专利名称：环形土槽试验台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农业机械的试验平台，特别是一种既可进行农业机械及工作部件的性能试验，又可进行可靠性试验的环形土槽试验台。
背景技术：
建设土槽的目标是为耕种机械高端技术的研究、产品部件和整机性能试验研究提供先进的试验平台和检测手段。土槽试验测试系统可模拟田间工况，造就所需的土壤状态， 控制各种相应的工作参数，对选定土壤工作部件或整机进行性能试验研究或测定，掌握主要部件的工作特点和工作参数对性能的影响规律，进行参数优化设计。土壤工作部件及机具的土壤试验作为田间试验的补充，可以减少环境或自然条件的复杂影响，能够比较容易得到某些工作参数或土壤参数的影响规律。另外土槽试验是在可靠控制的条件下进行，可全天候工作，可缩短试验及研究周期，加快研究进度，提高测试精度，特别是通过土壤整理使土壤参数比田间条件均勻，可获得更严格的调控。自30年代开始，许多国家，特别是发达国家的研究中心、公司、学校相继建立了不同的土壤槽试验系统，对开展工作部件的理论研究、新型机具的开发及教学工作发挥了重要作用。国外如澳大利亚、加拿大、美国、以色列、英国等，国内如中国农业机械化科学研究院、中国农业大学、江苏大学、黑龙江省农业机械工程科学研究院等设置有针对多种土壤工作部件的土壤试验台。但大部分为直线往复式土槽，一般采用在土槽上设置水平双轨，试验台车悬挂工作部件在轨道上行驶的方式，这种方式使得试验台车从土槽一端行驶至另一端后，由于工作部件的单向作业特性，必须退回起点再进行试验，不能连续作业，只能进行性能试验。农业机械及部件的试验一般包括性能试验和可靠性试验，可靠性试验要求农业机械及工作部件连续作业，一般要求200 300小时。有一种可连续作业的土槽试验台，如加拿大萨斯喀彻温省大学的圆环形土槽试验台，其工作部件的行驶路线为圆形，主要用于耕作部件的磨耗特性的测试，虽然可以连续作业，但与农业机械的田间工作状况差别很大。目前，国内外尚无建有可连续作业且可模拟田间工况，进行农业机械及工作部件可靠性试验的土槽试验台的相关信息和资料。我国农业机械的可靠性试验完全在田间进行，室外试验受季节、气候等环境或自然因素的复杂影响而受到限制，且土壤水分、硬度、土质等变化将影响试验结果，同时由于可靠性试验耗时长，将占用大量试验场地，增加试验成本及试验人员的劳动强度。因此，需要研制全新的可进行微耕机性能试验和可靠性试验的室内试验平台。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种环形土槽试验台，用以解决现有技术的试验台不能进行农业机械可靠性试验的问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种环形土槽试验台，包括环形土槽、行走系统、测控系统和动力系统，所述测控系统及所述动力系统与所述行走系统连接，所述环形土槽为包括直线段及圆弧段顺序连接的闭合土槽，其中，所述行走系统包括立式双层的运行轨道、牵引系统及至少一部台车，所述运行轨道沿所述环形土槽设置，所述台车安装在所述运行轨道上并沿所述运行轨道运动，所述牵引系统与所述台车连接。上述的环形土槽试验台，其中，所述行走系统中还设置有用于所述台车精确定位的区域定位装置，所述区域定位装置包括位置接近开关、位置感应板和距离及速度测量装置，所述位置感应板安装在所述运行轨道上，所述位置接近开关和所述距离及速度测量装置分别安装在所述台车上。上述的环形土槽试验台，其中，所述台车包括台车上部、台车下部及升降机构，所述台车上部及所述台车下部通过所述升降机构连接，所述台车上部及所述台车下部分别设置有端导轮和侧导轮，所述台车上部的端导轮及侧导轮安装在所述运行轨道的上层导轨上，所述台车下部的端导轮及侧导轮安装在所述运行轨道的下层导轨上。上述的环形土槽试验台，其中，所述升降机构包括升降电动机、升降丝杠、升降丝杠螺母、升降导轨及套管固定座，所述升降丝杠螺母固定在所述套管固定座上，所述套管固定座安装在所述升降导轨上，所述升降丝杠与所述升降丝杠螺母连接，所述升降电动机与所述升降丝杠连接。上述的环形土槽试验台，其中，所述行走系统包括夹持台车、测试台车、旋耕台车及压实台车，所述夹持台车、所述测试台车、所述旋耕台车及所述压实台车顺序安装在所述运行轨道上并沿所述运行轨道同步运行，所述夹持台车、所述测试台车、所述旋耕台车及所述压实台车分别与所述牵弓I系统连接。上述的环形土槽试验台，其中，所述测试台车上还设置有横移机构，所述横移机构包括支撑梁及安装在所述支撑梁上的横移电动机、横移丝杠、横移丝杠螺母、横移导轨及横移固定座，所述支撑梁与所述套管固定座连接，所述横移固定座安装在所述横移导轨上，所述横移丝杠螺母固定在所述横移固定座上，所述横移丝杠与所述横移丝杠螺母连接，所述横移电动机与所述横移丝杠连接。上述的环形土槽试验台，其中，所述夹持台车上还设置有用于夹持农业机械扶手的夹持机构，所述夹持机构包括夹持部件、扶手支梁组合、测力装置及导向装置，所述扶手支梁组合包括扶手支梁及转动安装在所述扶手支梁内的转轴，所述夹持部件安装在所述转轴上，所述导向装置通过所述测力装置与所述扶手支梁连接。上述的夹持机构，其中，所述夹持部件包括夹板固定座及安装在所述夹板固定座上的夹板组合、调整紧固件及转轴连接件，所述调整紧固件与所述夹板组合连接。上述的夹持机构，其中，所述导向装置包括导杆、导杆架、导向机构和导管，所述导杆架分别与所述导杆及所述测力装置连接，所述导管与所述台车连接，所述导向机构分别连接所述导杆和所述导管，所述导杆通过所述导向机构能沿所述导管轴向运动。上述的环形土槽试验台，其中，所述的牵引系统包括变频电动机、减速机、驱动链轮、从动链轮、驱动链、输送链及输送链导轨，所述变频电动机与所述减速机连接，所述减速机与所述驱动链轮连接，所述驱动链张紧在所述驱动链轮与所述从动链轮上，所述输送链导轨固定在所述运行轨道的下导轨上，所述输送链为双向双导轮结构，所述输送链沿所述输送链导轨的内腔运行，所述驱动链设置有拨齿，所述拨齿对应所述输送链设置，所述输送链与所述台车连接。
上述的环形土槽试验台，其中，所述动力系统为环形滑触线供电系统，所述环形滑触线供电系统包括在所述运行轨道上方平行架设的一条三相四线制环形滑触线导管及导电器，所述导电器与所述台车连接，所述导电器设置在所述环形滑触线导管内并沿所述环形滑触线导管运动。上述的环形土槽试验台，其中，所述测控系统包括无线连接的上位机、固定下位机和移动下位机，所述移动下位机安装在所述台车上并与所述行走系统连接，所述固定下位机与所述动力系统连接。上述的环形土槽试验台，其中，还包括土壤含水率调节系统，所述土壤含水率调节系统包括水泵和多个喷头，所述多个喷头分别交叉设置于所述环形土槽内外两侧，所述多个喷头分别通过管路与所述水泵连接，所述管路上设置有电磁阀及水阀。本发明的有益功效在于1、试验台采用环形土槽，功能台车可沿双层轨道连续循环运行。具有土壤恢复功能，可重复模拟田间工况，既能进行农业机械及部件的性能试验，也能进行可靠性试验。2、采用上、下位机的测控系统，并通过无线通讯网络实现上、下位机之间的数据传输，实现牵引速度的跟随控制，待测机械作业深度的自动控制及多项参数的实时采集和处理等。3、独特的柔性夹持机构，可夹持手扶农用机械，模拟人力操作，试验过程不需试验人员进行操作，大幅减轻试验人员的劳动强度。4、本试验台可减少试验用地的占用，因不受环境、气候等的影响，试验可全天候进行，可缩短试验及研究周期。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图IA为本发明一实施例的环形土槽试验台构成示意图； 图IB为图IA的俯视图； 图2为本发明一实施例的土槽分段示意图； 图3为本发明一实施例的功能台车及牵引系统立体示意图； 图4A为本发明一实施例的台车结构示意图； 图4B为图4A所示台车的端导轮结构示意图； 图4C为图4A所示台车的侧导轮结构示意图； 图5为图4A的A向视图； 图6A为本发明一实施例的夹持台车结构示意图； 图6B为图6A所示夹持台车的夹持机构结构示意图； 图6C为图6B的右视图； 图7为本发明一实施例的测试台车结构示意图； 图8为本发明一实施例的五轮仪结构示意图； 图9A为本发明一实施例的牵引系统传动示意图； 图9B为图9A的驱动链和输送链局部放大示意图； 图10为本发明一实施例的环形滑触线供电系统示意6图11为本发明一实施例的土壤水分调节系统示意12为本发明一实施例的耕深自动控制框图； 图13为本发明一实施例的行走速度自动控制框图。 其中，附图标记
1环形土槽 Ml 过渡区1 N弯道 2立柱 31上层轨道 312位置感应板 4牵引系统 42减速机 44从动链轮 451拨齿 461十字节 47输送链导轨 49牵引座 5a 夹持台车 5all夹持部件 5all2夹板组合 5all4转轴连接件 5al21扶手支梁 5al3测力装置 5al41 导杆 5al43 导向机构 5al5角度检测装置 5a2横梁 5b测试台车 5bll横移电动机 5bl3横移丝杠螺母 5bl5横移固定座 5bl7位置接近开关 5b2 五轮仪 5b22 轮轴 5b3支撑梁 5b5 土壤坚实度仪 5c旋耕台车 5d压实台车 51台车上部
L测区 M2 过渡区2 02行走系统 3运行轨道 311上层轨道支撑角钢 32下层轨道 41变频电动机 43驱动链轮 45驱动链 46输送链 462连接机构 48连板 5台车 5al 夹持机构 5alll 夹板固定座 5all3调整紧固件 5al2扶手支梁组合 5al22 转轴 5al4导向装置 5al42 导杆架 5al44 导管 5al6位移检测装置 5a3 5b 1 5bl2 5bl4 5bl6 5bl8 5b21 5b23 5b4 5b6 5cl 5dl 511
农业机械扶手横移机构横移丝杠横移导轨编码器位置感应板第五轮编码器
土壤含水率仪激光测距仪旋耕初压设备土壤压实设备端导轮
512侧导轮513侧导轮支架
5131支轴515位置接近开关
52台车下部53升降机构
531升降电动机532升降丝杠
533升降丝杠螺母534升降导轨
535套管固定座536编码器
537接近开关538感应板
6测控系统61上位机
62固定下位机63移动下位机7动力系统(环形滑触线供电系统)71滑触线导管 72导电器73导电器拨叉74托架8 土壤含水率调节系统 81 喷头82 水泵83 电磁阀84 水阀85 管路
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述参见图IA及图1B，图IA为本发明一实施例的环形土槽试验台构成示意图，图IB 为图IA的俯视图。本发明的环形土槽试验台，主要用于农业机械及工作部件的性能试验及可靠性试验。包括环形土槽1、行走系统02、测控系统6和动力系统7，所述测控系统6及所述动力系统7与所述行走系统02连接，所述环形土槽1为包括直线段及圆弧段顺序连接的闭合土槽，所述行走系统02包括立式双层的运行轨道3、牵引系统4及至少一部台车5，所述运行轨道3沿所述环形土槽1设置，所述牵引系统4与所述台车5连接，所述台车5安装在所述运行轨道3上并沿所述运行轨道3运动。环形土槽1由两直线段和两半圆弧段N闭合组成，这是试验台实现连续作业的首要条件，并根据试验要求将直线段划分为测区L和过渡区Ml、M2，如图2所示，图2为本发明一实施例的土槽分段示意图。沿环形土槽1内侧设立一系列立柱2，闭合的立式双层运行轨道3固定在立柱2上。各台车按功能分开布置，并置于运行轨道3上，如图3所示，本实施例中，从前往后顺序依次为夹持台车fe、测试台车恥、旋耕台车5c和压实台车5d，所述夹持台车fe、所述测试台车恥、所述旋耕台车5c及所述压实台车5d顺序安装在所述运行轨道3上并沿所述运行轨道3同步运行，所述夹持台车fe、所述测试台车恥、所述旋耕台车 5c及所述压实台车5d分别与所述牵引系统4连接。夹持台车fe及测试台车恥上装有各类传感器进行各个参数的测定，旋耕台车5c 上装有旋耕初压设备5cl可进行土壤旋耕、刮平及初步压紧工作，压实台车5d上装有土壤压实设备5dl，可将旋松的土压实，进行土壤恢复工作。参见图4A 图5，图4A为本发明一实施例的台车结构示意图，图4B为图4A所示台车的端导轮结构示意图，图4C为图4A所示台车的侧导轮结构示意图，图5为图4A的A 向视图。所述各功能台车5包括台车上部51、台车下部52及升降机构53，台车上部51、台车下部52分别置于上层轨道31、下层轨道32，并通过升降导轨534固定连接在一起。所述台车上部51及所述台车下部52分别设置有由两个端导轮511和两对侧导轮512组成的六轮系，所述台车上部511的端导轮511及侧导轮512安装在所述运行轨道3的上层导轨 31上，所述台车下部52的端导轮511及侧导轮512安装在所述运行轨道3的下层导轨32 上。上、下端导轮511分别与上、下层轨道31、32的上、下表面接触，侧导轮512分别与轨道的内外侧接触，以支撑台车质量、平衡悬臂产生的力矩，同时限制各功能台车运动的5个自由度，使台车5只能沿轨道方向行驶。侧导轮支架513上有可转动的支轴5131，台车行驶至弯道时侧导轮支架513会随轨道的变化调整与台车的角度，使各导轮始终保持与轨道接触，保证台车在弯道行驶时顺畅转弯。所述升降机构53包括升降电动机531、升降丝杠532、升降丝杠螺母533、升降导轨534及套管固定座535，所述升降丝杠螺母533固定在所述套管固定座535上，所述套管固定座535安装在所述升降导轨534上，所述升降丝杠532安装在所述升降丝杠螺母533 内，所述升降电动机531与所述升降丝杠532连接。升降电动机531驱动升降丝杠532可控制套管固定座535沿升降导轨534上升或下降，通过安装在升降丝杠532下端部的编码器536控制升降距离，通过安装在台车上、下部的接近开关537感应套管固定座535上的感应板538，限定套管固定座535升降的上、下限位置，也起到安全保护作用。如图2所示，各功能台车根据需要在套管固定座535上安装不同的设备或部件。参见图6A 图6C，图6A为本发明一实施例的夹持台车结构示意图，图6B为图6A 所示夹持台车的夹持机构结构示意图，图6C为图6B的右视图。所述夹持台车fe上设置有用于夹持农业机械扶手5a3的夹持机构fel，夹持机构5al安装在夹持台车fe的横梁5a2 上，夹持机构5al中的夹持部件fell可夹持手扶农业机械的扶手fe3，导杆可以在导管内前后运动，通过控制无级调速牵引系统4的速度跟随手扶农业机械的速度，结合垂直方向的升降控制，使夹持机构可在前进方向、垂直方向浮动，模拟人力操作手扶农业机械。也将待测工作部件固定在横梁5a2上进行试验。所述夹持机构fel包括夹持部件fell、 扶手支梁组合如12、测力装置及导向装置如14，所述扶手支梁组合包括扶手支梁5al21及转动安装在所述扶手支梁内的转轴fel22，所述夹持部件fell安装在所述转轴上，所述导向装置通过所述测力装置与所述扶手支梁连接。所述夹持部件5all包括夹板固定座felll及安装在所述夹板固定座felll上的夹板组合如112、调整紧固件及转轴连接件如114，所述调整紧固件与所述夹板组合5all2连接。本实施例中，所述夹板组合5all2包括内夹板组合和外夹板组合，所述内夹板组合包括互相连接的内夹板和内夹板连动板，所述外夹板组合包括互相连接的外夹板和外夹板连动板，所述内夹板与所述外夹板对称设置，所述内夹板连动板与所述外夹板连动板均设置有连接端，所述内夹板连动板与所述外夹板连动板通过所述连接端铰接。 所述调整紧固件5all3包括拉杆、连杆及张紧限位板，所述张紧限位板与所述夹板固定座 5alll连接，所述连杆与所述外夹板连动板连接，所述张紧限位板上设置有导向孔，所述拉杆穿过所述导向孔与所述连杆抵接，所述拉杆上设置有锁紧螺母。所述转轴连接件5all4 优选为管卡，所述管卡与所述夹板固定座5alll通过支轴连接，所述支轴的一端与所述管卡固定连接，所述支轴的另一端与所述夹板固定座5alll可转动连接。通过调整拉杆上下位置，使内、外夹板组合分别绕销轴的支点旋转，改变内、外夹板构成的夹持空间大小，以适应不同尺寸的农用机械扶手如3。拉杆上有螺纹，通过拧紧螺母夹紧农用机械扶手fe3。夹持部件fell的支轴座固定在管卡上，管卡用于该夹持部件fell与扶手支梁组合的转轴5al22连接。支轴座上固定有支轴，夹板固定座felll上固定有套管，套在支轴上，以使该夹持部件fell可绕支轴转动，适应夹角不同的农用机械扶手如3。支轴上还可设置挡板， 用于限定支轴座和夹板固定座felll不脱出支轴。转轴5al22通过轴承支撑在扶手支梁5al21上且转轴5al22可在扶手支梁5al21 内转动。夹持部件fell的管卡安装在转轴上，可沿转轴轴向移动及绕转轴 5al22的轴线转动，可根据不同农用机械扶手的宽度调节管卡的位置并固定在转轴 5al22上。管卡锁紧后，夹持部件fell可随转轴如122—起转动，以保证工作时作业的农用机械扶手5a3可绕转轴的轴线转动。所述导向装置包括导杆如141、架如142、导向机构和导管如144，所述导杆架分别与所述导杆及所述测力装置5al3连接，所述导管与所述夹持台车fe连接，所述导向机构如143分别连接所述导杆和所述导管如144，所述导杆通过所述导向机构能沿所述导管轴向运动。本实施例中，所述导向机构包括导向轮及导向轮安装座，所述导杆设置于所述导管的内腔，所述导向轮安装座安装在所述导管如144的导管壁上，所述导向轮安装在所述导向轮安装座内并穿过所述导管壁抵接于所述导杆如141的外壁，所述导杆通过所述导向轮在所述导管内轴向运动。导管固定在台车5的的横梁5a2上，导向机构5al43固定在导管上，导向轮优选为分别在垂直和横向上安装的一系列滚动轴承，导向轮安装座选择适配的轴承座并固定在导管5al44上，导杆5al41置于导管内腔，并与滚动轴承接触，滚动轴承限定了导杆的5个自由度，导杆只能沿导管轴线运动。采用滚动轴承可最大限度消除夹持机构5al在前进方向的阻力。所述测力装置包括水平测力计和垂直测力计，所述垂直测力计垂直设置且与所述转轴共面，所述垂直测力计的两端分别固定在所述扶手支梁和所述导杆架上，所述扶手支梁5al21及所述导杆架平行于地面且与所述行走系统02 的前进方向垂直，所述水平测力计水平设置且其两端分别与所述导杆架及所述扶手支梁连接。本实施例中，垂直方向安装了 2个垂直测力计，水平方向安装一个水平测力计，各测力计的两端分别通过销轴固定在扶手支梁5al21和导杆架如142的横杆上，扶手支梁及导杆架横杆平行于地面且与行走系统02的前进方向垂直，水平测力计的两个固定点的连线保持水平，垂直方向设置两个测力装置，与水平面垂直且与扶手支梁组合 5al2上的转轴5al22共面。如图所示，夹持部件fell装在扶手支梁组合如12的转轴5al22 上，夹持手扶农业机械的扶手如3，扶手支梁通过垂直测力计、水平测力计与导向装置如14相连，通过垂直测力计、水平测力计的测量值，可换算得出农用机械扶手5a3在垂直和横向的操纵力。为了在模拟人力的同时提高控制精度，本发明还可设置夹持台车如的耕深控制装置和/或运行速度控制装置，所述耕深控制装置包括角度检测装置如15、升降位移检测装置如16，所述移动下位机63分别与所述角度检测装置如15、所述升降位移检测装置
及所述升降机构53连接，所述角度检测装置安装在所述转轴上，所述升降位移检测装置如16安装在所述升降机构53上，所述运行速度控制装置包括位移检测装置如16，所述位移检测装置如16安装在所述导向装置上，所述移动下位机63与所述位移检测装置连接，并通过无线网络与所述变频电动机41连接。本实施例中，所述位移检测装置优选拉线位移传感器，所述拉线位移传感器安装在所述导杆架与所述导管 5al44之间。所述角度检测装置优选角度传感器，所述升降位移检测装置优选垂直升降传感器。夹持机构5al可通过台车5的升降机构53上下运动，升降机构53上安装有升降位移检测装置如16。扶手支梁组合的转轴5al22上装有角度检测装置如15，可反馈农用机械扶手5a3的旋转角度的变化，当微耕机初始状态确定后，由农用机械扶手5a3的升降距离及旋转角度的变化可计算出耕深，与设定耕深比较，耕深控制单元可通过信号控制升降机构53的升降从而带动农用机械扶手的升降，以保持耕深的恒定。参见图7及图8，图7为本发明一实施例的测试台车结构示意图，图8为本发明一实施例的五轮仪结构示意图。所述行走系统02中还设置有用于所述台车5精确定位的区域定位装置，所述区域定位装置包括位置接近开关、位置感应板和五轮仪恥2，所述位置感应板安装在所述运行轨道3上，所述位置接近开关恥17和所述五轮仪5 分别安装在所述台车5上，所述五轮仪5 的轮轴恥22上装有编码器恥23。本实施例中，在夹持台车fe上安装有位置接近开关515，如图5所示，在上层轨道支撑角钢311内侧区段划分处分别固定 8块位置感应板312，试验开始前，在上位机61的区域示意图上设定台车5所在位置，运行后通过位置接近开关515感应位置感应板312，向移动下位机63发出信号，确定台车5所在区域。在测试台车恥上装有五轮仪恥2，如图7所示，五轮仪结构如图8所示。第五轮 5b21沿上层轨道31的上表面运行，第五轮轮轴5b22上装有编码器5b23，通过编码器5b23 对第五轮恥22运行的圈数进行计数，再根据第五轮恥22直径及运行时间可算出台车5在运行轨道3上行走的距离及速度。试验过程中由接近开关515、位置感应板312及五轮仪 5b2可确定台车在行驶方向的精确位置，移动下位机63调用执行相应的程序。台车5可在直线段L运行进行性能试验，一圈可进行两次，连续作业时可进行可靠性试验。参见图7，所述台车5上还设置有横移机构恥1，横移机构可随升降机构53升降， 横移机构固定在支撑梁5b3上，支撑梁恥3固定在套管固定座535上，所述横移机构 5b 1包括支撑梁5b3及安装在该支撑梁5b3上的横移电动机恥11、横移丝杠恥12、横移丝杠螺母恥13、横移导轨恥14及横移固定座恥15，所述横移固定座恥15安装在所述横移导轨 5bl4上，所述横移丝杠螺母恥13固定在所述横移固定座恥15上，所述横移丝杠恥12安装在所述横移丝杠螺母恥13内，所述横移电动机恥11与所述横移丝杠恥12连接。所述升降丝杠532和/或所述横移丝杠恥12上分别装有编码器536和/或恥16。所述升降机构53 和/或所述横移机构恥1的两端分别装有限位装置(接近开关)，所述套管固定座535和/ 或横移固定座恥15上分别对应设置有限位感应装置(感应板)。横移电动机恥11驱动横移丝杠恥12可控制横移固定座恥15沿横移导轨31内移或外移，通过安装在横移丝杠恥12 端部的编码器恥16控制横移距离，通过安装在横移机构两端的接近开关恥17感应横移固定座恥15上的感应板恥18，限定横移固定座恥15横移的内、外极限位置，也起到安全保护作用。横移固定座恥15上可安装测试设备。其中安装的土壤含水率仪恥4、土壤坚实度仪恥5，通过所述的台车定位、升降定位、横移定位，可对不同测点不同深度进行精确定位，以测定土壤含水率和土壤坚实度。安装的激光测距仪恥6，可随着台车前进，又不断地作横向往复运动，连续扫描测区内耕前和耕后的土壤表面高度变化，并根据高度变化值、结合微耕机的耕深计算土壤平整度和蓬松度。参见图9A、图9B，图9A为本发明一实施例的牵引系统传动示意图，图9B为图9A 的驱动链和输送链局部放大示意图。试验台的牵引系统4优选无级调速牵引系统，该牵引系统4不随台车5运行，而固定在立柱2和地面上。所述的牵引系统4包括变频电动机41、 减速机42、驱动链轮43、从动链轮44、驱动链45、输送链46及输送链导轨47，所述变频电动机41与所述减速机42连接，所述减速机42与所述驱动链轮43连接，所述驱动链45张紧在所述驱动链轮43与所述从动链轮44上，所述输送链导轨47闭合环状固定在所述运行轨道3的下层导轨32上，截面为“匚”形，其内腔为输送链46的运行轨道。所述输送链46为双向双导轮结构，导轮可在垂直与水平方向在输送链导轨47内滚动。所述输送链46沿所述输送链导轨47的内腔运行，所述驱动链45设置有拨齿451，所述拨齿451对应所述输送链46设置，所述输送链46与所述台车5连接。试验台工作时，无级调速牵引系统4的变频电动机41经减速机42减速后将动力经驱动链轮43、从动链轮44传到异形拨齿驱动链45， 并由驱动链拨齿451拨动输送链46的十字节461，带动其在输送链导轨47中运行。输送链 46上设有连接机构462，通过连板48与各台车5上的牵引座49相连，牵引台车5在运行轨道3上行驶。参见图10，图10为本发明一实施例的环形滑触线供电系统示意图。土槽试验台采用环形滑触线的供电方式，所述动力系统7为环形滑触线供电系统，所述环形滑触线供电系统包括在所述运行轨道3上方，通过固定在立柱2上的托架74平行架设的一条三相四线制环形滑触线导管71及导电器72，所述导电器72与所述台车5连接，所述导电器72设置在所述环形滑触线导管71内并沿所述环形滑触线导管71运动。由电缆引入动力电源， 导电器拨叉73固定在旋耕台车5c上，滑触线的导电器72由导电器拨叉73带动沿滑触线导管71随台车5运行，向各功能台车供电。这种供电方式解决了可靠性试验时，功能台车 5需沿双层运行轨道3绕行多圈，无法用电缆向其供电的难题。参见图11，图11为本发明一实施例的土壤水分调节系统示意图。土槽试验台的土壤水分调节一般采用水管管路随车运行的方式，环形土槽试验台的土壤含水率调节系统8 不随台车5运行，采用固定式的洒水控制方式。所述土壤含水率调节系统8包括水泵82和多个喷头81，所述多个喷头81分别交叉设置于所述环形土槽1的内外两侧，所述多个喷头 81分别通过管路85与所述水泵82连接，所述管路85上设置有电磁阀83及水阀84。工作时，地埋式喷头81交叉嵌于土槽1内外侧，通过控制电磁阀83对土槽1长中心对称线两侧分别喷洒，完全避免台车5及其上安装的其他设备被淋湿，同时也解决了水管管路不可能长时间随车绕行或背负大容量水箱进行洒水的难题。通过测控系统6，手扶农业机械(例如微耕机)的耕深及其运行速度可实现闭环控制。所述测控系统6包括无线连接的上位机61、固定下位机62和移动下位机63，所述移动下位机63安装在所述台车5上并与所述行走系统02连接，所述固定下位机62与所述动力系统7连接。上位机61采用高性能的工业级控制计算机，操作人员直接发出控制指令至固定下位机62和移动下位机63，并对固定下位机62和移动下位机63上传的数据进行分析、 处理，最终输出试验结果。固定下位机62和移动下位机63采用PAC可编程自动控制器，移动下位机63随功能台车5运行，根据上位机61的指令，控制各工作部件正确执行动作，采集各传感器的数据，并根据所测农业机械或部件的运行姿态，进行工作耕深的自动控制；固定下位机62置于固定控制柜内，其根据上位机61设置的参数和移动下位机63传送的微耕机姿态信号，调整变频电动机41的转速，从而达到速度跟随的目的。测控系统6的上、下位机之间的数据传输通过无线通讯网络实现，解决了连续作业无法连线的难题，并降低因大量布线对系统造成的干扰。测控系统6具有“手动”及“自动”控制模式，“手动”控制模式时，可进行台车5的临时移动、悬挂机具、维修等工作。参见图12，图12为本发明一实施例的耕深自动控制框图。测控系统6可通过控制升降电动机531驱动升降机构53上下运动实现对耕深的闭环控制。扶手支梁组合的转轴5al22上装有角度传感器，可反馈农业机械扶手5a3旋转角度的变化，当作业机械初始状态确定后(例如零耕深时的垂直升降传感器和角度传感器的读数)，耕深控制单元根据垂直升降传感器和角度传感器的变化值可确定出耕深。与设定耕深比较，当实时耕深小于设定耕深时，耕深控制单元发出指令给升降电动机531驱动升降机构53下压夹持机构fel， 加大耕深，反之，上提夹持机构fel，减小耕深。参见图13，图13为本发明一实施例的行走速度自动控制框图。测控系统6可通过控制台车5的运行速度来实现对夹持机构5al的速度闭环控制。在导杆架与导管
之间装有拉线位移传感器，可反馈农业机械扶手5a3与夹持台车如之间在前进方向的距离。在微耕机入土前，测控系统6的速度控制单元采集该拉线位移传感器的值作为基准值，微耕机作业时，当微耕机前进速度小于夹持机构5al的牵引速度，拉线位移传感器输出值将大于基准值。速度控制单元根据此信号，发出速度调整指令给变频调速机41，降低主传动电机的运行速度；反之，当微耕机速度高于牵引速度时，拉线位移传感器输出值小于基准值，速度控制单元则发出指令，提高主传动电机运行速度。这样，只要保持在运行过程中拉线位移传感器输出值趋于基准值，就可实现牵引系统4的速度跟随控制。本发明与现有技术相比具有以下特点1、试验台采用环形土槽，功能台车可沿双层轨道连续循环运行。具有土壤恢复功能，可重复模拟田间工况，既能进行农业机械及部件的性能试验，也能进行可靠性试验。2、采用上、下位机的测控系统，并通过无线通讯网络实现上、下位机之间的数据传输，实现牵引速度的跟随控制，待测机械作业深度的自动控制及多项参数的实时采集和处理等。3、独特的柔性夹持机构，可夹持手扶农用机械，模拟人力操作，试验过程不需试验人员进行操作，大幅减轻试验人员的劳动强度。4、本试验台可减少试验用地的占用，因不受环境、气候等的影响，试验可全天候进行，可缩短试验及研究周期。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
1权利要求
1.一种环形土槽试验台，包括环形土槽、行走系统、测控系统和动力系统，所述测控系统及所述动力系统与所述行走系统连接，所述环形土槽为包括直线段及圆弧段顺序连接的闭合土槽，其特征在于，所述行走系统包括立式双层的运行轨道、牵引系统及至少一部台车，所述运行轨道沿所述环形土槽设置，所述台车安装在所述运行轨道上并沿所述运行轨道运动，所述牵弓I系统与所述台车连接。
2.如权利要求1所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述行走系统中还设置有用于所述台车精确定位的区域定位装置，所述区域定位装置包括位置接近开关、位置感应板和距离及速度测量装置，所述位置感应板安装在所述运行轨道上，所述位置接近开关和所述距离及速度测量装置分别安装在所述台车上。
3.如权利要求1或2所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述台车包括台车上部、台车下部及升降机构，所述台车上部及所述台车下部通过所述升降机构连接，所述台车上部及所述台车下部分别设置有端导轮和侧导轮，所述台车上部的端导轮及侧导轮安装在所述运行轨道的上层导轨上，所述台车下部的端导轮及侧导轮安装在所述运行轨道的下层导轨上。
4.如权利要求3所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述升降机构包括升降电动机、 升降丝杠、升降丝杠螺母、升降导轨及套管固定座，所述升降丝杠螺母固定在所述套管固定座上，所述套管固定座安装在所述升降导轨上，所述升降丝杠与所述升降丝杠螺母连接，所述升降电动机与所述升降丝杠连接。
5.如权利要求1、2或4所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述行走系统包括夹持台车、测试台车、旋耕台车及压实台车，所述夹持台车、所述测试台车、所述旋耕台车及所述压实台车顺序安装在所述运行轨道上并沿所述运行轨道同步运行，所述夹持台车、所述测试台车、所述旋耕台车及所述压实台车分别与所述牵引系统连接。
6.如权利要求5所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述测试台车上还设置有横移机构，所述横移机构包括支撑梁及安装在所述支撑梁上的横移电动机、横移丝杠、横移丝杠螺母、横移导轨及横移固定座，所述支撑梁与所述套管固定座连接，所述横移固定座安装在所述横移导轨上，所述横移丝杠螺母固定在所述横移固定座上，所述横移丝杠与所述横移丝杠螺母连接，所述横移电动机与所述横移丝杠连接。
7.如权利要求5所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述夹持台车上还设置有用于夹持农业机械扶手的夹持机构，所述夹持机构包括夹持部件、扶手支梁组合、测力装置及导向装置，所述扶手支梁组合包括扶手支梁及转动安装在所述扶手支梁内的转轴，所述夹持部件安装在所述转轴上，所述导向装置通过所述测力装置与所述扶手支梁连接。
8.如权利要求7所述的夹持机构，其特征在于，所述夹持部件包括夹板固定座及安装在所述夹板固定座上的夹板组合、调整紧固件及转轴连接件，所述调整紧固件与所述夹板组合连接。
9.如权利要求7所述的夹持机构，其特征在于，所述导向装置包括导杆、导杆架、导向机构和导管，所述导杆架分别与所述导杆及所述测力装置连接，所述导管与所述台车连接， 所述导向机构分别连接所述导杆和所述导管，所述导杆通过所述导向机构能沿所述导管轴向运动。
10.如权利要求1、2、4、6、7、8或9所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述的牵引系统包括变频电动机、减速机、驱动链轮、从动链轮、驱动链、输送链及输送链导轨，所述变频电动机与所述减速机连接，所述减速机与所述驱动链轮连接，所述驱动链张紧在所述驱动链轮与所述从动链轮上，所述输送链导轨固定在所述运行轨道的下导轨上，所述输送链为双向双导轮结构，所述输送链沿所述输送链导轨的内腔运行，所述驱动链设置有拨齿，所述拨齿对应所述输送链设置，所述输送链与所述台车连接。
11.如权利要求1、2、4、6、7、8或9所述的环形土槽试验台，其特征在于，所述动力系统为环形滑触线供电系统，所述环形滑触线供电系统包括在所述运行轨道上方平行架设的一条三相四线制环形滑触线导管及导电器，所述导电器与所述台车连接，所述导电器设置在所述环形滑触线导管内并沿所述环形滑触线导管运动。
全文摘要
一种环形土槽试验台，包括环形土槽、行走系统、测控系统和动力系统，所述测控系统及所述动力系统与所述行走系统连接，所述环形土槽为包括直线段及圆弧段顺序连接的闭合土槽，所述行走系统包括立式双层的运行轨道、台车及牵引系统，所述运行轨道沿所述环形土槽设置，所述台车安装在所述运行轨道上并沿所述运行轨道运动，所述牵引系统与所述台车连接。本发明采用环形土槽，功能台车可沿双层轨道连续循环运行。具有土壤恢复功能，可重复模拟田间工况，既能进行农业机械及部件的性能试验，也能进行可靠性试验。同时可减少试验用地的占用，因不受环境、气候等的影响，试验可全天候进行，可有效缩短试验及研究周期。
文档编号G01M99/00GK102353552SQ20111018413
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月30日 优先权日2011年6月30日
发明者吴俭敏, 周军平, 孙兴, 张铁, 朱立成, 杨学军, 林金天, 颜华 申请人:中国农业机械化科学研究院, 现代农装科技股份有限公司