CN103245450A - 棉花采摘力测量实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实验测量装置，尤其涉及一种测量采棉过程中摘锭与棉花间的相互作用力的棉花采摘力测量实验装置。主要包括试验台架(1)、上横梁(2)、下横梁(3)、导轨(4)、滑块(5)、驱动导轨(6)、驱动滑块(7)、步进电机(8)、(11)、编码器(9)、(12)、摘锭架(10)、仿形摘锭(13)、静态扭矩传感器(14)、传感器架(15)、角度定位块(16)、三轴力传感器(17)、棉花卡具(18)、丝杠(19)。本发明的棉花采摘力测量实验装置，用于模拟测量采棉过程中摘锭与棉花间的相互作用力，能够测取不同采棉状态下摘锭与棉花之间的相互作用力。

Description

棉花采摘力测量实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验测量装置，尤其涉及一种测量采棉过程中，摘锭与棉花间的相互作用力的棉花采摘力测量实验装置。
背景技术
我国棉花收获机械的设计过程中，多以引进国际先进农机企业的成熟产品为主，核心技术如对采棉装置的研制仍然存在壁垒，制约了我国的棉花收获机械产品的技术水平，市场竞争力较低。采棉装置是采棉机械的重要组成部分，其零部件繁多，结构运动复杂，零部件的强度等问题始终存在。采棉装置中核心部件摘锭直接和棉花接触，属于采棉机中易损件。摘取棉花过程中，摘锭与棉花的相互作用力呈一定的规律，且不同角度，不同方式摘取棉花时受力过程不同，这对摘锭强度刚度设计均有一定要求。我国在摘锭设计方面尚缺少相关实验数据指导。基于以上现状，设计一套测取不同采棉状态下摘锭与棉花相互作用力的装置对于研究采棉机采棉机理尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棉花采摘力测量实验装置，该装置能够测取不同采棉状态下摘锭与棉花之间的相互作用力。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种棉花采摘力测量实验装置，包括试验台架1，其还包括：
平行安装于试验台架1上的上横梁2和下横梁3，所述上横梁2安装有带滑块5的导轨4；所述下横梁3安装有带驱动滑块7的驱动导轨6；所述驱动导轨6的一端安装第一步进电机8，其通过丝杠19带动驱动滑块7运动；第一编码器9安装于第一步进电机8一侧，通过齿轮与第一步进电机8输出轴上的齿轮啮合；
摘锭架10上下两端分别与所述滑块5、驱动滑块7相连接；所述摘锭架10中间位置装有仿形摘锭13和第二步进电机11；第二编码器12安装于第二步进电机11一侧，通过齿轮与第二步进电机11输出轴上的齿轮啮合；
传感器架15下端安装于下横梁3的一端，传感器架15上端通过角度定位块16安装于静态扭矩传感器14的一端；所述静态扭矩传感器14的另一端安装在上横梁2的同侧的一端；
所述传感器架15的中间位置装有三轴力传感器17，所述三轴力传感器17的另一端横向伸出，连接有棉花卡具18。
所述角度定位块16呈圆柱型，四周带有四个齿状突起，各突起间角度间隔90度，圆柱中心带有与静态扭矩传感器14配合安装的两个半圆孔；所述传感器架15上端与角度定位块16装配处的孔壁上带有均布的24个齿槽。
所述第一步进电机8和第二步进电机11通过驱动电路与数字I/O卡连接，通过计算机控制并由驱动电路驱动；所述第一编码器9和第二编码器12通过数据采集卡与计算机连接，可将转速转化为电信号反馈予数据采集卡继而传输给计算机；所述三轴力传感器17、静态扭矩传感器14通过数据采集卡与计算机连接。
本发明的有益效果在于：本发明可以测量采棉机采摘棉花过程中摘锭与棉花的实际相互作用力；通过计算机程序控制步进电机转速以及调节传感器架角度，可以模拟实际采摘过程中的多种情况；本装置中角度调节机构运用角度定位块实现了步进调节、简单可行、调节方便；本装置中采用小量程高精度测量仪，布置方式合理，测量误差小，精度高；本装置机械结构简单，易维护。
附图说明
图1本发明的棉花采摘力测量实验装置的结构示意图；
图2本发明的传感器架的主视图；
图3本发明的传感器架的俯视图；
图4本发明的角度定位块的俯视图；
图5本发明的角度定位块的主视图；
图6本发明的角度定位块、传感器架、静态扭矩传感器的装配爆炸图。
【主要组件符号说明】
1         试验台架                11         第二步进电机
2         上横梁                  12         第二编码器
3         下横梁                  13         仿形摘锭
4         导轨                    14         静态扭矩传感器
5         滑块                    15         传感器架
6         驱动导轨                16         角度定位块
7         驱动滑块                17         三轴力传感器
8         第一步进电机            18         棉花卡具
9         第一编码器              19         丝杠
10        摘锭架
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，为本发明的一种棉花采摘力测量实验装置的结构示意图，该装置包括试验台架1，所述试验台架1上端安装有上横梁2、下端安装有下横梁3，所述上横梁2和下横梁3平行安装。
所述上横梁2安装有导轨4，该导轨4上配合安装滑块5。
所述下横梁3安装有驱动导轨6，该驱动导轨6上通过丝杠19安装有驱动滑块7；驱动导轨6的一端安装第一步进电机8，用于驱动丝杠19转动，继而带动驱动滑块7运动；第一编码器9安装于第一步进电机8一侧，通过齿轮与第一步进电机8输出轴上的齿轮啮合。
摘锭架10的上下两端分别与滑块5、驱动滑块7相连接。所述摘锭架10中间位置装有仿形摘锭13和第二步进电机11；第二步进电机11驱动仿形摘锭13做旋转运动；第二编码器12安装于第二步进电机11一侧，通过齿轮与第二步进电机11输出轴上的齿轮啮合。
所述上横梁2的一端打有孔，所述下横梁3的同侧打有安装轴承的轴承孔；传感器架15的下端轴安装于下横梁3的轴承孔中的轴承上，传感器架15的上端通过角度定位块16安装于静态扭矩传感器14的一端；所述静态扭矩传感器14的另一端安装在上横梁2的一端的所述孔中；通过调节角度定位块16与传感器架15的安装，可调节传感器架15所在竖直平面与导轨4、驱动导轨6所在竖直平面的角度，图2和图3分别为本发明的传感器架15的主视图和俯视图。
如图4和图5所示，分别为本发明的角度定位块16的俯视图和主视图；其中，所述角度定位块16呈圆柱型，四周加工出四个齿状突起，各突起间角度间隔为90度，圆柱中心加工出与静态扭矩传感器14配合安装的两个半圆孔；所述传感器架15的上端与角度定位块16装配处的孔壁上加工出均布的24个齿槽，如图6所示，为本发明的角度定位块16、传感器架15、静态扭矩传感器14的装配爆炸图。
另外，所述传感器架15中间位置装有三轴力传感器17，所述三轴力传感器17的另一端横向伸出，连接有棉花卡具18。
其中，所述第一步进电机8和第二步进电机11通过驱动电路与数字I/O卡连接，通过计算机控制并由驱动电路驱动；所述第一编码器9和第二编码器12通过数据采集卡与计算机连接，可将转速转化为电信号反馈予数据采集卡继而传输给计算机；所述三轴力传感器17、静态扭矩传感器14通过数据采集卡与计算机连接。
本发明的一种棉花采摘力测量实验装置工作时：首先将带有一段茎的棉花装在棉花卡具18上。通过调节角度定位块16与传感器架15的安装，调节传感器架15所在竖直平面与导轨4、驱动导轨6所在平面成一定的角度。计算机程序驱动数字I/O卡通过驱动电路控制第一步进电机8转动，从而驱动丝杠19转动，带动驱动滑块7、摘锭架10、第二步进电机11、第二编码器12、仿形摘锭13、滑块5整体沿着导轨4、驱动导轨6向棉花所在方向做直线运动；同时，驱动电路驱动第二步进电机11做旋转运动继而带动仿形摘锭13旋转。仿形摘锭13接触棉花后开始缠绕棉花，同时控制第二步进电机11反向转动，继而摘锭架10整体远离棉花运动，此时可将棉花采摘下来。
此过程中，棉花所受的采摘力会通过三轴力传感器17测取；同时，采摘力还会使得传感器架15有绕扭矩传感器14轴转动的趋势，此力矩可通过静态扭矩传感器14测量；第一编码器9和第二编码器12分别将第一步进电机8和第二步进电机11的转速转化为电信号反馈予数据采集卡继而传输给电脑，整个过程形成反馈控制；同时，工作过程中，扭矩传感器14与三轴力传感器17的信号通过数据采集卡实时传输出。

Claims (3)

1.一种棉花采摘力测量实验装置，包括试验台架(1)，其特征在于：
其还包括：
平行安装于试验台架(1)上的上横梁(2)和下横梁(3)，所述上横梁(2)安装有带滑块(5)的导轨(4)；所述下横梁(3)安装有带驱动滑块(7)的驱动导轨(6)；所述驱动导轨(6)的一端安装第一步进电机(8)，其通过丝杠(19)带动驱动滑块(7)运动；第一编码器(9)安装于第一步进电机(8)一侧，通过齿轮与第一步进电机(8)输出轴上的齿轮啮合；
摘锭架(10)上下两端分别与所述滑块(5)、驱动滑块(7)相连接；所述摘锭架(10)中间位置装有仿形摘锭(13)和第二步进电机(11)；第二编码器(12)安装于第二步进电机(11)一侧，通过齿轮与第二步进电机(11)输出轴上的齿轮啮合；
传感器架(15)下端安装于下横梁(3)的一端，传感器架(15)上端通过角度定位块(16)安装于静态扭矩传感器(14)的一端；所述静态扭矩传感器(14)的另一端安装在上横梁(2)的同侧的一端；
所述传感器架(15)的中间位置装有三轴力传感器(17)，所述三轴力传感器(17)的另一端横向伸出，连接有棉花卡具(18)。
2.如权利要求1所述的棉花采摘力测量实验装置，其特征在于：
所述角度定位块(16)呈圆柱型，四周带有四个齿状突起，各突起间角度间隔90度，圆柱中心带有与静态扭矩传感器(14)配合安装的两个半圆孔；所述传感器架(15)上端与角度定位块(16)装配处的孔壁上带有均布的24个齿槽。
3.如权利要求1所述的棉花采摘力测量实验装置，其特征在于：
所述第一步进电机(8)和第二步进电机(11)通过驱动电路与数字I/O卡连接，通过计算机控制并由驱动电路驱动；所述第一编码器(9)和第二编码器(12)通过数据采集卡与计算机连接，可将转速转化为电信号反馈予数据采集卡继而传输给计算机；所述三轴力传感器(17)、静态扭矩传感器(14)通过数据采集卡与计算机连接。
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