專利名稱：秸稈壓縮成型打捆試驗裝置及試驗方法
技術領域：
本發明涉及秸稈打捆試驗裝置技術領域，具體的講一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置。
背景技術：
農作物秸稈的收集儲運一直是制約農業生物質資源工業化規模利用的首要難題， 開發研制壓捆機是解決農業生物質秸稈收集儲運問題，滿足工業化利用的有效途徑之一。 目前對壓捆機各部件的研究改進，主要依賴樣機的田間試驗情況，但是田間試驗受氣候、田間情況和機器本身參數可調整范圍局限性的影響，使得這種試驗方法存在很多限制，也使得某些指標無法實時測量。主要表現在以下幾個方面
1、壓縮頻率的改變困難，很難得到不同的壓縮頻率下的壓縮效果。2、傳動軸輸入扭矩不易測量，很難得到整機所需要的合適功率。3、連桿壓縮力不易測量，很難得到壓縮力與功耗的關系。4、喂入量的改變比較困難，很難得到不同喂入量對草捆質量的影響。5、在壓縮過程中，壓縮室側板和底板所受的壓力很難得到。6、打結機構不能進行單獨試驗。7、田間試驗時秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況不易觀察。總之，進行田間試驗的目的是對秸稈壓捆機整機的性能和作業質量進行檢測和評價。而要通過田間試驗對不同喂入量、壓縮頻率、連桿壓縮力、壓縮室內壁受力、壓縮室活塞壓力、打結機構繩的張力、壓縮捆長度位移、主傳動軸轉速和扭矩、打結機構單獨試驗情況以及秸稈彈塑性變形情況等進行觀察測量是很難完成的。因此對秸稈壓捆機各個部件的優化改進僅僅依靠田間試驗是不夠的，必須通過大量的室內臺架試驗來進行。目前，只能夠檢索到機械式方草壓捆機打結器(CN201450886U)和方草壓捆機(CN10113^93)的相關專利， 而有關能夠消除田間因素對壓捆機性能和部件進行檢測的相關專利還沒有檢索到。
發明內容
本發明是為了克服現有田間試驗存在的上述缺點而提供的一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置及其試驗方法，具有參數調整方便、便于測量、能再現各種工況等特點，能消除現有試驗方法存在的缺點。為了解決田間試驗存在的問題，本發明采取的技術方案是包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置以及檢測與控制裝置。物料輸送裝置包括驅動電機及其傳動系統；所述的填料壓縮裝置包括機架及底座、動力輸入軸、撿拾裝置驅動輪、壓縮室、曲柄和連桿和棘輪，主傳動驅動電機連接動力輸入軸，在動力輸入軸上安裝一個轉速-扭矩傳感器，動力輸入軸連接到主齒輪箱，主齒輪箱一邊連接到撿拾機構，另一邊連接曲柄和連桿，在連桿上安裝一個拉壓傳感器，連桿連接到活塞，在活塞與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A， 壓縮室的底板和壓縮室的一邊側板上分別安裝三個壓力傳感器B，壓縮室的上面安裝棘輪，棘輪軸上安裝一個轉速編碼器A，壓縮室未安裝傳感器的一邊側板用鋼化透明玻璃制成，外圍設置高強度照明系統，配合高速攝影；所述捆扎裝置包括捆繩箱、引針架、引針、打結器， 在打結器的主軸端安裝一個編碼器B ；將所述的拉壓傳感器、壓力傳感器A、壓力傳感器B、 編碼器A、編碼器B分別連接到工控機，通過安裝在工控機上的操縱臺進行檢測和控制。本發明的捆扎裝置與填料壓縮裝置一起試驗時，由一個主傳動驅動電機共同驅動；捆扎裝置進行單獨試驗時，可由捆扎裝置驅動電機單獨驅動，并且將連接在捆扎裝置驅動鏈輪上的鏈條連接到單獨驅動電機的鏈輪上。本發明試驗方法采用的技術方案依次包括如下步驟
a、啟動輸送帶驅動電機和主傳動驅動電機，根據試驗需要，調整輸送裝置的輸送速度和活塞的壓縮頻率，調整好后輸送帶驅動電機和主傳動驅動電機；
b、將物料均勻鋪放在輸送帶上；
C、啟動主傳動驅動電機，待裝置達到并穩定在預先選定的參數后，啟動輸送帶驅動電
機；
d、物料在輸送帶的帶動下進入撿拾機構，彈齒高速旋轉，物料送入進草箱，叉桿將物料耙入壓縮室，物料被活塞壓成一層層草片并不斷向后移動，草片推動棘輪旋轉，當草片長度達到設定長度時，引針將捆繩送入打結器完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被壓草片的推動下送入放草板排出機外；
e、利用檢測與控制裝置采集、記錄并顯示轉速-扭矩傳感器、拉壓傳感器、壓力傳感器 A、壓力傳感器B及編碼器A、編碼器B所采集到的數據；
f、利用高速攝影，經圖像處理，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況；收集與處理捆扎好的草捆，測量計算出草捆的質量、體積、密度等指標，同時直接觀察草捆的成捆率。本發明使用安全、檢測全面、操作方便，可模擬秸稈壓捆機田間工作狀況，再現秸稈收集過程中的撿拾、壓縮、打捆過程能消除現有田間試驗方法存在的缺陷。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步說明。圖1是本發明裝置主體結構示意圖。圖2是本發明裝置主體結構俯視示意圖。圖中1輸送帶，2輸送帶驅動電機，3機架及底座，4主傳動驅動電機，5動力輸入軸，6聯軸器，7轉速-扭矩傳感器，8萬向聯軸器，9安全罩，10離合器，11飛輪，12主齒輪箱，13撿拾裝置驅動輪，14撿拾機構，15撿拾裝置高度調節裝置，16彈齒，17進草箱，18叉桿，19壓縮室，20曲柄，21拉壓傳感器，22連桿，23活塞，24壓力傳感器A，25棘輪，26編碼器A，27壓力傳感器B，28壓板，29三角齒輪，30齒條，31草捆長度調節裝置，32捆繩箱，33 拉桿，；34引針架，35引針，36打結器，37捆扎裝置驅動電機，38鏈輪，39編碼器B，40草捆密度調節裝置，41放草板，42操縱臺，43啟動開關，44調速旋鈕，45指示燈，46工控機，47急停按鈕，48顯示器。
具體實施例方式如圖1、2所示，主要包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置和檢測與控制裝置。輸送裝置包括輸送帶驅動電機2、輸送帶1和張緊輪。試驗時可根據所需要的喂入量調整電機2的轉速。填料壓縮裝置包括機架及底座3，連接驅動電機4的動力輸入軸5，在動力輸入軸5上安裝一個轉速-扭矩傳感器7，試驗過程中測量傳動扭矩和轉速的變化。動力輸入軸5連接到主齒輪箱12，主齒輪箱12—邊連接到撿拾裝置驅動輪13，撿拾裝置的高度可由撿拾裝置高度調節裝置15調節；主齒輪箱12 —邊連接曲柄20和連桿22，在連桿22 上安裝一個拉壓傳感器21，量程為0 300kg，測量連桿壓縮力，且傳感器21具有足夠大的抗剪切力；連桿22連接到活塞23，在活塞23與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A24， 可進行壓縮活塞表面壓力測量，壓縮室19的底板和壓縮室19的一邊側板上分別安裝三個壓力傳感器B27，可進行壓縮室側板壓力和壓縮室底板壓力的測量；壓縮室的上面安裝棘齒計量輪25，輪軸與一個高精度增量型轉速編碼器似6結合，可測量未成捆長度增長變化。 捆扎裝置包括捆繩箱32、引針架34、引針35、打結器36和安裝在打結器的主軸端的一個編碼器B39。如圖1所示捆扎裝置可進行單獨試驗，由捆扎裝置驅動電機37驅動，打結器主軸端安裝一個高精度增量型轉速編碼器B39，測試打結過程中轉速變化和得到成捆完成信號。將拉壓傳感器21、壓力傳感器A24、壓力傳感器B 27、編碼器A26、編碼器B39分別連接到工控機46，通過安裝在工控機46內的監控軟件和安裝在工控機46上的操縱臺42進行檢測和控制。操作臺42上的啟動開關43用來控制各個運動部件的起停，調速旋鈕44用來控制各個運動部件速度，指示燈45顯示各個部件的運行情況，當出現異常現象時使用急停按鈕47防止出現意外。試驗時，首先開啟電源，檢查檢測控制系統線路，確保狀態良好；然后對測控系統進行參數設置，將輸送帶速度調至所需大小，并將活塞23壓縮頻率調至所需頻率后關閉電機。將試驗秸稈均勻鋪放在輸送裝置1上，開啟主傳動驅動電機4，待裝置達到并穩定在預先選定的參數后，開啟輸送帶驅動電機。試驗過程中，輸送帶速度，活塞23頻率等信息直接記錄在工控機46中；利用監測與控制裝置采集、記錄并顯示轉速-扭矩傳感器7、拉壓傳感器21、壓力傳感器A24、壓力傳感器B27及編碼器A26、編碼器B39所采集到的數據。為便于觀察秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形，壓縮室19未安裝傳感器的一邊側板用鋼化透明玻璃制成，外圍設置高強度照明系統，利用高速攝影，經圖像處理，可獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況。試驗結束時關閉各控制裝置開關，監測與控制裝置自動記錄保存整個試驗過程數據，達到試驗目的。
權利要求
1.一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置和檢測與控制裝置；其特征在于，所述的物料輸送裝置包括輸送帶驅動電機(2)及其傳動系統；所述的填料壓縮裝置包括機架及底座(3)、動力輸入軸(5)、撿拾裝置驅動輪(13)、壓縮室(19 )、曲柄(20 )和連桿(22 )和棘輪(25 )，主傳動驅動電機(4)連接動力輸入軸(5 )，在動力輸入軸(5)上安裝一個轉速-扭矩傳感器(7)，動力輸入軸(5)連接到主齒輪箱(12)，主齒輪箱(12)—邊連接到撿拾裝置驅動輪(13)，另一邊連接曲柄(20)和連桿(22)，在連桿上安裝一個拉壓傳感器(21)，連桿(22 )連接到活塞(23 )，在活塞(23 )與物料接觸端面處安裝兩個壓力傳感器A (24)；所述壓縮室(19)的底板和壓縮室(19) 一邊的側板上分別安裝三個壓力傳感器B (27)，壓縮室(19)的上面安裝棘輪(25)，棘輪軸上安裝一個轉速編碼器A (26)，壓縮室(19)未安裝傳感器的一邊側板用鋼化透明玻璃，外圍設置高強度照明系統，配合高速攝影；所述捆扎裝置包括捆繩箱(32)、引針架(34)、引針(35)、打結器(36)，在打結器(36)的主軸端安裝一個編碼器B (39)；將所述的拉壓傳感器(21)、壓力傳感器A (24), 壓力傳感器B (27)和編碼器A (沈)、編碼器B (39)分別連接到工控機(46)，通過安裝在工控機(46 )上的操縱臺(42 )進行檢測和控制。
2.根據權利要求書1所述的秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，其特征在于所述捆扎裝置與填料壓縮裝置一起試驗時，由主傳動驅動電機(4)共同驅動；捆扎裝置單獨試驗時，由捆扎裝置驅動電機(37)單獨驅動，并將連接在捆扎機構驅動鏈輪上的鏈條連接到鏈輪(37) 上。
3.根據權利要求書1所述的秸稈壓縮成型打捆試驗裝置，其特征在于所述檢測與控制裝置的控制臺包括啟動開關(41)、調速旋鈕(42)、指示燈(43)、工控機(44)、急停按鈕 (45)、顯示器(46)。
4.一種秸稈壓縮成型打捆試驗方法，其特征在于，具體步驟如下a、啟動輸送帶驅動電機(2)和主傳動驅動電機(4)，根據試驗需要，調整輸送裝置(1) 的輸送速度和活塞(23)的壓縮頻率，調整好后輸送帶驅動電機(2)和主傳動驅動電機(4);b、將物料均勻鋪放在輸送帶上；c、啟動主傳動驅動電機(4)，待裝置達到并穩定在預先選定的參數后，啟動輸送帶驅動電機(2);d、物料在輸送帶的帶動下進入撿拾機構(14)，彈齒(16)高速旋轉，物料送入進草箱 (17)，叉桿(18)將物料耙入壓縮室(19)，物料被活塞(23)壓成一層層草片并不斷向后移動，草片推動棘輪(25)旋轉，當草片長度達到設定長度時，引針將捆繩送入打結器(36)完成捆扎；捆扎好的草捆在前面被壓草片的推動下送入放草板(41)排出機外；e、利用檢測與控制裝置采集、記錄并顯示轉速-扭矩傳感器(7)、拉壓傳感器(21)、壓力傳感器A (M)、壓力傳感器B (27)及編碼器A (沈)、編碼器B (39)所采集到的數據；f、利用高速攝影，經圖像處理，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況；收集與處理捆扎好的草捆，測量計算出草捆的質量、體積、密度等指標，同時直接觀察草捆的成捆率。
全文摘要
本發明公開了一種秸稈壓縮成型打捆試驗裝置和試驗方法。包括物料輸送裝置、填料壓縮裝置、捆扎裝置以及檢測與控制裝置，可模擬秸稈壓捆機田間工作狀況，再現秸稈收集過程中的撿拾、壓縮、打捆過程。改變輸送帶上物料的層厚和輸送帶速度，獲得不同喂入量；通過調節傳動軸轉速，獲得不同的壓縮頻率，分析壓縮頻率對草捆質量的影響；通過調整壓縮室上的壓板傾角，獲得不同的壓縮力，分析壓縮力對草捆密度和成捆率的影響；利用高速攝影，獲得秸稈在壓縮過程中的彈塑性變形情況。本發明使用安全、檢測全面、操作方便，能消除現有田間試驗方法存在的缺陷，獲取更加詳細、科學的信息。
文檔編號G01M13/00GK102279099SQ20111008058
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者尹建軍, 徐劍, 徐立章, 李耀明 申請人:江蘇大學