CN104280335B - 一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征是利用摆杆A与夹取针A之间贯接压力传感器A、摆杆B与夹取针B之间贯接压力传感器B，在支撑杆A、支撑杆B和拉杆牵拉作用下，构造出可测试夹取针A与夹取针B夹持作用苗钵力学特性的夹持力机构，利用在夹持力机构的横梁上安装可上下滑移的拉压力传感器，构造出可测试夹取针A与夹取针B插入苗钵以及提取苗钵力学特性的提取力机构，利用成熟的力学传感器技术，构造出由计算机系统采集夹钵脱盘力学特性的测试系统。本发明能独立实现不同结构特性的苗钵从穴孔里被夹取针插入、夹持以及提取的力学特性测试作业，对全面研究夹钵脱盘技术具有重要意义，可应用于穴盘苗自动移栽机研发中。

Description

一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置

技术领域

本发明涉及一种农业机械，特别是涉及一种蔬菜、花卉等穴盘苗夹取脱盘力学特性测试装置。

背景技术

近年来，我国穴盘苗机械化移栽技术的研究倍受关注。随着技能型农业劳动力短缺和劳动成本日益增加，迫切需要突破穴盘苗自动高效移栽技术。国外自动移栽机结构复杂、成本高，与我国的育苗技术和其他移栽辅助作业不配套，使得移栽成功率和移栽效率降低。因此，引进国外自动移栽技术的路子行不通，必须依靠自主研发。

自动移栽机最核心的部件是自动取苗机构，而其关键问题是机构设计理论基础缺失，夹取作用机理不清。2003年，宋建农等通过对水稻穴盘秧苗的抗拉力学特性和穴盘拔秧性能进行试验测试,探讨了水稻穴盘秧苗拔秧机理。2004～2005年，马瑞峻等利用现代电测技术对工厂化穴盘育秧秧苗的拔断力进行试验研究，建立了一穴多株秧苗承受的拔断力与株数的关系；针对影响秧苗脱离穴盘的重要因素秧苗状况和营养土含水率，在适宜的营养土钵含水率范围内进行机械手拔起穴盘水稻秧苗所需的拔秧力试验，所做研究为机械拔取秧田秧苗提供设计理论依据。但是，水稻和蔬菜、花卉等育苗移栽方式不一样，水稻穴盘苗是一穴一株/多株秧苗培育，秧苗均匀直立、韧性好，一般直接夹持秧苗拔秧进行栽植。而蔬菜、花卉等穴盘苗是一穴一苗培育，大多数茎/叶较大，而且苗杆比较脆弱，很难直接夹住秧苗进行拔苗栽植，需要夹取针插入钵体夹紧取苗。因此，水稻穴盘苗拔秧机理不能移植到蔬菜、花卉等穴盘苗移栽机上使用。

2013年，韩绿化等人应用质地分析仪对黄瓜穴盘苗钵体进行了平板压缩、加卸载循环和蠕变试验，这为取苗机构夹持设计提供了一定依据，缪小花等人利用万能试验机和质地分析仪两种力学测试仪器，以黄瓜穴盘苗为对象，开展了夹苗拉拔试验测试拉拔力，两针外围夹持苗钵的抗压试验测试钵体抗压性能，运用正交试验法分析了填充量、基质成分体积比、含水率对拉拔力及钵体抗压性能的影响。借助于万能试验机、质地分析仪等仪器可以测试苗钵的质地结构、外围受载等物理力学特性，但不能深入研究夹取针对苗钵的夹取作用规律。2014年，蒋焕煜等人设计了一种以万能试验机为基础可调节指针夹持压缩苗钵的测力平台(申请号：201310007556.9和201320011484.0)。该测力平台利用一系列力学传递模型将苗钵受指针夹持的抗压力值转化为万能试验机所测力，并通过距离坐标变换得到苗钵抗压力与夹取针水平压缩位移的关系，可以研究不同夹取机构参数和钵苗物理特性对夹紧力的影响。本发明的测力平台能开展苗钵夹紧力研究，解决了夹持研究问题，但对夹持苗钵后从孔穴里提取的力学特性无法研究，也不能测试分析夹取针插入过程中的力学特性，因而该测试装夹台不能全面研究夹取针插入苗钵、夹持苗钵、提取苗钵的自动夹取力学特性，并且该测试装夹台需要借助于万能试验机作为基础平台，使得苗钵特性测试具有现有仪器的依赖性。为了使取苗机构设计有科学的理论与方法为指导，有必要进一步研究简单可行的穴盘苗自动移栽高效夹钵脱盘测试装置，全面测试分析夹钵取苗过程中夹取针插入钵体、夹持钵体、提取钵体等的力学特性，以指导夹持机构和提取机构设计，显著提高取苗成功率和移栽质量。

发明内容

本发明的目的是要提供一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，以测量夹取针插入苗钵作用力、夹持苗钵作用力和提取苗钵作用力，从而全面研究穴盘苗自动高效夹取技术。

为了解决以上技术问题，本发明利用成熟的力学传感器技术，构造出由力学传感器获取夹取力学量信号，再由变送器模块实现夹取力学量信号放大、补偿、转换等操作变换成标准的电流或电压信号输出，最后由计算机采集系统记录夹取力学量信号。本发明通过在夹持机构上悬挂拉压力传感器测试夹取针插入和提取苗钵的力学特性，通过在夹取针机构上配置压力传感器测试夹持作用力，以有效测试夹取针插入苗钵、夹持苗钵、提取苗钵过程中的力学特性。本发明采用的具体技术方案如下：

一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于：包括横梁杆(6)、夹取针A(9)、夹取针B(17)、台架(13)，所述夹取针A(9)和夹取针B(17)正对所述台架(13)安装；还包括提取力测试机构和夹持力测试机构，所述提取力测试机构下端与所述夹持力测试机构上端通过所述横梁杆(6)贯通固接。

所述提取力测试机构包括滑轨(1)、滑杆(2)、拉压力传感器(3)，所述滑轨(1)与所述台架(13)分别与测试装置机架固接，所述滑杆(2)与所述滑轨(1)构成移动副联接，且滑杆(2)可在滑轨(1)的导向槽内上下平动滑移；所述滑杆(2)下端与所述拉压力传感器(3)上端固接，所述拉压力传感器(3)下端固接所述横梁杆(6)，使得所述滑杆(2)上下滑移时可带动沿竖直方向依次固接的拉压力传感器(3)与横梁杆(6)。

所述夹持力测试机构包括锁紧螺钉A(4)、锁紧螺钉B(21)、滑块A(5)、滑块B(20)、摆杆A(7)、摆杆B(19)、压力传感器A(8)、压力传感器B(18)、支撑杆A(10)、支撑杆B(16)、拉杆(11)，所述锁紧螺钉A(4)与所述锁紧螺钉B(21)分别销接在所述滑块A(5)与所述滑块B(20)上，所述滑块A(5)与所述滑块B(20)可滑动地同时安装在所述横梁杆(6)上，并沿所述拉压力传感器(3)上下中心线对称分布，测试前放松锁紧螺钉A(4)与锁紧螺钉B(21)，使得所述滑块A(5)与所述滑块B(20)可在所述横梁杆(6)上活动调整，在测试中紧闭锁紧螺钉A(4)与锁紧螺钉B(21)，所述滑块A(5)与所述滑块B(20)可相对所述横梁杆(6)静止不动；所述摆杆A(7)上端与所述滑块A(5)之间、所述摆杆B(19)上端与所述滑块B(20)之间分别以转动副联接，使得所述摆杆A(7)、摆杆B(19)相对所述横梁杆(6)可以灵活摆转；所述摆杆A(7)靠近苗钵的下端与所述压力传感器A(8)下端之间、所述摆杆B(19)下端与所述压力传感器B(18)下端之间均为固定联接，所述压力传感器A(7)上端与所述夹取针A(9)之间、所述压力传感器B(18)上端与所述夹取针B(17)之间均为固定联接，使得所述摆杆A(7)与所述夹取针A(9)之间、所述摆杆B(19)与所述夹取针B(17)之间分别通过所述压力传感器A(8)、压力传感器B(18)贯通固接在一起；所述摆杆A(7)、摆杆B(19)分别和所述支撑杆A(10)、支撑杆B(16)以转动副联接，所述支撑杆A(10)、支撑杆B(16)各自另一端以所述拉压力传感器(3)上下中心线对称布局方式共同铰接在可沿所述滑轨(1)上下平移活动的所述拉杆(11)上，并在铰接点与所述拉杆(11)以转动副联接，从而构造出可测试所述夹取针A(9)和夹取针B(17)夹持作用苗钵力学特性的由支撑杆A(10)、支撑杆B(16)和拉杆(11)联合牵拉的夹持力测试机构。

将培育钵苗的穴盘(14)紧固在测试装置台架(13)上。

根据穴盘苗的大小，通过调整所述滑块A(5)与滑块B(20)在所述横梁杆(6)上沿所述拉压力传感器(3)上下中心线对称间隔距离，配合所述摆杆A(7)与摆杆B(19)分别和所述滑块A(5)与滑块B(19)联接角度调整，可以满足72穴、128穴等不同规格尺寸的穴盘苗任意夹取角度要求，通过调整所述滑杆(2)在所述滑轨(1)内相对测试钵苗的距离，可以满足不同夹取针插入苗钵深度要求，并当向上牵拉所述拉杆(11)时，所述夹取针A(9)与夹取针B(17)闭合夹持作用钵体，当向下上推动所述拉杆(11)时，所述夹取针A(9)与夹取针B(17)打开夹持作用，通过调整所述横梁杆(6)安装结构布局，可以安装沿平面布局的两针夹持力机构、沿圆周120°间隔布局的三针夹持力机构、沿圆周90°间隔布局的四针夹持力机构，以及沿任意圆周角度间隔布局的夹持力机构。

所述一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于所述滑杆(2)的上下滑移可由电机、液压等方式自动驱动，所述拉杆(11)的上下牵拉可由电机、液压等方式自动驱动，也可以手动调整，能灵活调节所述夹取针A(9)、夹取针B(17)以固定变形量夹持作用苗钵。

所述一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，利用成熟的力学传感器技术，构造出由力学传感器获取夹取力学量信号，再由变送器模块实现夹取力学量信号放大、补偿、转换等操作变换成标准的电流或电压信号输出，最后由计算机系统采集记录夹取力学量信号。

本发明的工作过程如下：根据测试要求，调整夹取针A(9)与夹取针B(17)对穴夹取角度，开启拉压力传感器(3)力学量测试，驱动滑杆(2)下移使夹取针A(9)与夹取针B(17)插入钵体内，于是可采集夹取针A(9)与夹取针B(17)插入钵体的插入作用力信号；当夹取针A(9)与夹取针B(17)插入钵体到位后，开启压力传感器A(8)与压力传感器B(18)力学量测试，向上牵动拉杆(11)，夹取针A(9)与夹取针B(17)夹持作用钵体，于是可分别采集夹取针A(9)与夹取针B(17)夹持钵体的夹持作用力信号；保持夹取针A(9)与夹取针B(17)夹持作用钵体，开启拉压力传感器(3)力学量测试，驱动滑杆(2)上移，使得夹取针A(9)与夹取针B(17)提取钵体，于是可采集夹取针A(9)与夹取针B(17)提取钵体的提取作用力信号。

本发明的有益效果为：本发明采用在摆杆A(7)与夹取针A(9)之间、摆杆B(19)与夹取针B(17)之间分别贯通固接压力传感器A(8)与压力传感器B(18)，构造出可测试夹取针A(9)与夹取针B(17)夹持作用苗钵力学特性的夹持力机构，采用在夹取针A(9)、夹取针B(17)构造的夹持力机构上安装可上下滑移的拉压力传感器(3)，构造出可测试夹取针A(9)与夹取针B(17)插入苗钵以及插入夹持后提取苗钵力学特性的提取力机构，利用成熟的力学传感器技术，构造出由计算机系统采集记录夹钵脱盘力学特性的测试系统，从而利用所构造的夹钵取苗测试装置可独立实现不同穴盘、基质配比、压实度、含水率、盘根情况等的苗钵从穴盘孔穴里被夹取针A(9)与夹取针B(17)插入、夹持以及插入夹持后提取的力学特性测试作业，对全面研究穴盘苗自动夹钵脱盘高效移栽技术具有重要意义。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明所涉及的夹持机构示意图。

图3是本发明的测力示意图。

图4是本发明的力学量测试示意图。

图中：1.滑轨 2.滑杆 3.拉压力传感器 4.锁紧螺钉A 5.滑块A 6.横梁杆 7.摆杆A 8.压力传感器A 9.夹取针A 10.支撑杆A 11.拉杆12.基质 13.台架 14.穴盘 15.根系 16.支撑杆B 17.夹取针B 18.压力传感器B 19.摆杆B 20.滑块B 21.锁紧螺钉B 22.幼苗。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体技术方案做进一步详细说明。

如图1所示，本发明整体结构由滑轨1、滑杆2、拉压力传感器3、横梁杆6、夹取针A9与夹取针B17的夹持力部件、支撑杆A10与支撑杆B 16、拉杆11、台架13构成，其中，各运动副及零部件的具体布置如下：滑轨1与台架13固接在测试装置机架上，滑杆2与滑轨1通过移动副联接，滑杆2可在滑轨1的导向槽内上下滑移，滑杆2下端与拉压力传感器3的上端固定联接；夹取针A9与夹取针B17的夹持力部件，悬挂在横梁杆6上，由锁紧螺钉A4与锁紧螺钉B21、滑块A5与滑块B20、摆杆A7与摆杆B19、压力传感器A8与压力传感器B18、夹取针A9与夹取针B17、支撑杆A10与支撑杆B16、拉杆11构成，横梁杆6固接在拉压力传感器3的下端，同时在横梁杆6上沿拉压力传感器3上下中心线对称布局方式活动联接夹持部件上的滑块A5与滑块B20，滑块A5与滑块B20上分别通过销接方式安装锁紧螺钉A4与锁紧螺钉B21，于是测试前通过放松锁紧螺钉A4与锁紧螺钉B21可使滑块A5与滑块B20在横梁杆6上活动调整，在测试中通过紧闭锁紧螺钉A4与锁紧螺钉B21可使滑块A5与滑块B20相对横梁杆6静止固定，摆杆A7上端与滑块A5之间、摆杆B19上端与滑块B20之间分别以转动副联接，使得摆杆A7与摆杆B19相对横梁杆6可以灵活摆转，摆杆A7靠近苗钵下端与压力传感器A8下端之间、摆杆B19下端与压力传感器B18下端之间分别固定联接，压力传感器A8上端与夹取针A9之间、压力传感器B18上端与夹取针B17之间分别固定联接，使得摆杆A7与夹取针A9之间、摆杆B19与夹取针B17之间分别贯通固接压力传感器A8与压力传感器B18，摆杆A7与摆杆B19分别和支撑杆A10与支撑杆B16以转动副联接，支撑杆A10与支撑杆B16以拉压力传感器3上下中心线对称布局方式铰接在活动拉杆11上，并在铰接点以转动副联接，使得当向上牵拉拉杆11时，夹取针A9与夹取针B17闭合产生夹持动作，当向下上牵动拉杆11时，夹取针A9与夹取针B17打开夹持动作，从而构造出可测试夹取针A9与夹取针B17夹持作用苗钵力学特性的由支撑杆A10、支撑杆B16和拉杆11联合牵拉的夹持力机构；在夹取针A9与夹取针B17分别和压力传感器A8与压力传感器B18、摆杆A7与摆杆B19、滑块A5与滑块B20和横梁杆6通过一系列联接约束构造出的夹持力机构上安装可上下滑移的拉压力传感器3，从而构造出可测试夹取针A9与夹取针B17插入、提取苗钵的力学特性的提取力机构。

一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，用于测试生长在穴盘孔穴里的钵苗，其中，钵苗，由幼苗22、根系15、育苗基质12构成，苗钵，是育苗基质12通过所述幼苗22的根系15的穿插、网络、包裹等作用形成的复合结构体，其特征在于苗钵生长在穴盘14孔穴里，为了有效测试夹钵脱盘力，将培育钵苗的穴盘14紧固在测试装置台架13上。

一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于滑杆2的上下滑移可由电机、液压等方式自动驱动，拉杆11的上下牵拉可由电机、液压等方式自动驱动，也可以手动调整，能灵活调节夹取针A9、夹取针B17以固定变形量夹持作用苗钵。

如图2所示，一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于通过调整横梁杆6安装结构布局，可以构造出沿平面布局的两针夹持机构测力、沿圆周120°间隔布局的三针夹持机构测力、沿圆周90°间隔布局的四针夹持机构测力，以及沿任意圆周角度间隔布局的夹持机构测力。

如图3所示，本发明的测试装置可有效测试穴盘苗自动夹取过程中夹取针A9与夹取针B17夹持作用苗钵的夹持力F_J，以及夹取针A9与夹取针B17插入、夹持苗钵后提取苗钵的作用力F_T。

如图4所示，一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，利用成熟的力学传感器技术，构造出由力学传感器获取夹取力学量信号，再由变送器模块实现力学量信号放大、补偿、转换等操作变换成标准的电流或电压信号输出，然后通过采集卡传输采集，最后由计算机系统记录力学量信号。

以两针夹钵取苗脱盘为例，本发明的工作过程如下：

测试前，将待检测穴盘苗紧固在台架13上，并根据穴孔尺寸大小，调整滑块A5、滑块B20在横梁杆6上沿拉压力传感器3上下中心线对称的间隔距离，配合调整拉杆11上下牵拉夹持针A9、夹取针B17开合度，从而调整摆杆A7在滑块A5上的联接角度以及摆杆B 19在滑块B20上的联接角度，以获得夹取针A9、夹取针B17对苗钵任意插入角度以及入钵开度测试，接着使滑杆2在滑轨1上向测试钵苗方向滑移，以获得夹取针A9、夹取针B17对苗钵任意插入深度，通过计算机采集滑移运动过程中拉压力传感器3的力学量信号可获得夹取针A9、夹取针B17对苗钵产生的插入作用力大小，然后向上滑移调整牵拉杆11，使夹取针A9、夹取针B17对苗钵产生夹持作用，通过计算机采集牵拉过程中压力传感器A8、压力传感器B18可获得夹取针A9、夹取针B17对苗钵产生的夹持作用力大小，最后以一定速度使驱动滑杆2在滑轨1上背离测试钵苗方向滑移，使夹取针A9、夹取针B17对插入夹持的苗钵产生提取作用，通过计算机采集滑移过程中拉压力传感器3的力学量信号可获得插入夹持苗钵后夹取针A9、夹取针B17对苗钵产生的提取作用力大小，于是通过分析可研究夹取针A9、夹取针B17对苗钵产生的插入、夹持、提取作用力特性。

其它以夹取针入钵夹持方式来提取钵苗的三针、四针等夹持机构对夹钵脱盘力学特性测试，可通过调整横梁杆6安装结构布局，构造出三针、四针等夹持力机构，均可参照上面实施例所述两针夹钵取苗脱盘操作来测试夹取针对苗钵产生的插入、夹持、提取作用力大小，进而通过分析研究不同构造夹取机构对苗钵产生的插入、夹持、提取作用力特性。

Claims (2)

1.一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于：包括横梁杆(6)、夹取针A(9)、夹取针B(17)、台架(13)，所述夹取针A(9)和夹取针B(17)正对所述台架(13)安装；还包括提取力测试机构和夹持力测试机构，所述提取力测试机构下端与所述夹持力测试机构上端通过所述横梁杆(6)贯通固接；

所述提取力测试机构包括滑轨(1)、滑杆(2)、拉压力传感器(3)，所述滑轨(1)与所述台架(13)分别与测试装置机架固接，所述滑杆(2)与所述滑轨(1)构成移动副联接，且滑杆(2)在滑轨(1)的导向槽内上下平动滑移；所述滑杆(2)下端与所述拉压力传感器(3)上端固接，所述拉压力传感器(3)下端固接所述横梁杆(6)，使得所述滑杆(2)上下滑移时带动沿竖直方向依次固接的拉压力传感器(3)与横梁杆(6)；

所述夹持力测试机构包括锁紧螺钉A(4)、锁紧螺钉B(21)、滑块A(5)、滑块B(20)、摆杆A(7)、摆杆B(19)、压力传感器A(8)、压力传感器B(18)、支撑杆A(10)、支撑杆B(16)、拉杆(11)，所述锁紧螺钉A(4)与所述锁紧螺钉B(21)分别销接在所述滑块A(5)与所述滑块B(20)上，所述滑块A(5)与所述滑块B(20)滑动地同时安装在所述横梁杆(6)上，并沿所述拉压力传感器(3)上下中心线对称分布，测试前放松锁紧螺钉A(4)与锁紧螺钉B(21)，使得所述滑块A(5)与所述滑块B(20)在所述横梁杆(6)上活动调整，在测试中紧闭锁紧螺钉A(4)与锁紧螺钉B(21)，所述滑块A(5)与所述滑块B(20)相对所述横梁杆(6)静止不动；所述摆杆A(7)上端与所述滑块A(5)之间、所述摆杆B(19)上端与所述滑块B(20)之间分别以转动副联接，使得所述摆杆A(7)、摆杆B(19)相对所述横梁杆(6)灵活摆转；所述摆杆A(7)靠近苗钵的下端与所述压力传感器A(8)下端之间、所述摆杆B(19)下端与所述压力传感器B(18)下端之间均为固定联接，所述压力传感器A(7)上端与所述夹取针A(9)之间、所述压力传感器B(18)上端与所述夹取针B(17)之间均为固定联接，使得所述摆杆A(7)与所述夹取针A(9)之间、所述摆杆B(19)与所述夹取针B(17)之间分别通过所述压力传感器A(8)、压力传感器B(18)贯通固接在一起；所述摆杆A(7)、摆杆B(19)分别和所述支撑杆A(10)、支撑杆B(16)以转动副联接，所述支撑杆A(10)、支撑杆B(16)各自另一端以所述拉压力传感器(3)上下中心线对称布局方式共同铰接在可沿所述滑轨(1)上下平移活动的所述拉杆(11)上，并在铰接点与所述拉杆(11)以转动副联接，从而构造出测试所述夹取针A(9)和夹取针B(17)夹持作用苗钵力学特性的由支撑杆A(10)、支撑杆B(16)和拉杆(11)联合牵拉的夹持力测试机构。

2.如权利要求1所述的实施一种穴盘苗夹钵脱盘力学特性测试装置，其特征在于：将培育钵苗的穴盘(14)紧固在测试装置台架(13)上。