CN202177520U - 单茎秆切割试验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单茎秆切割试验装置，属于茎秆切割技术领域。包括摆切装置和数据采集分析系统。通过摆锤式往复切割装置完成茎秆切割，改变摆锤的摆角获得不同的切割速度。动刀安装在重力摆锤末端，定刀通过称重传感器固定在移动支架上，针对不同作物合理选择称重传感器量程，工控机中安装高频数据采集卡，对称重传感器测量得到的切割力信号进行数据存储和分析，得到峰值切割力、平均切割力和切割功耗等参数。本实用新型可以实现水稻、小麦、油菜、玉米等不同作物单茎秆切割试验数据的采样和处理，为茎秆类收割机械、茎秆饲料加工机械中往复式切割器的优化设计提供依据。
Description
技术领域
本实用新型属于茎秆切割技术领域，具体涉及一种单茎秆切割试验装置。
背景技术
近年来，农作物茎秆资源的有效利用成为可持续农业的重要课题，茎秆切割是联合收割机田间作业的重要工作环节，切割性能直接影响联合收割机的作业效率和性能。对单茎秆的切割力学特性的研究，分析影响切割力大小的因素，对于降低收割机割台损失、降低功率消耗、提高收割机的作业效率都具有重要的意义。现有的茎秆切割试验装置主要有通过双刃口刀具组和回转链式锯齿切割器对批量茎秆进行切割，但切割器的结构参数和茎秆的特性参数无法实时控制与检测，无法分析单个或组合因素对切割性能的影响。目前我国对单茎秆切割试验装置及方法相关专利尚无报道。
发明内容
本实用新型是为了解决水稻、小麦、油菜、玉米等不同作物单茎秆在切割过程中切割器的结构参数、茎秆的特性参数的调节，以及切割力信号采样和处理等问题，通过测量切割力与切割功耗分析影响切割性能的因素，为茎秆类收割机械、茎秆饲料加工机械中往复式切割器的优化设计提供依据。
本实用新型采用的技术方案是，应用摆锤式往复切割装置完成茎秆切割，针对不同的作物合理选择称重传感器量程，调节刀片组合形式、刀片间隙、切割速度、茎秆的削切角度和切割位置。由稳压直流电源为称重传感器供电，称重传感器测得的切割力变化信号经过滤波放大器放大为模拟电压信号输入数据采集卡，切割力变化曲线存储在工控机中，分析得到切断茎秆的峰值切割力、平均切割力、切割功耗等参数。
本实用新型的具体技术方案是，包括安装底座、称重传感器、定刀、指针、刻度盘、摆锤、动刀、移动支架、专用滤波放大器、高频数据采集卡、工控机、固定轴套、传动轴、轴承、茎秆、横梁。摆锤顶端的传动轴右边通过轴承与安装底座连接，传动轴以间隙配合方式与固定轴套连接，以保证摆锤能作往复摆动；刻度盘安装在固定轴套前面，指针安装在连接传动轴的螺钉上，位于刻度盘前面，使得指针随摆锤摆动时在刻度盘上显示一定角度，摆锤改变其摆角获得不同的切割速度。动刀采用齿刃自磨锐刀片，动刀安装在摆锤末端，定刀通过称重传感器固定在安装底座上，可安装光刃刀片或齿刃自磨锐刀片，移动支架调整动定刀片间隙。茎秆放置时两端紧靠横梁和定刀片，使其在双支撑条件下切割，调节茎秆纤维方向与动刀片切割方向的夹角，使茎秆实现不同削切角度下的切割情况。切割力由称重传感器测量，称重传感器通过专用滤波放大器与安装在工控机中的高频数据采集卡连接，根据作物茎秆的切割力不同选择称重传感器量程。高频数据采集卡根据作物和切割速度的不同，采样频率在0～50kHz范围内连续可调。工控机采集试验切割力数据。工控机中采用LabVIEW软件编程制作数据采集分析系统来采集试验切割力数据，高频数据采集卡对称重传感器测得的切割力变化信号进行数据存储与分析，得到切断茎秆峰值切割力、平均切割力和切割功耗等参数，误差小于1%。
试验过程中，根据试验方案，选择不同品种、截面积、含水率的茎秆进行试验，合理选择称重传感器的量程、动定刀片组合形式、动定刀片间隙，茎秆放置时调节好茎秆纤维方向与动刀片切割方向的夹角和茎秆的切割位置。切割时，抬起摆锤使其顶端的指针在刻度盘上显示切割速度对应的角度, 由静止作惯性下摆，高频数据采集卡根据作物和切割速度的不同，采样频率在0～50kHz范围内连续可调。称重传感器测得切割力变化信号，通过高频数据采集卡对测得的切割力变化信号进行实时显示和存储。工控机中测控系统对整个试验过程进行监测和采集。
本实用新型的有益效果是，本实用新型通过称重传感器测量切割力大小，利用高频数据采集卡对切割力变化曲线进行数据存储与分析，通过合理选择采样频率、传感器量程和动定刀片组合形式，调节动定刀片间隙、切割速度、茎秆的削切角度和切割位置等试验参数，实现水稻、小麦、油菜、玉米等不同作物单茎秆的往复切割，可以解决试验过程中的数据可自动采集、自动控制和处理。本实用新型提供的单茎秆切割装置具有结构原理简单，操作方法稳定可靠，造价低廉等优点，从根本上解决了目前单茎秆切割试验参数调节组合和试验数据的实时采样、处理问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是单茎秆切割试验装置结构示意图。
图2 是摆切装置结构示意图。
图3是齿刃自磨锐刀片刀片型式示意图。
图4是光刃刀片刀片型式示意图。
图5是茎秆放置方式示意图。
图6是数据采集分析系统原理图。
图中：1安装底座 2称重传感器 3定刀 4指针 5刻度盘 6摆锤 7动刀 8移动支架 9专用滤波放大器 10高频数据采集卡 11工控机 12固定轴套 13传动轴 14轴承 15茎秆 16横梁。
具体实施方式
单茎秆切割试验装置结构请参阅图1、图2。摆锤6顶端的传动轴13右边通过轴承14与安装底座1连接，左边以间隙配合方式与固定轴套12连接，以保证摆锤6能作往复摆动，刻度盘5安装在固定轴套12前面，指针4安装在连接传动轴13的螺钉上，位于刻度盘5前面，使得指针4随摆锤6摆动时在刻度盘5上显示一定角度，摆锤6改变其摆角获得不同的切割速度。动刀7采用齿刃自磨锐刀片安装在摆锤6末端，定刀3通过称重传感器2固定在安装底座1上，可安装光刃刀片或齿刃自磨锐刀片，刀片组合型式请参阅图3，移动支架8可调整动定刀片间隙。茎秆15放置时两端紧靠横梁16和定刀片3，使其在双支撑条件下切割，调节茎秆15纤维方向与动刀片7切割方向的夹角，使茎秆15实现不同削切角度下的切割情况，切割位置也可根据试验方案调整，茎秆放置方式请参阅图4。切割力由称重传感器2测量，称重传感器2通过专用滤波放大器9与安装在工控机11中的高频数据采集卡10连接，工控机11中采用LabVIEW软件编程制作数据采集分析系统来采集试验切割力数据。
数据采集分析系统原理图请参阅图5。农作物单茎秆12通过摆切式往复切割装置完成切割，由稳压直流电源为称重传感器2供电，称重传感器2测得的切割力变化信号经过滤波放大器9放大为模拟电压信号输入数据采集卡10，切割力变化曲线存储在工控机11中，分析得到切断茎秆的峰值切割力、平均切割力、切割功耗等参数。
下面结合实例对试验具体方法作进一步阐述：
摆切装置用于控制单茎秆切割时的瞬时速度，根据复摆原理和摆锤6几何尺寸计算得到切割速度，速度的调节范围为0~2.5m/s，移动支架8调整动定刀间隙，间隙可调范围为1~ 4mm，茎秆的削切角度可调范围为0~40°。
数据采集分析系统是通过稳压直流电源为称重传感器2供电，根据作物茎秆15的切割力不同选择称重传感器2的量程。传感器2输出的切割力变化信号经滤波器9放大为4~20mA或1~5V的模拟电压信号，通过高频数据采集卡10实时显示和存储在工控机11中。
高频数据采集卡10根据作物和切割速度的不同，采样频率在0～50kHz范围内连续可调，得到切断茎秆的峰值切割力、平均切割力和切割功耗等参数，误差小于1%。
试验过程中，根据试验方案，选择不同品种、截面积、含水率的茎秆15进行试验，合理选择称重传感器2的量程、动定刀片组合形式、动定刀片间隙，茎秆15放置时调节好茎秆纤维方向与动刀片7切割方向的夹角和茎秆的切割位置。切割时，抬起摆锤6使其顶端的指针4在刻度盘5上显示切割速度对应的角度，由静止作惯性下摆。高频数据采集卡10根据作物和切割速度的不同，采样频率在0～50kHz范围内连续可调，测得连续的切割力变化曲线。通过工控机11中高频数据采集卡10对称重传感器2测得的切割力变化信号进行实时监测与采集，记录并保存整个切割过程的试验数据。
不同的切割参数试验条件下，切割力随时间变化情况具有相似性，试验取切割力曲线上的峰值作为茎秆最大切割力，根据称重传感器的标定计算得茎秆的峰值切割力、平均切割力，对切割时间范围内的切割力积分得到对应的切割功耗。
Claims (2)
1.一种单茎秆切割试验装置，其特征在于，包括安装底座（1）、称重传感器（2）、定刀（3）、指针（4）、刻度盘（5）、摆锤（6）、动刀（7）、移动支架（8）、专用滤波放大器（9）、高频数据采集卡（10）、工控机（11）、固定轴套（12）、传动轴（13）、轴承（14）、茎秆（15）、横梁（16）；所述摆锤（6）顶端的传动轴（13）通过轴承（14）与安装底座（1）连接，传动轴（13）以间隙配合方式与固定轴套（12）连接；所述刻度盘（5）安装在固定轴套（12）前面；所述指针（4）安装在连接传动轴（13）的螺钉上，位于刻度盘（5）前面；所述动刀（7）采用齿刃自磨锐刀片，动刀（7）安装在摆锤（6）末端；所述定刀（3）通过称重传感器（2）固定在安装底座（1）上；所述称重传感器（2）通过滤波放大器（9）与安装在工控机（11）中的高频数据采集卡（10）连接；所述工控机（11）采集试验切割力数据。
2.根据权利要求1所述的单茎秆切割试验装置，其特征在于，所述定刀（3）为光刃刀片或齿刃自磨锐刀片。
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