圓盤式莖稈切割試驗裝置及方法

2023-09-23 19:20:00 3

專利名稱：圓盤式莖稈切割試驗裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種使用圓盤式切割器切割農作物莖稈的試驗裝置及其試驗方法，可用於測量室內或田間切割莖稈時的切割力和切割能耗。
背景技術：
莖稈切割是農作物收穫的重要一環，現常用的切割方式主要有往復式切割和圓盤式切割，這兩種方式各有優缺點，但不論哪種切割方式，切割速度、切割力和切割能耗都是設計切割器的重要依據。目前測量莖稈切割力和能耗的裝置都是往復式切割(如專利莖稈切割試驗裝置及方法CN200710192398. 3和專利莖稈切割性能測試臺CN200820124630. X )，還未見圓盤式切割測量裝置報導。而圓盤式切割器是一種結構簡單、無振動、適應性強的莖稈切割試驗裝置。因此，需要設計一種試驗裝置，用於測量圓盤式切割器在不同作業條件下莖稈切割的切割效果、切割力和切割能耗，以作為圓盤式切割器的設計依據。

發明內容
本發明裝置解決的技術問題使用圓盤式切割器切割作物莖稈時，所需的切割力和線速度與往復式切割差別較大，為了使所設計的圓盤切割器性能好、功耗小、成本低，就需對各種切割對象進行試驗研究。本發明裝置就提供了這樣一種試驗裝置，可以針對不同作物莖稈，不同含水量、倒伏度，不同切割位置等作業條件，測試切割效果、切割力和切割能耗。本發明採用的技術方案試驗裝置包括圓盤式切割測量裝置、行走臺車、切割高度調整電機、中央控制臺和莖稈夾持裝置。所述圓盤式切割測量裝置包括刀片、刀盤、輻盤、刀盤軸、軸承座、聯軸器、轉矩轉速傳感器、驅動電機和切割支座；刀片安裝在刀盤上，通過選擇不同的安裝孔，刀片與刀盤切線的夾角可以變化，即改變切割莖稈時的滑切角；刀盤由幅盤與刀盤軸相連，刀盤軸通過軸承座固定在切割支座上；刀盤軸通過聯軸器與轉速轉矩傳感器一端相連，傳感器的另一端又通過另一個聯軸器與驅動電機相連；需要切割時電機旋轉，動力依次通過聯軸器、傳感器、聯軸器、刀盤軸、幅盤、刀盤，最終帶動刀片作切割；傳感器、驅動電機都固定在切割支座上。所述行走臺車由行走部、動力部、速度控制部和支撐平臺四部分組成；行走部提供臺車的行走動作；動力部提供行走動力，主要包括驅動電機和傳動系；速度控制部包括速度傳感器和調速系統，可根據試驗要求調整並保持臺車的行走速度；支撐平臺既是連接部件，又為切割測量裝置、高度調整電機和中央控制臺提供安裝平臺。所述切割高度調整電機安裝在行走臺車上，電機轉動後驅動切割測量裝置沿導軌上下移動改變切割高度。所述中央控制臺安裝在行走臺車的支撐平臺上，包括行走臺車行進速度變頻控制器、切割高度調整電機控制器、切割速度控制器、傳感器扭矩信號顯示記錄裝置和傳感器轉速信號顯示記錄裝置。所述莖稈夾持裝置包括底板、夾持管和夾持器三部分；底板用於支撐和固定其上的夾持管；夾持管焊接在底板上，可直立焊接也可與豎直方向成一定角度，以模擬作物正常生長和倒伏狀態，夾持管有等直徑直管或直管與錐形管組合兩種形式；夾持器為軟木或橡膠等塑性材料製成，對稱的分為左右兩半，組合後由上到下分為倒錐段、小直徑直段和大直徑直段三部分，其中倒錐段的錐度略大於夾持管的錐度，大直徑直段的外徑等於夾持管直管的內徑，夾持器中心開有不到底的圓槽用於容納作物莖稈，對於不同直徑的作物莖稈製作不同尺寸圓槽的夾持器相配合。本發明方法採用的技術方案依次包括如下步驟
a、將試驗作物按照試驗要求單株或按所需的行距和株距插排在夾持裝置內，並固定於試驗土槽內，或在田間選擇待測植株並清理出供行走臺車行進的道路；
b、啟動切割高度調整電機，通過電機的正轉或反轉使切割刀盤下降或上升，最終達到試驗設定的切割高度；
C、啟動切割裝置的驅動電機，通過切割速度控制器的參數設置，以轉矩轉速傳感器輸出的旋轉速度為依據，調節驅動電機的轉速，以使刀片獲得試驗設定的切割線速度；
d、設置行走臺車驅動電機的轉速，以達到試驗要求的前進速度，啟動電機，開始切割；
e、利用中央控制臺的傳感器扭矩信號顯示記錄裝置採集、顯示並記錄扭矩數據；
f、關閉切割裝置驅動電機和行走臺車驅動電機，關閉信號採集開關，測控系統自動記錄並保存整個過程試驗數據，完成切割試驗。本發明的有益效果本發明所提供的莖稈切割裝置簡單合理，操作方法穩定可靠， 解決了圓盤式切割裝置缺少檢測手段的問題，可對不同作物莖稈的不同生長狀態、生理特性、不同作業條件進行切割試驗的數據採集，從根本上解決了目前圓盤式莖稈切割試驗參數調節和試驗數據的實時採樣、處理的問題。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明 圖1是本發明結構示意圖2是刀片與刀盤的裝配圖； 圖3是莖稈夾持裝置實施方法細部結構圖。圖中1.切割刀片，2.刀盤，3.軸承座，4.聯軸器A，5.轉矩轉速傳感器，6.聯軸器B，7.切割電機，8.高度調整電機，9.中央控制臺，10.行走臺車，11.切割支座，12.刀盤軸，13.幅盤，14.作物莖稈，15.莖稈固定裝置，16. 土槽，151.底座，152.組合型夾持管， 152，·直管型夾持管，1521.直管，1522.錐形管，153.夾持器，1531.大直徑直段，1532.小直徑直段，1533.倒錐段，16. 土槽。
具體實施例方式如圖1所示是試驗裝置的結構圖，包括圓盤式切割測量裝置(由1-7、11、12、13共同組成)，行走臺車10，切割高度調整電機8，中央控制臺9和莖稈夾持裝置15。如圖1、2所示，圓盤式切割測量裝置包括刀片1、刀盤2、輻盤13、刀盤軸12、軸承座3、聯軸器A4、轉矩轉速傳感器5、聯軸器B6、驅動電機7和切割支座11。刀片1通過螺栓或鉚釘連接在刀盤2上，刀盤2上設有孔a，孔a位置固定，刀盤2上設有多個孔b，刀盤上孔a位置固定，孔b有多個不同位置可供安裝時選擇。但孔b的中心都在以孔a中心為圓心，刀片兩安裝孔的中心距為半徑的圓周上。選擇不同的孔b安裝刀片1，則刀片1與刀盤2切線的夾角可以變化，即改變切割莖稈時的滑切角。刀盤2由幅盤13與刀盤軸12相連， 刀盤軸12通過軸承座3固定在切割支座11上；刀盤軸12通過聯軸器A4與轉速轉矩傳感器5 —端相連，傳感器5的另一端又通過另一個聯軸器B6與驅動電機7相連。工作時，驅動電機7在中央控制臺9的切割速度控制器的控制下以一定的轉速旋轉，動力依次通過聯軸器B6、傳感器5、聯軸器A4、刀盤軸12、幅盤13、刀盤2，最終帶動刀片1作切割動作。傳感器5、驅動電機7都固定在切割支座11上。如圖1所示，行走臺車10用於提供圓盤式切割測量裝置的安裝平臺和執行測量裝置的行走動作。工作時，由中央控制器9中的行走控制部件控制臺車的啟停和行走速度。如圖1所示，切割高度調整電機8安裝在行走臺10車上，用於調節切割試驗裝置的切割高度。工作時，中央控制器9中切割高度調整電機控制器控制電機啟停，由電機輸出軸連接的螺杆、螺母機構使切割測量裝置沿導軌上下移動改變切割高度。如圖1所示，中央控制臺9安裝在行走臺車10上，包括行走臺車行進速度控制器、 切割高度調整電機控制器、切割速度控制器和傳感器扭矩信號顯示記錄裝置。如圖1、3所示，莖稈夾持裝置15包括底板151、夾持管152和夾持器153三部分。 工作時，將底板151埋於土槽16中，固定牢固，夾持莖稈後不得傾倒。夾持管152焊接在底板151上，可直立焊接也可與豎直方向成一定角度，以模擬作物正常生長和倒伏狀態，夾持管有等直徑的直管型夾持管，直管1521與錐形管1522組合的組合型夾持管152兩種形式。 夾持器153對稱的分為左右兩半，組合後由上到下分為倒錐段1533、小直徑直段1532和大直徑直段1531三部分，其中倒錐段的錐度略大於夾持管152的錐度，大直徑直段1531的外徑等於夾持管直管1521的內徑。夾持時，將作物莖稈置於夾持器中心的圓槽內，再將夾持器153塞入夾持管152中，要求大直徑直段1531要進入夾持管直管1521內，對於不同直徑的作物莖稈製作不同尺寸圓槽的夾持器153相配合。以下分別介紹室內模擬和田間實測時的工作流程。室內模擬一般在試驗土槽上完成，將各試驗裝置組裝並測試運行正常後開始進行試驗。首先根據作物莖稈的粗細選擇合適的夾持器153夾持並塞入夾持管152內，一般應選用帶錐段的組合式夾持管以使夾持牢固，但若莖稈較粗，如甘蔗，則選用長度較長，直徑略大於莖稈的直管夾持管，並塞入填塞充物(如碎莖稈等)以使莖稈固定牢固。夾持好的莖稈根據試驗要求單株或按特定行距、株距排列，莖稈直立或傾俯一定角度。其次根據試驗要求調整切割高度和行走臺車前進速度。切割高度是指刀片下平面到夾持管頂端的距離。行走臺車的前進速度測試要在試驗前完成，先用中央控制臺的行走臺車行進速度變頻控制器調整驅動電機的輸入電源頻率，再測量行走輪軸的轉速，乘以行走輪半徑後得到當前的行走速度。再次，以轉矩轉速傳感器輸出的轉速信號為依據，用中央控制臺切割速度控制器調整切割裝置的旋轉速度，使刀片的線速度達到試驗要求並開始進行切割試驗。最後，對中央控制臺傳感器扭矩信號顯示記錄裝置記錄的扭矩數據進行分析計算，將扭矩值除以切割半徑得到切割力，並將切割力的變化繪製成曲線，再將切割力對切割距離進行積分得到切割能耗。田間試驗的流程和測量計算方法與室內模擬試驗近似，但不再需要用夾持裝置夾持莖稈，而直接利用田間生長的作物莖稈進行試驗。試驗前根據試驗要求保留相應數目的莖稈在試驗段中，將其餘的莖稈人工清除。需注意的是，由行走臺車啟動到開始切割試驗，須有一段距離的空載運行，以使臺車行走和切割裝置旋轉的速度達到試驗要求。
試驗裝置的技術參數
切割線速度5 30m/s，無級可調臺車前進速度0. 2 5 m/s，無級可調滑切角0 45° 削切角:0 30° 莖稈株距100 500mm 莖稈行距200 500mm 切割高度80 500mm。
權利要求
1.一種圓盤式莖稈切割試驗裝置，包括圓盤式切割測量裝置、行走臺車(10)、中央控制臺(9)、莖稈夾持裝置，其特徵在於圓盤式切割測量裝置包括刀片(1)、刀盤(2)、軸承座 (3)、聯軸器A(4)、轉速轉矩傳感器(5)、聯軸器B(6)、驅動電機(7)、切割高度調整電機(8)、 切割支座(11)和刀盤軸(12)，所述刀片(1)安裝在刀盤(2)上，刀盤(2)通過幅盤(13)與刀盤軸(12)相連，刀盤軸(12)通過軸承座(3)固定在切割支座(11)上，所述刀盤軸(12)通過聯軸器A (4 )與轉速轉矩傳感器(5 ) 一端相連，所述轉速轉矩傳感器(5 )的另一端通過聯軸器B (6)與驅動電機(7)相連，傳感器(5)、驅動電機(7)都固定在切割支座(11)上；所述圓盤式切割測量裝置安裝在行走臺車(10)上；所述中央控制臺(9)安裝在行走臺車(10) 的支撐平臺上，所述中央控制臺(9)包括行走臺車行進速度變頻控制器、切割高度調整電機控制器、切割速度控制器、傳感器扭矩信號顯示記錄裝置和傳感器轉速信號顯示記錄裝置， 行走臺車上還安裝有切割高度調整電機(8)。
2.根據權利要求1所述的圓盤式莖稈切割試驗裝置，其特徵在於，所述刀片(1)通過螺栓或鉚釘連接在刀盤(2)上，刀盤(2)上設有孔a，孔a位置固定，刀盤(2)上設有多個孔b， 每個孔b的中心都在以孔a中心為圓心，以刀片兩安裝孔的中心距為半徑的圓周上；選擇不同的孔b安裝刀片(1)，則刀片(1)與刀盤(2)切線的夾角不同。
3.根據權利要求1所述的圓盤式莖稈切割試驗裝置，其特徵在於，所述莖稈夾持裝置包括底板(151)、夾持管(152)和夾持器(153);所述夾持管(152)焊接在底板(151)上；以模擬作物正常生長和倒伏狀態，夾持管為等直徑的直管型夾持管(152』 )或直管(1521)與錐形管(1522)組合的組合型夾持管(152)兩種形式，夾持器(153)為塑性材料製成，對稱的分為左右兩半，組合後由上到下分為倒錐段(1533)、小直徑直段(1532)和大直徑直段(1531) 三部分，所述倒錐段(1533)的錐度大於夾持管(1522)的錐度，大直徑直段(1531)的外徑等於夾持管直管(1521)的內徑，夾持器中心開有不到底的圓槽用於容納作物莖稈，對於不同直徑的作物莖稈製作不同尺寸圓槽的夾持器相配合。
4.實施權利要求1所述的圓盤式莖稈切割試驗裝置的實驗方法，其特徵在於，具體步驟如下a、將試驗作物按照試驗要求單株或按所需的行距和株距插排在莖稈夾持裝置內，並固定於試驗土槽(16)內，或在田間選擇待測植株並清理出供行走臺車行進的道路；b、啟動切割高度調整電機(8)，通過電機的正轉或反轉使切割刀盤下降或上升，最終達到試驗設定的切割高度；c、啟動切割裝置的驅動電機，通過切割速度控制器的參數設置，以轉矩轉速傳感器輸出的旋轉速度為依據，調節驅動電機的轉速，以使刀片獲得試驗設定的切割線速度；d、設置行走臺車驅動電機的轉速，以達到試驗要求的前進速度，啟動切割電機(7)，開始切割；e、利用中央控制臺(9)的傳感器扭矩信號顯示記錄裝置採集、顯示並記錄扭矩數據；f、關閉切割裝置驅動電機和行走臺車驅動電機，關閉信號採集開關，測控系統自動記錄並保存整個過程試驗數據，完成切割試驗。
全文摘要
本發明公開了一種農作物莖稈切割試驗裝置及其試驗方法，主要用於測量裝有刀片的圓盤旋轉切割各種農作物莖稈時的切割力和切割能耗。試驗裝置包括圓盤式切割測量裝置，行走臺車，切割高度調整電機，中央控制臺和莖稈夾持裝置。圓盤式切割測量裝置由電機驅動，切割速度可調，輸出軸系經扭矩傳感器後帶動刀盤旋轉，切割固定於莖稈夾持裝置中的待切莖稈，切割扭矩由傳感器測量得到，經計算後可得出切割力和切割能耗。行走臺車行進速度可調。裝置通用性強，操作方法穩定可靠，即可用於室內模擬也可用于田間實測。
文檔編號G01N3/24GK102221505SQ20111008334
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月2日 優先權日2011年4月2日
發明者龐靖, 徐立章, 李耀明, 秦同娣, 趙湛 申請人:江蘇大學