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，從而實現開溝深度的調節．開溝器開溝深度調節范圍為0～430mm．

1.3角度調節裝置角度調節裝置由擺桿、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，從而實現開溝器的作業角度可在0～30°范圍內調節．

2測控系統

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

2.2軟件測控系統界面如圖6所示．系統軟件應用LabVIEW虛擬儀器技術中的圖形化語言開發［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試驗結果分析根據現有文獻，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據采集卡為控制系統核心，利用LabVIEW編寫的測控軟件實現了開溝器的轉速、轉矩等參數的采集、顯示及土壤切削功耗的處理和分析，可根據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：江蘇大學現代農業裝備與技術教育部重點實驗室南京林業大學森林資源與環境學院