CN117309199B - 一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置及方法，包括气囊、锥形外壳、控制中心、气压回路，锥形外壳为中空管，锥形外壳一端部设置有锥头端面，另一端通过导线与控制中心连接，锥形外壳内部安装气压回路，锥形外壳上靠近锥头端面一端沿轴向间隔设置有三个气囊安装槽，气囊安装于气囊安装槽内，进而定量反应草捆局部压力。在使用时，锥形外壳沿径向贯入草捆，三个气囊分别位于草捆芯部、内部和表面处，气囊充气后，通过气囊内压和充气量反应气囊的半径，进而定量反应草捆局部压力。
Description
技术领域
本发明属于农业检测设备技术领域，具体。
背景技术
王草青贮过程制作的过程一般为：培植-刈割-粉碎-打捆-裹包-贮藏-饲料制作。由于王草主要采用拉伸膜青贮技术，要求裹包前混入一定量的青贮剂，在厌氧环境下发酵，抑制微生物繁衍，进而减少青贮期间的营养价值损失。大量研究表明，增加裹包密度，有利于降低氧气含量，提高青贮成功率和青贮质量。草捆内部压力越大，则密度越大，所以草捆局部压力能够反应氧气含量的多少，对检测青贮草捆质量具有重要意义。但是目前并没有一种有效手段及装置可以快速检测草捆局部的压力。
发明内容
本发明的目的是提供一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置及方法。该装置可以在外力作用下贯入草捆，并通过气囊充气后气囊内压和充气量反应气囊的半径，进而定量反应草捆局部压力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置，包括：气囊4、锥形外壳1、控制中心12、气压回路13。其特征在于：气压回路13包括充气泵7、放气泵8、充气主管5、放气主管6、总管3、三向阀2、充气阀门9、放气阀门10、流量-压力传感器11。
所述锥形外壳1为中空管，锥形外壳1上有锥头端面101、支管安装孔102、气囊安装槽103、主管安装孔104。锥形外壳1在使用时，沿径向贯入草捆，三个气囊4分别位于草捆芯部、内部和表面处。
所述支管安装孔102和主管安装孔104各两个。
所述气囊安装槽101沿轴向线性阵列3个。
所述主管3上有充气支管301和放气支管302。
所述气囊4上有内径平面401、外径平面402和阀门孔403。气囊4安装于壳体1上的气囊安装槽103且轴向不能移动，只能径向伸缩。阀门孔403位于内径平面401上，且与支管安装孔102同轴心配合。
所述充气阀门9两端分别与阀门孔403、充气支管301密封连接，且安装流量-压力传感器11。
所述放气阀门10两端分别与阀门孔403、放气支管302密封连接。
所述充气主管5和放气主管6由主管安装孔引出，并分别与充气泵7和放气泵8连接。
所述三向阀2分别与充气主管5、放气主管6和总管3密封连接。
所述流量-压力传感器11均与控制中心12的信号输入端电连接，反馈气囊4信息，控制中心12的信号输出端分别与充气泵7、放气泵8、所有充气阀门9和所有放气阀门10电连接，以便控制三个气囊4单独充放气。
所述控制中心12上有显示屏1201、充气键1202、和放气键1203。
本发明的技术方案是：一种气压平衡式草捆局部压力快速检测方法，包括如下步骤：
S1、利用气压平衡的方法，对气囊张力与气囊外径的关系进行标定；
S2、利用S1中标定结果，进行草捆局部压力检测。
作为本发明的进一步方案，所述S1还包括以下子步骤：
S11、向气囊外径平面402施加水压，气囊外压Pxi(i＝1，2，3，...，15)均匀增加，初始时气囊外压Px1＝200Kpa，增加梯度为50Kpa；
S12、为3个气囊分别进行张力标定；
作为本发明的进一步方案，所述S12中，当气囊外压为Pxi时，通过控制中心12使充气泵7工作，并打开其中一个充气阀门9，向气囊4充气，流量-压力传感器11测量气囊内压和进气量，当气囊内压达到Py时，记录进气量N，并计算气囊外径R，最终得出15组Py、N和R的数据，Py、N和R的关系满足公式1和公式2；
PyV＝NWT 公式1
V＝π(R2-r2)H 公式2
公式1和公式2中，V为气囊此时的体积，H为气囊的宽度，r为气囊的内径，W、T为定值参数；
S13、通过S12中的数据，由气囊内外压强平衡公式3计算出气囊不同气囊外径下的气囊张力F，最终得出15组F的数据；
F＝A(Py-Pxi) 公式3
公式3中，A为外径平面402的面积，由公式4计算得出。
A＝2πRH 公式4
S14、拟合S12和S13中的15组数据，得到气囊张力和气囊外径的关系，3个气囊的关系参数分别记作Fi(R)(i＝1，2，3)并将信息存储于控制中心12；
作为本发明的进一步方案，所述S2还包括以下子步骤：
S21、利用S14中F1(R)、F2(R)和F3(R)，根据气囊内外压强平衡公式5，编写程序进行测试，测试成功后上传至控制中心12；
公式5中，Px为草捆局部压力，Py为固定值，Fi(R)由S21得到，A由S1中公式1、公式2和公式4得到；
S22、将装置贯入草捆；
S23、向气囊4充气，测量草捆局部压力；
作为本发明的进一步方案，所述S23的具体操作为：按下充气键1202，此时控制中心12控制打开充气泵7和所有充气阀门9，向3个气囊4充气，当某个气囊4的气囊内压达到Py时，自动关闭该气囊4的充气阀门9，停止对该气囊4充气，直至所有气囊4的气囊内均压达到Py时，自动关闭所有充气阀门9和充气泵7，并发出提示音，在显示屏1201上读取三个气囊4各处草捆局部压力；
S24、按下放气键1203，此时控制中心12控制打开放气泵8和所有放气阀门10，排空所有气囊4；
S25、将装置换不同位置贯入，重复S22、S23和S24，检测草捆内部不同位置的局部压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)可以单独控制3个气囊的充放气过程，操作相对灵活；
(2)气囊标定完成后，检测过程均为智能化控制，极大的减少了人力投入；
(3)用气体充放实现压力变化，达到压力检测效果，减少机械装置的磨损，使用受命更长。
(4)线性阵列3个气囊，同时检测草捆芯部、内部和表面处的局部压力。
(5)各个气囊的标定信息存储于控制中心，便于调用。
附图说明
图1为本发明一种草捆内部压力快速检测的气压装置的总体结构示意图；
图2为本发明装置气压回路结构示意图；
图3为本发明装置锥形外壳的结构示意图；
图4为本发明装置气囊的结构示意图；
图5为本发明装置控制系统示意图；
图6为本发明一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置及方法的步骤原理图；
图7为本发明图6中步骤S1的子步骤示意图；
图8为本发明图6中步骤S2的子步骤示意图；
其中附图的标记为：
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
以下对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
如图1和图2所示，一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置，包括：气囊4、锥形外壳1、控制中心12、气压回路13。其特征在于：气压回路13包括充气泵7、放气泵8、充气主管5、放气主管6、总管3、三向阀2、充气阀门9、放气阀门10、流量-压力传感器11。
如图3所示，所述锥形外壳1为中空管，锥形外壳1上有锥头端面101、支管安装孔102、气囊安装槽103、主管安装孔104。锥形外壳1在使用时，沿径向贯入草捆，三个气囊4分别位于草捆芯部、内部和表面处。
如图3所示，所述支管安装孔102和主管安装孔104各两个。
如图3所示，所述气囊安装槽103沿轴向线性阵列3个。
如图2所示，所述主管3上有充气支管301和放气支管302。
如图4所示，所述气囊4上有内径平面401、外径平面402和阀门孔403。气囊4安装于壳体1上的气囊安装槽103且轴向不能移动，只能径向伸缩。阀门孔403位于内径平面401上，且与支管安装孔102同轴心配合。
如图2所示，所述充气阀门9两端分别与阀门孔403、充气支管301密封连接，且安装流量-压力传感器11。
如图2所示，所述放气阀门10两端分别与阀门孔403、放气支管302密封连接。
如图2和图3所示，所述充气主管5和放气主管6由主管安装孔引出，并分别与充气泵7和放气泵8连接。
如图2所示，所述三向阀2分别与充气主管5、放气主管6和总管3密封连接。
如图5所示，所述流量-压力传感器11均与控制中心12的信号输入端电连接，反馈气囊4信息，控制中心12的信号输出端分别与充气泵7、放气泵8、所有充气阀门9和所有放气阀门10电连接，以便控制三个气囊4单独充放气。
如图1所示，所述控制中心12上有显示屏1201、充气键1202、和放气键1203。
具体一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置，包括：气囊4、锥形外壳1、控制中心12、气压回路13，所述锥形外壳1为中空管，锥形外壳1一端部设置有锥头端面101，另一端通过导线与控制中心12连接，锥形外壳1内部安装气压回路13，锥形外壳1上靠近锥头端面101一端沿轴向间隔设置有3个气囊安装槽103，气囊4安装于气囊安装槽103内，气囊安装槽103内部均分别设置有2个支管安装孔102，远离锥头端面101端部设置有2个主管安装孔104；
所述气压回路13包括充气泵7、放气泵8、充气主管5、放气主管6、总管3、三向阀2，所述总管3上设置有3组充气支管301和放气支管302，每组充气支管301和放气支管302分别与一个气囊安装槽103内的支管安装孔102对应连通，所述充气主管5和放气主管6由主管安装孔104引出，并分别与充气泵7和放气泵8连接，所述三向阀2分别与充气主管5、放气主管6和总管3密封连接，锥形外壳1在使用时，沿径向贯入草捆，3个气囊4分别位于草捆芯部、内部和表面处，气囊4充气后，通过气囊内压和充气量反应气囊的半径，进而定量反应草捆局部压力。
所述气囊4上设置有内径平面401、外径平面402和阀门孔403，阀门孔403位于内径平面401上，且与支管安装孔102同轴心配合，充气阀门9两端分别与阀门孔403、充气支管301密封连接，充气阀门9上安装流量-压力传感器11，放气阀门10两端分别与阀门孔403、放气支管302密封连接。
所述多个流量-压力传感器11均与控制中心12的信号输入端电连接，反馈气囊4信息，控制中心12的信号输出端分别与充气泵7、放气泵8、充气阀门9和放气阀门10电连接，控制三个气囊4单独充放气。
所述控制中心12上设置有显示屏1201、充气键1202、和放气键1203。
一种气压平衡式草捆局部压力快速检测方法，包括如下步骤：
S1、利用气压平衡的方法，对气囊张力与气囊外径的关系进行标定；
S2、利用S1中标定结果，进行草捆局部压力检测。
作为本发明的进一步方案，所述S1还包括以下子步骤：
S11、向气囊外径平面402施加水压，气囊外压Pxi(i＝1，2，3，...，15)均匀增加，初始时气囊外压Px1＝200Kpa，增加梯度为50Kpa；
S12、为3个气囊分别进行张力标定；
作为本发明的进一步方案，所述S12中，当气囊外压为Pxi时，通过控制中心12使充气泵7工作，并打开其中一个充气阀门9，向气囊4充气，流量-压力传感器11测量气囊内压和进气量，当气囊内压达到Py时，记录进气量N，并计算气囊外径R，最终得出15组Py、N和R的数据，Py、N和R的关系满足公式1和公式2；
PyV＝NWT 公式1
V＝π(R2-r2)H 公式2
公式1和公式2中，V为气囊此时的体积，H为气囊的宽度，r为气囊的内径，W、T为定值参数；
S13、通过S12中的数据，由气囊内外压强平衡公式3计算出气囊不同气囊外径下的气囊张力F，最终得出15组F的数据；
F＝A(Py-Pxi) 公式3
公式3中，A为外径平面402的面积，由公式4计算得出。
A＝2πRH 公式4
S14、拟合S12和S13中的15组数据，得到气囊张力和气囊外径的关系，3个气囊的关系参数分别记作Fi(R)(i＝1，2，3)并将信息存储于控制中心12；
作为本发明的进一步方案，所述S2还包括以下子步骤：
S21、利用S14中F1(R)、F2(R)和F3(R)，根据气囊内外压强平衡公式5，编写程序进行测试，测试成功后上传至控制中心12；
公式5中，Px为草捆局部压力，Py为固定值，Fi(R)由S21得到，A由S1中公式1、公式2和公式4得到；
S22、将装置贯入草捆；
S23、向气囊4充气，测量草捆局部压力；
作为本发明的进一步方案，所述S23的具体操作为：按下充气键1202，此时控制中心12控制打开充气泵7和所有充气阀门9，向3个气囊4充气，当某个气囊4的气囊内压达到Py时，自动关闭该气囊4的充气阀门9，停止对该气囊4充气，直至所有气囊4的气囊内均压达到Py时，自动关闭所有充气阀门9和充气泵7，并发出提示音，在显示屏1201上读取三个气囊4各处草捆局部压力；
S24、按下放气键1203，此时控制中心12控制打开放气泵8和所有放气阀门10，排空所有气囊4；
S25、将装置换不同位置贯入，重复S22、S23和S24，检测草捆内部不同位置的局部压力。
Claims (5)
1.一种气压平衡式草捆局部压力快速检测装置，包括：气囊(4)、锥形外壳(1)、控制中心(12)、气压回路(13)，其特征在于：所述锥形外壳(1)为中空管，锥形外壳(1)一端部设置有锥头端面(101)，另一端通过导线与控制中心(12)连接，锥形外壳(1)内部安装气压回路(13)，锥形外壳(1)上靠近锥头端面(101)一端沿轴向间隔设置有3个气囊安装槽(103)，气囊(4)安装于气囊安装槽(103)内，气囊安装槽(103)内部均分别设置有2个支管安装孔(102)，远离锥头端面(101)端部设置有2个主管安装孔(104)；
所述气囊(4)上设置有内径平面(401)、外径平面(402)和阀门孔(403)，阀门孔(403)位于内径平面(401)上，且与支管安装孔(102)同轴心配合，充气阀门(9)两端分别与阀门孔(403)、充气支管(301)密封连接，充气阀门(9)上安装流量-压力传感器(11)，放气阀门(10)两端分别与阀门孔(403)、放气支管(302)密封连接；
所述气压回路(13)包括充气泵(7)、放气泵(8)、充气主管(5)、放气主管(6)、总管(3)、三向阀(2)，所述总管(3)上设置有3组充气支管(301)和放气支管(302)，每组充气支管(301)和放气支管(302)分别与一个气囊安装槽(103)内的支管安装孔(102)对应连通，所述充气主管(5)和放气主管(6)由主管安装孔(104)引出，并分别与充气泵(7)和放气泵(8)连接，所述三向阀(2)分别与充气主管(5)、放气主管(6)和总管(3)密封连接，锥形外壳(1)在使用时，沿径向贯入草捆，3个气囊(4)分别位于草捆芯部、内部和表面处，气囊(4)充气后，通过气囊内压和充气量反应气囊的半径，进而定量反应草捆局部压力；多个所述流量-压力传感器(11)均与控制中心(12)的信号输入端电连接，反馈气囊(4)信息，控制中心(12)的信号输出端分别与充气泵(7)、放气泵(8)、充气阀门(9)和放气阀门(10)电连接，控制三个气囊(4)单独充放气。
2.根据权利要求1所述的气压平衡式草捆局部压力快速检测装置，其特征在于，所述控制中心(12)上设置有显示屏(1201)、充气键(1202)、和放气键(1203)。
3.一种利用如权利要求2所述的气压平衡式草捆局部压力快速检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、利用气压平衡的方法，对气囊张力与气囊外径的关系进行标定；
S2、利用S1中标定结果，进行草捆局部压力检测。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述S1还包括以下子步骤：
S11、向气囊外径平面(402)施加水压，气囊外压Pxi(i＝1，2，3，...，15)均匀增加，初始时气囊外压Px1＝200Kpa，增加梯度为50Kpa；
S12、为3个气囊分别进行张力标定，当气囊外压为Pxi时，通过控制中心(12)使充气泵(7)工作，并打开其中一个充气阀门(9)，向气囊(4)充气，流量-压力传感器(11)测量气囊内压和进气量，当气囊内压达到Py时，记录进气量N，并计算气囊外径R，最终得出15组Py、N和R的数据，Py、N和R的关系满足公式1和公式2；
PyV＝NWT公式1
V＝π(R2-r2)H公式2
公式1和公式2中，V为气囊此时的体积，H为气囊的宽度，r为气囊的内径，W、T为定值参数；
S13、通过S12中的数据，由气囊内外压强平衡公式3计算出气囊(4)不同气囊外径下的气囊张力F，最终得出15组F的数据；
F＝A(Py-Pxi)公式3
公式3中，A为外径平面(402)的面积，由公式4计算得出，
A＝2πRH公式4
S14、拟合S12和S13中的15组数据，得到气囊张力和气囊(4)外径的关系，3个气囊的关系参数分别记作Fi(R)(i＝1，2，3)并将信息存储于控制中心(12)。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述S2还包括以下子步骤：
S21、利用S14中F1(R)、F2(R)和F3(R)，根据气囊内外压强平衡公式5，编写程序进行测试，测试成功后上传至控制中心(12)；
公式5中，Px为草捆局部压力，为固定值，由S21得到，由S1中公式1、公式2和公式4得到；
S22、将装置贯入草捆；
S23、向气囊4充气，测量草捆局部压力，按下充气键(1202)，此时控制中心(12)控制打开充气泵(7)和所有充气阀门(9)，向3个气囊(4)充气，当某个气囊(4)的气囊内压达到Py时，自动关闭该气囊(4)的充气阀门(9)，停止对该气囊(4)充气，直至所有气囊(4)的气囊内均压达到Py时，自动关闭所有充气阀门(9)和充气泵(7)，并发出提示音，在显示屏(1201)上读取三个气囊(4)各处草捆局部压力；
S24、按下放气键(1203)，此时控制中心(12)控制打开放气泵(8)和所有放气阀门(10)，排空所有气囊(4)；
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