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一种农业物料的 滚动摩擦测量装置

阅读：229发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种农业物料的滚动摩擦测量装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种农业物料的滚动摩擦测量装置，属于测量装置领域，所述的一种农业物料的滚动摩擦测量装置包括坐标屏、倾斜板、倾斜板升降机构、箱体、高速摄像机、摄像机架、摄像机升降机构、单片机、电脑。本发明为了使测量滚动摩擦试验更加操作简单，实验数据更加准确，通过单片机控制，电机带动丝杆旋转达到自动控制倾斜板升降高度，提高了试验的准确度，减小了实验误差。，下面是一种农业物料的滚动摩擦测量装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种农业物料的滚动摩擦测量装置，其特征在于：所述的测量步骤为
步骤1：将要测量的接触材料放入倾斜板2中，打开电源，按下箱体的开关按钮，单片机
3-10控制电机3-8，电机3-8带动丝杆3-4旋转；转动箱体上的旋钮，看着屏幕调到自己想要的倾斜板2倾斜高度；于此同时通过电线单片机3-10与摄像机升降机构6的电机6-4相连，高速摄像机5与倾斜板2同时变化高度，高速摄像机5一直保持与倾斜板2中点同一高度；
步骤2打开电脑7中的视频处理程序，使高速摄像机5处于拍摄状态；调整好角度后，将物料放置倾斜板2上让其无初速度无外力作用下自行滚动，高速摄像机5工作将农业物料的运动轨迹拍下，高速摄像机5与电脑7连接将数据传给电脑7，我们将高速摄像机自配的视频处理软件的得到的坐标数据输入已经设置好公式的Excel表中，得到Cf值；
步骤3.用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数，倾斜板2可以更换材料，研究农业物料在不同材料的滚动摩擦系数，然后调整倾斜角度也可以测量不同高度下农业物料的滚动摩擦系数，多次测量分析计算，得到农业物料的滚动摩擦特性。
2.根据权利要求1所述的一种农业物料的滚动摩擦测量装置，其特征在于：所述的测量滚动摩擦系数的方法为：当农业物料在角度为θ的斜面滚动时，利用高速摄像技术可以捕捉到物料在第n-1、n和n+1 帧的坐标分别为(xn-1，yn-1)、(xn，yn)和(xn-1，yn-1)，每帧的时间间隔为Δt测量种子的坐标后可以通过公式
计算物料在第n帧瞬时速度vs，，进而可以通过瞬时速度求得瞬时动能Ek；根据坐标屏我们知道物料从初始位置到第n时刻沿斜面滚动的距离L，则在L这段距离滚动摩擦所造成的能量损失占总能量的比例Cf为：式中：Wfr-摩擦
力做的功
U-重力势能
k-滚动摩擦系数
m-颗粒质量
此过程只要将计算公式输入在Excel中，然后将高速摄像机所得到物料坐标输入Excel表格中，就可以得到我们想要的数据；之后整理所得的实验数据，不同接触材料在不同角度下的Cf值，并分别用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，所呈现的直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数。
3.一种农业物料的滚动摩擦测量装置，其特征在于：用于权利要求1的所述的农业物料滚动摩擦测量装置包括坐标屏(1)、倾斜板(2)、箱体(3)、摄像机机架(4)、高速摄像机(5)、摄像机升降机构(6)、电脑(7)，所述的倾斜板(2)用插销连接在箱体(3)上，摄像机升降机构(6)安装在摄像机机架(4)上，摄像机升降机构(6)通过电线与安装在箱体(3)里的单片机(3-10)连接，高速摄像机(5)与电脑(7)通过数据线连接。
4.根据权利要求1所述的一种农业物料的滚动摩擦测量装置，其特征在于：所述的箱体(3)包括上底板(3-1)、滑轮(3-2)、丝杆螺母(3-3)、丝杆(3-4)、光杆(3-5)、直线轴承(3-6)、活动块(3-7)、电机(3-8)、联轴器(3-9)、单片机(3-10)、显示屏(3-11)、外壳(3-12)，所述的丝杆螺母(3-3)通过螺钉安装在上底板(3-1)的下面小方盒上，光杆(3-5)连接着上底板(3-
1)和外壳(3-12)，活动块(3-7)通过直线轴承(3-6)与光杆(3-5)连接，并且中间有孔穿过丝杆(3-4)，电机(3-8)通过螺钉固定在活动块(3-7)上，电机(3-8)通过联轴器(3-9)与丝杆(3-4)连接，单片机(3-10)直接安装在外壳(3-12)内底部。
5.根据权利要求1所述的一种农业物料的滚动摩擦测量装置，其特征在于：所述的摄像机升降机构(6)包括活动块(6-1)、丝杆(6-2)、丝杆螺母(6-3)和电机(6-4)，所述的活动块(6-1)穿过丝杆(6-2)和摄像机机架(4)上的光杆连接，电机(6-4)通过螺钉固定在摄像机机架(4)底座上。

说明书全文

一种农业物料的滚动摩擦测量装置

技术领域

[0001] 本发明属于测量装置领域，具体地说，涉及一种农业物料的滚动摩擦测量装置。

背景技术

[0002] 精量排种器工作的主要目的是将单粒种子从种群中分离出来并实现单粒排种，所经历的充种、清种、护种、投种等阶段都与种子的运动和受力状态密切相关。因此排种器的参数设计和理论研究的一个重要手段就是对种子运动规律进行分析。种子的三维外形尺寸和形状特征在很大程度上决定排种器特别是排种盘及其型孔的主要结构参数。而其物理力学特性参数则对其运动及受力规律的研究和离散元仿真分析至关重要，也是排种器设计的基本依据。若要采用离散元分析软件EDEM对农业物料进行颗粒的运动受力分析也需要知道物料与接触几何材料间的滚动摩擦系数。因此，对农业物料滚动摩擦特性的研究十分必要。

[0003] 在这样的背景之下，也有将农业物料制作为圆柱体在M-200型摩擦磨损试验机上进行了滚动摩擦因系数的测量，通过数学模型与试验数据的对比，最后认为滚动摩擦系数还须靠实测确定，虽然可以计算出滚动摩擦系数，但是农业物料的外形特征和大小的限制，虽可大体测出其农业物料的滚动摩擦系数，但是误差较大，进而影响排种器的排种效果。通过测量弹性材料的形变，经一系列换算得到材料间的滚动摩擦系数。这种利用能量守恒求得滚动摩擦系数的方法简便易行，但由于一粒农业物料的质量太小，难以令弹性材料产生形变，而且测量形变的误差也较大。

[0004] 因此本研究在此方法的基础上提出一种利用高速摄像技术测定滚动摩擦系数的新方法，测量农业物料的滚动摩擦系数。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是，本发明提供一种农业物料的滚动摩擦测量装置，用于解决现在测量农业物料滚动摩擦特性难，测量方法繁琐的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

[0007] (1)测量滚动摩擦系数的方法：

[0008] 当农业物料在角度为θ的斜面滚动时，利用高速摄像技术可以捕捉到物料在第n-1、n和n+1 帧的坐标分别为(xn-1,yn-1)、(xn,yn)和(xn-1,yn-1),每帧的时间间隔为Δt测量种子的坐标后可以通过公式

[0009] 计算物料在第n帧瞬时速度vs,,进而可以通过瞬时速度求得瞬时动能Ek。根据坐标屏我们知道物料从初始位置到第n时刻沿斜面滚动的距离L，则在L这段距离滚动摩擦所造成的能量损失占总能量的比例Cf为：

[0010] 式中：Wfr—摩擦力做的功

[0011] U—重力势能

[0012] k—滚动摩擦系数

[0013] m—颗粒质量

[0014] 此过程只要将计算公式输入在Excel中，然后将高速摄像机所得到物料坐标输入Excel表格中，就可以得到我们想要的数据。

[0015] 之后整理所得的实验数据，不同接触材料在不同角度下的Cf值，并分别用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，所呈现的直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数。

[0016] (2)测量步骤:

[0017] 1)将要测量的接触材料放入倾斜板2中，打开电源，按下箱体的开关按钮，单片机3-10控制电机3-8，电机3-8带动丝杆3-4旋转。转动箱体上的旋钮，看着屏幕调到自己想要的倾斜板2倾斜高度。于此同时通过电线单片机3-10与摄像机升降机构6的电机6-4相连，高速摄像机5与倾斜板2同时变化高度。高速摄像机5一直保持与倾斜板2中点同一高度。

[0018] 2)打开电脑7中的视频处理程序，使高速摄像机5处于拍摄状态。调整好角度后，将物料放置倾斜板2上让其无初速度无外力作用下自行滚动，高速摄像机5工作将农业物料的运动轨迹拍下，高速摄像机5与电脑7连接将数据传给电脑7，我们将高速摄像机自配的视频处理软件的得到的坐标数据输入已经设置好公式的Excel表中，得到Cf值。

[0019] 3)用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数。倾斜板2可以更换材料，研究农业物料在不同材料的滚动摩擦系数，然后调整倾斜角度也可以测量不同高度下农业物料的滚动摩擦系数。多次测量分析计算，得到农业物料的滚动摩擦特性。

[0020] 注：放开第一颗种子后，可立即放上第二颗种子，但释放时一定要保证种子处于静止状态。

[0021] 所述的农业物料滚动摩擦测量装置包括坐标屏1、倾斜板2、箱体3、摄像机机架4、高速摄像机5、摄像机升降机构6、电脑7，所述的倾斜板2的安装用插销连接在箱体3上，摄像机升降机构6安装在摄像机机架4上，摄像机升降机构6通过电线与安装在箱体3里的单片机连接，高速摄像机5与电脑7通过数据线连接。

[0022] 进一步，所述的箱体3包括上底板3-1、滑轮3-2，丝杆螺母3-3，丝杆3-4，光杆3-5，直线轴承3-6，活动块3-7，电机3-8，联轴器3-9，单片机3-10，显示屏3-11，外壳3-12，所述的丝杆螺母3-3通过螺钉安装在上底板3-1的下面小方盒上，光杆3-5连接着上底板3-1和外壳3-12，活动块3-7通过直线轴承3-6与光杆3-5连接，并且中间有孔穿过丝杆3-4，电机3-8通过螺钉固定在活动块3-7上，电机3-8通过联轴器3-9与丝杆3-4连接，单片机3-10直接安装在外壳3-12内底部。

[0023] 进一步，所述的摄像机升降机构6包括活动块6-1、丝杆6-2、丝杆螺母6-3和电机6-4，所述的活动块6-1穿过丝杆6-2和摄像机机架4上的光杆连接，电机6-4通过螺钉固定在摄像机机架4底座上。

[0024] 本发明的有益效果：

[0025] 本发明在准确测量农业物料的滚动摩擦特性下，实现可自动调节倾斜面的倾斜高度，能直观的得到倾斜高度，并且对农业物料的外形尺寸和大小特征不用做任何处理，大大减小了实验误差，同时节省了人力物力，节省了测量成本。附图说明

[0026] 图1为本发明的结构示意图；

[0027] 图2为本发明箱体的结构示意图；

[0028] 图3为本发明摄像机升降机构与机架的结构示意图；

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例和附图，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。

[0030] (1)测量滚动摩擦系数的方法：

[0031] 当农业物料在角度为θ的斜面滚动时，利用高速摄像技术可以捕捉到物料在第n-1、n和n+1帧的坐标分别为(xn-1,yn-1)、(xn,yn)和(xn-1,yn-1),每帧的时间间隔为Δt测量种子的坐标后可以通过公式

[0032] 计算物料在第n帧瞬时速度vs,,进而可以通过瞬时速度求得瞬时动能Ek。根据坐标屏我们知道物料从初始位置到第n时刻沿斜面滚动的距离L，则在L这段距离滚动摩擦所造成的能量损失占总能量的比例Cf为：

[0033] 式中：Wfr—摩擦力做的功

[0034] U—重力势能

[0035] k—滚动摩擦系数

[0036] m—颗粒质量

[0037] 此过程只要将计算公式输入在Excel中，然后将高速摄像机所得到物料坐标输入Excel表格中，就可以得到我们想要的数据。

[0038] 之后整理所得的实验数据，不同接触材料在不同角度下的Cf值，并分别用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，所呈现的直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数。

[0039] (2)测量步骤:

[0040] 1)将要测量的接触材料放入倾斜板2中，打开电源，按下箱体的开关按钮，单片机3-10控制电机3-8，电机3-8带动丝杆3-4旋转。转动箱体上的旋钮，看着屏幕调到自己想要的倾斜板2倾斜高度。于此同时通过电线单片机3-10与摄像机升降机构6的电机6-4相连，高速摄像机5与倾斜板2同时变化高度。高速摄像机5一直保持与倾斜板2中点同一高度。

[0041] 2)打开电脑7中的视频处理程序，使高速摄像机5处于拍摄状态。调整好角度后，将物料放置倾斜板2上让其无初速度无外力作用下自行滚动，高速摄像机5工作将农业物料的运动轨迹拍下，高速摄像机5与电脑7连接将数据传给电脑7，我们将高速摄像机自配的视频处理软件的得到的坐标数据输入已经设置好公式的Excel表中，得到Cf值。

[0042] 3)用OriginPro中用直线拟合不同接触材料的Cf值与cotθ的线性关系，直线斜率就是我们要求得滚动摩擦系数。倾斜板2可以更换材料，研究农业物料在不同材料的滚动摩擦系数，然后调整倾斜角度也可以测量不同高度下农业物料的滚动摩擦系数。多次测量分析计算，得到农业物料的滚动摩擦特性。放开第一颗种子后，可立即放上第二颗种子，但释放时一定要保证种子处于静止状态。

[0043] 如图1、2所示，所述的农业物料滚动摩擦测量装置包括坐标屏1、倾斜板2、箱体3、摄像机机架4、高速摄像机5、摄像机升降机构6、电脑7。

[0044] 所述的倾斜板2的安装用插销连接在箱体3上，摄像机升降机构6安装在摄像机机架4上，摄像机升降机构6通过电线与安装在箱体3里的单片机连接，高速摄像机5与电脑7通过数据线连接。

[0045] 在本发明中，所述的箱体3包括上底板3-1、滑轮3-2，丝杆螺母3-3，丝杆3-4，光杆3-5，直线轴承3-6，活动块3-7，电机3-8，联轴器3-9，单片机3-10，显示屏3-11，外壳3-12，[0046] 丝杆螺母3-3通过螺钉安装在上底板3-1的下面小方盒上，光杆3-5连接着上底板
3-1和外壳3-12，活动块3-7通过直线轴承3-6与光杆3-5连接，并且中间有孔穿过丝杆3-4，电机3-8通过螺钉固定在活动块3-7上，电机3-8通过联轴器3-9与丝杆3-4连接，单片机3-10直接安装在外壳3-12内底部。

[0047] 如图3所示，所述的摄像机升降机构6包括活动块6-1、丝杆6-2、丝杆螺母6-3和电机6-4。

[0048] 活动块6-1穿过丝杆6-2和摄像机机架4上的光杆连接，电机6-4通过螺钉固定在摄像机机架4底座上。

[0049] 本发明的工作过程：

[0050] 打开电源，按下箱体的开关按钮，单片机3-10控制电机3-8，电机3-8带动丝杆3-4旋转。转动箱体上的旋钮，看着屏幕调到自己想要的倾斜板2倾斜高度。于此同时通过电线单片机3-10与摄像机升降机构6的电机6-4相连，高速摄像机5与倾斜板2同时变化高度。调整好角度后，将物料放置倾斜板2上让其无初速度无外力作用下自行滚动，高速摄像机5工作将农业物料的运动轨迹拍下，高速摄像机5与电脑7连接将数据传给电脑7，之后我们可以用电脑7对农业物料的滚动摩擦特性进行分析。倾斜板2可以更换材料，研究农业物料在不同材料的滚动摩擦系数，然后调整倾斜角度也可以测量不同高度下农业物料的滚动摩擦系数。多次测量分析计算，得到农业物料的滚动摩擦特性。

[0051] 本发明在准确测量农业物料的滚动摩擦特性下，实现可自动调节倾斜面的倾斜高度，能直观的得到倾斜高度，并且对农业物料的外形尺寸和大小特征不用做任何处理，大大减小了实验误差，同时节省了人力物力，节省了测量成本。

[0052] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

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