CN115615862A - 一种林木树枝直线切割性能测试装置 - Google Patents

一种林木树枝直线切割性能测试装置 Download PDF

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CN115615862A CN202211244306.2A CN202211244306A CN115615862A CN 115615862 A CN115615862 A CN 115615862A CN 202211244306 A CN202211244306 A CN 202211244306A CN 115615862 A CN115615862 A CN 115615862A
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施明宏
张超
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Abstract

本发明公开了一种林木树枝直线切割性能测试装置，包括机架、直线电机模组、树枝切割装置、树枝夹持装置和试验数据采集系统；直线电机模组包括定子、动子、驱动器、滑座；树枝切割装置包括切割刀具、支撑架一和连接板二；树枝夹持装置包括树枝外夹具、树枝内夹具、燕尾导轨、分度盘和支撑板一；试验数据采集系统包括压力传感器、多通道信号处理器、采集板卡、雷达测速传感器、电源和计算机，通过计算机控制树枝切割装置的加减速度、移动速度和起终点位置，压力传感器和雷达测速传感器用于检测切割刀具的切割阻力和实际移动速度。本发明能够完成林木树枝动态切割试验，结构简单，操作方便，效率高，工作可靠，具有较广阔的应用前景。

Description

一种林木树枝直线切割性能测试装置
技术领域
本发明属于林业机械设备技术领域，具体涉及一种林木树枝直线切割性能测试装置。
背景技术
速生林是轮伐周期短的人工林，在工业造纸领域需求较大，由于其速生优势，材质好，出材量高，造林成活率高等优良特性，因而具有良好的经济价值，且其对恢复森林资源生态环境，以及缓解日益紧张的木材资源供求矛盾具有积极和重要意义。
林木抚育修枝是速生林管理过程中的一项基础性营林措施。目前，我国速生林抚育修枝作业研究尚处于初步阶段，主要存在修枝方式落后，修枝机理不明和高效修枝机械缺乏等问题，严重制约了速生林产业的可持续发展。因此，我国应加强对修枝机械的研发与推广应用，以减小劳动强度和林区作业安全隐患，提高林木修枝效率，促进速生林产业的健康发展。
由于速生林树木通直高大，进行修枝机性能试验研究存在一定难度，并且室外试验易受天气、温度、环境等因素影响，而室内台架试验不受此限制。因此，为提高速生林林木修枝机械的研发速度，有必要根据修枝机械工作原理搭建相应的林木树枝切割试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种林木树枝直线切割性能测试装置，本林木树枝直线切割性能测试装置实现了林木树枝动态切割试验，优化了切割刀具的结构参数与运动参数，为林木修枝机械的设计与优化提供了技术支撑，同时提高了林木树枝修剪刀具及整机的研发速度。该切割试验装置结构简单，操作方便，效率高，工作可靠，具有较广阔的应用前景。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种林木树枝直线切割性能测试装置，包括机架、直线电机模组17、树枝切割装置、树枝夹持装置和试验数据采集系统；
直线电机模组17包括固定在机架上的定子、相对于定子滑动的动子、驱动器26、固定在动子上的滑座33；
所述树枝切割装置包括切割刀具7、支撑架一5和连接板二8；所述切割刀具7与试验数据采集系统中的压力传感器6连接；所述压力传感器6与支撑架一5连接；所述支撑架一5通过连接板二8与直线电机模组17中的滑座33连接；
所述树枝夹持装置包括树枝外夹具9、树枝内夹具11、燕尾导轨、分度盘13和支撑板一14；所述树枝外夹具9通过螺栓与树枝内夹具11连接；所述树枝内夹具11设置在燕尾导轨上；燕尾导轨设置在分度盘13上；所述分度盘13与支撑板一14固定连接；所述支撑板一14固定在机架上；通过分度盘13和燕尾导轨带动被树枝外夹具9和树枝内夹具11夹紧的树枝10进行转动和移动，从而保证运动的切割刀具7切割到被夹持的树枝10；
所述试验数据采集系统包括压力传感器6、多通道信号处理器29、采集板卡28、雷达测速传感器2、电源25和计算机24；压力传感器6、多通道信号处理器29、采集板卡28和计算机24依次电连接；所述雷达测速传感器2通过连接板一4连接在支撑架一5上，并且雷达测速传感器2与电源25和计算机24电连接；压力传感器6和雷达测速传感器2分别用于检测切割刀具7的切割阻力和实际移动速度。
作为改进，所述计算机24与驱动器26连接，计算机24通过驱动器26精准控制动子和滑座33的加减速度、移动速度和起终点位置。
作为改进，它还包括配重装置，配重装置包括多个可拆卸连接在连接板二8上的不同重量的配重。所述配重装置包括五个1kg配重块3、5kg配重块一32、10kg配重块一30、10kg配重块二31和支撑杆34；所述支撑杆34固定在连接板二8上，支撑杆34穿过五个1kg配重块3、5kg配重块一32、10kg配重块一30、10kg配重块二31与螺母配合。
作为改进，燕尾导轨包括燕尾上导轨12、燕尾下导轨37、燕尾导轨操作杆36；所述树枝内夹具11与相对于燕尾下导轨37滑动的燕尾上导轨12连接；所述燕尾下导轨37与分度盘13固定连接；燕尾导轨操作杆36分别与燕尾上导轨12、燕尾下导轨37相连，用于驱动燕尾上导轨12相对于燕尾下导轨37滑动。
作为改进，所述机架包括支撑架二16和支撑架三22；所述支撑架二16通过四个地脚座和十六个膨胀螺丝与地面固定连接，并采用两个固定板一15和四个L型固定板20进行加固，以提高支撑架二16的稳固性；所述支撑板一14固定在支撑架二16上；所述支撑架三22通过十个地脚座和四十个膨胀螺丝与地面固定连接，并利用六个固定板三21、两个固定板二19和四个L型固定板20进行加固，以提高支撑架三22的稳定性；定子设置在支撑架三22上。
作为改进，所述直线电机模组17通过螺栓与支撑板二18固定连接，支撑板二18固定在机架上，直线电机模组采用HSHA200-2920-1-0725-2048-N03.0N-C10A型直线电机模组，其有效行程为2920mm，通过直线电机模组17上的滑座33带动树枝切割装置左右移动，从而实现林木树枝的切割。
作为改进，所述分度盘13采用TS250型米字槽分度盘，包括直径为250mm的工作台面、底座、分度盘操作杆35；燕尾导轨连接在工作台面上，底座固定在支撑板一14上；通过分度盘操作杆35可使工作台面相对于底座进行360°转动，从而实现树枝10不同倾斜角度的调节。
作为改进，雷达测速传感器2通过二次仪表27与计算机24电连接。
作为改进，所述切割刀具7为弧形刀具，采用SKD-11材料，进行淬火、发蓝处理。
作为改进，所述压力传感器6采用JHBL-1-200型悬臂式力传感器，量程选择为500kg；所述多通道信号处理器29采用BSQ-12型多通道信号处理器；所述采集板卡28采用CJBK-1型采集板卡；所述雷达测速传感器3采用加拿大vansco型派克雷达测速传感器，其测速范围为0.139-19.45m/s。
作为改进，所述树枝外夹具和树枝内夹具材料为45号钢，可根据实际需求移动树枝外夹具和树枝内夹具的前后位置，从而保证所夹持的树枝与弧形刀具在同一水平线上；
作为改进，所述1kg配重块、5kg配重块一、10kg配重块一和10kg配重块二材料为45号钢，可根据实际配重需求进行加减重量；
作为改进，所述二次仪表采用台达PLC和3.5寸显示屏；
作为改进，所述电源采用24V，16.6A，400w的直流电源；
本发明的有益效果为：
1、本发明解决了修枝机切割性能试验易受天气、环境因素影响等问题。
2、本发明缩短了修枝机械研发周期，加快了修枝装备研制速度。
3、本发明结构简单，操作方便，工作可靠。
4、本发明优化了切割刀具结构参数与运动参数，为修枝机械的设计与优化提供了技术支撑。
5、本发明实现了林木树枝倾斜角度360度无极调节，满足了实际试验需求。
6、本发明通过压力传感器自动实时获得了林木树枝的切割阻力和切割能耗变化情况，通过雷达测速传感器自动实时获取了切割刀具的速度变化规律，提高了一定林业修枝技术的自动化和智能化水平。
7、配重随滑座、切割刀具等一起运动，并可以根据需要增加或减少，更加贴合切割刀具实际工作状态。
附图说明
图1是本发明的轴测图一。
图2是本发明的轴测图二。
图3是本发明的前视图。
图4是本发明的俯视图。
图5为本发明中左视图。
图6为本发明中右视图。
图7为本发明中地脚座的结构示意图。
图8为本发明中1kg配重块的结构示意图。
图9为本发明中5kg配重块的结构示意图。
图10为本发明中10kg配重块二的结构示意图。
图11为本发明中10kg配重块一的结构示意图。
图12为本发明中支撑杆的结构示意图。
图13为本发明中连接板一的结构示意图。
图14为本发明中支撑架一的结构示意图。
图15为本发明中弧形刀具的结构示意图。
图16为本发明中连接板二的结构示意图。
图17为本发明中树枝外夹具的结构示意图。
图18为本发明中树枝内夹具的结构示意图。
图19为本发明中燕尾下导轨的结构示意图。
图20为本发明中分度盘的结构示意图。
图21为本发明中支撑板一的结构示意图。
图22为本发明中固定板一的结构示意图。
图23为本发明中支撑板二的结构示意图。
图24为本发明中固定板二的结构示意图。
图25为本发明中L型固定板的结构示意图。
图26为本发明中固定板三的结构示意图。
图27为本发明中支撑架三的结构示意图。
图28为本发明中支撑架二的结构示意图。
图29为雷达测速传感器、连接板一、弧形刀具等示意图。
图中：1、地脚座；2、雷达测速传感器；3、1kg配重块；4、连接板一；5、支撑架一；6、压力传感器；7、弧形刀具；8、连接板二；9、树枝外夹具；10、树枝；11、树枝内夹具；12、燕尾上导轨；13、分度盘；14、支撑板一；15、固定板一；16、支撑架二；17、直线电机模组；18、支撑板二；19、固定板二；20、L型固定板；21、固定板三；22、支撑架三；23、实验桌；24、计算机；25、电源；26、驱动器；27、二次仪表；28、采集板卡；29、多通道信号处理器；30、10kg配重块一；31、10kg配重块二；32、5kg配重块；33、滑座；34、支撑杆；35、分度盘操作杆；36、燕尾导轨操作杆；37、燕尾下导轨。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
一种林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：包括机架、直线电机模组、树枝切割装置、树枝夹持装置、配重装置和试验数据采集系统。
如图1至图28所示，所述机架包括支撑架二和支撑架三；所述支撑架二通过四个地脚座和十六个膨胀螺丝与地面固定连接，并采用两个固定板一和四个L型固定板进行加固，以提高支撑架二的稳固性，所述支撑架三通过十个地脚座和四十个膨胀螺丝与地面固定连接，并利用六个固定板三、两个固定板二和四个L型固定板进行加固，以提高支撑架三的稳定性；
直线电机模组17包括定子、动子、驱动器26、滑座33、拖链等，属于现有技术。
如图1至图28所示，所述树枝切割装置包括弧形刀具、压力传感器、支撑架一和连接板二；所述弧形刀具通过两个M12螺栓与压力传感器固定连接；所述压力传感器通过四个M12螺栓与支撑架一固定连接；所述支撑架一通过五个M8螺栓与连接板二固定连接；所述连接板二通过十六个M8螺栓与直线电机模组中的滑座固定连接；
如图1至图28所示，所述树枝夹持装置包括树枝外夹具、树枝内夹具、燕尾上导轨、燕尾下导轨、分度盘和支撑板一；所述树枝外夹具通过六个M8螺栓与树枝内夹具连接；所述树枝内夹具通过三个M8螺栓与燕尾上导轨固定连接；所述燕尾下导轨通过四个M12螺栓与分度盘固定连接；所述分度盘通过两个M12螺栓与支撑板一固定连接；所述支撑板一通过六个M8螺栓与支撑架二固定连接；
如图1至图28所示，所述配重装置包括五个1kg配重块、5kg配重块一、10kg配重块一、10kg配重块二和支撑杆；所述支撑杆通过两个M12螺母与连接板二、五个1kg配重块、5kg配重块一、10kg配重块一和10kg配重块二固定连接；所述1kg配重块、5kg配重块一、10kg配重块一和10kg配重块二材料为45号钢，可根据实际配重需求进行加减重量；
如图1至图28所示，所述试验数据采集系统包括压力传感器、多通道信号处理器、采集板卡、雷达测速传感器、二次仪表、电源和计算机；所述压力传感器通过四个M12螺栓与支撑架一固定连接，并且压力传感器与多通道信号处理器、采集板卡和计算机电连接；所述雷达测速传感器通过三个M6螺栓与连接板一固定连接；并且雷达测速传感器与二次仪表、电源和计算机电连接；所述计算机通过驱动器精准控制树枝切割装置的加减速度、移动速度和起终点位置，压力传感器和雷达测速传感器分别用于检测弧形刀具的切割阻力和实际移动速度；
本实施例中，所述直线电机模组通过六十八个M6螺栓与支撑板二固定连接，采用HSHA200-2920-1-0725-2048-N03.0N-C10A型直线电机模组，其有效行程为2920mm，通过直线电机模组上的滑座带动树枝切割装置左右移动，从而实现林木树枝的切割；
本实施例中，所述分度盘采用TS250型米字槽分度盘，工作台面直径为250mm，通过分度盘操作杆可使工作台面进行360°转动，从而实现树枝不同倾斜角度的调节；
本实施例中，所述树枝外夹具和树枝内夹具材料为45号钢，可根据实际需求移动夹具的前后位置，从而保证所夹持的树枝与弧形刀具在同一水平线上；
本实施例中，所述弧形刀具采用SKD-11材料，进行淬火、发蓝处理；
本实施例中，所述1kg配重块、5kg配重块一、10kg配重块一和10kg配重块二材料为45号钢，可根据实际配重需求进行加减重量；
本实施例中，所述压力传感器采用JHBL-1-200型悬臂式力传感器，量程选择为500kg；
本实施例中，所述多通道信号处理器采用BSQ-12型多通道信号处理器；
本实施例中，所述采集板卡采用CJBK-1型采集板卡；
本实施例中，所述雷达测速传感器采用加拿大vansco型派克雷达测速传感器，其测速范围为0.139-19.45m/s；
本实施例中，所述二次仪表采用台达PLC和3.5寸显示屏；
本实施例中，所述电源采用24V，16.6A，400w的直流电源；
本实施例的工作原理：
如图1所示，首先，树枝外夹具、树枝内夹具把树枝夹紧，将林木树枝固定夹持在夹具内，通过移动内外夹具和燕尾上导轨的前后位置，保证所夹持的树枝与切割刀具(如弧形刀具)在同一水平线上，并根据试验需求转动分度盘操作杆将树枝调节到相应倾斜角度；接着根据试验需求安装固定好相应切割刀具，然后启动电源，通过计算机软件控制直线电机模组带动切割装置进行左右移动，可根据试验需求设置不同的加减速度、移动速度和起终点位置，在切割刀具的快速移动过程中完成林木树枝的切割。整个运动过程中，压力传感器自动实时获得林木树枝的切割阻力和切割能耗变化情况，雷达测速传感器自动实时获取切割刀具的速度变化规律；通过改变不同切割刀具结构参数、运动参数以及树枝直径、树枝倾斜角度，获取不同的试验数据，并进行参数优化获取最优参数组合，同时，建立切割阻力、切割能耗与切割刀具结构参数、运动参数、树枝直径、树枝倾斜角度等参数之间的数学模型，从而为树木修枝机械的设计与优化提供技术支撑。
本实施例解决了修枝机性能试验易受天气、环境因素影响等问题；缩短了修枝机械研发周期，加快了修枝装备研制速度；本实施例优化了切割刀具的结构参数与运动参数，为修枝机械的设计与优化提供了技术支撑；本实施例实现了树枝夹持角度360度无极调节，满足了实际试验需求；本实施例通过压力传感器实时获得了树枝的切割阻力和切割能耗变化情况，通过雷达测速传感器实时获取了切割刀具的速度变化规律，提高了一定修枝作业技术的自动化和智能化水平；该试验装置结构简单，操作方便，工作可靠，效率高，具有较广阔的应用前景。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：包括机架、直线电机模组(17)、树枝切割装置、树枝夹持装置和试验数据采集系统；
直线电机模组(17)包括固定在机架上的定子、相对于定子滑动的动子、驱动器(26)、固定在动子上的滑座(33)；
所述树枝切割装置包括切割刀具(7)、支撑架一(5)和连接板二(8)；所述切割刀具(7)与试验数据采集系统中的压力传感器(6)连接；所述压力传感器(6)与支撑架一(5)连接；所述支撑架一(5)通过连接板二(8)与直线电机模组(17)中的滑座(33)连接；
所述树枝夹持装置包括树枝外夹具(9)、树枝内夹具(11)、燕尾导轨、分度盘(13)和支撑板一(14)；所述树枝外夹具(9)通过螺栓与树枝内夹具(11)连接；所述树枝内夹具(11)设置在燕尾导轨上；燕尾导轨设置在分度盘(13)上；所述分度盘(13)与支撑板一(14)固定连接；所述支撑板一(14)固定在机架上；通过分度盘(13)和燕尾导轨带动被树枝外夹具(9)和树枝内夹具(11)夹紧的树枝(10)进行转动和移动，从而保证运动的切割刀具(7)切割到被夹持的树枝(10)；
所述试验数据采集系统包括压力传感器(6)、多通道信号处理器(29)、采集板卡(28)、雷达测速传感器(2)、电源(25)和计算机(24)；压力传感器(6)、多通道信号处理器(29)、采集板卡(28)和计算机(24)依次电连接；所述雷达测速传感器(2)通过连接板一(4)连接在支撑架一(5)上，并且雷达测速传感器(2)与电源(25)和计算机(24)电连接；压力传感器(6)和雷达测速传感器(2)分别用于检测切割刀具(7)的切割阻力和实际移动速度。
2.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述计算机(24)与驱动器(26)连接，计算机(24)通过驱动器(26)精准控制动子和滑座(33)的加减速度、移动速度和起终点位置。
3.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：它还包括配重装置，配重装置包括多个可拆卸连接在连接板二(8)上的不同重量的配重。所述配重装置包括五个1kg配重块(3)、5kg配重块一(32)、10kg配重块一(30)、10kg配重块二(31)和支撑杆(34)；所述支撑杆(34)固定在连接板二(8)上，支撑杆(34)穿过五个1kg配重块(3)、5kg配重块一(32)、10kg配重块一(30)、10kg配重块二(31)与螺母配合。
4.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：燕尾导轨包括燕尾上导轨(12)、燕尾下导轨(37)、燕尾导轨操作杆(36)；所述树枝内夹具(11)与相对于燕尾下导轨(37)滑动的燕尾上导轨(12)连接；所述燕尾下导轨(37)与分度盘(13)固定连接；燕尾导轨操作杆(36)分别与燕尾上导轨(12)、燕尾下导轨(37)相连，用于驱动燕尾上导轨(12)相对于燕尾下导轨(37)滑动。
5.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述机架包括支撑架二(16)和支撑架三(22)；所述支撑架二(16)通过四个地脚座和十六个膨胀螺丝与地面固定连接，并采用两个固定板一(15)和四个L型固定板(20)进行加固，以提高支撑架二(16)的稳固性；所述支撑板一(14)固定在支撑架二(16)上；所述支撑架三(22)通过十个地脚座和四十个膨胀螺丝与地面固定连接，并利用六个固定板三(21)、两个固定板二(19)和四个L型固定板(20)进行加固，以提高支撑架三(22)的稳定性；定子设置在支撑架三(22)上。
6.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述直线电机模组(17)通过螺栓与支撑板二(18)固定连接，支撑板二(18)固定在机架上，直线电机模组采用HSHA200-2920-1-0725-2048-N03.0N-C10A型直线电机模组，其有效行程为2920mm，通过直线电机模组(17)上的滑座(33)带动树枝切割装置左右移动，从而实现林木树枝的切割。
7.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述分度盘(13)采用TS250型米字槽分度盘，包括直径为250mm的工作台面、底座、分度盘操作杆(35)；燕尾导轨连接在工作台面上，底座固定在支撑板一(14)上；通过分度盘操作杆(35)可使工作台面相对于底座进行360°转动，从而实现树枝(10)不同倾斜角度的调节。
8.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：雷达测速传感器(2)通过二次仪表(27)与计算机(24)电连接。
9.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述切割刀具(7)为弧形刀具，采用SKD-11材料，进行淬火、发蓝处理。
10.根据权利要求1所述的林木树枝直线切割性能测试装置，其特征在于：所述压力传感器(6)采用JHBL-1-200型悬臂式力传感器，量程选择为500kg；所述多通道信号处理器(29)采用BSQ-12型多通道信号处理器；所述采集板卡(28)采用CJBK-1型采集板卡；所述雷达测速传感器(3)采用加拿大vansco型派克雷达测速传感器，其测速范围为0.139-19.45m/s。
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CN115890823A (zh) * 2023-03-10 2023-04-04 新创(天津)包装工业科技有限公司 一种原木切割的自动化控制系统

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