CN209689803U - 薯类收获机牵引阻力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种薯类收获机牵引阻力测试装置，挂接调整方便、适应范围广泛、结构紧凑，成本较低、工作可靠。其包括机械单元和控制单元，机械单元包括悬挂机构和牵引机构，牵引机构包括牵引座和拉压传感器安装体，拉压传感器安装体包括传感器安装盘Ⅰ和传感器安装盘Ⅱ，拉压传感器两端分别设置传感器支座Ⅰ和传感器支座Ⅱ上，传感器支座Ⅰ与牵引座连接为一体；控制单元包括车载控制系统、无线通讯单元和监控终端，车载控制系统包括控制器，控制器连接拉压传感器，监控终端输入收获机工作参数和各种控制指令，并通过无线通讯单元下发指令，控制器接收指令转换成模拟控制信号，采集拉力传感器测量数据，并通过无线通讯单元上传至监控终端。

Description

薯类收获机牵引阻力测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种薯类收获机牵引阻力测试装置， 安装在相对应的薯类收获机械上用于测量薯类收获机牵引阻力，属于农业机械领域。

背景技术

中国是世界上最大的薯类生产国，种植面积及产量均居世界首位，随着农业机械化水平地不断提高，对薯类收获机械的需求日益增大。然而现有薯类收获机具大多采用固定式挖掘铲，牵引阻力和牵引功率消耗过大, 中小型作业机组常常表现出牵引力和牵引功率不足的情况。因此，开展薯类挖掘收获时的减阻降耗相关研究， 探索出薯类收获时减阻降耗的有效途径和方法，对于提高我国薯类机械化收获水平和机收效率， 减少作业成本和降低作业能耗，减轻农民的劳动强度，增加农民收入等都具有非常重要的意义。

近几年，国内对薯类收获机牵引阻力测试装置也有一定的研究。沈阳农业大学工程学院的于艳等通过研制农机土槽动力学参数测试系统，实现了对挖掘铲前进阻力的实时测试，但未针对挖掘铲的受力情况进行力学分析。内蒙古农业大学李祥等针对现有的马铃薯收获机械牵引阻力大、设计和安装不合理、燃油消耗大、生产效率低等问题，以固定式三角平面挖掘铲作为研究对象，设计了马铃薯挖掘阻力测试装置，进行田间试验，分析挖掘铲铲面倾角、铲刃斜角及前进速度对牵引阻力的影响，并以牵引阻力作为优化指标，得到较优的参数组合。山西农业大学吴海平以4S-80振动式马铃薯挖掘机为研究对象，为了探知振动铲筛的实际降阻效果,采用了ZZLB-1型机械式自记拉力表和DCR-TRV75E摄像机等试验设备，设计了动态测试装置, 并进行了几种不同作业状况下的牵引阻力测试 。

上述几种测试装置或者没有在真实的作业环境下进行试验测试，数据结果不可靠；或者调整不太方便，调整效果不够理想，难以适应不同地区、不同薯类品种的使用要求；或者结构复杂，造价成本较高，仅仅停留在研究探索阶段，推广价值不高。

实用新型内容

为了克服现有薯类收获机牵引阻力测试装置的不足，本实用新型提供一种薯类收获机牵引阻力测试装置，挂接调整方便、适应范围广泛、结构紧凑，成本较低、工作可靠。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种薯类收获机牵引阻力测试装置，包括机械单元和控制单元，机械单元包括悬挂机构和牵引机构，悬挂机构与拖拉机的三点悬挂系统连接，牵引机构包括牵引座和拉压传感器安装体， 拉压传感器安装体包括传感器安装盘Ⅰ和传感器安装盘Ⅱ，传感器安装盘Ⅰ设置在传感器支座Ⅰ上，传感器安装盘Ⅱ设置在传感器支座Ⅱ上，拉压传感器两端分别设置传感器支座Ⅰ和传感器支座Ⅱ上，传感器支座Ⅰ与牵引座连接为一体，传感器支座Ⅰ及传感器支座Ⅱ均为开口向外的U形结构，且传感器支座Ⅰ及传感器支座Ⅱ开口方向相对设置；控制单元包括车载控制系统、无线通讯单元和监控终端，车载控制系统包括控制器，控制器连接拉压传感器，监控终端输入收获机工作参数和各种控制指令，并通过无线通讯单元下发指令，控制器接收指令转换成模拟控制信号，采集拉力传感器测量数据，并通过无线通讯单元上传至监控终端。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上， 牵引座包括与收获机连接的机器连接部和与拉压传感器安装体连接的传感器连接部，传感器连接部相对机器连接部向下倾斜设置。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，机器连接部经销轴I与收获机连接，传感器连接部经上连接板、下连接板及销轴Ⅲ与传感器安装盘Ⅰ连接为一体。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，悬挂机构包括横支架和两个侧支架，横支架和侧支架构成三角形结构，三角形结构的三个顶点处分别设有上悬挂销连接板和下悬挂销连接座，横支架上设有传感器安装盘Ⅱ。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，悬挂机构经上悬挂销穿过上悬挂销连接板及下悬挂销穿过悬挂销连接座挂接在拖拉机后三点悬挂装置上。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，在悬挂机构和牵引座之间通过挂接销设置快速挂接悬挂支座连接板和悬挂支座加强板。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，传感器安装盘Ⅱ经左连接板、右连接板及销轴Ⅱ与横支架连接为一体。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，拉压传感器为S形传感器。

上述薯类收获机牵引阻力测试装置基础上，控制器为MSP430系列单片机，MSP430系列单片机输入端连接拉力传感器，MSP430系列单片机与无线通讯单元通过RS232协议通信，无线通讯单元通过433模块与监控终端通信。

本实用新型的优点在于：

本实用新型可以根据作业状况进行快速地调试安装，方便地挂接在单行或者双行薯类收获机械上，结构紧凑，成本较低，可以实时获得牵引阻力数据并进行存储分析，减少作业成本和降低作业能耗，减轻农民的劳动强度。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1为牵引装置测试阻力状态结构示意图；

图2为牵引装置收获作业和运输状态结构示意图；

图3为悬挂机构结构示意图；

图4为拉压传感器安装体结构示意图；

图5为控制单元结构框图；

其中，1. 销轴I，2. 牵引座，3. 传感器安装盘Ⅰ，4. 传感器支座Ⅰ，5.拉压传感器，6.传感器支座Ⅱ，7.销轴Ⅱ，8.上悬挂销，9.悬挂机构，10.下悬挂销，11.挂接销，12.传感器安装盘Ⅱ，13.销轴Ⅲ，14.悬挂支座连接板，15.悬挂支座加强板，16.上悬挂销连接板，17.下悬挂销连接座，18. 侧支架，19. 拉压传感器安装体，20. 机器连接部，21. 传感器连接部，22. 上连接板，23. 下连接板，24. 右连接板，25. 左连接板,26. 横支架。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种薯类收获机牵引阻力测试装置，包括机械单元和控制单元，机械单元包括悬挂机构和牵引机构，悬挂机构经上悬挂销8穿过上悬挂销连接板16及下悬挂销10穿过悬挂销连接座17与拖拉机的三点悬挂系统连接，牵引机构包括牵引座2和拉压传感器安装体19，拉压传感器安装体包括传感器安装盘Ⅰ3和传感器安装盘Ⅱ12，传感器安装盘Ⅰ3设置在传感器支座Ⅰ4上，传感器安装盘Ⅱ12设置在传感器支座Ⅱ6上，拉压传感器5两端分别设置传感器支座Ⅰ4和传感器支座Ⅱ6上，传感器支座Ⅰ4与牵引座2连接为一体，传感器支座Ⅰ4及传感器支座Ⅱ6均为开口向外的U形结构，且传感器支座Ⅰ4及传感器支座Ⅱ6开口方向相对设置；控制单元包括车载控制系统、无线通讯单元和监控终端，车载控制系统包括控制器，控制器连接拉压传感器5，监控终端输入收获机工作参数和各种控制指令，并通过无线通讯单元下发指令，控制器接收指令转换成模拟控制信号，采集拉力传感器测量数据，并通过无线通讯单元上传至监控终端，以动态曲线方式显示和存储测量数据，监控终端还具有数据导出功能，方便进行数据分析，系统异常时通过与控制器连通的蜂鸣器会发出报警信号。

牵引座2包括与收获机连接的机器连接部20和与拉压传感器安装体连接的传感器连接部21，传感器连接部21相对机器连接部20向下倾斜设置可以保证工作时牵引座2与传动轴不发生干涉。机器连接部20经销轴I1与收获机连接，传感器连接部21经上连接板22、下连接板23及销轴Ⅲ13与传感器安装盘Ⅰ3连接为一体。参考图2，当薯类收获机在收获作业和运输状态时，可以屏蔽其测试阻力功能。为了改善其地头转弯性能和提高其离地间隙，加强牵引机构整体强度，在悬挂机构9和牵引座2之间通过挂接销11设置快速挂接悬挂支座连接板14和悬挂支座加强板15，当拔出销轴Ⅲ13，保证拉压传感器安装体19的拉压传感器5处于不受力状态。

传感器安装盘Ⅱ12经左连接板25、右连接板24及销轴Ⅱ7与横支架26连接为一体。

悬挂机构包括横支架26和两个侧支架18，横支架26和侧支架18构成三角形结构，三角形结构的三个顶点处分别设有上悬挂销连接板16和下悬挂销连接座17，悬挂机构经上悬挂销8挂接在拖拉机上悬挂点上，上悬挂销连接板16上有上下两对连接孔，可以根据拖拉机不同的上悬挂尺寸，进行选择安装，增加其适应能力。悬挂机构通过下悬挂销10挂接在拖拉机下悬挂点上，下悬挂销连接座17上有上下两对连接孔，可以根据拖拉机不同的下悬挂尺寸，进行选择安装，提高安装适配性。

悬挂机构中部安装有传感器安装盘Ⅱ12，传感器安装盘Ⅱ12可绕其安装轴旋转，保证拉压传感器安装机构19在地面发生起伏时测力准确和不发生干涉现象。

拉压传感器5为S形传感器。

控制器为MSP430系列单片机，MSP430系列单片机输入端连接拉力传感器，MSP430系列单片机与无线通讯单元通过RS232协议通信，无线通讯单元通过433模块与监控终端通信。

一种利用所述薯类收获机牵引阻力测试装置进行测试方法，拖拉机的牵引力通过悬挂机构作用在拉压传感器安装体的拉压传感器上，操作人员通过监控终端输入牵引阻力测试指令，指令通过433模块下发，车载控制系统中控制器接收控制指令，驱动拉压传感器采集测量数据并上传至控制器，然后通过433模块上传至监控终端，以动态曲线方式实时显示和存储测量数据，得到牵引阻力一；同时，控制器根据算法得到牵引阻力二也上传监控终端；控制器实时比较牵引阻力一和牵引阻力二大小，如果其差值超过规定值，监控终端会报警。

牵引阻力二的计算方法如下：

（1），其中，F为收获机牵引阻力，α为铲面倾角，N0为土壤作用于挖掘铲面的法向载荷、Ff为土壤对铲面的附着力，Fa为土壤对铲面的摩擦力，，μ1为土壤与挖掘铲摩擦系数，Ca为土壤附着力系数，F0为挖掘铲面积；

（2）取土壤为研究对象，分析其水平方向和垂直方向受力，与上式联合求解，整理后可得：

式中，C 为土壤内聚力因数，μ 为土壤内摩擦因数，β为前失效面倾角，Z为计算系数，G 为铲面上土壤重力，, F1为土壤剪切面积，,B 为土壤沿铲面运动的加速力， ，其中，γ为土壤容积密度， L1为土壤沿铲尖伸出的距离，L2为土壤沿铲尾伸出的距离， L0为土壤铲尖至铲尾的距离 d1为土壤厚度，d 为挖掘深度，h为铲面倾斜高度。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：包括机械单元和控制单元，机械单元包括悬挂机构和牵引机构，悬挂机构与拖拉机的三点悬挂系统连接，牵引机构包括牵引座和拉压传感器安装体，拉压传感器安装体包括传感器安装盘Ⅰ（3）和传感器安装盘Ⅱ（12），传感器安装盘Ⅰ（3）设置在传感器支座Ⅰ（4）上，传感器安装盘Ⅱ（12）设置在传感器支座Ⅱ（6）上，拉压传感器（5）两端分别设置传感器支座Ⅰ（4）和传感器支座Ⅱ（6）上，传感器支座Ⅰ（4）与牵引座（2）连接为一体，传感器支座Ⅰ（4）及传感器支座Ⅱ（6）均为开口向外的U形结构，且传感器支座Ⅰ（4）及传感器支座Ⅱ（6）开口方向相对设置；控制单元包括车载控制系统、无线通讯单元和监控终端，车载控制系统包括控制器，控制器连接拉压传感器（5），监控终端输入收获机工作参数和各种控制指令，并通过无线通讯单元下发指令，控制器接收指令转换成模拟控制信号，采集拉力传感器测量数据，并通过无线通讯单元上传至监控终端。

2.根据权利要求1所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：牵引座（2）包括与收获机连接的机器连接部（20）和与拉压传感器安装体连接的传感器连接部（21），传感器连接部（21）相对机器连接部（20）向下倾斜设置。

3.根据权利要求2所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：机器连接部（20）经销轴I（1）与收获机连接，传感器连接部（21）经上连接板（22）、下连接板（23）及销轴Ⅲ（13）与传感器安装盘Ⅰ（3）连接为一体。

4.根据权利要求1所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：悬挂机构包括横支架（26）和两个侧支架（18），横支架（26）和侧支架（18）构成三角形结构，三角形结构的三个顶点处分别设有上悬挂销连接板（16）和下悬挂销连接座（17），横支架（26）上设有传感器安装盘Ⅱ（12）。

5.根据权利要求4所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：悬挂机构经上悬挂销（8）穿过上悬挂销连接板（16）及下悬挂销（9）穿过悬挂销连接座（17）挂接在拖拉机后三点悬挂装置上。

6.根据权利要求4所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：在悬挂机构和牵引座（2）之间通过挂接销（11）设置快速挂接悬挂支座连接板（14）和悬挂支座加强板(15)。

7.根据权利要求4所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：传感器安装盘Ⅱ（12）经左连接板（25）、右连接板（24）及销轴Ⅱ（7）与横支架（26）连接为一体。

8.根据权利要求1至6任一项所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：拉压传感器（5）为S形传感器。

9.根据权利要求1至6任一项所述薯类收获机牵引阻力测试装置，其特征在于：控制器为MSP430系列单片机，MSP430系列单片机输入端连接拉力传感器，MSP430系列单片机与无线通讯单元通过RS232协议通信，无线通讯单元通过433模块与监控终端通信。