力传感器9相连接的测力装置测出根被拉断时的最大拉力数值，即可得出 该根的抗拉强度。如欲在野外植物生长的现场对植物根系的抗拉强度进行测试，可将设备 拆卸后拉到现场，在欲测植物根系的地方支架起来以后，利用基座调平螺钉15将固定机架 调整至V字导轨3与水平面垂直，以保障升降台12通过其两侧的导向轮20沿机架立柱内 侧V字形导轨3的轨道垂直上下升降。将待测植物的根系刨出后，将一根根系的两个点位 分别夹于上夹持机构11和下夹持机构13上，并拧紧夹紧螺栓以夹紧夹持块16、17间的植 物根系，用扳手缓慢转动转轮23，使升降台12上升时，上、下夹持机构11、13之间产生拉力 对根系进行拉伸；用其它与拉力传感器9相连接的测力装置测出根被拉断时的最大拉力数 值，即可得出该根的抗拉强度。 本实用新型的有益效果是由于用机械装置取代了人用简单工具手工施力来进行 测试的方法，故省时省力；由于本装置结构简单且可分拆组装，故可方便的携带到野外开展 植物根系抗拉强度现场测试实验，保证了测试样本的丰富和测试的完整性，避免了将植物根系采集回实验室后由于脱离其生长的土壤时间长，造成根系抗拉强度发生变化从而产生 测试偏差的不利后果，并便于实时记录实验结果，因而能准确地反映野外植物根系的实际 力学状况；且由于牵引基座中轴承支撑座、圆锥滚子轴承、转轮三部分的结构设计，不仅可 以对被测试根系均匀施力，且大大减小了转动转轮对根系施加轴向拉伸力时的摩擦阻力， 从而减小了牵引螺杆跟随转轮转动的运动趋势；加之升降台两侧导向轮受到机架立柱内侧 V字形轨道的导向作用，保证了转动转轮对根系进行拉伸时，即使拉力很大的情况下，牵引 螺杆能保持垂直升降，所测根系只受轴向拉力的作用，而不会随着转轮转动造成根系在拉 伸的过程中被扭转破坏，由于可通过转轮均匀稳定的对植物根系沿轴向进行拉伸加载，并 可用与拉力传感器9相连接的测力装置测出根被拉断时的最大拉力数值，无需人工观测， 为测试植物根系抗拉强度的较准确数值提供了保证，提高了植物根系抗拉强度测试实验的 可靠性。

图1是本实用新型植物根系抗拉强度测试机械装置的结构图； 图2是图1中上、下夹持机构11、13的结构图； 图3是图1中标记12升降台的结构图。 图4是图1中标记5牵引基座的结构图。 图中各附图标记为1、机架基座，2、机架立柱，3、 V字形导轨，4、机架顶部，5、牵引 基座，6、固定螺栓，7、牵引螺杆，8、上端连接螺栓，9、拉力传感器，10、挂钩，11、上夹持机构， 12、升降台，13、下夹持机构，14、下端连接螺栓，15、基座调平螺钉，16、17、夹持机构左、右U 型夹持块，18、夹持机构夹紧螺栓，19、封闭螺栓，20、导向轮，21、轴承支撑座，22、圆锥滚子 轴承，23、转轮。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 实施例参见图1、2、3、4，将本装置拉到植物生长现场，测试前，首先将为方便携 带已拆卸的实验系统机械装置各部分重新组装，用基座底面调平螺钉调整机架的水平。牵 引基座5的轴承支撑座21用固定螺栓6安装固定在机架顶部4中心位置，轴承支撑座21 通过过盈配合与圆锥滚子轴承22内圈连接，转轮23下端通过过盈配合与圆锥滚子轴承22 外圈连接，转轮23中心轴线方向开有通孔，通孔内壁加工有内螺纹，外部在转轮上端加工 为螺母形状，便于用扳手转动，牵引螺杆7从转轮23中心螺孔穿过，与螺孔形成螺母螺杆连 接副，螺孔转动将带动牵引螺杆7产生轴向移动，使用较小的力转动转轮23就可获得较大 的轴向力。上夹持机构11安装在升降台12上，下夹持机构13安装在机架基座1上，上、下 夹持机构的左右两个U型夹持块16、17夹持面相向安装，两个U型夹持块16、 17间用夹紧 螺栓18连接，为了防止U型夹持块16、 17从升降台或基座上脱落，并减小U型夹持块16、 17在受力过程中产生变形，U型夹持块16、17开口端有封闭螺栓19 ;待测植物根系的上下 两端分别从上、下夹持机构的两个U型夹持块16、17的中间穿过，拧紧夹紧螺栓18、即可夹 持住植物根系的上下两端。升降台上的钢丝钩在挂钩10上，挂钩10与拉力传感器9下端 相连，拉力传感器9上端与牵引螺杆7相连。用扳手转动转轮23上方的螺母即可驱动牵引
5螺杆7产生轴向移动，从而带动升降台12沿立柱内侧的V字形导轨3滚动实现垂直升降。由于此时植物根系的下端被下夹持机构13固定在机架基座1上，当升降台12向上移动时，上夹持机构11与下夹持机构间13产生拉力对根系进行拉伸。测试开始后，用扳手缓慢转动转轮23上方的螺母拉伸根系直至根系被拉断。由于牵引基座5中轴承支撑座21、圆锥滚子轴承22、转轮23三部分的结构设计，加之升降台12两侧导向轮20受到机架立柱2内侧V字形导轨3的导向作用，保证了转动转轮23对根系进行拉伸时，即使拉力很大的情况下，牵引螺杆7能保持垂直升降，而不会随着转轮23转动造成根系在拉伸的过程中被扭转破坏。测试过程中，将本装置的拉力传感器9与其它测力装置相连接，就可测出每一根根系的抗拉强度。
权利要求植物根系抗拉强度测试机械装置，其特征在于本装置由固定机架、垂直导向牵引机构、夹持装置组成；所述固定机架包括机架基座(1)、机架立柱(2)、V字形导轨(3)、机架顶部(4)、.基座调平螺钉(15)，其中，所述机架顶部(4)中心有一通孔；所述垂直导向牵引机构包括两外侧装有导向轮的升降台(12)、挂钩(10)、拉力传感器(9)、牵引螺杆(7)、牵引基座(5)，其中，所述牵引基座(5)由轴承支撑座(21)、圆锥滚子轴承(22)、转轮(23)组成，所述转轮(23)中心轴线方向开有内螺纹通孔；所述夹持装置包括结构完全相同的上夹持机构(11)和下夹持机构(13)，夹持机构由左右两块相同且夹持面相向的U型夹持块(16)、(17)及夹紧螺栓(18)、封闭螺栓(19)组成；其位置和连接关系为机架立柱(2)下端通过下端连接螺栓(14)固定在机架基座(1)上，其上端通过上端连接螺栓(8)与机架顶部(4)固定连接，三者固定连接为一体，基座调平螺钉(15)设于机架基座(1)底面，两根V字形导轨(3)平行地装于机架立柱(2)内侧；装于升降台(12)两外侧的导向轮(20)，可以在机架立柱(2)内侧的V字导轨(3)的轨道内上下滚动，升降台(12)上端的钢丝通过挂钩(10)与拉力传感器(9)的下端连接，拉力传感器(9)的上端连接牵引螺杆(7)，牵引基座(5)的轴承支撑座(21)用固定螺栓(6)安装固定在机架顶部(4)的中心位置，并通过过盈配合与圆锥滚子轴承(22)的内圈连接，转轮(23)下端通过过盈配合与圆锥滚子轴承(22)的外圈连接；牵引螺杆(7)从转轮(23)中心螺孔穿过，与螺孔构成螺母螺杆连接副；上夹持机构(11)安装在垂直导向牵引机构的升降台(12)上，下夹持机构(13)安装在固定机架的机架基座(1)上，该上、下夹持机构的左右两个U型夹持块(16)、(17)相向安装，两个U型夹持块(16)、(17)间用夹紧螺栓(18)连接，U型夹持块(16)、(17)开口端有封闭螺栓(19)。
2. 根据权利要求1所述的植物根系抗拉强度测试机械装置，其特征在于本机械装置 的各部分可以拆分为各个部件或单件。
3. 根据权利要求1所述的植物根系抗拉强度测试机械装置，其特征在于转轮(23)上 端加工为螺母形状。
专利摘要植物根系抗拉强度测试机械装置由固定机架、垂直导向牵引机构、夹持装置组成。固定机架的机架立柱下端固定在机架基座上，上端与机架顶部固定连接，两根V字形导轨平行地装于机架立柱内侧；垂直导向牵引机构的升降台可沿V字形导轨上下滚动，升降台上端的钢丝通过挂钩与拉力传感器的下端连接，拉力传感器的上端连接牵引螺杆，牵引基座的转轮旋转时驱动牵引螺杆；夹持装置的下夹持机构固定在机架基座上，上夹持机构安装在升降台上，上、下夹持机构分别夹持住植物根系的两点，旋转转轮对根施力，从与拉力传感器相连接的测力装置可测出根被拉断时的拉力数值，即可得出该根的抗拉强度。本装置可在植物生长的现场对植物根系的抗拉强度进行测试。
文档编号G01N3/08GK201517982SQ20092011166
公开日2010年6月30日 申请日期2009年7月14日 优先权日2009年7月14日
发明者张云伟, 朱惠斌, 王岩 申请人:昆明理工大学