CN104165794A - 农业物料工况模拟机构及农业物料物理特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了农业物料工况模拟机构以及基于该工况模拟机构的农业物料物理特性测试仪，农业物料工况模拟机构包括一升降平台及至少一个工作末端；所述工作末端位置可调地固定在升降平台上的，用于模拟测试农业物料在实际工况中被拉伸、挤压或切割，并检测模拟测试的数据。本发明可通过简单拆卸及组装，同时控制多个电机，在多个方向对多种农业物料进行不同因素的测试，克服了现有压力测试机对形状不规则物料只能单向测量的特点，能模拟物料在实际工况下受载情况，完成一系列难测参数的测量工作。

Description

农业物料工况模拟机构及农业物料物理特性测试仪

技术领域

本发明涉及农产品收获、贮运和加工领域，特别涉及一种农业物料工况模拟机构及基于该工况模拟机构的农业物料物理特性测试仪。

背景技术

农业物料的物理特性可为农业生产和加工中的各种机械和系统提供合理可靠的设计依据。因此，农业物料物理特性的测试研究对促进农业机械化的发展具有重要意义。但是，目前可用于农业物料物理特性的测试仪仍存在以下问题：测试范围狭窄，有些功能单一；只能对物料的特性进行单方向测试，导致物料的一些重要特性参数得不到准确测定；测试时，无法模拟物料在实际工况下受载情况，使测量结果与实际比较存在较大误差。通过对测试仪的研究，可提高农业物料物理特性测试的全面性、准确性和客观性，从而更好地为农业机械的设计提供帮助。

发明内容

本发明的目的在于克服现有农业物料测试技术中存在的不足，提出一种多角度、测试范围广、可拆卸的农业物料工况模拟机构及农业物料物理特性测试仪。

本发明农业物料工况模拟机构采用的技术方案如下：农业物料工况模拟机构，包括平台及至少一个工作末端；所述工作末端位置可调地固定在平台上的，用于模拟测试农业物料在实际工况中被拉伸、挤压或切割，并检测模拟测试的数据。

在一个优选实施例中，所述工作末端设有2个以上，工作末端包括滑轨座、伺服电机、丝杆、滑块、连接板及夹持板，伺服电机及夹持板分别设置在工作末端的两端，每个工作末端设有夹持板的一端靠近平台的中心，而设有伺服电机的一端靠近平台的外周；丝杆安装在滑轨座上，且分别与伺服电机、滑块连接；滑块上设有用于连接夹持板的连接板；农业物料放置在多个工作末端的夹持板之间。

在另外一个优选实施例中，所述工作末端设有至少一个，工作末端包括高度可调的紧固架、滑轨座、伺服电机、丝杆、滑块、连接板及切割电机，伺服电机及切割电机分别设置在工作末端的两端；丝杆安装在滑轨座上，且分别与伺服电机、滑块连接；滑块上设有用于连接切割电机的连接板；紧固架固定在平台上且靠近切割电机，农业物料放置在紧固架上。

所述紧固架包括下架子底座、上架子底座、调高板及虎钳，下架子底座紧固在平台上，调高板设置在下架子底座与上架子底座之间，虎钳设置在调高板中且可平行上下移动。

所述农业物料工况模拟机构还包括固定板，所述平台及固定板均设有若干用于固定所述工作末端的通孔，工作平台通过固定板位置可调地固定在平台上。

本发明农业物料物理特性测试仪采用的技术方案如下：农业物料特性测试仪，包括PC机、控制器以及上述农业物料工况模拟机构；PC机与控制器连接，控制器与农业物料工况模拟机构连接；PC机向控制器输出控制信号，使控制器控制工作末端按照模拟测试条件进行工作；PC机对控制器输出给工作末端的控制数据及来自工作末端的模拟测试数据进行处理，输出显示相关力学曲线。

所述农业物料特性测试仪还包括与PC机连接的摄像机，摄像机对准工作末端以记录模拟测试时被测农业物料的外表变化。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果:

(1)本发明工作末端能够多角度地调整并紧固，能同时对目标物料按照所需角度进行测量，能模拟物料在实际工况下受载情况，能真实地测试物料的特性。

本发明中，PC机通过通讯控制器的分析和处理及摄像机对试验过程的拍摄，完成数值和图像两种数据的收集及存储。最后，在软件的处理下，PC机准确地计算出物料的相关物理特征参数，测试过程更加方便和系统。

(2)本发明采用旋转方式调节升降平台的高低位置；通过调节升降平台到达合适的高度，使测试仪能够放置在其他已有的多种测量仪器上进行联合测试的工作，经水平仪调平后，即可直接使用，适用性强。

(3)本发明可通过简单拆卸及组装，同时控制多个伺服电机，在多个方向对多种农业物料进行不同因素的测试，克服了现有压力测试机对形状不规则物料只能单向测量的特点，能模拟物料在实际工况下受载情况，完成一系列难测参数的测量工作。

此外，本发明能够根据测试方式的不同而改变紧固工作末端，能够对物料进行挤压、拉伸、碰撞、正切、滑切等多种农业物料的物理力学测试，能更真实地模拟出果蔬在受拉伸、压缩或切割等情况下的实际工况。通过调节伺服电机的转动速度，能达到调节进给速度的要求。此外，测试仪能够按照试验测试员的要求，在工作末端上使用非标测试工作末端机构，进而满足特殊的试验要求。因而，该测试仪具有通用性强、功能多样，结构简单的特点。

(4)本发明采用计算机进行通讯控制，摄像头全程监测，图像数据与测试过程中产生的压力、位移等力学数据相结合，准确、高效和智能地从视觉和触觉两方面对试验过程进程完整的记录。为农业物料的测试提供了方便快捷的测量仪器，填补了测量机械在农业应用行业的市场空白，具有良好的市场前景。

本发明的通讯控制器除了具有PC机操作外，还具有手动遥控微调操作的功能，并且能够在工作末端在接触物料的瞬间发出声音警报，安全性能好。

附图说明

图1是本发明一个实施例中农业物料工况模拟机构的立体结构图；

图2是本发明一个实施例中工作末端的截面图；

图3是本发明另一实施例中农业物料工况模拟机构的立体结构图；

图4是本发明另一实施例中工作末端的截面图；

图5是本发明一个实施例中农业物料物理特性测试仪的整机示意图；

图6是本发明农业物料物理特性测试仪的控制框图；

图中：1、旋转支脚；2、升降平台；3、滑轨座盖子；4、夹持板；5、丝杆；6、升降支脚；7、固定板；8、伺服电机；9、滑轨座；10、连接板11、传感器；12、滑块；13、下架子底座；14、角码；15、调高板；16、上架子底座；17、切割电机；18、虎钳；19、摄像机；20、农业物料工况模拟机构；21、遥控器；22、控制器；23、PC机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的具体实施方式不限于此。

实施例1

图1为进行拉伸或挤压测试时农业物料工况模拟机构的立体结构图，包括升降平台、固定板及3个或4个工作末端。升降平台2由四个升降支脚6支撑，平台表面加工了通孔，通孔起分度的作用；升降平台设有外表面具有外螺纹的四个旋转支脚1，与内表面均为内螺纹的四个升降支脚6配套安装，并能通过转动旋转支脚1调整升降支脚6的上下位置。每个固定板7能按照测试员的测试所设条件对角度、距离等因素在升降平台上对位置调整。

参见图2，每个工作末端包括滑轨座9、伺服电机8、丝杆5、滑块12、连接板10、传感器11及夹持板4；伺服电机及夹持板分别设置在工作末端的两端，每个工作末端设有夹持板的一端靠近升降平台的中心，而设有伺服电机的一端靠近升降平台的外周；农业物料放置在多个工作末端的夹持板之间。滑轨座9带导轨，且位置根据固定板7上定位孔的位置沿升降平台2的径向以一定的安全距离调节后，采用电机端朝外的方式使用螺栓连接紧固在固定板7上；丝杆5安装在滑轨座9内的前端面，并由连接在滑轨座9后端面上的伺服电机8带动其旋转；滑块12安装在滑轨座9上，其滑轨槽面需与滑轨座9的导轨面重合且滑块12的加工孔能够让丝杆5通过；伺服电机8带动丝杆5转动时，丝杆5带动滑块12在滑轨座9上沿着丝杆的方向做前后移动；连接板10紧固在滑块12的表面；传感器11的两侧分别与连接板10、夹持板4相连，当夹持板4与物料接触受压时，传感器按照一定的频率，把压力转换成信号，并且发送到控制器中进行数据的转换、存储及分析。

本发明农业物料物理特性测试仪，主要包括前述农业物料工况模拟机构、控制执行系统及外部附加设备等几部分。如图5所示为该测试仪的整机示意图；外部附加设备即摄像机19安装在农业物料工况模拟机构20的附近，与PC机23相连并受其控制；控制执行系统主要包括相连接的PC机23及控制器22。摄像机19需时刻对准农业物料工况模拟机构的多功能工作末端以记录测试仪在正常的模拟测试时，被测农业物料的外表变化；农业物料工况模拟机构固定在水平面上，高度可调。

如图6所示，在控制执行系统中，与控制器通讯端口连接的电机驱动器与农业物料工况模拟机构中伺服电机8连接，与控制器22通讯端口连接的A/D转换模块与传感器相连，信号全部通过数据线传输。此外，控制执行系统中的PC机及控制器采用串口的连接方式通讯；控制器外接遥控器21，可对农业物料工况模拟机构进行启动、停止、微调等常规操作。

测试仪开始工作时，PC机首先打开摄像机，然后传输信号到控制器，使其对伺服电机8按照模拟测试条件进行工作，控制器通过驱动模块把控制数据输出到伺服电机8中；传感器受力后，把压力信号转换为电信号，电信号通过串口传送到PC机中，PC机对控制器输出给工作末端的控制数据及来自工作末端的模拟测试数据进行处理后，在屏幕中输出显示相关力学曲线。

实施例2

如图3所示为进行切割测试时农业物料工况模拟机构的立体结构图，包括升降平台、固定板及一个工作末端；升降平台及固定板的结构均与实施例1相同，所不同的是工作末端。

参见图4，工作末端包括高度可调的紧固架、滑轨座9、伺服电机8、丝杆5、滑块12、连接板10、传感器11及切割电机17。伺服电机8及切割电机17分别设置在工作末端的两端；丝杆5安装在滑轨座9上，且分别与伺服电机8、滑块12连接；滑块12上设有用于连接切割电机17的连接板10；紧固架固定在升降平台上且靠近切割电机，农业物料放置在紧固架上。

紧固架由下架子底座13、上架子底座16、角码14、调高板15及虎钳18四个部分组成。下架子底座紧固在升降平台2的中央；调高板15设置在下架子底座13与上架子底座16之间，虎钳18设置在调高板15中且可平行上下移动。虎钳18的高度主要根据试验测试时切割刀具的高度位置而定；当需要对果梗进行倾斜安装的时候，可以通过在虎钳的活动钳口处放置微型铁板进行夹持安装，并手动旋转丝杆扭紧。紧固架安装完成后，调整工作末端，把测试使用的切割电机17安装到实施例1中夹持板4的位置，并与传感器11连接，切割电机17上安装切割刀片。

摄像机启动后，切割电机17进行工作，切割刀片转动。在滑块12沿丝杆做移动运动时，切割电机驱动切割刀片完成切割试验，并由传感器11把切割试验的测试数据传动到控制器中，其后的过程与实施例1中测试仪的数据传输和通讯控制过程一致。

如图6所示，测试仪工作时，PC机打开摄像机，并输送启动工作的指令到控制器，控制器通过通讯模块接收到来自PC机的指令后，通过控制器分析后，利用运动控制模块，将控制器的指令传送到四个电机驱动器中，然后电机驱动器控制伺服电机按照规定的速度或者位移进行执行。当传感器刚开始接触被测物料时，会把信号通过A/D转换模块传送到控制器，并由控制器发出声音警报；随着伺服电机8的转动，安装在导轨座8上的滑块12便开始按照丝杆的方向前后移动，并且带动传感器11移动，传感器受力后把信号通过A/D转换模块转换成能够被控制器识别的电信号数据，并且在控制器中进行存储和分析；当试验完成时，控制器把来自传感器的电信号和伺服电机的转动数据通过串口，传送到PC机上，PC机进行软件处理；摄像机在试验结束时关闭，并把数据传送到PC机上；完成一次试验测试。

Claims (10)

1.农业物料工况模拟机构，其特征在于：包括平台及至少一个工作末端；所述工作末端位置可调地固定在平台上的，用于模拟测试农业物料在实际工况中被拉伸、挤压或切割，并检测模拟测试的数据。

2.根据权利要求1所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述工作末端设有2个以上，工作末端包括滑轨座、伺服电机、丝杆、滑块、连接板及夹持板，伺服电机及夹持板分别设置在工作末端的两端，每个工作末端设有夹持板的一端靠近平台的中心，而设有伺服电机的一端靠近平台的外周；丝杆安装在滑轨座上，且分别与伺服电机、滑块连接；滑块上设有用于连接夹持板的连接板；农业物料放置在多个工作末端的夹持板之间。

3.根据权利要求2所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述工作末端还包括传感器，所述传感器位于夹持板与连接板之间。

4.根据权利要求1所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述工作末端设有至少一个，工作末端包括高度可调的紧固架、滑轨座、伺服电机、丝杆、滑块、连接板及切割电机，伺服电机及切割电机分别设置在工作末端的两端；丝杆安装在滑轨座上，且分别与伺服电机、滑块连接；滑块上设有用于连接切割电机的连接板；紧固架固定在平台上且靠近切割电机，农业物料放置在紧固架上。

5.根据权利要求4所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述工作末端还包括传感器，所述传感器位于夹持板与切割电机之间。

6.根据权利要求4所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述紧固架包括下架子底座、上架子底座、调高板及虎钳，下架子底座紧固在平台上，调高板设置在下架子底座与上架子底座之间，虎钳设置在调高板中且可平行上下移动。

7.根据权利要求1所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述农业物料工况模拟机构还包括固定板，所述平台及固定板均设有若干用于固定所述工作末端的通孔，工作平台通过固定板位置可调地固定在平台上。

8.根据权利要求1所述的农业物料工况模拟机构，其特征在于，所述平台为升降平台，升降平台设有外表面具有外螺纹的旋转支脚，以及内表面设有内螺纹的升降支脚，旋转支脚与升降支脚配套安装。

9.农业物料特性测试仪，其特征在于，包括PC机、控制器以及权利要求1-8中任一项所述的农业物料工况模拟机构；PC机与控制器连接，控制器与农业物料工况模拟机构连接；PC机向控制器输出控制信号，使控制器控制工作末端按照模拟测试条件进行工作；PC机对控制器输出给工作末端的控制数据及来自工作末端的模拟测试数据进行处理，输出显示相关力学曲线。

10.根据权利要求9所述的农业物料特性测试仪，其特征在于，所述农业物料特性测试仪还包括与PC机连接的摄像机，摄像机对准工作末端以记录模拟测试时被测农业物料的外表变化。