立式螺旋開溝器土槽試驗裝置范文

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《排灌機械工程學報》2014年第五期

1關鍵工作裝置

1.1開溝裝置開溝測試裝置由連接板，開溝電動機，扭矩傳感器，輸入、輸出法蘭，連接銷軸，立式螺旋開溝器，擋土板等組成，如圖2所示．通過調節(jié)開溝電動機的輸出轉速，可模擬立式螺旋開溝器不同轉速情況下的土壤切削情況．扭矩傳感器用于檢測開溝器作業(yè)過程中的轉矩和實際轉速．為了方便研究開溝器的結構參數(shù)對土壤切削性能的影響，開溝器與輸出法蘭采用過渡配合的銷連接，試驗過程中，只需敲下銷軸，便可快速拆換不同結構參數(shù)的開溝器進行試驗．

1.2升降裝置升降裝置由手輪，支架，絲杠，絲杠螺母，升降導軌，上、下蓋板，固定座等組成，其結構如圖3所示．升降導軌和固定座連接開溝測試裝置與開溝器升降裝置，固定座上安裝有絲杠螺母，手輪驅動絲杠可控制固定座沿升降導軌上升或下降，從而實現(xiàn)開溝深度的調節(jié)．開溝器開溝深度調節(jié)范圍為0～430mm．

1.3角度調節(jié)裝置角度調節(jié)裝置由擺桿、絲杠、手輪、絲杠螺母、固定座和支架等組成，其結構如圖4所示．開溝器傾角調節(jié)裝置的一端通過擺桿與開溝器升降裝置鉸接，另一端通過固定座與行走裝置底板鉸接，固定座上安裝有絲杠螺母，調節(jié)絲杠與絲杠螺母可將絲杠的旋轉運動轉化為2個鉸接點A，B之間距離的變化，從而實現(xiàn)開溝器的作業(yè)角度可在0～30°范圍內調節(jié)．

2測控系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)硬件系統(tǒng)硬件主要由電動機控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和安裝有LabVIEW的上位機等組成，其測控系統(tǒng)硬件結構示意圖如圖5所示．電動機控制系統(tǒng)由松下的VF200系列變頻器、開溝電動機、行走電動機和NI數(shù)據(jù)采集卡6008等組成，數(shù)據(jù)采集卡利用輸出的模擬信號對變頻器實現(xiàn)外控，從而實現(xiàn)開溝器前進速度及轉速的調節(jié)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括LDN－08D型扭矩傳感器、F／V轉換模塊和NI數(shù)據(jù)采集卡6008等，其中扭矩傳感器將檢測到的信號經F／V轉換模塊交由數(shù)據(jù)采集卡讀取，從而實現(xiàn)轉速、轉矩的實時采集；上位機通過安裝的LabVIEW應用程序實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和保存，構建良好的人機交互界面．

2.2軟件測控系統(tǒng)界面如圖6所示．系統(tǒng)軟件應用LabVIEW虛擬儀器技術中的圖形化語言開發(fā)［15］，具有良好的操作性和人機交互界面．該軟件的功能有電動機啟停、正反轉，轉速控制，轉矩、轉速的采集、顯示及切削功耗的處理和分析．

3裝置試驗

3.1試驗條件及試驗方法利用該試驗裝置在江蘇大學農業(yè)工程研究院的土槽中進行試驗，如圖7所示．試驗過程中土槽的土壤密度為2456kg／m3，堅實度為043MPa，含水率為286％，內聚力為37800N／m2．整個開溝裝置在轉速為250r／min，開溝角度為0°，開溝深度為250mm的情況下，進行了前進速度分別為3，4，5m／min的土壤切削試驗．

3.2試驗結果3種前進速度下切削功耗實時采集結果見圖8．3m／min時切削功耗的均值為133kW，最大值為189kW；4m／min時切削功耗的均值為181kW，最大值為270kW；5m／min時切削功耗的均值為222kW，最大值為381kW．

3.3試驗結果分析根據(jù)現(xiàn)有文獻，僅呂正泮［3］曾對等螺距錐形螺旋開溝器的土壤切削功耗做過理論研究．為了判定試驗測得的切削功耗的準確度，需要將開溝器的結構參數(shù)做一定的修改，從而為試驗的正確性進行粗略的驗證，修改后的錐頂半角為45°，螺旋角為60°，圓錐體高度為399mm，上下底半徑分別為150，120mm．將修正后的參數(shù)代入式（1）進行理論計算．理論計算功耗與試驗值的對比如表2所示，試驗中的切削功耗均高于理論值，這是由于土槽中的土壤性能不能達到完全一致，但是試驗值與理論值的最大誤差e為1105％，這說明所設計的開溝裝置具有較高的實用性．

4結論

1）立式螺旋開溝器土槽試驗裝置以上位機和數(shù)據(jù)采集卡為控制系統(tǒng)核心，利用LabVIEW編寫的測控軟件實現(xiàn)了開溝器的轉速、轉矩等參數(shù)的采集、顯示及土壤切削功耗的處理和分析，可根據(jù)試驗需要以立式螺旋開溝器的前進速度、轉速、開溝深度以及開溝作業(yè)角度為組合因素進行土壤切削試驗．2）利用該試驗裝置開展了以前進速度為變量的單因素土壤切削試驗，作業(yè)工況：轉速為250r／min，開溝角度為0°，開溝深度為250mm，前進速度分別為3，4，5m／min，該試驗條件下所得的切削功耗與理論值的誤差最大為1105％．試驗表明，該裝置具有較高的實用性，能開展土壤切削性能試驗．

作者：張泉泉李萍萍朱長順王紀章劉繼展徐云峰單位：江蘇大學現(xiàn)代農業(yè)裝備與技術教育部重點實驗室南京林業(yè)大學森林資源與環(huán)境學院