一种自适应仿形系统试验台的制作方法

本发明涉及一种自适应仿形试验台，尤其涉及一种种植机械自适应仿形系统试验台。

背景技术：

在粮食生产六大环节中，种植环节机械化水平较低。移栽和播种装备需工作部件根据地面起伏状态实现自适应仿形，以保证播深稳定和栽插精度，现有的种植机械地型适应性差，造成了作业质量无法符合种植农艺要求、作业效率低下等问题。因此，迫切需要研究种植机械装备自适应仿形关键技术，提高种植机械的适应性和作业质量，继而为推动农业经济发展提供装备基础。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种自适应仿形系统试验台，可以通过液压缸的配合实现对地面的模拟，并由两个电动推杆作为执行元件分别实现栽植机构的升降和水平调平，可对所设计的自适应仿形系统进行验证与优化。

本发明采取以下技术方案：

一种自适应仿形试验台，包括机械结构部分、液压系统部分、控制系统部分；所述机械结构部分包括用于模拟实际生产过程中的移栽和播种装备的调平板1，调平板1与连接板2平行贴近设置连接，连接板2以其平面中心为中心，四周对称设有第一、第二、第三、第四腰型滑槽21、22、26、28，各腰型滑槽中安装有螺栓，并通过所述螺栓与调平板1连接；所述调平板1一侧设有第一推杆连接架15，连接板2中间开孔安装连接圆盘30，连接圆盘30通过螺栓分别对调平板1及连接板2限位，使调平板1可以围绕连接圆盘30的圆心在±10°的范围内转动，转动过程中第一、第二、第三、第四腰型滑槽内的螺栓分别在对应的滑槽中滑动，连接板2的位置固定；连接板上层左右两侧分别对称设置连接板第一上层凸耳3和连接板第二上层凸耳24，连接板第一上层凸耳3与第一上连接板35转动连接，连接板第二上层凸耳24与第二上连接板4转动连接；连接板下层左右两侧分别对称设置连接板第一下层凸耳38和连接板第二下层凸耳39，连接板第一下层凸耳38与第一下连接板36转动连接，连接板第二下层凸耳17与第二下连接板37转动连接；连接板的一侧面焊接有第一推杆底座14，第一推杆底座14与第一电动推杆13的底部转动连接，所述的第一电动推杆13的顶部与第一推杆连接架15转动连接；在初始位置时，第一电动推杆处于行程的一半，根据倾角传感器的反馈信号控制器控制第一电动推杆13的伸缩，以使调平板1始终处于水平状态；连接板的中间位置设置连接板中间凸耳40；连接支架7用于自适应仿形机构与底座之间的连接；所述的连接支架7上固定设置第二推杆底座18；第二电动推杆33的底部与第二推杆底座18转动连接，第二电动推杆33的顶部与连接板中间凸耳40转动连接；在初始位置时，第二电动推杆处于行程的一半，根据第一液压缸12和第二液压缸34的伸缩状态由控制器控制第二电动推杆18的伸缩，以实现调平板根据液压缸模拟的路面状态进行上下垂向调整；连接支架7上层左右两侧分别对称设置连接支架第一上层凸耳6和连接支架第二上层凸耳25，连接支架第一上层凸耳与第一上连接板35转动连接，连接支架第二上层凸耳17与第二上连接板24转动连接；连接支架下层左右两侧分别对称设置连接支架第一下层凸耳6和连接支架第二下层凸耳17，连接支架第一下层凸耳6与第一下连接支架36转动连接，连接支架第二下层凸耳17与第二下连接支架37转动连接；所述液压系统部分包括动力元件，动力元件为恒压变量泵；恒压变量泵的出油口并联两个回路，其中一路连接溢流阀的进油口；溢流阀的出油口连接冷却器，用于冷却溢流阀流出的热油；恒压变量泵的出油口的另一路连接带显示的过滤器，带显示的过滤器出油口并联两路，其中一路连接第一定差减压阀，第一定差减压阀的出油口连接第一三位四通比例换向阀，第一定差减压阀的压力油口连接第一梭阀，第一定差减压阀和第一梭阀共同构成第一压力补偿系统；第一三位四通比例换向阀的两油口连接第一单向阀组，第一单向阀组为液控形式，用于将第一液压缸的位置锁紧；第一液压缸为单活塞杆双作用液压缸；带显示的过滤器a5出油口的另一路连接第二定差减压阀，第二定差减压阀出油口连接第二三位四通比例换向阀，第二定差减压阀的压力油口连接第二梭阀，第二定差减压阀和第二梭阀共同构成了第二压力补偿系统；第二三位四通比例换向阀的两个油口连接第二单向阀组，第二单向阀组为液控形式；所述控制系统部分包括：安装于第一、二液压缸和第一、第二电动推杆上的拉线传感器，拉线传感器实时获取第一、第二液压缸和第一、第二电动推杆的行程信息；用于测定调平板水平状态的角度传感器，拉线传感器和角度传感器各自与模拟量输入模块连接，模拟量输入模块与控制器连接；控制器与模拟量输出模块连接，模拟量输出模块：将其输出的模拟量信号由放大器控制液压比例阀，其输出信号的正负控制比例阀接入系统的位置，其输出信号的大小控制比例阀的节流口开度，继而控制液压缸速度；同时，模拟量输出模块输出的模拟量接入pwm调速器，pwm调速器采用降压调速的方式控制对应电动推杆的速度。

进一步的，所述机械结构部分还包括底座，底座由第一底座支撑横梁5、第二底座支撑横梁8、第三底座支撑横梁9、第一底座支撑纵梁41和第二底座支撑纵梁42组成，所述的第二底座支撑横梁8和第三底座支撑横梁9用于承载配重10；底座由底座支撑腿11支撑，底座支撑腿11与底座支撑纵梁焊接固定。

更进一步的，所述的第一底座支撑横梁5的两端分别于与第一液压缸12的有杆腔和第二液压缸34的有杆腔连接，第一液压缸12的无杆腔和第二液压缸34的无杆腔分别与连接支架7的底部连接。

进一步的，控制器与计算机组态通讯，将传感器的信号和模拟量输出模块的输出信号实时采集记录，用于后期处理分析。

进一步的，所述自适应仿形试验台用于移栽和播种装备的模拟实验。

本发明的有益效果在于：

1)通过液压系统模拟路面状态，可通过两个液压缸的配合有效模拟地面起伏和左右不平的工况，动力元件选用恒压变量泵具有较好的节能效果，避免系统发热，采用压力补偿系统，确保系统流量可精准调整，继而实现液压缸速度的精确控制。液压系统采用单向阀组作为压力锁，锁紧效果好。

2)通过两个电动推杆来实现移栽机构的升降和水平调节，易于控制、响应快，且成本较低。通过pwm调速器可以调节电动推杆运动速度，继而可调节系统灵敏度。

3)通过计算机与控制器的通讯，可以实现将采集到的信号实时储存在计算机上，用于后期的处理分析。

附图说明

图1为本发明自适应仿形系统试验台的平面图(俯视方向)；

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图1-图3中：1-调平板2-连接板3-连接板第一上层凸耳4-第二上连接板5-第一底座支撑横梁6-连接支架第一下层凸耳7-连接支架8-第二底座支撑横梁9-第三底座支撑横梁10-配重11-底座支撑腿12-第一液压缸13-第一电动推杆14-第一推杆底座15-第一推杆连接架16-连接支架第一上层凸耳17-连接支架第二下层凸耳18-第二推杆底座19-连接支架加强筋20-第一螺栓21-第一腰型滑槽22-第二腰型滑槽23-第二螺栓24-连接板第二上层凸耳25-第三销轴26-连接支架第二上层凸耳27-第三螺栓28-第四腰型滑槽29-第四螺栓30-连接圆盘31-第五螺栓32-第六螺栓33-第二电动推杆34-第二液压缸35-第一上连接板36-第一下连接板37-第二下连接板38-连接板第一下层凸耳39-连接板第二下层凸耳40-连接板中间凸耳41-第一底座支撑纵梁42-第二底座支撑纵梁。

图4为本发明液压原理图，图4中：

a1-油箱a2-恒压变量泵a3-冷却器a4-溢流阀a5-带显示的过滤器a6-第一定差减压阀a7-第一三位四通比例换向阀a8-第一梭阀a9-第一单向阀组a10-第一液压缸a11-第二定差减压阀a12-第二三位四通比例换向阀a13-第二梭阀a14-第二单向阀组a15-第二液压缸。

图5为本发明自适应仿形系统试验台的控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1-3为本发明的结构图。

参见图1-3，调平板1为被调平机构，其用于模拟实际生产过程中的移栽和播种装备，根据其所安装的角度传感器反馈信号确定调平板的姿态，调平板的形状和尺寸可根据实际要求定制；

调平板1通过连接板2与其它元件相连接，所述的连接板2长宽高分别为500mm、500mm、20mm，连接板2上对称加工有第一腰型滑槽21、第二腰型滑槽22、第三腰型滑槽26和第四腰型滑槽28，滑槽均为等宽滑槽，宽度为20mm，腰型第一滑槽中安装有第一螺栓20，第二腰型滑槽中安装有第二螺栓23，第三腰型滑槽中安装有第三螺栓27，第四腰型滑槽中安装有第四螺栓29，通过上述螺栓实现连接版2与调平板1的连接；

调平板1的一侧焊接有第一推杆连接架15；

连接板2中间开孔安装连接圆盘30；连接圆盘30直径为130mm，厚度为10mm，连接圆盘30通过第五螺栓31和第六螺栓32与调平板1和连接板2连接，且调平板1可以围绕连接圆盘30的圆心在±10°的范围内转动，转动过程中，第一螺栓、第二螺栓、第三螺栓和第四螺栓分别在对应的滑槽中滑动，连接板2的位置固定；

连接板上层左右两侧分别对称焊接连接板第一上层凸耳3和连接板第二上层凸耳24，所述的连接板上层凸耳均打有直径为16.5mm的孔，连接板第一上层凸耳3通过销轴与第一上连接板35连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为14mm，长度为70mm，连接板第二上层凸耳24通过销轴与第二上连接板4连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为14mm，长度为70mm；

连接板下层左右两侧分别对称焊接连接板第一下层凸耳38和连接板第二下层凸耳39，所述的连接板下层凸耳均打有直径为16.5mm的孔，连接板第一下层凸耳38通过销轴与第一下连接板36连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为14mm，长度为70mm，连接板第二下层凸耳17通过销轴与第二下连接板37连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为14mm，长度为70mm；

连接板的一侧面焊接有第一推杆底座14，第一推杆底座通过销轴与第一电动推杆13的底部连接，销轴的直径为6mm，长度为40mm，所述的第一电动推杆13的顶部通过销轴与第一推杆连接架15连接，电动推杆行程为200mm，其功率和速度可根据需求选择。在初始位置时，电动推杆处于行程的一半，即伸出100mm，根据倾角传感器的反馈信号控制器控制电动推杆的伸缩，以实现调平板自适应调平。

连接板的中间位置焊接有连接板中间凸耳40；

连接支架7用于自适应仿形机构与底座之间的连接；所述的连接支架为四根截面30mmx30mm方管焊接而成，壁厚2.5mm，两根竖方管之间焊接有连接支架加强筋19，用于加强结构强度；所述的连接支架加强筋19的中间位置焊接有第二推杆底座18；

第二电动推杆33的底部通过销轴与第二推杆底座18相连接，第二电动推杆33的顶部通过销轴与连接板中间凸耳40相连接，所述的第二电动推杆的行程为300mm，其功率和速度可根据需求选择。在初始位置时，第二电动推杆处于行程的一半，即伸出150mm，根据第一液压缸12和第二液压缸34的伸缩状态由控制器控制第二电动推杆的伸缩，以实现调平板根据液压缸模拟的路面状态进行上下垂向调整。

连接支架7上层左右两侧分别对称焊接连接支架第一上层凸耳6和连接支架第二上层凸耳25，所述的连接支架上层凸耳均打有直径为28.5mm的孔，连接支架第一上层凸耳通过销轴与第一上连接板35连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为28mm，长度为100mm，连接支架第二上层凸耳17通过销轴与第二上连接板24连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为28mm，长度为100mm；

连接支架下层左右两侧分别对称焊接连接支架第一下层凸耳6和连接支架第二下层凸耳17，所述的连接支架下层凸耳均打有直径为16.5mm的孔，连接支架第一下层凸耳6通过销轴与第一下连接支架36连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为28mm，长度为100mm，连接支架第二下层凸耳17通过销轴与第二下连接支架37连接，两者之间具有一定的转动自由度，销轴直径为28mm，长度为100mm；

底座由第一底座支撑横梁5、第二底座支撑横梁8、第三底座支撑横梁9、第一底座支撑纵梁41和第二底座支撑纵梁42组成，底座支撑横梁为截面30mmx30mm的方管组成，壁厚2.75mm，长度720mm，底座支撑纵梁为截面30mmx30mm的方管组成，壁厚2.5mm，长度600mm；所述的第二底座支撑横梁8和第三底座支撑横梁9用于承载配重10，以提高结构的稳定性；底座有底座支撑腿11支撑，底座支撑腿的数量为6个，其为截面30mmx30mm的方管，壁厚2.75mm，长度150mm，底座支撑腿与底座支撑纵梁焊接；

所述的第一底座支撑横梁5的两端分别于有第一液压缸12的有杆腔和第二液压缸34的有杆腔连接，第一液压缸12的无杆腔和第二液压缸34的无杆腔与连接支架7的底部连接。

图4为本发明的液压系统原理图。

参见图4，液压系统的动力元件为恒压变量泵，所述的恒压变量泵可始终维持输出压力不变，当系统卸荷时，恒压变量泵输出流量很小，仅用于维持系统内部泄露，节能效果较好，当系统未达到其所设置的压力时，恒压变量泵的排量最大；恒压变量泵由三相异步交流电动机驱动，所述的电动机额定功率为2.2kw，额定转速2900rpm；恒压变量泵从油箱吸油；恒压变量泵的出油口并联两个回路，其中一路连接溢流阀的进油口，溢流阀为安全阀，其可由人工手动调节卸荷压力，当系统压力超过额定压力时，溢流阀打开卸荷，防止系统压力过高；溢流阀的出油口连接冷却器，其可用于冷却溢流阀流出的热油，防止系统油温过高；恒压变量泵的出油口的另一路连接带显示的过滤器，由于系统采用了比例阀，比例阀对油液污染非常敏感，故带显示的过滤器过滤精度较高，且可显示堵塞情况提示工作人员及时更换；

带显示的过滤器出油口并联两路，其中一路连接第一定差减压阀，第一定差减压阀的出油口连接第一三位四通比例换向阀，第一定差减压阀的压力油口连接第一梭阀，第一定差减压阀和第一梭阀共同构成了压力补偿系统，可确保第一三位四通比例换向阀通过流量仅与控制信号有关而与负载大小无关，提高了控制精度；当第一三位四通比例换向阀位接入系统，第一液压缸无杆腔进油，当第一三位四通比例换向阀接入系统，第一液压缸有杆腔进油；第一三位四通比例换向阀的两油口连接第一单向阀组，第一单向阀组为液控形式，可用于将第一液压缸a10的位置锁紧；

带显示的过滤器a5出油口的另一路连接第二定差减压阀a11，第二定差减压阀a11出油口连接第二三位四通比例换向阀a12，第二定差减压阀a11的压力油口连接第二梭阀a13，第二定差减压阀a11和第二梭阀a13共同构成了压力补偿系统，可确保第二三位四通比例换向阀a12的通过流量仅与控制信号有关而与负载大小无关，提高了控制精度；当第二三位四通比例换向阀a12左位接入系统，第二液压缸a15无杆腔进油，当第二三位四通比例换向阀右位接入系统，第二液压缸a15有杆腔进油；第二三位四通比例换向阀的两个油口连接第二单向阀组a14，第二单向阀组a14为液控形式，可用于将第二液压缸a15的位置锁紧。

图5为本发明的控制系统图。

参见图5，两个液压缸和两个电动推杆均安装有拉线传感器，拉线传感器用于实时获取液压缸和电动推杆的行程信息，所述的拉线传感器为24v供电，4-20ma模拟量输出；

角度传感器用于测定调平板的水平状态，所述的角度传感器为24v供电，4-20ma模拟量输出，当角度为0°-90°时，输出12-20ma电流，当角度为-90°-0°时，输出4-12ma电流；

拉线传感器和角度传感器的输出信号均输入模拟量输入模块，由模拟量输入模块送给控制器处理；

控制器将控制信号送给模拟量输出模块，模拟量输出模块有两个功能：1将其输出的模拟量信号由放大器控制液压比例阀，其输出信号的正负可以控制比例阀哪个位置接入系统，其输出信号的大小可以控制比例阀的节流口开度，继而控制液压缸速度；放大器的放大增益应与所选用的比例阀相匹配；2模拟量输出模块输出的模拟量接入pwm调速器，pwm调速器根据输入信号的大小，采用降压调速的方式控制电动推杆的速度，该调速方式为恒转矩调速，适用于电动推杆推力变化不大的场合；

控制器与计算机组态通讯，可将传感器的信号和模拟量输出模块的输出信号实时采集记录，用于后期处理分析。

在此实施例中，所述自适应仿形试验台用于移栽和播种装备的模拟实验。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。