專利名稱：農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性試驗(yàn)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，主要用于對(duì)水稻、三麥、油菜、大豆等農(nóng) 業(yè)物料主莖稈、枝梗以及籽粒等進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、撕裂等多項(xiàng)力學(xué)的試驗(yàn)和 分析。
技術(shù)背景隨著對(duì)農(nóng)業(yè)科學(xué)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的研究越來(lái)越受到研究人員的重視。農(nóng)業(yè) 作物籽粒與粒柄之間的連接力與籽粒從農(nóng)業(yè)作物穗頭上脫下的難易程度以及脫粒時(shí)的落粒損失有直接關(guān)系；作物粒柄與枝梗以及枝梗與主莖稈之間的連接力則與水稻脫粒過(guò)程中的 帶柄率的高低密切相關(guān)。因此，農(nóng)業(yè)作物各部分之間的連接力的大小不僅與農(nóng)作物的收獲損失以及功率的消耗有很大的關(guān)系，更對(duì)脫粒后籽粒的帶柄率有著很大的影響。對(duì)農(nóng)業(yè)物 料力學(xué)性能的研究為脫粒元件的選擇和脫粒系統(tǒng)的優(yōu)化提供了必要的依據(jù)。同時(shí)，籽粒破 碎現(xiàn)象與籽粒所受載荷的大小以及載荷作用次數(shù)也密切有關(guān)。因此，研究變動(dòng)載荷下籽粒 的力學(xué)特性也是非常有必要的。現(xiàn)有的材料的力學(xué)性能試驗(yàn)裝置，普遍是應(yīng)用于工程材料方面，其技術(shù)參數(shù)和傳感器 的精度不能滿足農(nóng)業(yè)物料力學(xué)性能參數(shù)的測(cè)量；同時(shí)，農(nóng)業(yè)物料結(jié)構(gòu)上有其自身的特點(diǎn)且 種類繁多，與工程材料差異顯著，因此對(duì)于農(nóng)業(yè)物料的測(cè)試，現(xiàn)有的材料力學(xué)性能試驗(yàn)裝 置在其結(jié)構(gòu)方面也明顯不合用；此外，農(nóng)業(yè)物料的力學(xué)性能研究有其獨(dú)特的研究需要，如 常常需要進(jìn)行低周加載下的物料的力學(xué)性能試驗(yàn)，因此，現(xiàn)有的材料的力學(xué)性能試驗(yàn)裝置 也不能滿足農(nóng)業(yè)物料其獨(dú)特的研究需要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題，是為農(nóng)業(yè)物料提供一種力學(xué)特性試驗(yàn)的裝置，可以用于對(duì) 水稻、三麥、油菜、大豆等農(nóng)業(yè)物料主莖稈、枝梗以及籽粒等進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪 切、撕裂等多項(xiàng)力學(xué)的試驗(yàn)和分析。本發(fā)明裝置采用的技術(shù)方案為包括機(jī)架和傳動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)機(jī)附件和外圍的終端設(shè)備 組成，所述的機(jī)架包括底座的左右兩側(cè)豎立安裝左右支架、左右支架最上端以上橫梁固定 連接，下橫梁固定安裝在底座上且連接左右支架，移動(dòng)橫梁安裝在上橫梁和下橫梁之間且 連接左右支架，力傳感器通過(guò)傳感器連桿安裝在移動(dòng)橫梁上，下聯(lián)接座固定在下橫梁上； 拉伸試驗(yàn)時(shí)由穿銷和上接頭將上夾頭與力傳感器相聯(lián)接，下夾頭通過(guò)穿銷和下聯(lián)接座聯(lián)接在一起；在移動(dòng)橫梁一側(cè)連接傳動(dòng)系統(tǒng)，所述的外圍的終端設(shè)備包括控制主板、顯示面板、 計(jì)算機(jī)和打印機(jī)；壓縮試驗(yàn)時(shí)將所述上夾頭和下夾頭分別更換成上壓板和下壓板；彎曲及剪切試驗(yàn)時(shí)將 上夾頭和下夾頭分別更換成上壓頭和下支座。所述的傳動(dòng)系統(tǒng)由變頻調(diào)速電機(jī)的輸出連接同步齒形帶，同步齒形帶以絲杠連接到移 動(dòng)橫梁。本發(fā)明方法采用的技術(shù)方案是依次包括以下步驟(A) 根據(jù)拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、彎曲及剪切試驗(yàn)的情況不同選擇相應(yīng)的試驗(yàn)裝置；(B) 標(biāo)定力傳感器并啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)；(C) 裝夾試樣的上半部分，將力傳感器5初始力值清零；裝夾試樣的下半部分；(D) 錄入試樣；檢查試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；變形清零、位移清零；(E) 開(kāi)始試驗(yàn)；試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束或人工按"試驗(yàn)結(jié)束"按鈕，結(jié)束試驗(yàn)；檢査試驗(yàn)數(shù)據(jù) 是否有效，若有效打印報(bào)表。本發(fā)明的有益效果是采用了小量程，精度高的力傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)物料力學(xué) 特性的精確實(shí)驗(yàn)。在夾具設(shè)計(jì)方面考慮到農(nóng)業(yè)物料的自身特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了專用的拉伸、壓 縮、彎曲、剪切等試驗(yàn)裝置。此外，該試驗(yàn)裝置和軟件的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的反復(fù)加 載，得到物料低周循環(huán)的力學(xué)特性數(shù)據(jù)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1中上夾頭8的結(jié)構(gòu)放大示意圖。 圖3為圖1中下夾頭9的結(jié)構(gòu)放大示意圖。 圖4為本發(fā)明壓縮試驗(yàn)時(shí)裝置結(jié)構(gòu)放大示意圖。 圖5為本發(fā)明彎曲試驗(yàn)時(shí)裝置結(jié)構(gòu)放大示意圖。 圖6為本發(fā)明剪切時(shí)裝置結(jié)構(gòu)放大示意圖。 圖7為本發(fā)明傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖中l(wèi).上橫梁，2.左右支架，3.傳感器連桿，4.移動(dòng)橫梁，5.力傳感器，6.上接頭， 7.穿銷，8.上夾頭，9.下夾頭，10.穿銷，ll.下聯(lián)接座，12.下橫梁，13.底座，14.轉(zhuǎn)動(dòng)夾 持部分，15.螺栓，16.上壓板，17.籽粒，18.下壓板，19.計(jì)算機(jī)，20.打印機(jī)，21.上壓頭， 22.下支座，23.上壓頭，24.同步齒形帶，25.帶輪，26.變頻調(diào)速電機(jī)，27.絲杠。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，在底座13的左右兩側(cè)豎立安裝左右支架2、左右支架2最上端以上橫梁 1固定連接，下橫梁12固定安裝在底座13上且連接左右支架2，下聯(lián)接座11固定在下橫 梁12上，移動(dòng)橫梁4安裝在上橫梁1和下橫梁12之間且連接左右支架2，以此構(gòu)成基體 框架。移動(dòng)橫梁4在左右支架2內(nèi)可上下移動(dòng)，以得到拉伸和壓縮的行程，其行程由上、 下限位塊控制；力傳感器5通過(guò)傳感器連桿3安裝在移動(dòng)橫梁4上，再由穿銷7和上接頭 6將上夾頭8與力傳感器5相聯(lián)接；力傳感器5采用了小量程，高精度的傳感器，其試驗(yàn) 力測(cè)量范圍為2 500N，測(cè)量準(zhǔn)確度為示值的±0.5%，分辨力為1/240000。更換夾頭只需 要取出穿銷7，即可換取夾頭；下夾頭9通過(guò)穿銷10和下聯(lián)接座11聯(lián)接在一起，可靈活 拆卸與更換，同上夾頭8更換下夾頭9，也只需要取出穿銷10即可更換；下聯(lián)接座11固 定在下橫梁12上。如圖2、 3所示是上夾頭8和下夾頭9的主視圖，其中下夾頭9可調(diào)整夾持角度，擰 松螺栓15即可轉(zhuǎn)動(dòng)夾持部分14，調(diào)整到需要的角度，擰緊螺栓15即可。考慮到農(nóng)業(yè)物料 的自身特點(diǎn)，上夾頭8的下端采用尖嘴型設(shè)計(jì)、平面嵌合，適合于夾持細(xì)長(zhǎng)的枝梗，能充 分符合農(nóng)業(yè)物料拉伸試驗(yàn)的要求。下夾頭9釆用可調(diào)角度夾具設(shè)計(jì)，其調(diào)整角度范圍為 ±45度，嵌合平面采用橡膠平面嵌合，該夾頭在試驗(yàn)過(guò)程中可以根據(jù)需要改變角度，以改 變?cè)囼?yàn)對(duì)象的受力方向，能滿足物料不同角度的力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)。圖4、 5、 6所示分別是壓縮、彎曲和剪切時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖，外圍的終端設(shè)備包括控制 主板、顯示面板、計(jì)算機(jī)19和打印機(jī)20。計(jì)算機(jī)19中有相應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、 記錄和數(shù)據(jù)處理等。試驗(yàn)時(shí)只需把上下夾具拆下?lián)Q上相應(yīng)的壓頭和支座即可。壓縮試驗(yàn)時(shí) 將上夾頭8和下夾頭9分別更換成上壓板16和下壓板18;彎曲及剪切試驗(yàn)時(shí)將上夾頭8 和下夾頭9分別更換成上壓頭21、 23和下支座22。如圖7所示，為試驗(yàn)裝置的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖，在移動(dòng)橫梁4 一側(cè)連接傳動(dòng)系統(tǒng)，此系 統(tǒng)分為三級(jí)帶傳動(dòng)，由變頻調(diào)速電機(jī)26的輸出連接同步齒形帶24，同步齒形帶24以絲杠 27連接到移動(dòng)橫梁4。為保證傳動(dòng)比的準(zhǔn)確性，釆用同步齒形帶24，為方便調(diào)速，驅(qū)動(dòng)電 機(jī)選用變頻調(diào)速電機(jī)26，通過(guò)螺栓傳動(dòng)把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為移動(dòng)橫梁4的上下直線移動(dòng)，從而實(shí) 現(xiàn)對(duì)物料施加試驗(yàn)力以便對(duì)試驗(yàn)裝置施加拉或壓得試驗(yàn)力。(B) 標(biāo)定力傳感器并啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)；(C) 裝夾試樣的上半部分，力清零；裝夾試樣的下半部分；(D) 錄入試樣；檢查試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；變形清零、位移清零；(E)開(kāi)始試驗(yàn)；試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束或人工按"試驗(yàn)結(jié)束"按鈕，結(jié)束試驗(yàn)；檢查試驗(yàn)試樣 是否有效，若有效打印報(bào)表。本發(fā)明的試驗(yàn)方法是根據(jù)拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、彎曲及剪切試驗(yàn)的情況不同選擇相 應(yīng)的試驗(yàn)夾具；用砝碼對(duì)傳感器5進(jìn)行標(biāo)定，并在計(jì)算機(jī)19中設(shè)定修正系數(shù)；啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī) 和計(jì)算機(jī)19;用夾具裝夾試樣的上半部分；將力傳感器5初始力值清零；使移動(dòng)橫梁4運(yùn) 動(dòng)到合適的位置并裝夾試樣的下半部分；在計(jì)算機(jī)9中錄入試樣的相關(guān)信息，并設(shè)定試驗(yàn) 參數(shù)設(shè)置；將力傳感器5的變形清零、位移清零；啟動(dòng)試驗(yàn)按鈕，進(jìn)行試驗(yàn)；試驗(yàn)自動(dòng)結(jié) 束或人工按計(jì)算機(jī)19控制臺(tái)上的"試驗(yàn)結(jié)束"按鈕，結(jié)束試驗(yàn)；檢査試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有效， 若有效打印報(bào)表。
權(quán)利要求
1、一種農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，包括機(jī)架和傳動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)機(jī)附件和外圍的終端設(shè)備組成，其特征在于所述的機(jī)架包括底座(13)的左右兩側(cè)豎立安裝左右支架(2)、左右支架(2)最上端以上橫梁(1)固定連接，下橫梁(12)固定安裝在底座(13)上且連接左右支架(2)，移動(dòng)橫梁(4)安裝在上橫梁(1)和下橫梁(12)之間且連接左右支架(2)，力傳感器(5)通過(guò)傳感器連桿(3)安裝在移動(dòng)橫梁(4)上，下聯(lián)接座(11)固定在下橫梁(12)上；拉伸試驗(yàn)時(shí)由穿銷(7)和上接頭(8)將上夾頭(8)與力傳感器(5)相聯(lián)接，下夾頭(9)通過(guò)穿銷(10)和下聯(lián)接座(11)聯(lián)接在一起；在移動(dòng)橫梁(4)一側(cè)連接傳動(dòng)系統(tǒng)，所述的外圍的終端設(shè)備包括控制主板、顯示面板、計(jì)算機(jī)(19)和打印機(jī)(20)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于壓縮試驗(yàn)時(shí)將所述 上夾頭(8)和下夾頭(9)分別更換成上壓板(16)和下壓板(18);彎曲及剪切試驗(yàn)時(shí) 將上夾頭(8)和下夾頭(9)分別更換成上壓頭(21、 23)和下支座(22)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于所述的傳動(dòng)系統(tǒng)由 變頻調(diào)速電機(jī)(26)的輸出連接同步齒形帶(24)，同步齒形帶(24)以絲杠(27)連接 到移動(dòng)橫梁(4)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置，其特征在于，拉伸試驗(yàn)使用的上 夾頭(8)的下端為尖嘴型；嵌合平面采用平面嵌合。
5、 一種農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的試驗(yàn)方法，其特征在于依次包括以下步驟(A) 根據(jù)拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、彎曲及剪切試驗(yàn)的情況不同選擇相應(yīng)的試驗(yàn)裝置；(B) 標(biāo)定力傳感器(5)并啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)(19);(C) 裝夾試樣的上半部分，將力傳感器(5)初始力值清零；裝夾試樣的下半部分；(D) 錄入試樣；檢査試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置；變形清零、位移清零；(E) 開(kāi)始試驗(yàn)；試驗(yàn)自動(dòng)結(jié)束或人工按"試驗(yàn)結(jié)束"按鈕，結(jié)束試驗(yàn)；檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù) 是否有效，若有效打印報(bào)表。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性試驗(yàn)裝置及方法，包括機(jī)架和傳動(dòng)系統(tǒng)、試驗(yàn)機(jī)附件和外圍的終端設(shè)備組成，在移動(dòng)橫梁一側(cè)連接傳動(dòng)系統(tǒng)，所述的外圍的終端設(shè)備包括控制主板、顯示面板、計(jì)算機(jī)和打印機(jī)；根據(jù)拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)、彎曲及剪切試驗(yàn)的情況不同選擇相應(yīng)的試驗(yàn)裝置；標(biāo)定力傳感器并啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)和計(jì)算機(jī)；裝夾、錄入試樣；檢查試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，檢查試驗(yàn)試樣是否有效，本發(fā)明采用了小量程，精度高的力傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)物料力學(xué)特性的精確實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了專用的拉伸、壓縮、彎曲、剪切試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置和軟件的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的反復(fù)加載，得到物料低周循環(huán)力學(xué)特性數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101216389SQ20071019194
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者徐立章, 李洪昌, 李耀明, 馬朝興 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)