专利名称：秸秆压缩成型打捆试验装置及试验方法
技术领域：
本发明涉及秸秆打捆试验装置技术领域，具体的讲一种秸秆压缩成型打捆试验装置。
背景技术：
农作物秸秆的收集储运一直是制约农业生物质资源工业化规模利用的首要难题， 开发研制压捆机是解决农业生物质秸秆收集储运问题，满足工业化利用的有效途径之一。 目前对压捆机各部件的研究改进，主要依赖样机的田间试验情况，但是田间试验受气候、田间情况和机器本身参数可调整范围局限性的影响，使得这种试验方法存在很多限制，也使得某些指标无法实时测量。主要表现在以下几个方面
1、压缩频率的改变困难，很难得到不同的压缩频率下的压缩效果。2、传动轴输入扭矩不易测量，很难得到整机所需要的合适功率。3、连杆压缩力不易测量，很难得到压缩力与功耗的关系。4、喂入量的改变比较困难，很难得到不同喂入量对草捆质量的影响。5、在压缩过程中，压缩室侧板和底板所受的压力很难得到。6、打结机构不能进行单独试验。7、田间试验时秸秆在压缩过程中的弹塑性变形情况不易观察。总之，进行田间试验的目的是对秸秆压捆机整机的性能和作业质量进行检测和评价。而要通过田间试验对不同喂入量、压缩频率、连杆压缩力、压缩室内壁受力、压缩室活塞压力、打结机构绳的张力、压缩捆长度位移、主传动轴转速和扭矩、打结机构单独试验情况以及秸秆弹塑性变形情况等进行观察测量是很难完成的。因此对秸秆压捆机各个部件的优化改进仅仅依靠田间试验是不够的，必须通过大量的室内台架试验来进行。目前，只能够检索到机械式方草压捆机打结器(CN201450886U)和方草压捆机(CN10113^93)的相关专利， 而有关能够消除田间因素对压捆机性能和部件进行检测的相关专利还没有检索到。
发明内容
本发明是为了克服现有田间试验存在的上述缺点而提供的一种秸秆压缩成型打捆试验装置及其试验方法，具有参数调整方便、便于测量、能再现各种工况等特点，能消除现有试验方法存在的缺点。为了解决田间试验存在的问题，本发明采取的技术方案是包括物料输送装置、填料压缩装置、捆扎装置以及检测与控制装置。物料输送装置包括驱动电机及其传动系统；所述的填料压缩装置包括机架及底座、动力输入轴、捡拾装置驱动轮、压缩室、曲柄和连杆和棘轮，主传动驱动电机连接动力输入轴，在动力输入轴上安装一个转速-扭矩传感器，动力输入轴连接到主齿轮箱，主齿轮箱一边连接到捡拾机构，另一边连接曲柄和连杆，在连杆上安装一个拉压传感器，连杆连接到活塞，在活塞与物料接触端面处安装两个压力传感器A， 压缩室的底板和压缩室的一边侧板上分别安装三个压力传感器B，压缩室的上面安装棘轮，棘轮轴上安装一个转速编码器A，压缩室未安装传感器的一边侧板用钢化透明玻璃制成，外围设置高强度照明系统，配合高速摄影；所述捆扎装置包括捆绳箱、引针架、引针、打结器， 在打结器的主轴端安装一个编码器B ；将所述的拉压传感器、压力传感器A、压力传感器B、 编码器A、编码器B分别连接到工控机，通过安装在工控机上的操纵台进行检测和控制。本发明的捆扎装置与填料压缩装置一起试验时，由一个主传动驱动电机共同驱动；捆扎装置进行单独试验时，可由捆扎装置驱动电机单独驱动，并且将连接在捆扎装置驱动链轮上的链条连接到单独驱动电机的链轮上。本发明试验方法采用的技术方案依次包括如下步骤
a、启动输送带驱动电机和主传动驱动电机，根据试验需要，调整输送装置的输送速度和活塞的压缩频率，调整好后输送带驱动电机和主传动驱动电机；
b、将物料均勻铺放在输送带上；
C、启动主传动驱动电机，待装置达到并稳定在预先选定的参数后，启动输送带驱动电
机；
d、物料在输送带的带动下进入捡拾机构，弹齿高速旋转，物料送入进草箱，叉杆将物料耙入压缩室，物料被活塞压成一层层草片并不断向后移动，草片推动棘轮旋转，当草片长度达到设定长度时，引针将捆绳送入打结器完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被压草片的推动下送入放草板排出机外；
e、利用检测与控制装置采集、记录并显示转速-扭矩传感器、拉压传感器、压力传感器 A、压力传感器B及编码器A、编码器B所采集到的数据；
f、利用高速摄影，经图像处理，获得秸秆在压缩过程中的弹塑性变形情况；收集与处理捆扎好的草捆，测量计算出草捆的质量、体积、密度等指标，同时直接观察草捆的成捆率。本发明使用安全、检测全面、操作方便，可模拟秸秆压捆机田间工作状况，再现秸秆收集过程中的捡拾、压缩、打捆过程能消除现有田间试验方法存在的缺陷。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步说明。图1是本发明装置主体结构示意图。图2是本发明装置主体结构俯视示意图。图中1输送带，2输送带驱动电机，3机架及底座，4主传动驱动电机，5动力输入轴，6联轴器，7转速-扭矩传感器，8万向联轴器，9安全罩，10离合器，11飞轮，12主齿轮箱，13捡拾装置驱动轮，14捡拾机构，15捡拾装置高度调节装置，16弹齿，17进草箱，18叉杆，19压缩室，20曲柄，21拉压传感器，22连杆，23活塞，24压力传感器A，25棘轮，26编码器A，27压力传感器B，28压板，29三角齿轮，30齿条，31草捆长度调节装置，32捆绳箱，33 拉杆，；34引针架，35引针，36打结器，37捆扎装置驱动电机，38链轮，39编码器B，40草捆密度调节装置，41放草板，42操纵台，43启动开关，44调速旋钮，45指示灯，46工控机，47急停按钮，48显示器。
具体实施例方式如图1、2所示，主要包括物料输送装置、填料压缩装置、捆扎装置和检测与控制装置。输送装置包括输送带驱动电机2、输送带1和张紧轮。试验时可根据所需要的喂入量调整电机2的转速。填料压缩装置包括机架及底座3，连接驱动电机4的动力输入轴5，在动力输入轴5上安装一个转速-扭矩传感器7，试验过程中测量传动扭矩和转速的变化。动力输入轴5连接到主齿轮箱12，主齿轮箱12—边连接到捡拾装置驱动轮13，捡拾装置的高度可由捡拾装置高度调节装置15调节；主齿轮箱12 —边连接曲柄20和连杆22，在连杆22 上安装一个拉压传感器21，量程为0 300kg，测量连杆压缩力，且传感器21具有足够大的抗剪切力；连杆22连接到活塞23，在活塞23与物料接触端面处安装两个压力传感器A24， 可进行压缩活塞表面压力测量，压缩室19的底板和压缩室19的一边侧板上分别安装三个压力传感器B27，可进行压缩室侧板压力和压缩室底板压力的测量；压缩室的上面安装棘齿计量轮25，轮轴与一个高精度增量型转速编码器似6结合，可测量未成捆长度增长变化。 捆扎装置包括捆绳箱32、引针架34、引针35、打结器36和安装在打结器的主轴端的一个编码器B39。如图1所示捆扎装置可进行单独试验，由捆扎装置驱动电机37驱动，打结器主轴端安装一个高精度增量型转速编码器B39，测试打结过程中转速变化和得到成捆完成信号。将拉压传感器21、压力传感器A24、压力传感器B 27、编码器A26、编码器B39分别连接到工控机46，通过安装在工控机46内的监控软件和安装在工控机46上的操纵台42进行检测和控制。操作台42上的启动开关43用来控制各个运动部件的起停，调速旋钮44用来控制各个运动部件速度，指示灯45显示各个部件的运行情况，当出现异常现象时使用急停按钮47防止出现意外。试验时，首先开启电源，检查检测控制系统线路，确保状态良好；然后对测控系统进行参数设置，将输送带速度调至所需大小，并将活塞23压缩频率调至所需频率后关闭电机。将试验秸秆均勻铺放在输送装置1上，开启主传动驱动电机4，待装置达到并稳定在预先选定的参数后，开启输送带驱动电机。试验过程中，输送带速度，活塞23频率等信息直接记录在工控机46中；利用监测与控制装置采集、记录并显示转速-扭矩传感器7、拉压传感器21、压力传感器A24、压力传感器B27及编码器A26、编码器B39所采集到的数据。为便于观察秸秆在压缩过程中的弹塑性变形，压缩室19未安装传感器的一边侧板用钢化透明玻璃制成，外围设置高强度照明系统，利用高速摄影，经图像处理，可获得秸秆在压缩过程中的弹塑性变形情况。试验结束时关闭各控制装置开关，监测与控制装置自动记录保存整个试验过程数据，达到试验目的。
权利要求
1.一种秸秆压缩成型打捆试验装置，包括物料输送装置、填料压缩装置、捆扎装置和检测与控制装置；其特征在于，所述的物料输送装置包括输送带驱动电机(2)及其传动系统；所述的填料压缩装置包括机架及底座(3)、动力输入轴(5)、捡拾装置驱动轮(13)、压缩室(19 )、曲柄(20 )和连杆(22 )和棘轮(25 )，主传动驱动电机(4)连接动力输入轴(5 )，在动力输入轴(5)上安装一个转速-扭矩传感器(7)，动力输入轴(5)连接到主齿轮箱(12)，主齿轮箱(12)—边连接到捡拾装置驱动轮(13)，另一边连接曲柄(20)和连杆(22)，在连杆上安装一个拉压传感器(21)，连杆(22 )连接到活塞(23 )，在活塞(23 )与物料接触端面处安装两个压力传感器A (24)；所述压缩室(19)的底板和压缩室(19) 一边的侧板上分别安装三个压力传感器B (27)，压缩室(19)的上面安装棘轮(25)，棘轮轴上安装一个转速编码器A (26)，压缩室(19)未安装传感器的一边侧板用钢化透明玻璃，外围设置高强度照明系统，配合高速摄影；所述捆扎装置包括捆绳箱(32)、引针架(34)、引针(35)、打结器(36)，在打结器(36)的主轴端安装一个编码器B (39)；将所述的拉压传感器(21)、压力传感器A (24), 压力传感器B (27)和编码器A (沈)、编码器B (39)分别连接到工控机(46)，通过安装在工控机(46 )上的操纵台(42 )进行检测和控制。
2.根据权利要求书1所述的秸秆压缩成型打捆试验装置，其特征在于所述捆扎装置与填料压缩装置一起试验时，由主传动驱动电机(4)共同驱动；捆扎装置单独试验时，由捆扎装置驱动电机(37)单独驱动，并将连接在捆扎机构驱动链轮上的链条连接到链轮(37) 上。
3.根据权利要求书1所述的秸秆压缩成型打捆试验装置，其特征在于所述检测与控制装置的控制台包括启动开关(41)、调速旋钮(42)、指示灯(43)、工控机(44)、急停按钮 (45)、显示器(46)。
4.一种秸秆压缩成型打捆试验方法，其特征在于，具体步骤如下a、启动输送带驱动电机(2)和主传动驱动电机(4)，根据试验需要，调整输送装置(1) 的输送速度和活塞(23)的压缩频率，调整好后输送带驱动电机(2)和主传动驱动电机(4);b、将物料均勻铺放在输送带上；c、启动主传动驱动电机(4)，待装置达到并稳定在预先选定的参数后，启动输送带驱动电机(2);d、物料在输送带的带动下进入捡拾机构(14)，弹齿(16)高速旋转，物料送入进草箱 (17)，叉杆(18)将物料耙入压缩室(19)，物料被活塞(23)压成一层层草片并不断向后移动，草片推动棘轮(25)旋转，当草片长度达到设定长度时，引针将捆绳送入打结器(36)完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被压草片的推动下送入放草板(41)排出机外；e、利用检测与控制装置采集、记录并显示转速-扭矩传感器(7)、拉压传感器(21)、压力传感器A (M)、压力传感器B (27)及编码器A (沈)、编码器B (39)所采集到的数据；f、利用高速摄影，经图像处理，获得秸秆在压缩过程中的弹塑性变形情况；收集与处理捆扎好的草捆，测量计算出草捆的质量、体积、密度等指标，同时直接观察草捆的成捆率。
全文摘要
本发明公开了一种秸秆压缩成型打捆试验装置和试验方法。包括物料输送装置、填料压缩装置、捆扎装置以及检测与控制装置，可模拟秸秆压捆机田间工作状况，再现秸秆收集过程中的捡拾、压缩、打捆过程。改变输送带上物料的层厚和输送带速度，获得不同喂入量；通过调节传动轴转速，获得不同的压缩频率，分析压缩频率对草捆质量的影响；通过调整压缩室上的压板倾角，获得不同的压缩力，分析压缩力对草捆密度和成捆率的影响；利用高速摄影，获得秸秆在压缩过程中的弹塑性变形情况。本发明使用安全、检测全面、操作方便，能消除现有田间试验方法存在的缺陷，获取更加详细、科学的信息。
文档编号G01M13/00GK102279099SQ20111008058
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者尹建军, 徐剑, 徐立章, 李耀明 申请人:江苏大学