砝码杠杆式可移动静标定装置及标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种砝码杠杆式可移动静标定装置及标定方法，所述标定装置包括移动小车，小车底板上安装有竖直设置的砝码支架和杠杆支架，砝码支架位于所述杠杆支架的后侧，杠杆支架上安装有缠带轮；杠杆支架的顶端和前/后侧设有卡槽，缠带轮通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定，所述缠带轮与一设置在缠带轮后方的杠杆臂固定连接，砝码支架的顶端设有定滑轮，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮上方绕过与所述杠杆臂的后端连接；所述缠带轮通过第一连接带与测力装置连接，所述第一连接带的尾部固定在缠带轮上，标定时，第一连接带从缠带轮下方绕过。本发明标定装置和标定方法具有设计合理，测量精准，设备造价低，易于制造的优点。
【专利说明】
砝码杠杆式可移动静标定装置及标定方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种农业机械技术领域，具体为一种砝码杠杆式可移动静标定装置及标定方法，适用于对拉压力传感器的标定。
【背景技术】
[0002]农机具土槽试验是对农田作业机械整机或工作部件进行试验的有效手段，对于农业装备新产品的研究开发具有重要的意义，与田间试验相比，土槽试验台具有费用少，条件可控，能缩短研究周期等优点。现有土槽试验台的形式基本有二种:一种是土槽移动，试验部件相对固定；另一种是土槽不动，试验部件沿土槽移动，它与田间作业情况较相似，相对而言，前者多为小型土槽，后者大多为大型土槽。土槽试验台主要用于耕耘机械、播种机械、移栽机械、挖掘式收获机械等整机或工作部件的试验研究和性能测试，且其中对于土壤工作部件来说，研究土壤作用在试验部件上的合力或在x、Y、z轴上的分力尤其重要，故测力装置是土槽试验台的主要组成部分，而对传感器进行标定是保障数据测量精准的重要试验过程。
【发明内容】
[0003]本发明的技术目的是提供一种适用于拉压力传感器的砝码杠杆式可移动静标定装置及标定方法。
[0004]本发明公开的技术方案为:
一种砝码杠杆式可移动静标定装置，设有一可移动的小车，其特征在于:
所述小车设有底板，所述底板上安装有竖直设置的砝码支架和杠杆支架，砝码支架位于所述杠杆支架的后侧。
[0005]所述杠杆支架上安装有缠带轮，杠杆支架的顶端和前/后侧设有卡槽，缠带轮通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定，所述缠带轮与一设置在缠带轮后方的杠杆臂固定连接，所述砝码支架的顶端设有一定滑轮，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮上方绕过与所述杠杆臂的后端连接，所述杠杆臂的后端设有一连接第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面，所述圆弧形面的圆心落在所述缠带轮的中心轴螺杆上，第二连接带连接在所述圆弧形面上。在标定装置处于初始状态时，使第二连接带贴覆在所述圆弧形面上一段，使杠杆臂转动过程中，缠带轮中心轴到杠杆臂端头这一段力臂距离保持不变。所述缠带轮通过设有连接端头的第一连接带与安装了传感器的测力装置连接，所述第一连接带的尾部固定在缠带轮上，标定时，第一连接带从缠带轮下方绕过。
[0006]上述方案中，所述杠杆支架与缠带轮、杠杆臂构成了标定装置杠杆结构的主要组成部分，缠带轮的中心轴即为杠杆结构的转动中心，通过调整杠杆转动中心两侧力臂的比例，即缠带轮半径与缠带轮中心轴到杠杆臂端头后侧面的距离之比，可将砝码重力放大到合适的倍数后转化为施加在测力装置上的力。
[0007]在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括:
所述第一连接带优选采用钢带。
[0008]所述砝码优选采用C型砝码，所述砝码盘为C型砝码挂盘。
[0009]所述杠杆臂由两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮的轮盘上。
[0010]所述夹板上设有多个沿杠杆臂延伸的轴孔，方便调整所述杠杆结构两侧力臂的比例。
[0011]本发明标定装置设有一夹持梁，所述底板上表面设有多根限位钢管，其中包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，所述夹持梁的两端均设有套筒，套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体通过卡夹与外部机构固定连接，用于稳定小车与测力装置的相对位置，使标定装置整体与测力装置相对固定。
[0012]—种采用如上所述砝码杠杆式可移动静标定装置的标定方法，以测力装置前后方向为X轴方向，竖向方向为Z轴方向，左右方向为Y轴方向，其特征在于，包括以下步骤:
使小车处于测力装置的后方，调整所述缠带轮在杠杆支架上的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带从缠带轮下方绕过，紧固缠带轮两侧螺母，移动小车，使第一连接带脱离缠带轮的部分沿前后方向水平绷直，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受X轴牵引力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码；
使小车处于测力装置的后方，调整所述缠带轮的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带从缠带轮下方绕过，紧固缠带轮两侧螺母，移动小车，使第一连接带脱离缠带轮的部分保持竖直状态，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Z轴垂直力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码；
使小车处于测力装置的后方，将小车转动90度，调整所述缠带轮的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带从缠带轮下方绕过，紧固缠带轮两侧螺母，移动小车，使第一连接带脱离缠带轮的部分沿左右方向水平绷直状态，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Y轴侧向力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码。
[0013]有益效果:
本发明砝码杠杆式可移动静标定装置和标定方法适用于对采用拉压力传感器的测力装置的整体标定，尤其是土槽试验台使用的三维测力装置，可实现土槽试验对前进方向(X向)土壤阻力或台车牵引力、机具重力(Z向)与土壤反力的合力以及土壤侧向(Y向)反力等参数的精确测试。本发明标定装置和标定方法具有设计合理，测量精准，但设备造价低，易于生产制造的优点，适合推广使用。
【附图说明】
[0014]图1为本发明标定装置实施牵引力标定的结构示意图；
图2为本发明标定装置实施垂直力标定的结构示意图；
图3为本发明标定装置实施侧向力标定的主视结构示意图； 图4为本发明标定装置实施侧向力标定的侧视结构示意图；
图5为三维测力装置测力架结构与传感器配置的示意图。
【具体实施方式】
[0015]为了进一步阐明本发明的技术方案与技术目的，下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0016]如图1至图4所示的一种砝码杠杆式可移动静标定装置，包括一底部设有滚轮的可移动的小车，所述小车设有水平的底板101，所述底板101上安装有竖直设置的砝码支架102和杠杆支架103，砝码支架102位于所述杠杆支架103的后侧。
[0017]所述杠杆支架103上安装有缠带轮108，杠杆支架103的顶端和前侧设有U型卡槽，缠带轮108通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定。所述缠带轮108与一设置在缠带轮108后方的杠杆臂107固定连接。所述砝码支架102的顶端设有一定滑轮105，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮105上方绕过与所述杠杆臂107连接。所述缠带轮108通过设有连接端头的第一连接带104与安装了拉压传感器的测力装置连接，所述第一连接带104的尾部固定在缠带轮的顶端，标定时，第一连接带104从缠带轮108下方绕过。为了使尺寸计算精准，所述第一连接带104优选采用抗拉强度高的薄型材料，如钢带等。
[0018]所述砝码106采用C型砝码，所述砝码盘即为C型砝码挂盘。
[0019]所述杠杆臂107的后侧设有连接砝码盘第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面(即竖向截面为圆弧形)，所述圆弧形面的圆心落在所述缠带轮108的中心轴上。所述第二连接带的尾部固定在所述圆弧形面的下部，贴覆在圆弧形面上一段，在砝码盘上逐级增加砝码，杠杆臂107带动端头发生轻微转动时，可使杠杆结构后侧的力臂长度保持不变。
[0020]所述杠杆臂107的主体由两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮108两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮108的轮盘上。所述夹板上设有多个沿杠杆臂107延伸的轴孔，用于调整缠带轮108中心轴两侧力臂的比例。
[0021]所述底板101上表面设有多根限位钢管，其中至少包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，具体可采用正四角形排列的方式在底板上布置四根钢管。对应所述限位钢管，本实施例标定装置配有一夹持梁，所述夹持梁的两端均设有套筒，用于套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体可通过U形卡夹固定在外部机构上，进而使整个标定装置在标定过程中保持不动。
[0022]以标定三维测力装置为例，如图5所示，所述三维测力装置用于感知土槽试验台中被测机具在试验行程中的水平纵向受力(前进方向土壤阻力或台车牵引力)、竖直向受力(被测机具重力与土壤反力的合力)以及水平横向受力(土壤侧向反力)，包括采用空心钢管制成的测力架以及安装在测力架上的传感器组。所述测力架由对齐并在一起的前框架和后框架组成，所述前框架与后框架结构相同，土槽试验台的行走台车与所述前框架铰接，所述后框架用于与被测机具连接，后框架后侧面中部设有可拆卸的挂钩，用于挂接标定装置第一连接带的连接端头。所述前框架和后框架均为左右对称结构，呈“A”字型，如图5所示，由两侧臂和横向连接在两侧臂之间的横杆组成，所述侧臂下部为一段竖杆。以三维测力装置的前后方向(即行走台车的牵引方向)为X轴方向，所述横杆延伸的方向为Y轴方向，竖直方向为Z轴方向，所述传感器组包括三个按牵引方向布置的X轴拉压力传感器、两个按竖向布置的Z轴拉压力传感器和一个按横杆方向布置的Y轴拉压力传感器。各传感器一端的关节轴承以螺栓和螺母的连接方式分别固定在前框架上，另一端也通过螺栓和螺母的连接方式固定在后框架上，即保证了非测力方向的必要运动自由度，又消除或缩小了测力方向上的机械间隙，有利于提高测量精度。
[0023]一种用于上述三位测力装置，采用如上砝码杠杆式可移动静标定装置的标定方法，实施过程包括以下步骤:
(一)确保所述三维测力装置处于垂直于地面的竖直状态，将标定装置小车移动到三维测力装置的后方，将所述夹持梁套在小车的左右两个限位钢管上，处于松弛状态。调整所述缠带轮108的在杠杆支架103上的高度，将其安装在杠杆支架103的顶端，将第一连接带104的连接端头挂在所述测力装置的挂钩上，紧固缠带轮108两侧螺母，移动小车，使第一连接带104脱离缠带轮的部分沿前后方向水平绷直。将所述夹持梁套在横向排列的两根限位钢管上，在合适的高度位置通过U形卡夹固定在行走台车与测力架的连接杆上，并通过紧定螺钉将夹持梁固定在所述限位钢管上，进而使三维测力装置整体与标定装置相对固定，如图1所示。将三维测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受X轴牵引力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码。
[0024]设本实施例中杠杆比为1:8(缠带轮的半径:缠带轮中心轴到杠杆臂端头后侧面的距离)。三维测力装置对于牵引力的设计量程为5886N(600kgf)，静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作640kgf。对此分作8级，标定过程中砝码盘从零开始逐级加载，每级在挂盘上增加两个(3形砝码(101^;0，依杠杆比即各级加载为801^;1^、1601^;1^、2401^;1^、3201^;1；.、400kgf、480kgf、560kgf、640kgf，用仪器显示传感器信号图形，记录数据；然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3?5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力架对于牵引力(纵向拉力)测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。
[0025](二)在步骤(一)基础上进入测力装置受Z轴垂直力的标定过程时，从三维测力装置上卸下连接端头，松开夹持梁，后退小车，调整所述缠带轮108的高度到杠杆支架的中腰，如图2所示，将连接端头连接在所述测力装置上，紧固缠带轮108两侧螺母，移动小车，使第一连接带104脱离缠带轮的部分保持竖直状态，通过夹持梁将三维测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Z轴垂直力的标定过程。
[0026]此标定过程中，三维测力装置对于垂直受力的设计量程为3924N(400kgf)，静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作440kgf。对此分作11级，从零开始逐级加载，每级在挂盘上增加一个C形砝码(5kgf )，依杠杆比即各级加载为40kgf、80kgf、120kgf、160kgf、200kgf、240kgf、280kgf、320kgf、360kgf、400kgf、440kgf，用仪器显示信号图形，记录数据；然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3?5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力装置对于负重测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。
[0027](三)在步骤(一)或步骤(二)基础上进入测力装置受Y轴侧向力的标定过程时，从三维测力装置上卸下连接端头，松开并脱下夹持梁，后退小车，并将小车旋转90度，调整所述缠带轮108的高度到杠杆支架的顶端，如图3所示，将连接端头连接在所述测力装置的挂钩上，紧固缠带轮108两侧螺母，移动小车，使所述第一连接带104脱离缠带轮的部分沿左右方向水平绷直，通过夹持梁将三维测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Y轴侧向力的标定过程。
[0028]此标定过程中，三维测力装置对于侧向力的设计量程为1962N(200kgf)，静态标定时最大加载可达设计量程的110%，拟作2401^￡。对此分作6级，从零开始逐级加载。每级在挂盘上增加一个C形砝码(5kgf )，依杠杆比即各级加载为40kgf、80kgf、120kgf、160kgf、200kgf、240kgf，用仪器显示信号图形，记录数据;然后逐级卸载同时显示图形记录数据，直至全部卸载为零。如此反复进行3?5次，将仪器记录的图形和数据进行处理，得到三维测力架对于右侧拉力测量的静态性能指标，如线性、灵敏度、滞差等。
[0029]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种砝码杠杆式可移动静标定装置，设有一可移动的小车，其特征在于: 所述小车设有底板(101)，所述底板(101)上安装有竖直设置的砝码支架(102)和杠杆支架(103)，砝码支架(102)位于所述杠杆支架(103)的后侧，杠杆支架(103)上安装有缠带轮(108); 所述杠杆支架(103)的顶端和前/后侧设有卡槽，缠带轮(108)通过其左右两侧的中心轴螺杆卡在所述卡槽内，并通过螺母紧定，所述缠带轮(108)与一设置在缠带轮(108)后方的杠杆臂(107 )固定连接，所述砝码支架(102 )的顶端设有一定滑轮(105)，连接砝码盘的第二连接带从定滑轮(105)上方绕过与所述杠杆臂(107)的后端连接，所述杠杆臂(107)的后端设有一连接第二连接带的端头，所述端头的后侧面在竖直方向上为圆弧形面，所述圆弧形面的圆心落在所述缠带轮(108)的中心轴螺杆上，第二连接带连接在所述圆弧形面上；所述缠带轮(108)通过设有连接端头的第一连接带(104)与安装了传感器的测力装置连接，所述第一连接带(104)的尾部固定在缠带轮上，标定时，第一连接带(104)从缠带轮(108)下方绕过。2.根据权利要求1所述的一种砝码杠杆式可移动静标定装置，其特征在于，所述第一连接带(104)为钢带。3.根据权利要求1所述的一种砝码杠杆式可移动静标定装置，其特征在于，所述砝码(106)为C型破码，所述破码盘为C型破码挂盘。4.根据权利要求1所述的一种砝码杠杆式可移动静标定装置，其特征在于，所述杠杆臂(107)由两块夹板组成，两夹板的后端连接在一起，两夹板的前端通过轴孔套在缠带轮(108 )两侧的螺杆上，并通过螺钉固定在缠带轮(108)的轮盘上。5.根据权利要求4所述的一种砝码杠杆式可移动静标定装置，其特征在于，所述夹板上设有沿杠杆臂(107)延伸的多个轴孔。6.根据权利要求1-5中任一项所述的砝码杠杆式可移动静标定装置，其特征在于，设有一夹持梁，所述底板(101)上表面设有多根限位钢管，其中包括一组沿水平面纵向排列的两根钢管、一组沿水平面横向方向排列的两根钢管，所述夹持梁的两端均设有套筒，套在对应的两根限位钢管上，所述套筒通过紧定螺钉固定在限位钢管上，所述夹持梁的主体通过卡夹与外部机构固定连接，以稳定小车与测力装置的相对位置。7.—种采用如权I至权6中任一项砝码杠杆式可移动静标定装置的标定方法，以测力装置前后方向为X轴方向，竖向方向为Z轴方向，左右方向为Y轴方向，其特征在于，包括以下步骤: 使小车处于测力装置的后方，调整所述缠带轮(108)在杠杆支架(103)上的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带(104)从缠带轮(108)下方绕过，紧固缠带轮(108)两侧螺母，移动小车，使第一连接带(104)脱离缠带轮(108)的部分沿前后方向水平绷直，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受X轴牵引力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码； 使小车处于测力装置的后方，调整所述缠带轮(108)的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带(104)从缠带轮(108)下方绕过，紧固缠带轮(108)两侧螺母，移动小车，使第一连接带(104)脱离缠带轮(108)的部分保持竖直状态，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Z轴垂直力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码； 使小车处于测力装置的后方，将小车转动90度，调整所述缠带轮(108)的高度，将连接端头连接在所述测力装置上，第一连接带(104)从缠带轮(108)下方绕过，紧固缠带轮(108)两侧螺母，移动小车，使第一连接带(104)脱离缠带轮(108)的部分沿左右方向水平绷直状态，将测力装置与小车固定不动后再开启传感器数据采集模块，进入测力装置受Y轴侧向力的标定过程，标定过程中，向所述砝码盘中逐级增加砝码。
【文档编号】G01L25/00GK105953975SQ201610567140
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月19日
【发明人】汤庆, 吴崇友, 沐森林, 梁苏宁, 江涛, 王刚, 金梅, 吴俊 , 朱亮
【申请人】农业部南京农业机械化研究所