CN107764575B - 一种根茎类作物振动挖掘试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根茎类作物振动挖掘试验台，包括机架、丝杆推送机构、振动挖掘装置、测试装置；振动挖掘装置通过丝杆推送机构在机架上前后平移；测试装置和丝杆推送机构、振动挖掘装置分别连接测试平移速度和挖掘阻力；振动挖掘装置包括可拆装式挖掘铲。本发明可测根茎类作物平动挖掘和振动挖掘时牵引阻力，还可以对根茎类作物挖掘减阻中结构参数和运动参数进行调整，结构灵活，为减阻挖掘试验提供试验基础，属于根茎类作物挖掘领域。

Description

一种根茎类作物振动挖掘试验台

技术领域

本发明涉及根茎类作物挖掘领域，具体为一种根茎类作物振动挖掘试验台。

背景技术

目前，我国的根茎类作物(如马铃薯、中药材、大蒜、木薯等)收获机械主要分为固定式挖掘机和振动式挖掘机，实验表明，固定式挖掘机挖掘阻力大，容易产生伤薯率高、拥堵等问题。振动式挖掘机比固定式的能够减阻20～40％。目前能够探索根茎类作物挖掘减阻的试验装置基本为样机或者虚拟样机，为此，研制了一种根茎类作物振动挖掘试验台。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种在不同工作状态下测试挖掘阻力的根茎类作物振动挖掘试验台，为根茎类作物收获机械的研发提供便利。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种根茎类作物振动挖掘试验台，包括机架、丝杆推送机构、振动挖掘装置、测试装置；振动挖掘装置通过丝杆推送机构在机架上前后平移；测试装置和丝杆推送机构、振动挖掘装置分别连接测试平移速度和挖掘阻力；振动挖掘装置包括可拆装式挖掘铲。

作为一种优选，振动挖掘装置包括平面板、涨套凸轮机构、伺服电机组件、挖掘部件；涨套凸轮机构和伺服电机组件均安装在平面板上，挖掘部件与涨套凸轮机构连接；伺服电机组件通过涨套凸轮机构带动挖掘部件中的挖掘铲振动。

作为一种优选，涨套凸轮机构包括套筒、涨套凸轮、轴承、端盖、鱼眼杆件；伺服电机组件包括传动轴；端盖、轴承、涨套凸轮、套筒、传动轴从外向内依次套接，鱼眼杆件的上端与端盖相接，鱼眼杆件的下端与挖掘铲相接；随传动轴转动，鱼眼杆带动挖掘铲振动。

作为一种优选，涨套凸轮包括内涨套和外涨套；内涨套套在套筒上，外涨套套在内涨套上；内涨套和外涨套的外部均为圆柱形，内部均开设偏心圆孔，表面均设有分度刻度，当内涨套和外涨套以不同分度刻度对齐时，涨套凸轮形成不同的凸轮行程，对应挖掘铲的不同振幅。

作为一种优选，挖掘部件包括挖掘铲和可调整长度的可调三脚架；可调三脚架固定在平面板的下端，可调三脚架的下端和挖掘铲的前端转动式连接，挖掘铲的后端和鱼眼杆件的下端转动式连接；挖掘铲和可调三脚架、鱼眼杆件之间均可拆卸式连接。

作为一种优选，可调三脚架包括固定基板、可调连接板、加强板；固定基板固定在平面板下端，可调连接板通过不同的安装孔与固定基板连接从而调整挖掘深度；加强板连接在固定基板和可调连接板之间，三者形成三脚架结构；挖掘铲的前端两侧设有条形的安装槽，挖掘铲和可调连接板的连接点位于安装槽内。

作为一种优选，伺服电机组件包括伺服电机、伺服电机板、联轴器、传动轴；伺服电机通过伺服电机板安装在平面板上，伺服电机和传动轴通过联轴器相接，传动轴和涨套凸轮机构相接。

作为一种优选，测试装置包括阻力测试装置、速度测试装置和限位传感器；测定挖掘阻力的阻力测试装置和测定前进速度的速度测试装置均安装在振动挖掘装置上，限定振动挖掘装置前后位置的限位传感器安装在机架上。

作为一种优选，振动挖掘装置包括提供振动动力的伺服电机，伺服电机设置速度编码器、限位编码器、电子显示屏，分别连接速度测试装置、限位传感器、丝杆推送机构中提供动力的三相电机。

作为一种优选，丝杆推送机构包括丝杆组件和三相电机组件；丝杆组件包括丝杆、螺母单元、支撑座，支撑座安装在支架的前后两端，丝杆安装在两支撑座之间，螺母单元与丝杆配合；三相电机组件包括三相电机、电机固定板、联轴器，三相电机通过电机固定板安装在机架上，三相电机通过联轴器和丝杆相接；三相电机驱动丝杆转动，丝杆带动螺母单元平动，螺母单元带动振动挖掘装置前后平移；机架上还设有滑轨滑块机构对振动挖掘装置前后平移导向。

本发明的原理是：在机架上安装滑轨滑块机构，结合丝杆推送机构，为振动挖掘装置提供水平前进动力，通过三相电机调整前进速度；振动挖掘装置采用内、外涨套形成的涨套凸轮产生垂直方向振动，通过内、外分度刻度的对位实现振幅的调整；通过鱼眼杆件和可调连接板与挖掘铲的连接方式调整挖掘入土角和挖掘深度；通过速度传感器和限位传感器与伺服电机连接实现作业的安全，通过伺服电机的转速调整振动频率，通过阻力传感器实时记录不同状态下的挖掘阻力。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.可测不同挖掘铲体形状、挖掘入土角、挖掘深度、振动频率、振幅和行进速度状态下挖掘阻力，为根茎类作物收获机械的研发提供便利，能获得准确的参数。

2.结构简单、操作方便、调整方便，作业安全。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是丝杆推送机构的立体图。

图3是振动挖掘装置的立体图。

图4是涨套凸轮机构的结构示意图。

图5是测试装置的安装示意图。

图中，1机架、2丝杆推送机构、3振动挖掘装置、4测试装置、2-1丝杆组件、2-2三相电机组件、2-1-1丝杆、2-1-2螺母单元、2-1-3支撑座、2-2-1三相电机、2-2-2电机固定板、2-2-3联轴器、3-1平面板、3-2涨套凸轮机构、3-3伺服电机组件、3-4挖掘部件、3-2-1套筒、3-2-2涨套凸轮、3-2-3轴承、3-2-4端盖、3-2-5鱼眼杆件、3-2-2-1内涨套、3-2-2-2外涨套、3-2-4-1上端盖、3-2-4-2下端盖、3-2-5-1鱼眼连接杆、3-2-5-2鱼眼关节轴承、3-3-1伺服电机、3-3-2伺服电机板、3-3-3联轴器、3-3-4传动轴、3-4-1挖掘铲、3-4-2可调三角架、3-4-2-1固定基板、3-4-2-2可调连接板、3-4-2-3加强板、4-1阻力测试装置、4-2速度测试装置、4-3限位传感器、4-1-1法兰滑块组件、4-1-2T型连接块、4-1-3测力传感器、4-1-4挡块、4-2-1折弯件、4-2-2速度传感器、4-2-3同步轮、4-3-1折件、4-3-2位置接收器。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

一种根茎类作物振动挖掘试验台，包括：机架1、丝杆推送机构2、振动挖掘装置3和测试装置4，如图1所示。

机架1是一定规格方管焊接成的矩形框架，以铁片或玻璃作为壁面所组成的土槽结构，可盛放土槽试验所需的土壤，在矩形框架的两侧长边安装配套有四个滑轨滑块机构，即装有光轴滑轨，安装在滑块上的机构可沿着光轴滑轨做水平直线运动。

丝杆推送机构2包括丝杆组件2-1和三相电机组件2-2，如图2所示。

丝杆组件2-1由丝杆2-1-1、螺母单元2-1-2和支撑座2-1-3组成。螺母单元2-1-2通过滚珠滑动连接安装在丝杆2-1-1上，丝杆2-1-1两端通过两个支撑座2-1-3安装在机架1上。螺母单元2-1-2与测试装置4配合连接，由测试装置4与振动挖掘装置3连接；丝杆组件2-1可将丝杆2-1-1的回转运动转化成螺母单元2-1-2的水平直线运动，推动测试装置4和振动挖掘装置3做直线运动，并记录前进阻力。

三相电机组件2-2由三相电机2-2-1、电机固定板2-2-2和联轴器2-2-3组成。三相电机2-2-1通过电机固定板2-2-2安装在机架1上，与伺服电机3-3-1的电子显示屏连接，可显示和调整转速，通过联轴器2-2-3与丝杆2-1-1连接，为振动挖掘装置3提供水平前进动力。

振动挖掘装置3包括平面板3-1、涨套凸轮机构3-2、伺服电机组件3-3和挖掘部件3-4，如图3所示。

平面板3-1是一块矩形板，其四边角位置开有安装孔，与机架1上的滑块连接，使平面板3-1可在机架1上沿光轴导轨滑动，其前部位置开有中间矩形槽，用于安装阻力测试装置，其后部以中心面对称开有两个长矩形槽，用于安放涨套凸轮机构3-2，其短边一侧焊接两个带安装孔的类三角凸台，用于固定伺服电机3-3-1，其短边同侧开有两个安装孔，用于连接速度测试装置4-2；平面板3-1起到了承载涨套凸轮机构3-2、伺服电机组件3-3和挖掘部件3-4的作用，并与机架1和测试装置4连接。

涨套凸轮机构3-2包括套筒3-2-1、涨套凸轮3-2-2、轴承3-2-3、端盖3-2-4和鱼眼杆件3-2-5，如图4所示。

套筒3-2-1是一个带有键槽的中空圆柱体，套接在传动轴3-3-4上，并与涨套凸轮3-2-2配合连接，传递动力。

涨套凸轮3-2-2由内涨套3-2-2-1和外涨套3-2-2-2组成。内涨套和外涨套的外部均为圆柱形，内部均开设偏心圆孔，表面均设有分度刻度，在圆柱体薄壁处开一道裂缝，形成涨套，方便安装和轴向调整。内涨套套接在套筒3-2-1上，外涨套3-2-2-2套接在内涨套3-2-2-1上，内、外涨套以不同刻度线对齐时，涨套凸轮3-2-2就形成不同的凸轮行程，由此可调整多种振幅。轴承3-2-3套接在涨套凸轮3-2-2外、端盖3-2-4内，起到稳固涨套凸轮3-2-2的作用。

端盖3-2-4由上端盖3-2-4-1和下端盖3-2-4-2组成。上端盖3-2-4是两侧耳开有安装孔的半圆环结构，下端盖3-2-4是一块上部削去一个半圆，两侧耳开有安装孔，下部开有螺纹安装孔的矩形板，上、下端盖通过两侧耳的安装孔对接，形成空心圆，套接在轴承3-2-3上，下端盖3-2-4连接鱼眼杆件3-2-5。

鱼眼杆件3-2-5由鱼眼连接杆3-2-5-1和鱼眼关节轴承3-2-5-2组成。鱼眼连接杆3-2-5-1是一根两端加工有螺纹的光轴，一端与下端盖3-2-4连接，一端与鱼眼关节轴承3-2-5-2连接，中间通过螺母可调整鱼眼连接杆3-2-5-1的连接长度，从而可调整挖掘铲3-4-1的初始入土角。鱼眼关节轴承3-2-5-2是一个上端开有螺纹孔，下端内孔安装转动轴承的类鱼眼结构件，与挖掘铲3-4-1连接时可起到柔性连接的作用，减少由于振动产生的结构变形。

两套结构一致的涨套凸轮机构3-2连接挖掘部件3-4的挖掘铲3-4-1，穿过平面板3-1的两个长矩形槽，通过传动轴3-3-4套接伺服电机3-3-1上，可将传动轴3-3-4的回转运动转化成涨套凸轮机构3-2的上下往复直线运动，带动挖掘铲3-4-1产生竖直方向上的规律振动。

伺服电机组件3-3包括伺服电机3-3-1、伺服电机板3-3-2、联轴器3-3-3和传动轴3-3-4。伺服电机3-3-1设置速度编码器、限位编码器和电子显示屏，分别连接速度测试装置4-2、限位传感器4-3、三相电机2-2-1，通过显示屏可显示和调整振频、振幅和前进速度。伺服电机3-3-1通过伺服电机板3-3-2固定安装在平面板3-1有类三角凸台一侧，通过联轴器3-3-3连接传动轴，传动轴3-3-4通过轴承3-2-3安装在平面板3-1上，为涨套凸轮机构3-2和挖掘部件3-4提供动力。改变伺服电机3-3-1的转速可以调整涨套凸轮机构3-2的振频。

挖掘部件3-4包括挖掘铲3-4-1和可调三角架3-4-2。挖掘铲3-4-1优先采用平铲，由一块矩形板折起两侧边，并在侧边开有安装孔和长条形的安装槽，分别与鱼眼杆件3-2-5连接和可调三角架3-4-2配合连接，可进行初始入土角和挖掘深度的调整，根据试验的需求，还可通过更换不同类型的挖掘铲3-4-1进行试验。

可调三角架3-4-2由固定基板3-4-2-1、可调连接板3-4-2-2和加强板3-4-2-3组成。固定基板3-4-2-1是两块设置有安装孔的矩形板，分别焊接在平面板3-1下边面长矩形槽外侧，与可调连接板3-4-2-2配合连接。可调连接板3-4-2-2是一块矩形板一端削成类三角形状，开有与挖掘铲3-4-1矩形槽可调连接的安装孔，与加强板3-4-2-3连接的双排孔，另一端有与固定基板3-4-2-1可调连接的双排直槽口。加强板3-4-2-3是一块连接在平面板3-1和可调连接板3-4-2-2之间，与固定基板3-4-2-1形成三角架结构的钣金件，起到结构加固和稳定的作用。挖掘部件3-4可通过可调连接板3-4-2-2和固定基板3-4-2-1之间的连接方式调整挖掘深度，通过可调连接板3-4-2-2与挖掘铲3-4-1之间的连接方式辅助调整入土角。

测试装置4包括阻力测试装置4-1、速度测试装置4-2和限位传感器4-3，如图5所示。

阻力测试装置4-1包括法兰滑块组件4-1-1、T型连接块4-1-2、测力传感器4-1-3和挡块4-1-4。法兰滑块组件4-1-1成对焊接在平面板3-1中间矩形槽两侧，可做直线滑动；T型连接块4-1-2是中间有凸台，两侧为平翼的T型块，其上设置安装孔，凸台部分与丝杆推送机构2的螺母单元2-1-2连接，引进向前动力，两侧平翼与法兰滑块连接，可沿滑块滑动，前端与测力传感器4-1-3通过螺栓连接。测力传感器4-1-3为拉压传感器，呈S型，两端开有安装孔，一端通过螺栓与T型连接件连接，一端安装圆柱头，与安装在长矩形槽前端的挡块4-1-4配合。由丝杆推送机构2通过阻力测试装置4-14推动振动挖掘装置3在振动挖掘的同时前进，当测力传感器4-1-3受拉(压)时，电子显示屏显示和记录阻力的大小，并可生成阻力特性曲线。

速度测试装置4-2包括折弯件4-2-1、速度传感器4-2-2和同步轮4-2-3。折弯件4-2-1一端固定安装在平面板3-1上边侧位置，另一端支撑安装速度传感器4-2-2。速度传感器4-2-2与机架1边沿接触的同步轮4-2-3连接，并与伺服电机3-3-1的速度编码器连接；当振动挖掘装置3带动速度测试装置4-2前进时，同步轮4-2-3沿机架1边沿回转，速度传感器4-2-2通过速度编码器将前进速度记录并在电子显示屏显示。

限位传感器4-3包括折件4-3-1和位置接收器4-3-2。折件4-3-1安装在机架1长边上，与机架1短边保持一定的距离，支撑安装位置接收器4-3-2，与平面板3-1下边面保持一定距离。当限位传感器4-3接收到平面板3-1到达特定位置，三相电机2-2-1停止传动，由此防止振动挖掘装置3与机架1发生碰撞，保证工作安全。

本发明可测根茎类作物平动挖掘和振动挖掘时牵引阻力，还可以对根茎类作物挖掘减阻中结构参数和运动参数进行调整，结构灵活，为减阻挖掘试验提供试验基础。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：包括机架、丝杆推送机构、振动挖掘装置、测试装置；振动挖掘装置通过丝杆推送机构在机架上前后平移；测试装置和丝杆推送机构、振动挖掘装置分别连接测试平移速度和挖掘阻力；振动挖掘装置包括可拆装式挖掘铲；

振动挖掘装置包括平面板、涨套凸轮机构、伺服电机组件、挖掘部件；涨套凸轮机构和伺服电机组件均安装在平面板上，挖掘部件与涨套凸轮机构连接；伺服电机组件通过涨套凸轮机构带动挖掘部件中的挖掘铲振动。

2.按照权利要求1所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：涨套凸轮机构包括套筒、涨套凸轮、轴承、端盖、鱼眼杆件；伺服电机组件包括传动轴；端盖、轴承、涨套凸轮、套筒、传动轴从外向内依次套接，鱼眼杆件的上端与端盖相接，鱼眼杆件的下端与挖掘铲相接；随传动轴转动，鱼眼杆带动挖掘铲振动。

3.按照权利要求2所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：涨套凸轮包括内涨套和外涨套；内涨套套在套筒上，外涨套套在内涨套上；内涨套和外涨套的外部均为圆柱形，内部均开设偏心圆孔，表面均设有分度刻度，当内涨套和外涨套以不同分度刻度对齐时，涨套凸轮形成不同的凸轮行程，对应挖掘铲的不同振幅。

4.按照权利要求1所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：挖掘部件包括挖掘铲和可调整长度的可调三脚架；可调三脚架固定在平面板的下端，可调三脚架的下端和挖掘铲的前端转动式连接，挖掘铲的后端和鱼眼杆件的下端转动式连接；挖掘铲和可调三脚架、鱼眼杆件之间均可拆卸式连接。

5.按照权利要求4所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：可调三脚架包括固定基板、可调连接板、加强板；固定基板固定在平面板下端，可调连接板通过不同的安装孔与固定基板连接从而调整挖掘深度；加强板连接在固定基板和可调连接板之间，三者形成三脚架结构；挖掘铲的前端两侧设有条形的安装槽，挖掘铲和可调连接板的连接点位于安装槽内。

6.按照权利要求1所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：伺服电机组件包括伺服电机、伺服电机板、联轴器、传动轴；伺服电机通过伺服电机板安装在平面板上，伺服电机和传动轴通过联轴器相接，传动轴和涨套凸轮机构相接。

7.按照权利要求1所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：测试装置包括阻力测试装置、速度测试装置和限位传感器；测定挖掘阻力的阻力测试装置和测定前进速度的速度测试装置均安装在振动挖掘装置上，限定振动挖掘装置前后位置的限位传感器安装在机架上。

8.按照权利要求7所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：振动挖掘装置包括提供振动动力的伺服电机，伺服电机设置速度编码器、限位编码器、电子显示屏，分别连接速度测试装置、限位传感器、丝杆推送机构中提供动力的三相电机。

9.按照权利要求1所述的一种根茎类作物振动挖掘试验台，其特征在于：丝杆推送机构包括丝杆组件和三相电机组件；丝杆组件包括丝杆、螺母单元、支撑座，支撑座安装在支架的前后两端，丝杆安装在两支撑座之间，螺母单元与丝杆配合；三相电机组件包括三相电机、电机固定板、联轴器，三相电机通过电机固定板安装在机架上，三相电机通过联轴器和丝杆相接；三相电机驱动丝杆转动，丝杆带动螺母单元平动，螺母单元带动振动挖掘装置前后平移；机架上还设有滑轨滑块机构对振动挖掘装置前后平移导向。