CN103969074B - 一种旋转式玉米秸秆切割试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玉米秸秆切割试验台，以解决现有的旋转式玉米秸秆切割试验台存在的切割角度调节困难、试验场所固定、设备昂贵等问题，本发明包括一个机架，机架上装有传动切割机构，机架靠近锯片一侧安装有夹持进料机构，夹持进料机构中一个秸秆夹持装置中的滑动轴与机架靠近锯片一侧的两个腿横向滑动连接，另一个秸秆夹持装置中的滑动轴与一对角度调节装置横向滑动连接，秸秆夹持装置的一侧通过拉力传感器与夹持进料牵引机构中的可调转速电动机连接，旋转切割机构中的传动轴上安装有动态扭矩-转速传感器，动态扭矩-转速传感器和拉力传感器分别通过数据采集箱连接与数据处理计算机连接，可测试不同转速、不同切割角度、不同切割刀片等对玉米秸秆切割性能的影响。

Description

一种旋转式玉米秸秆切割试验台

技术领域

本发明属于农业机械技术领域中的一种旋转式玉米秸秆切割试验台。

背景技术

玉米是我国三大粮食作物之一，主要在我国北方种植。玉米收获方式也由原来的手工作业逐渐向全程机械化作业转变，随着我国经济的迅速发展和国家对农业机械化发展的重视，玉米的机械化水平也正在不断提高。为满足玉米收获机发展需求，同时我国面临着能源短缺的现象十分严重，而以农作物秸秆为代表的生物质能源越来越受到重视。因此，在玉米收获过程中，对玉米秸秆的切割收集显得十分重要。而对玉米秸秆进行切割、切断等操作往往根据经验而选择相关的参数，如割刀的前进速度、转速等，通常没有确切的理论依据。另外，不同地域的玉米秸秆的直径、含水率的不同都会影响玉米收获机的工作质量，通过经验获得的割刀的前进速度、转速等参数并不能适用于所有地域，这样对每个地域都通过田间试验获得可靠参数费时费力，且成本较高。通过设计试验台在室内进行玉米秸秆的切断性能进行测试试验，可以不受农时的影响、降低测试成本、缩短各参数设计周期。目前现有的旋转式玉米秸秆切割试验台，是在大型土槽试验车上安装电机驱动的刀盘，由土槽试验车提供前进动力，电机带动刀盘旋转，切割夹持在土壤中的玉米秸秆实现的。这种试验台需要土槽试验车提供前进动力，克服了田间试验的缺陷，但是仍存在以下问题：1、切割角度调节困难；2、试验场所固定，必须在土槽；3、试验设备大型且昂贵，为做秸秆切断测试试验而购买，代价太高。

发明内容

本发明为了解决现有的旋转式玉米秸秆切割试验台存在的切割角度调节困难、试验场所固定、设备昂贵等问题，提供了一种测试不同转速、不同切割角度、不同切割刀片条件下对玉米秸秆切割性能影响的旋转式玉米秸秆切割试验台，以达到可方便调节角度、便于移动和运输、设备加工制造成本低廉的目的。

本发明技术方案如下：所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台，包括一个机架，机架上安装有传动切割机构，其特征在于机架靠近传动切割机构中的锯片的一侧安装有夹持进料机构，夹持进料机构包括秸秆夹持装置、切割角度调节装置和拉力传感器，秸秆夹持装置中的一个光轴与机架靠近锯片的一侧的两个腿顶部固定的箱式轴承座横向滑动连接，秸秆夹持装置中的另一个光轴与一对角度调节装置上的箱式轴承座横向滑动连接，秸秆夹持装置一端的连接杆与拉力传感器连接，拉力传感器通过钢丝绳与牵引机中的可调转速电动机连接。传动切割机构中动态扭矩-转速传感器安装在1号传动轴和2号传动轴之间，通过联轴器连接，动态扭矩-转速传感器和拉力传感器分别与数据采集装置连接，数据采集装置与数据采集显示器连接。

进一步的技术方案包括：传动切割机构包括一个电动机、一个小皮带轮、V型带、一个大皮带轮、1号传动轴、一个动态扭矩-转速传感器、2号传动轴和一个锯片，电动机通过螺栓和矩形铁条固定安装在机架远离锯片一侧的底部，电动机的输出轴连接小皮带轮，小皮带轮通过V型带与大皮带轮连接，大皮带轮与穿过带座轴承的1号传动轴一端连接，2号传动轴穿过相同结构的带座轴承，带座轴承固定在机架上，扭矩-转速传感器两端通过联轴器将1号传动轴和2号传动轴连接起来，2号传动轴的另一端固定有用于安装锯片的刀盘。

所述的秸秆夹持装置包括两个夹持杆、夹持杆上安装有夹子、四个光轴座和两个光轴，两个夹持杆在靠近两端的地方通过两个连接杆连接起来。每个夹持杆上通过螺栓固定有用于夹持玉米秸秆的相同的夹子，每个夹持杆下方靠近两端的位置各固定有两个光轴座，光轴穿过并安装在两个光轴座上。

所述的切割角度调节装置包括两个螺杆、螺母和四个螺杆支撑板，螺杆穿过机架靠近锯片一侧的两个螺杆支撑板，每个螺杆支撑板的上下两面分别有两个螺母旋紧在螺杆上，螺杆顶端固定安装有用于和光轴横向滑动配合的箱式轴承座。

所述的牵引机构包括一个可调转速电动机和一个与机架高度相同的电动机台架，可调转速电动机通过螺栓固定在电动机台架上。

所述的拉力传感器通过长度不发生弹性形变的钢丝绳与牵引机构中的可调转速电动机连接。

本发明的优势在于：

对玉米秸秆进行切割、切断等操作往往根据经验而选择相关的参数，如割刀的前进速度、转速等，通常没有确切的理论依据。本发明可以通过室内试验就可以很容易测试不同转速、不同切割角度、不同切割刀片条件下对玉米秸秆切割性能的影响，为玉米收获机的研制与开发提供更多有效的数据和信息。同时，本发明所述的角度调节装置可以容易且准确地实现任意切割角度的调节，可操作性强。现有的旋转式玉米切割试验台是借助土槽试验车作为前进动力，试验地点固定，而本发明体积小、重量轻，可以在任何合适的地方进行试验，方便可靠。

附图说明

图1为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台结构组成的轴测投影图；

图2为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台的装配图。

图3为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台中机架和传动切割机构组成的轴测投影图；

图4为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台中夹持进料机构和牵引机构组成的轴测投影图；

图5为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台的秸秆夹持装置夹持玉米秸秆的轴测投影图；

图6为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台的切割角度调节装置组成的轴测投影图；

图7为本发明所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台的工作原理的轴测投影图；

其中：1.机架，2.传动切割机构，3.夹持进料机构，4.牵引机构，5.电动机，6.小皮带轮，7.V型带，8.大皮带轮，9.1号传动轴，10.动态扭矩-转速传感器，11.2号传动轴，12.锯片，13.秸秆夹持装置，14.切割角度调节装置，15.拉力传感器，16.夹持杆，17.夹子，18.连接杆，19.光轴座，20.光轴，21.箱式轴承座，22.螺杆，23.螺母，24.螺杆支撑板，25.可调转速电动机，26.电动机台架，27.数据采集装置，28.数据采集显示器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明一种旋转式玉米秸秆切割试验台是由机架1、传动切割机构2、夹持进料机构3与牵引机构4组成。

参阅图3，传动切割机构2包括一个电动机5、一个小皮带轮6、若干根结构相同的V型带7、一个大皮带轮8、1号传动轴9、一个动态扭矩-转速传感器10、2号传动轴11和一个锯片12。

机架1为一框架式结构件，机架1由一块矩形钢板和四根结构相同的三角铁立腿焊接而成。矩形钢板作为工作台面，四根三角铁分别焊接在钢板的四个角，起支撑作用，在三角铁立腿的左右侧面上分别开有长为400～600mm，宽为8～18mm的槽，用于调节和固定电动机5的高度，并对V型带张紧。实施例中机架1各尺寸分别为：长800～1180mm，宽400-600mm，高800～1180mm。电动机5通过螺栓连接在机架的四根腿上。电动机5的输出轴通过键直接连接小皮带轮6，实施例中小皮带轮6的直径为80～160mm，与电动机5连接的小皮带轮6与安装在1号传动轴9左端的大皮带轮8采用若干根结构相同的V型带7连接，V型带7的个数根据小皮带轮6和大皮带轮8上的槽数确定，1号传动轴9和2号传动轴11穿过带座轴承，带座轴承通过螺栓固定在机架工作台面上，电动机5的动力传递给大皮带轮8，实施例中大皮带轮8的直径为300mm。大皮带轮8与1号传动轴9的连接同样采用键连接，而1号传动轴9和2号传动轴11则穿过安装在机架工作平面左右两边缘处的带座轴承，1号传动轴9和2号传动轴11与两个带座轴承均采用过盈配合。动态扭矩-转速传感器10安装在1号传动轴9和2号传动轴11之间，两端均通过联轴器连接起来，2号传动轴11的另一(右)端固定有用于安装锯片12的刀盘。

参阅图4，夹持进料机构3是由秸秆夹持装置13、切割角度调节装置14和拉力传感器15组成。

参阅图5，秸秆夹持装置13包括两根结构相同的夹持杆16、若干个结构相同的夹子17、两根结构相同的连接杆18、四个结构相同的光轴座19和两根结构相同的光轴20。

两根结构相同的夹持杆16与两根结构相同的连接杆18通过螺栓连接成平行四边形框架，两根结构相同的夹持杆16上通过螺栓分别固定有若干个用于夹持玉米秸秆的结构相同的夹子17，本实施例中夹持杆16上安装有8～15个夹子17，每根结构相同的夹持杆16上的相邻2个夹子的安装距离是90～250mm，安装时夹子的开口方向一致，实施例中两根结构相同的夹持杆16的长度为1300～2500mm，夹子17的尺寸根据秸秆的直径购买。在试验时，两根结构相同的夹持杆16上前后相对应的两个夹子17相互配合共同夹持一根玉米秸秆。两根结构相同的夹持杆16下方靠近两端的位置各固定有两个结构相同的光轴座19，光轴20固定在夹持杆16下方两个光轴座19上，并将内部螺栓旋紧，保证试验过程中不能相对滑动。光轴20安装前，一根光轴20插入固定在机架1(中2个三角铁立腿)上的一对箱式轴承座21内，使秸秆夹持装置13在牵引机构4的牵引下能够平稳地进行水平滑动，另一根光轴20插入与切割角度调节装置14中2个结构相同的螺杆22顶端连接的一对箱式轴承座21内，使秸秆夹持装置13在牵引机构4的牵引下能够平稳地进行水平滑动。

参阅图6，切割角度调节装置14包括有两根结构相同的螺杆22、十六个结构相同的螺母23和四根结构相同的一端设置有螺栓通孔的螺杆支撑杆24。

切割角度调节装置14安装在机架1的安装有刀盘的一侧，两根结构相同的螺杆22的长度与机架1中四根三角铁立腿的长度相同，两根结构相同的螺杆22采用16个结构相同的螺母23安装在与机架1连接的4块结构相同的螺杆支撑板24上，即每根螺杆22插入两个结构相同的上下放置的螺杆支撑板24的通孔中，每个矩形的螺杆支撑板的上下两面分别采用两个螺母23与螺杆22螺纹连接。通过调节16个结构相同的螺母23，改变螺杆22距离地面的高度，两根结构相同的夹持杆16就会产生一定的高度差，使被夹持的秸秆与切割锯片12所呈的切削角度发生变化，实现切割角度的调节，该角度的调节范围是30～90度。拉力传感器15用螺栓连接在秸秆夹持装置13的一(右)端，用于测量切割玉米秸秆过程中产生的阻力的变化。实施例中螺杆22的长度为600～900mm，公称直径为8～18mm。

牵引机构4采用可调转速电动机25，其通过拉力传感器15带动秸秆夹持装置13实现水平匀速运动。可调转速电动机25则通过螺栓螺母固定在与机架1等高的电动机台架26上，可调转速电动机25和拉力传感器15用长度不发生弹性变形钢丝绳连接。

参阅图2，本发明由电动机5提供动力，通过更换与电动机5输出轴直接相连的小皮带轮6的直径，来改变输出速度，而输出速度则通过小皮带轮6、V型带7、大皮带轮8、1号传动轴9、动态扭矩-转速传感器10、2号传动轴11等部件将动力传递给刀盘上的锯片12，使锯片12产生一定转速。在1号传动轴9和2号传动轴11之间安装有动态扭矩-速度传感器10，并通过联轴器连接，在锯片12切割玉米秸秆时，动态扭矩-速度传感器10用于测量扭矩、速度等数据，将数据通过数据采集装置27传入数据采集显示器28，可以得到扭矩、功率和速度之间的关系和曲线。锯片12对秸秆的切割是由可调转速电动机25带动玉米秸秆夹持装置13实现的，在秸秆夹持装置13一端安装拉力传感器15，用来测试锯片12对秸秆切割过程中产生的阻力，为分析玉米秸秆切断性能提供可靠的数据。在夹持进料机构3下面安装有切割角度调节装置14，在玉米秸秆切割试验台运行前，通过调节螺母23，改变螺杆22距离地面的高度，两根结构相同的夹持杆16就会产生一定的高度差，使秸秆与切割锯片12所呈切割角度发生变化，实现切割角度的调节。

以下结合附图对本发明的工作原理进行进一步阐述。

参阅图2和图7，保持输出速度不变，通过改变切割角度，找到最省力的切削角。在玉米秸秆切割试验台的电动机5的输出轴上安装直径为80mm的小皮带轮6，将V型带7张紧。通过调节秸秆夹持装置13中的夹持杆16离地面的位置，将切割角度调整为90度，将玉米秸秆依次固定在秸秆夹持装置13中的夹子17上，按动开关先启动电动机5，然后启动牵引部分4，待切割结束后，在数据采集显示器28上出现一串数据和曲线。断开电源，将秸秆残茬卸下，调节秸秆夹持装置13中的两根结构相同的夹持杆16的高度差，将切割角度改变为85度，将玉米秸秆依次固定在秸秆夹持装置13中的夹子17上，按动开关先启动电动机5，然后启动牵引部分3，待切割结束后，在数据采集显示器28上出现另一串数据和曲线。继续调节角度，重复试验。对得到的数据进行对比分析，得到最省力的切削角度。

保持切削角度不变，通过改变电动机5的输出速度，找到最省力的切削速度。固定切削角度不变，即保持秸秆夹持装置13中的两个夹持杆16高度差不变，这里选择两个夹持杆16所在平面与竖直方向呈90度。将电动机5输出轴装上直径为80mm的小皮带轮6，并使V型带7张紧。将玉米秸秆依次固定在秸秆夹持装置13中的夹子17上，按动开关先启动电动机5，然后启动牵引部分4，待切割结束后，在数据采集显示器28上出现一串数据和曲线。断开电源，将秸秆残茬卸下，将电动机5输出轴装上直径为100mm的小皮带轮6，并使V型带7张紧。将玉米秸秆依次固定在秸秆夹持装置13中的夹子17上，按动开关先启动电动机5，然后启动牵引部分4，待切割结束后，在数据采集显示器28上出现另一串数据和曲线。继续更换更大直径的小皮带轮6，重复试验。对得到的数据进行对比分析，得到最省力的切削速度。

Claims (4)

1.一种旋转式玉米秸秆切割试验台，包括一个机架(1)，机架(1)上安装有传动切割机构(2)，其特征在于机架(1)靠近传动切割机构(2)中的锯片(12)一侧安装有夹持进料机构(3)，夹持进料机构(3)包括秸秆夹持装置(13)、切割角度调节装置(14)和拉力传感器(15)，秸秆夹持装置(13)中的一个光轴(20)与机架(1)靠近锯片(12)的一侧的两个腿顶部固定的箱式轴承座(21)横向滑动连接，秸秆夹持装置(13)中的另一个光轴(20)与一对角度调节装置(14)上的箱式轴承座(21)横向滑动连接，秸秆夹持装置(13)一端的连接杆(18)与拉力传感器(15)连接，拉力传感器(15)通过钢丝绳与牵引机构(4)中的可调转速电动机(25)连接，传动切割机构(2)中动态扭矩-转速传感器(10)安装在1号传动轴(9)和2号传动轴(11)之间，通过联轴器连接，动态扭矩-转速传感器(10)和拉力传感器(15)分别与数据采集装置(27)连接，数据采集装置(27)与数据采集显示器(28)连接；

所述的秸秆夹持装置(13)包括两个夹持杆(16)、夹持杆上固定安装有夹子(17)、四个光轴座(19)和两个光轴(20)，两个夹持杆(16)在靠近两端的地方通过两个连接杆(18)连接起来，每个夹持杆(16)上通过螺栓固定有用于夹持玉米秸秆的相同的夹子(17)，每个夹持杆(16)下方靠近两端的位置各固定有两个光轴座(19)，光轴(20)穿过并安装在两个光轴座(19)上；

所述的切割角度调节装置(14)包括两个螺杆(22)、螺母(23)和四个螺杆支撑板(24)，螺杆(22)穿过与机架(1)靠近锯片(12)一侧的两个螺杆支撑板(24)，每个螺杆支撑板(24)的上下两面分别有两个螺母(23)旋紧在螺杆(22)上，螺杆(22)顶端固定安装有用于和光轴(20)横向滑动配合的箱式轴承座(21)。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台，其特征在于所述的传动切割机构(2)包括一个电动机(5)、一个小皮带轮(6)、V型带(7)、一个大皮带轮(8)、1号传动轴(9)、一个动态扭矩-转速传感器(10)、2号传动轴(11)和一个锯片(12)，电动机(5)通过螺栓和矩形铁条固定安装在机架(1)远离锯片(12)一侧的底部，电动机(5)的输出轴连接小皮带轮(6)，小皮带轮(6)通过V型带(7)与大皮带轮(8)连接，大皮带轮(8)与穿过带座轴承的1号传动轴(9)一端连接，2号传动轴(11)穿过相同结构的带座轴承，带座轴承固定在机架(1)上，扭矩-转速传感器(10)两端通过联轴器将1号传动轴(9)和2号传动轴(11)连接起来，2号传动轴11的另一端固定有用于安装锯片(12)的刀盘。

3.根据权利要求1所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台，其特征在于所述的牵引机构(4)包括一个可调转速电动机(25)和一个与机架(1)高度相同的电动机台架(26)，可调转速电动机(25)通过螺栓固定在电动机台架(26)上。

4.根据权利要求1所述的一种旋转式玉米秸秆切割试验台，其特征在于所述的拉力传感器(15)通过长度不发生弹性形变的钢丝绳与牵引机构(4)中的可调转速电动机(25)连接。