CN106092413A - 土槽试验测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土槽试验测试平台，安装在沿土槽轨道移动的行走台车上，包括设有数据采集模块的控制系统。本发明测试平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、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。本发明测试平台结构设计合理，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，适合推广使用，且本发明测试平台可为不同被测机具提供不同的动力输出方式，适用范围广。

Description

土槽试验测试平台

技术领域

本发明涉及一种农业机械技术领域，具体为一种土槽试验测试平台。

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，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。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，且其中对于土壤工作部件来说，研究土壤作用在试验部件上的合力或在X、Y、Z轴上的分力尤其重要。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种适用于带动试验部件沿土槽移动的土槽试验台的测试平台，本发明提供的技术方案为：

一种土槽试验测试平台，安装在沿土槽轨道移动的行走台车上，包括设有数据采集模块的控制系统，其特征在于：

所述测试平台包括基板，所述基板安装在行走台车的车架上，所述基板的尾部通过液压三点悬挂装置与门架式六分力测力机构连接 ；

所述门架式六分力测力机构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连接，后框架与被测机具连接，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，所述侧臂包括一段竖杆；以行走台车的牵引方向为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。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

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。

所述测力架优选采用空心钢管焊接制成，在保障强度和刚性的前提下，可尽量减轻自重。

所述基板通过沿车架宽度方向延伸的燕尾滑槽与车架连接，并通过丝杠控制基板移动。

本发明测试平台还设有一耕深测量装置，所述耕深测量装置安装在基板上，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的上方，从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；收绳式位移传感器与所述数据采集模块连接。

本发明测试平台还设有为被测机具提供工作动力的动力输出机构，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，所述变速器输出动力经过扭矩转速传感器后传递给分向变速箱，所述分向变速箱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；所述扭矩转速传感器与数据采集模块连接。

所述第一输出轴通过末级链传动与动力输出轴传动连接，所述动力输出轴通过万向传动轴将动力传递给被测机具，所述动力输出轴安装在基板的下方。

有益效果：

本发明测试平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，且本发明结构设计合理，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，适合推广使用。进一步的，本发明测试平台可为不同被测机具提供不同的动力输出方式，适用范围广。

附图说明

图1为本发明测试平台的结构示意图；

图2为测试平台动力输出机构的主视结构示意图；

图3为测试平台动力输出机构的俯视结构示意图；

图4为测试平台动力输出机构的侧视结构示意图；

图5拉压力传感器的三维坐标配置图；

图6为拉压力传感器在测力架上的配置图；

图7为门架式六分力测力机构与传感器标定装置的侧视结构示意图；

图8为门架式六分力测力机构与传感器标定装置的主视结构示意图；

图9为本发明测试平台的工作状态示意图。

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1至图9所示，一种土槽试验测试平台，安装在沿土槽轨道2移动的行走台车3上，包括基板8、动力输出机构7、耕深测量装置9、三维测力传感装置等组成部分。

所述基板8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。测试平台通过电机和丝杠控制基板8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8的尾部通过拖拉机液压三点悬挂装置与门架式六分力测力机构10（三维测力传感装置）连接，用于感知被测机具4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8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。

所述门架式六分力测力机构10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8、图9所示，液压三点悬挂装置的连接杆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4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4机身中部的后悬挂孔铰接，使测力架和被测机具4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4在试验测量时持正常的作业姿态, 以提高测量精度。

如图6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；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，如图5所示。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，如图7、图8所示。

所述耕深测量装置9安装在基板8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4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4上，收绳式位移传感器随被测机具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706、一设有挂挡手柄5的汽车用五档变速器701与一分向变速箱702，所述电动机706通过一级皮带轮减速带动所述变速器701，变速器701输出动力经过扭矩转速传感器6传递给分向变速箱702。所述分向变速箱702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703与动力输出轴704传动连接，动力输出轴704可通过万向传动轴705将动力传递给被测机具4，所述动力输出轴704安装在基板8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4。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。所述扭矩转速传感器6则与控制系统的数据采集模块连接。

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 (7)

1.一种土槽试验测试平台，安装在沿土槽轨道移动的行走台车（3）上，包括设有数据采集模块的控制系统，其特征在于：

所述测试平台包括基板（8），所述基板（8）安装在行走台车的车架上，所述基板（8）的尾部通过液压三点悬挂装置与门架式六分力测力机构（10）连接 ；

所述门架式六分力测力机构（10）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连接，后框架则与被测机具（4）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，所述侧臂包括一段竖杆；以行走台车（3）的牵引方向为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。

2.根据权利要求1所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，所述测力架采用空心钢管焊接制成。

4.根据权利要求1所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，所述基板（8）通过沿车架宽度方向延伸的燕尾滑槽与车架连接，并通过丝杠控制基板（8）移动。

5.根据权利要求1所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，设有一耕深测量装置（9），所述耕深测量装置（9）安装在基板（8）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（4）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（4）上，所述收绳式位移传感器与数据采集模块连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，包括为被测机具（4）提供动力的动力输出机构，所述动力输出机构包括变频调速电动机（706）、变速器（701）与分向变速箱（702），所述电动机（706）通过一级皮带轮减速带动所述变速器（701），所述变速器（701)输出动力经过扭矩转速传感器（6）传递给分向变速箱（702），所述分向变速箱（702）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；所述扭矩转速传感器与所述数据采集模块连接。

7.根据权利要求6所述的一种土槽试验测试平台，其特征在于，所述第一输出轴通过末级链传动（703）与动力输出轴（704）传动连接，所述动力输出轴（704）通过万向传动轴（705）将动力传递给被测机具（4），所述动力输出轴（704）安装在基板（8）的下方。