一種深松部件阻力測試計算方法及測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬農(nóng)業(yè)機械測試技術領域，特別涉及一種深松部件阻力測試計算方法及測 試裝置。
【背景技術】
[0002] 土壤深松是保護性耕作模式下的一項重要技術，土壤深松能打破犁底層，疏松土 壤，優(yōu)化土壤成分，提高土壤通透性，排澇蓄水保墑。深松作業(yè)能耗高，工作阻力大，深松阻 力是衡量土壤深松部件作業(yè)性能的重要參數(shù)，為了分析深松部件的受力規(guī)律，對深松阻力 的測量變得迫切需要。
[0003] 測量深松阻力的方法國內外都有研究，各方面研究成果如下：
[0004] 吉林農(nóng)業(yè)大學工程技術學院王景立等，利用八角環(huán)傳感器測試原理，對弧形深松 鏟在耕作過程中所受水平、豎直方向的阻力以及扭矩進行測試分析，研究弧形深松鏟在不 同耕深、耕速條件下所受阻力的變化情況。試驗結果表明：八角環(huán)傳感器測試系統(tǒng)測得的 深松阻力與理論計算值基本相符，測量誤差較小且在允許范圍內，耕深變化對于阻力影響 較大。該試驗方法具有較好的可靠性和準確性，所測得的結果為弧形深松鏟的進一步優(yōu)化 設計提供數(shù)據(jù)。
[0005] 西北農(nóng)學院農(nóng)機系邵維民等，研制了組合式L型四分力測試裝置。該裝置的特點： 結構簡單，工作可靠，可基本上不改變土作部件的原安裝位置和聯(lián)接方法；傳感器的精度 高，非線性等各項誤差均小于1% ;傳感器的結構形式較好，可精確的測出作用于鏟子上的 四個分力，并可確定出合力的大小、方向和作用位置。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種深松部件阻力測試計算方法及測試裝置，本發(fā)明旨在采 用忽略松散表土層所產(chǎn)生阻力的方法進行阻力測試和計算，采用扭轉彈簧和絕對角位移傳 感器所組成的測試裝置進行測量。
[0007] 本發(fā)明提出的可忽略阻力的松散表土層，在該松散表土層深度，土壤對深松部件 的工作阻力相對深松部件穩(wěn)定工作時所受的總阻力忽略不計。其深度匕滿足以下數(shù)學表 達式：
[0008] hi= k ! X log2h, 1 2
[0009] 其中，如圖1所示，hi為不產(chǎn)生阻力的松散表土層垂直深度，h2為產(chǎn)生阻力的耕作 層深度，h為機具在工作狀態(tài)下的耕深屯為深松部件形狀系數(shù)，與部件形狀有關。L為旋 轉中心到深松部件末端的長度，Θ。為是初始狀態(tài)下深松部件與水平方向上的夾角，Θ為通 過角位移傳感器測出深松部件旋轉角。
[0010] 本發(fā)明針對目前的深松阻力測試方法提出一種通過測量扭轉彈簧的扭轉角度所 測得深松部件總耕作阻力的計算方法。深松部件水平方向所受到的力與其作用點到旋轉中 心距離的乘積等于扭轉彈簧所受的轉矩，簡化為深松部件水平方向所受到的總阻力？,&與 其名義受力平面圖形M的形心到旋轉中心距離的乘積。所測得深松部件總耕作阻力的計算 方法滿足如下數(shù)學表達式：
[0011]
[0012] 其中Θ為通過角位移傳感器測量得到的深松部件轉角，Ν(θ)為扭轉彈簧所承載 的扭矩，是關于Θ的函數(shù)，X。為總阻力的名義受力作用點。
[0013] 本計算方法，耕深阻力在耕作層中滿足以下函數(shù)關系式：y = k2(x_b)2;如圖2所 示，X坐標軸為深松部件旋轉中心到深松部件末端的鉛垂距離，y坐標軸為深松部件在對應 耕深所受的阻力。初始狀態(tài)時X。= Lsin Θ。，工作狀態(tài)時X1= Lsin ( Θ。+ Θ )。A為函數(shù)y與 X坐標軸所圍平面圖形M的面積，
；X。為平面圖形M的形心X軸坐標；Sy為平面圖 形M對y軸的靜距；形心X軸坐標
s b為11。與h i的總和，b = Iit^k1X log2h， h。為地面到深松部件旋轉中心的鉛垂距離。k2為函數(shù)系數(shù)，與土壤質地有關。
[0014] 扭轉彈簧屬于螺旋彈簧，端部固定后隨著主軸繞彈簧中心軸線旋轉產(chǎn)生扭矩，扭 轉彈簧的扭矩N是關于轉角Θ的函數(shù)，N = Ν(θ);角度測量裝置主要是由角位移傳感器組 成，輸出工作過程中主軸轉動的角度。
[0015] 本發(fā)明之方法所用的測試裝置是由深松部件、護套、螺栓副I、螺栓副II、螺栓副 III、方鋼、主軸、扭轉彈簧I、扭轉彈簧II、帶座軸承I、帶座軸承II、固定架和角位移傳感器 組成；其中深松部件與護套通過螺栓副I連接，護套與護板焊接固定，護板與方鋼經(jīng)螺栓副 II連接；主軸穿過方鋼經(jīng)螺栓副ΙΠ 固接，主軸兩端分別與帶座軸承I和帶座軸承II連接，扭 轉彈簧I內端與方鋼一側固接，扭轉彈簧I外端與固定架連接，扭轉彈簧II內端與方鋼另 一側固接，扭轉彈簧II外端與固定架連接，主軸一端與角位移傳感器連接。
[0016] 本發(fā)明的有益效果
[0017] 本發(fā)明對松散表土層進行忽略阻力的處理方法，能更好的擬合耕作層中阻力的分 布情況。通過采用扭轉彈簧和絕對角位移傳感器所組成的測試裝置進行測量，其測試裝置 田間試驗實施方便，測試簡單有效。
【附圖說明】
[0018] 圖1為可忽略阻力的松散表土層和產(chǎn)生阻力的耕作層的示意圖·
[0019] 圖2為深松部件在產(chǎn)生阻力的耕作層中阻力分布的示意圖。
[0020] 圖3為測試系統(tǒng)受力分析示意圖。
[0021] 圖4為測試裝置的主視圖。
[0022] 圖5為測試裝置的側視圖。
[0023] 圖中：1.深松部件；2.護套；3.螺栓副I ;4.螺栓副II ;5.方鋼；6.主軸；7.螺栓 副III ;8.護板；9.帶座軸承I ; 10.扭轉彈簧I ;11.扭轉彈簧II ; 12.帶座軸承II ;13.角位 移傳感器；14.固定架。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明提出的可忽略阻力的松散表土層，在該松散表土層 深度，土壤對深松部件的工作阻力相對深松部件穩(wěn)定工作時所受的總阻力忽略不計。其深 度Ii1滿足以下數(shù)學表達式：
[0025] hi= k ! X log2h, 1 2
[0026] 其中，如圖1所示，Ii1為不產(chǎn)生阻力的松散表土層垂直深度，h2為產(chǎn)生阻力的耕作 層深度，h為機具在工作狀態(tài)下的耕深屯為深松部件形狀系數(shù)，與部件形狀有關。L為旋 轉中心到深松部件末端的長度，Θ。為是初始狀態(tài)下深松部件與水平方向上的夾角，Θ為通 過角位移傳感器測出深松部件旋轉角。
[0027] 本發(fā)明針對目前的深松阻力測試方法提出一種通過測量扭轉彈簧的扭轉角度所 測得深松部件總耕作阻力的計算方法。深松部件水平方向所受到的力與其作用點到旋轉中 心距離的乘積等于扭轉彈簧所受的轉矩，簡化為深松部件水平方向所受到的總阻力？,&與 其名義受力平面圖形M的形心到旋轉中心距離的乘積。所測得深松部件總耕作阻力的計算 方法滿足如下數(shù)學表達式：
[0028]
[0029] 其中Θ為通過角位移傳感器測量得到的深松部件轉角，Ν(θ)為扭轉彈簧所承載 的扭矩，是關于Θ的函數(shù)，X。為總阻力的名義受力作用點。
[0030] 本計算方法，耕深阻力在耕作層中滿足以下函數(shù)關系式：y = k2(x_b)2;如圖2所 示，X坐標軸為深松部件旋轉中心到深松部件末端的鉛垂距離，y坐標軸為深松部件在對應 耕深所受的阻力。初始狀態(tài)時X。= Lsin Θ。，工作狀態(tài)時X1= Lsin ( Θ。+ Θ )。A為函數(shù)y與 X坐標軸所圍平面圖形M的面積
X。為平面圖形M的形心X軸坐標；Sy為平面圖 形M對y軸的靜距；形心X軸坐標：
b為h。與Ii1的總和，b = ho+l^Xlogjjh， h。為地面到深松部件旋轉中心的鉛垂距離。k2為函數(shù)系數(shù)，與土壤質地有關。
[0031] 扭轉彈簧屬于螺旋彈簧，端部固定后隨著主軸繞彈簧中心軸線旋轉產(chǎn)生扭矩，扭 轉彈簧的扭矩N是關于轉角Θ的函數(shù)，N = Ν(θ);角度測量裝置主要是由角位移傳感器組 成，輸出工作過程中主軸轉動的角度。
[0032] 經(jīng)試驗研究表明，耕作深度與阻力之間的關系如圖2所示，可計算出深松部件的 名義受力位置，建立受力平衡力系如圖3所示，因此，通過測量與深松部件相連的扭轉彈簧 的轉角可測量深松部件的阻力，其阻力滿足以下數(shù)學表達式：F,& Χχ。= 2Ν( Θ )。
[0033] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述測量計算方法，設計了相應的測試裝置；其結構如圖4和圖5所 示，測試裝置是由深松部件1、護套2、螺栓副I 3、螺栓副II 4、螺栓副1117、方鋼5、主軸6、扭 轉彈簧I 10、扭轉彈簧II 12、帶座軸承I 9、帶座軸承II 12、固定架14和角位移傳感器13 組成；其中深松部件1與護套2通過螺栓副I 3連接，護套2與護板8經(jīng)焊接固定，護板8 與方鋼5經(jīng)螺栓副II 4連接；主軸6穿過方鋼5經(jīng)螺栓副III 7固接，主軸6兩端分別與帶座 軸承I 9和帶座軸承II 12連接，扭轉彈簧I 10內端與方鋼5 -側固接，扭轉彈簧I 10外 端與固定架14連接，扭轉彈簧II 12內端與方鋼5另一側固接，扭轉彈簧II 12外端與固定 架14連接，主軸6 -端與角位移傳感器13連接。
【主權項】
1. 一種深松部件阻力測試計算方法，該方法采用忽略松散表土層所產(chǎn)生阻力的方法進 行阻力測試和計算；將土層分為可忽略阻力的松散表土層和產(chǎn)生阻力的耕作層進行計算， 并通過測量扭轉彈簧的扭轉角度測量深松部件阻力； 松散表土層深度hi滿足以下數(shù)學表達式： hi=k:Xlog2h, 1 2 其中，Ii1為不產(chǎn)生阻力的松散表土層垂直深度，h2為產(chǎn)生阻力的耕作層深度，h為機具 在工作狀態(tài)下的耕深屯為深松部件形狀系數(shù)； 深松部件水平方向所受到的力與其作用點到旋轉中心距離的乘積等于扭轉彈簧所受 的轉矩，簡化為深松部件水平方向所受到的總阻力Fa與其名義受力到旋轉中心距離的乘 積；所測得深松部件總耕作阻力滿足如下數(shù)學表達式：其中：0為通過角位移傳感器測量得到的深松部件轉角，N( 0 )為扭轉彈簧所承載的 扭矩，N(0)是關于0的函數(shù)，X。為總阻力的名義受力作用點。2. -種權利要求1所述方法所用的測試裝置，其特征在于：是由深松部件（1)、護套 (2)、螺栓副I(3)、螺栓副II(4)、螺栓副III(7)、方鋼（5)、主軸（6)、扭轉彈簧I(10)、扭轉 彈簧II(12)、帶座軸承I(9)、帶座軸承II(12)、固定架（14)和角位移傳感器（13)組成； 其中深松部件⑴與護套⑵通過螺栓副I(3)連接，護套⑵與護板⑶經(jīng)焊接固定，護 板⑶與方鋼（5)經(jīng)螺栓副II⑷連接；主軸（6)穿過方鋼（5)經(jīng)螺栓副III(7)固接，主軸 (6)兩端分別與帶座軸承I(9)和帶座軸承II(12)連接，扭轉彈簧I(10)內端與方鋼（5) 一側固接，扭轉彈簧I(10)外端與固定架（14)連接，扭轉彈簧II(12)內端與方鋼（5)另 一側固接，扭轉彈簧II(12)外端與固定架（14)連接，主軸（6) -端與角位移傳感器（13) 連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深松部件阻力測試計算方法及測試裝置，本發(fā)明之方法采用忽略松散表土層所產(chǎn)生阻力的方法進行阻力測試和計算，采用扭轉彈簧和絕對角位移傳感器所組成的測試裝置進行測量。測試裝置的深松部件與主軸固定連接，主軸上左右安裝兩個扭轉彈簧，通過測量深松部件進行深松作業(yè)時主軸轉動的角度，經(jīng)扭轉彈簧轉矩與轉角之間的關系，由力學分析換算出深松部件穩(wěn)定作業(yè)時的總阻力大小。本發(fā)明對松散表土層進行忽略阻力的處理方法，能更好的擬合耕作層中阻力的分布情況。
【IPC分類】G01L5/00
【公開號】CN105043622
【申請?zhí)枴緾N201510218167
【發(fā)明人】莊健, 賈洪雷, 羅曉峰, 王文君, 郭明卓, 余海波, 姜鑫銘, 范旭輝, 張哲
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月1日