一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击装置的制作方法

本实用新型属于果蔬损伤分析技术领域，具体涉及一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击装置。

背景技术：

胡萝卜在收获阶段主要分为拔取、输送、缨果分离等步骤。其中，缨果分离是最重要的一个工序，直接影响到胡萝卜的一致性和损伤率，进而影响货架期。在胡萝卜缨果拉拽式分离的过程中，机械损伤主要发生在拉拽杆与胡萝卜根部果实的碰撞作用。在研究碰撞对果实损伤的影响因素时，常用的方式是自由跌落试验。然而，像胡萝卜长条状的果实，不同部位的物理性能相差较多，并且在自由跌落碰撞实验难以控制胡萝卜的冲击位置，定部位碰撞重复性差，因此自由跌落试验方式存在一定局限。

现存的摆锤冲击装置结构简单，没有碰撞位置调节机构，也没有初始位置调节机构，并未考虑到每个果实之间的质量和尺寸差异，导致试验无法保证初始能量一致，影响到试验结果。因此，提出一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击试验台。

本实用新型包括可调节摆锤机构、受击组件、摆角调节组件和外框架。所述的可调节摆锤机构包括支撑轴、摆锤杆和果实固定板。摆锤杆的顶端外框架的顶部构成转动副。果实固定板安装的摆锤杆的底端。所述的受击组件包括力传感器和碰撞部件。力传感器安装在机架的底部。碰撞部件安装在力传感器上，且位于摆锤杆顶端的正下方。

所述的摆角调节组件包括导轨板和推拉式电磁铁。导轨板固定在外框架上。导轨板上开设有圆心在支撑轴轴线上的圆弧形导轨槽。圆弧形导轨槽的侧部设置有量角刻度线；推拉式电磁铁安装在圆弧形导轨槽上，且能够调节位置。推拉式电磁铁朝向导轨板靠近摆锤杆的一侧。

作为优选，所述的可调节摆锤机构还包括果实定位滑块和调节螺栓。果实定位滑块与摆锤杆的底部构成滑动副。果实定位滑块上开设有轴线平行于摆锤杆轴线方向的螺纹孔。调节螺栓的顶端与固定在摆锤杆中部的突出板构成转动副；调节螺栓与果实定位滑块上的螺纹孔构成螺旋副。果实固定板固定在果实定位滑块上。果实固定板上开设有果实安置槽。

作为优选，所述的调节螺栓上旋有滑块锁紧螺母。滑块锁紧螺母位于果实定位滑块与调节螺栓的头部之间。

作为优选，所述的可调节摆锤机构还包括编码器和编码器安装板。编码器通过编码器安装板安装在外框架顶部的一侧。编码器的输入轴与摆锤杆的顶端固定。

作为优选，所述的可调节摆锤机构还包括轴承座和支撑轴。两个轴承座分别设置在外框架顶部的两侧。支撑轴的两端分别支承在两个轴承座上。支撑轴支承在外框架的顶部。摆锤杆的顶端通过销连接安装在支撑轴的中间部位。

作为优选，所述的受击组件还包括传感器安装板和受击座。所述传感器安装板上开设有多个横向的第一腰型孔。安装板通过螺栓和第一腰型孔安装在外框架底部。传感器安装板的中部开设有纵向的第二腰型孔。受击座通过螺栓螺母和第二腰型孔安装在传感器安装板的中部。力传感器安装在受击座上。

作为优选，所述的碰撞部件包括焊接在一起的安装座和圆管。圆管位于安装座靠近摆锤杆的一侧。

作为优选，所述量角刻度线中的零刻度线竖直设置。

作为优选，所述的摆角调节组件还包括紧固螺母。所述推拉式电磁铁呈圆柱状的外壳穿过圆弧形导轨槽，且轴线垂直于导轨板的侧面。推拉式电磁铁的外壳上设置有外螺纹，且旋有两个紧固螺母。两个紧固螺母分别位于导轨板的两侧。

作为优选，本实用新型还包括数据采集系统。所述的数据采集系统包括信号放大器、数据采集器、控制器和计算机。所述力传感器的信号输出接口与信号放大器信号输入接口连接，信号放大器的信号输出接口与数据采集器的信号输入接口连接，数据采集器的信号输出接口与计算机连接。编码器的信号输出接口与控制器的信号输入接口连接。控制器与计算机通信。推拉式电磁铁由脚踏开关进行通断电控制。

本实用新型具有的有益效果是：

1、本实用新型采用推拉式电磁铁伸缩的方式以完成摆锤自由释放的动作，提高了试验的准确性。

2、本实用新型设置可调节摆锤机构，通过调整调节螺栓的位置可以精准的控制果实与碰撞部件的碰撞位置，提高试验的准确性。

3、本实用新型设置编码器和摆角调节组件来准确的读取并控制摆角，减少试验误差。

4、本实用新型能够通过编码器记录摆锤从自由释放到碰撞到回弹最高点的角度变化过程，可同时探究冲击力、初始冲击能和冲击损耗能与果实碰撞损伤之间的关系。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中可调节摆锤机构与外框架的组合示意图；

图3为本实用新型中受击组件与外框架的示意图；

图4为本实用新型中摆角调节组件与外框架的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击装置，包括可调节摆锤机构1、受击组件2、摆角调节组件3、外框架4、脚踏开关和数据采集系统。可调节摆锤机构1安装在外框架4的顶部。受击组件2安装在外框架4的一侧。摆角调节组件3安装在外框架4中上部位。

如图2所示，可调节摆锤机构1包括轴承座5、支撑轴6、编码器7、编码器安装板8、摆锤杆9、果实定位滑块10、果实固定板10-1、滑块锁紧螺母11和调节螺栓12。两个轴承座5分别设置在外框架4顶部的两侧。支撑轴6的两端分别支承在两个轴承座5上。编码器7通过编码器安装板8安装在外框架4顶部的一侧。编码器7的输入轴与支撑轴6的一端通过紧定螺钉连接。摆锤杆9的顶端通过销连接安装在支撑轴6的中间部位。编码器7能够检测支撑轴6的转动角度，从而确定摆锤试验的初始摆角。

果实定位滑块10与摆锤杆9的底部构成滑动副。果实定位滑块10上开设有轴线平行于摆锤杆9轴线方向的螺纹孔。调节螺栓12的顶端与固定在摆锤杆9中部的突出板构成转动副；调节螺栓12与果实定位滑块10上的螺纹孔构成螺旋副。通过旋转调节螺栓12，能使果实定位滑块10在摆锤杆9上下移动，从而调节果实碰撞的位置。调节螺栓12上旋有滑块锁紧螺母11。滑块锁紧螺母11位于果实定位滑块10与调节螺栓12的头部之间。滑块锁紧螺母11用于抵住完成定位的果实定位滑块10，达到对顶螺母锁止的效果。果实定位滑块10上固定有朝向受击组件2的果实固定板10-1。果实固定板10-1上开设有果实安置槽。果实安置槽呈顶端小底端大的形状，与胡萝卜的形状相适应。

如图3所示，受击组件2包括传感器安装板13、力传感器14和碰撞部件15。传感器安装板13的四角开设有横向的第一腰型孔，用于调节碰撞的左右位置。安装板13通过螺栓和第一腰型孔安装在外框架4底部的一侧。传感器安装板13的中部开设有纵向的第二腰型孔，用于调整力传感器14的安装高度。受击座通过螺栓螺母和第二腰型孔安装在传感器安装板13的中部。第二腰型孔共开设有纵向排列的四组，从而能够实现受击座位置的大幅度调节。力传感器14安装在受击座上。碰撞部件15安装在力传感器14上。碰撞部件15包括焊接在一起的安装座和圆管。碰撞部件15的圆管用来模拟生产过程中碰撞胡萝卜的拉拽杆。圆管位于支撑轴6的正下方。

如图4所示，摆角调节组件3包括导轨板16、推拉式电磁铁17和紧固螺母18。导轨板16固定在外框架4的中上部位。导轨板16的侧面垂直于支撑轴6的轴线。导轨板16与摆锤杆9的间距小于l＝a-b；其中，a为推拉式电磁铁17的行程；b为摆锤杆9的宽度。导轨板16上开设有圆心在支撑轴6轴线上的圆弧形导轨槽。圆弧形导轨槽的侧部设置有量角刻度线；量角刻度线中的零刻度线竖直设置。推拉式电磁铁17呈圆柱状的外壳穿过圆弧形导轨槽，且轴线垂直于导轨板16的侧面。推拉式电磁铁17的外壳上设置有外螺纹，且旋有两个紧固螺母18。两个紧固螺母18分别位于导轨板16的两侧。推拉式电磁铁17朝向导轨板16靠近摆锤杆9的一侧。当推拉式电磁铁17推出时，能够阻挡摆锤杆9向下摆动；当推拉式电磁铁17缩回时，能够释放摆锤杆9，使得果实固定板10-1上固定的胡萝卜撞击向碰撞部件15。松开两个紧固螺母18后能够调节推拉式电磁铁17的位置；圆弧形导轨槽上量角刻度线能够为推拉式电磁铁17的位置调节提供参考。

数据采集系统包括信号放大器、数据采集器、控制器和计算机。力传感器的信号输出接口与信号放大器信号输入接口连接，信号放大器的信号输出接口与数据采集器的信号输入接口连接，数据采集器的信号输出接口与计算机连接。编码器7的信号输出接口与控制器的信号输入接口连接。控制器与计算机通信。推拉式电磁铁17由脚踏开关进行通断电控制；踩下脚踏开关时，推拉式电磁铁17伸出。

本实用新型的工作原理如下：

首先，用扎带将胡萝卜固定在果实定位滑块10的果实固定板10-1上。松开滑块锁紧螺母11，转动调节螺栓12的位置，调节胡萝卜的位置。然后，松开紧固螺母18，调整推拉式电磁铁17的位置。抬起摆锤杆9至推拉式电磁铁17的上方，踩住脚踏式开关，推拉式电磁铁17的伸缩杆伸出，松开摆锤杆9并使其被伸缩杆支撑住。

接着，松开脚踏式开关，推拉式电磁铁17的伸缩杆缩回，摆锤杆9自由释放。胡萝卜冲击碰撞部件15上的圆管，在摆锤杆9回弹到最高处之后，手动固定住摆锤杆9以防止胡萝卜二次冲击。

最后，力传感器14记录冲击力峰值，编码器7记录下初始角度值和摆锤杆9撞击后弹起到最高点的角度。工作人员观察萝卜的损伤情况。

实施例2

利用实施例1中所述的一种用于胡萝卜碰撞损伤分析的新型摆锤冲击装置进行更加细致的胡萝卜碰撞损伤检测的过程如下：

步骤一、将n根胡萝卜随机分成m组，测量出每根胡萝卜的质量m。为确保每组胡萝卜的初始冲击能一致，由每根胡萝卜质量计算其对应的摆臂角度α。

步骤二、用扎带将胡萝卜固定在果实定位滑块10的果实固定板10-1上。松开滑块锁紧螺母11，转动调节螺栓12的位置，调节胡萝卜的位置，确保胡萝卜碰撞区域与安装在力传感器14的碰撞部件15持平，且摆锤杆保持自然垂直。

步骤三、根据胡萝卜对应的摆臂角度，松开紧固螺母18，调整推拉式电磁铁17到导轨板16上量角刻度线的相应角度刻度上。抬起摆锤杆9至推拉式电磁铁17的上方，踩住脚踏式开关，推拉式电磁铁17的伸缩杆伸出，松开摆锤杆9并使其被伸缩杆支撑住。

步骤四、控制器对编码器7和力传感器14的数据记录进行置位，松开脚踏式开关，推拉式电磁铁17的伸缩杆缩回，摆锤杆9自由释放。

步骤五、胡萝卜冲击碰撞部件15上的圆管，在摆锤杆9回弹到最高处之后，手动固定住摆锤杆9以防止胡萝卜二次冲击。

步骤六、记录力传感器14的冲击力峰值和编码器7的初始角度值以及摆锤杆9在初始位置的角度与撞击后弹起到最高点的角度之差。

步骤七、取下胡萝卜，更换下一根胡萝卜重复步骤二到六，直至完成全部试验。

步骤八、计算每根胡萝卜的冲击损耗能。将试验后的胡萝卜样本储存在室内条件下24h，检测胡萝卜损伤情况并记录。

步骤九、分别按照胡萝卜冲击力、初始冲击能和冲击损耗能大小重新归类分组成m组,分别计算每组胡萝卜的损伤率，并对胡萝卜损伤率与冲击力、初始冲击能和冲击损耗能进行回归分析。