[发明专利]一种深松部件阻力测试计算方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明属农业机械测试技术领域，特别涉及一种深松部件阻力测试计算方法及测试装置。

背景技术

土壤深松是保护性耕作模式下的一项重要技术，土壤深松能打破犁底层，疏松土壤，优化土壤成分，提高土壤通透性，排涝蓄水保墒。深松作业能耗高，工作阻力大，深松阻力是衡量土壤深松部件作业性能的重要参数，为了分析深松部件的受力规律，对深松阻力的测量变得迫切需要。

测量深松阻力的方法国内外都有研究，各方面研究成果如下：

吉林农业大学工程技术学院王景立等，利用八角环传感器测试原理，对弧形深松铲在耕作过程中所受水平、竖直方向的阻力以及扭矩进行测试分析，研究弧形深松铲在不同耕深、耕速条件下所受阻力的变化情况。试验结果表明:八角环传感器测试系统测得的深松阻力与理论计算值基本相符，测量误差较小且在允许范围内，耕深变化对于阻力影响较大。该试验方法具有较好的可靠性和准确性，所测得的结果为弧形深松铲的进一步优化设计提供数据。

西北农学院农机系邵维民等，研制了组合式L型四分力测试装置。该装置的特点：结构简单，工作可靠，可基本上不改变土作部件的原安装位置和联接方法；传感器的精度高，非线性等各项误差均小于1％；传感器的结构形式较好,可精确的测出作用于铲子上的四个分力，并可确定出合力的大小、方向和作用位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种深松部件阻力测试计算方法及测试装置，本发明旨在采用忽略松散表土层所产生阻力的方法进行阻力测试和计算，采用扭转弹簧和绝对角位移传感器所组成的测试装置进行测量。

本发明提出的可忽略阻力的松散表土层，在该松散表土层深度，土壤对深松部件的工作阻力相对深松部件稳定工作时所受的总阻力忽略不计。其深度h₁满足以下数学表达式：

h₁＝k₁×log₂h，1≤k₁≤2

其中，如图1所示，h₁为不产生阻力的松散表土层垂直深度，h₂为产生阻力的耕作层深度，h为机具在工作状态下的耕深；k₁为深松部件形状系数，与部件形状有关。L为旋转中心到深松部件末端的长度，θ₀为是初始状态下深松部件与水平方向上的夹角，θ为通过角位移传感器测出深松部件旋转角。

本发明针对目前的深松阻力测试方法提出一种通过测量扭转弹簧的扭转角度所测得深松部件总耕作阻力的计算方法。深松部件水平方向所受到的力与其作用点到旋转中心距离的乘积等于扭转弹簧所受的转矩，简化为深松部件水平方向所受到的总阻力F_总与其名义受力平面图形M的形心到旋转中心距离的乘积。所测得深松部件总耕作阻力的计算方法满足如下数学表达式：

其中θ为通过角位移传感器测量得到的深松部件转角，N(θ)为扭转弹簧所承载的扭矩，是关于θ的函数，x_c为总阻力的名义受力作用点。

本计算方法，耕深阻力在耕作层中满足以下函数关系式：y＝k₂(x-b)²；如图2所示，x坐标轴为深松部件旋转中心到深松部件末端的铅垂距离，y坐标轴为深松部件在对应耕深所受的阻力。初始状态时x₀＝Lsinθ₀，工作状态时x₁＝Lsin(θ₀+θ)。A为函数y与x坐标轴所围平面图形M的面积，x_c为平面图形M的形心x轴坐标；S_y为平面图形M对y轴的静距；形心x轴坐标：b为h₀与h₁的总和，b＝h₀+k₁×log₂h，h₀为地面到深松部件旋转中心的铅垂距离。k₂为函数系数，与土壤质地有关。

扭转弹簧属于螺旋弹簧，端部固定后随着主轴绕弹簧中心轴线旋转产生扭矩，扭转弹簧的扭矩N是关于转角θ的函数，N＝N(θ)；角度测量装置主要是由角位移传感器组成，输出工作过程中主轴转动的角度。