專利名稱：秸稈壓縮成型打捆試驗裝置及試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及秸稈打捆試驗裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體的講一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置。
背景技術(shù)：
農(nóng)作物秸稈的收集儲運一直是制約農(nóng)業(yè)生物質(zhì)資源工業(yè)化規(guī)模利用的首要難題， 開發(fā)研制壓捆機(jī)是解決農(nóng)業(yè)生物質(zhì)秸稈收集儲運問題，滿足工業(yè)化利用的有效途徑之一。 目前對壓捆機(jī)各部件的研究改進(jìn)，主要依賴樣機(jī)的田間試驗情況，但是田間試驗受氣候、田間情況和機(jī)器本身參數(shù)可調(diào)整范圍局限性的影響，使得這種試驗方法存在很多限制，也使得某些指標(biāo)無法實時測量。主要表現(xiàn)在以下幾個方面
1、壓縮頻率的改變困難，很難得到不同的壓縮頻率下的壓縮效果。2、傳動軸輸入扭矩不易測量，很難得到整機(jī)所需要的合適功率。3、連桿壓縮力不易測量，很難得到壓縮力與功耗的關(guān)系。4、喂入量的改變比較困難，很難得到不同喂入量對草捆質(zhì)量的影響。5、在壓縮過程中，壓縮室側(cè)板和底板所受的壓力很難得到。6、打結(jié)機(jī)構(gòu)不能進(jìn)行單獨試驗。7、田間試驗時秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況不易觀察?？傊M(jìn)行田間試驗的目的是對秸稈壓捆機(jī)整機(jī)的性能和作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行檢測和評價。而要通過田間試驗對不同喂入量、壓縮頻率、連桿壓縮力、壓縮室內(nèi)壁受力、壓縮室活塞壓力、打結(jié)機(jī)構(gòu)繩的張力、壓縮捆長度位移、主傳動軸轉(zhuǎn)速和扭矩、打結(jié)機(jī)構(gòu)單獨試驗情況以及秸稈彈塑性變形情況等進(jìn)行觀察測量是很難完成的。因此對秸稈壓捆機(jī)各個部件的優(yōu)化改進(jìn)僅僅依靠田間試驗是不夠的，必須通過大量的室內(nèi)臺架試驗來進(jìn)行。目前，只能夠檢索到機(jī)械式方草壓捆機(jī)打結(jié)器(CN201450886U)和方草壓捆機(jī)(CN10113^93)的相關(guān)專利， 而有關(guān)能夠消除田間因素對壓捆機(jī)性能和部件進(jìn)行檢測的相關(guān)專利還沒有檢索到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有田間試驗存在的上述缺點而提供的一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置及其試驗方法，具有參數(shù)調(diào)整方便、便于測量、能再現(xiàn)各種工況等特點，能消除現(xiàn)有試驗方法存在的缺點。為了解決田間試驗存在的問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置以及檢測與控制裝置。物料輸送裝置包括驅(qū)動電機(jī)及其傳動系統(tǒng)；所述的填料壓縮裝置包括機(jī)架及底座、動力輸入軸、撿拾裝置驅(qū)動輪、壓縮室、曲柄和連桿和棘輪，主傳動驅(qū)動電機(jī)連接動力輸入軸，在動力輸入軸上安裝一個轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器，動力輸入軸連接到主齒輪箱，主齒輪箱一邊連接到撿拾機(jī)構(gòu)，另一邊連接曲柄和連桿，在連桿上安裝一個拉壓傳感器，連桿連接到活塞，在活塞與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A， 壓縮室的底板和壓縮室的一邊側(cè)板上分別安裝三個壓力傳感器B，壓縮室的上面安裝棘輪，棘輪軸上安裝一個轉(zhuǎn)速編碼器A，壓縮室未安裝傳感器的一邊側(cè)板用鋼化透明玻璃制成，外圍設(shè)置高強(qiáng)度照明系統(tǒng)，配合高速攝影；所述捆扎裝置包括捆繩箱、引針架、引針、打結(jié)器， 在打結(jié)器的主軸端安裝一個編碼器B ；將所述的拉壓傳感器、壓力傳感器A、壓力傳感器B、 編碼器A、編碼器B分別連接到工控機(jī)，通過安裝在工控機(jī)上的操縱臺進(jìn)行檢測和控制。本發(fā)明的捆扎裝置與填料壓縮裝置一起試驗時，由一個主傳動驅(qū)動電機(jī)共同驅(qū)動；捆扎裝置進(jìn)行單獨試驗時，可由捆扎裝置驅(qū)動電機(jī)單獨驅(qū)動，并且將連接在捆扎裝置驅(qū)動鏈輪上的鏈條連接到單獨驅(qū)動電機(jī)的鏈輪上。本發(fā)明試驗方法采用的技術(shù)方案依次包括如下步驟
a、啟動輸送帶驅(qū)動電機(jī)和主傳動驅(qū)動電機(jī)，根據(jù)試驗需要，調(diào)整輸送裝置的輸送速度和活塞的壓縮頻率，調(diào)整好后輸送帶驅(qū)動電機(jī)和主傳動驅(qū)動電機(jī)；
b、將物料均勻鋪放在輸送帶上；
C、啟動主傳動驅(qū)動電機(jī)，待裝置達(dá)到并穩(wěn)定在預(yù)先選定的參數(shù)后，啟動輸送帶驅(qū)動電
機(jī)；
d、物料在輸送帶的帶動下進(jìn)入撿拾機(jī)構(gòu)，彈齒高速旋轉(zhuǎn)，物料送入進(jìn)草箱，叉桿將物料耙入壓縮室，物料被活塞壓成一層層草片并不斷向后移動，草片推動棘輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)草片長度達(dá)到設(shè)定長度時，引針將捆繩送入打結(jié)器完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被壓草片的推動下送入放草板排出機(jī)外；
e、利用檢測與控制裝置采集、記錄并顯示轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器、拉壓傳感器、壓力傳感器 A、壓力傳感器B及編碼器A、編碼器B所采集到的數(shù)據(jù)；
f、利用高速攝影，經(jīng)圖像處理，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況；收集與處理捆扎好的草捆，測量計算出草捆的質(zhì)量、體積、密度等指標(biāo)，同時直接觀察草捆的成捆率。本發(fā)明使用安全、檢測全面、操作方便，可模擬秸稈壓捆機(jī)田間工作狀況，再現(xiàn)秸稈收集過程中的撿拾、壓縮、打捆過程能消除現(xiàn)有田間試驗方法存在的缺陷。


下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明裝置主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明裝置主體結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖中1輸送帶，2輸送帶驅(qū)動電機(jī)，3機(jī)架及底座，4主傳動驅(qū)動電機(jī)，5動力輸入軸，6聯(lián)軸器，7轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器，8萬向聯(lián)軸器，9安全罩，10離合器，11飛輪，12主齒輪箱，13撿拾裝置驅(qū)動輪，14撿拾機(jī)構(gòu)，15撿拾裝置高度調(diào)節(jié)裝置，16彈齒，17進(jìn)草箱，18叉桿，19壓縮室，20曲柄，21拉壓傳感器，22連桿，23活塞，24壓力傳感器A，25棘輪，26編碼器A，27壓力傳感器B，28壓板，29三角齒輪，30齒條，31草捆長度調(diào)節(jié)裝置，32捆繩箱，33 拉桿，；34引針架，35引針，36打結(jié)器，37捆扎裝置驅(qū)動電機(jī)，38鏈輪，39編碼器B，40草捆密度調(diào)節(jié)裝置，41放草板，42操縱臺，43啟動開關(guān)，44調(diào)速旋鈕，45指示燈，46工控機(jī)，47急停按鈕，48顯示器。
具體實施例方式如圖1、2所示，主要包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置和檢測與控制裝置。輸送裝置包括輸送帶驅(qū)動電機(jī)2、輸送帶1和張緊輪。試驗時可根據(jù)所需要的喂入量調(diào)整電機(jī)2的轉(zhuǎn)速。填料壓縮裝置包括機(jī)架及底座3，連接驅(qū)動電機(jī)4的動力輸入軸5，在動力輸入軸5上安裝一個轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器7，試驗過程中測量傳動扭矩和轉(zhuǎn)速的變化。動力輸入軸5連接到主齒輪箱12，主齒輪箱12—邊連接到撿拾裝置驅(qū)動輪13，撿拾裝置的高度可由撿拾裝置高度調(diào)節(jié)裝置15調(diào)節(jié)；主齒輪箱12 —邊連接曲柄20和連桿22，在連桿22 上安裝一個拉壓傳感器21，量程為0 300kg，測量連桿壓縮力，且傳感器21具有足夠大的抗剪切力；連桿22連接到活塞23，在活塞23與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A24， 可進(jìn)行壓縮活塞表面壓力測量，壓縮室19的底板和壓縮室19的一邊側(cè)板上分別安裝三個壓力傳感器B27，可進(jìn)行壓縮室側(cè)板壓力和壓縮室底板壓力的測量；壓縮室的上面安裝棘齒計量輪25，輪軸與一個高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器似6結(jié)合，可測量未成捆長度增長變化。 捆扎裝置包括捆繩箱32、引針架34、引針35、打結(jié)器36和安裝在打結(jié)器的主軸端的一個編碼器B39。如圖1所示捆扎裝置可進(jìn)行單獨試驗，由捆扎裝置驅(qū)動電機(jī)37驅(qū)動，打結(jié)器主軸端安裝一個高精度增量型轉(zhuǎn)速編碼器B39，測試打結(jié)過程中轉(zhuǎn)速變化和得到成捆完成信號。將拉壓傳感器21、壓力傳感器A24、壓力傳感器B 27、編碼器A26、編碼器B39分別連接到工控機(jī)46，通過安裝在工控機(jī)46內(nèi)的監(jiān)控軟件和安裝在工控機(jī)46上的操縱臺42進(jìn)行檢測和控制。操作臺42上的啟動開關(guān)43用來控制各個運動部件的起停，調(diào)速旋鈕44用來控制各個運動部件速度，指示燈45顯示各個部件的運行情況，當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時使用急停按鈕47防止出現(xiàn)意外。試驗時，首先開啟電源，檢查檢測控制系統(tǒng)線路，確保狀態(tài)良好；然后對測控系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，將輸送帶速度調(diào)至所需大小，并將活塞23壓縮頻率調(diào)至所需頻率后關(guān)閉電機(jī)。將試驗秸稈均勻鋪放在輸送裝置1上，開啟主傳動驅(qū)動電機(jī)4，待裝置達(dá)到并穩(wěn)定在預(yù)先選定的參數(shù)后，開啟輸送帶驅(qū)動電機(jī)。試驗過程中，輸送帶速度，活塞23頻率等信息直接記錄在工控機(jī)46中；利用監(jiān)測與控制裝置采集、記錄并顯示轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器7、拉壓傳感器21、壓力傳感器A24、壓力傳感器B27及編碼器A26、編碼器B39所采集到的數(shù)據(jù)。為便于觀察秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形，壓縮室19未安裝傳感器的一邊側(cè)板用鋼化透明玻璃制成，外圍設(shè)置高強(qiáng)度照明系統(tǒng)，利用高速攝影，經(jīng)圖像處理，可獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況。試驗結(jié)束時關(guān)閉各控制裝置開關(guān)，監(jiān)測與控制裝置自動記錄保存整個試驗過程數(shù)據(jù)，達(dá)到試驗?zāi)康摹?br> 權(quán)利要求
1.一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置和檢測與控制裝置；其特征在于，所述的物料輸送裝置包括輸送帶驅(qū)動電機(jī)(2)及其傳動系統(tǒng)；所述的填料壓縮裝置包括機(jī)架及底座(3)、動力輸入軸(5)、撿拾裝置驅(qū)動輪(13)、壓縮室(19 )、曲柄(20 )和連桿(22 )和棘輪(25 )，主傳動驅(qū)動電機(jī)(4)連接動力輸入軸(5 )，在動力輸入軸(5)上安裝一個轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器(7)，動力輸入軸(5)連接到主齒輪箱(12)，主齒輪箱(12)—邊連接到撿拾裝置驅(qū)動輪(13)，另一邊連接曲柄(20)和連桿(22)，在連桿上安裝一個拉壓傳感器(21)，連桿(22 )連接到活塞(23 )，在活塞(23 )與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A (24)；所述壓縮室(19)的底板和壓縮室(19) 一邊的側(cè)板上分別安裝三個壓力傳感器B (27)，壓縮室(19)的上面安裝棘輪(25)，棘輪軸上安裝一個轉(zhuǎn)速編碼器A (26)，壓縮室(19)未安裝傳感器的一邊側(cè)板用鋼化透明玻璃，外圍設(shè)置高強(qiáng)度照明系統(tǒng)，配合高速攝影；所述捆扎裝置包括捆繩箱(32)、引針架(34)、引針(35)、打結(jié)器(36)，在打結(jié)器(36)的主軸端安裝一個編碼器B (39)；將所述的拉壓傳感器(21)、壓力傳感器A (24), 壓力傳感器B (27)和編碼器A (沈)、編碼器B (39)分別連接到工控機(jī)(46)，通過安裝在工控機(jī)(46 )上的操縱臺(42 )進(jìn)行檢測和控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，其特征在于所述捆扎裝置與填料壓縮裝置一起試驗時，由主傳動驅(qū)動電機(jī)(4)共同驅(qū)動；捆扎裝置單獨試驗時，由捆扎裝置驅(qū)動電機(jī)(37)單獨驅(qū)動，并將連接在捆扎機(jī)構(gòu)驅(qū)動鏈輪上的鏈條連接到鏈輪(37) 上。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，其特征在于所述檢測與控制裝置的控制臺包括啟動開關(guān)(41)、調(diào)速旋鈕(42)、指示燈(43)、工控機(jī)(44)、急停按鈕 (45)、顯示器(46)。
4.一種秸稈壓縮成型打捆試驗方法，其特征在于，具體步驟如下a、啟動輸送帶驅(qū)動電機(jī)(2)和主傳動驅(qū)動電機(jī)(4)，根據(jù)試驗需要，調(diào)整輸送裝置(1) 的輸送速度和活塞(23)的壓縮頻率，調(diào)整好后輸送帶驅(qū)動電機(jī)(2)和主傳動驅(qū)動電機(jī)(4);b、將物料均勻鋪放在輸送帶上；c、啟動主傳動驅(qū)動電機(jī)(4)，待裝置達(dá)到并穩(wěn)定在預(yù)先選定的參數(shù)后，啟動輸送帶驅(qū)動電機(jī)(2);d、物料在輸送帶的帶動下進(jìn)入撿拾機(jī)構(gòu)(14)，彈齒(16)高速旋轉(zhuǎn)，物料送入進(jìn)草箱 (17)，叉桿(18)將物料耙入壓縮室(19)，物料被活塞(23)壓成一層層草片并不斷向后移動，草片推動棘輪(25)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)草片長度達(dá)到設(shè)定長度時，引針將捆繩送入打結(jié)器(36)完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被壓草片的推動下送入放草板(41)排出機(jī)外；e、利用檢測與控制裝置采集、記錄并顯示轉(zhuǎn)速-扭矩傳感器(7)、拉壓傳感器(21)、壓力傳感器A (M)、壓力傳感器B (27)及編碼器A (沈)、編碼器B (39)所采集到的數(shù)據(jù)；f、利用高速攝影，經(jīng)圖像處理，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況；收集與處理捆扎好的草捆，測量計算出草捆的質(zhì)量、體積、密度等指標(biāo)，同時直接觀察草捆的成捆率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置和試驗方法。包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置以及檢測與控制裝置，可模擬秸稈壓捆機(jī)田間工作狀況，再現(xiàn)秸稈收集過程中的撿拾、壓縮、打捆過程。改變輸送帶上物料的層厚和輸送帶速度，獲得不同喂入量；通過調(diào)節(jié)傳動軸轉(zhuǎn)速，獲得不同的壓縮頻率，分析壓縮頻率對草捆質(zhì)量的影響；通過調(diào)整壓縮室上的壓板傾角，獲得不同的壓縮力，分析壓縮力對草捆密度和成捆率的影響；利用高速攝影，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況。本發(fā)明使用安全、檢測全面、操作方便，能消除現(xiàn)有田間試驗方法存在的缺陷，獲取更加詳細(xì)、科學(xué)的信息。
文檔編號G01M13/00GK102279099SQ20111008058
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者尹建軍, 徐劍, 徐立章, 李耀明 申請人:江蘇大學(xué)