一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的制作方法

本发明属于农业工程测试技术领域，尤其涉及一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台。

背景技术：

我国丘陵山区面积广大，其农业机械化水平对于全国的农业机械化发展影响巨大，发展丘陵山区的农业机械化已成为我国农业发展的重大战略需求。然而，适用于我国丘陵山区复杂地形特点的动力机械供给不足，早已成为制约该地区农业机械化发展的主要问题。因此，研制山地履带拖拉机并开展相关方面的研究是解决我国丘陵山区农业机械化动力瓶颈的有效途径。

牵引附着性能是山地履带拖拉机重要的机械性能，牵引附着性能的好坏直接影响整机在坡地工况下的工作效率和作业效果，也是整机能否良好地发挥其他各项机械性能的基础，反映为履带与地面之间的力学作用特性，即车辆—地面力学特性。在我国，针对履带拖拉机的这项机械性能有较为广泛的研究，但大多研究仅以履带拖拉机在平地工况下的行驶和工作为前提，对于行驶和工作在坡地工况下的履带拖拉机则研究较少。

为研究山地履带拖拉机的地面力学特性，需要对履带与地面之间的相互作用进行试验并测定相关力学参数。然而目前相关试验需要较大的试验场地，在被试拖拉机允许行驶的坡度范围内要实现坡度角的任意变化更加困难，且受季节、气候等因素的限制，土壤水分、硬度、土质结构等变化也将影响该试验结果。因此，需要相应的试验平台来模拟不同坡度及地面环境，从而对履带及地面之间的相互作用进行评测和分析，以保证山地履带拖拉机的各项机械性能满足实际工作环境下的要求。

针对上述实际需求，并未出现能够全面模拟坡道角度、土壤结构变化等坡地真实环境的综合试验平台，需要设计一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台，用于测定山地履带拖拉机在不同坡地工况下履带与地面之间的相互作用参数。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构稳定的山地履带拖拉机地面力学特性试验平台，该平台能够为山地履带拖拉机的设计研发提供试验条件。

本发明所采用的技术方案是：所述一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台由机械系统、图像采集系统、补光系统、数据采集及分析系统组成。所述机械系统包括液压泵站、液压缸、土槽以及土壤；所述图像采集系统包括摄像机控制台及工业摄像机组；所述补光系统为强光灯组；所述数据采集及分析系统包括动态信号测试分析仪、同步时钟信号发生器、单层压力传感器网络、多层压力传感器网络及上位机。

所述土槽为矩形土槽，底部与所述液压缸通过销钉连接，液压缸通过销钉与地面连接；所述土槽的主体为钢质箱体，内部装有玻璃挡板；所述钢质箱体上安装有安全钩；所述玻璃挡板与钢质箱体连接，并将土槽划分为两个封闭区域，分别为区域I和区域II；所述玻璃挡板上装有侧滑挡块。

所述区域I为土壤变形图像采集区，其内部安装有强光灯组及工业摄像机组；所述工业摄像机组由6个工业摄像机构成。

所述区域II内部填有土壤，试验时可根据试验要求埋放单层压力传感器网络或多层压力传感器网络，用于测量山地履带拖拉机的履带与土槽土壤之间的压力数据。

所述单层压力传感器网络或多层压力传感器网络均通过数据传输线路与动态信号测试分析仪连接，动态信号测试分析仪通过数据传输线路与上位机连接。

所述工业摄像机组通过视频及图像信号传输线路与摄像机控制台连接，摄像机控制台通过视频及图像信号传输线路与上位机连接。

所述同步时钟信号发生器与动态信号测试分析仪、摄像机控制台和上位机之间通过控制信号传输线路连接，同步时钟信号可以通过同步时钟信号发生器，由上位机手动触发。

试验时通过液压泵站控制液压缸调整土槽的角度，并且土槽角度的变化可在上位机上实时显示并存储。单层压力传感器网络或多层压力传感器网络用于获取履带与土槽内土壤之间的压力数据，并通过数据传输线路实时、连续传输给动态信号测试分析仪；与此同时，工业摄像机组将拍摄到的土壤变形图像通过视频及图像信号传输线路实时、连续传送给摄像机控制台。

同步时钟信号发生器发射同步时钟信号，并将该信号通过控制信号传输线路传递给动态信号测试分析仪和摄像机控制台，使得同步时钟信号发射瞬间履带与土槽土壤之间的压力数据及土壤变形图像按照时间对应关系同时传输到上位机中存储，并在上位机上显示。

本发明的有益效果是，该山地履带拖拉机地面力学特性试验平台可用于山地履带拖拉机在坡地工况下的牵引附着性能试验及地面力学特性研究，不但可以提供试验所需的任意坡度、试验条件可控，而且针对拖拉机在坡地工况下的各项机械性能指标及其相关数据能够做到实时采集、实时存储、实时显示、实时分析，可进行的山地履带拖拉机机械性能试验包括但不限于其牵引附着性能。本发明实用性强，有较强的推广与应用价值。

附图说明

图1是本发明提供的一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的总体结构示意图；

图2是本发明提供的一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的土槽结构示意图；

图3是本发明提供的一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的土槽A向视图；

图4是本发明提供的一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的土槽B向视图；

图5是本发明提供的一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台的具体实施例；

图中：1.液压泵站，2.液压缸，3.土槽，3-1.钢质箱体，3-2.侧滑挡块，3-3.玻璃挡板，3-4.安全钩，4.土壤，5.摄像机控制台，6.工业摄像机组，6-1.～6-6.工业摄像机，7.强光灯组，7-1.强光灯组1，7-2.强光灯组2，8.动态信号测试分析仪，9.同步时钟信号发生器，10.单层压力传感器网络，11.多层压力传感器网络，12.上位机。

具体实施方式

本发明提供了一种山地履带拖拉机地面力学特性试验平台，可用于进行山地履带拖拉机在纵向、横向坡道上的牵引附着性能试验及相关数据的采集。以下结合附图及具体实施例进行进一步详细说明。

如图1所示，该山地履带拖拉机地面力学特性试验平台由机械系统、图像采集系统、补光系统、数据采集及分析系统组成。所述机械系统包括液压泵站（1）、液压缸（2）、土槽（3）以及土壤（4）；所述图像采集系统包括摄像机控制台（5）及工业摄像机组（6）；所述补光系统为强光灯组（7）；所述数据采集及分析系统包括动态信号测试分析仪（8）、同步时钟信号发生器（9）、单层压力传感器网络（10）、多层压力传感器网络（11）及上位机（12）。

图2所示为所述土槽（3）的结构示意。土槽（3）为矩形土槽，底部与所述液压缸（2）通过销钉连接，液压缸（2）通过销钉与地面连接；所述土槽（3）的主体为钢质箱体（3-1），内部装有玻璃挡板（3-3）；所述钢质箱体（3-1）上安装有安全钩（3-4）；所述玻璃挡板（3-3）与钢质箱体（3-1）连接，并将土槽（3）划分为两个封闭区域I及II，且区域II内部填有土壤（4）；所述玻璃挡板（3-3）上装有侧滑挡块（3-2）。

图3及图4分别为所述土槽（3）的A向和B向视图。

所述区域I为土壤变形图像采集区，其内部安装有强光灯组（7）及工业摄像机组（6）。所述强光灯组（7）包括两个部分，分别为强光灯组1（7-1）及强光灯组2（7-2）；所述工业摄像机组（6）由工业摄像机（6-1）～（6-6）构成。

所述区域II的土壤中埋放有单层压力传感器网络（10）或多层压力传感器网络（11），用于测量山地履带拖拉机的履带与土槽土壤之间的压力数据；图4（a）和图4（b）分别表示单层压力传感器网络（10）和多层压力传感器网络（11）的分布示意。

图1中，空心箭头表示数据传输线路，细实线箭头表示控制信号传输线路，虚线箭头表示视频及图像信号传输线路，数据、控制信号、视频及图像信号的传输方向如箭头方向所示。

单层压力传感器网络（10）或多层压力传感器网络（11）均通过数据传输线路与动态信号测试分析仪（8）连接，动态信号测试分析仪（8）通过数据传输线路与上位机（12）连接。

区域I中的工业摄像机组（6）通过视频及图像信号传输线路与摄像机控制台（5）连接，摄像机控制台（5）通过视频及图像信号传输线路与上位机（12）连接。

所述同步时钟信号发生器（9）与动态信号测试分析仪（8）、摄像机控制台（5）和上位机（12）之间通过控制信号传输线路连接，同步时钟信号可以通过同步时钟信号发生器（9），由上位机（12）手动触发。

试验前，将单层压力传感器网络（10）或多层压力传感器网络（11）埋放入区域II的土壤中，将被测山地履带拖拉机放置在土壤上，并通过安全绳索将拖拉机与安全钩（3-4）连接；打开强光灯组（7），为图像采集系统提供光线补充，并通过液压泵站（1）控制液压缸（2）调整土槽（3）的角度，土槽（3）角度的变化可在上位机（12）上实时显示并存储。

试验过程中，单层压力传感器网络（10）或多层压力传感器网络（11）用于获取履带与土槽内土壤之间的压力数据，并通过数据传输线路实时、连续传输给动态信号测试分析仪（8）；与此同时，工业摄像机组（6）将拍摄到的土壤变形图像通过视频及图像信号传输线路实时、连续传送给摄像机控制台（5）。

当通过上位机（12）手动触发同步时钟信号的瞬间，同步时钟信号发生器（11）发射同步时钟信号，并将该信号通过控制信号传输线路传递给动态信号测试分析仪（8）和摄像机控制台（5），使得按下快门或手动触发同步时钟信号瞬间履带与土槽土壤之间的压力数据及土壤变形图像按照时间对应关系同时传输到上位机（12）中存储，并在上位机（12）上显示。

地面力学特性试验实施例如图5所示。

图5（a）所示为纵向地面力学特性试验实施例，用于测量履带与地面之间的纵向作用特性。

试验前将单层压力传感器网络（10）埋放入区域II的土壤中，并将山地履带拖拉机纵向放置，通过安全绳索将拖拉机与安全钩（3-4）连接；打开强光灯组1（7-1），为工业摄像机（6-2～6-3）提供光线补充。

试验时，液压泵站（1）控制液压缸（2）连续缓慢地增加土槽（3）的倾斜角度，同时由工业摄像机（6-2～6-3）拍摄得到土壤变形图像，并通过视频及图像信号传输线路实时、连续传送给摄像机控制台（5）。单层压力传感器网络（10）获得履带与土槽土壤之间的压力数据，并通过数据传输线路实时、连续传输给动态信号测试分析仪（8），记录在此过程中的压力数据及土壤变形图像，并按照时间对应关系同时传输到上位机（12）中存储，并在上位机（12）上显示，同时同步记录在此时间段内的土槽倾斜角度变化。

图5（b）所示为横向地面力学特性试验实施例，用于测量履带与地面之间的横向作用特性。

试验前将多层压力传感器网络（11）埋放入区域II的土壤中，并将山地履带拖拉机横向放置，通过安全绳索将拖拉机与安全钩（3-4）连接；打开强光灯组1（7-1），为工业摄像机（6-2～6-3）提供光线补充。

试验时，液压泵站（1）控制液压缸（2）连续缓慢地增加土槽（3）的倾斜角度，同时由工业摄像机（6-2～6-3）拍摄得到土壤变形图像，并通过视频及图像信号传输线路实时、连续传送给摄像机控制台（5）。多层压力传感器网络（11）获得履带与土槽土壤之间的压力数据，并通过数据传输线路实时、连续传输给动态信号测试分析仪（8），记录在此过程中的压力数据及土壤变形图像，并按照时间对应关系同时传输到上位机（12）中存储，并在上位机（12）上显示，同时同步记录在此时间段内的土槽倾斜角度变化。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构与工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明精神与原则之上所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。