CN102288239B - 一种谷物质量流量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谷物质量流量测量装置，属于农业机械和传感器技术领域。本发明包括机架，四个减震器，导流板，冲击板，底座，悬臂梁式力敏元件，连接体。四个减震器分别对称布置在机架上，四个减震器的一面与机架相连，另一面与连接体的上表面相连；连接体的侧面与悬臂梁式力敏元件相连；悬臂梁式力敏元件通过底座与冲击板的凹面一侧相连；导流板固定在机架上，并且位于冲击板的正前方，弯曲一端靠近冲击板；悬臂梁式力敏元件的输出信号经过放大电路与数据采集系统相连。本发明采用减震器来减小收割机振动对谷物质量流量测量精度的影响；同时采用曲率为4m-1的冲击板，有利于谷物的扩散。具有测量精度高，稳定可靠，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种谷物质量流量传感器，用于联合收割机在线检测谷物流量，属于农业机械和传感器技术领域。
背景技术
联合收割机正朝着智能化，大型化的方向发展。在收割过程中实时检测收割谷物流量，生成小区产量图和测量谷物产量是精确农业和智能化收割机不可缺少的组成部分。因此谷物流量传感器是实现流量检测的重要部件。国内外的谷物流量传感器有：光电式容积传感器、辐射式传感器、冲量式传感器等。这些传感器的测量方法虽各具特色,但在应用上都存在一些需要解决的问题。光电式容积传感器受灰尘影响很大，辐射式传感器对人身存在伤害。在国内外冲量式谷物流量传感器是运用最广泛的一种类型，它基于冲击原理,当谷物流撞击传感器时,传感器受力与谷物流量相关。力的大小取决于谷物的流量,流量越大,作用在传感器上的力越大，测量传感器受力即可得到谷物流量值。冲量式流量计的测量范围较广，可用于测量绝大多数谷物。其结构简单，可适应恶劣的工农业环境。但测量结果易受到升运器速度、冲击板位置、地势、机器振动等影响，目前对这些因素研究还有待于进一步深入。
经过对现有技术文献检索发现，专利号为US005686671的美国专利公开了一种用于联合收割机的冲量式谷物质量流量传感器，谷物冲击到凹板上，凹版将力传递给后面的测力机构，从而达到测量目的。公开号为CN1702438A的中国专利“谷物质量流量传感器”公开了一种悬臂梁式冲量谷物质量流量传感器，该传感器利用在弹性元件上添加消振块来减小联合收割机正常工况下振动对谷物质量流量测量精度的影响。
发明内容
本发明针对现有谷物质量流量传感器测量精度受振动影响严重的技术难题，一方面在机架与悬臂梁式力敏元件之间增加减震器，减小振动的影响；另一方面发明一种新型的冲击板，减少谷物在冲击板上碰撞作用时间，增大谷物与冲击板的作用力。试验表明：通过以上两方面的改进，显著提高了谷物质量流量的测量精度，测量误差小于5%。
在研究创新方面，有效利用离散单元法高效处理颗粒群碰撞的优势，模拟谷物颗粒流与冲击板的碰撞过程，从细观上跟踪、分析谷物籽粒流与冲击板的碰撞过程。在离散元软件中人工设置谷物的流量，通过模拟得到冲击力的大小，经过分析得出结论：当冲击板为直板时，将增大谷物流与冲击板的碰撞作用时间，不利于谷物质量流量测量精度的提高。为此将直板改进成带有曲率为4m-1的曲面，这样有利于谷物的扩散，减少谷物与冲击板的碰撞作用时间。
本发明所采取的技术方案是，包括机架、4个减震器、冲击板、连接体、导流板、悬臂梁式力敏元件和放大电路。
四个减震器对称布置，一面固定在机架上，另一面与连接体的上表面相连，连接体的上表面与侧表面垂直，两垂直表面之间焊有加强筋，悬臂梁式力敏元件安装在连接体的侧表面上。
悬臂梁式力敏元件与冲击板之间用长方体的底座隔开，底座采用尼龙材料，上面开有定位孔；冲击板分为两部分，上部分是平直的，下部分下部分为曲率4m-1的曲面，但两部分为一体的。悬臂梁式力敏元件通过底座与冲击板的凹面一侧相连；冲击板的材料为有机玻璃，上面开有定位孔。
导流板一端固定在机架上，另一端位于冲击板正前方且靠近冲击板凸起的方向。导流板的弯曲角度为130°，与冲击板之间的距离小于30mm，同时导流板的最下端的高度不得超过冲击板最上端的高度。
悬臂梁式力敏元件的输出电压经过放大电路与数据采集系统相连。
与现有技术相比，本发明采用离散单元法模拟谷物质量流量测量过程，对冲击板结构进行优化，将直冲击板改进成曲率为 4m-1的冲击板，有利于谷物的扩散，减少谷物在冲击板上的碰撞作用时间；同时利用减震器来减小收割机振动对谷物质量流量测量精度的影响。通过以上两方面的改进。提高了谷物质量流量的测量精度。在收割机上的试验表明：该谷物质量流量测量装置的测量误差小于5%，稳定性好。此外，该测量装置的成本较低。
附图说明
图1是谷物质量流量测量装置的结构示意图。
图中，1、机架，2、减震器A，3、减震器B，4、减震器C，5、减震器D，6、导流板，7、冲击板，8、底座，9、悬臂梁式力敏元件，10、连接体。
具体实施方式
一种谷物质量流量测量装置，包括机架1，减震器A2，减震器B3，减震器C4，减震器D5，导流板6，冲击板7，底座8，悬臂梁式力敏元件9，连接体10。
减震器A2，减震器B3，减震器C4，减震器D5分别对称布置在机架1上，四个减震器的一面与机架1相连，另一面与连接体10的上表面相连，连接体10的侧表面与上表面垂直；连接体10的侧面与悬臂梁式力敏元件9相连；悬臂梁式力敏元件9通过底座8与冲击板7的凹面一侧相连，该力敏元件的最大承载量为5kg；导流板6固定在机架1上，位于冲击板7正前方且弯曲端靠近冲击板7凸起的方向。导流板6的弯曲角度为130°，与冲击板7之间的距离小于30mm，同时导流板6的最下端的高度不得超过冲击板7最上端的高度。悬臂梁式力敏元件9的输出信号经过放大电路与数据采集系统相连。
本发明的谷物质量流量测量装置工作时，收割机产生的振动信号通过四个减震器减弱。谷物与冲击板7凸出的一面碰撞，碰撞之后迅速散落到收割机的粮箱里，碰撞产生的冲击力经过冲击板7和底座8传递给悬臂梁式力敏元件9。悬臂梁式力敏元件9产生电信号，经放大后传递给数据采集系统，经过标定之后，该测量装置可以应用到农业生产。
Claims (4)
1.一种谷物质量流量测量装置，其特征在于，包括机架（1）、减震器A（2）、减震器B（3）、减震器C（4）、减震器D（5）、导流板（6）、冲击板（7）和底座（8），悬臂梁式力敏元件（9），连接体（10）；所述减震器A（2），减震器B（3），减震器C（4），减震器D（5）分别对称布置在机架（1）上，四个减震器的一面与机架（1）相连，另一面与连接体（10）的上表面相连，连接体（10）的侧表面与上表面垂直；连接体（10）的侧面与悬臂梁式力敏元件（9）相连；悬臂梁式力敏元件（9）通过底座（8）与冲击板（7）的凹面一侧相连；所述悬臂梁式力敏元件（9）的输出信号经过放大电路与数据采集系统相连；所述冲击板（7）分为两部分，上部分是平直的，下部分为曲率4m-1的曲面，两部分为一体；所述悬臂梁式力敏元件（9）通过底座与冲击板（7）的凹面一侧相连；冲击板（7）的材料为有机玻璃，上面开有定位孔；所述导流板（6）的弯曲角度为130°，导流板（6）的一端固定在机架（1）上，导流板（6）的另一端位于冲击板（7）正前方且靠近冲击板（7）凸起的方向，与冲击板之间的距离小于30mm，高度不超过冲击板最上端的高度。
2.根据权利要求1所述的一种谷物质量流量测量装置，其特征在于，所述底座（8）为长方体底座，上面开有定位孔，材料为尼龙。
3.根据权利要求1或2所述的一种谷物质量流量测量装置，其特征在于，所述连接体（10）的上表面与侧表面之间焊有加强筋。
4.根据权利要求1或2所述的一种谷物质量流量测量装置，其特征在于，所述的悬臂梁式力敏元件的最大承载量为5kg。
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