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一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法
【申請(專利)號：CN201810454328.9；申請權利人：華南農(nóng)業(yè)大學;發(fā)明設計人：閆國琦; 田鵬; 莫嘉嗣; 夏俊杰;】
摘要：
本發(fā)明公開了一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法，包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架是整個系統(tǒng)的主要承載結構，臺架的兩側安裝兩根光軸導軌，通過導軌與滑塊的配合，保證牽引臺可以在臺架上順暢的運行，傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機提供動力，通過同步輪和同步帶的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸上，再由光軸兩端的同步輪驅(qū)動同步帶將動力傳遞給臺架上端的牽引臺。本發(fā)明操作方便，數(shù)據(jù)采集便捷，可靠性安全性高，運行穩(wěn)定，可應用于各種水田機械部件或者試驗模型的性能檢驗。
主權項：
1.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌，光軸導軌的兩端安裝有限位結構，用于防止牽引臺運行時發(fā)生過速危險；箱體結構位于臺架下方，臺架的一端是操作平臺，光軸通過光軸支座固定于操作平臺一端的鋁型材上；光軸的兩端和臺架另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪，同步輪上套有同步帶，同步帶與牽引臺連接；三相異步交流電機安裝在操作平臺上，三相異步交流電機和光軸的對應位置安裝有相匹配的同步輪，同步輪上套有同步帶，三相異步交流電機通過同步輪將動力由同步帶傳遞到光軸，再通過光軸兩端的同步輪將動力均勻分配給同步帶，然后同步帶帶動牽引臺在臺架上的光軸導軌上行走；牽引臺位于臺架上，牽引臺的下方安裝有與光軸導軌相匹配的滑塊，通過光軸導軌與滑塊的配合，確保牽引臺在臺架上順暢運行；牽引臺下方與牽引梁架剛性連接，牽引梁架通過鋼纜與拉力傳感器的一端相連接，拉力傳感器的另一端與試驗船板相連接，用于連接和牽引試驗船板在箱體結構內(nèi)行進；拉力傳感器與變送器相連接，變送器與電腦連接，電腦與變送器連接，變送器連接變頻器，變頻器連接三相異步交流電機，通過電腦輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C的電源頻率，達到控制三相異步交流電機運行速度的目的。
要求：
1.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌，光軸導軌的兩端安裝有限位結構，用于防止牽引臺運行時發(fā)生過速危險；箱體結構位于臺架下方，臺架的一端是操作平臺，光軸通過光軸支座固定于操作平臺一端的鋁型材上；光軸的兩端和臺架另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪，同步輪上套有同步帶，同步帶與牽引臺連接；三相異步交流電機安裝在操作平臺上，三相異步交流電機和光軸的對應位置安裝有相匹配的同步輪，同步輪上套有同步帶，三相異步交流電機通過同步輪將動力由同步帶傳遞到光軸，再通過光軸兩端的同步輪將動力均勻分配給同步帶，然后同步帶帶動牽引臺在臺架上的光軸導軌上行走；牽引臺位于臺架上，牽引臺的下方安裝有與光軸導軌相匹配的滑塊，通過光軸導軌與滑塊的配合，確保牽引臺在臺架上順暢運行；牽引臺下方與牽引梁架剛性連接，牽引梁架通過鋼纜與拉力傳感器的一端相連接，拉力傳感器的另一端與試驗船板相連接，用于連接和牽引試驗船板在箱體結構內(nèi)行進；拉力傳感器與變送器相連接，變送器與電腦連接，電腦與變送器連接，變送器連接變頻器，變頻器連接三相異步交流電機，通過電腦輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C的電源頻率，達到控制三相異步交流電機運行速度的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：臺架是整個實驗裝置的主要承載結構，選用方管鋁型材。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：同步輪采用T型齒，同步帶采用抗拉性能較強的鋼纜同步帶。
4.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：實驗裝置的傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機提供動力，通過同步輪和同步帶的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸上，再由光軸兩端的同步輪驅(qū)動同步帶將動力傳遞給牽引臺；并由電腦控制，通過改變變頻器的頻率，達到控制牽引臺運行速度的目的。
5.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：實驗裝置的測試系統(tǒng)由安裝在牽引臺下方與牽引梁架連接的拉力傳感器、安裝在牽引臺上的變送器、以及固定在操作平臺上的電腦組成，測試時將拉力傳感器的測試數(shù)據(jù)經(jīng)變送器傳遞給電腦，用于數(shù)據(jù)的采集和記錄。
6.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：箱體結構用于容納水和泥土，通過調(diào)和稻田土和水的比例來達到模擬水田的環(huán)境。
7.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法，其特征在于：是采用權利要求1～6中任一項所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置進行實驗，包括下述步驟：
(1)檢測實驗裝置的結構穩(wěn)定性和牽引臺在光軸導軌上運行的平順性，將牽引臺移動到預設定的起始點；
(2)按照實驗的要求，在箱體結構將稻田土與水按一定的比例混合，模擬出水田環(huán)境；
(3)將拉力傳感器、變送器、變頻器、電腦及三相異步交流電機按要求安裝在實驗裝置上，然后將待測物件通過鋼纜線與牽引臺下方的拉力傳感器連接，并置于模擬的水田表面，接通實驗裝置電源，準備測試；
(4)通過電腦輸出指令，使三相異步交流電機帶動牽引臺來牽引待測物件按要求的速度在箱體結構內(nèi)行駛；同時，拉力傳感器測定待測物件的行進阻力，經(jīng)變送器將數(shù)據(jù)傳送給電腦進行統(tǒng)計；
(5)一次實驗結束后，將待測物件取下，控制三相異步交流電機反轉，使牽引臺回到預設定的起始點；待水面靜定后，安裝下一個待測部件進行下一次試驗。
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法
技術領域
本發(fā)明涉及機械領域，特別涉及一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法。
背景技術
我國已進入農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)階段，新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)日益重要。與傳統(tǒng)的田間試驗獲取數(shù)據(jù)的方法相比，土槽試驗臺作為一種模擬田間環(huán)境的實驗裝置，可以顯著提高試驗的便捷性和準確性，為新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)提供了更為精確的數(shù)據(jù)，加快了新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)和應用，對推進我國農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化的發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)的土槽試驗裝置分為大、中、小三種。一般規(guī)定寬度在3m以上、長50m以上的為大型土槽；寬度小于1-3m的為中型土槽；寬度小于1m的一般被稱為土槽箱型結構。
現(xiàn)有的土槽試驗裝置主要有兩種：一種是采用卷揚機式牽引方式的土槽試驗裝置，其不足之處在于牽引的過程中牽引繩易抖動，牽引角度容易發(fā)生變化，導致試驗部件運行不穩(wěn)定，不適用于精度要求較高的試驗；而且運行過程中，由于牽引線不斷纏繞使線速度不斷變大，不能提供勻速的試驗條件，也不能通過反轉使牽引臺歸位。另一種是將電機安裝在牽引臺上，通過電機齒輪與臺架上的卡齒帶咬合提供動力進行牽引的設備，其不足之處在于若安裝較大的電機，則牽引臺的負載較大，牽引臺自身的運動占用了較多的能量；若安裝小功率電機則提供的牽引力有限，不能用于較大試驗部件的實驗；且現(xiàn)有試驗裝置都是通過手動調(diào)節(jié)變頻器的方式來調(diào)節(jié)牽引臺的運行速度，對速度的調(diào)控不夠精確。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種試驗精度高、結構簡單、成本低的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，是一種針對水田特定環(huán)境下的小型實驗裝置，用于對水田環(huán)境下的農(nóng)業(yè)機械模型或部件的測試。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，包括臺架1、光軸11、牽引臺6和試驗船板13；臺架1的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌4，光軸導軌4的兩端安裝有限位結構16，用于防止牽引臺6運行時發(fā)生過速危險；箱體結構5位于臺架1下方，臺架1的一端是操作平臺15，光軸11通過光軸支座7固定于操作平臺15一端的鋁型材上；光軸11的兩端和臺架1另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪2-2、2-1，同步輪2-1、2-2上套有同步帶3-1，同步帶3-1與牽引臺6連接；三相異步交流電機8安裝在操作平臺15上，三相異步交流電機8和光軸11的對應位置安裝有相匹配的同步輪2-3、2-4，同步輪2-3、2-4上套有同步帶3-2，三相異步交流電機8通過同步輪2-3、2-4將動力由同步帶3-2傳遞到光軸11，再通過光軸11兩端的同步輪2-2將動力均勻分配給同步帶3-1，然后同步帶3-1帶動牽引臺6在臺架1上的光軸導軌4上行走；牽引臺6位于臺架1上，牽引臺6的下方安裝有與光軸導軌4相匹配的滑塊14，通過光軸導軌4與滑塊14的配合，確保牽引臺在臺架1上順暢運行；牽引臺6下方與牽引梁架18剛性連接，牽引梁架18通過鋼纜與拉力傳感器12的一端相連接，拉力傳感器12的另一端與試驗船板13相連接，用于連接和牽引試驗船板13在箱體結構5內(nèi)行進；拉力傳感器12與變送器10-1相連接，變送器10-1與電腦17連接，電腦17與變送器10-2連接，變送器10-2連接變頻器9，變頻器9連接三相異步交流電機8，通過電腦17輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C8的電源頻率，達到控制三相異步交流電機8運行速度的目的。
臺架是整個實驗裝置的主要承載結構，選用方管鋁型材，具有足夠的剛度和強度。
同步輪采用T型齒，同步帶采用抗拉性能較強的鋼纜同步帶。
實驗裝置的傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機8提供動力，通過同步輪2-3、2-4和同步帶3-2的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸11上，再由光軸11兩端的同步輪2-2驅(qū)動同步帶3-1將動力傳遞給牽引臺6；并由電腦17控制，通過改變變頻器9的頻率，達到控制牽引臺6運行速度的目的。
實驗裝置的測試系統(tǒng)由安裝在牽引臺6下方與牽引梁架18連接的拉力傳感器12、安裝在牽引臺6上的變送器10-1、以及固定在操作平臺15上的電腦17組成，測試時將拉力傳感器12的測試數(shù)據(jù)經(jīng)變送器10-1傳遞給電腦17，用于數(shù)據(jù)的采集和記錄。
箱體結構5用于容納水和泥土，通過調(diào)和稻田土和水的比例來達到模擬水田的環(huán)境。
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法，是采用上述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置進行實驗，具體包括下述步驟：
(1)檢測實驗裝置的結構穩(wěn)定性和牽引臺在光軸導軌上運行的平順性，將牽引臺移動到預設定的起始點；
(2)按照實驗的要求，在箱體結構將稻田土與水按一定的比例混合，模擬出水田環(huán)境；
(3)將拉力傳感器、變送器、變頻器、電腦及三相異步交流電機按要求安裝在實驗裝置上，然后將待測物件通過鋼纜線與牽引臺下方的拉力傳感器連接，并置于模擬的水田表面，接通實驗裝置電源，準備測試；
(4)通過電腦輸出指令，使三相異步交流電機帶動牽引臺來牽引待測物件按要求的速度在箱體結構內(nèi)行駛；同時，拉力傳感器測定待測物件的行進阻力，經(jīng)變送器將數(shù)據(jù)傳送給電腦進行統(tǒng)計；
(5)一次實驗結束后，將待測物件取下，控制三相異步交流電機反轉，使牽引臺回到預設定的起始點；待水面靜定后，安裝下一個待測部件進行下一次試驗。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點和效果：
(1)本發(fā)明的結構穩(wěn)定，便于組裝，操作方便。
(2)為保證實驗操作的便捷和準確，本發(fā)明采用變頻器和變送器結合的方式，通過電腦對三相異步交流電機進行控制，實現(xiàn)正轉、反轉及不同的速度要求。
(3)采用拉力傳感器、變送器、電腦組合的方式，自動采集生成數(shù)據(jù)表格，試驗數(shù)據(jù)采集便捷，可靠性安全性高，運行穩(wěn)定，可應用于各種水田機械部件或者試驗模型的性能測試。
(4)三相異步交流電機與牽引臺之間的動力傳動由同步輪和同步帶配合完成，通過操作平臺一端的光軸將三相異步交流電機的動力均勻分配到實驗裝置兩側，使兩側的同步帶對牽引臺施加相同的拉力，整個過程沒有扭力產(chǎn)生，牽引臺運行很順暢，而且通過同步輪和同步帶的配合，更適用于精度要求較高的實驗。
附圖說明
圖1是本裝置的結構正視圖。
圖2是本裝置的結構俯視圖。
圖3是本裝置的豎向剖面圖。
圖4是本裝置的同步帶與牽引臺連接示意圖。
圖5是本裝置的傳動系統(tǒng)結構示意圖。
圖6是本裝置的傳動系統(tǒng)立體圖。
圖中：1、臺架；2-1，2-2，2-3，2-4：同步輪；3-1，3-2：同步帶；4、光軸導軌；5、箱體結構；6、牽引臺；7、光軸支座；8、三相異步交流電機；9、變頻器；10-1，10-2：變送器；11、光軸；12、拉力傳感器；13、試驗船板；14、滑塊；15、操作平臺；16、限位結構；17、電腦；18、牽引梁架。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
本發(fā)明實驗裝置工作時，首先在箱體結構5內(nèi)將稻田土和水按一定的比例調(diào)和模擬水田的環(huán)境。實驗開始前將牽引臺6移動到箱體結構5的后端，然后根據(jù)試驗的要求將合適的拉力傳感器12和變送器10-1安裝在牽引梁架18和牽引臺6上，并將試驗部件13與拉力傳感器12連接。由電腦17設定實驗要求的速度，通過變送器10-2將信號傳遞給變頻器9，通過改變變頻器9的頻率來調(diào)節(jié)運行速度。三相異步交流電機8將動力通過同步帶3-2傳遞給光軸11，光軸11通過同步帶3-1將動力傳遞給牽引臺6，從而帶動試驗船板13在箱體結構5內(nèi)按設定的速度行駛。試驗中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由拉力傳感器12測定，然后傳遞給變送器10-1，再通過USB串口將信號傳送給電腦17。一組實驗結束后將試驗船板13卸下，通過電腦17控制三相異步交流電機8反轉，使牽引臺6回到初始位置準備下一組試驗。
實施例2
原理同實施例1，可以通過更換箱體結構內(nèi)的泥土，模擬不同的土壤環(huán)境，實現(xiàn)多種環(huán)境下的實驗條件。也可以通過改變與牽引梁架連接的不同規(guī)格的拉力傳感器或者實驗設備，以適應不同情況的實驗要求。
【申請(專利)號：CN201810454328.9；申請權利人：華南農(nóng)業(yè)大學;發(fā)明設計人：閆國琦; 田鵬; 莫嘉嗣; 夏俊杰;】
摘要：
本發(fā)明公開了一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法，包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架是整個系統(tǒng)的主要承載結構，臺架的兩側安裝兩根光軸導軌，通過導軌與滑塊的配合，保證牽引臺可以在臺架上順暢的運行，傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機提供動力，通過同步輪和同步帶的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸上，再由光軸兩端的同步輪驅(qū)動同步帶將動力傳遞給臺架上端的牽引臺。本發(fā)明操作方便，數(shù)據(jù)采集便捷，可靠性安全性高，運行穩(wěn)定，可應用于各種水田機械部件或者試驗模型的性能檢驗。
主權項：
1.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌，光軸導軌的兩端安裝有限位結構，用于防止牽引臺運行時發(fā)生過速危險；箱體結構位于臺架下方，臺架的一端是操作平臺，光軸通過光軸支座固定于操作平臺一端的鋁型材上；光軸的兩端和臺架另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪，同步輪上套有同步帶，同步帶與牽引臺連接；三相異步交流電機安裝在操作平臺上，三相異步交流電機和光軸的對應位置安裝有相匹配的同步輪，同步輪上套有同步帶，三相異步交流電機通過同步輪將動力由同步帶傳遞到光軸，再通過光軸兩端的同步輪將動力均勻分配給同步帶，然后同步帶帶動牽引臺在臺架上的光軸導軌上行走；牽引臺位于臺架上，牽引臺的下方安裝有與光軸導軌相匹配的滑塊，通過光軸導軌與滑塊的配合，確保牽引臺在臺架上順暢運行；牽引臺下方與牽引梁架剛性連接，牽引梁架通過鋼纜與拉力傳感器的一端相連接，拉力傳感器的另一端與試驗船板相連接，用于連接和牽引試驗船板在箱體結構內(nèi)行進；拉力傳感器與變送器相連接，變送器與電腦連接，電腦與變送器連接，變送器連接變頻器，變頻器連接三相異步交流電機，通過電腦輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C的電源頻率，達到控制三相異步交流電機運行速度的目的。
要求：
1.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：包括臺架、光軸、牽引臺和試驗船板；臺架的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌，光軸導軌的兩端安裝有限位結構，用于防止牽引臺運行時發(fā)生過速危險；箱體結構位于臺架下方，臺架的一端是操作平臺，光軸通過光軸支座固定于操作平臺一端的鋁型材上；光軸的兩端和臺架另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪，同步輪上套有同步帶，同步帶與牽引臺連接；三相異步交流電機安裝在操作平臺上，三相異步交流電機和光軸的對應位置安裝有相匹配的同步輪，同步輪上套有同步帶，三相異步交流電機通過同步輪將動力由同步帶傳遞到光軸，再通過光軸兩端的同步輪將動力均勻分配給同步帶，然后同步帶帶動牽引臺在臺架上的光軸導軌上行走；牽引臺位于臺架上，牽引臺的下方安裝有與光軸導軌相匹配的滑塊，通過光軸導軌與滑塊的配合，確保牽引臺在臺架上順暢運行；牽引臺下方與牽引梁架剛性連接，牽引梁架通過鋼纜與拉力傳感器的一端相連接，拉力傳感器的另一端與試驗船板相連接，用于連接和牽引試驗船板在箱體結構內(nèi)行進；拉力傳感器與變送器相連接，變送器與電腦連接，電腦與變送器連接，變送器連接變頻器，變頻器連接三相異步交流電機，通過電腦輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C的電源頻率，達到控制三相異步交流電機運行速度的目的。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：臺架是整個實驗裝置的主要承載結構，選用方管鋁型材。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：同步輪采用T型齒，同步帶采用抗拉性能較強的鋼纜同步帶。
4.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：實驗裝置的傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機提供動力，通過同步輪和同步帶的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸上，再由光軸兩端的同步輪驅(qū)動同步帶將動力傳遞給牽引臺；并由電腦控制，通過改變變頻器的頻率，達到控制牽引臺運行速度的目的。
5.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：實驗裝置的測試系統(tǒng)由安裝在牽引臺下方與牽引梁架連接的拉力傳感器、安裝在牽引臺上的變送器、以及固定在操作平臺上的電腦組成，測試時將拉力傳感器的測試數(shù)據(jù)經(jīng)變送器傳遞給電腦，用于數(shù)據(jù)的采集和記錄。
6.根據(jù)權利要求1所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，其特征在于：箱體結構用于容納水和泥土，通過調(diào)和稻田土和水的比例來達到模擬水田的環(huán)境。
7.一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法，其特征在于：是采用權利要求1～6中任一項所述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置進行實驗，包括下述步驟：
(1)檢測實驗裝置的結構穩(wěn)定性和牽引臺在光軸導軌上運行的平順性，將牽引臺移動到預設定的起始點；
(2)按照實驗的要求，在箱體結構將稻田土與水按一定的比例混合，模擬出水田環(huán)境；
(3)將拉力傳感器、變送器、變頻器、電腦及三相異步交流電機按要求安裝在實驗裝置上，然后將待測物件通過鋼纜線與牽引臺下方的拉力傳感器連接，并置于模擬的水田表面，接通實驗裝置電源，準備測試；
(4)通過電腦輸出指令，使三相異步交流電機帶動牽引臺來牽引待測物件按要求的速度在箱體結構內(nèi)行駛；同時，拉力傳感器測定待測物件的行進阻力，經(jīng)變送器將數(shù)據(jù)傳送給電腦進行統(tǒng)計；
(5)一次實驗結束后，將待測物件取下，控制三相異步交流電機反轉，使牽引臺回到預設定的起始點；待水面靜定后，安裝下一個待測部件進行下一次試驗。
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法
技術領域
本發(fā)明涉及機械領域，特別涉及一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置和方法。
背景技術
我國已進入農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)階段，新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)日益重要。與傳統(tǒng)的田間試驗獲取數(shù)據(jù)的方法相比，土槽試驗臺作為一種模擬田間環(huán)境的實驗裝置，可以顯著提高試驗的便捷性和準確性，為新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)提供了更為精確的數(shù)據(jù)，加快了新型農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)和應用，對推進我國農(nóng)業(yè)機械現(xiàn)代化的發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)的土槽試驗裝置分為大、中、小三種。一般規(guī)定寬度在3m以上、長50m以上的為大型土槽；寬度小于1-3m的為中型土槽；寬度小于1m的一般被稱為土槽箱型結構。
現(xiàn)有的土槽試驗裝置主要有兩種：一種是采用卷揚機式牽引方式的土槽試驗裝置，其不足之處在于牽引的過程中牽引繩易抖動，牽引角度容易發(fā)生變化，導致試驗部件運行不穩(wěn)定，不適用于精度要求較高的試驗；而且運行過程中，由于牽引線不斷纏繞使線速度不斷變大，不能提供勻速的試驗條件，也不能通過反轉使牽引臺歸位。另一種是將電機安裝在牽引臺上，通過電機齒輪與臺架上的卡齒帶咬合提供動力進行牽引的設備，其不足之處在于若安裝較大的電機，則牽引臺的負載較大，牽引臺自身的運動占用了較多的能量；若安裝小功率電機則提供的牽引力有限，不能用于較大試驗部件的實驗；且現(xiàn)有試驗裝置都是通過手動調(diào)節(jié)變頻器的方式來調(diào)節(jié)牽引臺的運行速度，對速度的調(diào)控不夠精確。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供一種試驗精度高、結構簡單、成本低的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，是一種針對水田特定環(huán)境下的小型實驗裝置，用于對水田環(huán)境下的農(nóng)業(yè)機械模型或部件的測試。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置，包括臺架1、光軸11、牽引臺6和試驗船板13；臺架1的兩側鋁型材上安裝有兩根光軸導軌4，光軸導軌4的兩端安裝有限位結構16，用于防止牽引臺6運行時發(fā)生過速危險；箱體結構5位于臺架1下方，臺架1的一端是操作平臺15，光軸11通過光軸支座7固定于操作平臺15一端的鋁型材上；光軸11的兩端和臺架1另一端的兩側安裝有兩對相同齒數(shù)的同步輪2-2、2-1，同步輪2-1、2-2上套有同步帶3-1，同步帶3-1與牽引臺6連接；三相異步交流電機8安裝在操作平臺15上，三相異步交流電機8和光軸11的對應位置安裝有相匹配的同步輪2-3、2-4，同步輪2-3、2-4上套有同步帶3-2，三相異步交流電機8通過同步輪2-3、2-4將動力由同步帶3-2傳遞到光軸11，再通過光軸11兩端的同步輪2-2將動力均勻分配給同步帶3-1，然后同步帶3-1帶動牽引臺6在臺架1上的光軸導軌4上行走；牽引臺6位于臺架1上，牽引臺6的下方安裝有與光軸導軌4相匹配的滑塊14，通過光軸導軌4與滑塊14的配合，確保牽引臺在臺架1上順暢運行；牽引臺6下方與牽引梁架18剛性連接，牽引梁架18通過鋼纜與拉力傳感器12的一端相連接，拉力傳感器12的另一端與試驗船板13相連接，用于連接和牽引試驗船板13在箱體結構5內(nèi)行進；拉力傳感器12與變送器10-1相連接，變送器10-1與電腦17連接，電腦17與變送器10-2連接，變送器10-2連接變頻器9，變頻器9連接三相異步交流電機8，通過電腦17輸出信號改變?nèi)喈惒浇涣麟姍C8的電源頻率，達到控制三相異步交流電機8運行速度的目的。
臺架是整個實驗裝置的主要承載結構，選用方管鋁型材，具有足夠的剛度和強度。
同步輪采用T型齒，同步帶采用抗拉性能較強的鋼纜同步帶。
實驗裝置的傳動系統(tǒng)是由三相異步交流電機8提供動力，通過同步輪2-3、2-4和同步帶3-2的組合，將動力傳遞到實驗裝置一端的光軸11上，再由光軸11兩端的同步輪2-2驅(qū)動同步帶3-1將動力傳遞給牽引臺6；并由電腦17控制，通過改變變頻器9的頻率，達到控制牽引臺6運行速度的目的。
實驗裝置的測試系統(tǒng)由安裝在牽引臺6下方與牽引梁架18連接的拉力傳感器12、安裝在牽引臺6上的變送器10-1、以及固定在操作平臺15上的電腦17組成，測試時將拉力傳感器12的測試數(shù)據(jù)經(jīng)變送器10-1傳遞給電腦17，用于數(shù)據(jù)的采集和記錄。
箱體結構5用于容納水和泥土，通過調(diào)和稻田土和水的比例來達到模擬水田的環(huán)境。
一種測試水田船式機械行進阻力的實驗方法，是采用上述的測試水田船式機械行進阻力的實驗裝置進行實驗，具體包括下述步驟：
(1)檢測實驗裝置的結構穩(wěn)定性和牽引臺在光軸導軌上運行的平順性，將牽引臺移動到預設定的起始點；
(2)按照實驗的要求，在箱體結構將稻田土與水按一定的比例混合，模擬出水田環(huán)境；
(3)將拉力傳感器、變送器、變頻器、電腦及三相異步交流電機按要求安裝在實驗裝置上，然后將待測物件通過鋼纜線與牽引臺下方的拉力傳感器連接，并置于模擬的水田表面，接通實驗裝置電源，準備測試；
(4)通過電腦輸出指令，使三相異步交流電機帶動牽引臺來牽引待測物件按要求的速度在箱體結構內(nèi)行駛；同時，拉力傳感器測定待測物件的行進阻力，經(jīng)變送器將數(shù)據(jù)傳送給電腦進行統(tǒng)計；
(5)一次實驗結束后，將待測物件取下，控制三相異步交流電機反轉，使牽引臺回到預設定的起始點；待水面靜定后，安裝下一個待測部件進行下一次試驗。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點和效果：
(1)本發(fā)明的結構穩(wěn)定，便于組裝，操作方便。
(2)為保證實驗操作的便捷和準確，本發(fā)明采用變頻器和變送器結合的方式，通過電腦對三相異步交流電機進行控制，實現(xiàn)正轉、反轉及不同的速度要求。
(3)采用拉力傳感器、變送器、電腦組合的方式，自動采集生成數(shù)據(jù)表格，試驗數(shù)據(jù)采集便捷，可靠性安全性高，運行穩(wěn)定，可應用于各種水田機械部件或者試驗模型的性能測試。
(4)三相異步交流電機與牽引臺之間的動力傳動由同步輪和同步帶配合完成，通過操作平臺一端的光軸將三相異步交流電機的動力均勻分配到實驗裝置兩側，使兩側的同步帶對牽引臺施加相同的拉力，整個過程沒有扭力產(chǎn)生，牽引臺運行很順暢，而且通過同步輪和同步帶的配合，更適用于精度要求較高的實驗。
附圖說明
圖1是本裝置的結構正視圖。
圖2是本裝置的結構俯視圖。
圖3是本裝置的豎向剖面圖。
圖4是本裝置的同步帶與牽引臺連接示意圖。
圖5是本裝置的傳動系統(tǒng)結構示意圖。
圖6是本裝置的傳動系統(tǒng)立體圖。
圖中：1、臺架；2-1，2-2，2-3，2-4：同步輪；3-1，3-2：同步帶；4、光軸導軌；5、箱體結構；6、牽引臺；7、光軸支座；8、三相異步交流電機；9、變頻器；10-1，10-2：變送器；11、光軸；12、拉力傳感器；13、試驗船板；14、滑塊；15、操作平臺；16、限位結構；17、電腦；18、牽引梁架。
具體實施方式
下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1
本發(fā)明實驗裝置工作時，首先在箱體結構5內(nèi)將稻田土和水按一定的比例調(diào)和模擬水田的環(huán)境。實驗開始前將牽引臺6移動到箱體結構5的后端，然后根據(jù)試驗的要求將合適的拉力傳感器12和變送器10-1安裝在牽引梁架18和牽引臺6上，并將試驗部件13與拉力傳感器12連接。由電腦17設定實驗要求的速度，通過變送器10-2將信號傳遞給變頻器9，通過改變變頻器9的頻率來調(diào)節(jié)運行速度。三相異步交流電機8將動力通過同步帶3-2傳遞給光軸11，光軸11通過同步帶3-1將動力傳遞給牽引臺6，從而帶動試驗船板13在箱體結構5內(nèi)按設定的速度行駛。試驗中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)由拉力傳感器12測定，然后傳遞給變送器10-1，再通過USB串口將信號傳送給電腦17。一組實驗結束后將試驗船板13卸下，通過電腦17控制三相異步交流電機8反轉，使牽引臺6回到初始位置準備下一組試驗。
實施例2
原理同實施例1，可以通過更換箱體結構內(nèi)的泥土，模擬不同的土壤環(huán)境，實現(xiàn)多種環(huán)境下的實驗條件。也可以通過改變與牽引梁架連接的不同規(guī)格的拉力傳感器或者實驗設備，以適應不同情況的實驗要求。
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