CN109644600A - 具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，包括挂接杆、连接杆、限位板、调节杆、角度传感器、角度测量杆、拉压传感器、关节轴承；挂接杆与连接杆通过销轴连接，连接杆另一端通过销轴与调节杆连接，限位板一端通过销轴与挂接杆铰接，限位板另一端设有限位槽且限位槽与调节杆通过销轴连接；拉压传感器两端分别与关节轴承、角度测量杆连接，关节轴承另一端与挂接杆通过销轴连接，角度测量杆通过轴与调节杆连接，轴通过联轴器与角度传感器连接。本发明不但能测试工作部件水平方向的阻力，而且能对部件作业深度稳定性进行评估。

Description

具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置
技术领域
本发明涉及农业机械设备领域，具体为一种具有阻力及作业深度稳定性实时监测功能的可调式挂接装置。
背景技术
通过对土壤进行合理的耕整，使其符合农作物播种与生长的要求，提升地表温度，提高肥力，有助于根系吸收，从而提高作物的产量。
在目前的农业生产中，较为普遍的是对工作高度进行调整，阻力测试装置大部分是与室内土槽配套使用的装置，工作阻力实时监测装置大部分是把拖拉机的悬挂机构进行改装或研制阻力测试机架，造价昂贵，维护成本较高。
公开号“CN103190219A”的发明专利“拖拉机挂接装置”，该专利发明了一种拖拉机挂接装置，可实现调节挂接单元长度和角度的功能。但是，不能对部件的入土角度进行调整，不利于实现不平整地面的合理耕作，而且不能在田间实现对部件的工作阻力进行实时监测，从而分析各个部件的受力情况。
公开号“CN201510926515.9”的发明专利“阻力测试装置”发明了室内土槽阻力测试系统，可实现阻力测试的功能。但是，它主要应用于室内土槽试验，不能用于田间试验，而且造价昂贵，维护成本较高。
公开号“CN201520730388.0”的实用新型专利“马铃薯挖掘铲牵引阻力测试装置”可实现阻力测试的功能。但是，主要用于所设计的马铃薯挖掘铲的牵引力测试，不能对工作部件作业深度稳定性进行监测。
随着耕作要求的不断变化，急需一种既能在室内土槽使用，也能在田间试验使用的测试挂接装置，不但能测试工作部件水平方向的阻力，而且能对部件作业深度稳定性进行评估的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，是一种既能在室内土槽使用，也能在田间试验使用的测试挂接装置，它不但能测试工作部件水平方向的阻力，而且能对部件作业深度稳定性进行评估。工作阻力及作业深度稳定性的的变化在一定程度上反映土壤坚实度的差异，根据地形与作物的耕作要求，调整工作部件的入土角度和工作高度，从而调节工作速度和深度，在满足农艺要求的条件下降低能源消耗。
本发明的目的是通过以下方案实现的，结合附图：
一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，包括挂接杆3、连接杆5、限位板9、调节杆10、角度传感器11、角度测量杆13、拉压传感器14、关节轴承15；挂接杆3与连接杆5通过销轴连接，连接杆5另一端通过销轴与调节杆10连接，限位板9一端通过销轴与挂接杆3铰接，限位板9另一端设有限位槽18且限位槽18与调节杆10通过销轴连接；拉压传感器14两端分别与关节轴承15、角度测量杆13连接，关节轴承15另一端与挂接杆3通过销轴连接，角度测量杆13通过轴16与调节杆10连接，轴16通过联轴器17与角度传感器11连接。
所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，还包括挂接板2、安装支架12、连接板21、调节板7；挂接板2固定在挂接杆3上，连接板21固定在调节杆10上，调节板7固定在连接板21上；安装支架12固定在调节杆10上端，角度传感器11螺栓连接在安装支架12上。
所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，还包括电器箱6，电器箱6固定在连接杆5上，所述角度传感器11及拉压传感器14分别通过数据传输装置与电器箱6连接。
所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，角度传感器11在工作过程中可以实时测得调节杆10与拉压传感器14之间的夹角α，75°≤α≤105°，角度传感器11的频率为xHz，即1s内会收到x组数据，对数据进行编组，组数为i，i为0≤i≤(x-1)的整数，数据为yi，建立i-y直角坐标系，得到相邻数据的斜率ki，ki＝(yi+1-yi)*x/1000，U1为2s内ki的和，Un＝k1+k2+…+kx-1，n＝t/2,t为取偶的工作时间，单位为s；设U0＝0，若Un≤0，则表示工作部件的作业深度在变大；若Un＝0，表示工作部件作业深度稳定性良好；若Un≥0，表示工作部件的作业深度变小，根据分析结果可以对2*n s内部件作业深度稳定性进行评估。
所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，限位板9的长度为L1，600mm≤L1≤620mm，限位槽18的长度为L2，160mm≤L2≤200mm，限位槽18与调节杆10通过销轴连接，销轴在限位槽18中移动，起到限制仿形机构的仿形距离L3的作用，160mm≤L3≤200mm。
所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，对于所述的工作部件入土角度A1按照工作需要进行调整，9°≤A1≤15°，通过调整部件与调节板7的挂接位置可以改变部件的工作高度。
阻力及作业深度稳定性实时监测的工作过程为：
作业过程中，土壤对部件产生阻力，部件的铲柄与调节板7连接，拉压传感器14两端通过内螺纹与关节轴承15、角度测量杆13连接，角度测量杆13通过轴16与调节杆10连接，角度传感器11通过联轴器17与轴16联接，在工作过程中角度传感器11可以实时测得调节杆10与拉压传感器14之间的夹角α，75°≤α≤105°，拉压传感器14受到沿着关节轴承15方向的压力F1，连接杆5受到与拉压传感器方向相同的压力F2，根据力和力矩的平衡可以得到方程：
根据公式可以求得作业时部件所受的水平阻力。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1.在整机的作业中能对单个部件的受力进行分析，从而分析与整机受力的关系。
2.既适用于室内土槽，又适用于田间试验。
3.把测力装置从拖拉机的悬挂装置转移到挂接装置，节约改装费用。
4可以对部件作业深度稳定性进行评估，从而一定程度反应作业效果。
5.造价便宜，结构简单，维修方便。
附图说明
图1为本发明所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置的正视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的侧视图。
图4为本发明的限位板的正视图。
图5为本发明的阻力测试装置的俯视图。
图6为本发明的作业深度稳定性监测装置等轴侧视图。
图7为本发明的测力部件受力分析简图。
图8本发明所述的阻力及作业深度稳定性实时监测功能的原理图。
图9为本发明的轴测图
图中：
1.一号销轴，2.挂接板，3.挂接杆，4.二号销轴，5.连接杆，6.电器箱，7.调节板，8.三号销轴，9.限位板，10.调节杆，11.角度传感器，12.安装支架，13.角度测量杆，14.拉压传感器，15.关节轴承，16.轴，17.联轴器，18.限位槽，19.间管，20.键槽，21.连接板
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：
参阅图1、图2、图3，一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，包括挂接杆3、连接杆5、限位板9、调节杆10、角度传感器11、角度测量杆13、拉压传感器14、关节轴承15；限位板9一端通过一号销轴1与挂接杆3上端铰接，挂接杆3下端与连接杆5通过二号销轴4连接，限位板9另一端设有限位槽18，三号销轴8依次穿过连接杆5、调节杆10及限位杆9的限位槽将三者铰接。挂接板2通过焊接固定在挂接杆3上，电器箱6通过螺栓固定在连接杆5上，安装支架12通过螺栓固定在调节杆10上端，连接板21通过焊接固定在调节杆10下端，调节板7通过螺栓固定在连接板21上。拉压传感器14两端分别通过内螺纹与关节轴承15、角度测量杆13连接，关节轴承15通过一号销轴1与挂接杆3连接，角度测量杆13通过轴16与调节杆10连接，轴16通过联轴器17与角度传感器11连接，角度传感器11通过螺栓固定在安装支架12上。在工作过程中角度传感器11可以实时测得调节杆10与拉压传感器14之间的夹角α，75°≤α≤105°，当工作部件在垂直方向上起伏的时候，角度α会发生变化，所以通过角度α的变化频率可以得到部件作业深度稳定性，此外还包括电器箱6、数据传输装置和数据显示装置。
参阅图4，限位板9的长度为L1，600mm≤L1≤620mm，限位槽18的长度为L2，160mm≤L2≤200mm，一号销轴1固定在限位板一端，三号销轴8在限位槽18中移动，从而限制仿形机构的仿形距离L3，160mm≤L3≤200mm。
参阅图5，通过旋转拉压传感器14，改变关节轴承15、拉压传感器14、角度测量杆13的整体长度L4，550mm≤L4≤600mm，从而调整入土角度A1，9°≤A1≤15°，通过调整部件与调节板7的挂接位置可以改变部件工作高度。
参阅图6，角度传感器11通过安装支架12固定在调节杆10上，角度传感器11通过联轴器17与轴16联接，轴16与角度测量杆13键连接，轴16的另一端开有通孔，利用开口销固定。
阻力及作业深度稳定性实时监测的工作过程为：
作业过程中，土壤对部件产生阻力，部件的铲柄与调节板7连接，拉压传感器14两端通过内螺纹与关节轴承15、角度测量杆13连接，角度测量杆13通过轴16与调节杆10连接，角度传感器11通过联轴器17与轴16联接，在工作过程中角度传感器11可以实时测得调节杆10与拉压传感器14之间的夹角α，75°≤α≤105°，拉压传感器14受到沿着关节轴承15方向的压力F1，连接杆5受到与拉压传感器方向相同的压力F2，参阅图7，根据力和力矩的平衡可以得到方程：
根据公式可以求得作业时部件所受的水平阻力。
参阅图8，阻力及作业深度稳定性实时监测的原理为：
拉压传感器14和角度传感器11在工作过程中测得的电信号通过信号线传输到放置在电器箱6中的Arduino单片机中，处理后，通过Arduino单片机控制的WIFI模块把处理后的数据传输到电脑，经过计算，可以得到部件作业过程中的水平阻力和作业深度稳定性。
所选用的压力传感器14品牌为：天光，型号:TJL-5，频率为50Hz，所以每隔20ms得到一次数据，每隔2s取一次测得数据的fmax与fmin，可以求水平阻力f的平均值把该平均值视为这一段时间(2s)内工作部件所受的水平阻力；角度传感器11的品牌为：克拉姆依，型号为：P3022-V1，角度传感器11的测量范围为A2，0°≤A2≤360°，频率为100Hz，即1s内会收到100组数据，对数据进行编组，组数为i，i为0≤i≤199的整数，数据为yi，建立i-y直角坐标系，得到相邻数据的斜率ki，ki＝(yi+1-yi)/10，U1为2s内ki的和，Un＝k1+k2+…+k199，n＝t/2,t为取偶的工作时间，单位为s。设U0＝0，若Un≤0，则表示工作部件的作业深度在变大；若Un＝0，表示工作部件作业深度稳定性良好，即工作部件的作业深度没有变化；若Un≥0，表示工作部件的作业深度变小，根据分析结果可以对2*ns内部件作业深度稳定性进行评估，通过数据接收与显示模块，作业人员可以读取数据，对水平阻力及作业深度稳定性进行实时监测。

Claims (5)

1.一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，其特征在于，包括挂接杆(3)、连接杆(5)、限位板(9)、调节杆(10)、角度传感器(11)、角度测量杆(13)、拉压传感器(14)、关节轴承(15)；挂接杆(3)与连接杆(5)通过销轴连接，连接杆(5)另一端通过销轴与调节杆(10)连接，限位板(9)一端通过销轴与挂接杆(3)铰接，限位板(9)另一端设有限位槽(18)且限位槽(18)与调节杆(10)通过销轴连接；拉压传感器(14)两端分别与关节轴承(15)、角度测量杆(13)连接，关节轴承(15)另一端与挂接杆(3)通过销轴连接，角度测量杆(13)通过轴(16)与调节杆(10)连接，轴(16)通过联轴器(17)与角度传感器(11)连接。
2.如权利要求1所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，其特征在于，还包括挂接板(2)、安装支架(12)、连接板(21)、调节板(7)；挂接板(2)固定在挂接杆(3)上，连接板(21)固定在调节杆(10)上，调节板(7)固定在连接板(21)上；安装支架(12)固定在调节杆(10)上端，角度传感器(11)螺栓连接在安装支架(12)上。
3.如权利要求1所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，其特征在于，还包括电器箱(6)，电器箱(6)固定在连接杆(5)上，所述角度传感器(11)及拉压传感器(14)分别通过数据传输装置与电器箱(6)连接。
4.如权利要求1所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，其特征在于，所述角度传感器(11)在工作过程中可以实时测得调节杆(10)与拉压传感器(14)之间的夹角α，75°≤α≤105°，角度传感器(11)的频率为xHz，即1s内会收到x组数据，对数据进行编组，组数为i，i为0≤i≤(x-1)的整数，数据为yi，建立i-y直角坐标系，得到相邻数据的斜率ki，ki＝(yi+1-yi)*x/1000，U1为2s内ki的和，Un＝k1+k2+…+kx-1，n＝t/2,t为取偶的工作时间，单位为s；设U0＝0，若Un≤0，则表示工作部件的作业深度在变大；若Un＝0，表示工作部件作业深度稳定性良好；若Un≥0，表示工作部件的作业深度变小，根据分析结果可以对2*ns内部件作业深度稳定性进行评估。
5.如权利要求1所述的一种具有阻力及作业深度稳定性监测功能的可调式挂接装置，其特征在于，所述限位板(9)的长度为L1，600mm≤L1≤620mm，限位槽(18)的长度为L2，160mm≤L2≤200mm，限位槽(18)与调节杆(10)通过销轴连接，销轴在限位槽(18)中移动，起到限制仿形机构的仿形距离L3的作用，160mm≤L3≤200mm。
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