CN106053046A - 土槽试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土槽试验台，包括土槽，铺设在土槽两侧的平行轨道，在轨道上行驶的台车以及安装在台车上的控制台、测试平台和土壤整理恢复装置等组成部分。本发明土槽试验台设有固定的土槽，在行走台车上架设测试平台，通过测试平台后端的三点悬挂装置挂接被测试的工作部件或小型整机，可模拟拖拉机配挂机具在田间行驶作业的状态，牵引并同时驱动被测机具沿土槽移动，同时在行走台车上安装整理恢复土壤的装置，将行走、测试和土壤整备三大功能组合为一体，且本发明土槽试验台结构设计合理，空间安排紧凑，节省占用空间。

Description

土槽试验台

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种土槽试验台。

背景技术

农机具土槽试验是对农田作业机械整机或工作部件进行试验的有效手段，对于农业装备新产品的研究开发具有重要的意义。土槽试验台主要用于耕耘机械、播种机械、移栽机械、挖掘式收获机械等整机或工作部件的试验研究和性能测试，具有前进速度、水平阻力、垂直受力、侧向受力、转速、扭矩、耕深（以及播种深、施肥深）等性能或状态参数基于虚拟仪器系统的多路信号采集与实时数据处理功能。与田间试验相比，土槽试验台具有费用少，条件可控，能缩短研究周期等优点。现有土槽试验台的形式基本有二种：一种是土槽移动，试验部件相对固定；另一种是土槽不动，试验部件沿土槽移动，它与田间作业情况较相似，相对而言，前者多为小型土槽，后者大多为大型土槽。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种新型的带动试验部件沿土槽移动的土槽试验台，其技术方案为：

一种土槽试验台，包括土槽，铺设在土槽两侧的平行轨道，在轨道上行驶的台车以及安装在台车上的控制台、测试平台和土壤整理恢复装置，其特征在于：

所述土壤整理恢复装置包括旋耕机和镇压器，控制台及所述旋耕机安装在行走台车的前部，镇压器安装在行走台车的中部，测试平台安装在镇压器的后方，被测机具挂接在所述测试平台的尾部；

所述测试平台包括基板和安装在基板上的为被测机具提供工作动力的动力输出机构，所述基板通过沿台车宽度方向延伸的滑槽与台车的车架连接，基板尾部通过液压三点悬挂装置与三维测力装置活动连接，所述三维测力装置与被测机具活动连接；

所述行走台车为四轮驱动，包括车轮、车架、驱动装置、车轮传动与制动机构，所述驱动装置为变频调速双向电机，所述变频调速双向电机的动力输出轴通过双离合变速箱与车轮传动机构连接，所述车轮传动机构包括连接两前轮的前轮轴、连接两后轮的后轮轴以及连接前轮轴与后轮轴的万向传动轴，所述万向传动轴通过双锥齿轮与前轮轴、后轮轴传动连接；所述万向传动轴设置在车架的一侧，所述双离合变速箱设置在车架的另一侧，与所述前轮轴连接。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述三维测力装置包括测力架以及安装在测力架上的传感器组，所述测力架由并在一起的前框架和后框架组成，液压三点悬挂装置的连接杆与所述前框架活动连接，后框架则与被测机具活动连接，所述前框架和后框架均为左右对称结构，呈“A”字型，由两侧臂和横向连接在两侧臂之间的横杆组成，所述侧臂的下部为一段竖杆，以行走台车牵引方向为X轴方向，所述横杆延伸的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述传感器组包括三个按牵引方向布置的X轴拉压力传感器、两个按竖向布置的Z轴拉压力传感器和一个按横杆方向布置的Y轴拉压力传感器，各传感器两端的关节轴承以螺栓和螺母的连接方式分别固定在前、后框架上，三个X轴拉压力传感器以左右对称的方式分别布置在测力架的顶部和前、后框架的侧臂竖杆上，两个Z轴拉压力传感器左右对称地布置在测力架前、后框架的两侧臂竖杆上，所述Y轴拉压力传感器布置在前、后框架横杆的中部。

所述测试平台设有一耕深测量装置，所述耕深测量装置安装在基板上，设有收绳式位移传感器和安装有滑轮的伸缩杆，所述伸缩杆的一端延伸到被测机具的上方，收绳式位移传感器拉出的钢丝绳绕过伸缩杆上的滑轮，垂直系于被测机具上。

所述动力输出机构包括变频调速电动机、变速器与分向变速箱，所述电动机通过一级皮带轮减速带动所述变速器，所述变速器的输出动力经过扭矩转速传感器传递给分向变速箱，所述分向变速箱设有沿台车牵引方向设置的第一输出轴和垂直于第一输出轴的的第二输出轴，分向变速箱输入轴通过双锥齿轮结构将动力传输给所述第二输出轴，所述第二输出轴再通过双锥齿轮结构将动力传输给第一输出轴。

所述双离合变速箱的箱体内设有传动齿轮组以及以相背的方式串接在双离合变速箱输入轴上的第一离合器和第二离合器，所述第一离合器、第二离合器均为电磁离合器。所述传动齿轮组包括固定在第一离合器从动盘上的第一齿轮，固定在第二离合器从动盘上的第二齿轮，固定在第一过渡轴上的第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮，固定在双离合变速箱输出轴上的第十齿轮，所述第一齿轮与第三齿轮啮合，第二齿轮与第四齿轮啮合，所述第一齿轮的分度圆直径大于第二齿轮，第四齿轮的分度圆直径大于所述第三齿轮与第五齿轮，所述第一过渡轴与输出轴之间还设有一个以上的中间过渡轴，每个中间过渡轴上均设有两个齿轮，包括一动力输入端齿轮和一动力输出端齿轮，且在同一中间过渡轴上和相邻中间过渡轴间，动力输入端的齿轮分度圆直径均大于动力输出端齿轮的分度圆直径；所述第五齿轮与一中间过渡轴上的动力输入端齿轮啮合，且分度圆直径小于该齿轮；所述第十齿轮与一中间过渡轴上的动力输出端齿轮啮合，且分度圆直径大于该齿轮。

所述制动机构包括制动盘和电磁钳盘式制动器，所述制动盘固定安装在所述前轮轴上，其外侧盘体位于电磁钳盘式制动器的钳口处，所述电磁钳盘式制动器得电时钳口释放，失电时钳口夹紧。

本发明土槽试验台包括对所述三维测力装置进行整体标定的砝码杠杆式可移动静标定装置，所述标定装置设有一可移动的小车，所述小车设有底板，所述底板上安装有竖直设置的砝码支架和杠杆支架，砝码支架位于所述杠杆支架的后侧。所述杠杆支架上安装有缠带轮，杠杆支架的顶端和前/后侧设有卡槽，缠带轮通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定，所述缠带轮与一设置在缠带轮后方的杠杆臂固定连接，所述砝码支架的顶端设有一定滑轮，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮上方绕过与所述杠杆臂的后端连接。所述杠杆臂的后端设有一连接第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面，所述圆弧形面的圆心落在所述缠带轮的中心轴螺杆上，第二连接带连接在所述圆弧形面上。在标定装置处于初始状态时，使第二连接带贴覆在所述圆弧形面上一段，使杠杆臂转动过程中，缠带轮中心轴到杠杆臂端头这一段力臂距离保持不变。

连接测力传感装置的连接端头通过第一连接带与缠带轮连接，所述第一连接带的尾部固定在缠带轮的上部，标定时，第一连接带从缠带轮下方绕过。

所述杠杆臂由两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮的轮盘上，所述夹板上设有沿杠杆臂延伸的多个轴孔。

所述标定装置设有一夹持梁，小车底板上表面设有多根限位钢管，其中包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，所述夹持梁的两端均设有套筒，套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体通过卡夹固定在所述液压三点悬挂装置上。

所述镇压器包括升降电机与镇压轮，所述升降电机的输出轴通过联轴器与升降丝杠连接，镇压轮安装架固定在升降丝杠的螺母套上，所述镇压轮安装架包括上下两个“ㄇ”形支架，上部“ㄇ”形支架由一横杆和连接在横杆下方两端的竖杆组成，所述竖杆设有弹簧缓冲器；下部“ㄇ”形支架包括横杆和连接在其横杆下方两端的竖板，所述竖板的外侧设有限位板，所述限位板竖向设置且垂直于竖板，限位板的两侧设有夹持住限位板的限位滚轮，以保证镇压轮安装架及镇压轮随丝杠螺母套上下运动的过程中保持竖直。所述的上部“ㄇ”形支架通过竖杆与下部 “ㄇ”形支架的横杆连接，镇压轮通过其两端的轮轴与下部 “ㄇ”形支架的两竖板铰接。所述镇压器通过安装支架安装在台车车架上，所述安装支架通过轴承座与升降丝杠连接。

有益效果：

本发明土槽试验台设有固定的土槽，在行走台车上架设测试平台，通过测试平台后端的三点悬挂装置挂接被测试的工作部件或小型整机，模拟拖拉机配挂机具在田间行驶作业的状态，牵引并同时驱动被测机具沿土槽移动，同时在行走台车上安装整理恢复土壤的装置，将行走、测试和土壤整备三大功能组合为一体，且本发明土槽试验台结构设计合理，空间安排紧凑，节省占用空间。

附图说明

图1为双离合变速箱的结构示意图；

图2为双离合变速箱的剖面结构示意图；

图3为传动与制动机构的俯视结构示意图；

图4为行走台车的结构示意图；

图5为测试平台动力输出机构的主视结构示意图；

图6为测试平台动力输出机构的俯视结构示意图；

图7为测试平台动力输出机构的后视结构示意图；

图8拉压力传感器的三维坐标配置图；

图9为拉压力传感器在测力架上的配置图；

图10为本发明土槽试验台后部结构的示意图；

图11为标定装置实施牵引力标定的结构示意图；

图12为标定装置实施垂直力标定的结构示意图；

图13为标定装置实施侧向力标定的主视结构示意图；

图14为标定装置实施侧向力标定的侧视结构示意图；

图15为旋耕机的结构示意图；

图16为镇压器的主视结构示意图；

图17为镇压器的侧视结构示意图；

图18为镇压器的俯视结构示意图；

图19为本发明土槽试验台主体结构的俯视图；

图20为本发明土槽试验台主体结构的主视图；

图21为本发明土槽试验台的工作状态参考图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的技术方案与技术目的，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图10、图20所示的一种土槽试验台，包括土槽1，铺设在土槽1两侧的平行轨道2，在轨道2上行驶的台车3以及安装在台车3上的控制台8、测试平台4、土壤整理恢复装置、砝码杠杆式可移动静标定装置等组成部分，具体如下：

（一）土槽、轨道及台车，如图1至图4所示：

所述土槽1为地坑式土槽，前后两段为缓冲区，台车3从缓冲区出发，逐渐加速到试验所需的前进速度、动力输出轴转速、耕深等参数条件时，控制台8的控制系统才开始采集数据。地坑式土槽系砖混结构，槽壁槽底敷设砂浆防水层，槽内从底向上分别填充大石块、小石块、碎石、沙石及工程土，优点是有机质含量低，可避免微生物孳生而散发腐臭气味，改善实验室内工作环境；缺点是降低了对农田土壤的模拟程度。土槽设有自来水喷灌装置，槽底有排水设施，因而土体的含水量和含水率可调节，从干燥到过饱和，以模拟旱地或水田的土壤性状。

土槽1槽沿两侧对称铺设轨道2，支承台车的行驶和驻停，轨道两端设置缓冲限位器以确保台车3在极限状态下不致越位脱轨。

本发明土槽试验台的台车3设计为四轮驱动，包括车轮、车架、驱动装置、传动与制动机构等组成部分，设计行驶速度为0.13～2.5米/秒，相当于0.468～9km/h，牵引力≥2500N。

所述驱动装置为变频调速双向电机31，所述变频调速双向电机31的动力输出轴通过一双离合变速箱32与传动机构33连接，如图4所示。

所述双离合变速箱32设计为两档变速，分高速档和低速档。双离合变速箱2的箱体内设有第一离合器3201、第二离合器3202和传动齿轮组，所述第一离合器3201、第二离合器3202均采用电磁离合器，以相背的方式串接在双离合变速箱输入轴3215上，即两电磁离合器的主动盘相近，从动盘相远，所述第一离合器3201、第二离合器3202的主动盘之间通过隔套隔开。所述传动齿轮组包括固定在第一离合器3201从动盘上的第一齿轮3217，固定在第二离合器3202从动盘上的第二齿轮3203，固定在第一过渡轴3214上的第三齿轮3216、第四齿轮3204和第五齿轮3205，固定在双离合变速箱输出轴3211上的第十齿轮3210。所述第一齿轮3217与第三齿轮3216啮合，第二齿轮3203与第四齿轮3204啮合，所述第一齿轮3217的分度圆直径大于第二齿轮3203，第四齿轮3204的分度圆直径大于所述第三齿轮3216与第五齿轮3205。所述第一过渡轴3214与输出轴3211之间还设有第二过渡轴3213和第三过渡轴3212两个中间过渡轴，所述第二过渡轴3213上固定安装有第六齿轮3206和第七齿轮3207，第三过渡轴3212上固定安装有第八齿轮3208和第九齿轮3209，所述第五齿轮3205与第六齿轮3206啮合，第七齿轮3207与第八齿轮3208啮合，第九齿轮3209与第十齿轮3210啮合，且在同一中间过渡轴上和不同中间过渡轴间，第二过渡轴3213和第三过渡轴3212上作为动力输入端的齿轮分度圆直径均大于作为动力输出端的齿轮的分度圆直径，使传动速度递减，如图2所示。

本发明台车3用两个电磁离合器分别联接高速档和低速档，在通过土槽试验台测试机具，需要模拟快速作业时，选高速档，控制第一离合器3201的从动盘与主动盘结合，第二离合器3202处于分开的状态；需要模拟慢速作业时选低速档，制第二离合器3202的从动盘与主动盘结合，第一离合器3201处于分开的状态，再配合电动机的变频调节，可实现高、低速两档的无级调速。另外，通过变速箱变速，在速度变慢的同时，扭矩会变大，故变速箱的轴径从高速轴到低速轴，会越变越大，齿轮的模数也会越来越大，假设所述第十齿轮3210和与其啮合的第九齿轮3209的模数为M1，所述第五齿轮3205和其余中间过渡轴上的齿轮（第六、第七和第八齿轮） 的模数为M2，第一齿轮3217、第二齿轮3203、第三齿轮3216和第四齿轮3204的模数为M3，则M1>M2>M3。

所述传动机构33包括连接两前轮3301的前轮轴3306、连接两后轮的后轮轴3303以及连接前轮轴3306与后轮轴3303的万向传动轴3307，所述前轮轴3306、后轮轴3303通过传动轴固定座3302安装在车架上。所述万向传动轴3307两端分别设有铰链连接结构，所述铰链连接结构通过过渡轴、双锥齿轮与前轮轴3306、后轮轴3303传动连接，使传动力改变方向。

所述制动机构包括对称设置在前轮轴3306左右两侧的制动盘3304和电磁钳盘式制动器3305，所述制动盘3304固定安装在所述前轮轴3306上，其外侧盘体位于电磁钳盘式制动器3305的钳口处。所述电磁钳盘式制动器3305得电时钳口释放，失电时钳口夹紧，以保障车体在断电时的行车安全。台车3在行走过程中，需要随时能够制动，因为实验室用土槽使用频率低，且不是高速长距离运行，故选用电磁钳盘式制动器，通过弹簧制动，电力释放，结构简单安装方便，更换快捷，制动衬垫磨损后调整也简单。

所述变频调速双向电机31安装在车架上，位于车体一侧前轮的上方，如图4所示，所述双离合变速箱32的输入轴3215、第一过渡轴3214、第二过渡轴3213、第三过渡轴3212与输出轴3211由上至下依次排列，且使其轴心位于同一竖向线上，双离合变速箱32的输出轴3211与前轮轴3306的一端传动连接，所述前轮轴3306的另一端则通过双锥齿轮带动万向传动轴3307转动，再由万向传动轴3307带动后轮轴3303转动。

所述双离合变速箱32箱体外部设有安装支架，箱体顶部设有通过吊环螺栓固定的端盖，所述端盖上设有 透气塞。

（二）测试平台，如图5至图10所示；

所述测试平台4包括基板48、动力输出机构7、耕深测量装置49、三维测力装置410等组成部分。

所述基板48安装在行走台车3的车架上，通过沿车架宽度方向延伸的燕尾滑槽与车架连接。测试平台4通过电机和丝杠控制基板48左右移动，以便充分利用土槽1的宽度，减少土壤整理次数。

所述基板48的尾部通过拖拉机液压三点悬挂装置与三维测力装置410连接，用于感知被测机具9在试验行程中的水平纵向受力（前进方向土壤阻力或台车牵引力）、竖直向受力（被测机具重力与土壤反力的合力）以及水平横向受力（土壤侧向反力）。同时针对液压三点悬挂装置，基板48上安装有一套由独立的电机和油泵组成的液压供油系统，实现对被测机具的挂接和起落，并模拟拖拉机配挂机具对耕深的浮动控制和位置控制。

所述三维测力装置410包括采用空心钢管制成的测力架以及安装在测力架上的传感器组。所述测力架由对齐并在一起的前框架和后框架组成，所述前框架与后框架结构相同，如图10所示，液压三点悬挂装置的连接杆44按照三点悬挂装置的常规连接方式与所述前框架的上悬挂孔和下悬挂销铰接，后框架左右两侧的下连接套与被测机具9的下悬挂销铰接，后框架的上悬挂孔通过伸缩可调节的螺杆与被测机具9机身中部的后悬挂孔铰接，使测力架和被测机具9能相互独立地调节俯仰，保证测力架在试验测量时其框架保持垂直于土槽1的姿态，并且被试机具9在试验测量时持正常的作业姿态, 以提高测量精度。

如图9所示，所述前框架和后框架均为左右对称结构，呈“A”字型，依照液压三点悬挂装置标准设计，由两侧臂和横向连接在两侧臂之间的横杆组成，所述侧臂下部为一段竖杆。所述后框架的横杆中部还设有可拆卸的连接挂钩，用于挂接传感器标定装置的连接端头。以行走台车3的牵引方向（即土槽轨道延伸的方向）为X轴方向，所述横杆延伸的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述传感器组包括三个按牵引方向布置的X轴拉压力传感器、两个按竖向布置的Z轴拉压力传感器和一个按横杆方向布置的Y轴拉压力传感器。各传感器一端的关节轴承以螺栓和螺母的连接方式固定在前框架上，另一端也通过螺栓和螺母的连接方式固定在后框架上，即保证了非测力方向的必要运动自由度，又消除或缩小了测力方向上的机械间隙，有利于提高测量精度。同时，为了配合各传感器的安装方位，可采用辅助支架安装传感器，将所述支架焊接固定在测力架上，再将传感器的关节轴承通过螺栓螺母固定在所述辅助支架上。三个X轴拉压力传感器分别布置在测力架顶部的下方和前、后框架的侧臂竖杆上，且三个X轴拉压力传感器在测力架上左右对称，两个Z轴拉压力传感器左右对称地布置在测力架前、后框架的两侧臂竖杆上，所述Y轴拉压力传感器则布置在前、后框架横杆的中部。

针对六个拉压力传感器，数据采集模块一般需要配置6个模拟信号输入通道。本实施例中将三个X轴拉压力传感器并联或串联后与数据采集模块连接，两个Z轴拉压力传感器并联或串联后与所述数据采集模块连接，可以使占用数据采集模块的通道数由6个减少到3个，且能增大输出信号，自动完成对被测参量的算术求和，简化数据处理程序，提高测量精度。传感器串联电路的输出电压近似为各传感器输出电压之和，各传感器均需一个独立电源供桥；传感器并联电路的输出电压近似为各传感器输出电压的平均值，而其输出电流近似为各传感器输出电流之和，各传感器可共用一组电源供桥。两者相比较，传感器并联方式有综合精度高、受外界干小、各传感器可共用一个电源供桥从而简化测试电路的优点，所以本实施例优选采用同轴传感器并联的信号输出方式。为了减少传感器偏载误差，对并联电路所使用的各传感器除应保证灵敏度一致外，还应保证输出电阻一致，机械标定传感器时宜采用整体标定方式。

所述耕深测量装置49安装在基板48上，包括收绳式位移传感器和安装有滑轮的伸缩杆，所述伸缩杆的一端延伸到被测机具9的上方，收绳式位移传感器拉出的钢丝绳绕过伸缩杆上的滑轮，垂直系于被测机具9上，收绳式位移传感器随被测机具9试验行程入土深度变化而牵放钢丝绳，传递到编码器而输出数字信号给数据采集模块，实现对机具耕深的测量。

所述动力输出机构包括一变频调速电动机4706、一设有挂挡手柄45的汽车用五档变速器4701与一分向变速箱4702，所述电动机4706通过一级皮带轮减速带动所述变速器4701，变速器4701输出动力经过扭矩转速传感器46传递给分向变速箱4702。所述分向变速箱4702将动力分为中央传递和侧边传递两路，设有沿牵引方向设置的第一输出轴和垂直于第一输出轴的的第二输出轴，分向变速箱输入轴通过双锥齿轮结构与第二输出轴传动连接，所述第二输出轴再通过一副双锥齿轮结构将动力传输给所述第一输出轴。所述第一输出轴通过末级链传动将4703与动力输出轴4704传动连接，动力输出轴4704可通过万向传动轴4705将动力传递给被测机具9，所述动力输出轴4704安装在基板48下方。所述第二输出轴可通过侧边链传动将动力传递给被测机具。对第一输出轴、第二输出轴的选择需根据被测机具的实际使用需求调整，其一输出轴工作时，另一输出轴空转。

（三）土壤整理恢复装置，如图15至图18所示；

所述土壤整理恢复装置的功能是旋耕松土、压实碾平及喷水，整备土壤达到后续试验所需要模拟的物理性状，如一定的平整度、坚实度、含水率及性状的均匀性等。

本实施例中，所述土壤整理恢复装置包括一台旋耕机6和一台镇压器7。

所述旋耕机6由带减速器的电动机提供动力，通过万向传动轴62驱动旋耕机刀架工作，配电动推杆61带动旋耕机刀架起落。

所述镇压器7包括升降电机71与镇压轮75，所述升降电机71的输出轴通过联轴器与升降丝杠76连接，镇压轮安装架71固定在升降丝杠6的螺母套上，所述镇压轮安装架71包括上下两个“ㄇ”形支架，上部“ㄇ”形支架由一横杆和连接在横杆下方两端的竖杆组成，所述竖杆设有弹簧缓冲器78；下部“ㄇ”形支架包括横杆和连接在其横杆下方两端的竖板710，所述竖板710的外侧的安装有限位板711，所述限位板711竖向设置且垂直于竖板710，限位板711与竖板710的连接部位通过加强肋加强连接，限位板711的前后两侧设有夹持限位板711的限位滚轮79，所述限位滚轮79通过支架安装在台车车架上。所述上部“ㄇ”形支架通过竖杆与下部 “ㄇ”形支架的横杆连接，镇压轮5通过其两端的轮轴与下部 “ㄇ”形支架的两竖板710铰接，所述镇压器7通过安装支架74安装在台车车架上，所述安装支架74通过轴承座73与升降丝杠76连接。

本实施例中，所述控制台8及所述旋耕机6安装在台车车架的前部，镇压器7安装在台车车架的中部，测试平台4安装在镇压器7后方，被测机具9挂接在所述测试平台4的尾部，台车驱动装置31安装在旋耕机6与镇压器7之间的车架位置上，台车传动机构33中，所述万向传动轴3307设置在车架的一侧，所述双离合变速箱32设置在车架的另一侧，整体结构安排合理紧凑。

（四）砝码杠杆式可移动静标定装置，如图11至图14所示；

所示砝码杠杆式可移动静标定装置，包括一底部设有滚轮的可移动的小车，所述小车设有水平的底板5101，所述底板5101上安装有竖直设置的砝码支架5102和杠杆支架5103，砝码支架5102位于所述杠杆支架5103的后侧。

所述杠杆支架5103上安装有缠带轮5108，杠杆支架5103的顶端和前侧设有U型卡槽，缠带轮5108通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定。所述缠带轮5108与一设置在缠带轮5108后方的杠杆臂5107固定连接。所述砝码支架5102的顶端设有一定滑轮5105，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮5105上方绕过与所述杠杆臂5107连接。

上述方案中，所述杠杆支架5103与缠带轮5108、杠杆臂5107构成了标定装置杠杆结构的主要组成部分，缠带轮5108的中心轴即为杠杆结构的转动中心，通过调整杠杆结构转动中心两侧力臂的比例，即缠带轮5108半径与缠带轮中心轴到杠杆臂5107后端面距离之比，可将砝码重力放大到合适的倍数后转化为施加在三维测力装置上的力。

所述缠带轮5108通过头部设有连接端头的第一连接带5104与三维测力装置410连接，所述第一连接带5104的尾部固定在缠带轮的顶端，标定时，第一连接带5104从缠带轮5108下方绕过。为了使尺寸计算精准，所述第一连接带5104优选采用抗拉强度高的薄型材料制作，如钢带。所述砝码5106采用C 型砝码，所述砝码盘即为C型砝码挂盘。

所述杠杆臂5107的后侧设有连接砝码盘第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面（即端头后侧面的竖向截面为圆弧形），所述圆弧形面的圆心落在缠带轮的中心轴上，第二连接带连接在所述圆弧形面的下部，贴覆在弧形面上一段，当杠杆臂5107带动端头发生轻微转动时，可使杠杆结构的力臂保持不变。

所述杠杆臂5107的主体两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮5108两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮5108的轮盘上。所述夹板上设有多个沿杠杆臂5107延伸的轴孔，可用于调整杠杆结构两侧力臂的比例。

所述底板5101上表面设有多根限位钢管，其中至少包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，具体可采用正四角形排列的方式在底板上布置四根钢管。对应所述限位钢管，本实施例标定装置配有一夹持梁，所述夹持梁的两端均设有套筒，用于套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体可通过U型卡夹固定在液压三点悬挂装置连接三维测力装置410的连接杆44上。

采用如上所述砝码杠杆式可移动静标定装置整体标定三维测力装置410的过程如下：

（1）确保所述三维测力装置410处于垂直于地面的竖直状态，将标定装置小车移动到三维测力装置410的后方，将所述夹持梁套在小车的左右两个限位钢管上，处于松弛状态。调整所述缠带轮5108在杠杆支架5103上的高度，将其安装在杠杆支架5103的顶端，将第一连接带5104的连接端头挂在所述三维测力装置410的挂钩上，紧固缠带轮5108两侧螺母，移动小车，使第一连接带5104脱离缠带轮的部分沿前后方向水平绷直。将所述夹持梁套在横向排列的两根限位钢管上，在合适的高度位置通过U形卡夹与连接杆44固定连接上，并通过紧定螺钉将夹持梁固定在所述限位钢管上，进而使三维测力装置整体与标定装置相对固定，如图11所示。将三维测力装置410与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力传感装置受X轴牵引力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码。

设本实施例中杠杆比为1:8（缠带轮的半径：缠带轮中心轴到杠杆臂端头后侧面的距离）。三维测力装置410对于牵引力的设计量程为5886N（600kgf），静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作640kgf。对此分作8级，标定过程中砝码盘从零开始逐级加载，每级在挂盘上增加两个C形砝码（10kgf），依杠杆比即各级加载为80kgf、160kgf、240kgf、320kgf、400kgf、480kgf、560kgf、640kgf，用仪器显示传感器信号图形，记录数据；然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3～5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力架对于牵引力(纵向拉力)测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。

（2）在步骤（1）基础上进入测力传感装置受Z轴垂直力的标定过程时，从三维测力装置410上卸下连接端头，松开夹持梁，后退小车，调整所述缠带轮5108的高度到杠杆支架的中腰，如图12所示，将第一连接带5104的连接端头挂在所述三维测力装置410的测力架上，紧固缠带轮5108两侧螺母，移动小车，使第一连接带5104脱离缠带轮的部分保持竖直状态，通过夹持梁将将三维测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力传感装置受Z轴垂直力的标定过程。

此标定过程中，三维测力装置410对于垂直受力的设计量程为3924N（400kgf），静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作440kgf。对此分作11级，从零开始逐级加载，每级在挂盘上增加一个C形砝码（5kgf），依杠杆比即各级加载为40kgf、80kgf、120kgf、160kgf、200kgf、240kgf、280kgf、320kgf、360kgf、400kgf、440kgf，用仪器显示信号图形，记录数据；然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3～5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力装置对于负重测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。

（3）在步骤（1）或步骤（2）基础上进入测力传感装置受Y轴侧向力的标定过程时，从三维测力装置410上卸下连接端头，松开并脱下夹持梁，后退小车，并将小车旋转90度，调整所述缠带轮5108的高度到杠杆支架的顶端，如图13所示，将第一连接带5104的连接端头挂在所述三维测力装置410的测力架上，紧固缠带轮5108两侧螺母，移动小车，使所述第一连接带5104脱离缠带轮的部分沿左右方向水平绷直，通过夹持梁将将三维测力装置410与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力传感装置受Y轴侧向力的标定过程。

此标定过程中，三维测力装置410对于侧向力的设计量程为1962N（200kgf），静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作240kgf。对此分作6级，从零开始逐级加载。每级在挂盘上增加一个C形砝码（5kgf），依杠杆比即各级加载为40kgf、80kgf、120kgf、160kgf、200kgf、240kgf，用仪器显示信号图形，记录数据；然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3～5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力架对于右侧拉力测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。

本发明土槽试验台可实现土槽试验对前进方向（X向）土壤阻力或台车牵引力、机具重力（Z向）与土壤反力的合力以及土壤侧向（Y向）反力等参数的精确测试，由六个拉压传感器的间距和各个传感器测得的受力，经简便的四则运算公式即可计算获知作用于机具上的X，Y，Z轴上的分力和力矩，由此实现了三维测力，避免了传统测力装置在试验前需要在被测机具上贴应变片的准备工作，便于更换机具。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种土槽试验台，包括土槽（1），铺设在土槽两侧的平行轨道（2），在轨道（2）上行驶的台车（3）以及安装在台车（3）上的控制台（8）、测试平台（4）和土壤整理恢复装置，其特征在于：

所述土壤整理恢复装置包括旋耕机（6）和镇压器（7），控制台（8）及所述旋耕机（6）安装在行走台车（3）的前部，镇压器（7）安装在行走台车（3）的中部，测试平台安装在镇压器（7）的后方，被测机具（9）被挂接在所述测试平台（4）的尾部；

所述测试平台（4）包括基板（48）和安装在基板（48）上的为被测机具（9）提供工作动力的动力输出机构，所述基板（48）通过沿台车（3）宽度方向延伸的滑槽与台车（3）的车架连接，基板（48）尾部通过液压三点悬挂装置与三维测力装置（410）活动连接，所述三维测力装置（410）与被测机具（9）活动连接；

所述行走台车（3）为四轮驱动，包括车轮、车架、驱动装置、车轮传动与制动机构，所述驱动装置为变频调速双向电机（31），所述变频调速双向电机（31）的动力输出轴通过双离合变速箱（32）与车轮传动机构连接，所述车轮传动机构（33）包括连接两前轮的前轮轴（3306）、连接两后轮的后轮轴（3303）以及连接前轮轴与后轮轴的万向传动轴（3307），所述万向传动轴（3307）通过双锥齿轮与前轮轴（3306）、后轮轴（3303）传动连接；所述万向传动轴（3307）设置在车架的一侧，所述双离合变速箱（32）设置在车架的另一侧，与所述前轮轴（3306）连接。

2.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述三维测力装置（410）包括测力架以及安装在测力架上的传感器组，所述测力架由并在一起的前框架和后框架组成，液压三点悬挂装置的连接杆（44）与所述前框架活动连接，后框架则与被测机具（9）活动连接，所述前框架和后框架均为左右对称结构，呈“A”字型，由两侧臂和横向连接在两侧臂之间的横杆组成，所述侧臂的下部为一段竖杆；以行走台车（3）牵引方向为X轴方向，所述横杆延伸的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述传感器组包括三个按牵引方向布置的X轴拉压力传感器、两个按竖向布置的Z轴拉压力传感器和一个按横杆方向布置的Y轴拉压力传感器，各传感器两端的关节轴承以螺栓和螺母的连接方式分别固定在前、后框架上，三个X轴拉压力传感器以左右对称的方式分别布置在测力架的顶部和前、后框架的侧臂竖杆上，两个Z轴拉压力传感器左右对称地布置在测力架前、后框架的两侧臂竖杆上，所述Y轴拉压力传感器布置在前、后框架横杆的中部。

3.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述测试平台（4）设有一耕深测量装置（49），所述耕深测量装置（49）安装在基板（48）上，设有收绳式位移传感器和安装有滑轮的伸缩杆，所述伸缩杆的一端延伸到被测机具（9）的上方，收绳式位移传感器拉出的钢丝绳绕过伸缩杆上的滑轮，垂直系于被测机具（9）上。

4.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述动力输出机构包括变频调速电动机（4706）、变速器（4701）与分向变速箱（4702），所述电动机（4706）通过一级皮带轮减速带动所述变速器（4701），所述变速器（4701)输出动力经过扭矩转速传感器（46）传递给分向变速箱（4702），所述分向变速箱（4702）设有沿台车牵引方向设置的第一输出轴和垂直于第一输出轴的的第二输出轴，分向变速箱输入轴通过双锥齿轮结构将动力传输给所述第二输出轴，所述第二输出轴再通过双锥齿轮结构将动力传输给第一输出轴。

5.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述双离合变速箱（32）的箱体内设有传动齿轮组以及以相背的方式串接在双离合变速箱输入轴（3215）上的第一离合器（3201）和第二离合器（3202），所述第一离合器（3201）、第二离合器（3202）均为电磁离合器；

所述传动齿轮组包括固定在第一离合器（3201）从动盘上的第一齿轮（3217），固定在第二离合器（3202）从动盘上的第二齿轮（3203），固定在第一过渡轴（3214）上的第三齿轮（3216）、第四齿轮（3204）和第五齿轮（3205），固定在双离合变速箱输出轴（3211）上的第十齿轮（3210），所述第一齿轮（3217）与第三齿轮（3216）啮合，第二齿轮（3203）与第四齿轮（3204）啮合，所述第一齿轮（3217）的分度圆直径大于第二齿轮（3203），第四齿轮（3204）的分度圆直径大于所述第三齿轮（3216）与第五齿轮（3205），所述第一过渡轴（3214）与输出轴（3211）之间还设有一个以上的中间过渡轴，每个中间过渡轴上均设有两个齿轮，包括一动力输入端齿轮和一动力输出端齿轮，且在同一中间过渡轴上和相邻中间过渡轴间，动力输入端的齿轮分度圆直径均大于动力输出端齿轮的分度圆直径；所述第五齿轮（3205）与一中间过渡轴上的动力输入端齿轮啮合，且分度圆直径小于该齿轮；所述第十齿轮（3210）与一中间过渡轴上的动力输出端齿轮啮合，且分度圆直径大于该齿轮。

6.根据权利要求5所述的土槽试验台，其特征在于：

所述制动机构包括制动盘（3304）和电磁钳盘式制动器（3305），所述制动盘（3304）固定安装在所述前轮轴（3306）上，其外侧盘体位于电磁钳盘式制动器（3305）的钳口处，所述电磁钳盘式制动器（3305）得电时钳口释放，失电时钳口夹紧。

7.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

包括对所述三维测力装置（410）进行整体标定的砝码杠杆式可移动静标定装置，所述标定装置设有一可移动的小车，所述小车设有底板（5101），所述底板（5101）上安装有竖直设置的砝码支架（5102）和杠杆支架（5103），砝码支架（5102）位于所述杠杆支架（5103）的后侧；

所述杠杆支架（5103）上安装有缠带轮（5108），杠杆支架（5103）的顶端和前/后侧设有卡槽，缠带轮（5108）的左右两端通过中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定，所述缠带轮（5108）与一设置在缠带轮（5108）后方的杠杆臂（5107）固定连接，所述砝码支架（5102）的顶端设有一定滑轮（5105），连接砝码盘的第二连接带从定滑轮（5105）上方绕过与所述杠杆臂（5107）的后端连接，所述杠杆臂（5107）的后端设有一连接第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面，所述圆弧形面的圆心落在所述缠带轮（5108）的中心轴螺杆上，第二连接带连接在所述圆弧形面上；

所述缠带轮（5108）通过设有连接端头的第一连接带（5104）与安装了传感器的测力装置连接，所述第一连接带（5104）的尾部固定在缠带轮（5108）上，标定时，第一连接带（5104）从缠带轮（5108）下方绕过。

8.根据权利要求7所述的一种土槽试验台，其特征在于：

所述杠杆臂（5107）由两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮（5108）两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮（5108）的轮盘上，所述夹板上设有沿杠杆臂（5107）延伸的多个轴孔。

9.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述标定装置设有一夹持梁，所述底板（5101）上表面设有多根限位钢管，其中包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，所述夹持梁的两端均设有套筒，套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体通过卡夹固定在所述液压三点悬挂装置上。

10.根据权利要求1所述的土槽试验台，其特征在于：

所述镇压器（7）包括升降电机（71）与镇压轮（75），所述升降电机（71）的输出轴通过联轴器与升降丝杠（76）连接，镇压轮安装架（71）固定在升降丝杠（6）的螺母套上，所述镇压轮安装架（71）包括上下两个“ㄇ”形支架，上部“ㄇ”形支架由一横杆和连接在横杆下方两端的竖杆组成，所述竖杆设有弹簧缓冲器（78）；下部“ㄇ”形支架包括横杆和连接在其横杆下方两端的竖板（710），所述竖板（710）的外侧的安装有限位板（711），所述限位板（711）竖向设置且垂直于竖板（710），限位板（711）的两侧设有夹持限位板的限位滚轮（79）；上部“ㄇ”形支架通过竖杆与下部 “ㄇ”形支架的横杆连接，镇压轮（75）通过其两端的轮轴与下部 “ㄇ”形支架的两竖板（710）铰接；

镇压器（7）通过安装支架（74）安装在台车车架上，所述安装支架（74）通过轴承座（73）与升降丝杠（76）连接。