CN109964642B - 一种棉花采摘分离测试试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械领域，具体的说是一种棉花采摘分离测试试验台。这种棉花采摘分离测试试验台包括：机架；导轨运动平台，设在所述机架上，用于模拟采棉机摘锭运动轨迹；摘锭驱动装置，设在所述X轴导轨A上，用于模拟采棉机摘锭各个作业速度；棉花夹持装置，设在所述X轴导轨B上，用于模拟采棉机采摘室部分结构，并夹持棉花；以及仿形栅板装置，设在所述机架上，与采摘运动时的棉花夹持装置构成采摘室结构，用于模拟采摘室栅板结构。本发明的技术方案可以模拟采棉机摘锭作业参数、摘锭运动轨迹和棉花在采摘室内分离效果，以探明采棉机的采摘机理，为水平摘锭式采棉机摘锭结构、工作参数和采摘室结构参数优化改进提供理论指导。

Description

一种棉花采摘分离测试试验台

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其是一种模拟摘锭作业参数、摘锭运动轨迹和棉花在采摘室内分离效果的试验台，具体的说是一种棉花采摘分离测试试验台。

背景技术

采棉机是实现棉花全程机械化的一个极其重要的关键作业环节，我国主要使用水平摘锭式采棉机。目前，采棉机正朝着高速、高效的采摘方向飞速发展，采棉机也面临着产品更新换代。为了提高棉花的经济效益，加快采棉机更新换代速度，需要对滚筒式水平摘锭式采棉机的采摘机理和关键零部件进行深入的研究。

目前，在我国棉花收获机械的设计研发中，多以引进国际先进成熟产品为主，对采棉机核心零部件性能研究不足，关键零部件国产率较低，棉花采摘适应性较差，存在成本高、摘锭磨损严重和故障率高等问题。在采棉机作业过程中，不易探讨不同摘锭结构、摘锭作业参数、摘锭运动轨迹和采摘室结构，与采摘效果之间的关系，若对采棉机进行采摘效果对比因素的探讨试验，需耗费大量的时间与财力，且田间环境复杂，测试效果也受到一定影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种棉花采摘分离测试试验台，主要目的在于探讨采棉机不同的摘锭结构、摘锭作业参数、摘锭运动轨迹和采摘室结构，与棉花采摘效果的关系。为水平摘锭式采棉机的采摘机理提供理论指导，以便于摘锭、采摘室的结构参数优化改进。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：本发明的实施例提供一种棉花采摘分离测试试验台，其包括：机架；导轨运动平台，设在所述机架上，用于模拟采棉机摘锭运动轨迹，模拟采棉机作业速度和棉花进入采摘头的运动轨迹，其包括Y轴导轨A、X轴导轨A、Y轴导轨B、X轴导轨B、XY轴连接板、限位传感器、导轨安装板、导轨滑块和伺服电机，上述的Y轴导轨A、X轴导轨A、Y轴导轨B、X轴导轨B采用同步带模组结构，两个Y轴导轨A、一个X轴导轨A组成A组导轨***，两个Y轴导轨B、一个X轴导轨B组成B组导轨***，两组导轨***通过计算机控制***、控制板卡和伺服驱动器控制驱动伺服电机运动，且运动相互独立互不干涉，Y轴导轨A、Y轴导轨B通过导轨安装板安装在机架上，Y轴导轨B安装在Y轴导轨A的前端存在着一定安装间隙，每条导轨上安装一个导轨滑块，X轴导轨A、X轴导轨B通过XY轴连接板分别连接在Y轴导轨A、Y轴导轨B的导轨滑块上，伺服电机连接在Y轴导轨A、X轴导轨A、Y轴导轨B、X轴导轨B的一端，用于驱动导轨滑块往复式直线运动，限位传感器安装于导轨的两端、导轨滑块运动位置的下方，用于保证导轨的运动安全；摘锭驱动装置，设在所述X轴导轨A上，用于模拟采棉机摘锭各个作业速度，其包括仿形摘锭、摘锭夹具、直流电机、电机安装座、电机安装板和电动转台，上述的电动转台安装在X轴导轨A的导轨滑块上，电机安装板安装在电动转台上，直流电机通过电机安装座安装在电机安装板上，摘锭夹具与直流电机转轴连接，仿形摘锭安装在摘锭夹具上；棉花夹持装置，设在所述X轴导轨B上，用于模拟采棉机采摘室部分结构，并夹持棉花，其包括支撑板、棉花挡板和棉花夹具，上述的支撑板与X轴导轨B的导轨滑块采用螺栓连接，棉花夹具固定在支撑板的表面，四个棉花挡板粘贴在支撑板的表面，组成一个半封闭的空间，用于模拟采棉机单个摘锭采摘棉花的空间；以及仿形栅板装置，设在所述机架上，与采摘运动时的棉花夹持装置构成采摘室结构，其包括仿形栅条、栅条支撑梁和栅条安装板，上述的栅条支撑梁安装在所述机架的前端，栅条安装板与栅条支撑梁通过螺栓连接，仿形栅条通过螺栓水平固定于栅条安装板上，两个仿形栅条具有一定安装间距，以便仿形摘锭穿过两个仿形栅条采摘棉花。

进一步地，所述的仿形摘锭与棉花夹具夹持的棉花中心安装高度一致，仿形栅条固定不动，摘锭驱动装置和棉花夹持装置相互配合运动，棉花夹持装置按其预定运动沿仿形栅条运动，使仿形摘锭按预定运动穿过仿形栅条进入采摘室采摘棉花。

进一步地，所述摘锭驱动装置的直流电机为直流可调速电机，以便实现仿形摘锭转速的无极调速；所述的电动转台为高精密双向转台，以便模拟采棉机摘锭在公转时的摆角；所述摘锭夹具为可更换精密弹性夹头，以便实现夹持不同结构的仿形摘锭。

进一步地，所述棉花夹持装置的棉花挡板，通过粘贴形成一个半封闭式的空间，可根据实际要求调整大小，与仿形栅条模拟采摘室，左右两侧棉花挡板在仿形摘锭工作高度位置开有方形槽，避免仿形摘锭与棉花挡板碰撞，棉花挡板材料为透明材料，以便观察棉花采摘过程。

进一步地，所述的伺服电机、电动转台和直流电机，其通过计算机控制***、控制板卡和伺服驱动器控制，进而控制所述导轨运动平台和所述摘锭驱动装置的动作；所述的伺服电机为交流可调速电机，以便实现换向和无极调速。

借由上述技术方案，本发明一种棉花采摘分离测试试验台至少具有下列优点：结构简单，省时省力、降低试验成本、自动化程度较高、运动参数可调。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的摘锭驱动装置结构示意图。

图3为本发明的棉花夹持装置结构示意图。

图4为本发明的仿形栅条装置结构示意图。

图中所示：1-Y轴导轨A，2-X轴导轨A，3-Y轴导轨B，4-X轴导轨B，5-机架，6-支撑板，7-棉花挡板，8-棉花夹具，9-仿形栅条，10-栅条支撑梁，11-栅条安装板，12-XY轴连接板，13-限位传感器，14-导轨安装板，15-仿形摘锭，16-摘锭夹具，17-直流电机，18-电机安装座，19-电机安装板，20-电动转台，21-导轨滑块，22-伺服电机。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1-4所示，本发明的一个实施例提出的一种棉花采摘分离测试试验台，其包括：机架（5）、导轨运动平台、摘锭驱动装置、棉花夹持装置和仿形栅板装置，机架（5）为成型铝型材通过螺栓和角连接件连接而成；导轨运动平台，设在所述机架（5）上，用于模拟采棉机摘锭的运动轨迹，模拟采棉机作业速度和棉花进入采摘头的运动轨迹，A组导轨***、B组导轨***采用同步带模组结构，且运动相互独立互不干涉，伺服电机（22）驱动导轨滑块（21）在导轨上做往复式直线运动，A组导轨***中的X轴导轨A（2）可在Y轴导轨A（1）上做往复直线运动，导轨滑块（21）可在X轴导轨A（2）上做往复直线运动，通过两个方向的运动可拟合采摘滚筒旋转和摘锭公转的运动，B组导轨***中X轴导轨B（4）可在Y轴导轨B（3）上做往复直线运动，导轨滑块（21）可在X轴导轨B（4）上做往复直线运动，通过两个方向的运动模拟采棉机作业速度和棉花进入采摘头的运动；摘锭驱动装置设在所述X轴导轨A（2）上，用于模拟采棉机摘锭的各个作业速度，其包括仿形摘锭（15）、摘锭夹具（16）、直流电机（17）、电机安装座（18）、电机安装板（19）和电动转台（20），上述的电动转台（20）安装在X轴导轨A（2）的导轨滑块（21）上，电机安装板（19）安装在电动转台（20）上，直流电机（17）通过电机安装座（18）安装在电机安装板（19）上，摘锭夹具（16）与直流电机（17）转轴连接，仿形摘锭（15）安装在摘锭夹具（16）上，电动转台（20）驱动仿形摘锭（15）在水平面摆动，用于模拟采棉机摘锭在公转过程中摆动的角度，直流电机（17）驱动仿形摘锭（15）高速旋转，用于模拟采棉机摘锭自转；棉花夹持装置，设在所述X轴导轨B（4）上，用于模拟采棉机采摘室部分结构，并夹持棉花，四个棉花挡板（7）粘贴在支撑板（6）的表面，组成一个半封闭的空间，用于模拟采棉机单个摘锭采摘棉花的空间，棉花夹持装置固定在X轴导轨B（4）的导轨滑块（21）上，通过B组导轨***的运动，使所述棉花夹具（8）夹持的棉花完成进入采摘头的运动轨迹和模拟采棉机作业速度；仿形栅板装置，设在所述机架（5）上，与采摘运动时的棉花夹持装置构成采摘室结构，两个仿形栅条（9）具有一定安装间距，以便仿形摘锭穿过两个仿形栅条（9）采摘棉花。

作为上述实施例的优选，所述的仿形摘锭（15）与棉花夹具（8）夹持的棉花中心安装高度一致，仿形栅条（9）固定不动，摘锭驱动装置和棉花夹持装置相互配合运动，棉花夹持装置按其预定运动沿仿形栅条（9）运动，使仿形摘锭（15）按预定运动穿过仿形栅条（9）进入采摘室采摘棉花。

作为上述实施例的优选，所述的导轨平台中的A组导轨***以仿形摘锭（15）旋转中心的末端为参考点，B组导轨***以棉花夹具（8）中心为参考点，且设定X轴导轨B（4）装有伺服电机（22）的一侧为采棉机前进的方向。

作为上述实施例的优选，所述导轨运动平台中的限位传感器（13）工作原理为非接触式脉冲信号检测，八个限位传感器（13）通过螺栓分别安装在Y轴导轨A（1）、X轴导轨A（2）、Y轴导轨B（3）和X轴导轨B（4）的两端，限位传感器（13）的安装位置低于导轨滑块（21）的运动位置，运动过程中，若编写程序错误或其他故障，导致导轨滑块（21）运动超过***预置的安全位置，通过限位传感器检测（13）信号，将信号传输到控制板卡，控制板卡响应并控制伺服电机（22）紧急停止工作，保障实验设备的安全。

作为上述实施例的优选，摘锭驱动装置安装在X轴导轨A（2）的导轨滑块（21）上，摘锭驱动装置不仅同X轴导轨A（2）的导轨滑块（21）一起运动，摘锭驱动装置还完成电动转台（20）驱动直流电机（17）和仿形摘锭（15）整体转动，直流电机（17）驱动仿形摘锭（15）转动，由上述A组导轨***运动、电动转台（20）转动和直流电机（17）驱动仿形摘锭（15），使仿形摘锭（15）模拟采棉机摘锭运动轨迹、采棉机摘锭运动参数。

本发明的工作原理为：在***停机状态下，首先将带有一段杆的成熟开放棉花装夹在棉花夹具（8）上，在摘锭夹具（16）上完成仿形摘锭（15）的安装，通过计算机控制***将A组导轨***和B组导轨***的参考点回归初始位置，在计算机控制***中进行编写程序，程序编写完成后，启动直流电机（17）设置预定的仿形摘锭（15）转速，待仿形摘锭（15）旋转平稳后，开始运行程序，控制伺服电机（22）驱动导轨滑块（21）运动、电动转台（20）驱动直流电机（17）转动，使仿形摘锭（15）和棉花夹具（8）所夹持的棉花按照特定的运动轨迹和运动速度相匹配进行运动，使仿形摘锭（15）穿过仿形栅条（9）进入采摘室进行采摘棉花，直至程序运行结束，关闭直流电机（17），完成单个摘锭的棉花采摘。

最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明创新进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明方案的宗旨和范围，其均因涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种棉花采摘分离测试试验台，其特征在于：其包括：机架(5)，导轨运动平台，设在所述机架(5)上，用于模拟采棉机摘锭运动轨迹，在采摘室内完成棉花采摘，其包括Y轴导轨A(1)、X轴导轨A(2)、Y轴导轨B(3)、X轴导轨B(4)、XY轴连接板(12)、限位传感器(13)、导轨安装板(14)、导轨滑块(21)和伺服电机(22)，上述的Y轴导轨A(1)、X轴导轨A(2)、Y轴导轨B(3)、X轴导轨B(4)采用同步带模组结构，两个Y轴导轨A(1)、一个X轴导轨A(2)组成A组导轨***，两个Y轴导轨B(3)、一个X轴导轨B(4)组成B组导轨***，两组导轨***通过计算机控制***、控制板卡和伺服驱动器控制伺服电机(22)运动，且运动相互独立互不干涉，Y轴导轨A(1)、Y轴导轨B(3)通过导轨安装板(14)安装在机架(5)上，Y轴导轨B(3)安装在Y轴导轨A(1)的前端存在着一定安装间隙，每条导轨上安装一个导轨滑块(21)，X轴导轨A(2)、X轴导轨B(4)通过XY轴连接板(12)分别连接在Y轴导轨A(1)、Y轴导轨B(3)的导轨滑块(21)上，伺服电机(22)连接在Y轴导轨A(1)、X轴导轨A(2)、Y轴导轨B(3)、X轴导轨B(4)的一端，用于驱动导轨滑块(21)往复式直线运动，限位传感器(13)安装于导轨的两端、导轨滑块(21)运动位置的下方，用于保证导轨的运动安全；摘锭驱动装置，设在所述X轴导轨A(2)上，用于模拟采棉机摘锭各个作业速度，其包括仿形摘锭(15)、摘锭夹具(16)、直流电机(17)、电机安装座(18)、电机安装板(19)和电动转台(20)，上述的电动转台(20)安装在X轴导轨A(2)的导轨滑块(21)上，电机安装板(19)安装在电动转台(20)上，直流电机(17)通过电机安装座(18)安装在电机安装板(19)上，摘锭夹具(16)与直流电机(17)转轴连接，仿形摘锭(15)安装在摘锭夹具(16)上；棉花夹持装置，设在所述X轴导轨B(4)上，用于模拟采棉机采摘室部分结构，并夹持棉花，其包括支撑板(6)、棉花挡板(7)和棉花夹具(8)，上述的支撑板(6)与X轴导轨B(4)的导轨滑块(21)采用螺栓连接，棉花夹具(8)固定在支撑板(6)的表面，四个棉花挡板(7)粘贴在支撑板(6)的表面，组成一个半封闭的空间，用于模拟采棉机单个摘锭采摘棉花的空间；以及仿形栅板装置，设在所述机架(5)上，与采摘运动时的棉花夹持装置构成采摘室结构，其包括仿形栅条(9)、栅条支撑梁(10)和栅条安装板(11)，上述的栅条支撑梁(10)安装在所述机架(5)的前端，栅条安装板(11)与栅条支撑梁(10)通过螺栓连接，仿形栅条(9)通过螺栓水平固定于栅条安装板(11)上，两个仿形栅条(9)具有一定安装间距，以便仿形摘锭(15)穿过两个仿形栅条(9)采摘棉花，所述的仿形摘锭(15)与棉花夹具(8)夹持的棉花中心安装高度一致，仿形栅条(9)固定不动，摘锭驱动装置和棉花夹持装置相互配合运动，棉花夹持装置按其预定运动沿仿形栅条(9)运动，使仿形摘锭(15)按预定运动穿过仿形栅条(9)进入采摘室采摘棉花。

2.根据权利要求1所述的一种棉花采摘分离测试试验台，其特征在于，所述摘锭驱动装置的直流电机(17)为直流可调速电机，以便实现仿形摘锭(15)转速的无极调速；所述的电动转台(20)为高精密双向转台，以便模拟采棉机摘锭在公转时的摆角；所述摘锭夹具(16)为可更换精密弹性夹头，以便实现夹持不同结构的仿形摘锭(15)。

3.根据权利要求1所述的一种棉花采摘分离测试试验台，其特征在于，所述棉花夹持装置的棉花挡板(7)，通过粘贴形成一个半封闭式的空间，可根据实际要求调整大小，与仿形栅条(9)模拟采摘室，左右两侧棉花挡板(7)在仿形摘锭(15)工作高度位置开有方形槽，避免仿形摘锭(15)与棉花挡板(7)碰撞，棉花挡板(7)材料为透明材料，以便观察棉花采摘过程。

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