立式螺旋开沟器土槽试验装置范文

《排灌机械工程学报》2014年第五期

1关键工作装置

1.1开沟装置开沟测试装置由连接板，开沟电动机，扭矩传感器，输入、输出法兰，连接销轴，立式螺旋开沟器，挡土板等组成，如图2所示．通过调节开沟电动机的输出转速，可模拟立式螺旋开沟器不同转速情况下的土壤切削情况．扭矩传感器用于检测开沟器作业过程中的转矩和实际转速．为了方便研究开沟器的结构参数对土壤切削性能的影响，开沟器与输出法兰采用过渡配合的销连接，试验过程中，只需敲下销轴，便可快速拆换不同结构参数的开沟器进行试验．

1.2升降装置升降装置由手轮，支架，丝杠，丝杠螺母，升降导轨，上、下盖板，固定座等组成，其结构如图3所示．升降导轨和固定座连接开沟测试装置与开沟器升降装置，固定座上安装有丝杠螺母，手轮驱动丝杠可控制固定座沿升降导轨上升或下降，从而实现开沟深度的调节．开沟器开沟深度调节范围为0～430mm．

1.3角度调节装置角度调节装置由摆杆、丝杠、手轮、丝杠螺母、固定座和支架等组成，其结构如图4所示．开沟器倾角调节装置的一端通过摆杆与开沟器升降装置铰接，另一端通过固定座与行走装置底板铰接，固定座上安装有丝杠螺母，调节丝杠与丝杠螺母可将丝杠的旋转运动转化为2个铰接点A，B之间距离的变化，从而实现开沟器的作业角度可在0～30°范围内调节．

2测控系统

2.1系统硬件系统硬件主要由电动机控制系统、数据采集系统和安装有LabVIEW的上位机等组成，其测控系统硬件结构示意图如图5所示．电动机控制系统由松下的VF200系列变频器、开沟电动机、行走电动机和NI数据采集卡6008等组成，数据采集卡利用输出的模拟信号对变频器实现外控，从而实现开沟器前进速度及转速的调节；数据采集系统主要包括LDN－08D型扭矩传感器、F／V转换模块和NI数据采集卡6008等，其中扭矩传感器将检测到的信号经F／V转换模块交由数据采集卡读取，从而实现转速、转矩的实时采集；上位机通过安装的LabVIEW应用程序实现数据的实时显示和保存，构建良好的人机交互界面．

2.2软件测控系统界面如图6所示．系统软件应用LabVIEW虚拟仪器技术中的图形化语言开发［15］，具有良好的操作性和人机交互界面．该软件的功能有电动机启停、正反转，转速控制，转矩、转速的采集、显示及切削功耗的处理和分析．

3装置试验

3.1试验条件及试验方法利用该试验装置在江苏大学农业工程研究院的土槽中进行试验，如图7所示．试验过程中土槽的土壤密度为2456kg／m3，坚实度为043MPa，含水率为286％，内聚力为37800N／m2．整个开沟装置在转速为250r／min，开沟角度为0°，开沟深度为250mm的情况下，进行了前进速度分别为3，4，5m／min的土壤切削试验．

3.2试验结果3种前进速度下切削功耗实时采集结果见图8．3m／min时切削功耗的均值为133kW，最大值为189kW；4m／min时切削功耗的均值为181kW，最大值为270kW；5m／min时切削功耗的均值为222kW，最大值为381kW．

3.3试验结果分析根据现有文献，仅吕正泮［3］曾对等螺距锥形螺旋开沟器的土壤切削功耗做过理论研究．为了判定试验测得的切削功耗的准确度，需要将开沟器的结构参数做一定的修改，从而为试验的正确性进行粗略的验证，修改后的锥顶半角为45°，螺旋角为60°，圆锥体高度为399mm，上下底半径分别为150，120mm．将修正后的参数代入式（1）进行理论计算．理论计算功耗与试验值的对比如表2所示，试验中的切削功耗均高于理论值，这是由于土槽中的土壤性能不能达到完全一致，但是试验值与理论值的最大误差e为1105％，这说明所设计的开沟装置具有较高的实用性．

4结论

1）立式螺旋开沟器土槽试验装置以上位机和数据采集卡为控制系统核心，利用LabVIEW编写的测控软件实现了开沟器的转速、转矩等参数的采集、显示及土壤切削功耗的处理和分析，可根据试验需要以立式螺旋开沟器的前进速度、转速、开沟深度以及开沟作业角度为组合因素进行土壤切削试验．2）利用该试验装置开展了以前进速度为变量的单因素土壤切削试验，作业工况：转速为250r／min，开沟角度为0°，开沟深度为250mm，前进速度分别为3，4，5m／min，该试验条件下所得的切削功耗与理论值的误差最大为1105％．试验表明，该装置具有较高的实用性，能开展土壤切削性能试验．

作者：张泉泉李萍萍朱长顺王纪章刘继展徐云峰单位：江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室南京林业大学森林资源与环境学院