棉花採摘力測量實驗裝置的製作方法

2023-12-12 09:25:22

專利名稱：棉花採摘力測量實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗測量裝置，尤其涉及一種測量採棉過程中，摘錠與棉花間的相互作用力的棉花採摘力測量實驗裝置。
背景技術：
我國棉花收穫機械的設計過程中，多以引進國際先進農機企業的成熟產品為主，核心技術如對採棉裝置的研製仍然存在壁壘，制約了我國的棉花收穫機械產品的技術水平，市場競爭力較低。採棉裝置是採棉機械的重要組成部分，其零部件繁多，結構運動複雜，零部件的強度等問題始終存在。採棉裝置中核心部件摘錠直接和棉花接觸，屬於採棉機中易損件。摘取棉花過程中，摘錠與棉花的相互作用力呈一定的規律，且不同角度，不同方式摘取棉花時受力過程不同，這對摘錠強度剛度設計均有一定要求。我國在摘錠設計方面尚缺少相關實驗數據指導。基於以上現狀，設計一套測取不同採棉狀態下摘錠與棉花相互作用力的裝置對於研究採棉機採棉機理尤為重要。

發明內容
本發明的目的在於提供一種棉花採摘力測量實驗裝置，該裝置能夠測取不同採棉狀態下摘錠與棉花之間的相互作用力。為達到上述目的，本發明採用以下技術方案:一種棉花採摘力測量實驗裝置，包括試驗臺架1，其還包括:平行安裝於試驗臺架I上的上橫梁2和下橫梁3，所述上橫梁2安裝有帶滑塊5的導軌4 ;所述下橫梁3安裝有帶驅動滑塊7的驅動導軌6 ;所述驅動導軌6的一端安裝第一步進電機8，其通過絲槓19 帶動驅動滑塊7運動；第一編碼器9安裝於第一步進電機8 一偵牝通過齒輪與第一步進電機8輸出軸上的齒輪嚙合；摘錠架10上下兩端分別與所述滑塊5、驅動滑塊7相連接；所述摘錠架10中間位置裝有仿形摘錠13和第二步進電機11 ;第二編碼器12安裝於第二步進電機11 一側，通過齒輪與第二步進電機11輸出軸上的齒輪嚙合；傳感器架15下端安裝於下橫梁3的一端,傳感器架15上端通過角度定位塊16安裝於靜態扭矩傳感器14的一端；所述靜態扭矩傳感器14的另一端安裝在上橫梁2的同側的一端;所述傳感器架15的中間位置裝有三軸力傳感器17，所述三軸力傳感器17的另一端橫向伸出，連接有棉花卡具18。所述角度定位塊16呈圓柱型，四周帶有四個齒狀突起，各突起間角度間隔90度，圓柱中心帶有與靜態扭矩傳感器14配合安裝的兩個半圓孔；所述傳感器架15上端與角度定位塊16裝配處的孔壁上帶有均布的24個齒槽。 所述第一步進電機8和第二步進電機11通過驅動電路與數字I/O卡連接，通過計算機控制並由驅動電路驅動；所述第一編碼器9和第二編碼器12通過數據採集卡與計算機連接，可將轉速轉化為電信號反饋予數據採集卡繼而傳輸給計算機；所述三軸力傳感器17、靜態扭矩傳感器14通過數據採集卡與計算機連接。本發明的有益效果在於:本發明可以測量採棉機採摘棉花過程中摘錠與棉花的實際相互作用力；通過電腦程式控制步進電機轉速以及調節傳感器架角度，可以模擬實際採摘過程中的多種情況；本裝置中角度調節機構運用角度定位塊實現了步進調節、簡單可行、調節方便；本裝置中採用小量程高精度測量儀，布置方式合理，測量誤差小，精度高；本裝置機械結構簡單，易維護。


圖1本發明的棉花採摘力測量實驗裝置的結構示意圖；圖2本發明的傳感器架的主視圖；圖3本發明的傳感器架的俯視圖；圖4本發明的角度定位塊的俯視圖；圖5本發明的角度定位塊的主視圖；圖6本發明的角度定位塊、傳感器架、靜態扭矩傳感器的裝配爆炸圖。主要組件符號說明I 試驗臺架11第二步進電機2 上橫梁12第二編碼器

3 下橫梁13仿形摘錠4 導軌14靜態扭矩傳感器5 滑塊15傳感器架6 驅動導軌16角度定位塊7 驅動滑塊17三軸力傳感器8 第一步進電機18棉花卡具9 第一編碼器19絲槓10摘錠架
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的具體實施方式
做進一步說明。如圖1所示，為本發明的一種棉花採摘力測量實驗裝置的結構示意圖，該裝置包括試驗臺架1，所述試驗臺架I上端安裝有上橫梁2、下端安裝有下橫梁3，所述上橫梁2和下橫梁3平行安裝。所述上橫梁2安裝有導軌4，該導軌4上配合安裝滑塊5。所述下橫梁3安裝有驅動導軌6，該驅動導軌6上通過絲槓19安裝有驅動滑塊7 ；驅動導軌6的一端安裝第一步進電機8，用於驅動絲槓19轉動，繼而帶動驅動滑塊7運動；第一編碼器9安裝於第一步進電機8 —側,通過齒輪與第一步進電機8輸出軸上的齒輪哨
八
口 ο摘錠架10的上下兩端分別與滑塊5、驅動滑塊7相連接。所述摘錠架10中間位置裝有仿形摘錠13和第二步進電機11 ;第二步進電機11驅動仿形摘錠13做旋轉運動；第二編碼器12安裝於第二步進電機11 一側，通過齒輪與第二步進電機11輸出軸上的齒輪嚙合。所述上橫梁2的一端打有孔，所述下橫梁3的同側打有安裝軸承的軸承孔；傳感器架15的下端軸安裝於下橫梁3的軸承孔中的軸承上，傳感器架15的上端通過角度定位塊16安裝於靜態扭矩傳感器14的一端；所述靜態扭矩傳感器14的另一端安裝在上橫梁2的一端的所述孔中；通過調節角度定位塊16與傳感器架15的安裝，可調節傳感器架15所在豎直平面與導軌4、驅動導軌6所在豎直平面的角度，圖2和圖3分別為本發明的傳感器架15的王視圖和俯視圖。如圖4和圖5所示，分別為本發明的角度定位塊16的俯視圖和主視圖；其中,所述角度定位塊16呈圓柱型，四周加工出四個齒狀突起，各突起間角度間隔為90度，圓柱中心加工出與靜態扭矩傳感器14配合安裝的兩個半圓孔；所述傳感器架15的上端與角度定位塊16裝配處的孔壁上加工出均布的24個齒槽，如圖6所示，為本發明的角度定位塊16、傳感器架15、靜態扭矩傳感器14的裝配爆炸圖。另外，所述傳感器架15中間位置裝有三軸力傳感器17，所述三軸力傳感器17的另一端橫向伸出，連接有棉花卡具18。其中，所述第一步進電機8和第二步進電機11通過驅動電路與數字I/O卡連接，通過計算機控制並由驅動電路驅動；所述第一編碼器9和第二編碼器12通過數據採集卡與計算機連接，可將轉速轉化為電信號反饋予數據採集卡繼而傳輸給計算機；所述三軸力傳感器17、靜態扭矩傳感器14通過數據採集卡與計算機連接。本發明的一種棉花採摘力測量實驗裝置工作時:首先將帶有一段莖的棉花裝在棉花卡具18上。通過調節角度定位塊16與傳感器架15的安裝，調節傳感器架15所在豎直平面與導軌4、驅動導軌6所在平面成一定的角度。電腦程式驅動數字I/O卡通過驅動電路控制第一步進電機8轉動，從而驅動絲槓19轉動，帶動驅動滑塊7、摘錠架10、第二步進電機11、第二編碼器12、仿形摘錠13、滑塊5整體沿著導軌4、驅動導軌6向棉花所在方向做直線運動；同時，驅動電路驅動第二步進電機11做旋轉運動繼而帶動仿形摘錠13旋轉。仿形摘錠13接觸棉花後開始纏繞棉花，同時控制第二步進電機11反向轉動，繼而摘錠架10整體遠離棉花運動，此時可將棉花採摘下來。此過程中，棉花所受的採摘力會通過三軸力傳感器17測取；同時，採摘力還會使得傳感器架15有繞扭矩傳感器14軸轉動的趨勢，此力矩可通過靜態扭矩傳感器14測量；第一編碼器9和第二編碼器12分別將第一步進電機8和第二步進電機11的轉速轉化為電信號反饋予數據採集卡繼而傳輸給電腦，整個過程形成反饋控制；同時，工作過程中，扭矩傳感器14與三軸力傳感 器17的信號通過數據採集卡實時傳輸出。
權利要求
1.一種棉花採摘力測量實驗裝置，包括試驗臺架(I)，其特徵在於: 其還包括: 平行安裝於試驗臺架(I)上的上橫梁(2)和下橫梁(3)，所述上橫梁(2)安裝有帶滑塊(5)的導軌(4);所述下橫梁(3)安裝有帶驅動滑塊(7)的驅動導軌￠);所述驅動導軌(6)的一端安裝第一步進電機(8)，其通過絲槓(19)帶動驅動滑塊(7)運動；第一編碼器(9)安裝於第一步進電機(8) —側,通過齒輪與第一步進電機(8)輸出軸上的齒輪哨合；摘錠架(10)上下兩端分別與所述滑塊(5)、驅動滑塊(7)相連接；所述摘錠架(10)中間位置裝有仿形摘錠(13)和第二步進電機(11);第二編碼器(12)安裝於第二步進電機(11)一側，通過齒輪與第二步進 電機(11)輸出軸上的齒輪嚙合； 傳感器架(15)下端安裝於下橫梁(3)的一端，傳感器架(15)上端通過角度定位塊(16)安裝於靜態扭矩傳感器(14)的一端；所述靜態扭矩傳感器(14)的另一端安裝在上橫梁⑵的同側的一端； 所述傳感器架(15)的中間位置裝有三軸力傳感器(17)，所述三軸力傳感器(17)的另一端橫向伸出，連接有棉花卡具(18)。
2.如權利要求1所述的棉花採摘力測量實驗裝置，其特徵在於: 所述角度定位塊(16)呈圓柱型，四周帶有四個齒狀突起，各突起間角度間隔90度，圓柱中心帶有與靜態扭矩傳感器(14)配合安裝的兩個半圓孔；所述傳感器架(15)上端與角度定位塊(16)裝配處的孔壁上帶有均布的24個齒槽。
3.如權利要求1所述的棉花採摘力測量實驗裝置，其特徵在於: 所述第一步進電機(8)和第二步進電機(11)通過驅動電路與數字I/O卡連接，通過計算機控制並由驅動電路驅動；所述第一編碼器(9)和第二編碼器(12)通過數據採集卡與計算機連接，可將轉速轉化為電信號反饋予數據採集卡繼而傳輸給計算機；所述三軸力傳感器(17)、靜態扭矩傳感器(14)通過數據採集卡與計算機連接。
全文摘要
本發明涉及一種實驗測量裝置，尤其涉及一種測量採棉過程中摘錠與棉花間的相互作用力的棉花採摘力測量實驗裝置。主要包括試驗臺架(1)、上橫梁(2)、下橫梁(3)、導軌(4)、滑塊(5)、驅動導軌(6)、驅動滑塊(7)、步進電機(8)、(11)、編碼器(9)、(12)、摘錠架(10)、仿形摘錠(13)、靜態扭矩傳感器(14)、傳感器架(15)、角度定位塊(16)、三軸力傳感器(17)、棉花卡具(18)、絲槓(19)。本發明的棉花採摘力測量實驗裝置，用於模擬測量採棉過程中摘錠與棉花間的相互作用力，能夠測取不同採棉狀態下摘錠與棉花之間的相互作用力。
文檔編號G01L5/00GK103245450SQ201310178810
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月15日 優先權日2013年5月15日
發明者宋正河, 武秀恆, 朱忠祥, 毛恩榮, 杜嶽峰, 李皓 申請人:中國農業大學