CN210346964U - 一种多功能起拔力测量试验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能起拔力测量试验台。试验台包括移动平台和夹持机构，以及布置在移动平台上的拉升装置、角度方位调节装置和测量系统；所述夹持机构用于倾斜或竖直地夹持目标作物的秆茎；所述拉升装置与夹持机构连接，并对夹持机构产生起拔力；所述角度方位调节装置用于调节拉升装置的起拔角度；所述测量系统用于实时测量起拔力。本实用新型结构简单，起拔角度调节方便，田间行走灵活，利用本实用新型进行田间试验测量起拔力，获取各起拔角度下的起拔力参数，并进行分析，不仅可以为秸秆提拔收获机械提供最佳起拔角度参考，而且还可以为根茎类蔬菜收获机械提供垂直起拔力参考。

Description

一种多功能起拔力测量试验台

技术领域

本实用新型涉及一种多功能起拔力测量试验台，属于农业试验测量仪器领域。

背景技术

在进行生物质秸秆、根茎类药材、根茎类蔬菜等收获作业时，作业机械要实现成功起拔收获，需克服土壤与根系的粘着力、摩擦力和重力等阻力，这些阻力综合为起拔阻力。起拔阻力是收获机械设计的主要技术参数，不同土壤条件、起拔方式、起拔位置、起拔速度、起拔角度、起拔收获时间等因素都对起拔阻力有影响。

农业生产实践及相关研究表明，根茎类蔬菜及根茎类药材被夹持起拔的最佳条件为沿着根茎生长的轴心方向施加起拔力，这样可以降低根茎损伤率，而且需要的起拔力最小，在进行起拔力试验时，起拔角度接近90°；而对于生物质秸秆被夹持起拔的最佳条件为沿倾斜方向、与地面成一夹角施加起拔力，该条件下所需的起拔力小于沿秸秆轴心方向上的起拔力，在进行起拔力试验时，起拔角度为锐角。

起拔力测量试验装置能实现起拔力的田间测量试验，但现有起拔力测量装置存在功能单一、起拔角度可调节范围小、田间行走不方便、测试程序繁琐等缺点，亟需一种简便可行的多功能起拔力测量试验装置，实现起拔力的高精度测量。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种多功能起拔力测量试验台，可实现对生物质秸秆、根茎类药材、根茎类蔬菜等进行起拔力田间测试，田间行走方便，通过更换夹持机构和调节支架位置，可完成以上多种目标的起拔力测量，实现了全方位测试(起拔角度β∈(0°，90°])，提高了起拔力测量精度，获取目标起拔的最佳参数，为设计出高效低耗的生物质秸秆、根茎类药材、根茎类蔬菜等各起拔收获机械提供理论依据，改变以上收获目标传统的农业生产方式，提高农村生产力。

为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种多功能起拔力测量试验台，包括移动平台和夹持机构，以及布置在移动平台上的拉升装置、角度方位调节装置和测量系统。

所述夹持机构用于倾斜或竖直地夹持目标作物的秆茎；所述拉升装置与夹持机构连接，并对夹持机构产生起拔力；所述角度方位调节装置用于调节拉升装置的起拔角度β；所述测量系统用于实时测量起拔力。

所述拉升装置包括行星减速电机16和绳索5，所述行星减速电机16的动力输出轴上设有驱动轮13，所述绳索5的一端盘绕在驱动轮13上，另一端与夹持机构连接。

所述角度方位调节装置包括滑轨18、升降台19、支撑角度调整台6和定滑轮8。

一对与起拔力所在平面平行的滑轨18水平地固接在移动平台上。

所述升降台19包括上平台25、剪叉式升降支架26和下平台29；所述下平台29的左右两侧边缘分别与两个滑轨18滑动连接，并通过螺栓固定限位；所述下平台29的上表面和上平台25的下表面均设有一对导槽27，所述剪叉式升降支架26的上端和下端分别安装在上平台25和下平台29的相应的导槽27内，剪叉式升降支架26通过转动与螺杆连接的升降旋钮28，调节剪叉式升降支架26的前后两端的相对距离，进而调节升降台19的高度，过程中，所述剪叉式升降支架26的上端和下端沿相应的导槽27滑动。

所述支撑角度调整台6包括定滑轮支架30、托座31、横杆32、紧固螺栓33和底座34。

所述底座34固接在升降台19的上平台25上；所述横杆32垂直于起拔力所在平面设置在底座34上；所述定滑轮支架30的下端与托座31固接，托座31套接在横杆32上，并通过紧固螺栓33紧固定位；所述定滑轮8的转动轴通过轴承设置在定滑轮支架30的上端，所述绳索5从定滑轮8的上部绕过，通过转动托座31及紧、松紧固螺栓33改变定滑轮支架30与水平面的夹角α。

所述测量系统包括拉压力传感器20、显示仪表7和PC终端9；所述拉压力传感器20设置在拉升装置与夹持机构之间；所述显示仪表7分别与拉压力传感器20和PC终端9连接。

所述支撑角度调整台6进一步包括滑杆35；两个相互平行的滑杆35分别设置在底座34的左右两侧，所述横杆32的两端分别与两个滑杆35滑动连接，并通过螺栓固定限位。

所述夹持机构为倾斜起拔夹2，所述倾斜起拔夹2包括弹性衬套1、卡套37和连接杆38；所述卡套37连接在连接杆38的端部，卡套37包括两个半圆形卡环，两个卡环的一端相互铰接，另一端设有用于调节松紧的卡紧旋钮36；所述弹性衬套1设置在两个卡环之间，弹性衬套1的中心处设有倾斜的锯齿口39。

所述弹性衬套1的材质为橡胶。

所述夹持机构为竖直起拔夹42，所述竖直起拔夹42包括叉式卡夹40、锁紧螺栓41、卡夹安装壳43、扭转弹簧44；两个叉式卡夹40相互对称布置，每个叉式卡夹40的夹持端均包括一对夹持臂，两个夹持臂之间构成夹持目标作物的空间；每个叉式卡夹40的安装端均设有一销孔，所述扭转弹簧44设置在两个叉式卡夹40之间，通过销钉分别穿过两个叉式卡夹40的销孔和扭转弹簧44，将两个叉式卡夹40安装在卡夹安装壳43内；每个叉式卡夹40的背面均设有一穿过卡夹安装壳43的锁紧螺栓41，用于调节每个叉式卡夹40之间的开合角度。

所述叉式卡夹40的夹持臂上设有柔性卡套。

所述拉升装置进一步包括依次连接的蓄电池11、控制器10和驱动器14；所述驱动器14与行星减速电机16连接。

所述移动平台为拖车15。

所述夹角α的角度范围为10°～170°。

所述起拔角度β大于0°小于等于90°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、该试验台配备了移动平台，可以在各种试验田便捷拖动行走，包括根茎类蔬菜种植垄地、生物质秸秆及根茎类药材种植地等，机动性好，而且该试验台装拆方便，便于运送转移。

2、目前针对根茎类蔬菜(如萝卜、大葱、大蒜)、根茎类药材、生物质秸秆起拔力测试仪器极少。本实用新型用途广泛，不仅可以实现对生物质秸秆的起拔力测量，而且通过便捷地更换夹持机构实现对根茎类蔬菜、根茎类药材等植物的起拔力测量。

3、本实用新型通过调节可以实现对生物质秸秆、根茎类药材、根茎类蔬菜起拔力的全方位测试，测量角度可变范围大，起拔角度β∈(0°，90°]，即实现起拔力从水平到垂直范围的全角度测试，得出目标起拔有利角度，为设计高效低耗起拔机构提供参考。

4、本实用新型夹持机构中设置了弹性衬套，不仅保证了夹持的可靠性、提高起拔力测量精度，而且避免刚性夹持造成夹持部位的变形、断裂，影响试验测量值。

5、本实用新型可实时显示测量力随时间变化情况，将变化曲线图和数值进行保存，便于后续分析。

6、本实用新型将为生物质秸秆收获机械、根茎类蔬菜起拔收获机械、根茎类药材收获机械的研究提供基础试验装置，利用该试验台可在收获时期的不同阶段开展起拔力田间测试，以获取生物质秸秆、根茎类药材、根茎类蔬菜等起拔收获的最佳参数，如获取有效的起拔方式、合理的起拔时间和起拔角度，作为设计性能良好的起拔机构的依据，科研、使用价值大。

7、本实用新型的显示仪表有过载报警提示，当起拔力超过量程范围时，显示仪表发出报警，有利于保护拉压力传感器。

8、本实用新型所选步进电机扭矩大、加载速度可调节，可进行不同加载速度下起拔力的起拔试验。

附图说明

图1为本实用新型的多功能起拔力测量试验台的结构示意图；

图2为拖车15的结构示意图；

图3为升降台19的结构示意图；

图4a为支撑角度调整台6的结构示意图；

图4b为定滑轮支架30偏转角度示意图；

图5为倾斜起拔夹2的结构示意图；

图6为弹性衬套1的结构示意图；

图7为竖直起拔夹42的结构示意图；

图8为本实用新型的多功能起拔力测量试验台进行生物质秸秆倾斜起拔力测试的示意图；

图9为本实用新型的多功能起拔力测量试验台进行根茎类蔬菜竖直起拔力测试的示意图。

其中的附图标记为：

1弹性衬套 2倾斜起拔夹

3锁紧螺母 4螺杆连接头

5绳索 6支撑角度调整台

7显示仪表 8定滑轮

9PC终端 10控制器

11蓄电池 13驱动轮

14驱动器 15拖车

16行星减速电机 18滑轨

19升降台 20拉压力传感器

21拖板 22脚轮

23把手 24加强板

25上平台 26剪叉式升降支架

27导槽 28升降旋钮

29下平台 30定滑轮支架

31托座 32横杆

33紧固螺栓 34底座

35滑杆 36卡紧旋钮

37卡套 38连接杆

39锯齿口 40叉式卡夹

41锁紧螺栓 42竖直起拔夹

43卡夹安装壳 44扭转弹簧

45生物质秸秆 46土壤

47根茎类蔬菜

α定滑轮支架30与水平面的夹角

β起拔角度

H绳索5前段与定滑轮8右侧切点距离地面的高度

S绳索5前段与定滑轮8右侧切点距离秆茎轴心处的水平距离

v起拔线速度，箭头方向为绳索5的运动方向

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

如图1所示，一种多功能起拔力测量试验台，包括移动平台和夹持机构，以及布置在移动平台上的拉升装置、角度方位调节装置和测量系统。

所述夹持机构用于倾斜或竖直地夹持目标作物的秆茎。所述拉升装置与夹持机构连接，并对夹持机构产生起拔力。所述角度方位调节装置用于调节拉升装置的起拔角度β，起拔角度β大于0°小于等于90°。所述测量系统用于实时测量起拔力。

所述拉升装置包括行星减速电机16和绳索5，所述行星减速电机16的动力输出轴上设有驱动轮13，所述绳索5的一端盘绕在驱动轮13上，另一端与夹持机构连接。

进一步地，所述拉升装置进一步包括依次连接的蓄电池11、控制器10和驱动器14；所述控制器10通过驱动器14与行星减速电机16连接，实现行星减速电机16的启停、正反转及转速变化。所述蓄电池11为36V直流供电，所述控制器10的型号为CS10-3，所述驱动器14的型号为DM860H，所述行星减速电机16的型号为86HPG5401。

作为本实用新型的一个实施例，所述移动平台可以是拖车15，如图2所示，所述拖车15包括拖板21、脚轮22、把手23和加强板24。所述脚轮22共4个，通过螺栓连接在拖板21底面。

所述角度方位调节装置包括滑轨18、升降台19、支撑角度调整台6和定滑轮8。

一对与起拔力所在平面平行的滑轨18水平地固接在移动平台上。

如图3所示，所述升降台19包括上平台25、剪叉式升降支架26和下平台29。所述下平台29的左右两侧边缘分别与两个滑轨18滑动连接，并通过螺栓固定限位；所述下平台29的上表面和上平台25的下表面均设有一对导槽27，所述剪叉式升降支架26的上端和下端分别安装在上平台25和下平台29的相应的导槽27内，剪叉式升降支架26通过转动与螺杆连接的升降旋钮28，调节剪叉式升降支架26的前后两端的相对距离，进而调节升降台19的高度，过程中，所述剪叉式升降支架26的上端和下端沿相应的导槽27滑动。

如图4a和图4b所示，所述支撑角度调整台6包括定滑轮支架30、托座31、横杆32、紧固螺栓33、底座34和滑杆35。

所述底座34固接在升降台19的上平台25上。两个相互平行的滑杆35分别设置在底座34的左右两侧，所述横杆32的两端分别与两个滑杆35滑动连接，并通过螺栓固定限位；所述定滑轮支架30的下端与托座31固接，托座31套接在横杆32上，并通过紧固螺栓33紧固定位。所述定滑轮8的转动轴通过轴承设置在定滑轮支架30的上端，所述绳索5从定滑轮8的上部绕过。通过转动托座31及紧、松紧固螺栓33可改变定滑轮支架30与水平面的夹角α，夹角α的角度范围为10°～170°。

所述测量系统包括拉压力传感器20、显示仪表7和PC终端9。所述拉压力传感器20设置在拉升装置与夹持机构之间，拉压力传感器20两端的螺杆连接头4通过锁紧螺母3分别与夹持机构和拉升装置的绳索5连接。所述显示仪表7分别与蓄电池11、拉压力传感器20和PC终端9连接。

优选地，拉压力传感器20的型号为CHY-1S，量程为0～300N，以mV电压信号(精度高，不受干扰)输出到显示仪表7，显示仪表7在显示拉拔力的同时给拉压力传感器20供电，PC终端9上安装有M400数据采集管理软件，显示仪表7带通讯功能与PC终端9连接，PC终端9运行M400数据采集软件就可以实现远程控制、采集、显示并存储等功能。

作为本实用新型的一个实施例，所述夹持机构可以是倾斜起拔夹2，适用于起拔棉秆、烟草秆、红枣树苗、芸豆等生物质杆类的目标作物，如图5和图6所示，所述倾斜起拔夹2包括弹性衬套1、卡套37和连接杆38。所述卡套37连接在连接杆38的端部，卡套37包括两个半圆形卡环，两个卡环的一端相互铰接，另一端设有用于调节松紧的卡紧旋钮36。所述弹性衬套1设置在两个卡环之间，弹性衬套1的中心处设有倾斜的锯齿口39，能够在弹性衬套1平面与目标作物的秆茎不垂直的情况下，将目标作物的秆茎柔性包裹、咬合住，如图8所示。

优选地，所述弹性衬套1的材质为橡胶。

作为本实用新型的一个实施例，所述夹持机构可以是竖直起拔夹42，适用于起拔萝卜、大葱、大蒜、木薯、甜菜等根茎类蔬菜及三七、甘草等根茎类药材的目标作物，如图7和9所示，在进行垂直方向起拔力试验时使用该竖直起拔夹42，所述竖直起拔夹42包括叉式卡夹40、锁紧螺栓41、卡夹安装壳43、扭转弹簧44。

两个叉式卡夹40相互对称布置，每个叉式卡夹40的夹持端均包括一对夹持臂，两个夹持臂之间构成夹持目标作物的空间；每个叉式卡夹40的安装端均设有一销孔，所述扭转弹簧44设置在两个叉式卡夹40之间，通过销钉分别穿过两个叉式卡夹40的销孔和扭转弹簧44，将两个叉式卡夹40安装在卡夹安装壳43内；每个叉式卡夹40的背面均设有一穿过卡夹安装壳43的锁紧螺栓41，用于调节每个叉式卡夹40之间的开合角度。

优选地，所述叉式卡夹40的夹持臂上设有柔性卡套，避免刚性接触损坏目标作物。

本实用新型的工作过程如下：

如图8所示，以本实用新型进行生物质秸秆倾斜起拔力测试为例说明。试验前做好准备工作，蓄电池11满电状态，PC终端9运行M400数据采集软件，测量田间土壤坚实度及含水量。田间试验时，将该试验台放在起拔秸秆的合适位置，首先松开倾斜起拔夹2前端的卡紧旋钮36，利用弹性衬套1从秆茎底部将秸秆包裹，锁紧卡紧旋钮36完成夹持工作；接着，根据本次测试倾斜度预期要求，调整横杆32在滑杆35上的位置，调整空间，从而便于定滑轮支架30改变与水平面的夹角α，当横杆32的位置确定后，旋紧螺栓使得横杆32无法移动；然后，通过松开紧固螺栓33，转动托座31调整定滑轮支架30与水平面的夹角α后，旋紧紧固螺栓33；通过转动升降旋钮28来调节升降台19的上平台25的高度、通过改变升降台19的下平台29在滑轨18中的位置来调节升降台19的水平位置并协调移动拖车15，从而达到改变绳索5前段与定滑轮8右侧切点距离地面的高度H值、绳索5前段与定滑轮8右侧切点距离秆茎轴心处的水平距离S值的目的，获取本次试验所需起拔角度β；随后，启动行星减速电机16，并通过控制器10调节行星减速电机16的旋转方向、旋转速度，行星减速电机16将动力传递到驱动轮13上，驱动轮13回收绳索5的同时带动生物质秸秆45、倾斜起拔夹2、拉压力传感器20线性移动，从而克服起拔阻力将生物质秸秆45从土壤46中拔出；同时，拉压力传感器20以mV电压信号将起拔力数值传输到显示仪表7上，显示仪表7在显示拉拔力数值的同时与PC终端9连接，PC终端9实时采集、显示并存储起拔力数值。再次调节改变起拔角度β，重复上述过程，获取多组起拔力数值，完成生物质秸秆的倾斜起拔力试验。

如图9所示，以本实用新型进行根茎类蔬菜竖直起拔力测试为例进一步说明。田间试验时，调整横杆32在滑杆35上的位置，调整空间，从而便于定滑轮支架30改变与水平面的夹角α，当横杆32的位置确定后，旋紧螺栓使得横杆32无法移动；然后，松开紧固螺栓33，转动托座31改变定滑轮支架30与水平面的夹角α后，旋紧紧固螺栓33，通过改变升降台19的下平台29在滑轨18中的位置来调节升降台19的水平位置并协调移动拖车15，最终使得定滑轮8处于拖车15的前端，保证绳索5的前段位于根茎类蔬菜47的正上方并垂直于地面。将该试验台放在起拔根茎类蔬菜的合适位置，松开竖直起拔夹42上的锁紧螺栓41，将加装有柔性卡套的叉式卡夹40置于蔬菜根茎上端(或菜秧苗)，两侧同步旋动锁紧螺栓41完成夹持工作。后续试验过程同上，完成根茎类蔬菜的竖直起拔力试验。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述试验台包括移动平台和夹持机构，以及布置在移动平台上的拉升装置、角度方位调节装置和测量系统；

所述夹持机构用于倾斜或竖直地夹持目标作物的秆茎；所述拉升装置与夹持机构连接，并对夹持机构产生起拔力；所述角度方位调节装置用于调节拉升装置的起拔角度β；所述测量系统用于实时测量起拔力；

所述拉升装置包括行星减速电机(16)和绳索(5)，所述行星减速电机(16)的动力输出轴上设有驱动轮(13)，所述绳索(5)的一端盘绕在驱动轮(13)上，另一端与夹持机构连接；

所述角度方位调节装置包括滑轨(18)、升降台(19)、支撑角度调整台(6)和定滑轮(8)；

一对与起拔力所在平面平行的滑轨(18)水平地固接在移动平台上；

所述升降台(19)包括上平台(25)、剪叉式升降支架(26)和下平台(29)；所述下平台(29)的左右两侧边缘分别与两个滑轨(18)滑动连接，并通过螺栓固定限位；所述下平台(29)的上表面和上平台(25)的下表面均设有一对导槽(27)，所述剪叉式升降支架(26)的上端和下端分别安装在上平台(25)和下平台(29)的相应的导槽(27)内，剪叉式升降支架(26)通过转动与螺杆连接的升降旋钮(28)，调节剪叉式升降支架(26)的前后两端的相对距离，进而调节升降台(19)的高度，过程中，所述剪叉式升降支架(26)的上端和下端沿相应的导槽(27)滑动；

所述支撑角度调整台(6)包括定滑轮支架(30)、托座(31)、横杆(32)、紧固螺栓(33)和底座(34)；

所述底座(34)固接在升降台(19)的上平台(25)上；所述横杆(32)垂直于起拔力所在平面设置在底座(34)上；所述定滑轮支架(30)的下端与托座(31)固接，托座(31)套接在横杆(32)上，并通过紧固螺栓(33)紧固定位；所述定滑轮(8)的转动轴通过轴承设置在定滑轮支架(30)的上端，所述绳索(5)从定滑轮(8)的上部绕过，通过转动托座(31)及紧、松紧固螺栓(33)改变定滑轮支架(30)与水平面的夹角α；

所述测量系统包括拉压力传感器(20)、显示仪表(7)和PC终端(9)；所述拉压力传感器(20)设置在拉升装置与夹持机构之间；所述显示仪表(7)分别与拉压力传感器(20)和PC终端(9)连接。

2.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述支撑角度调整台(6)进一步包括滑杆(35)；两个相互平行的滑杆(35)分别设置在底座(34)的左右两侧，所述横杆(32)的两端分别与两个滑杆(35)滑动连接，并通过螺栓固定限位。

3.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述夹持机构为倾斜起拔夹(2)，所述倾斜起拔夹(2)包括弹性衬套(1)、卡套(37)和连接杆(38)；所述卡套(37)连接在连接杆(38)的端部，卡套(37)包括两个半圆形卡环，两个卡环的一端相互铰接，另一端设有用于调节松紧的卡紧旋钮(36)；所述弹性衬套(1)设置在两个卡环之间，弹性衬套(1)的中心处设有倾斜的锯齿口(39)。

4.根据权利要求3所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述弹性衬套(1)的材质为橡胶。

5.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述夹持机构为竖直起拔夹(42)，所述竖直起拔夹(42)包括叉式卡夹(40)、锁紧螺栓(41)、卡夹安装壳(43)、扭转弹簧(44)；两个叉式卡夹(40)相互对称布置，每个叉式卡夹(40)的夹持端均包括一对夹持臂，两个夹持臂之间构成夹持目标作物的空间；每个叉式卡夹(40)的安装端均设有一销孔，所述扭转弹簧(44)设置在两个叉式卡夹(40)之间，通过销钉分别穿过两个叉式卡夹(40)的销孔和扭转弹簧(44)，将两个叉式卡夹(40)安装在卡夹安装壳(43)内；每个叉式卡夹(40)的背面均设有一穿过卡夹安装壳(43)的锁紧螺栓(41)，用于调节每个叉式卡夹(40)之间的开合角度。

6.根据权利要求5所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述叉式卡夹(40)的夹持臂上设有柔性卡套。

7.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述拉升装置进一步包括依次连接的蓄电池(11)、控制器(10)和驱动器(14)；所述驱动器(14)与行星减速电机(16)连接。

8.根据权利要求7所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述移动平台为拖车(15)。

9.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述夹角α的角度范围为10°～170°。

10.根据权利要求1所述的多功能起拔力测量试验台，其特征在于：所述起拔角度β大于0°小于等于90°。

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