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農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)及農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)以及基于該工況模擬機(jī)構(gòu)的農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀，農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)包括一升降平臺及至少一個(gè)工作末端；所述工作末端位置可調(diào)地固定在升降平臺上的，用于模擬測試農(nóng)業(yè)物料在實(shí)際工況中被拉伸、擠壓或切割，并檢測模擬測試的數(shù)據(jù)。本發(fā)明可通過簡單拆卸及組裝，同時(shí)控制多個(gè)電機(jī)，在多個(gè)方向?qū)Χ喾N農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行不同因素的測試，克服了現(xiàn)有壓力測試機(jī)對形狀不規(guī)則物料只能單向測量的特點(diǎn)，能模擬物料在實(shí)際工況下受載情況，完成一系列難測參數(shù)的測量工作。
【專利說明】農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)及農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)產(chǎn)品收獲、貯運(yùn)和加工領(lǐng)域，特別涉及一種農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)及基于該工況模擬機(jī)構(gòu)的農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀。

【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)物料的物理特性可為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和加工中的各種機(jī)械和系統(tǒng)提供合理可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。因此，農(nóng)業(yè)物料物理特性的測試研究對促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展具有重要意義。但是，目前可用于農(nóng)業(yè)物料物理特性的測試儀仍存在以下問題:測試范圍狹窄，有些功能單一；只能對物料的特性進(jìn)行單方向測試，導(dǎo)致物料的一些重要特性參數(shù)得不到準(zhǔn)確測定；測試時(shí)，無法模擬物料在實(shí)際工況下受載情況，使測量結(jié)果與實(shí)際比較存在較大誤差。通過對測試儀的研究，可提高農(nóng)業(yè)物料物理特性測試的全面性、準(zhǔn)確性和客觀性，從而更好地為農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)提供幫助。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有農(nóng)業(yè)物料測試技術(shù)中存在的不足，提出一種多角度、測試范圍廣、可拆卸的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)及農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀。
[0004]本發(fā)明農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)采用的技術(shù)方案如下:農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，包括平臺及至少一個(gè)工作末端；所述工作末端位置可調(diào)地固定在平臺上的，用于模擬測試農(nóng)業(yè)物料在實(shí)際工況中被拉伸、擠壓或切割，并檢測模擬測試的數(shù)據(jù)。
[0005]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作末端設(shè)有2個(gè)以上,工作末端包括滑軌座、伺服電機(jī)、絲桿、滑塊、連接板及夾持板，伺服電機(jī)及夾持板分別設(shè)置在工作末端的兩端，每個(gè)工作末端設(shè)有夾持板的一端靠近平臺的中心，而設(shè)有伺服電機(jī)的一端靠近平臺的外周；絲桿安裝在滑軌座上，且分別與伺服電機(jī)、滑塊連接；滑塊上設(shè)有用于連接夾持板的連接板；農(nóng)業(yè)物料放置在多個(gè)工作末端的夾持板之間。
[0006]在另外一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述工作末端設(shè)有至少一個(gè)，工作末端包括高度可調(diào)的緊固架、滑軌座、伺服電機(jī)、絲桿、滑塊、連接板及切割電機(jī)，伺服電機(jī)及切割電機(jī)分別設(shè)置在工作末端的兩端；絲桿安裝在滑軌座上，且分別與伺服電機(jī)、滑塊連接；滑塊上設(shè)有用于連接切割電機(jī)的連接板；緊固架固定在平臺上且靠近切割電機(jī)，農(nóng)業(yè)物料放置在緊固架上。
[0007]所述緊固架包括下架子底座、上架子底座、調(diào)高板及虎鉗，下架子底座緊固在平臺上，調(diào)高板設(shè)置在下架子底座與上架子底座之間，虎鉗設(shè)置在調(diào)高板中且可平行上下移動。
[0008]所述農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)還包括固定板，所述平臺及固定板均設(shè)有若干用于固定所述工作末端的通孔，工作平臺通過固定板位置可調(diào)地固定在平臺上。
[0009]本發(fā)明農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀采用的技術(shù)方案如下:農(nóng)業(yè)物料特性測試儀，包括PC機(jī)、控制器以及上述農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)；PC機(jī)與控制器連接，控制器與農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)連接；pc機(jī)向控制器輸出控制信號,使控制器控制工作末端按照模擬測試條件進(jìn)行工作；PC機(jī)對控制器輸出給工作末端的控制數(shù)據(jù)及來自工作末端的模擬測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出顯示相關(guān)力學(xué)曲線。
[0010]所述農(nóng)業(yè)物料特性測試儀還包括與PC機(jī)連接的攝像機(jī)，攝像機(jī)對準(zhǔn)工作末端以記錄模擬測試時(shí)被測農(nóng)業(yè)物料的外表變化。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0012](I)本發(fā)明工作末端能夠多角度地調(diào)整并緊固，能同時(shí)對目標(biāo)物料按照所需角度進(jìn)行測量，能模擬物料在實(shí)際工況下受載情況，能真實(shí)地測試物料的特性。
[0013]本發(fā)明中，PC機(jī)通過通訊控制器的分析和處理及攝像機(jī)對試驗(yàn)過程的拍攝，完成數(shù)值和圖像兩種數(shù)據(jù)的收集及存儲。最后，在軟件的處理下，PC機(jī)準(zhǔn)確地計(jì)算出物料的相關(guān)物理特征參數(shù)，測試過程更加方便和系統(tǒng)。
[0014](2)本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)方式調(diào)節(jié)升降平臺的高低位置；通過調(diào)節(jié)升降平臺到達(dá)合適的高度，使測試儀能夠放置在其他已有的多種測量儀器上進(jìn)行聯(lián)合測試的工作，經(jīng)水平儀調(diào)平后，即可直接使用，適用性強(qiáng)。
[0015](3)本發(fā)明可通過簡單拆卸及組裝，同時(shí)控制多個(gè)伺服電機(jī)，在多個(gè)方向?qū)Χ喾N農(nóng)業(yè)物料進(jìn)行不同因素的測試，克服了現(xiàn)有壓力測試機(jī)對形狀不規(guī)則物料只能單向測量的特點(diǎn)，能模擬物料在實(shí)際工況下受載情況，完成一系列難測參數(shù)的測量工作。
[0016]此外，本發(fā)明能夠根據(jù)測試方式的不同而改變緊固工作末端，能夠?qū)ξ锪线M(jìn)行擠壓、拉伸、碰撞、正切、滑切等多種農(nóng)業(yè)物料的物理力學(xué)測試，能更真實(shí)地模擬出果蔬在受拉伸、壓縮或切割等情況下的實(shí)際工況。通過調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，能達(dá)到調(diào)節(jié)進(jìn)給速度的要求。此外，測試儀能夠按照試驗(yàn)測試員的要求，在工作末端上使用非標(biāo)測試工作末端機(jī)構(gòu)，進(jìn)而滿足特殊的試驗(yàn)要求。因而，該測試儀具有通用性強(qiáng)、功能多樣，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。
[0017](4)本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊控制，攝像頭全程監(jiān)測，圖像數(shù)據(jù)與測試過程中產(chǎn)生的壓力、位移等力學(xué)數(shù)據(jù)相結(jié)合，準(zhǔn)確、高效和智能地從視覺和觸覺兩方面對試驗(yàn)過程進(jìn)程完整的記錄。為農(nóng)業(yè)物料的測試提供了方便快捷的測量儀器，填補(bǔ)了測量機(jī)械在農(nóng)業(yè)應(yīng)用行業(yè)的市場空白，具有良好的市場前景。
[0018]本發(fā)明的通訊控制器除了具有PC機(jī)操作外，還具有手動遙控微調(diào)操作的功能，并且能夠在工作末端在接觸物料的瞬間發(fā)出聲音警報(bào)，安全性能好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中工作末端的截面圖；
[0021]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例中農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例中工作末端的截面圖；
[0023]圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀的整機(jī)示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀的控制框圖；
[0025]圖中:1、旋轉(zhuǎn)支腳；2、升降平臺；3、滑軌座蓋子；4、夾持板；5、絲桿；6、升降支腳；
7、固定板；8、伺服電機(jī)；9、滑軌座；10、連接板11、傳感器；12、滑塊；13、下架子底座；14、角碼；15、調(diào)高板；16、上架子底座；17、切割電機(jī)；18、虎鉗；19、攝像機(jī)；20、農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)；21、遙控器；22、控制器；23、PC機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】不限于此。
[0027]實(shí)施例1
[0028]圖1為進(jìn)行拉伸或擠壓測試時(shí)農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖，包括升降平臺、固定板及3個(gè)或4個(gè)工作末端。升降平臺2由四個(gè)升降支腳6支撐，平臺表面加工了通孔，通孔起分度的作用；升降平臺設(shè)有外表面具有外螺紋的四個(gè)旋轉(zhuǎn)支腳1，與內(nèi)表面均為內(nèi)螺紋的四個(gè)升降支腳6配套安裝，并能通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)支腳I調(diào)整升降支腳6的上下位置。每個(gè)固定板7能按照測試員的測試所設(shè)條件對角度、距離等因素在升降平臺上對位置調(diào)整。
[0029]參見圖2，每個(gè)工作末端包括滑軌座9、伺服電機(jī)8、絲桿5、滑塊12、連接板10、傳感器11及夾持板4 ;伺服電機(jī)及夾持板分別設(shè)置在工作末端的兩端，每個(gè)工作末端設(shè)有夾持板的一端靠近升降平臺的中心，而設(shè)有伺服電機(jī)的一端靠近升降平臺的外周；農(nóng)業(yè)物料放置在多個(gè)工作末端的夾持板之間?；壸?帶導(dǎo)軌，且位置根據(jù)固定板7上定位孔的位置沿升降平臺2的徑向以一定的安全距離調(diào)節(jié)后，采用電機(jī)端朝外的方式使用螺栓連接緊固在固定板7上；絲桿5安裝在滑軌座9內(nèi)的前端面，并由連接在滑軌座9后端面上的伺服電機(jī)8帶動其旋轉(zhuǎn)；滑塊12安裝在滑軌座9上，其滑軌槽面需與滑軌座9的導(dǎo)軌面重合且滑塊12的加工孔能夠讓絲桿5通過；伺服電機(jī)8帶動絲桿5轉(zhuǎn)動時(shí)，絲桿5帶動滑塊12在滑軌座9上沿著絲桿的方向做前后移動；連接板10緊固在滑塊12的表面；傳感器11的兩側(cè)分別與連接板10、夾持板4相連，當(dāng)夾持板4與物料接觸受壓時(shí)，傳感器按照一定的頻率，把壓力轉(zhuǎn)換成信號，并且發(fā)送到控制器中進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲及分析。
[0030]本發(fā)明農(nóng)業(yè)物料物理特性測試儀，主要包括前述農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)、控制執(zhí)行系統(tǒng)及外部附加設(shè)備等幾部分。如圖5所示為該測試儀的整機(jī)示意圖；外部附加設(shè)備即攝像機(jī)19安裝在農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)20的附近，與PC機(jī)23相連并受其控制；控制執(zhí)行系統(tǒng)主要包括相連接的PC機(jī)23及控制器22。攝像機(jī)19需時(shí)刻對準(zhǔn)農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)的多功能工作末端以記錄測試儀在正常的模擬測試時(shí)，被測農(nóng)業(yè)物料的外表變化；農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)固定在水平面上，高度可調(diào)。
[0031]如圖6所示，在控制執(zhí)行系統(tǒng)中，與控制器通訊端口連接的電機(jī)驅(qū)動器與農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)中伺服電機(jī)8連接，與控制器22通訊端口連接的Α/D轉(zhuǎn)換模塊與傳感器相連，信號全部通過數(shù)據(jù)線傳輸。此外，控制執(zhí)行系統(tǒng)中的PC機(jī)及控制器采用串口的連接方式通訊；控制器外接遙控器21，可對農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)進(jìn)行啟動、停止、微調(diào)等常規(guī)操作。
[0032]測試儀開始工作時(shí)，PC機(jī)首先打開攝像機(jī)，然后傳輸信號到控制器，使其對伺服電機(jī)8按照模擬測試條件進(jìn)行工作，控制器通過驅(qū)動模塊把控制數(shù)據(jù)輸出到伺服電機(jī)8中；傳感器受力后，把壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過串口傳送到PC機(jī)中，PC機(jī)對控制器輸出給工作末端的控制數(shù)據(jù)及來自工作末端的模擬測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，在屏幕中輸出顯示相關(guān)力學(xué)曲線。
[0033]實(shí)施例2
[0034]如圖3所示為進(jìn)行切割測試時(shí)農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖，包括升降平臺、固定板及一個(gè)工作末端；升降平臺及固定板的結(jié)構(gòu)均與實(shí)施例1相同，所不同的是工作末端。
[0035]參見圖4，工作末端包括高度可調(diào)的緊固架、滑軌座9、伺服電機(jī)8、絲桿5、滑塊12、連接板10、傳感器11及切割電機(jī)17。伺服電機(jī)8及切割電機(jī)17分別設(shè)置在工作末端的兩端；絲桿5安裝在滑軌座9上，且分別與伺服電機(jī)8、滑塊12連接；滑塊12上設(shè)有用于連接切割電機(jī)17的連接板10 ;緊固架固定在升降平臺上且靠近切割電機(jī)，農(nóng)業(yè)物料放置在緊固架上。
[0036]緊固架由下架子底座13、上架子底座16、角碼14、調(diào)高板15及虎鉗18四個(gè)部分組成。下架子底座緊固在升降平臺2的中央；調(diào)高板15設(shè)置在下架子底座13與上架子底座16之間，虎鉗18設(shè)置在調(diào)高板15中且可平行上下移動。虎鉗18的高度主要根據(jù)試驗(yàn)測試時(shí)切割刀具的高度位置而定；當(dāng)需要對果梗進(jìn)行傾斜安裝的時(shí)候，可以通過在虎鉗的活動鉗口處放置微型鐵板進(jìn)行夾持安裝，并手動旋轉(zhuǎn)絲桿扭緊。緊固架安裝完成后，調(diào)整工作末端，把測試使用的切割電機(jī)17安裝到實(shí)施例1中夾持板4的位置，并與傳感器11連接，切割電機(jī)17上安裝切割刀片。
[0037]攝像機(jī)啟動后，切割電機(jī)17進(jìn)行工作，切割刀片轉(zhuǎn)動。在滑塊12沿絲桿做移動運(yùn)動時(shí)，切割電機(jī)驅(qū)動切割刀片完成切割試驗(yàn)，并由傳感器11把切割試驗(yàn)的測試數(shù)據(jù)傳動到控制器中，其后的過程與實(shí)施例1中測試儀的數(shù)據(jù)傳輸和通訊控制過程一致。
[0038]如圖6所示，測試儀工作時(shí)，PC機(jī)打開攝像機(jī)，并輸送啟動工作的指令到控制器，控制器通過通訊模塊接收到來自PC機(jī)的指令后，通過控制器分析后，利用運(yùn)動控制模塊，將控制器的指令傳送到四個(gè)電機(jī)驅(qū)動器中，然后電機(jī)驅(qū)動器控制伺服電機(jī)按照規(guī)定的速度或者位移進(jìn)行執(zhí)行。當(dāng)傳感器剛開始接觸被測物料時(shí)，會把信號通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊傳送到控制器，并由控制器發(fā)出聲音警報(bào)；隨著伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)動，安裝在導(dǎo)軌座8上的滑塊12便開始按照絲桿的方向前后移動，并且?guī)觽鞲衅?1移動，傳感器受力后把信號通過Α/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成能夠被控制器識別的電信號數(shù)據(jù)，并且在控制器中進(jìn)行存儲和分析；當(dāng)試驗(yàn)完成時(shí)，控制器把來自傳感器的電信號和伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)通過串口，傳送到PC機(jī)上，PC機(jī)進(jìn)行軟件處理；攝像機(jī)在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉，并把數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上；完成一次試驗(yàn)測試。
【權(quán)利要求】
1.農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括平臺及至少一個(gè)工作末端；所述工作末端位置可調(diào)地固定在平臺上的，用于模擬測試農(nóng)業(yè)物料在實(shí)際工況中被拉伸、擠壓或切割，并檢測模擬測試的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述工作末端設(shè)有2個(gè)以上，工作末端包括滑軌座、伺服電機(jī)、絲桿、滑塊、連接板及夾持板，伺服電機(jī)及夾持板分別設(shè)置在工作末端的兩端，每個(gè)工作末端設(shè)有夾持板的一端靠近平臺的中心，而設(shè)有伺服電機(jī)的一端靠近平臺的外周；絲桿安裝在滑軌座上，且分別與伺服電機(jī)、滑塊連接；滑塊上設(shè)有用于連接夾持板的連接板；農(nóng)業(yè)物料放置在多個(gè)工作末端的夾持板之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述工作末端還包括傳感器，所述傳感器位于夾持板與連接板之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述工作末端設(shè)有至少一個(gè)，工作末端包括高度可調(diào)的緊固架、滑軌座、伺服電機(jī)、絲桿、滑塊、連接板及切割電機(jī)，伺服電機(jī)及切割電機(jī)分別設(shè)置在工作末端的兩端；絲桿安裝在滑軌座上，且分別與伺服電機(jī)、滑塊連接；滑塊上設(shè)有用于連接切割電機(jī)的連接板；緊固架固定在平臺上且靠近切割電機(jī)，農(nóng)業(yè)物料放置在緊固架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述工作末端還包括傳感器，所述傳感器位于夾持板與切割電機(jī)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述緊固架包括下架子底座、上架子底座、調(diào)高板及虎鉗，下架子底座緊固在平臺上，調(diào)高板設(shè)置在下架子底座與上架子底座之間，虎鉗設(shè)置在調(diào)高板中且可平行上下移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)還包括固定板，所述平臺及固定板均設(shè)有若干用于固定所述工作末端的通孔，工作平臺通過固定板位置可調(diào)地固定在平臺上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述平臺為升降平臺，升降平臺設(shè)有外表面具有外螺紋的旋轉(zhuǎn)支腳，以及內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)螺紋的升降支腳，旋轉(zhuǎn)支腳與升降支腳配套安裝。
9.農(nóng)業(yè)物料特性測試儀，其特征在于，包括PC機(jī)、控制器以及權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)；pc機(jī)與控制器連接，控制器與農(nóng)業(yè)物料工況模擬機(jī)構(gòu)連接；PC機(jī)向控制器輸出控制信號，使控制器控制工作末端按照模擬測試條件進(jìn)行工作；PC機(jī)對控制器輸出給工作末端的控制數(shù)據(jù)及來自工作末端的模擬測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出顯示相關(guān)力學(xué)曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的農(nóng)業(yè)物料特性測試儀，其特征在于，所述農(nóng)業(yè)物料特性測試儀還包括與PC機(jī)連接的攝像機(jī)，攝像機(jī)對準(zhǔn)工作末端以記錄模擬測試時(shí)被測農(nóng)業(yè)物料的外表變化。
【文檔編號】G01N3/00GK104165794SQ201410347803
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】陳燕, 談建豪, 蔣志林, 李博, 鄒湘軍, 徐東風(fēng) 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)