1.本发明属于农业机械施工减黏降阻技术领域，特别涉及一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置与测试方法。
背景技术：
2.粘湿土壤对地面机械触土部件的粘附是一个具有普遍性的问题，它严重影响了地面机械的工作效率。从根本上讲，土壤粘附是一种界面现象，是触土部件与土壤发生物理、化学及机械相互作用的结果。长期以来，人们从不同角度研究了土壤粘附的机理，提出了种种不同的理论和学说，如foutaine的水分张力理论，zisman的毛细管理论，fisher的水膜介质理论等。大量的研究结果表明，土壤粘附力主要取决于界面的水膜张力，土壤含水量的变化对粘附力的影响很大，粘附力随含水量的增加呈抛物线规律变化；因此，土壤-金属界面水膜的性质、形态和分布是影响土壤粘附力的极为重要的因素。目前，国内外对于土壤粘附机理与规律的研究仍处于定性分析阶，这极大地限制了土壤减粘脱附理论与技术的深入发展。
3.检索发现，申请号为202020176887.0《一种具有减黏功能的旋挖钻斗》提供了一种具有减黏功能的旋挖钻斗，在钻筒内壁表面设计有不规则的非光滑壁面，可增加对钻筒内土壤的扰动，破坏泥泞土壤表面的水膜，从而减少钻筒内表面的土壤黏附量，提高机具作业效率。该专利通过破坏水膜来降低金属表面土壤黏附量。论文《土壤金属界面水膜测量的浓差极化方法》和《土壤-金属界面水膜粘附规律的试验研究》采用了浓差极化方法对土-金属界面的水膜厚度与面积进行了测定。但是该法无法得到土-金属界面上水膜的分布规律，因此无法确定加压过程中，土中水向界面不同位置迁移并聚集成为水膜，也无法确定界面处不同位置黏附力增长规律，既不能从水膜分布演化的角度来揭示界面处黏附力增长的机理，更无法为界面黏附力增长和界面水膜分布之间建立量化模型。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于解决现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置与测试方法，通过将电极板分成独立的测试单元，分别测出对应位置的水膜面积，从而确定电极板下方的水膜分布情况；这为研究加压过程中土-金属界面间黏结增长规律提供了分析依据，为黏土地层中机械施工减黏降阻提供理论支撑。
5.一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置，包括试验架1、底座2、手轮3、升降台4、土体5、百分表6、垫板7、塑料板8、芯片9、电极板10、试样筒11、导线a12、导线b13、活塞14、塑料承台15；
6.所述试验架1和底座2通过刚结点连接为一个整体；
7.所述手轮3与底座2连接，转动手轮3可以控制升降台4内的活塞14和塑料承台15进行上下运动，达到推动试样筒11升降的目的；
8.所述试样筒11放置于塑料承台15正上方；试样筒11内部装有土体5，侧壁为塑料材
料制作，底部为金属底板，金属底板通过导线b13与电流正极相连；
9.所述塑料板8固定在试验架1中间杆件的正下方；
10.所述电极板10通过强力胶固定在塑料板8下部，电极板10内部按照辐射状分布分为若干个金属块，金属块间由电绝缘材料隔开；
11.所述芯片9放置在电极板10上表面，起到控制电极板10内的每个金属块循环供电的作用，且上部通过导线a12与电流负极相连；
12.所述百分表6固定在试验架1右侧杆件的适当位置，使得百分表6下端的指针正好触碰到放在土体5表面的垫板7顶面；
13.一种测定加压过程中水膜分布变化规律的测试方法，采用上述的一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置连接，具体步骤如下：
14.①
固定好试验架1、底座2和升降台4，置于实验桌上；
15.②
配置含水率为w的土体5，搅拌均匀后分层压实装入试样筒11中；
16.③
将试样筒11缓慢放置于升降台4内的塑料承台15上，并固定好；
17.④
摇动手轮3，使土体5顶层与电极板10下表面刚好接触，记下此时百分表6的读数；
18.⑤
再次摇动手轮3，使升降台4继续上升一段微小的距离l，记下此时百分表6的读数；
19.⑥
接通并打开电源，由芯片9控制电极板10内的每个金属板循环依次供电，测得电流值i
l
；根据公式算出水膜面积s，其中c
°
为土壤水分含氧量，为扩散系数，i
l
为非稳态扩散电流，s为界面处的水膜面积；f为法拉第常数；
20.⑦
重复步骤
⑤
和步骤
⑥
的操作，测出3～5组不同加压行程下的水膜面积s的数据，根据l与s的值，绘制水膜面积s随加压位移l变化的曲线；从而分析土体在加压过程中水膜分布变化规律。
21.进一步地，土-金属界面处水膜分布是与界面处的黏结力大小密切相关的，根据加压过程中土-金属界面处水膜分布的变化规律，为研究加压过程中土-金属界面间黏结增长规律提供了分析依据，为黏土地层中机械施工减黏降阻提供理论支撑。
22.有益效果
23.本发明提供了一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置与测试方法，该装置包括试验架1、底座2、手轮3、升降台4、土体5、百分表6、垫板7、塑料板8、芯片9、电极板10、试样筒11、导线a12、导线b13、活塞14、塑料承台15；通过将电极板分成独立的测试单元，分别测出对应位置的水膜面积，从而确定电极板下方的水膜分布情况；这为研究加压过程中土-金属界面间黏结增长规律提供了分析依据，为黏土地层中机械施工减黏降阻提供理论支撑。
24.本发明的优点如下：
25.①
可以测定土-金属界面处不同位置的水膜分布的情况，为分析界面处不同位置的黏结力大小提供分析依据；
26.②
可以根据土-金属界面处水膜分布的演化规律，为研究加压过程中土-金属界面间黏结增长规律提供了分析依据；
27.③
可以为金属表面的减黏设计提供分析依据，并为减黏有效性提供一种简便的验
证手段。
附图说明
28.图1为本发明所述的装置结构正视图。
29.图2为本发明所述的塑料板与电极板截面图。
30.图3为本发明所述的电极板内的金属块布置图。
31.图4为本发明所述的试样筒截面图。
32.标号说明：试验架1、底座2、手轮3、升降台4、土体5、百分表6、垫板7、塑料板8、芯片9、电极板10、试样筒11、导线a12、导线b13、活塞14、塑料承台15。
具体实施方式
33.下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
34.如图1所示，一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置，包括试验架1、底座2、手轮3、升降台4、土体5、百分表6、垫板7、塑料板8、芯片9、电极板10、试样筒11、导线a12、导线b13、活塞14、塑料承台15；
35.所述试验架1和底座2通过刚结点连接为一个整体；
36.所述手轮3与底座2连接，转动手轮3可以控制升降台4内的活塞14和塑料承台15进行上下运动，达到推动试样筒11升降的目的；
37.所述试样筒11放置于塑料承台15正上方；试样筒11内部装有土体5，侧壁为塑料材料制作，底部为金属底板，金属底板通过导线b13与电流正极相连；
38.所述塑料板8固定在试验架1中间杆件的正下方；
39.所述电极板10通过强力胶固定在塑料板8下部，电极板10内部按照辐射状分布分为若干个金属块，金属块间由电绝缘材料隔开；
40.所述芯片9放置在电极板10上表面，起到控制电极板10内的每个金属块循环供电的作用，且上部通过导线a12与电流负极相连；
41.所述百分表6固定在试验架1右侧杆件的适当位置，使得百分表6下端的指针正好触碰到放在土体5表面的垫板7顶面；
42.一种测定加压过程中水膜分布变化规律的测试方法，采用上述的一种测定加压过程中水膜分布变化规律的装置连接，具体步骤如下：
43.①
固定好试验架1、底座2和升降台4，置于实验桌上；
44.②
配置含水率为w的土体5，搅拌均匀后分层压实装入试样筒11中；
45.③
将试样筒11缓慢放置于升降台4内的塑料承台15上，并固定好；如图4所示。
46.④
摇动手轮3，使土体5顶层与电极板10下表面刚好接触，记下此时百分表6的读数；
47.⑤
再次摇动手轮3，使升降台4继续上升一段微小的距离l，记下此时百分表6的读数；
48.⑥
接通并打开电源，由芯片9控制电极板10内的每个金属板循环依次供电，测得电流值i
l
；根据公式算出水膜面积s，其中c
°
为土壤水分含氧量，为扩散系数，i
l
为非稳态扩散电流，s为界面处的水膜面积；f为法拉第常数；如图2、图3所示；
49.⑦
重复步骤
⑤
和步骤
⑥
的操作，测出3～5组不同加压行程下的水膜面积s的数据，根据l与s的值，绘制水膜面积s随加压位移l变化的曲线；从而分析土体在加压过程中水膜分布变化规律。
50.以上所述仅是本发明技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。