CN106768918A - 一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台，包括控制***、电动驱动***、打结器主轴传动***、手动驱动***、十字滑台装置、捆绳预紧力调节与导向约束装置和模拟草捆回弹特性装置，所述控制***与电动驱动***、打结器主轴传动***、十字滑台装置和模拟草捆回弹特性装置通信连接，拉绳机构通过十字滑台装置形成无限循环的矩形轨迹，并且与打结器主轴交替运动形成“拉绳—打结—脱绳”的往复循环，实现打结器连续打结，本发明通过调整调速电机的转速可以观察打结器的成结过程，同时通过采集打结过程中的捆绳拉力、主轴转矩和主轴旋转角度，为打结器载荷分析提供数据，通过检测受测打结器的成结率，观察关键零件的抗疲劳与耐磨损特性。

Description

一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台

技术领域

本发明涉及秸秆收获打捆技术领域，尤其涉及一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台。

背景技术

打结器是方草捆打捆机的核心部件，是将捆绳打出绳结捆扎农作物秸秆或牧草的自动装置，已在世界范围内的方捆机上广泛使用。国内方捆机制造长期依赖进口打结器，其价格占打捆机成本的八分之一。为了推进打结器国产化制造，国内有江苏大学、中国农业大学和中国农业机械科学研究院等科研单位开展了打结器技术研发，但缺乏用于能连续打结的打结器的性能测试与疲劳试验***，制约了打结器技术研发与产业化。现有试验***仅能在人工辅助下能自动打结，不能实现连续打结试验，测量参数少，载荷不可调，达不到模拟田间捆草进行连续打结试验研究的功能要求和技术指标。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台，其特征在于，包括控制***、电动驱动***、打结器主轴传动***、十字滑台装置、模拟草捆回弹特性装置、绳捆、第一导向轮、第二导向轮、绳针；

所述控制***包括数据采集模块和运动控制模块，与电动驱动***、打结器主轴传动***、十字滑台装置和模拟草捆回弹特性装置通信连接，所述数据采集模块用于采集试验台工作过程中捆绳拉力、打结器主轴转矩和旋转角度，得到打结器工作过程的测试结果；所述运动控制模块用于控制十字滑台装置的工作；

所述电动驱动***包括调速电机、电磁离合器，所述电磁离合器通过锥齿轮与调速电机连接，电磁离合器通过链传动将动力传递给打结器主轴传动***；

所述打结器主轴传动***包括绝对值式编码器、扭矩传感器、旋转编码器联轴器、第一轴承座、打结器、打结器主轴、第二轴承座、链式联轴器、齿式联轴器、第三轴承座、送绳机构曲柄、送绳机构曲柄轴、送绳连杆和绳针；

所述打结器的两端设有贯穿打结器的主轴，所述主轴由分布装在第一轴承座支架、第二轴承座支架上的所述第一轴承座和第二轴承座支撑，所述打结器一端的主轴上设有链轮一，并通过旋转编码器联轴器与绝对值式编码器连接，所述打结器另一端的主轴与链式联轴器、 扭矩传感器、齿式联轴器依次相连接，所述送绳机构曲柄轴由第三轴承座支撑，所述送绳机构曲柄轴的一端与齿式联轴器连接，另一端与送绳机构曲柄相连接，所述送绳机构曲柄轴上设有打结器主轴驱动链轮，所述送绳机构曲柄、送绳连杆和绳针依次铰接；

所述十字滑台装置包括纵向步进电机、第一膜片式联轴器、纵向滑轨、纵向丝杠、横向滑轨、横向步进电机、第二膜片式联轴器、纵向滑块、横向滑块、纵向运动板、横向丝杠、横向运动板、行程开关A、行程开关B、行程开关C和行程开关D；

所述纵向步进电机通过第一膜片式联轴器与纵向丝杠同轴连接，所述横向步进电机通过第二膜片式联轴器与横向丝杠同轴连接，所述纵向滑轨固定在机架上，所述纵向运动板与装在纵向丝杠上的纵向运动板传动螺母固定连接，所述纵向运动板与纵向滑轨滑块相连接，所述滑轨滑块与纵向滑轨滑动连接；所述横向运动板与装在横向丝杠上的横向运动板传动螺母固定连接，所述横向运动板与横向滑块相连接，所述横向滑块与横向滑轨滑动连接，所述横向步进电机和横向丝杠均安装于纵向运动板上；

所述行程开关A和行程开关C安装于纵向运动板上，所述行程开关B和行程开关D安装在纵向滑轨上；

所述模拟草捆回弹特性装置包括压力传感器、拉绳滑轨、滑块、拉绳滚轮安装板、拉绳滚轮一、拉绳滚轮二、拉绳滚轮三和拉簧、拉绳横梁，所述模拟草捆回弹特性装置通过拉绳横梁固定在横向运动板上，拉绳滑轨固定于拉绳横梁上，所述滑块与拉绳滑轨滑动连接，拉簧将滑块与拉绳横梁连接，所述拉绳滚轮安装板的一端与滑块的一端相连接，拉绳滚轮安装板的另一端与压力传感器的一端连接，压力传感器与拉绳横梁平行，压力传感器的另一端与拉绳滚轮二连接，拉绳滚轮一设置在滑块的另一端，拉伸滚轮三通过支架固定在横梁上，并与拉绳滚轮一处于一条水平线上；

第一导向轮与导向约束座连接，导向约束座安装在机架上，第二导向轮固定在机架上，绳捆中的捆绳经过第一导向轮和第二导向轮，穿过绳针，经过模拟草捆回弹特性装置，最后送至打结器；

所述电动驱动***、打结器主轴传动***、十字滑台装置、模拟草捆回弹特性装置均安装在机架上。

优选地，还包括捆绳预紧力调节与导向约束装置，所述捆绳预紧力调节与导向约束装置包括预紧夹持动板、预紧夹持手柄、张紧回弹支架、回弹导向板和预紧夹持支架；

预紧夹持支架与机架相连接，预紧夹持手柄通过螺栓一与预紧夹持支架连接，预紧夹持动板安装在预紧夹持支架上，螺栓一末端顶在预紧夹持动板上，旋转螺栓一能够调节预紧夹持动板，回弹导向板固定在机架上，张紧回弹支架为U形结构，张紧回弹支架中间焊接导向 柱，并在导向柱安装压簧，导向柱穿过回弹导向板的孔，能够沿回弹导向板的孔水平方向水平运动，导向柱的末端安装有螺母。

优选地，还包括手动驱动***，所述手动驱动***包括手动驱动手柄、单向离合器和手动驱动链条，所述手动驱动手柄与单向离合器连接，逆时针转动手动驱动手柄，能够通过手动驱动链条和链轮一将动力传递给打结器主轴传动***。

优选地，还包括绳环滑落导向板，所述绳环滑落导向板固定在机架上，用于引导绳环沿绳环滑落导向板滑下。

一种权利要求1所述的打结器成结率检测与疲劳测试试验台控制的方法：

S1：程序启动，控制***判断点动或电动，若为点动，则由使用者手动控制十字滑台移动；

S2：若为电动状态，程序自动对启动按钮是否按下作出判断，若电动按钮按下，判断纵轴行程开关B是否按下，若否，纵向步进电机以速度v＝10000ppu/s正向旋转，通过纵向丝杠驱动纵向运动板触碰行程开关B，若是，则判断行程开关C是否被按下；

若否，横向步进电机以v＝10000ppu/s正向旋转，通过横向丝杠驱动横向运动板触碰行程开关C，若是，横向步进电机以v＝80000ppu/s高速反向旋转，通过横向丝杠驱动横向运动板触碰行程开关A，如果未触碰行程开关A，横向步进电机驱动横向运动板沿x负向移动，如果触碰行程开关A，纵向步进电机以v＝120000ppu/s反向旋转，通过纵向丝杠驱动纵向运动板触碰行程开关D，判断是否触碰行程开关D；

若否，纵向步进电机驱动纵向运动板慢速沿y负向移动，若是，横向步进电机以v＝80000ppu/s反向旋转，通过横向丝杠驱动横向运动板触碰行程开关C，判断是否触碰行程开关C；

若否，横向步进电机慢速正向旋转，若是，拉绳开始，纵向步进电机以速度v＝120000ppu/s旋转，通过纵向丝杠驱动纵向运动板，模拟草捆回弹特性装置准备拉绳，捆绳套在模拟草捆回弹特性装置的拉绳滚轮一和拉绳滚轮二上，形成绳环，判断是否触碰行程开关B；

若否，纵向步进电机反转，若是，拉力传感器采集拉力信号；

S3：判断拉力传感器采集拉力是否大于10N，若否，则返回S2中，拉力传感器继续采集拉力信号，若是，则说明成功拉绳，电磁离合器闭合，制动器断开，绝对值式编码器开始采集主轴转动角度，判断绝对值式编码器角度是否小于100°；

若否，则绝对值式编码器继续采集主轴转动角度，若是，则说明主轴未旋转一周，此时压力传感器、扭矩传感器和绝对值式编码器准备采集数据；

S4：判断绝对值式编码器采集角度是否大于等于316.28°，若否，则压力传感器、扭矩 传感器和绝对值式编码器继续采集数据，若是说明主轴转动一周，打结完成，电磁离合器断开；

S5：判断拉力是否大于50N，若否，打结成功，控制***回到初始状态，循环打结作业。，若是，则说明出现脱扣失败，蜂鸣器报警，提示操作人员断电检查，控制程序的计数器指令记录试验台停止次数，同时记录行程开关D的信号通断次数，认为是总打结数，从而计算得出成结率。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过十字滑台装置可以形成无限循环的矩形轨迹，并且与打结器主轴交替运动形成“拉绳—打结—脱绳”的往复循环，实现打结器连续打结。

2)本发明可以完成打结器短时疲劳测试，检测受测打结器的成结率，观察关键零件的抗疲劳与耐磨损特性。

3)本发明通过调整调速电机的转速可以观察打结器的成结过程，同时通过采集打结过程中的捆绳拉力、主轴转矩和主轴旋转角度，为打结器载荷分析提供数据。

附图说明

图1为本发明所述打结器成结率检测与疲劳测试试验台的结构示意图。

图2为本发明所述打结器主轴传动***在图1中的右视图。

图3为本发明所述送绳机构与拨绳机构在图1中的后视图。

图4为本发明所述十字滑台装置在图1中的俯视图。

图5为本发明所述草捆回弹特性装置在图1中的主视图。

图6为本发明所述形成绳环的状态图。

图7为本发明所述试验台控制***方案图。

图8为本发明所述打结器成结率检测与疲劳测试试验台的控制流程图。

其中：

I.控制***；II.电动传动***；III.打结器主轴传动***；IV.手动驱动***；V.十字滑台装置；VI.捆绳预紧力调节与导向约束装置；VII.模拟草捆回弹特性装置；1.按钮控制面板；2.显示器；3.调速电机；4.拨绳机构安装座；5.电磁离合器；6.绝对值式旋转编码器；7.扭矩传感器；8.链条；9.送绳曲柄；10.单向离合器；11.回弹导向板；12.绳捆；13.预紧夹持手柄；14.张紧回弹支架；15.纵向滑轨滑块；16.绳环滑落导向板；17.机架；18.手动驱动链条；19.导向约束座；20.回弹导向板；21.手动驱动手柄；22.旋转编码器联轴器；23.第一轴承座；24.打结器；25.主轴；26.第二轴承座；27.链式联轴器；28.齿式联轴器；29.第三轴承座；30.送绳机构曲柄轴；31.轴承座支架一；32.轴承座支架二；33.轴承座支架三；34.绳针；35.送绳机构连杆；36.拨绳机构曲柄；37.纵向步进电机；38.第一膜片式联轴器；39.纵向滑轨；40.纵向丝杠；41.横向滑轨；42.横向步进电机；43.第二膜片式联轴器；44.行程开关A；45.行程开关B；46.行程开关C；47.横向丝杠；48.纵向运动板；49.横向运动板；50.行程开关D；51.拉绳滑块；52.拉绳滑轨；53.压力传感器；54.拉绳滚轮一；55.拉簧；56.横向滑块；57.拉绳横梁；58.捆绳；59.矩形绳环；60.离合器链轮；61.打结器主轴驱动链轮；62.拉绳滚轮二；63.拉绳滚轮三；64.拉绳滚轮安装板；65.链轮；66.预紧夹持支架；67.横向运动板传动螺母；68.纵向运动板传动螺母；69.第一导向轮；70.第二导向轮。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，一种打结器成结率检测与疲劳试验台包括控制***I、电动驱动***II、打结器主轴传动***III、手动驱动***IV、十字滑台装置V、捆绳预紧力调节与导向约束装置VI和模拟草捆回弹特性装置VII。

所述电动驱动***II包括调速电机3、电磁离合器5，所述调速电机3与变频器电连接，改变变频器的频率可以调节变频调速电机3的转速，调速电机3和电磁离合器5固定在机架17上，所述电磁离合器5一端通过锥齿轮与调速电机3连接，电磁离合器5的另一端设有链轮60，通过链轮60、链条8以及打结器主轴驱动链轮61的链传动将调速电机3的动力传递给打结器主轴传动***III。

如图3所示，所述打结器主轴传动***III包括扭矩传感器7、旋转编码器联轴器22、第一轴承座23、轴承座支架三33、打结器24、打结器主轴25、第二轴承座26、轴承座支架二32、链式联轴器27、齿式联轴器28、轴承座支架一31、第三轴承座29、送绳机构曲柄9、送绳机构曲柄轴30、送绳连杆35和绳针34。

打结器主轴传动***III轴承座支架一31、轴承座支架二32和轴承座支架三33固定于试验台支架17上，第一轴承座23、第二轴承座26和第三轴承座29分别安装于轴承座支架一31、轴承座支架二32和轴承座支架三33上，所述打结器24的两端设有贯穿打结器24的主轴25，所述第一轴承座23和第二轴承座26分别支撑打结器24两端的打结器主轴25，所述一端打结器主轴25上设有链轮一65，并通过旋转编码器联轴器22与绝对值式旋转编码器6相连接，绝对值式旋转编码器6用于采集打结器主轴25的转动角度，判断主轴是否旋转一周。

所述打结器24另一端的主轴25、链式联轴器27、扭矩传感器7、齿式联轴器28依次相连接，所述送绳机构曲柄轴30由第三轴承座29支撑，所述送绳机构曲柄轴30的一端与齿式 联轴器28连接，另一端与送绳机构曲柄9相连接，所述送绳机构曲柄轴30上设有打结器主轴驱动链轮61，如图3所示，所述送绳机构曲柄9、送绳连杆35和绳针34依次铰接。

所述手动驱动***IV包括手动驱动手柄21、单向离合器10和手动驱动链条18；所述手动驱动手柄21与单向离合器10连接，逆时针转动手动驱动手柄21，能够通过手动驱动链条18和链轮一65将动力传递给打结器主轴传动***III，完成手动打结动作。顺时针转动手动驱动手柄21，单向离合器10沿顺时针方向转动时，单向离合器10打滑，避免与电动驱动***II存在运动干涉。

如图4所示，所述十字滑台装置V包括纵向滑块15、纵向步进电机37、第一膜片式联轴器38、纵向滑轨39、纵向丝杠40、横向滑轨41、横向步进电机42、横向丝杠47、纵向运动板48、横向运动板49、横向滑块56。所述纵向步进电机37通过第一膜片式联轴器38与纵向丝杠40同轴连接，所述纵向滑轨39固定在机架17上，所述纵向运动板48通过纵向丝杠40上的螺母与纵向丝杠40相连接，所述纵向运动板48与纵向滑轨滑块15通过沉头螺栓连接，所述滑轨滑块15与纵向滑轨39滑动连接；所述横向步进电机42和横向丝杠47均安装于纵向运动板48上，所述横向步进电机42通过第二膜片式联轴器43与横向丝杠47同轴连接，所述横向运动板49通过横向丝杠47上的螺母与横向丝杠47相连接，所述横向运动板49与横向滑块56通过沉头螺栓连接，所述横向滑块56与横向滑轨41滑动连接。

控制***I通过控制纵向步进电机37和横向步进电机42的正反转，驱动纵向运动板48沿纵向滑轨39双向运动，驱动横向运动板49沿横向滑轨41双向运动。

所述行程开关A44和行程开关C46安装于纵向运动板48上，所述行程开关B45和行程开关D50安装在纵向滑轨上。当纵向运动板48触碰行程开关B45或行程开关D50，横向运动板49触碰行程开关A44或行程开关C46，通过对控制***I发射电压信号，控制纵向步进电机37和横向步进电机42的转动，对十字滑台装置V进行限位。

十字滑台装置V运动过程可以描述为，第一步：横向步进电机42正转驱动横向丝杠40，横向运动板49沿x轴正向移动，到达极限位置，横向步进电机42停止工作。第二步：纵向步进电机37正转驱动纵向丝杠40，纵向运动板48y轴正向运动，到达极限位置，纵向步进电机37停止工作。第三步：横向步进电机42反转驱动横向丝杠40，横向运动板49沿x轴负向移动，到达极限位置，横向步进电机42停止工作。第四步：纵向步进电机37反转驱动纵向丝杠40，纵向运动板48沿y轴负向运动，到达极限位置，纵向步进电机37停止工作，极限位置通过安装行程开关对纵向运动板48和横向运动板49运动距离进行限位。通过以上过程，十字滑台装置V形成封闭无限循环的矩形轨迹，使试验台拉绳动作能够反复循环，与打结器主轴交替运动形成“拉绳—打结—脱绳”的往复循环，实现打结器连续打结。

如图2所示，捆绳预紧力调节与导向约束装置VI包括预紧夹持动板11、预紧夹持手柄13、张紧回弹支架14、回弹导向板20、预紧夹持支架66、第一导向轮69和第二导向轮70；

预紧夹持支架66与机架17相连接，预紧夹持手柄13通过螺栓一与预紧夹持支架66连接，预紧夹持动板11安装在预紧夹持支架66上，回弹导向板20固定在机架上，螺栓一末端顶在预紧夹持动板11上，张紧回弹支架14为U形结构，张紧回弹支架14中间焊接导向柱，并在导向柱安装压簧，导向柱穿过回弹导向板20的孔，能够沿回弹导向板20的孔水平方向水平运动，导向柱的末端安装有螺母。

第一导向轮69与导向约束座19连接，导向约束座19安装在机架17上，第二导向轮70固定在机架17上，绳捆12中的捆绳58经过捆绳预紧力调节与导向约束装置VI，穿过绳针34，经过模拟草捆回弹特性装置VII，最后送至打结器24；

如图5所示，所述模拟草捆回弹特性装置VII包括压力传感器53、拉绳滑轨52、滑块51、拉绳滚轮安装板64、拉绳滚轮一54、拉绳滚轮二62、拉绳滚轮三63和拉簧55、拉绳横梁57，所述模拟草捆回弹特性装置VII通过拉绳横梁57固定在横向运动板49上，拉绳滑轨52固定于拉绳横梁57上，

所述滑块51与拉绳滑轨52滑动连接，所述拉绳滚轮安装板64的一端与滑块51的一端相连接，拉绳滚轮安装板64的另一端与压力传感器53的一端连接，压力传感器53与拉绳横梁57平行，压力传感器53的另一端与拉绳滚轮二62连接，拉拉绳滚轮一54设置在滑块51的另一端，拉伸滚轮三63通过支架固定在横梁57上，拉绳滚轮一54、拉绳滚轮二62和拉绳滚轮三63形成矩形绳环59，绳环59的面积大小为模拟草捆截面面积，拉簧55模拟草捆压缩回弹过程，通过选择不同弹性系数的拉簧55可模拟不同特性的秸秆。

在机架17上还固定绳环滑落导向板16，引导绳环沿绳环滑落导向板16滑下，落在试验台一侧，便于捆绳收集。

所述控制***I包括数据采集模块和运动控制模块，所述数据采集模块用于采集试验台工作过程中捆绳58拉力、打结器主轴25转矩和旋转角度；所述运动控制模块用于控制十字滑台装置V的工作。

如图7所示，所述数据采集模块包括扭矩传感器7、中间继电器、压力传感器53、行程开关A44、行程开关B45、行程开关C46和行程开关D50；所述运动控制模块包括设在控制面板1上的步进电机驱动器和横向运动板49沿x正/负向移动按钮、纵向运动板48沿y正/负向移动按钮、纵向步进电机37和横向步进电机42急停按钮、十字滑台装置V急停按钮和电动/点动旋钮，所述数据采集模块和运动控制模块均通过导线与工控机相连。

试验台通过工控机拓展运动控制卡来控制横向步进电机42和纵向步进电机37的运动， 通过工控机拓展多功能数据采集卡来采集行程开关A44、B45、C46和D50、绝对值旋转编码器6、压力传感器53和扭矩传感器7的电压信号，并通过数据采集卡的输出端口来控制继电器线圈吸合与断开继而控制电磁离合器5的吸合与断开，同时工控机的扩展运动控制卡按照程序发出信号至驱动器，驱动器控制横向步进电机42和纵向步进电机37正反向运动，通过丝杠47、丝杠40传动，控制十字滑台装置V完成移动拉绳，根据变频器频率调节可改变变频电机2的转速，可实现在不同速度条件对捆绳加载。

如图8所示，该工作台工作时运动过程如下：

S1：程序启动，控制***1判断点动或电动，若为点动，则由使用者手动控制十字滑台装置移动；

S2：若为电动状态，程序自动对启动按钮是否按下作出判断，若电动按钮按下，判断纵轴行程开关B45是否按下，若否，纵向步进电机37以速度v＝10000ppu/s正向旋转，通过纵向丝杠40驱动纵向运动板48触碰行程开关B45，若是，则判断行程开关C46是否被按下；

若否，横向步进电机42以v＝10000ppu/s正向旋转，通过横向丝杠47驱动横向运动板49触碰行程开关C46，若是，横向步进电机42以v＝80000ppu/s高速反向旋转，通过横向丝杠47驱动横向运动板49触碰行程开关A44，如果未触碰行程开关A44，横向步进电机42驱动横向运动板49沿x负向移动，如果触碰行程开关A44，纵向步进电机37以v＝120000ppu/s反向旋转，通过纵向丝杠40驱动纵向运动板48触碰行程开关D50，判断是否触碰行程开关D50；

若否，纵向步进电机37驱动纵向运动板48慢速沿y负向移动，若是，横向步进电机42以v＝80000ppu/s反向旋转，通过横向丝杠47驱动横向运动板49触碰行程开关C46，判断是否触碰行程开关C46；

若否，横向步进电机42慢速正向旋转，若是，拉绳开始，纵向步进电机37以速度v＝120000ppu/s旋转，通过纵向丝杠40驱动纵向运动板48，模拟草捆回弹特性装置VII准备拉绳，捆绳58套在模拟草捆回弹特性装置VII的拉绳滚轮一54和拉绳滚轮二62上，形成绳环59，判断是否触碰行程开关B45；

若否，纵向步进电机37反转，若是，拉力传感器53采集拉力信号；

S3：判断拉力传感器53采集拉力是否大于10N，若否，则返回S2中，拉力传感器53继续采集拉力信号，若是，则说明成功拉绳，电磁离合器5闭合，制动器断开，绝对值式编码器6开始采集主轴25转动角度，判断绝对值式编码器6角度是否小于100°；

若否，则绝对值式编码器6继续采集主轴25转动角度，若是，则说明主轴未旋转一周，此时压力传感器53、扭矩传感器7和绝对值式编码器6准备采集数据；

S4：判断绝对值式编码器6采集角度是否大于等于316.28°，若否，则压力传感器53、扭矩传感器7和绝对值式编码器6继续采集数据，若是说明主轴25转动一周，打结完成，电磁离合器5断开；

S5：判断拉力是否大于50N，若否，打结成功，控制***回到初始状态，循环打结作业。，若是，则说明出现脱扣失败，蜂鸣器报警，提示操作人员断电检查，控制程序的计数器指令记录试验台停止次数，同时记录行程开关D50的信号通断次数，认为是总打结数，从而计算得出成结率。

其中，如图6所示，拉绳过程可以描述为“拉绳—打结—脱绳”的往复循环：为了形成矩形绳环59，横向步进电机42正转驱动横向丝杠40，横向运动板49沿x轴正向移动，到达极限位置，横向步进电机42停止工作。纵向步进电机37正转驱动纵向丝杠40，纵向运动板48y轴正向运动，到达极限位置，纵向步进电机37停止工作。横向步进电机42反转驱动横向丝杠40，横向运动板49沿x轴负向移动，到达极限位置，横向步进电机42停止工作。纵向步进电机37反转驱动纵向丝杠40，纵向运动板48沿y轴负向运动，此时模拟草捆回弹特性装置VII准备拉绳，捆绳58套在模拟草捆回弹特性装置VII的拉绳滚轮54上，形成绳环59，纵向运动板48继续向y轴负向运动，拉簧55被拉伸，纵向运动板48到达极限位置，纵向步进电机37停止工作，极限位置通过安装行程开关对纵向运动板48和横向运动板49运动距离进行限位。

拉绳成功的判断依据：若拉力传感器53采集拉力数值大于10N，则成功拉绳，电磁离合器5闭合，制动器断开，绝对值式编码器6开始采集打结器主轴25转动角度，如果绝对值式编码器6角度小于100°，说明打结器主轴25未旋转一周，此时拉力传感器53、扭矩传感器7和绝对值式编码器6准备采集数据。

打结成功的判断依据：控制***I自动采集拉力传感器53、扭矩传感器7、旋转编码器6的数据，判断旋转编码器6的角度是否大于等于316.28°①，若大于316.28°则电磁离合器5断开，制动器吸合②，若拉力传感器53采集拉力大于50N，说明出现脱扣失败，控制***I通过显示器2提示操作人员断电检查，若传感器53采集拉力小于50N,打结成功，控制***I回到初始状态，循环打结作业，该步骤完成后一个打结循环完成。

打结过程描述为：控制***I发出指令使安装在试验台机架17上的电磁离合器5贴合，调速电机3与电磁离合器5通过锥齿轮传动，将动力由安装在电磁离合器5另一端的离合器链轮60通过链条8传递给打结器主轴传动***III，分别驱动打结器主轴25和送绳机构曲柄轴30转动，完成打结器成结。

数据采集过程为：拉力传感器53采集到捆绳58的拉力的数值、扭矩传感器7采集打结 器主轴25的转矩大小、绝对值式编码器6采集到打结器主轴25的转角大小都可以通过显示器2实时监测，为打结器24疲劳试验提供参考依据，指导加载不同大小载荷。拉绳结束后控制***检发出指令给电磁离合器5接合，调速电机3通过342磁离合器5将动力传递给打结器主轴25驱动打结器24打结。

疲劳测试过程为：通过预紧夹持手柄13对打结器24施加不同大小的载荷，试验台能够对打结器24进行多次数循环疲劳测试，通过显示器2可实时监测拉力传感器53和扭矩传感器7采集到的捆绳12的拉力和打结器主轴25在成结过程中扭矩的变化，为打结器主轴25和打结器24关键部件的疲劳测试提供参考数据。

成结率检测过程为：以拉力传感器53上的拉力是否为零检测绳结是否脱扣，若脱扣未完成，出现散扣、未夹绳等情况，则实验台停止工作。工控机的Labview中的计数器指令记录试验台停止次数，同时Labview中的计数器指令记录行程开关D50的信号次数，触碰开关的次数是总打结数，因此成绩率＝总打结数-成结失败次数/总打结数。

注释：

①由于打结器主轴初始角度在0°±3°，而编码器采集到的角度在0°―360°，即初始角度为357°―360°，0°―3°。若初始角度处于357°―360°，则该判断条件起作用，使主轴角度转动到大于0°才会继续进行下一步的判断，若初始角度处于0°-3°则直接满足条件进入下一步。(若没有该判断，当初始角度处于357°―360°时，直接满足主轴角度大于316.28°，主轴不会转动。)

②由于电磁离合器的工作原理，线圈吸合有一定的延迟时间，经过试验确定电磁离合器的线圈吸合延迟时间为0.15s，根据电机转速以及链轮传动比计算得主轴角速度，其表达式为

式中：

z1—主动链轮齿数

z2—从动链轮齿数

n—变频电机转速

ω—打结器主轴角速度

将n＝71r/min，z1＝13，z1＝19带入上述公式，

得出ω＝291.47°/s，

则需要补偿的角度值为

θ＝0.15×291.47°＝43.72°

即电磁离合器在主轴转角达到316.28°时电磁离合器断开，制动吸合，主轴停止旋转。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种打结器成结率检测与疲劳测试试验台，其特征在于，包括控制***(I)、电动驱动***(II)、打结器主轴传动***(III)、十字滑台装置(V)、模拟草捆回弹特性装置(VII)、绳捆(12)、第一导向轮(69)、第二导向轮(70)、绳针(34)；

所述控制***(I)包括数据采集模块和运动控制模块，与电动驱动***(II)、打结器主轴传动***(III)、十字滑台装置(V)和模拟草捆回弹特性装置(VII)通信连接，所述数据采集模块用于采集试验台工作过程中捆绳(58)拉力、主轴(25)转矩和旋转角度，得到打结器工作过程的测试结果；所述运动控制模块用于控制十字滑台装置(V)的工作；

所述电动驱动***(II)包括调速电机(3)、电磁离合器(5)，所述电磁离合器(5)通过锥齿轮与调速电机(3)连接，电磁离合器(5)通过链传动将动力传递给打结器主轴传动***(III)；

所述打结器主轴传动***(III)包括绝对值式编码器(6)、扭矩传感器(7)、旋转编码器联轴器(22)、第一轴承座(23)、打结器(24)、主轴(25)、第二轴承座(26)、链式联轴器(27)、齿式联轴器(28)、第三轴承座(29)、送绳机构曲柄(9)、送绳机构曲柄轴(30)、送绳连杆(35)和绳针(34)；

所述打结器(24)的两端设有贯穿打结器(24)的主轴(25)，所述主轴(25)由分布装在第一轴承座支架、第二轴承座支架上的所述第一轴承座(23)和第二轴承座(26)支撑，所述打结器(24)一端的主轴(25)上设有链轮一(65)，并通过旋转编码器联轴器(22)与绝对值式编码器(6)连接，所述打结器(24)另一端的主轴(25)与链式联轴器(27)、扭矩传感器(7)、齿式联轴器(28)依次相连接，所述送绳机构曲柄轴(30)由第三轴承座(29)支撑，所述送绳机构曲柄轴(30)的一端与齿式联轴器(28)连接，另一端与送绳机构曲柄(9)相连接，所述送绳机构曲柄轴(30)上设有打结器主轴驱动链轮(61)，所述送绳机构曲柄(9)、送绳连杆(35)和绳针(34)依次铰接；

所述十字滑台装置(V)包括纵向步进电机(37)、第一膜片式联轴器(38)、纵向滑轨(39)、纵向丝杠(40)、横向滑轨(41)、横向步进电机(42)、膜片式联轴器二(43)、纵向滑块(15)、横向滑块(56)、纵向运动板(48)、横向丝杠(47)、横向运动板(49)、行程开关A(44)、行程开关B(45)、行程开关C(46)和行程开关D(50)；

所述纵向步进电机(37)通过第一膜片式联轴器(38)与纵向丝杠(40)同轴连接，所述横向步进电机(42)通过第二膜片式联轴器(43)与横向丝杠(47)同轴连接，所述纵向滑轨(39)固定在机架(17)上，所述纵向运动板(48)与装在纵向丝杠(40)上的纵向运动板传动螺母(68)固定连接，所述纵向运动板(48)与纵向滑轨滑块(15)相连接，所述滑轨滑块(15)与纵向滑轨(39)滑动连接；所述横向运动板(49)与装在横向丝杠(47) 上的横向运动板传动螺母(67)固定连接，所述横向运动板(49)与横向滑块(56)相连接，所述横向滑块(56)与横向滑轨(41)滑动连接，所述横向步进电机(42)和横向丝杠(47)均安装于纵向运动板(48)上；

所述行程开关A(44)和行程开关C(46)安装于纵向运动板(48)上，所述行程开关B(45)和行程开关D(50)安装在纵向滑轨(39)上；

所述模拟草捆回弹特性装置(VII)包括压力传感器(53)、拉绳滑轨(52)、滑块(51)、拉绳滚轮安装板(64)、拉绳滚轮一(54)、拉绳滚轮二(62)、拉绳滚轮三(63)和拉簧(55)、拉绳横梁(57)，所述模拟草捆回弹特性装置(VII)通过拉绳横梁(57)固定在横向运动板(49)上，拉绳滑轨(52)固定于拉绳横梁(57)上，所述滑块(51)与拉绳滑轨(52)滑动连接，拉簧(55)将滑块(51)与拉绳横梁(57)连接，所述拉绳滚轮安装板(64)的一端与滑块(51)的一端相连接，拉绳滚轮安装板(64)的另一端与压力传感器(53)的一端连接，压力传感器(53)与拉绳横梁(57)平行，压力传感器(53)的另一端与拉绳滚轮二(62)连接，拉绳滚轮一(54)设置在滑块(51)的另一端，拉伸滚轮三(63)通过支架固定在横梁(57)上，并与拉绳滚轮一(54)处于一条水平线上；

第一导向轮(69)与导向约束座(19)连接，导向约束座(19)安装在机架(17)上，第二导向轮(70)固定在机架(17)上，绳捆(12)中的捆绳(58)经过第一导向轮(69)和第二导向轮(70)，穿过绳针(34)，经过模拟草捆回弹特性装置(VII)，最后送至打结器(24)；

所述电动驱动***(II)、打结器主轴传动***(III)、十字滑台装置(V)、模拟草捆回弹特性装置(VII)均安装在机架(17)上。

2.如权利要求1所述的打结器成结率检测与疲劳测试试验台，其特征在于，还包括捆绳预紧力调节与导向约束装置(VI)，所述捆绳预紧力调节与导向约束装置(VI)包括预紧夹持动板(11)、预紧夹持手柄(13)、张紧回弹支架(14)、回弹导向板(20)和预紧夹持支架(66)；

预紧夹持支架(66)与机架(17)相连接，预紧夹持手柄(13)通过螺栓一与预紧夹持支架(66)连接，预紧夹持动板(11)安装在预紧夹持支架(66)上，回弹导向板(20)固定在机架上，螺栓一末端顶在预紧夹持动板(11)上，张紧回弹支架(14)为U形结构，张紧回弹支架(14)中间焊接导向柱，并在导向柱安装压簧，导向柱穿过回弹导向板20的孔，能够沿回弹导向板20的孔水平方向水平运动，导向柱的末端安装有螺母。

3.如权利要求1所述的打结器成结率检测与疲劳测试试验台，其特征在于，还包括手动驱动***(IV)，所述手动驱动***(IV)包括手动驱动手柄(21)、单向离合器(10)和手动驱动链条(18)，所述手动驱动手柄(21)与单向离合器(10)连接，逆时针转动手动驱动手柄(21)，能够通过手动驱动链条(18)和链轮一(65)将动力传递给打结器主轴传动***(III)。

4.如权利要求1所述的打结器成结率检测与疲劳测试试验台，其特征在于，还包括绳环滑落导向板(16)，所述绳环滑落导向板(16)固定在机架(17)上，用于引导绳环沿绳环滑落导向板(16)滑下。

5.一种权利要求1所述的打结器成结率检测与疲劳测试试验台控制的方法，其特征在于，

S1：程序启动，控制***(1)判断点动或电动，若为点动，则由使用者手动控制十字滑台装置(V)移动；

S2：若为电动状态，程序自动对启动按钮是否按下作出判断，若电动按钮按下，判断纵轴行程开关B(45)是否按下，若否，纵向步进电机(37)以速度v＝10000ppu/s正向旋转，通过纵向丝杠(40)驱动纵向运动板(48)触碰行程开关B(45)，若是，则判断行程开关C(46)是否被按下；

若否，横向步进电机(42)以v＝10000ppu/s正向旋转，通过横向丝杠(47)驱动横向运动板(49)触碰行程开关C(46)，若是，横向步进电机(42)以v＝80000ppu/s高速反向旋转，通过横向丝杠(47)驱动横向运动板(49)触碰行程开关A(44)，如果未触碰行程开关A(44)，横向步进电机(42)驱动横向运动板(49)沿x负向移动，如果触碰行程开关A(44)，纵向步进电机(37)以v＝120000ppu/s反向旋转，通过纵向丝杠(40)驱动纵向运动板(48)触碰行程开关D(50)，判断是否触碰行程开关D(50)；

若否，纵向步进电机(37)驱动纵向运动板(48)慢速沿y负向移动，若是，横向步进电机(42)以v＝80000ppu/s反向旋转，通过横向丝杠(47)驱动横向运动板(49)触碰行程开关C(46)，判断是否触碰行程开关C(46)；

若否，横向步进电机(42)慢速正向旋转，若是，拉绳开始，纵向步进电机(37)以速度v＝120000ppu/s旋转，通过纵向丝杠(40)驱动纵向运动板(48)，模拟草捆回弹特性装置(VII)准备拉绳，捆绳(58)套在模拟草捆回弹特性装置(VII)的拉绳滚轮一(54)和拉绳滚轮二(62)上，形成绳环(59)，判断是否触碰行程开关B(45)；

若否，纵向步进电机(37)反转，若是，拉力传感器(53)采集拉力信号；

S3：判断拉力传感器(53)采集拉力是否大于10N，若否，则返回S2中，拉力传感器(53)继续采集拉力信号，若是，则说明成功拉绳，电磁离合器(5)闭合，制动器断开，绝对值式编码器(6)开始采集主轴(25)转动角度，判断绝对值式编码器(6)角度是否小于100°；

若否，则绝对值式编码器(6)继续采集主轴(25)转动角度，若是，则说明主轴未旋转一周，此时压力传感器(53)、扭矩传感器(7)和绝对值式编码器(6)准备采集数据；

S4：判断绝对值式编码器(6)采集角度是否大于等于316.28°，若否，则压力传感器(53)、扭矩传感器(7)和绝对值式编码器(6)继续采集数据，若是说明主轴(25)转动一周，打结完成，电磁离合器(5)断开；

S5：判断拉力是否大于50N，若否，打结成功，控制***回到初始状态，循环打结作业。若是，则说明出现脱扣失败，蜂鸣器报警，提示操作人员断电检查，控制程序的计数器指令记录试验台停止次数，同时记录行程开关(50)的信号通断次数，认为是总打结数，从而计算得出成结率。