[发明专利]拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置及其工作方法

权利要求书

1.拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，连接在拖拉机和农机具之间；其特征在于：包括横梁、两根纵梁、三分力传感器、第一角度传感器和第二角度传感器，横梁和两根纵梁连接组成∏型框架，横梁的中部和两根纵梁的底部均设有三分力传感器，三分力传感器的前后侧分别设有联接件，前侧联接件用于连接拖拉机，后侧联接件用于连接农机具；所述三分力传感器能够测量X、Y、Z三个直角坐标轴方向的受力大小，三个三分力传感器排列构成测量阵列；所述第一角度传感器用于测量传感装置的俯仰角、横滚角、方位角，所述第二角度传感器用于测量拖拉机的俯仰角、横滚角、方位角，利用传感装置与拖拉机之间的角度差实现三分力传感器测量结果从传感装置坐标系至拖拉机坐标系的转换；

采用所述拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置的测量方法，包括如下步骤：

（1）将三点悬挂空间动力载荷传感装置的前侧联接件与拖拉机的上悬挂点、下悬挂点连接，将三点悬挂空间动力载荷传感装置的后侧联接件与农机具的三点悬挂装置连接，拖拉机内设有数据采集处理系统，数据采集处理系统连接有蓄电池供电，三分力传感器、角度传感器均与数据采集处理系统相连并由其供电；

（2）在平整地面调节农机具处于水平状态，数据采集处理系统接通电源进行自检，设置各传感器参数、采样参数；

（3）将农机具提离地面，进行空转试运行，确保农机具运作灵活无异响，各传感器数据采集正常后，执行步骤（4）；

（4）拖拉机牵引农机具至田间进行作业，三分力传感器采集水平方向的横向力、垂直方向的提升力或农机具的自重力、水平方向的牵引力，第一角度传感器、第二角度传感器用于分别测量传感装置和拖拉机的俯仰角、横滚角、方位角，三分力传感器、第一角度传感器、第二角度传感器采集的数据传输至数据采集处理系统并存储，数据采集处理系统将传感装置坐标系变换到拖拉机坐标系；

所述步骤（4）中传感装置坐标系到拖拉机坐标系的变换进行如下处理：所述第二角度传感器测得拖拉机的三个角度、、，第一角度传感器测得传感装置的三个角度、、，可以得到传感装置相对拖拉机的角度、、：

，

，

，

于是得到旋转矩阵、、：

，

，

，

令；

在传感装置坐标系中同一原点，在三个坐标平面上，分别绕Z轴、Y轴、X轴做三次旋转，完成传感装置坐标系到拖拉机坐标系的变换，

设某个三分力传感器测得的三分力为、、，经旋转变换后为、、，则

；

（5）将便携式计算机与数据采集处理系统通过有线或无线的方式连接，进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述第一角度传感器安装在所述横梁上或纵梁上或集成在任一个三分力传感器上，所述第二角度传感器安装在拖拉机上。

3.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述横梁两端设有横向调节槽，纵梁顶部设有竖向调节槽，两根纵梁的竖向调节槽部位分别通过连接件与横梁的横向调节槽部位固定，通过改变连接件与竖向调节槽、横向调节槽的固定点调整纵梁与横梁的相对位置。

4.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述横梁、纵梁采用钢材质。

5.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述三分力传感器采用三组应变电桥，X、Y、Z三个直角坐标轴方向分别对应水平方向的横向力、垂直方向的提升力或农机具的自重力、水平方向的牵引力。

6.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述三分力传感器采用桥式垂直测力传感器。

7.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述三分力传感器外壳为方形不锈钢结构。

8.根据权利要求1所述的拖拉机三点悬挂空间动态载荷传感装置，其特征在于：所述前侧联接件为U型夹，用于连接拖拉机的上悬挂点和下悬挂点，所述后侧联接件为沿三分力传感器表面设置的接头，用于连接农机具的三点悬挂装置。