CN109186990A - 一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置及方法，包括：室内土槽、牵引装置、试验台、液压系统、控制与检测系统和润滑减阻作业部件；本发明采用多传感器设计，对深松作业试验中的不同工作参数进行检测与记录，并建立参数变化云图与极差分析结果，方便得出影响因素与优组合，试验过程中使用电动绞盘作为试验装置的动力部分，避免大型拖拉机进地，经济适用性高，电动绞盘作业速度稳定、波动小，试验稳定性高。

Description

一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置及方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，涉及一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置及方法，用于测试不同结构的润滑减阻作业部件作业阻力与各实时工况间参数关系，使深松作业部件设计低成本化、高效化、可靠化。

技术背景

深松技术是一种重要的保护性耕作方式，它能打破多年翻耕、旋耕形成的犁底层，并有调节土壤三相比、优化土壤结构和蓄水保墒等效果。由于深松作业所需巨大牵引力，故需要拖拉机马力、体积、重量大，深松耕作的这种特点制约了深松保护性耕作技术在国内的发展与推广。针对这种弊端，国内高校与各研究机构针对深松减阻技术展开了广泛的研究，由于土壤物性的不稳定性、季节与设备的限制，造成了深松关键部件研发周期长、试验困难的问题。

液体润滑减阻是一种新兴的深松铲减阻技术，它针对大田深松作业阻力大、作物生长周期中机具多次进地耕作而设计。它通过位于深松铲迎土面上输液孔将液态肥、消毒液等有益介质喷于深松铲与土壤间，将铲面、土壤隔离，达到减小作业阻力目的；国内对于液体减阻理论研究较少，相应的试验研究工具与方法也较少。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“一种入土角度可快速调节的试验用深松机”专利申请号201510179807.0，专利中手动调节入土角与偏转角，但试验过程中仍需大型拖拉机进行牵引，作业时所需设备、资金要求高，试验周期较长；中国发明专利“旋转深松联合耕作机械的试验方法”专利申请号201210162378.2使用电机与减速机作为动力装置，通过变频器控制电机减速器的转速，进行结构与产品设计，缩短了研发周期，节约试验费用，但所述专利并没有对各工况参数进行实时检测，没有检测各工况参数对作业效果的影响。

发明内容

为了克服以上技术的不足，本发明提供一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置及方法，提供润滑减阻部件阻力快速检测同时可更换不同结构作业部件、调节并记录液压系统工况参数、记录实时作业阻力；提高深松减阻试验的可靠性与可操作性，缩短深松关键部件研发周期、减小研发资金投入。

本发明采用的具体技术方案如下：一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置，包括：室内土槽、牵引装置、试验台、液压系统、控制与检测系统和润滑减阻作业部件。所述的室内土槽用于存放大田土壤，并通过喷洒水分、镇压等手段达到与大田一致的物性参数；所述的牵引装置用于动力的输入，为试验平台的前进提供牵引力；所述的试验台用于支撑固定液压系统、润滑减阻作业部件并与牵引装置挂接；所述的液压系统用于润滑减阻液体的输入；控制与检测系统用于控制并实时记录测试装置的各工况参数与作业阻力；所述的润滑减阻作业部件，作为松作业中的主要触土部件，是研究深松润滑减阻的理论关键部件。

所述的室内土槽由L型角钢、长条形木板组成，所述的室内土槽主体由L型角钢焊接而成，使用螺栓将木板安装于土槽主体内部用于土壤存放、将木板安装于土槽主体顶部两侧作为试验台前进轨道；室内土槽一端用于安装牵引装置。

所述的牵引装置由电动绞盘、牵引钢丝绳构成，所述的电动绞盘使用螺栓固定于室内土槽一端，并与牵引钢丝绳相连；牵引钢丝绳始端位于电动绞盘内，末端与拉力传感器连接并对试验台进行牵引。

所述的试验台安装于室内土槽轨道上，由相互焊接固定的方形管组成的主机架、牵引挂接架、行走装置、T型悬挂架构成。所述的主机架用于安装并固定牵引挂接架、行走装置、液压装置、润滑减阻作业部件；所述的牵引挂接架固定于主机架前部，通过拉力传感器、牵引钢丝绳与电动绞盘相连；所述的行走装置由四个行走轮组成，用于支撑与试验台的前进作业；所述的T型悬挂架通过螺栓将润滑减阻作业部件安装于主机架下部，用于润滑深松作业部件的测试。

所述的液压系统由药液箱、隔膜泵、电磁流量阀、流量传感器、压力传感器构成；所述的药液箱安装固定于主机架上，用于存放液态肥或消毒药液；所述的隔膜泵安装于主机架上，其进水口处安装有过滤器；所述的电磁流量阀安装于隔膜泵后用于调节系统内流量L，稳定系统内流量并保护液压组件；所述的流量传感器、压力传感器依次安装于隔膜泵出液管，用于检测并记录管道压力P与流量L，并将信息记录并传于控制与检测系统；所述的液态肥、消毒药液或纯水由隔膜泵泵出，经电磁流量阀、流量传感器、压力传感器后注入润滑减阻作业部件。

所述的润滑减阻作业部件通过螺栓安装于T型悬挂架下端与试验台主机架相连，润滑减阻作业部件由试验样件基体、输液孔、输液管道、表面纹理、安装支架和节流孔组成。所述的试验样件基体为与国标深松铲厚度一致的65Mn钢板切割而成，并在试验样件基体上进行机加工完成输液孔、输液管道、表面纹理、安装支架和节流孔的加工；所述的输液孔位于试验样件基体的顶端，为M8-M12的螺纹孔，并与液压系统相连作为润滑介质的输入端，为保证试验过程的密封与防水，此处应精密加工，与液压系统连接时缠绕生料带，输液孔下部与输液管道接通用于输送润滑介质给节流孔；所述的输液管道加工于试验样件基体内部，顶部与输液孔相连，深度接近试验样件基体高度，但不贯通，并与节流孔横向贯通；所述的表面纹理设置于试验样件基体两侧，使用冲压、刻蚀等加工技术，具有多种形式。

所述的控制与检测系统包括工况参数控制部分与参数检测记录系统组成：所述的工况参数控制部分是由电磁流量阀、电动绞盘速度控制器组成，分别用于控制液压系统内润滑液流量与试验装置的前进速度，根据所需测量的工况参数调整液压系统流量与润滑深松作业部件前进速度；所述的参数检测记录系统包括无纸化参数记录仪、拉力传感器、流量传感器、压力传感器、速度传感器，分别获取并记录各个参数，并传到无纸化参数记录仪进行可视化处理，一组试验结束后将数据上传到电脑进行相应评价与优化。

本发明一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置的作业方法为：

1)土槽参数调整：测试作业前，使用土壤紧实度仪、土壤水分检测仪检测土槽土壤物性，并根据大田参数适量喷洒水分并使用夯土机得到与大田相一致的土壤紧实度与含水率。

2)工况参数调整：将润滑介质(纯水、液态肥或消毒液)加入药液箱内，调整电磁流量阀与电动绞盘速度控制器调整，将流量L前进速度V调整到设定大小，复位各传感器无纸化记录仪开始记录各传感器参数。

3)深松润滑减阻试验：将土壤物性参数、工作参数与液压系统调整到设定参数后，打开电动绞盘开关，试验台测试装置开始工作，测试装置沿前进方向匀速前进，在测试装置前进过程中，由记录仪记录各传感器参数。

4)试验效果计算与记录：对同一工况参数进行多次试验，计算平均结果为该工况下润滑减阻效果数据；更换不同型号润滑减阻作业部件，重复步骤2-4测定不同工况参数下的作业效果并记录。

5)试验结果处理：根据每条试验记录，试验结果输入数据可视化建模软件，建立测试装置阻力、速度、液压系统压力、流量随时间变化云图，利用软件进行极差分析得出影响耕作阻力大小因素的主次顺序与优组合。

与现在技术相比，本发明所具有的有益效果：

1、本发明采用多传感器设计，对深松作业试验中的不同工作参数进行检测与记录，并建立参数变化云图与极差分析结果，方便得出影响因素与优组合；

2、本发明试验过程中使用电动绞盘作为试验装置的动力部分，避免大型拖拉机进地，经济适用性高，电动绞盘作业速度稳定、波动小，试验稳定性高；

3、本发明构建一种室内作业试验平台针对润滑深松过程中阻力、速度、液压系统中压力、流量等工况参数的关系进行试验与研究，最后采用极差分析方法得出影响耕作阻力大小因素的主次顺序与优设计组合。

附图说明

图1为室内试验台整体结构图；

图2为润滑减阻深松部件作业效果的测试装置结构图；

图3为润滑减阻作业部件结构图；

图4为润滑减阻作业部件剖面结构图；

图5为控制与检测系统原理框图；

图中：1、电动绞盘速度控制器 2、电动绞盘 3、室内土槽 4、速度传感器 5、无纸记录仪 6、药液箱 7、隔膜泵 8、主机架 9、行走轮 10、T型悬挂架 11、牵引挂接架 12、拉力传感器 13、电磁流量阀 14、流量传感器 15、压力传感器 16、润滑减阻作业部件 17、表面纹理 18、试验样件基体 19、安装支架 20、输液孔 21、节流孔 22、输液管道

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。本发明提供一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置，如图1所示，所述的室内土槽(3)由L型角钢、长条形木板组成，所述的室内土槽主体由L型角钢焊接而成，使用螺栓将木板安装于土槽主体内部用于土壤存放、将木板安装于土槽主体顶部两侧作为试验台前进轨道；室内土槽一端用于安装牵引装置。

所述的牵引装置由电动绞盘(2)、牵引钢丝绳构成，所述的电动绞盘(2)使用螺栓固定于室内土槽(3)一端，并与牵引钢丝绳相连；牵引钢丝绳始端位于电动绞盘(2)内，末端与拉力传感器(12)连接并对试验台进行牵引。

所述的试验台安装于室内土槽(3)轨道上，由相互焊接固定的方形管组成的主机架(8)、牵引挂接架(11)、行走装置、T型悬挂架(10)构成。所述的主机架(8)用于安装并固定牵引挂接架(11)、行走装置、液压装置、润滑减阻作业部件(16)；所述的牵引挂接架(11)固定于主机架(8)前部，通过拉力传感器(12)、牵引钢丝绳与电动绞盘(2)相连；所述的行走装置由四个行走轮(9)组成，用于支撑与试验台的前进作业；所述的T型悬挂架(10)通过螺栓将润滑减阻作业部件(16)安装于主机架(8)下部，用于润滑深松作业部件(16)的测试。

所述的液压系统由药液箱(6)、隔膜泵(7)、电磁流量阀(13)、流量传感器(14)、压力传感器(15)构成；所述的药液箱(6)安装固定于主机架(8)上，用于存放液态肥或消毒药液；所述的隔膜泵(7)安装于主机架(8)上，其进水口处安装有过滤器；所述的电磁流量阀(13)安装于隔膜泵(7)后用于调节系统内流量L，稳定系统内流量并保护液压组件；所述的流量传感器(14)、压力传感器(15)依次安装于隔膜泵(7)出液管，用于检测并记录管道压力P与流量L，并将信息记录并传于控制与检测系统；所述的液态肥、消毒药液或纯水由隔膜泵(7)泵出，经电磁流量阀(13)、流量传感器(14)、压力传感器(15)后注入润滑减阻作业部件(16)。

所述的润滑减阻作业部件(16)通过螺栓安装于T型悬挂架(10)下端与试验台主机架(8)相连，润滑减阻作业部件(16)由试验样件基体(18)、输液孔(20)、输液管道(22)、表面纹理(17)、安装支架(19)和节流孔(21)组成。所述的试验样件基体(18)为与国标深松铲厚度一致的65Mn钢板切割而成，并在试验样件基体(18)上进行机加工完成输液孔(20)、输液管道(22)、表面纹理(17)、安装支架(19)和节流孔(21)的加工；所述的输液孔(20)位于试验样件基体(18)的顶端，为M8-M12的螺纹孔，并与液压系统相连作为润滑介质的输入端，为保证试验过程的密封与防水，此处应精密加工，与液压系统连接时缠绕生料带，输液孔(20)下部与输液管道(22)接通用于输送润滑介质给节流孔(21)；所述的输液管道(22)加工于试验样件基体(18)内部，顶部与输液孔(20)相连，深度接近试验样件基体(18)高度，但不贯通，并与节流孔(21)横向贯通；所述的表面纹理(17)设置于试验样件基体(18)两侧，使用冲压、刻蚀等加工技术，具有多种形式。

所述的控制与检测系统包括工况参数控制部分与参数检测记录系统组成：所述的工况参数控制部分是由电磁流量阀(13)、电动绞盘速度控制器(1)组成，分别用于控制液压系统内润滑液流量与试验装置的前进速度，根据所需测量的工况参数调整液压系统流量与润滑深松作业部件前进速度；所述的参数检测记录系统包括无纸化参数记录仪(5)、拉力传感器(12)、流量传感器(14)、压力传感器(15)、速度传感器(4)，分别获取并记录各个参数，并传到无纸化参数记录仪进行可视化处理，一组试验结束后将数据上传到电脑进行相应评价与优化。

本发明一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置的作业方法为：

1)土槽参数调整：测试作业前，使用土壤紧实度仪、土壤水分检测仪检测土槽土壤物性，并根据大田参数适量喷洒水分并使用夯土机得到与大田相一致的土壤紧实度与含水率。

2)工况参数调整：将润滑介质(纯水、液态肥或消毒液)加入药液箱内，调整电磁流量阀与电动绞盘速度控制器调整，将流量L前进速度V调整到设定大小，复位各传感器无纸化记录仪开始记录各传感器参数；

3)深松润滑减阻试验：将土壤物性参数、工作参数与液压系统调整到设定参数后，打开电动绞盘开关，试验台测试装置开始工作，测试装置沿前进方向匀速前进，在测试装置前进过程中，由记录仪记录各传感器参数。

4)试验效果计算与记录：对同一工况参数进行多次试验，计算平均结果为该工况下润滑减阻效果数据；更换不同型号润滑减阻作业部件，重复步骤2-4测定不同工况参数下的作业效果并记录。

5)试验结果处理：根据每条试验记录，试验结果输入数据可视化建模软件，建立测试装置阻力、速度、液压系统压力、流量随时间变化云图，利用软件进行极差分析得出影响耕作阻力大小因素的主次顺序与优组合。

Claims (2)

1.一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置，其特征在于，包括：室内土槽、牵引装置、试验台、液压系统、控制与检测系统和润滑减阻作业部件组成；

所述的室内土槽用于存放大田土壤，并通过喷洒水分、镇压等手段达到与大田一致的物性参数；所述的牵引装置用于动力的输入，为试验平台的前进提供牵引力；所述的试验台用于支撑固定液压系统、润滑减阻作业部件并与牵引装置挂接；所述的液压系统用于润滑减阻液体的输入；控制与检测系统用于控制并实时记录测试装置的各工况参数与作业阻力；所述的润滑减阻作业部件，作为松作业中的主要触土部件，是研究深松润滑减阻的理论关键部件；

所述的室内土槽由L型角钢、长条形木板组成，所述的室内土槽主体由L型角钢焊接而成，使用螺栓将木板安装于土槽主体内部用于土壤存放、将木板安装于土槽主体顶部两侧作为试验台前进轨道；室内土槽一端用于安装牵引装置；

所述的牵引装置由电动绞盘、牵引钢丝绳构成，所述的电动绞盘使用螺栓固定于室内土槽一端，并与牵引钢丝绳相连；牵引钢丝绳始端位于电动绞盘内，末端与拉力传感器连接并对试验台进行牵引；

所述的试验台安装于室内土槽轨道上，由相互焊接固定的方形管组成的主机架、牵引挂接架、行走装置、T型悬挂架构成。所述的主机架用于安装并固定牵引挂接架、行走装置、液压装置、润滑减阻作业部件；所述的牵引挂接架固定于主机架前部，通过拉力传感器、牵引钢丝绳与电动绞盘相连；所述的行走装置由四个行走轮组成，用于支撑与试验台的前进作业；所述的T型悬挂架通过螺栓将润滑减阻作业部件安装于主机架下部，用于润滑深松作业部件的测试；

所述的液压系统由药液箱、隔膜泵、电磁流量阀、流量传感器、压力传感器构成；所述的药液箱安装固定于主机架上，用于存放液态肥或消毒药液；所述的隔膜泵安装于主机架上，其进水口处安装有过滤器；所述的电磁流量阀安装于隔膜泵后用于调节系统内流量L，稳定系统内流量并保护液压组件；所述的流量传感器、压力传感器依次安装于隔膜泵出液管，用于检测并记录管道压力P与流量L，并将信息记录并传于控制与检测系统；所述的液态肥、消毒药液或纯水由隔膜泵泵出，经电磁流量阀、流量传感器、压力传感器后注入润滑减阻作业部件；

所述的润滑减阻作业部件通过螺栓安装于T型悬挂架下端与试验台主机架相连，润滑减阻作业部件由试验样件基体、输液孔、输液管道、表面纹理、安装支架和节流孔组成。所述的试验样件基体为与国标深松铲厚度一致的65Mn钢板切割而成，并在试验样件基体上进行机加工完成输液孔、输液管道、表面纹理、安装支架和节流孔的加工；所述的输液孔位于试验样件基体的顶端，为M8-M12的螺纹孔，并与液压系统相连作为润滑介质的输入端，为保证试验过程的密封与防水，此处应精密加工，与液压系统连接时缠绕生料带，输液孔下部与输液管道接通用于输送润滑介质给节流孔；所述的输液管道加工于试验样件基体内部，顶部与输液孔相连，深度接近试验样件基体高度，但不贯通，并与节流孔横向贯通；所述的表面纹理设置于试验样件基体两侧，使用冲压、刻蚀等加工技术，具有多种形式；

所述的控制与检测系统包括工况参数控制部分与参数检测记录系统组成：所述的工况参数控制部分是由电磁流量阀、电动绞盘速度控制器组成，分别用于控制液压系统内润滑液流量与试验装置的前进速度，根据所需测量的工况参数调整液压系统流量与润滑深松作业部件前进速度；所述的参数检测记录系统包括无纸化参数记录仪、拉力传感器、流量传感器、压力传感器、速度传感器，分别获取并记录各个参数，并传到无纸化参数记录仪进行可视化处理，一组试验结束后将数据上传到电脑进行相应评价与优化。

2.根据权利要求1所述的一种润滑减阻深松部件作业效果的测试装置的作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)土槽参数调整：测试作业前，使用土壤紧实度仪、土壤水分检测仪检测土槽土壤物性，并根据大田参数适量喷洒水分并使用夯土机得到与大田相一致的土壤紧实度与含水率；

2)工况参数调整：将润滑介质(纯水、液态肥或消毒液)加入药液箱内，调整电磁流量阀与电动绞盘速度控制器调整，将流量L前进速度V调整到设定大小，复位各传感器无纸化记录仪开始记录各传感器参数；

3)深松润滑减阻试验：将土壤物性参数、工作参数与液压系统调整到设定参数后，打开电动绞盘开关，试验台测试装置开始工作，测试装置沿前进方向匀速前进，在测试装置前进过程中，由记录仪记录各传感器参数；

4)试验效果计算与记录：对同一工况参数进行多次试验，计算平均结果为该工况下润滑减阻效果数据；更换不同型号润滑减阻作业部件，重复步骤2-4测定不同工况参数下的作业效果并记录；

5)试验结果处理：根据每条试验记录，试验结果输入数据可视化建模软件，建立测试装置阻力、速度、液压系统压力、流量随时间变化云图，利用软件进行极差分析得出影响耕作阻力大小因素的主次顺序与优组合。