本发明涉及机械领域，特别涉及一种测试水田船式机械行进阻力的实验装置和方法。
背景技术
我国已进入农业机械化作业阶段，新型农业机具的研发日益重要。与传统的田间试验获取数据的方法相比，土槽试验台作为一种模拟田间环境的实验装置，可以显著提高试验的便捷性和准确性，为新型农业机具的研发提供了更为精确的数据，加快了新型农业机具的研发和应用，对推进我国农业机械现代化的发展具有重要意义。国内的土槽试验装置分为大、中、小三种。一般规定宽度在3m以上、长50m以上的为大型土槽；宽度小于1-3m的为中型土槽；宽度小于1m的一般被称为土槽箱型结构。
现有的土槽试验装置主要有两种：一种是采用卷扬机式牵引方式的土槽试验装置，其不足之处在于牵引的过程中牵引绳易抖动，牵引角度容易发生变化，导致试验部件运行不稳定，不适用于精度要求较高的试验；而且运行过程中，由于牵引线不断缠绕使线速度不断变大，不能提供匀速的试验条件，也不能通过反转使牵引台归位。另一种是将电机安装在牵引台上，通过电机齿轮与台架上的卡齿带咬合提供动力进行牵引的设备，其不足之处在于若安装较大的电机，则牵引台的负载较大，牵引台自身的运动占用了较多的能量；若安装小功率电机则提供的牵引力有限，不能用于较大试验部件的实验；且现有试验装置都是通过手动调节变频器的方式来调节牵引台的运行速度，对速度的调控不够精确。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种试验精度高、结构简单、成本低的测试水田船式机械行进阻力的实验装置，是一种针对水田特定环境下的小型实验装置，用于对水田环境下的农业机械模型或部件的测试。
本发明的另一目的在于提供一种测试水田船式机械行进阻力的实验方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种测试水田船式机械行进阻力的实验装置，包括台架1、光轴11、牵引台6和试验船板13；台架1的两侧铝型材上安装有两根光轴导轨4，光轴导轨4的两端安装有限位结构16，用于防止牵引台6运行时发生过速危险；箱体结构5位于台架1下方，台架1的一端是操作平台15，光轴11通过光轴支座7固定于操作平台15一端的铝型材上；光轴11的两端和台架1另一端的两侧安装有两对相同齿数的同步轮2-2、2-1，同步轮2-1、2-2上套有同步带3-1，同步带3-1与牵引台6连接；三相异步交流电机8安装在操作平台15上，三相异步交流电机8和光轴11的对应位置安装有相匹配的同步轮2-3、2-4，同步轮2-3、2-4上套有同步带3-2，三相异步交流电机8通过同步轮2-3、2-4将动力由同步带3-2传递到光轴11，再通过光轴11两端的同步轮2-2将动力均匀分配给同步带3-1，然后同步带3-1带动牵引台6在台架1上的光轴导轨4上行走；牵引台6位于台架1上，牵引台6的下方安装有与光轴导轨4相匹配的滑块14，通过光轴导轨4与滑块14的配合，确保牵引台在台架1上顺畅运行；牵引台6下方与牵引梁架18刚性连接，牵引梁架18通过钢缆与拉力传感器12的一端相连接，拉力传感器12的另一端与试验船板13相连接，用于连接和牵引试验船板13在箱体结构5内行进；拉力传感器12与变送器10-1相连接，变送器10-1与电脑17连接，电脑17与变送器10-2连接，变送器10-2连接变频器9，变频器9连接三相异步交流电机8，通过电脑17输出信号改变三相异步交流电机8的电源频率，达到控制三相异步交流电机8运行速度的目的。
台架是整个实验装置的主要承载结构，选用方管铝型材，具有足够的刚度和强度。
同步轮采用t型齿，同步带采用抗拉性能较强的钢缆同步带。
实验装置的传动系统是由三相异步交流电机8提供动力，通过同步轮2-3、2-4和同步带3-2的组合，将动力传递到实验装置一端的光轴11上，再由光轴11两端的同步轮2-2驱动同步带3-1将动力传递给牵引台6；并由电脑17控制，通过改变变频器9的频率，达到控制牵引台6运行速度的目的。
实验装置的测试系统由安装在牵引台6下方与牵引梁架18连接的拉力传感器12、安装在牵引台6上的变送器10-1、以及固定在操作平台15上的电脑17组成，测试时将拉力传感器12的测试数据经变送器10-1传递给电脑17，用于数据的采集和记录。
箱体结构5用于容纳水和泥土，通过调和稻田土和水的比例来达到模拟水田的环境。
一种测试水田船式机械行进阻力的实验方法，是采用上述的测试水田船式机械行进阻力的实验装置进行实验，具体包括下述步骤：
(1)检测实验装置的结构稳定性和牵引台在光轴导轨上运行的平顺性，将牵引台移动到预设定的起始点；
(2)按照实验的要求，在箱体结构将稻田土与水按一定的比例混合，模拟出水田环境；
(3)将拉力传感器、变送器、变频器、电脑及三相异步交流电机按要求安装在实验装置上，然后将待测物件通过钢缆线与牵引台下方的拉力传感器连接，并置于模拟的水田表面，接通实验装置电源，准备测试；
(4)通过电脑输出指令，使三相异步交流电机带动牵引台来牵引待测物件按要求的速度在箱体结构内行驶；同时，拉力传感器测定待测物件的行进阻力，经变送器将数据传送给电脑进行统计；
(5)一次实验结束后，将待测物件取下，控制三相异步交流电机反转，使牵引台回到预设定的起始点；待水面静定后，安装下一个待测部件进行下一次试验。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明的结构稳定，便于组装，操作方便。
(2)为保证实验操作的便捷和准确，本发明采用变频器和变送器结合的方式，通过电脑对三相异步交流电机进行控制，实现正转、反转及不同的速度要求。
(3)采用拉力传感器、变送器、电脑组合的方式，自动采集生成数据表格，试验数据采集便捷，可靠性安全性高，运行稳定，可应用于各种水田机械部件或者试验模型的性能测试。
(4)三相异步交流电机与牵引台之间的动力传动由同步轮和同步带配合完成，通过操作平台一端的光轴将三相异步交流电机的动力均匀分配到实验装置两侧，使两侧的同步带对牵引台施加相同的拉力，整个过程没有扭力产生，牵引台运行很顺畅，而且通过同步轮和同步带的配合，更适用于精度要求较高的实验。
附图说明
图1是本装置的结构正视图。
图2是本装置的结构俯视图。
图3是本装置的竖向剖面图。
图4是本装置的同步带与牵引台连接示意图。
图5是本装置的传动系统结构示意图。
图6是本装置的传动系统立体图。
图中：1、台架；2-1，2-2，2-3，2-4：同步轮；3-1，3-2：同步带；4、光轴导轨；5、箱体结构；6、牵引台；7、光轴支座；8、三相异步交流电机；9、变频器；10-1，10-2：变送器；11、光轴；12、拉力传感器；13、试验船板；14、滑块；15、操作平台；16、限位结构；17、电脑；18、牵引梁架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本发明实验装置工作时，首先在箱体结构5内将稻田土和水按一定的比例调和模拟水田的环境。实验开始前将牵引台6移动到箱体结构5的后端，然后根据试验的要求将合适的拉力传感器12和变送器10-1安装在牵引梁架18和牵引台6上，并将试验部件13与拉力传感器12连接。由电脑17设定实验要求的速度，通过变送器10-2将信号传递给变频器9，通过改变变频器9的频率来调节运行速度。三相异步交流电机8将动力通过同步带3-2传递给光轴11，光轴11通过同步带3-1将动力传递给牵引台6，从而带动试验船板13在箱体结构5内按设定的速度行驶。试验中所产生的数据由拉力传感器12测定，然后传递给变送器10-1，再通过usb串口将信号传送给电脑17。一组实验结束后将试验船板13卸下，通过电脑17控制三相异步交流电机8反转，使牵引台6回到初始位置准备下一组试验。
实施例2
原理同实施例1，可以通过更换箱体结构内的泥土，模拟不同的土壤环境，实现多种环境下的实验条件。也可以通过改变与牵引梁架连接的不同规格的拉力传感器或者实验设备，以适应不同情况的实验要求。