专利名称：农业物料力学特性试验装置及方法
技术领域：
本发明涉及农业物料力学特性的试验装置，主要用于对水稻、三麦、油菜、大豆等农 业物料主茎秆、枝梗以及籽粒等进行拉伸、压縮、弯曲、剪切、撕裂等多项力学的试验和 分析。
技术背景随着对农业科学的发展，农业物料力学特性的研究越来越受到研究人员的重视。农业 作物籽粒与粒柄之间的连接力与籽粒从农业作物穗头上脱下的难易程度以及脱粒时的落粒损失有直接关系；作物粒柄与枝梗以及枝梗与主茎秆之间的连接力则与水稻脱粒过程中的 带柄率的高低密切相关。因此，农业作物各部分之间的连接力的大小不仅与农作物的收获损失以及功率的消耗有很大的关系，更对脱粒后籽粒的带柄率有着很大的影响。对农业物 料力学性能的研究为脱粒元件的选择和脱粒系统的优化提供了必要的依据。同时，籽粒破 碎现象与籽粒所受载荷的大小以及载荷作用次数也密切有关。因此，研究变动载荷下籽粒 的力学特性也是非常有必要的。现有的材料的力学性能试验装置，普遍是应用于工程材料方面，其技术参数和传感器 的精度不能满足农业物料力学性能参数的测量；同时，农业物料结构上有其自身的特点且 种类繁多，与工程材料差异显著，因此对于农业物料的测试，现有的材料力学性能试验装 置在其结构方面也明显不合用；此外，农业物料的力学性能研究有其独特的研究需要，如 常常需要进行低周加载下的物料的力学性能试验，因此，现有的材料的力学性能试验装置 也不能满足农业物料其独特的研究需要。 发明内容本发明拟解决的技术问题，是为农业物料提供一种力学特性试验的装置，可以用于对 水稻、三麦、油菜、大豆等农业物料主茎秆、枝梗以及籽粒等进行拉伸、压縮、弯曲、剪 切、撕裂等多项力学的试验和分析。本发明装置采用的技术方案为包括机架和传动系统、试验机附件和外围的终端设备 组成，所述的机架包括底座的左右两侧竖立安装左右支架、左右支架最上端以上横梁固定 连接，下横梁固定安装在底座上且连接左右支架，移动横梁安装在上横梁和下横梁之间且 连接左右支架，力传感器通过传感器连杆安装在移动横梁上，下联接座固定在下横梁上； 拉伸试验时由穿销和上接头将上夹头与力传感器相联接，下夹头通过穿销和下联接座联接在一起；在移动横梁一侧连接传动系统，所述的外围的终端设备包括控制主板、显示面板、 计算机和打印机；压缩试验时将所述上夹头和下夹头分别更换成上压板和下压板；弯曲及剪切试验时将 上夹头和下夹头分别更换成上压头和下支座。所述的传动系统由变频调速电机的输出连接同步齿形带，同步齿形带以丝杠连接到移 动横梁。本发明方法采用的技术方案是依次包括以下步骤(A) 根据拉伸试验、压縮试验、弯曲及剪切试验的情况不同选择相应的试验装置；(B) 标定力传感器并启动试验机和计算机；(C) 装夹试样的上半部分，将力传感器5初始力值清零；装夹试样的下半部分；(D) 录入试样；检查试验参数设置；变形清零、位移清零；(E) 开始试验；试验自动结束或人工按"试验结束"按钮，结束试验；检査试验数据 是否有效，若有效打印报表。本发明的有益效果是采用了小量程，精度高的力传感器，能够实现对农业物料力学 特性的精确实验。在夹具设计方面考虑到农业物料的自身特点，设计了专用的拉伸、压 缩、弯曲、剪切等试验装置。此外，该试验装置和软件的设计，能够实现对物料的反复加 载，得到物料低周循环的力学特性数据。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图1为本发明装置的结构示意图。 图2为图1中上夹头8的结构放大示意图。 图3为图1中下夹头9的结构放大示意图。 图4为本发明压縮试验时装置结构放大示意图。 图5为本发明弯曲试验时装置结构放大示意图。 图6为本发明剪切时装置结构放大示意图。 图7为本发明传动系统结构简图。图中l.上横梁，2.左右支架，3.传感器连杆，4.移动横梁，5.力传感器，6.上接头， 7.穿销，8.上夹头，9.下夹头，10.穿销，ll.下联接座，12.下横梁，13.底座，14.转动夹 持部分，15.螺栓，16.上压板，17.籽粒，18.下压板，19.计算机，20.打印机，21.上压头， 22.下支座，23.上压头，24.同步齿形带，25.带轮，26.变频调速电机，27.丝杠。
具体实施方式
如图1所示，在底座13的左右两侧竖立安装左右支架2、左右支架2最上端以上横梁 1固定连接，下横梁12固定安装在底座13上且连接左右支架2，下联接座11固定在下横 梁12上，移动横梁4安装在上横梁1和下横梁12之间且连接左右支架2，以此构成基体 框架。移动横梁4在左右支架2内可上下移动，以得到拉伸和压缩的行程，其行程由上、 下限位块控制；力传感器5通过传感器连杆3安装在移动横梁4上，再由穿销7和上接头 6将上夹头8与力传感器5相联接；力传感器5采用了小量程，高精度的传感器，其试验 力测量范围为2 500N，测量准确度为示值的±0.5%，分辨力为1/240000。更换夹头只需 要取出穿销7，即可换取夹头；下夹头9通过穿销10和下联接座11联接在一起，可灵活 拆卸与更换，同上夹头8更换下夹头9，也只需要取出穿销10即可更换；下联接座11固 定在下横梁12上。如图2、 3所示是上夹头8和下夹头9的主视图，其中下夹头9可调整夹持角度，拧 松螺栓15即可转动夹持部分14，调整到需要的角度，拧紧螺栓15即可。考虑到农业物料 的自身特点，上夹头8的下端采用尖嘴型设计、平面嵌合，适合于夹持细长的枝梗，能充 分符合农业物料拉伸试验的要求。下夹头9釆用可调角度夹具设计，其调整角度范围为 ±45度，嵌合平面采用橡胶平面嵌合，该夹头在试验过程中可以根据需要改变角度，以改 变试验对象的受力方向，能满足物料不同角度的力学特性实验。图4、 5、 6所示分别是压縮、弯曲和剪切时的结构示意图，外围的终端设备包括控制 主板、显示面板、计算机19和打印机20。计算机19中有相应的程序，以实现测量、控制、 记录和数据处理等。试验时只需把上下夹具拆下换上相应的压头和支座即可。压縮试验时 将上夹头8和下夹头9分别更换成上压板16和下压板18;弯曲及剪切试验时将上夹头8 和下夹头9分别更换成上压头21、 23和下支座22。如图7所示，为试验装置的传动结构示意图，在移动横梁4 一侧连接传动系统，此系 统分为三级带传动，由变频调速电机26的输出连接同步齿形带24，同步齿形带24以丝杠 27连接到移动横梁4。为保证传动比的准确性，釆用同步齿形带24，为方便调速，驱动电 机选用变频调速电机26，通过螺栓传动把转动转化为移动横梁4的上下直线移动，从而实 现对物料施加试验力以便对试验装置施加拉或压得试验力。(B) 标定力传感器并启动试验机和计算机；(C) 装夹试样的上半部分，力清零；装夹试样的下半部分；(D) 录入试样；检查试验参数设置；变形清零、位移清零；(E)开始试验；试验自动结束或人工按"试验结束"按钮，结束试验；检查试验试样 是否有效，若有效打印报表。本发明的试验方法是根据拉伸试验、压縮试验、弯曲及剪切试验的情况不同选择相 应的试验夹具；用砝码对传感器5进行标定，并在计算机19中设定修正系数；启动试验机 和计算机19;用夹具装夹试样的上半部分；将力传感器5初始力值清零；使移动横梁4运 动到合适的位置并装夹试样的下半部分；在计算机9中录入试样的相关信息，并设定试验 参数设置；将力传感器5的变形清零、位移清零；启动试验按钮，进行试验；试验自动结 束或人工按计算机19控制台上的"试验结束"按钮，结束试验；检査试验数据是否有效， 若有效打印报表。
权利要求
1、一种农业物料力学特性的试验装置，包括机架和传动系统、试验机附件和外围的终端设备组成，其特征在于所述的机架包括底座(13)的左右两侧竖立安装左右支架(2)、左右支架(2)最上端以上横梁(1)固定连接，下横梁(12)固定安装在底座(13)上且连接左右支架(2)，移动横梁(4)安装在上横梁(1)和下横梁(12)之间且连接左右支架(2)，力传感器(5)通过传感器连杆(3)安装在移动横梁(4)上，下联接座(11)固定在下横梁(12)上；拉伸试验时由穿销(7)和上接头(8)将上夹头(8)与力传感器(5)相联接，下夹头(9)通过穿销(10)和下联接座(11)联接在一起；在移动横梁(4)一侧连接传动系统，所述的外围的终端设备包括控制主板、显示面板、计算机(19)和打印机(20)。
2、 根据权利要求1所述的农业物料力学特性的试验装置，其特征在于压縮试验时将所述 上夹头(8)和下夹头(9)分别更换成上压板(16)和下压板(18);弯曲及剪切试验时 将上夹头(8)和下夹头(9)分别更换成上压头(21、 23)和下支座(22)。
3、 根据权利要求l所述的农业物料力学特性的试验装置，其特征在于所述的传动系统由 变频调速电机(26)的输出连接同步齿形带(24)，同步齿形带(24)以丝杠(27)连接 到移动横梁(4)。
4、 根据权利要求1所述的农业物料力学特性的试验装置，其特征在于，拉伸试验使用的上 夹头(8)的下端为尖嘴型；嵌合平面采用平面嵌合。
5、 一种农业物料力学特性的试验方法，其特征在于依次包括以下步骤(A) 根据拉伸试验、压縮试验、弯曲及剪切试验的情况不同选择相应的试验装置；(B) 标定力传感器(5)并启动试验机和计算机(19);(C) 装夹试样的上半部分，将力传感器(5)初始力值清零；装夹试样的下半部分；(D) 录入试样；检査试验参数设置；变形清零、位移清零；(E) 开始试验；试验自动结束或人工按"试验结束"按钮，结束试验；检查试验数据 是否有效，若有效打印报表。
全文摘要
本发明公开了一种农业物料力学特性试验装置及方法，包括机架和传动系统、试验机附件和外围的终端设备组成，在移动横梁一侧连接传动系统，所述的外围的终端设备包括控制主板、显示面板、计算机和打印机；根据拉伸试验、压缩试验、弯曲及剪切试验的情况不同选择相应的试验装置；标定力传感器并启动试验机和计算机；装夹、录入试样；检查试验参数设置，检查试验试样是否有效，本发明采用了小量程，精度高的力传感器，能够实现对农业物料力学特性的精确实验，设计了专用的拉伸、压缩、弯曲、剪切试验装置，该试验装置和软件的设计，能够实现对物料的反复加载，得到物料低周循环力学特性数据。
文档编号G01N3/00GK101216389SQ20071019194
公开日2008年7月9日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者徐立章, 李洪昌, 李耀明, 马朝兴 申请人:江苏大学