CN113447185A - 一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，属于棉花采收技术领域。摘锭采摘力和脱棉力是评价采棉机摘锭采摘性能和脱棉性能的重要指标。本发明通过扭矩传感器获取导轨电机和摘锭电机的输出转矩，通过扭矩变送器将获取的扭矩转化为电压信号传递给输入装置，然后传递给计算机处理；根据扭矩与采摘力、脱棉力之间的力学关系可求得采摘力和脱棉力的大小。通过该方法能够模拟在不同的摘锭进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等参数下，水平摘锭采摘棉花的过程，并且实现对水平摘锭采摘力和脱棉力的测量，对于优化采棉机摘锭作业参数以及摘锭钩齿结构参数具有重要作用。

Description

一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法

技术领域

本发明属于棉花采收技术领域，特别是涉及一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法。

背景技术

棉花是我国的一种主要经济作物，也是重要的战略物资。棉花机械化采收是促进中国植棉规模迅猛发展的主要手段之一，更是各项先进技术在棉花生产中应用的载体之一。采棉机作为棉花收获的主要机械，对于降低我国棉花的收获成本、提高经济效益具有重要作用。

摘锭作为水平摘锭式采棉机的核心采摘部件，其性能好坏直接影响到采棉机的作业性能。水平摘锭式采棉机的工作过程是通过数百根摘锭对棉花的接触、钩挂、缠绕来实现棉花与铃壳的有效分离的。由于棉花生长在铃壳上，棉花与铃壳间存在生物连结力，因此，实现棉花与铃壳的有效分离的条件，即，摘锭成功采摘下一朵棉花的条件为摘锭对棉花的采摘力大于棉花与铃壳间的生物连结力。根据相关文献可知，摘锭对棉花的采摘力与摘锭进入采摘室的进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等因素有关。然而，在实际生活中，往往难以实现对不同摘锭进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等参数下，对水平摘锭采摘力的测量。

采摘、脱棉、淋润是摘锭在一个采摘周期内必不可少的三个步骤，其中，脱棉过程中由于摘锭会受到更大的挤压力，导致与缠绕在摘锭外表面棉条的摩擦力增大，从而增大摘锭易损部位—钩齿的磨损。因此，有效测量摘锭脱棉力的大小，对于优化摘锭钩齿结构具有重要作用。

发明内容

如前所述，为了解决现有技术中难以实现对不同摘锭进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等参数下对水平摘锭采摘力和脱棉力的测量的问题，本发明提出了一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，以便模拟在不同的摘锭进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等参数下，水平摘锭采摘棉花的过程，并且实现对水平摘锭采摘力和脱棉力的测量。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

为实现上述目的，本发明提出了一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，通过扭矩传感器A和扭矩传感器B分别获取导轨电机和摘锭电机的输出转矩，通过扭矩变送器A和扭矩变送器B分别将获取的导轨电机输出扭矩和摘锭电机输出扭矩转化为电压信号传递给输入装置，然后传递给计算机处理，计算机通过输出装置可以向导轨电机和摘锭电机发出指令以控制其转速；根据扭矩与采摘力、脱棉力之间的力学关系可通过计算机编写相应的程序求得采摘力和脱棉力的大小。

本发明所述方法用到的测试机构，由导轨电机、扭矩传感器A、摘锭电机、扭矩传感器B、导轨总成、连轴器、摘锭总成、采摘箱总成、变送器垫块、滑块、基台组成，所述导轨电机通过螺栓连接在基台上，所述扭矩传感器A下设置有传感器垫片并通过螺栓连接在基台上，所述扭矩传感器A一侧通过联轴器与导轨电机相连，另一侧与轴承座相配合，所述摘锭电机通过螺栓连接在滑块上，所述扭矩传感器B下设置有传感器垫片并通过螺栓连接在滑块上，所述扭矩传感器B一侧通过联轴器与摘锭电机相连，另一侧设置有摘锭总成，所述导轨总成通过螺栓连接在基台上，所述采摘箱总成通过采摘箱滑块连接在导轨上；所述导轨总成由轴承座、传输带、导轨、导轨垫块组成，所述轴承座分为左右两个分别设置在导轨两侧，所述导轨下方设置有两块导轨垫片支撑导轨，所述导轨垫片上设置有导轨槽便于和导轨的配合，所述导轨上下两侧均设置有输送带槽，所述输送带设置在输送带槽内并且左右两端与轴承座配合；所述摘锭总成由摘锭夹头、锁紧螺母、摘锭组成，所述摘锭夹持在摘锭夹头上并通过锁紧螺母紧固；所述采棉箱总成由紧固螺栓、采摘箱滑块、采摘箱、铰链、箱盖组成，所述采摘箱滑块左右两侧设置有紧固螺栓以防止摘锭采摘棉花时采摘箱滑块相对导轨滑动，所述采摘箱与采摘箱滑块通过螺栓连接，所述箱盖与采摘箱通过两个铰链连接，所述采摘箱和箱盖上设置有采摘孔。

进一步地，所述滑块下侧设置有输送带接块，所述输送带接块与输送带连接。

进一步地，所述采摘箱内的底部设置有一层密度较高的EPS泡沫板，并在一定时间段内更换，便于将棉铃稳固地***到其中。

进一步地，所述导轨电机为定位精准的伺服电机，所述摘锭电机为调速性能良好的直流电机。

进一步地，所述输入装置和输出装置可采用数据采集卡、远程I/O模块等。

与现有技术相比，本发明具有以下益效果：

通过该方法能够模拟在不同的摘锭进给速度、摘锭自身转速、摘锭钩齿结构等参数下，水平摘锭采摘棉花的过程，并且实现对水平摘锭采摘力和脱棉力的测量，对于优化采棉机摘锭作业参数以及摘锭钩齿结构参数具有重要作用。

一般来说，我们对于摘锭采摘力和脱棉力测量都是通过测力计实现的，这样的测量方式往往只能完成对单朵棉花采摘力和脱棉力的测量，难以模拟挤压状态下对采摘力与脱棉力的测量，但是挤压状态由于摘锭表面正压力的增大会导致摩擦力的增大，从而导致采摘力和脱棉力的增大。与现有技术相比，本发明可以通过设置采摘箱内棉铃的密度，来模拟挤压状态下对摘锭采摘力和脱棉力的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。

图1是本发明所述方法的结构框图。

图2是本发明所述方法用到的测试机构的整体结构示意图。

图3是本发明所述导轨总成的结构示意图。

图4是本发明所述摘锭总成的结构示意图。

图5是本发明所述采摘箱总成的结构示意图。

图6是本发明所述导轨的结构示意图。

图7是本发明所述导轨垫块的结构示意图。

图8是本发明所述滑块的结构示意图。

图9是本发明所述采摘箱的结构示意图。

图10是摘锭采摘棉花原理图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：1-导轨电机、2-扭矩传感器A、3-扭矩变送器A、4-输入装置、5-计算机、6-输出装置、7-扭矩变送器B、8-扭矩传感器B、9-摘锭电机、10-导轨总成、11-联轴器、12-摘锭总成、13-采摘箱总成、14-传感器垫块、15-滑块、16-基台、17-轴承座、18-输送带、19-导轨、20-导轨垫块、21-摘锭夹头、22-锁紧螺母、23-摘锭、24-紧固螺栓、25-采摘箱滑块、26-采摘箱、27-铰链、28-箱盖、29-输送带槽、30-导轨槽、31-输送带连接块、32-采摘孔、33-棉花、34-棉杆、35-铃壳、36-摘锭钩齿。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-10，一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，通过扭矩传感器A2和扭矩传感器B8分别获取导轨电机1和摘锭电机2的输出转矩，通过扭矩变送器A3和扭矩变送器B7分别将获取的导轨电机输出扭矩和摘锭电机输出扭矩转化为电压信号传递给输入装置4，然后传递给计算机5处理，计算机5通过输出装置6可以向导轨电机1和摘锭电机9发出指令以控制其转速；根据扭矩与采摘力、脱棉力之间的力学关系可通过计算机5编写相应的程序求得采摘力和脱棉力的大小。

本发明所述方法用到的测试机构，包含导轨电机1、扭矩传感器A2、摘锭电机9、扭矩传感器B8、导轨总成10、连轴器11、摘锭总成12、采摘箱总成13、变送器垫块14、滑块15、基台16，导轨电机1通过螺栓连接在基台16上，扭矩传感器A2下设置有传感器垫片14并通过螺栓连接在基台16上，扭矩传感器A2一侧通过联轴器11与导轨电机1相连，另一侧与轴承座17相配合，摘锭电机9通过螺栓连接在滑块15上，扭矩传感器B8下设置有传感器垫片14并通过螺栓连接在滑块15上，扭矩传感器B8一侧通过联轴器11与摘锭电机9相连，另一侧设置有摘锭总成12，导轨总成10通过螺栓连接在基台16上，采摘箱总成13通过采摘箱滑块25连接在导轨19上；导轨总成10由轴承座17、传输带18、导轨19、导轨垫块20组成，轴承座17分为左右两个分别设置在导轨19两侧，导轨19下方设置有两块导轨垫片20支撑导轨19，导轨垫片20上设置有导轨槽30便于和导轨19的配合，导轨19上下两侧均设置有输送带槽29，输送带18设置在输送带槽29内并且左右两端与轴承座17配合；摘锭总成12由摘锭夹头21、锁紧螺母22、摘锭23组成，摘锭23夹持在摘锭夹头21上并通过锁紧螺母22紧固；采棉箱总成13由紧固螺栓24、采摘箱滑块25、采摘箱26、铰链27、箱盖28组成，采摘箱滑块25左右两侧设置有紧固螺栓24以防止摘锭23采摘棉花33时采摘箱滑块25相对导轨19滑动，采摘箱26与采摘箱滑块25通过螺栓连接，箱盖28与采摘箱26通过两个铰链27连接，采摘箱26和箱盖28上设置有采摘孔32；

滑块15下侧设置有输送带接块31，输送带接块31与输送带18连接；采摘箱26内的底部设置有一层密度较高的EPS泡沫板，并在一定时间段内更换，便于将棉铃稳固地***到其中；导轨电机1为定位精准的伺服电机，摘锭电机9为调速性能良好的直流电机；输入装置4和输出装置6可采用数据采集卡、远程I/O模块等。

实施例2

该实施例为本发明测量采摘力的过程及工作原理。

参阅图10，在O点处摘锭采摘力T的方向是沿着摘锭钩齿36方向倾斜的，因此将其分解为轴向采摘力T _a 和径向采摘力T _r ；由于棉花33生长在铃壳上，棉花33与铃壳35间存在生物连结力F，因此，摘锭23成功采摘下一朵棉花的条件为摘锭23对棉花33的采摘力T大于棉花33与铃壳35间的生物连结力F。

将带有棉杆34的棉铃***采摘箱26内的EPS泡沫板上，关上采摘箱箱盖28，先后接通摘锭电机9和导轨电机1的外部电源，摘锭电机9驱动摘锭23以一定的转速n自转，导轨电机1驱动传输带18运动，进而带动滑块15运动，由此，可控制摘锭23以一定的转速n和进给速度v进入采摘箱26完成对棉花33的采摘；在采摘之前先对扭矩传感器A2和扭矩传感器B8进行标定，当摘锭23采摘棉花33时，负载增大，扭矩传感器A2和扭矩传感器B8可获取导轨电机1的输出扭矩M _a 和摘锭电机9的输出扭矩M _r ，通过计算机可分析出摘锭23的轴向采摘力T _a 和径向采摘力T _r ,根据公式

可求得采摘力的大小。

实施例3

该实施例为本发明测量脱棉力的过程及工作原理。

将带有棉杆34的棉铃***采摘箱26内的EPS泡沫板上，关上采摘箱箱盖28，先后接通摘锭电机9和导轨电机1的外部电源，摘锭电机9驱动摘锭23以一定的转速n自转，导轨电机1驱动传输带18运动，进而带动滑块15运动，由此，可控制摘锭23以一定的转速n和进给速度v进入采摘箱26完成对棉花33的采摘；摘锭23完成对棉花33的采摘之后，表面会缠绕上一层棉条，计算机5通过输出装置6向导轨电机1发出指令，改变导轨电机1的转动方向，摘锭23退出采摘箱26，摘锭23表面缠绕的棉条受到采摘孔32的阻力而脱下，导轨电机1负载增大，扭矩传感器A2可获取此时导轨电机1的输出扭矩，根据力与扭矩的关系，通过计算机可分析出摘锭23的脱棉力。

实施例4

该实施例为在挤压状态下对摘锭采摘力和脱棉力的测量。

将一定数量的带有棉杆34的棉铃***采摘箱内的EPS泡沫板上，并达到相应的棉铃密度，按照实施例2和实施例3所述方法测量挤压状态下摘锭采摘力和脱棉力的大小。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。

Claims (5)

1.一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，其特征在于，该方法通过扭矩传感器A（2）和扭矩传感器B（8）分别获取导轨电机（1）和摘锭电机（9）的输出转矩，通过扭矩变送器A（3）和扭矩变送器B（7）分别将获取的导轨电机输出扭矩和摘锭电机输出扭矩转化为电压信号传递给输入装置（4），然后传递给计算机（5）处理，计算机通过输出装置（6）可以向导轨电机（1）和摘锭电机（9）发出指令以控制其转速；根据扭矩与采摘力、脱棉力之间的力学关系可通过计算机（5）编写相应的程序求得采摘力和脱棉力的大小；

本发明所述方法用到的测试机构，由导轨电机（1）、扭矩传感器A（2）、摘锭电机（9）、扭矩传感器B（8）、导轨总成（10）、连轴器（11）、摘锭总成（12）、采摘箱总成（13）、变送器垫块（14）、滑块（15）、基台（16）组成，所述导轨电机（1）通过螺栓连接在基台（16）上，所述扭矩传感器A（2）下设置有传感器垫片（14）并通过螺栓连接在基台（16）上，所述扭矩传感器A（2）一侧通过联轴器（11）与导轨电机（1）相连，另一侧与轴承座（17）相配合，所述摘锭电机（9）通过螺栓连接在滑块（15）上，所述扭矩传感器B（8）下设置有传感器垫片（14）并通过螺栓连接在滑块（15）上，所述扭矩传感器B（8）一侧通过联轴器（11）与摘锭电机（9）相连，另一侧设置有摘锭总成（12），所述导轨总成（10）通过螺栓连接在基台（16）上，所述采摘箱总成（13）通过采摘箱滑块（25）连接在导轨（19）上；所述导轨总成（10）由轴承座（17）、传输带（18）、导轨（19）、导轨垫块（20）组成，所述轴承座（17）分为左右两个分别设置在导轨（19）两侧，所述导轨（19）下方设置有两块导轨垫片（20）支撑导轨（19），所述导轨垫片（20）上设置有导轨槽（30）便于和导轨（19）的配合，所述导轨（19）上下两侧均设置有输送带槽（29），所述输送带（18）设置在输送带槽（29）内并且左右两端与轴承座（17）配合；所述摘锭总成（12）由摘锭夹头（21）、锁紧螺母（22）、摘锭（23）组成，所述摘锭（23）夹持在摘锭夹头（21）上并通过锁紧螺母（22）紧固；所述采棉箱总成（13）由紧固螺栓（24）、采摘箱滑块（25）、采摘箱（26）、铰链（27）、箱盖（28）组成，所述采摘箱滑块（25）左右两侧设置有紧固螺栓（24）以防止摘锭（23）采摘棉花（33）时采摘箱滑块（25）相对导轨（19）滑动，所述采摘箱（26）与采摘箱滑块（25）通过螺栓连接，所述箱盖（28）与采摘箱（26）通过两个铰链（27）连接，所述采摘箱（26）和箱盖（28）上设置有采摘孔（32）。

2.根据权利要求1所述的一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，所述滑块（15）下侧设置有输送带接块（31），所述输送带接块（31）与输送带（18）连接。

3.根据权利要求1所述的一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，所述采摘箱（26）内的底部设置有一层密度较高的EPS泡沫板，并在一定时间段内更换，便于将棉铃稳固地***到其中。

4.根据权利要求1所述的一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，所述导轨电机（1）为定位精准的伺服电机，所述摘锭电机（9）为调速性能良好的直流电机。

5.根据权利要求1所述的一种采棉机摘锭采摘力、脱棉力的测试方法，所述输入装置（4）和输出装置（6）可采用数据采集卡、远程I/O模块等。

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