技术领域
[0001] 本
发明涉及
农业机械技术领域，特别是涉及一种秸秆压捆试验平台。
背景技术
[0002]
农作物秸秆作为一种可再生的
生物质资源，它的利用价值越来越受到关注。目前，制约农作物秸秆综合利用的技术问题主要是农作物秸秆的收储运问题。虽然，现在国内有各种型号的农作物秸秆
收获压捆机，但是绝大多数都是模仿国外的成熟产品，缺乏试验数据作为
支撑，因此，压捆机的作业效果并不是很好。
[0003] 目前，国内有些专家学者研究了牧草和农作物秸秆的压捆机理，但是大多数采用的闭式压缩研究方法，与实际压捆作业相差甚大，少部分开式压缩试验也是采用液压压缩方式，在理想状态下进行的压捆试验，与压捆机实际压缩方式不同，因此对实际压捆机的压捆作业指导意义有限。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种秸秆压捆试验平台，以解决上述
现有技术存在的问题，
信号采集全面精确，能够提供详实农作物秸秆压捆作业研究的
基础数据，为农作物秸秆压捆提供更为实际、有效的试验数据。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006] 本发明提供一种秸秆压捆试验平台，包括动
力传递系统、压捆机、
控制器、物料输送装置和液压升降系统，所述动力传递系统包括一第一驱动装置，所述第一驱动装置设置于一
机架上；所述压捆机前端与所述机架连接，所述压捆机包括动力
输入轴、
捡拾器、输送喂入装置、喂入室、
活塞压缩装置、压缩室、打捆装置和捆草室，沿秸秆输送方向，所述压缩室和所述捆草室分别位于所述打捆装置前方和后方，所述输送喂入装置将捡拾器捡拾的秸秆输送至所述喂入室内，由活塞压缩装置作往复运动，将秸秆在所述压缩室内进行压缩，所述打捆装置对压缩后的秸秆进行打捆，并经所述捆草室输出；所述第一驱动装置的
输出轴与所述动力输入轴之间连接有一
扭矩传感器，所述动力输入轴连接有一传动机构，所述传动机构将动力输送给所述活塞压缩装置的
曲柄连杆机构上，所述曲柄连杆机构的连杆的自由端连接活塞，所述传动机构还将动力传输至所述捡拾器、所述输送喂入装置和所述打捆装置；所述连杆上安装有一拉
压力传感器，所述活塞在用于压缩秸秆的端面上设有活塞端面压力传感器，所述压缩室和所述捆草室的上
压板、下压板和侧板上均设有板式压力传感器；所述扭矩传感器、所述拉压力传感器、所述活塞端面压力传感器和所述板式压力传感器均与所述控制器信号连接；所述物料输送装置位于所述压捆机安装有所述捡拾器的一侧，所述物料输送装置将秸秆输送至所述捡拾器上；所述液压升降系统用于支撑并升降所述机架和所述压捆机。
[0007] 优选的，所述液压升降系统包括依次连接的液压站、液压分配
阀和多个双作用
液压缸，所述液压站和所述液压分配阀均设置于所述机架上，所述机架和所述压捆机的轮轴上均连接所述双作用液压缸的缸体，每个所述双作用液压缸的缸杆的自由端连接有一支座。
[0008] 优选的，所述第一驱动装置输出轴依次通过变径轴套和第一弹性
联轴器与所述扭矩传感器的一端连接，所述扭矩传感器的另一端依次通过第二弹性联轴器、
花键轴和
万向节与所述压捆机的所述动力输入轴连接，所述花键轴的光轴端与所述第二弹性联轴器连接，所述花键轴的花建端与所述万向节连接，所述花键轴通过两个
轴承座固定在所述机架上；所述机架上还设置有一第一
变频器，所述第一变频器与所述第一驱动装置电连接；所述机架远离所述压捆机的一端下部安装有定向轮，所述机架靠近所述压捆机的一端下部安装有万向轮。
[0009] 优选的，所述物料输送装置包括支撑架、第二驱动装置和传送带，所述第二驱动装置设置于所述支撑架上，所述传送带
水平设置于所述支撑架顶部，所述第二驱动装置带动所述传送带运转。
[0010] 优选的，所述传送带的下带靠近所述捡拾器的一端位于所述捡拾器的捡拾弹齿上方；所述支撑架下部于不同
位置上设有多个支腿和多个滚轮，所述滚轮能够与地面
接触，所述支腿内设有可升降的支脚，所述支脚能够伸出所述支腿并能够升高所述支撑架使所述滚轮离地。
[0011] 优选的，所述压缩室的上压板、下压板和两侧板至少在一处同一横截面的位置上均设置有所述板式压力传感器，所述捆草室的上压板、下压板和两侧板上至少在一处同一横截面的位置上均设置有所述板式压力传感器。
[0012] 优选的，所述压缩室的上压板、下压板和两侧板上在紧邻所述打捆装置处均设置有所述板式压力传感器；所述捆草室的上压板、下压板和两侧板上在紧邻所述打捆装置处均设置有所述板式压力传感器；所述捆草室的上压板、下压板和两侧板上在所述捆草室的出口位置处均设置有所述板式压力传感器。
[0013] 优选的，所述板式压力传感器为压板压力传感器或侧板压力传感器，所述压板压力传感器设置于所述压缩室和/或所述捆草室的上压板和/或下压板上，所述侧板压力传感器设置于所述压缩室和/或所述捆草室的两侧板上。
[0014] 优选的，所述压板压力传感器包括压板传感器内板、压板传感器外板和多个第一压力传感器，所述压板传感器内板的外表面与所述压缩室和/或所述捆草室的上压板和/或下压板的内表面齐平，所述压板传感器外板与所述压缩室和/或所述捆草室的上压板和/或下压板连接，各所述第一压力传感器的两端分别与所述压板传感器外板和所述压板传感器内板连接。
[0015] 优选的，所述侧板压力传感器包括侧板传感器内板、侧板传感器外板和多个第二压力传感器，所述侧板传感器内板的外表面与所述压缩室和/或所述捆草室的两侧板的内表面齐平，所述侧板传感器外板与所述压缩室和/或所述捆草室的两侧板连接，各所述第二压力传感器的两端分别与所述侧板传感器外板和所述侧板传感器内板连接。
[0016] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017] 本发明中的秸秆压捆试验平台，是基于市场上常见侧喂入式方捆压捆机进行设计，通过试验获取该压捆机在对秸秆压捆过程中的压捆试验数据，能够为进一步研究影响农作物压捆
质量的影响机理和压捆机的机构优化提供理论依据和数据支撑。其中动力传递系统用于为压捆机提供动力，扭矩传感器、板式压力传感器、拉压力传感器和活塞端面压力传感器可以实时采集压捆机在不同工作状态下压捆过程中的
主轴扭矩、压板和侧板的压力、曲柄连杆机构的拉压力和压缩活塞的端面压力；物料输送装置可以将农作物秸秆均匀的喂入压捆机内；液压升降系统在进行压捆试验时可将压捆机和机架升起，使压捆机的
车轮与地面脱离接触，避免压捆机在工作过程中，产生前后震动，影响数据的采集
精度，确保信号采集系统所采集信号的准确性。
[0018] 第一驱动装置为一变频
电机，液压站为电动液压站，扭矩传感器测量第一驱动装置的输出扭矩和转速，反应压捆过程的功耗，可以通过压捆试验得到压捆功耗的最优值。曲柄连杆机构的圆周运动转
化成活塞的往复直线运动，在压缩室对秸秆压缩，变化的工作
载荷是引起压捆机曲柄连杆机构疲劳和模态破坏的主要原因，拉压力传感器可以测量侧活塞在压捆过程中对所压捆的压力和回程时的拉力，反应压捆时所需的压力大小，通过试验寻求压捆时压力与所压捆
密度之间的最优关系；活塞端面压力传感器可进行活塞表面压力测量，板式压力传感器测量压捆过程中、以及打捆完毕后上压板、下压板以及侧板对所压捆的压力。上述各传感器测得的数据传输至控制器，信号采集全面精确，能够提供详实农作物秸秆压捆作业研究的基础数据，为压捆机构的优化提供技术途径；控制器对数据进行分析处理后，可对压捆机进行优化设计，提升压捆机构重载荷区域的材质、强度，进行机构的结构重新布置与强化，调节活塞的压缩
频率以及动力输入轴的转速范围。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为本发明提供的秸秆压捆试验平台的整体结构示意图；
[0021] 图2为本发明提供的秸秆压捆试验平台的动力传递系统的结构示意图；
[0022] 图3为本发明提供的秸秆压捆试验平台的活塞压缩装置的结构示意图；
[0023] 图4为本发明提供的秸秆压捆试验平台的压板压力传感器和上压板的结构示意图；
[0024] 图5为本发明提供的秸秆压捆试验平台的压板压力传感器的结构示意图；
[0025] 图6为本发明提供的秸秆压捆试验平台的侧板压力传感器的结构示意图。
[0026] 图中：1-压捆机；110-活塞压缩装置；120-打捆装置；130-车轮；101-捡拾器；102-压缩室；103-捆草室；104-连杆；105-活塞；106-上压板；2-液压升降系统；201-液压站；202-液压分配阀；203-双作用液压缸；204-支座；3-动力传递系统；301-第一驱动装置；302-第一变频器；303-变径轴套；304-第一弹性联轴器；305-花键轴；306-轴承座；307-万向节；308-第二弹性联轴器；4-物料输送装置；401-支撑架；402-第二驱动装置；403-传送带；404-支腿；405-滚轮；406-支脚；407-第二变频器；501-扭矩传感器；502-拉压力传感器；503-侧板压力传感器；5031-侧板传感器外板；5032-侧板传感器内板；5033-第二压力传感器；504-活塞端面压力传感器；505-压板压力传感器；5051-压板传感器外板；5052-压板传感器内板；5053-第一压力传感器；6-机架；601-定向轮；602-万向轮。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 本发明的目的是提供一种秸秆压捆试验平台，以解决上述现有技术存在的问题，信号采集全面精确，能够提供详实农作物秸秆压捆作业研究的基础数据，为农作物秸秆压捆提供更为实际的试验数据。
[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030] 一种秸秆压捆试验平台，如图1～6所示，包括动力传递系统3、压捆机1、控制器、物料输送装置4和液压升降系统2，动力传递系统3包括一第一驱动装置301，第一驱动装置301设置于一机架6上；压捆机1前端与机架6连接，压捆机1包括动力输入轴、捡拾器101、输送喂入装置、喂入室102、活塞压缩装置110、压缩室102、打捆装置120和捆草室103，沿秸秆输送方向，压缩室102和捆草室103分别位于打捆装置120前方和后方，输送喂入装置将捡拾器101捡拾的秸秆输送至喂入室102内，由活塞压缩装置110作往复运动，将秸秆在压缩室103内进行压缩，打捆装置120对压缩后的秸秆进行打捆，并经捆草室103输出；第一驱动装置
301的输出轴与动力输入轴之间连接有一扭矩传感器501，动力输入轴连接有一传动机构，传动机构将动力输送给活塞压缩装置110的曲柄连杆机构上，曲柄连杆机构的连杆104的自由端连接活塞，传动机构还将动力传输至捡拾器101、输送喂入装置和打捆装置120；如图3所示，连杆104上安装有一拉压力传感器502，活塞105在用于压缩秸秆的端面上设有活塞端面压力传感器504，压缩室10和捆草室103的上压板106、下压板和侧板上均设有板式压力传感器；所述扭矩传感器501、所述拉压力传感器502、所述活塞端面压力传感器504和所述板式压力传感器均与所述控制器信号连接；物料输送装置4位于压捆机1安装有捡拾器101的一侧，物料输送装置4将秸秆输送至捡拾器101上；液压升降系统2用于支撑并升降机架6和压捆机1。液压升降系统2包括依次连接的液压站201、液压分配阀202和多个双作用液压缸
203，液压站201和液压分配阀202均设置于机架6上，机架6和压捆机1的轮轴上均连接双作用液压缸203的缸体，每个双作用液压缸203的缸杆的自由端连接有一支座204，支座204的底部在支撑机架6和压捆机1时与地面接触。
[0031] 本实施例中的秸秆压捆试验平台，是基于市场上常见侧喂入式方捆压捆机进行设计，通过试验获取该压捆机1在对秸秆压捆过程中的压捆试验数据，能够为进一步研究影响农作物压捆质量的影响机理和压捆机的机构优化提供理论依据和数据支撑。其中动力传递系统3用于为压捆机1提供动力，扭矩传感器501、板式压力传感器、拉压力传感器502和活塞端面压力传感器504可以实时采集压捆机1在不同工作状态下压捆过程中的主轴扭矩、压板和侧板的压力、曲柄连杆机构的拉压力和压缩活塞的端面压力；物料输送装置4可以将农作物秸秆均匀的喂入压捆机1内；液压升降系统2在进行压捆试验时可将压捆机1和机架6升起，使压捆机1的车轮130与地面脱离接触，避免压捆机1在工作过程中，产生前后震动，影响数据的采集精度，确保信号采集系统所采集信号的准确性。
[0032] 本实施例中第一驱动装置301为一变频电机，液压站201为电动液压站，扭矩传感器501测量第一驱动装置301的输出扭矩和转速，反应压捆过程的功耗，可以通过压捆试验得到压捆功耗的最优值。曲柄连杆机构的圆周运动转化成活塞105的往复直线运动，在压缩室102对秸秆压缩，变化的工作载荷是引起压捆机1曲柄连杆机构疲劳和模态破坏的主要原因，拉压力传感器502可以测量侧活塞105在压捆过程中对所压捆的压力和回程时的拉力，反应压捆时所需的压力大小，通过试验寻求压捆时压力与所压捆密度之间的最优关系；活塞端面压力传感器504可进行活塞105表面压力测量，板式压力传感器测量压捆过程中、以及打捆完毕后上压板106、下压板以及侧板对所压捆的压力。上述各传感器测得的数据传输至控制器，信号采集全面精确，能够提供详实农作物秸秆压捆作业研究的基础数据，为压捆机构的优化提供技术途径；控制器对数据进行分析处理后，可对压捆机进行优化设计，提升压捆机构重载荷区域的材质、强度，进行机构的结构重新布置与强化，调节活塞105的压缩频率以及动力输入轴的转速范围。
[0033] 如图2所示，第一驱动装置301输出轴依次通过变径轴套303和第一弹性联轴器304与扭矩传感器501的一端连接，扭矩传感器501的另一端依次通过第二弹性联轴器308、花键轴305和万向节307与压捆机1的动力输入轴连接，花键轴305的光轴端与第二弹性联轴器308连接，花键轴305的花建端与万向节307连接，花键轴305通过两个轴承座306固定在机架
6上；机架6上还设置有一第一变频器302，第一变频器302与第一驱动装置301电连接。
[0034] 采用上述结构设置，其中扭矩传感器501通过第一弹性联轴器304与第一驱动装置301输出轴连接，扭矩传感器501通过第二弹性联轴器308与花键轴305连接，且第一驱动装置301输出轴与花键轴305的
同轴度≤0.05mm，可以减缓振动，精确传递扭矩，保证扭矩传感器501测试结果的准确性。具体的，拉压力传感器502通过两端的
螺栓孔安装在压捆机1的连杆104上；活塞端面压力传感器504安装在活塞105与待压缩秸秆接触的端面上；通过第一变频器302可以改变第一驱动装置301的转速，并实现秸秆压捆作业无极调速和改变活塞105的压缩频率。
[0035] 本实施例中的秸秆压捆试验平台，如图1所示，双作用液压缸203有3组，每组有2个，且机架6上安装有2组，分别安装在机架6沿长度方向的两端，压捆机1上有一组，安装在压捆机1的轮轴上；液压分配阀202为手动液压分配阀，控制液压油流向，液压分配阀202有3个控制
手柄，且每个控制手柄单独控制一组双作用液压油缸203的升降动作。
[0036] 如图1、2所示，机架6远离压捆机1的一端下部安装有定向轮601，机架6靠近压捆机1的一端下部安装有万向轮602，具体的，机架6的一端与压捆机1前端通过销钉连接成为一体，定向轮601能够使得整个秸秆压捆试验平台沿固定方向的直线行走，万向轮602能够360度旋转，调整万向轮602的
角度，即可调整整个秸秆压捆试验平台的行走方向。机架6的一端端与压捆机1的一端通过销钉连接成为一体。
[0037] 如图1所示，物料输送装置4包括支撑架401、第二驱动装置402和传送带403，第二驱动装置402设置于支撑架401上，传送带403水平设置于支撑架401顶部，第二驱动装置402带动传送带403运转，第二驱动装置402电连接于第二变频器407。
[0038] 传送带403的下带靠近捡拾器101的一端位于捡拾器101的捡拾弹齿上方；支撑架401下部于不同位置上设有多个支腿404和多个滚轮405，滚轮405能够与地面接触，支腿404内设有可升降的支脚406，支脚406能够伸出支腿404并能够升高支撑架401使滚轮405离地。
[0039] 物料输送装置4采用上述结构设置，使用时，人工将秸秆铺放在物料输送装置4的传送带403上，第二驱动装置402为变频电机，物料输送装置4一侧位于压捆机1的捡拾器101上方，秸秆自动掉落到捡拾器101上，捡拾器101运转拨送秸秆到压捆机1内进行压捆作业。
[0040] 压缩室102的上压板106、下压板和两侧板至少在一处同一横截面的位置上均设置有板式压力传感器，捆草室103的上压板106、下压板和两侧板上至少在一处同一横截面的位置上均设置有板式压力传感器。
[0041] 本实施例提供的秸秆压捆试验平台，压缩室102和捆草室103均为长方体腔室，在测量压缩室102或捆草室103各壁对压捆的压力作用时，是同时测量的位于同一横截面上的压缩室102或捆草室103各壁上的压力分布，即压缩室102或捆草室103在同一横截面的上下左右四壁都设有板式压力传感器，且这一横截面上的板式压力传感器的中心线位于同一横截面，同一横截面上的4个板式压力传感器测量的数据可以组成一组有用的多方位数据，这样测试结果才更具有价值，压缩室102和捆草室103在同一横截面对应的位置处的上压板106、下压板和两侧板上均设置有板式压力传感器。
[0042] 在具体的方案中，压缩室102的上压板106、下压板和两侧板上在紧邻所述打捆装置120处均设置有板式压力传感器，这一处的板式压力传感器的后端紧邻所述打捆装置120的前端，能够测量秸秆压缩完毕后草捆和压缩室102各壁之间的压力作用；捆草室103的上压板106、下压板和两侧板上在紧邻打捆装置120处均设置有板式压力传感器，这一处的板式压力传感器的前端紧邻打捆装置120的后端，能够测量草捆打结完毕后草捆和捆草室103各壁之间的压力作用；捆草室103的上压板106、下压板和两侧板上在捆草室103出口位置处均设置有板式压力传感器，能够测量即将输送出捆草室103的草捆和捆草室103各壁之间的压力作用。捆草室103内的各板式压力传感器测得的数据能够反应草捆打结完毕后的
膨胀率，通过这些数据能够更好的调整压缩室102内的压缩密度，以得到符合密度要求的草捆。
[0043] 板式压力传感器分为压板压力传感器505或侧板压力传感器503，压板压力传感器503设置于压缩室102和/或捆草室103的上压板106和/或下压板上，侧板压力传感器53设置于压缩室102和/或捆草室103的两侧板上。
[0044] 如图4、5所示，压板压力传感器505包括压板传感器内板5052、压板传感器外板5051和设置于压板传感器内板5052和压板传感器外板5051之间的多个第一压力传感器
553，在一个压板压力传感器505中，每个压板传感器内板5052的外表面与压缩室102或捆草室103的上压板106或下压板的内表面齐平，每个压板传感器外板5051与压缩室102或捆草室103的上压板106或下压板连接，压板传感器内板5052和压板传感器外板5051之间的各第一压力传感器5053的两端分别与压板传感器外板5051和压板传感器内板5052连接。
[0045] 如图6所示，侧板压力传感器503包括侧板传感器内板5032、侧板传感器外板5031和设置于侧板传感器内板5032和侧板传感器外板5031之间的多个第二压力传感器5033，在一个侧板压力传感器503中，每个侧板传感器内板5032的外表面与压缩室102或捆草室103的两侧板的内表面齐平，每个侧板传感器外板5031与压缩室102或捆草室103的两侧板连接，侧板传感器内板5032和侧板传感器外板5031之间的各第二压力传感器5033的两端分别与侧板传感器外板5031和侧板传感器内板5032连接。
[0046] 由于压力传感器采集个别点的数据比较困难，本发明中的板式压力传感器的上述结构设置，在压板传感器内板5052和压板传感器外板5051之间设置有多个第一压力传感器5053，并在侧板传感器内板5032和侧板传感器外板5031和多个第二压力传感器5033，将传感器改造成整套的板式压力传感器，使压板传感器内板5052和侧板传感器内板5032的外表面能够紧密贴合于草捆上，可以采集草捆作用于上、下压板或侧板上的平均压力数值，测量结构更加准确。
[0047] 本实施例的压板压力传感器505在压板传感器内板5052和压板传感器外板5051之间设置有2个第一压力传感器5053，2个第一压力传感器5053沿压缩室102和捆草室103的上压板106或下压板的长度方向设置，且2个第一压力传感器5053分别安装在压板传感器内板5052长度方向中心线的两端，相邻的2个第二压力传感器5033的中心距为460mm。但是本发明提供的秸秆压捆试验平台的压板压力传感器505并不限于此种设置方式，只要在压板传感器内板5052和压板传感器外板5051之间设置有多个第一压力传感器5053，能够准确测得草捆作用于上、下压板上的平均压力数值即可。
[0048] 本实施例的侧板压力传感器503在侧板传感器内板5032和侧板传感器外板5031之间设置有4个第二压力传感器5033，4个第二压力传感器5033分别安装在侧板传感器内板5032的4个角上。但是本发明提供的秸秆压捆试验平台的侧板压力传感器503并不限于此种设置方式，只要在侧板传感器内板5032和侧板传感器外板5031之间设置有多个第一压力传感器5033，能够准确测得草捆作用于侧板上的平均压力数值即可。本实施例中的第一压力传感器5053和第二压力传感器5033均为现有的压力传感器。
[0049] 本实施例提供的秸秆压捆试验平台工作过程如下：首先将农作物秸秆平铺到物料输送装置4上；然后启动液压站201，手动控制液压分配阀202给双作用液压缸203供油使其动作将机架6和压捆机1升到距离地面12cm处；再然后启动第一变频器302，根据需要设定好第一驱动装置301的转速和活塞105的压缩频率，启动第一驱动装置301使压捆机1开始打捆作业；再然后启动第二变频器407，根据喂入量设定好第二驱动装置402的转速，启动第二驱动装置402使物料输送装置4开始输送物料作业，进行测试：扭矩传感器501、板式压力传感器、拉压力传感器502和活塞端面压力传感器504实时采集压捆机1在不同工作状态下压捆过程中的主轴扭矩、上下压板和侧板对草捆的压力、曲柄连杆机构的拉压力和活塞105的端面压力，控制器获取该压捆机1在对秸秆压捆过程中的压捆试验数据，并分析研究相关数据对农作物压捆质量的影响，进而优化压捆机1的结构；最后当压捆试验完成后，关闭除液压站201的所有电源后将机架6和压捆机1降到地面，关闭液压站201电源。
[0050] 本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本
说明书内容不应理解为对本发明的限制。
