CN206073941U - 农田软地面不平度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种农田软地面不平度测试装置，包括测试机构和数据采集终端，该测试机构位于拖拉机的前方，所述的数据采集终端用于对测试机构的测试数据进行处理和分析。本实用新型结构简单、调节方便，地轮间距及平行四边形导引机构与牵引横梁的相对高度均可调节，使测试装置适应于不同型号拖拉机来附带，测试完毕后，可将测试装置调节到离地30cm高的位置，不影响拖拉机的正常行驶。

Description

农田软地面不平度测试装置

技术领域

本实用新型提供一种由测试机构和测试系统组成的农田软地面不平度测试装置，能够实现软地面不平度的动态测试，主要适用于免耕残茬地、草地、田间土路等软地面原始不平度和有效不平度的测试，并可实现软地面不平度测试数据与农业机械作业时动态响应数据的实时对应，便于研究田间地面特征对农业机械的影响作用。

背景技术

1. 地面不平引起的振动制约和影响拖拉机及农机具的作业效率，导致农业机械的零部件承受很大的动载荷，且严重危害驾驶员的身体健康。测取田间软地面不平度数据是研究农业机械振动特性、可靠性设计和舒适性评价的重要内容。

2. 目前国内对软路面不平度谱的测量尚无成熟的方法，大多沿用测硬路面不平度的方法。已开发的测试装置也多是静态测试软地面不平度，不利于建立软地面原始不平度与引起拖拉机振动的有效不平度之间的关系，该方法测试效率低且不能与拖拉机运行的动态响应数据相联系。

3. 现有的软地面不平度动态测试装置基本都附带于农业车辆的后面，虽然能完成田间软地面原始不平度的动态测试，但所测得的不平度数据不是车轮经过路径上碾压前的原始不平度，因此，不能解决软地面不平度数据与由该不平度引起的拖拉机动态响应数据适时对应的问题，不利于准确研究农业机械与田间地面的耦合作用机理。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种农田软地面不平度的测试装置，适用于免耕残茬地、草地、田间土路等软地面原始不平度和有效不平度的测试，并结合测试系统，可实现软地面不平度测试数据与农业机械作业时动态响应数据（如振动加速度、侧倾角度、俯仰角速度等）的实时对应。

本实用新型的技术方案是：

农田软地面不平度测试装置，包括测试机构和数据采集终端，该测试机构位于拖拉机的前方，所述的数据采集终端用于对测试机构的测试数据进行处理；所述的测试机构包括拖拉机连接座、牵引横梁、传感器横梁、地轮、平行四边形导引机构和不平度感应片，所述的拖拉机连接座包括平台、安装座和连接杆，安装座的上端面安装有平台，下端面安装有连接杆，牵引横梁通过销轴转动的安装在安装座上，传感器横梁通过螺栓安装在平台上，所述牵引横梁的两端均安装有平行四边形导引机构，在每一平行四边形导引机构的底部安装有一地轮座，地轮安装在地轮座上；在该地轮座的上部安装有不平度感应片。

所述的平行四边形导引机构包括上铰接板、下铰接板、地轮导杆和套筒导杆，上铰接板和下铰接板平行设置，地轮导杆和套筒导杆平行设置，上铰接板的两端分别铰接一端部调节套筒，两个端部调节套筒均通过定位螺栓定位，其中一端部调节套筒套在地轮导杆的上部，另一端部调节套筒套在所述的套筒导杆的上部；下铰接板的一端铰接一端板，套筒导杆的底端安装在该端板上，另一端铰接在地轮座上，所述的地轮导杆的底端安装在地轮座上，所述的上铰接板、下铰接板、地轮导杆和套筒导杆围成一平行四边形。

在每一套筒导杆上均套有一中部调节套筒，在该中部调节套筒的一侧设置有方形套管，牵引横梁的端部分别伸入对应端的方形套管内，并通过调节螺栓定位。

所述的牵引横梁为两根，相互平行设置。

所述的下铰接板与套筒导杆之间安装有螺纹杆，该螺纹杆的一端焊接于下铰接板上，另一端插入焊接在套筒导杆的侧耳中，该螺纹杆焊接在下铰接板的一端接近所述的地轮；在所述的螺纹杆上套装有地轮弹簧，该地轮弹簧通过安装在螺纹杆上的螺母调节预紧度。

所述的数据采集终端包括激光传感器、加速度传感器、测速传感器、信号调理单元、模拟多路开关、硬件积分器、高速数据采集处理器、RS232通信接口Ⅰ、RS232通信接口Ⅱ、PC机和电源管理模块，所述的激光传感器用于测试软地面原始不平度信息，安装在传感器横梁的两侧，并与不平度感应片的相对应；所述的加速度传感器用于测试拖拉机车轮激振的有效不平度，安装于拖拉机车轮中心位置的车桥上；测速传感器为GPS测速传感器，吸附在拖拉机的车顶上，用于测试拖拉机的运行速度；激光传感器通过信号调理单元与高速数据采集处理器连接，加速度传感器依次通过模拟多路开关、硬件积分器与高速数据采集处理器连接，高速数据采集处理器根据设置的数据采集时间和数据采集模式驱动模拟多路开关和硬件积分器，GPS测速传感器通过RS232通信接口Ⅰ连接到高速数据采集处理器，高速数据采集处理器通过RS232通信接口Ⅱ连接至PC机；所述PC机通过RS232通信接口Ⅱ向高速数据采集处理器发送相应的采集控制指令，同时通过RS232通信接口Ⅱ接收高速数据采集处理器返回的各传感器测量的数据并进行初步处理和实时显示；电源管理模块用于外部输入电源的电压转换和滤波，转换成适合各传感器的工作电压，同时为PC机和高速数据采集处理器供电。

本实用新型的优点是： 本实用新型通过平行四边形导引机构保证了测试中不平度感应片始终平行于地平面运动，激光传感器测试不平度感应片的垂直位移来确定软地面的原始不平度，避免了田间地面有植物或作物根茬对不平度测试的影响，因此，非常适合草地、免耕留茬地等软地面不平度的测试。通过将测试机构附带于拖拉机的前面并与拖拉机同步运行，保证了软地面原始不平度数据与激励拖拉机车轮跳动的有效不平度数据和拖拉机运行中的动态响应数据的实时对应，使不平度测试更具现实意义。

本实用新型结构简单、调节方便，地轮间距及平行四边形导引机构与牵引横梁的相对高度均可调节，使测试装置适应于不同型号拖拉机来附带，测试完毕后，可将测试装置调节到离地30cm高的位置，不影响拖拉机的正常行驶。

附图说明

图1是本实用新型的主体结构示意图。

图2是图1中平行四边形导引机构的结构示意图。

图3是图1中拖拉机连接座的结构示意图。

图4是图1中牵引横梁的结构示意图。

图5是本实用新型的数据采集终端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本实用新型，本实用新型的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本实用新型的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本实用新型的精神和范围下可以对本实用新型技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本实用新型的保护范围内。

参见图1至图5，本实用新型涉及一种农田软地面不平度测试装置，包括测试机构和数据采集终端，该测试机构位于拖拉机的前方，所述的数据采集终端用于对测试机构的测试数据进行处理。

所述的测试机构包括拖拉机连接座、牵引横梁2、传感器横梁3、地轮4、平行四边形导引机构和不平度感应片15，如图3所示，所述的拖拉机连接座包括平台1-3、安装座1-2和连接杆1-1，安装座1-2的上端面安装有平台1-3，下端面安装有连接杆1-1（连接杆1-1固定在约翰迪尔904拖拉机配重块的插孔中，并通过紧固螺母固定），牵引横梁2通过销轴转动的安装在安装座1-2上（牵引横梁上设置有连接附板21，通过销轴将连接附板21安装在安装座1-2的销轴孔上），传感器横梁3通过螺栓安装在平台1-3上，所述牵引横梁2的两端均安装有一平行四边形导引机构，在每一平行四边形导引机构的底部安装有一地轮座，地轮4安装在地轮座上；在该地轮座的上部安装有不平度感应片15。

所述的平行四边形导引机构包括上铰接板9、下铰接板5、地轮导杆10和套筒导杆6，上铰接板9和下铰接板5平行设置，地轮导杆10和套筒导杆6平行设置，上铰接板9的两端分别铰接一端部调节套筒8，两个端部调节套筒8均通过定位螺栓81定位，其中一端部调节套筒套在地轮导杆10的上部，另一端部调节套筒套在所述的套筒导杆6的上部；下铰接板5的一端铰接一端板42，套筒导杆6的底端安装在该端板42上，另一端铰接在地轮座41上，所述的地轮导杆10的底端安装在地轮座41上，所述的上铰接板9、下铰接板5、地轮导杆10和套筒导杆6围成一平行四边形。

该平行四边形导引机构作用是保证地轮在运动时上方的不平度感应片始终平行于地平面，测试中通过调节上铰接板端部调节套筒8在套筒导杆6和地轮导杆10上的相对位置，使上铰接板9和下铰接板5平行，当位置调整好以后，通过定位螺栓，使端部调节套筒固定在套筒导杆和地轮导杆的指定位置。

所述的地轮4是直径为20cm的实心橡胶轮胎，由于地轮重量较轻，并采用平行四边形导引机构与牵引横梁2联接，可相对测试装置自由上下运动，因而可近似认为它不改变地表形状，测量的结果为原始地表不平度。

在每一套筒导杆6上均套有一中部调节套筒7，在该中部调节套筒7的一侧设置有方形套管72，牵引横梁2的端部分别伸入对应端的方形套管72内，并通过调节螺栓71定位；所述的牵引横梁2为两根，相互平行设置。

地轮间距可通过改变中部调节套筒7上固连的两个方形套管72在牵引横梁2上的位置来调节，调节范围是0.8m-2.15m，平行四边形导引机构与牵引横梁的相对高度可通过改变中部调节套筒7与套筒导杆6的相对位置来调节，调节后用调节螺栓71固定，高度调节时要注意保证上铰接板9和下铰接板5相互平行，这些调节能使测试装置适用于不同型号拖拉机的测试。

所述的下铰接板5与套筒导杆6之间安装有螺纹杆13，该螺纹杆13的一端焊接于下铰接板5上，另一端插入焊接在套筒导杆6的侧耳14中，该螺纹杆焊接在下铰接板的一端接近所述的地轮4；在所述的螺纹杆13上套装有地轮弹簧11，该地轮弹簧11通过安装在螺纹杆13上的螺母12调节预紧度；所述的地轮弹簧11用来使地轮与地面实时接触。

所述的数据采集终端包括激光传感器16（安装在传感器横梁3上的两侧的左侧激光传感器和右侧激光传感器）、加速度传感器（1号加速度传感器、2号加速度传感器、3号加速度传感器、4号加速度传感器）、测速传感器、信号调理单元16-1、模拟多路开关16-2、硬件积分器16-3、高速数据采集处理器16-5、RS232通信接口Ⅰ16-4、RS232通信接口Ⅱ16-6、 PC机16-7和电源管理模块16-8，所述的激光传感器用于测试软地面原始不平度信息，安装在传感器横梁3的两侧，并与不平度感应片的相对应（位于不平度感应片的正上方）；测试中将白色的相纸粘贴在不平度感应片上，以增加激光传感器的识别效率。

所述的加速度传感器用于测试拖拉机车轮激振的有效不平度，安装于拖拉机车轮中心位置的车桥上。

测速传感器为GPS测速传感器16-9，吸附在拖拉机的车顶上，便于接受卫星信号，用于测试拖拉机的运行速度。

激光传感器通过信号调理单元16-1与高速数据采集处理器16-4连接，加速度传感器依次通过模拟多路开关16-2、硬件积分器16-3与高速数据采集处理器16-5连接，高速数据采集处理器16-5根据设置的数据采集时间和数据采集模式驱动模拟多路开关16-2和硬件积分器16-3，GPS测速传感器通过RS232通信接口Ⅰ连接到高速数据采集处理器；所述PC机16-6通过RS232通信接口16-5向高速数据采集处理器发送相应的采集控制指令，同时通过RS232通信接口接收高速数据采集处理器返回的各传感器（激光传感器、加速度传感器和GPS测速传感器）测量的数据并进行初步处理和实时显示；电源管理模块用于外部输入电源的电压转换和滤波，转换成适合各传感器（激光传感器、加速度传感器和测速传感器）的工作电压，同时为PC机和高速数据采集处理器供电。

高速数据采集处理器根据接收的控制指令对模拟多路开关、硬件积分器和各传感器进行控制、驱动和采集；激光传感器输出的信号经过双通道的信号调理单元后，将校正后的距离信号发送至高速数据采集处理器，模拟多路开关通过循环选择1-4号加速度传感器，并将加速度传感器数据的数据经过硬件积分器进行处理，最终将得到的位移信号发送至高速数据采集处理器。

综上，本实用新型能实时测取田间软地面原始不平度和激励拖拉机车轮跳动的有效不平度，方便建立原始不平度和有效不平度的关系，并可拓展测试系统实时测试拖拉机运行的动态响应参数，便于研究田间地面特征对农业机械的影响作用。

Claims (6)

1.农田软地面不平度测试装置，其特征在于，包括测试机构和数据采集终端，该测试机构位于拖拉机的前方，所述的数据采集终端用于对测试机构的测试数据进行处理；所述的测试机构包括拖拉机连接座、牵引横梁、传感器横梁、地轮、平行四边形导引机构和不平度感应片，所述的拖拉机连接座包括平台、安装座和连接杆，安装座的上端面安装有平台，下端面安装有连接杆，牵引横梁通过销轴转动的安装在安装座上，传感器横梁通过螺栓安装在平台上，所述牵引横梁的两端均安装有平行四边形导引机构，在每一平行四边形导引机构的底部安装有一地轮座，地轮安装在地轮座上；在该地轮座的上部安装有不平度感应片。

2.根据权利要求1所述的农田软地面不平度测试装置，其特征在于，所述的平行四边形导引机构包括上铰接板、下铰接板、地轮导杆和套筒导杆，上铰接板和下铰接板平行设置，地轮导杆和套筒导杆平行设置，上铰接板的两端分别铰接一端部调节套筒，两个端部调节套筒均通过定位螺栓定位，其中一端部调节套筒套在地轮导杆的上部，另一端部调节套筒套在所述的套筒导杆的上部；下铰接板的一端铰接一端板，套筒导杆的底端安装在该端板上，另一端铰接在地轮座上，所述的地轮导杆的底端安装在地轮座上，所述的上铰接板、下铰接板、地轮导杆和套筒导杆围成一平行四边形。

3.根据权利要求1或2所述的农田软地面不平度测试装置，其特征在于， 在每一套筒导杆上均套有一中部调节套筒，在该中部调节套筒的一侧设置有方形套管，牵引横梁的端部分别伸入对应端的方形套管内，并通过调节螺栓定位。

4.根据权利要求3所述的农田软地面不平度测试装置，其特征在于，所述的牵引横梁为两根，相互平行设置。

5.根据权利要求2所述的农田软地面不平度测试装置，其特征在于，所述的下铰接板与套筒导杆之间安装有螺纹杆，该螺纹杆的一端焊接于下铰接板上，另一端插入焊接在套筒导杆的侧耳中，该螺纹杆焊接在下铰接板的一端接近所述的地轮；在所述的螺纹杆上套装有地轮弹簧，该地轮弹簧通过安装在螺纹杆上的螺母调节预紧度。

6.根据权利要求1所述的农田软地面不平度测试装置，其特征在于，所述的数据采集终端包括激光传感器、加速度传感器、测速传感器、信号调理单元、模拟多路开关、硬件积分器、高速数据采集处理器、RS232通信接口Ⅰ、RS232通信接口Ⅱ、 PC机和电源管理模块，所述的激光传感器用于测试软地面原始不平度信息，安装在传感器横梁的两侧，并与不平度感应片的相对应；所述的加速度传感器用于测试拖拉机车轮激振的有效不平度，安装于拖拉机车轮中心位置的车桥上；测速传感器为GPS测速传感器，吸附在拖拉机的车顶上，用于测试拖拉机的运行速度；激光传感器通过信号调理单元与高速数据采集处理器连接，加速度传感器依次通过模拟多路开关、硬件积分器与高速数据采集处理器连接，高速数据采集处理器根据设置的数据采集时间和数据采集模式驱动模拟多路开关和硬件积分器，GPS测速传感器通过RS232通信接口Ⅰ连接到高速数据采集处理器，高速数据采集处理器通过RS232通信接口Ⅱ连接至PC机；所述PC机通过RS232通信接口Ⅱ向高速数据采集处理器发送相应的采集控制指令，同时通过RS232通信接口Ⅱ接收高速数据采集处理器返回的各传感器测量的数据并进行初步处理和实时显示；电源管理模块用于外部输入电源的电压转换和滤波，转换成适合各传感器的工作电压，同时为PC机和高速数据采集处理器供电。