CN103323160A - 一种挂接农机具的悬挂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挂接农机具的悬挂装置，包括前连接板、后连接板、传感器单元以及计算模块。前连接板用于与一牵引机构连接；后连接板与一用于挂接一农机具的悬挂机构连接；传感器单元设置于前连接板与后连接板之间；计算模块与传感器单元连接。传感器单元包括用于测试农机具在田间作业时沿一第一方向的拉力的第一拉压传感器单元，沿一第二方向的拉力的第二拉压传感器单元和沿一第三方向的拉力的第三拉压传感器单元；计算模块计算沿第一方向、沿第二方向、沿第三方向的合力和作用于农机具的x′轴、y′轴、z′轴上的力矩。本发明能保证农机具进行性能对比试验时测量系统的一致性，能满足快速、高效的农机具田间作业受力测试的要求。

Description

一种挂接农机具的悬挂装置

技术领域

本发明涉及一种悬挂装置，具体地说，是涉及一种挂接农机具的悬挂装置。

背景技术

现有的农机具田间作业的受力测试，一般均是采用在农机具的挂接连杆上贴应变片的方式进行。这种方式需对每一种农机具的挂接连杆进行受力分析，确定应变片的粘贴位置，进行粘贴、烘干、电路连接、标定等作业，耗费大量的时间与精力，而且测量精度与贴片质量直接相关。因此，测量农机具的作业参数，尤其是对一批农机具进行性能对比试验时，很难保证贴片质量的一致性，无法满足快速、高效的农机具田间作业受力测试的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种挂接农机具的悬挂装置，以保证农机具进行性能对比试验时，测量系统的一致性，从而满足快速、高效的农机具田间作业受力测试的要求。

为了实现解决上述技术问题，本发明提供一种挂接农机具的悬挂装置，包括前连接板、后连接板、传感器单元以及计算模块。前连接板用于与一牵引机构连接；后连接板与一用于挂接一农机具的悬挂机构连接；传感器单元设置于所述前连接板与所述后连接板之间，连接所述前连接板与所述后连接板；计算模块与所述传感器单元连接。其中，所述传感器单元包括第一拉压传感器单元，第二拉压传感器单元和第三拉压传感器单元，第一拉压传感器单元用于测试农机具在田间作业时沿一第一方向的拉力，所述第一方向为农机具的前进方向；第二拉压传感器单元用于测试农机具在田间作业时沿一第二方向的拉力，所述第二方向为垂直于农机具的前进方向的一水平方向；第三拉压传感器单元，用于测试农机具在田间作业时沿一第三方向的拉力，所述第三方向为农机具垂直于地面的方向；所述计算模块根据所述第一方向的拉力，所述第二方向的拉力，所述第三方向的拉力，以及所述第一拉压传感器单元、所述第二拉压传感器单元、所述第三拉压传感器单元分别相对于一牵引中心点的距离，计算沿第一方向、沿第二方向、沿第三方向的合力和作用于农机具的x′轴、y′轴、z′轴上的力矩，所述农机具的x′轴与所述第一方向平行，所述农机具的y′轴与所述第二方向平行，所述农机具的z′轴与所述第三方向平行。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述第一拉压传感器单元包括一第一传感器、一第二传感器以及一第三传感器，且所述第一传感器、第二传感器以及第三传感器呈三角形分布。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述第二传感器与所述第三传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的y轴上且相对所述牵引中心点对称，所述第一传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上，所述y轴与所述第二方向平行，所述z轴与所述第三方向平行。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述第二拉压传感器单元为一第四传感器，所述第四传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述第三拉压传感器单元包括一第五传感器和一第六传感器，所述第五传感器与所述第六传感器相对所述牵引中心点对称。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第五传感器以及所述第六传感器分别通过各自对应的安装座设置在所述前连接板上，且所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第五传感器以及所述第六传感器上分别具有插销，所述后连接板上面向所述前连接板一侧具有与各插销分别对应的插销孔。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，所述后连接板上面向所述前连接板一侧设置有第一插销孔座、第二插销孔座、第三插销孔座和第四插销孔座，与第一传感器的插销对应的插销孔设置在第一插销孔座上，与第四传感器的插销对应的插销孔设置在第二插销孔座上，与第二传感器的插销对应的插销孔和与第五传感器的插销对应的插销孔设置在第三插销孔座上，与第三传感器的插销对应的插销孔和与第六传感器的插销对应的插销孔设置在第四插销孔座上。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，其特征在于，所述前连接板与所述后连接板之间设置有调整保护拉杆。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，其特征在于，所述调整保护拉杆一端固定设置在所述前连接板上，另一端可调设置在所述后连接板上。

上述的挂接农机具的悬挂装置，其中，其特征在于，所述前连接板与所述牵引机构连接处设置有保护托架，且所述保护托架延伸至所述后连接板位置。

本发明的有益功效在于，将传感器单元串接在悬挂装置中，被测农机具完全通过传感器单元与牵引机构连接，且农机具的工作状态与直接挂接在拖拉机上的工作状态保持一致，通过传感器单元进行适当的配置，可测出农机具在田间作业时，沿前进方向的拉力、垂直于农机具的前进方向的水平拉力、垂直于地面方向的拉力、和以该三个方向为轴的作用于农机具的力矩，保证了农机具进行性能对比试验时，测量系统的一致性，满足了快速、高效的农机具田间作业受力测试的要求。

进一步地，更换农机具时，只要进行简单的三点悬挂机构拆卸与安装，无需更换传感器；且能避免传感器单元在悬挂装置悬挂着农机具处于运输状态时受各种异常冲击力的影响。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的挂接农机具的悬挂装置的结构图(侧视)；

图2为一实施例的传感器单元与前、后连接板配置图；

图3为图2实施例中的六分力计算坐标示意图。

其中，附图标记

10-前连接板

20-后连接板

21-第一插销孔座

211-插销孔

22-第二插销孔座

221-插销孔

23-第三插销孔座

231-插销孔

323-插销孔

24-第四插销孔座

241-插销孔

242-插销孔

30-传感器单元

31-第一拉压传感器单元

311-第一传感器

3111-插销

312-第二传感器

3121-插销

313-第三传感器

3131-插销

314-安装座

315-安装座

316-安装座

32-第二拉压传感器单元

321-第四传感器

3211-插销

322-安装座

33-第三拉压传感器单元

331-第五传感器

3311-插销

332-第六传感器

3321-插销

333-安装座

334-安装座

40-牵引机构

50-悬挂机构

60-调整保护拉杆

70-保护托架

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1，本发明的挂接农机具的悬挂装置，包括前连接板10、后连接板20、传感器单元30以及计算模块(计算模块在图中未示出)。前连接板10用于与一牵引机构40连接；后连接板20与一用于挂接一农机具的悬挂机构50连接；传感器单元30设置于前连接板10与后连接板20之间连接前连接板10与后连接板20；计算模块与传感器单元30连接。

结合参阅图2，传感器单元30包括第一拉压传感器单元31，第二拉压传感器单元32和第三拉压传感器单元33，第一拉压传感器单元31用于测试农机具在田间作业时沿一第一方向的拉力(如图3所示中的F_x1+F_x2+F_x3)，所述第一方向为农机具的前进方向(见图1中的箭头A)；第二拉压传感器单元32用于测试农机具在田间作业时沿一第二方向的拉力(如图3所示中的F_y)，所述第二方向为垂直于农机具的前进方向的一水平方向(见图1中的箭头C)；第三拉压传感器单元33，用于测试农机具在田间作业时沿一第三方向的拉力(如图3所示中的F_z1+F_z2)，所述第三方向为农机具垂直于地面的方向(见图1中的标记B)；所述计算模块根据所述第一方向的拉力，所述第二方向的拉力，所述第三方向的拉力，以及所述第一拉压传感器单元、所述第二拉压传感器单元、所述第三拉压传感器单元分别相对于一牵引中心点的距离，计算沿第一方向、沿第二方向、沿第三方向的合力和作用于农机具的x′轴、y′轴、z′轴上的力矩，所述农机具的x′轴与所述第一方向平行，所述农机具的y′轴与所述第二方向平行，所述农机具的z′轴与所述第三方向平行(见图3)，需要说明的是，被测农机具的牵引中心点位于传感器安装平面(见图3中的O点)，为测力坐标系的原点；被测农机具的土壤阻力作用点位于被测机具的土壤工作部件与土壤接触的中心点上(见图3中的O’点)。

进一步参阅图2和图3，本发明较佳实施例中，第一拉压传感器单元31包括一第一传感器311、一第二传感器312以及一第三传感器313，且该第一传感器311、第二传感器312以及第三传感器313呈三角形分布，第二传感器312与第三传感器313设置在以牵引中心点为坐标原点的坐标系的y轴上且相对牵引中心点对称，第一传感器311设置在以牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上，此处的坐标系y轴与第二方向平行，z轴与第三方向平行。第一传感器311、第二传感器312、第三传感器313分别通过各自对应的安装座314、315、316设置在前连接板10上，且第一传感器311上具有插销3111，第二传感器312上具有插销3121、第三传感器313上具有插销3131，后连接板20上面向前连接板10一侧具有与插销3111，插销3121和插销3131分别对应的插销孔211、231、241。

第二拉压传感器单元32为一第四传感器321，该第四传感器321设置在以牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上，且比第一传感器311靠近牵引中心点。第四传感器321通过对应的安装座322设置在前连接板10上，且第四传感器321上具有插销3211，后连接板20上面向前连接板10一侧具有与插销3211对应的插销孔221。

第三拉压传感器单元33包括一第五传感器331和一第六传感器332，第五传感器331与第六传感器332相对牵引中心点对称，且比第二传感器312、第三传感器313、第四传感器321靠近牵引中心点。第五传感器331、第六传感器332分别通过各自对应的安装座333、334设置在前连接板10上，且第五传感器331上具有插销3311，第六传感器332上具有插销3321，后连接板20上面向前连接板10一侧具有与插销3311、插销3321分别对应的插销孔232、242。

较佳地，后连接板20上面向前连接板10一侧设置有第一插销孔座21、第二插销孔座22、第三插销孔座23和第四插销孔座24，与第一传感器311的插销3111对应的插销孔211设置在第一插销孔座21上，与第四传感器321的插销3211对应的插销孔221设置在第二插销孔座22上，与第二传感器312的插销3121对应的插销孔231和与第五传感器331的插销3311对应的插销孔232设置在第三插销孔座23上，与第三传感器313的插销3131对应的插销孔241和与第六传感器332的插销3321对应的插销孔242设置在第四插销孔座24上。

通过上述的传感器单元30的布置，组成了六分力测力装置，使悬挂的农机具作业时产生的各向力与力矩完全由传感器单元30承担。这样，六分力测力装置由6只拉压传感器组成，当采用如图2所示的配置：其中3只传感器沿农机具的前进方向配置，2只传感器沿垂直地面方向配置，1只传感器沿与农机具的前进方向垂直的水平方向配置。见图3，其中“0”点位于传感器安装平面的牵引中心点，为测力坐标系的原点；“0’”点为被测农机具的土壤阻力作用点，一般低于“0”点，在测力坐标系中的坐标为(Sx，Sy，-Sz)。l₁、l₂、l₃、l₄分别为各传感器之间的距离；F_x1、F_x2、F_x3、F_y、F_z1、F_z2分别为作用于第一传感器311、第二传感器312、第三传感器313、第四传感器321、第五传感器331、第六传感器332上的力，M_x、M_y、M_z分别为作用于农机具上的X’、Y’、Z’轴上的力矩，力与力矩的方向如箭头所示。

根据系统受力平衡原理，可推导出作用于被测农机具的各向力和力矩如下：

P_x＝F_x1+F_x2+F_x3                          1

P_y＝F_y                                   2

P_z＝F_z1+F_z2                              3

$M_X=-F_{z1}(S_y+\frac{l_1}{2})-F_{z2}(S_y-\frac{l_1}{2})-F_y(S_z-l_3)---\left(4\right)$

M_Y＝(F_z1+F_z2)S_x+(F_x2+F_x3)S_z+F_x1(l₄+S_z)   5

$M_Z=F_{x2}(S_y+\frac{l_2}{2})+F_{x3}(S_y-\frac{l_2}{2})+F_{x1}{S}_y-F_y{S}_x---\left(6\right)$

式中：P_X、P_y、P_z分别为作用于农机具上的X’、Y’、Z’轴方向的力。

从上可以看出，本发明将传感器单元30串接在悬挂装置中，被测农机具完全通过传感器单元与牵引机构连接，且农机具的工作状态与直接挂接在拖拉机上的工作状态保持一致，通过传感器单元进行适当的配置，可测出农机具在田间作业时，沿前进方向的拉力、垂直于农机具的前进方向的水平拉力、垂直于地面方向的拉力、和以该三个方向为轴的作用于农机具的力矩，保证了农机具进行性能对比试验时，测量系统的一致性，满足了快速、高效的农机具田间作业受力测试的要求。

图2和图3仅仅给出了最佳实施方式的传感器单元30的布置结构，在实际使用中，传感器单元30的布置并不局限于此，如，可以是第一拉压传感器单元31包括两个传感器，第二拉压传感器单元32包括一个传感器，第三拉压传感器单元33包括三个传感器。也就是说，传感器单元30与前后连接板之间有多种配置方式，各种配置方式对应的力与力矩计算方法也不同，但在此就不一一举例了。

较佳地，可以利用牵引机构40(如拖拉机)的液压油输出接口，向悬挂机构50提供压力油，实现农机具的升、降，悬挂机构50采用液压三点式悬挂机构。

另外，为了避免传感器单元30在悬挂装置悬挂着农机具处于运输状态时受各种异常冲击力的影响，前连接板10与后连接板20之间设置有调整保护拉杆60，该调整保护拉杆60一端固定设置在前连接板10上，另一端可调设置在后连接板20上；且还可在前连接板10与牵引机构40连接处设置保护托架70，该保护托架70最好延伸至后连接板20位置；通过调整保护拉杆60和保护托架70的设置，可以很好地保护传感器单元30。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，包括：

前连接板，用于与一牵引机构连接；

后连接板，与一悬挂机构连接，所述悬挂机构用于挂接一农机具；

传感器单元，设置于所述前连接板与所述后连接板之间连接所述前连接板与所述后连接板；以及

计算模块，与所述传感器单元连接；

其中，所述传感器单元包括：

第一拉压传感器单元，用于测试农机具在田间作业时沿一第一方向的拉力，所述第一方向为农机具的前进方向；

第二拉压传感器单元，用于测试农机具在田间作业时沿一第二方向的拉力，所述第二方向为垂直于农机具的前进方向的一水平方向；以及

第三拉压传感器单元，用于测试农机具在田间作业时沿一第三方向的拉力，所述第三方向为农机具垂直于地面的方向；

所述计算模块根据所述第一方向的拉力，所述第二方向的拉力，所述第三方向的拉力，以及所述第一拉压传感器单元、所述第二拉压传感器单元、所述第三拉压传感器单元分别相对于一牵引中心点的距离，计算沿第一方向、沿第二方向、沿第三方向的合力和作用于农机具的x′轴、y′轴、z′轴上的力矩，所述农机具的x′轴与所述第一方向平行，所述农机具的y′轴与所述第二方向平行，所述农机具的z′轴与所述第三方向平行。

2.根据权利要求1所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述第一拉压传感器单元包括一第一传感器、一第二传感器以及一第三传感器，且所述第一传感器、第二传感器以及第三传感器呈三角形分布。

3.根据权利要求2所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述第二传感器与所述第三传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的y轴上且相对所述牵引中心点对称，所述第一传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上，所述y轴与所述第二方向平行，所述z轴与所述第三方向平行。

4.根据权利要求3所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述第二拉压传感器单元为一第四传感器，所述第四传感器设置在以所述牵引中心点为坐标原点的坐标系的Z轴上。

5.根据权利要求4所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述第三拉压传感器单元包括一第五传感器和一第六传感器，所述第五传感器与所述第六传感器相对所述牵引中心点对称。

6.根据权利要求5所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第五传感器以及所述第六传感器分别通过各自对应的安装座设置在所述前连接板上，且所述第一传感器、所述第二传感器、所述第三传感器、所述第四传感器、所述第五传感器以及所述第六传感器上分别具有插销，所述后连接板上面向所述前连接板一侧具有与各插销分别对应的插销孔。

7.根据权利要求6所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述后连接板上面向所述前连接板一侧设置有第一插销孔座、第二插销孔座、第三插销孔座和第四插销孔座，与第一传感器的插销对应的插销孔设置在第一插销孔座上，与第四传感器的插销对应的插销孔设置在第二插销孔座上，与第二传感器的插销对应的插销孔和与第五传感器的插销对应的插销孔设置在第三插销孔座上，与第三传感器的插销对应的插销孔和与第六传感器的插销对应的插销孔设置在第四插销孔座上。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述前连接板与所述后连接板之间设置有调整保护拉杆。

9.根据权利要求8所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述调整保护拉杆一端固定设置在所述前连接板上，另一端可调设置在所述后连接板上。

10.根据权利要求1-7中任意一项所述的挂接农机具的悬挂装置，其特征在于，所述前连接板与所述牵引机构连接处设置有保护托架，且所述保护托架延伸至所述后连接板位置。

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