CN110285983B - 一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试验平台，涉及一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台。该土槽试验台包括土槽体、行走装置、摇臂悬挂装置、动力传动装置、土壤整备装置以及数据采集测控装置，所述所有装置都进行密封处理以达到防水防锈延长试验台使用寿命的目的。本发明的土槽试验台可以对多种不同形式的车轮进行轮壤参数测试，结构简单，方案可靠，有效的将各装置连接在一起，使得轮壤试验的数据采集更加方便准确。

Description

一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台

技术领域

本发明涉及一种试验平台，尤其涉及一种针对微耕机行走系统在水田土壤行走时进行轮壤参数测试的摇臂式微耕机单轮土槽试验台。

背景技术

我国农业机械化的发展速度越来越快，农业机械化正处于迅速发展的黄金时代，国内对农业机械的需求比较旺盛，同时农机机械更新换代的速度在逐步加快，对新型农业机械的发展速度要求也越来越高。在新型农业机械的研究中，对试验测试设备性能的要求也越来越高。

车轮是农业机械的重要组成部件，直接影响到农业机械的各种使用性能的发挥，设计适用于农田行走的车轮，有利于提高农机在田间作业行走的挂钩牵引力和驱动效率，减小车轮打滑，以及降低滚动阻力等。土槽试验台在进行微耕机整体或者行走系统等关键部件进行试验时，可以有效弥补田间试验受时间和天气限制的不足，为新型微耕机车轮的设计提供必要的理论依据。因此，室内轮壤土槽试验台是进行土壤—机器行走系统研究的必备试验设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种测试方便、能够对微耕机车轮在水田土壤行走时的多个轮壤参数进行测试的摇臂式微耕机单轮土槽试验台。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，包括土槽体、行走装置、摇臂悬挂装置、动力传动装置、土壤整备装置以及数据采集测控装置，其中所述土槽体包括土槽长方体框架、土槽上表面的直线轨道、土槽侧板和起加固作用的龙门；所述行走装置包括在直线轨道上行走的轨道轮以及跟随轨道轮运动的长方形框架；所述摇臂悬挂装置包括安装固定在所述长方形框架上的立柱和摇臂悬挂机构，通过在摇臂悬挂机构后方加入砝码可以改变轮上载荷，同时可以在承重梁上增加砝码增加轮上载荷；所述动力传动装置包括连接板、动力装置以及传动装置；所述数据采集测控装置包括用于采集车轮扭矩的动态扭矩传感器、记录试验车轮实际转角的编码器、记录所述行走装置直线位移的编码器、采集试验车轮沉陷量的拉线传感器、带动拉线改变单轮系统挂钩牵引力的定滑轮、检测土槽土壤含水率的近红外光谱仪、扫描试验车轮在土壤行走之后形成的后车辙形貌的激光测距仪以及用于数据采集的计算机；所述土槽试验台所有装置及零部件都经过密封或远离水面处理，以此达到防水防锈延长使用寿命的目的。

所述土槽为长方体框架，所述土槽内部装有试验所用土壤，所述框架由型材经过角铝连接固定，所述土槽左右两侧各连接五根向上的立杆，所述立杆在土槽正上方通过横梁连接形成五个龙门式结构，所述龙门式结构之间用连接梁连接，所述每个龙门式结构左右两边各设置有一个三角桁架加固。

所述框架前后左右还有底面都由防水材料联接形成一个无盖长方体，所述长方体内侧为了防止锈蚀经过喷漆处理，所述长方体两侧防水材料各钻有上下两个通孔连接排水装置。

优选地，所述土槽上表面同时作为直线导轨，对所述的行走装置以及所述土壤整备设备的行走装置起导向作用，所述轨道左端向土槽外拓展出一定长度的轨道，所述拓展轨道作为放置平台，当试验完后放置试验系统及土壤整备装置以达到试验设备远离水田土壤和防锈的目的。

优选地，所述行走装置轨道轮由四个单边轮缘凸出的横置‘T’型的尼龙轨道轮组成，所述凸出轮缘在型材凹槽中起导向作用，其另一侧为踏面，所述踏面与型材表面接触起到支撑重量的作用。

优选地，所述摇臂悬挂装置由两根立柱与固定梁连接固定在行走装置上，所述摇臂悬挂机构是由四根杆组成的杠杆结构，所述杠杆结构包括上下两根配重梁、一根支撑梁、一根承重梁、以及用于连接配重梁与立柱的轴与轴承，所述配重梁一端与承重梁通过活动铰链连接以适应由于土壤表面起伏而导致的上下运动，所述配重梁另一端可根据需要设置配重砝码以改变单轮的轮上载荷。

所述连接板与所述摇臂悬挂机构承重梁固定连接，所述动力传动装置安装在连接板上，所述动力传动装置包括动力装置及传动装置，所述动力装置为步进电机，所述传动装置为减速箱和链轮链条的组合传动。

优选地，所述减速箱一端连接步进电机，一端通过联轴器与动态扭矩传感器连接，所述链轮链条传动中主动链轮与传感器输出轴连接，从动链轮与车轮轴连接，所述车轮轴在连接板底部通过轴承与连接板连接，所述车轮轴上设有卡槽用于安装轴用弹性挡圈对轴承及链轮进行轴向定位，所述车轮轴另一轴端与试验车轮连接，所述另一轴端开有键槽同时钻有多个定位孔和动力传动孔，垂直端面沿轴向开设螺纹孔，以使得所述车轮轴可连接多种不同形式的试验车轮。

所述链轮链条传动布置有张紧装置实现对链条的张紧，所述张紧装置由两个与连接板连接的立式轴承、链轮轴以及链轮组成，所示链轮轴上连接有固定环对链轮以及轴承进行轴向固定。

优选地，所述数据采集测控装置的动态扭矩传感器与减速箱连接固定在连接板上，所述记录车轮实际转角的编码器固定在连接板上与联轴器接触，所述记录行走装置直线位移的编码器固定在小车上、所述编码器的编码轮与行走轨道接触，所述拉线传感器固定在传感器固定架上，所述传感器固定架与立柱固定连接，所述检测土壤含水率的近红外光谱仪安装在沿着直线轨道行走的牵引框架上，所述激光测距仪安装在所述土槽体的龙门式结构上。

优选地，所述近红外光谱仪除了随着牵引框架沿直线轨道前后运动外，所述近红外光谱仪的探头还可以在电机驱动下左右运动，所述近红外光谱所检测的区域包含了土槽的大部分区域，用于检测土槽土壤的含水率。

所述激光测距仪安装在距离土壤表面一定高度的龙门式框架上，所述龙门式框架上装有蜗杆轴和蜗杆螺母，蜗杆螺母上安装土壤车辙形貌的采集装置，所述蜗杆轴由电机驱动可使蜗杆螺母上的激光测距仪沿土槽长度方向步进，所述土壤车辙形貌采集装置包括电机、横置蜗杆和蜗杆螺母，蜗杆螺母上安装有激光测距仪，所述电机驱动横置蜗杆转动带动激光测距仪沿土槽宽度方向运动，同时结合土槽长度方向的运动，可以试验完成土槽中车辙形貌的扫描，形成3D车辙云图。

所述各传感器、驱动电机等加装防水密封盒，所述轴上涂抹润滑油，所述土槽侧板及底板通过喷漆处理，以达到防水防锈延长使用寿命的目的。同时在试验完成后，将行走装置置于拓展轨道处并且用隔离罩隔离行走装置与土槽中的土壤。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明公开的摇臂式微耕机单轮土槽试验台可以直接或者间接完成不同试验车轮在水田土壤行走时产生的扭矩、滑转率、沉陷量、挂钩牵引力等多个轮壤参数及含水率、车辙形貌的测试，避开了在田间试验时环境、季节、农时等因素的影响，同时该试验台还设置有土壤整备装置，为土壤的整备提供了方便，在防水防锈、整体维护及延长使用寿命方面采取了相应的隔离措施，此试验台整体结构简单、体积较小、试验方便、工作效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明摇臂式微耕机单轮土槽试验台的整体结构图；

图2为土槽体；

图3为行走装置；

图4为摇臂悬挂装置；

图5为动力传动装置；

图6为近红外测试水田壤含水率装置；

附图标记说明：1 土槽体；2 行走装置；3 摇臂悬挂装置；4 土壤车辙形貌采集装置；5 激光测距仪；6 土壤整备装置；7 近红外装置；8 动力传动装置；9 砝码；10 拉线；11定滑轮；12 拓展轨道；13 直线轨道；14 三角桁架；15 连接梁；16 横梁；17 立杆；18 防水材料；19 长方体框架；20 排水孔；21 长方形框架；22 固定梁；23 轨道轮；24 编码器1；25传感器固定梁；26 拉线传感器；27 活动铰链1；28 承重梁；29 活动铰链2；30 菱形座轴承；31 连接轴；32 立式带座轴承轴承；33 活动铰链3；34 下配重梁；35 支承梁；36 活动铰链4；37 上配重梁；38 立柱；39 加固梁；40 试验车轮；41 步进电机；42 减速器；43 编码器2；44 联轴器；45 动态扭矩传感器；46 链条；47 主动链轮；48 立式轴承；49 张紧链轮；50 从动链轮；51 固定环；52 链轮轴；53 轴用弹性挡圈；54 加高型立式轴承；55 连接板；56 车轮轴；57 定位螺栓；58 固定板；59 近红外光谱仪；60 螺母螺栓；61 牵引框架；62 轨道轮；63 卤素灯；64 探头；65 光纤；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是设计一种测试方便、能够对微耕机车轮在水田土壤中行走时的多个轮壤参数进行测试的摇臂式微耕机单轮土槽试验台。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供了一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，试验时我们可以测试不同车轮在土槽水田土壤中通过时的多个性能参数，从而可为微耕机车轮的设计提供必要的理论依据。

该摇臂式微耕机单轮土槽试验台包括土槽体1、行走装置2、摇臂悬挂装置3、动力传动装置8、土壤整备装置6以及分散在各装置的数据采集测控装置，土槽体1包括土槽长方体框架21、土槽上表面的直线轨道13和起加固作用的龙门；行走装置2包括在直线轨道13上行走的四个轨道轮23以及跟随轨道轮运动的长方形框架21；摇臂悬挂装置3包括安装在长方形框架固定梁22上的立柱38和摇臂悬挂机构，通过在摇臂悬挂机构后方加入砝码可以改变轮上载荷，同时可以在承重梁28上增加砝码增加轮上载荷；动力传动装置包括连接板55、动力装置以及传动装置；数据采集测控装置包括用于采集车轮扭矩的动态扭矩传感器45、记录试验车轮实际转角的编码器43、记录行走装置直线位移的编码器24、采集试验车轮沉陷量的拉线传感器26以及用于数据采集的计算机，带动拉线10改变单轮系统挂钩牵引力的定滑轮11、检测土槽土壤含水率的近红外光谱仪7、扫描试验车轮在土壤行走之后形成的车辙形貌的激光测距仪5以及用于数据采集的计算机。

土槽体1为长方体框架，其内部装有试验所用土壤，长方体框架19由型材经过角铝连接固定，土槽体左右两侧各连接五根向上的立杆17，立杆17在土槽正上方通过横梁16连接形成五个龙门式结构，龙门式结构之间用连接梁15连接，同时每个龙门式结构左右两边各设置有一个三角桁架14加固。长方体框架19前后左右还有底面都由防水材料18联接形成一个无盖长方体，长方体内侧为了防止锈蚀经过喷漆处理，左右两侧防水材料18各钻有两个排水孔20连接排水装置。土槽上表面同时作为直线导轨13，对行走装置2以及土壤整备装置6的行走装置起导向作用，轨道左端向土槽外拓展出一定长度的轨道12，拓展轨道12作为放置平台，当试验完后放置试验系统及土壤整备装置以达到试验设备远离水田土壤和防锈的目的。

土槽体上表面连接的直线轨道13为4080型材，型材的凹槽作为轨道轮23的行走轨道。轨道轮23为单边轮缘凸出的类似横置‘T’型的尼龙轨道轮，凸出轮缘在型材凹槽中起导向作用，其另一侧为踏面，踏面与型材表面接触起到支撑重量的作用。

摇臂悬挂装置3由两根立柱38与固定梁22连接固定在行走装置2上，两根立柱38通过加固梁39连接加固，摇臂悬挂机构是由四根杆组成的杠杆结构，杠杆结构包括上下两根配重梁34和37、一根支承梁35、一根承重梁28、以及用于连接上下配重梁34、37与立柱38的轴21与轴承20、25，配重梁34、37与承重梁28之间以及配重梁34、37与支承梁35之间通过四个活动铰链27、29、33、36连接形成一个活动的平行四边形结构，配重梁34、37一端与承重梁28通过活动铰链1和2连接以适应由于土壤表面起伏而导致的上下运动，另一端可根据需要设置配重砝码以改变单轮的轮上载荷。

动力传动装置8中的连接板55与摇臂悬挂装置的承重梁28固定连接，动力传动装置8还包括动力装置及传动装置，动力装置为步进电机41，工作时步进电机41将动力传递到减速器42，通过变速后将动力通过联轴器44传递到动态扭矩传感器45，动态扭矩传感器45输出轴与主动链轮47连接，通过链条46把动力传递给与车轮轴56连接的从动链轮50，车轮轴56通过加高型铸铁立式轴承54与连接板55连接固定，车轮轴56上设有卡槽用于安装轴用弹性挡圈53对轴承54及从动链轮50进行轴向定位，车轮轴56另一轴端与试验车轮40连接，此轴端开有键槽同时钻有有多个定位孔和动力传动孔，试验车轮通过定位螺栓57与车轮轴56连接，此外，车轮轴56垂直端面沿轴向开设螺纹孔以使得车轮轴56可连接多种不同形式的试验车轮。

为了实现对链条的张紧，动力传动装置中布置有张紧装置，张紧装置由两个与连接板连接的立式轴承48、张紧链轮轴52以及张紧链轮49组成，张紧链轮轴52上连接有固定环51对张紧链轮49以及轴承48进行轴向固定。

数据采集测控装置的动态扭矩传感器45与减速器42连接固定在连接板55上；记录车轮实际转角的编码器43固定在连接板55上，其编码轮与联轴器44接触；记录行走装置2的直线位移的编码器24固定在长方形框架21上、编码器的编码轮与直线轨道13接触，拉线传感器26固定在传感器固定梁25上，传感器固定梁与立柱38固定连接，其拉线固定在连接板55上，随着试验车轮在土壤中的上下运动记录车轮沉陷量。

近红外光谱仪59固定在固定板58上，固定板58通过T型螺栓及螺母60固定在牵引框架61上，近红外光谱仪除了可以随着牵引框架61沿直线轨道13前后运动外，近红外光谱仪的探头64还可以在电机驱动下左右运动，试验时由探头64采集的数据通过光纤65传输回近红外光谱仪59，因此近红外光谱仪59所检测的区域范围包含了土槽的大部分区域，其中卤素灯63起照明作用。

激光测距仪5安装在距离土壤表面一定高度的龙门式框架上，龙门式框架上装有蜗杆轴和蜗杆螺母，蜗杆螺母上安装土壤车辙形貌采集装置4，蜗杆轴由电机驱动可使蜗杆螺母上的激光测距仪沿土槽长度方向步进，所述土壤车辙形貌采集装置4包括电机、横置蜗杆和蜗杆螺母，蜗杆螺母上安装有激光测距仪5，所述电机驱动横置蜗杆转动带动激光测距仪5沿土槽宽度方向运动，同时结合土槽长度方向的运动，可以试验完成土槽中车辙形貌的扫描，形成3D车辙云图。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，其特征在于，包括土槽体、行走装置、摇臂悬挂装置、动力传动装置、土壤整备装置以及数据采集测控装置，其中，所述土槽体包括土槽长方体框架、土槽上表面的直线轨道、土槽侧板和起加固作用的龙门，所述土槽长方体框架由型材经过角铝连接固定，所述土槽长方体框架内部装有试验所用土壤，所述土槽体左右两侧各连接五根向上的立杆，所述立杆在土槽正上方通过横梁连接形成五个龙门式结构，所述龙门式结构之间用连接梁连接，所述每个龙门式结构左右两边各设置有一个三角桁架加固，所述框架前后左右还有底面都由防水材料联接形成一个无盖长方体，所述长方体内侧为了防止锈蚀经过喷漆处理，所述长方体左右两侧材料各钻有上下两个通孔连接排水装置；

所述土槽上表面同时作为直线导轨，对所述的行走装置以及所述土壤整备装置的行走装置起导向作用，所述轨道左端向土槽外拓展出一定长度的轨道，所述拓展轨道作为放置平台，当试验完后放置试验系统及土壤整备装置以达到试验系统远离水田土壤和防锈的目的；

所述行走装置包括在直线轨道上行走的轨道轮以及跟随轨道轮运动的长方形框架，所述轨道轮由四个单边轮缘凸出的横置‘T’型的尼龙轨道轮组成，所述凸出轮缘在型材凹槽中起导向作用，其另一侧为踏面，踏面与型材表面接触起到支撑重量的作用；

所述摇臂悬挂装置由两根立柱与固定梁连接固定在行走装置上，所述摇臂悬挂装置包括安装固定在所述行走装置长方形框架上的立柱和摇臂悬挂机构，通过在摇臂悬挂机构后方加入砝码能够改变轮上载荷，同时也能够在承重梁上增加砝码增加轮上载荷；所述两根立柱通过加固梁连接加固，所述摇臂悬挂机构由四根杆组成的杠杆结构，所述杠杆结构包括上下两根配重梁、一根支撑梁、一根承重梁、以及用于连接配重梁与立柱的轴与轴承，所述配重梁一端与承重梁通过活动铰链连接以适应由于土壤表面起伏而导致的上下运动，所述配重梁另一端根据需要设置配重砝码以改变单轮的轮上载荷；

所述动力传动装置包括连接板、动力装置以及传动装置；所述数据采集测控装置包括用于采集车轮扭矩的动态扭矩传感器、记录试验车轮实际转角的编码器、记录所述行走装置直线位移的编码器、采集试验车轮沉陷量的拉线传感器、带动拉线改变单轮系统挂钩牵引力的定滑轮、检测土槽土壤含水率的近红外光谱仪、扫描试验车轮在土壤行走之后形成的车辙形貌的激光测距仪以及用于数据采集的计算机，所述土槽试验台所有装置及零部件都经过密封或远离水面处理，以此达到防水防锈延长使用寿命的目的。

2.根据权利要求1所述的针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，其特征在于，所述连接板与所述摇臂悬挂机构承重梁固定连接，所述动力传动装置安装在连接板上，所述动力传动装置包括动力装置及传动装置，所述动力装置为步进电机，所述传动装置为减速箱和链轮链条的组合传动。

3.根据权利要求2所述的针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，其特征在于，所述减速箱一端连接步进电机，一端通过联轴器与动态扭矩传感器连接，所述链轮链条传动中主动链轮与传感器输出轴连接，从动链轮与车轮轴连接，所述车轮轴在连接板底部通过轴承与连接板连接，所述车轮轴上设有卡槽用于安装轴用弹性挡圈对轴承及链轮进行轴向定位，所述车轮轴另一轴端与试验车轮连接，所述另一轴端开有键槽同时钻有多个定位孔和动力传动孔，垂直端面沿轴向开设螺纹孔，使得所述车轮轴可连接多种不同形式的试验车轮。

4.根据权利要求3所述的针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，其特征在于，所述链轮链条传动布置有张紧装置实现对链条的张紧，所述张紧装置由两个与连接板连接的立式轴承、链轮轴以及链轮组成，所示链轮轴上连接有固定环对链轮以及轴承进行轴向固定。

5.根据权利要求1所述的针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，其特征在于，所述数据采集测控装置的动态扭矩传感器与减速箱连接固定在连接板上，所述记录车轮实际转角的编码器固定在连接板上与联轴器接触，所述记录行走装置直线位移的编码器固定在小车上、所述编码器的编码轮与行走轨道接触，所述拉线传感器固定在传感器固定架上，所述传感器固定架与立柱固定连接，所述检测土壤含水率的近红外光谱仪安装在沿着直线轨道行走的牵引框架上，所述近红外光谱仪除了随着牵引框架沿直线轨道前后运动外，所述近红外光谱仪的探头还能够在电机驱动下左右运动，所述近红外光谱所检测的区域包含了土槽的大部分区域，用于检测土壤的含水率，所述激光测距仪安装在距离土壤表面一定高度的龙门式框架上，所述龙门式框架上装有蜗杆轴和蜗杆螺母，蜗杆螺母上安装土壤车辙形貌的采集装置，所述蜗杆轴由电机驱动可使蜗杆螺母上的激光测距仪沿土槽长度方向步进，所述土壤车辙形貌采集装置包括电机、横置蜗杆和蜗杆螺母，所述电机驱动横置蜗杆转动带动激光测距仪沿土槽宽度方向运动，同时结合土槽长度方向的运动，能够试验完成土槽中车辙形貌的扫描，形成3D车辙云图。

6.根据权利要求1所述的针对水田土壤的摇臂式微耕机单轮土槽试验台，所述各传感器、驱动电机加装防水密封盒，所述土槽侧板及底板通过喷漆处理，以达到防水防锈延长使用寿命的目的，同时在试验完成后，将行走装置置于拓展轨道处并且用隔离罩隔离行走装置与土槽中的土壤。