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CN110108473B - 一种横向茎蔓双动刀切割试验装置 - Google Patents

一种横向茎蔓双动刀切割试验装置 Download PDF

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胡志超
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Abstract

本发明涉及一种横向茎蔓双动刀切割试验装置，属于农业机械技术领域。该装置包括支撑在底座上的垂向轨道和水平的前、后横向导轨，垂向轨道与两侧分别具有传动齿的主动齿条构成垂向移动副，前、后横向导轨分别与上表面具有传动齿的前、后从动齿条构成水平移动副，前、后从动齿条分别通过支撑在垂向轨道两侧的左、右长齿轮与主动齿条两侧的传动齿啮合传动；底座上还支撑垂向夹持的茎蔓夹具，前、后从动齿条分别装有朝茎蔓夹具上方延伸的上、下割刀。本发明实现了作物茎杆直立切割的仿真，因此可以最大程度上还原作物茎杆在实际作业过程中的切割场景，并且采用齿轮齿条传动，传动精度高，在任何切割位置都不会出现“死点”现象，极为稳定可靠。

Description

一种横向茎蔓双动刀切割试验装置
技术领域
本发明涉及一种试验装置，尤其是一种横向茎蔓双动刀切割试验装置，属于农业机械技术领域。
背景技术
菜用甘薯（指把甘薯的叶片、叶柄、嫩茎等作蔬菜食用的甘薯品种）的茎蔓通常离地向上生长，所以菜用甘薯收获的实质是对直立生长的甘薯茎蔓进行切割作业。由于菜用甘薯的种植模式分为有序种植和无序种植，因此其收获机械也相应分为有序采收和无序采收，其切割力的试验也需要考虑采收方式的不同而分别进行，以保证试验数据的准确性
在研究菜用甘薯茎蔓切割性能时，直接使用机械在田间试验受到种植环境影响大，试验数据的采集和处理极易受到环境干扰，试验精度无法保证。因此，现有茎杆类作物的切割试验装置（其典型结构参见申请号为201310187133的中国专利文献）均在室内进行试验，并且据申请人了解，现有技术的切割试验装置不仅存在结构复杂、操作维护不便的缺点，而且均无法兼容有序和无序两种采收模式下茎蔓的切割试验。
申请号为2019101260691的中国专利申请提出了一种四杆式茎蔓双动刀切割试验装置，包括支撑在底座上由横向滑轨和纵向滑轨构成的T形导轨和具有可选择安装位置的茎蔓夹具；横向滑轨的两侧分别通过两上连杆与上T形铰接块的两端铰接，上T形铰接块的中部固定上刀杆；两铰链滑块的下端通过两下连杆分别与倒T形铰接块的两端铰接，倒T形铰接块的中部固定下刀杆；茎蔓夹具包括茎蔓垫块，茎蔓垫块具有分别与割刀位置对应的两处U形缺口，茎蔓垫块的上表面具有茎蔓V形凹槽，茎蔓垫块上装有茎蔓压块，茎蔓压块的下表面具有茎蔓倒V形槽，构成茎蔓通道。但实践表明，该技术方案不仅结构较为复杂，而且存在以下缺陷：1）菜用甘薯机械收获时，茎蔓实际以扶持为直立状态后进行切割，以卧式茎蔓夹具进行切割的四杆式茎蔓双动刀切割试验装置，由于未能尽可能还原切割场景，因此难免产生试验误差；2）铰链四杆机构传动过程中会出现“死点”，故可靠性和稳定性欠佳。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺点，提供一种不仅可以兼容有序和无序两种采收模式，并且实现稳定可靠全仿真的横向茎蔓双动刀切割试验装置。
为实现上述目的，本发明横向茎蔓双动刀切割试验装置的基本技术方案为：包括支撑在底座上的垂向轨道和水平的前、后横向导轨，所述垂向轨道与两侧分别具有传动齿的主动齿条构成垂向移动副，所述前、后横向导轨分别与上表面具有传动齿的前、后从动齿条构成水平移动副，所述前、后从动齿条分别通过支撑在垂向轨道两侧的左、右长齿轮与所述主动齿条两侧的传动齿啮合传动；所述底座上还支撑垂向夹持的茎蔓夹具，所述前、后从动齿条分别装有朝茎蔓夹具上方延伸的上、下割刀。
试验时，当主动齿条与升降驱动装置连接被驱动往复运动时，将通过左、右长齿轮分别带动前、后从动齿条往复水平运动，进而带动上、下割刀往复剪切运动，切割茎蔓夹具夹持的垂向茎蔓。
与现有技术相比，本发明实现了作物茎杆直立切割的仿真，因此可以最大程度上还原作物茎杆在实际作业过程中的切割场景，并且采用齿轮齿条传动，传动精度高，在任何切割位置都不会出现“死点”现象，极为稳定可靠。
本发明进一步的完善是，所述茎蔓夹具包括固定在底座上且前面具有垂向茎蔓凹槽的夹具座，所述夹具座的上部通过截面具有U形弯的联接片与前面具有相应垂向茎蔓凹槽的夹持块连接，所述夹具座和夹持块均配有带茎蔓凹槽的茎蔓压块。
本发明再进一步的完善是，所述夹持块具有上下可选择的夹持连接孔。
本发明又进一步的完善是，所述前、后从动齿条分别通过右刀架和左刀架装有朝茎蔓夹具的U形弯处延伸的上、下割刀。
本发明更进一步的完善是，所述右刀架和左刀架均呈L形，右刀架的下表面和左刀架的上表面分别固定上割刀和下割刀。
本发明还进一步的完善是，所述平板状的底座上支撑有右“L”型支架和左“L”型支架，所述右“L”型支架和左“L”型支架通过与之固连的上、下导轨安装块安装垂向轨道。
本发明仍进一步的完善是，所述垂向轨道两侧分别设有V形导槽，所述主动齿条对应位置分别装有嵌入V形导槽的主动齿条滚子；所述前、后横向导轨两侧分别设有V形槽，所述前、后从动齿条对应位置分别装有嵌入V形槽的从动齿条滚子。
附图说明
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细介绍。
图1是本发明一个实施例的立体结构示意图。
图2是图1实施例拆去茎蔓夹具后的结构示意图。
图3是图1实施例的后视结构示意图。
图4是图1实施例的俯视结构示意图。
图5是图1实施例中茎蔓夹具的立体分解结构示意图。
图6是图1实施例中上割刀组件立体结构示意图。
图7是图1实施例中下割刀组件立体结构示意图。
图中： 5-动力连接头，6-主动齿条，7-长齿轮，8-右“L”型支架，9-横向导轨，10-左“L”型支架，11-从动齿条，12-左刀架，13-右刀架，14-导轨支架，15-上割刀，16-下割刀，17-垂向轨道，18-导轨安装块，19-主动齿条滚子，20-从动齿条滚子，21-刀片安装螺栓，22-夹持块，23-夹具座，24-联接片，25-安装螺栓，26-茎蔓压块，27-作物茎杆。
具体实施方式
本实施例横向茎蔓双动刀切割试验装置的具体结构如图1至图4所示，平板状的底座上支撑有右“L”型支架8、左“L”型支架10通过与之固连上、下导轨安装块18的垂向轨道17，并通过导轨支架14支撑水平的前、后横向导轨9。
垂向轨道17与两侧分别具有传动齿的主动齿条6构成垂向移动副；前、后横向导轨9分别与上表面具有传动齿的前、后从动齿条11构成水平移动副。具体为：垂向轨道17两侧分别设有V形导槽，主动齿条6对应位置分别装有嵌入V形导槽的主动齿条滚子19，从而构成垂向移动副；前、后横向导轨9两侧分别设有V形槽，前、后从动齿条11对应位置分别装有嵌入V形槽的从动齿条滚子，从而构成水平移动副。
前、后从动齿条11分别通过支撑在垂向轨道两侧右“L”型支架8和左“L”型支架10上左、右长齿轮7与主动齿条6两侧的传动齿啮合传动。
底座上还支撑垂向夹持的茎蔓夹具，其具体结构如图5所示，包括固定在底座上前面具有垂向茎蔓凹槽的夹具座23，该夹具座23的上部通过截面具有U形弯的联接片24与前面具有相应垂向茎蔓凹槽的夹持块22连接，U形弯不仅形成了切割让位，而且使得上下夹持具有更高的仿真度，因此十分合理。夹具座23和夹持块22均配有带茎蔓凹槽的茎蔓压块26，并且该夹持块22具有上下可选择的夹持连接孔，可以将作物茎杆27夹持在所需的待切割试验位置。
前、后从动齿条11分别通过右刀架13和左刀架12装有朝茎蔓夹具上方U形弯处延伸的上、下割刀15、16。其具体结构分别如图6和图7所示，左、右刀架均呈L形，右刀架13的下表面和左刀架12的上表面分别固定上割刀15和下割刀16。
切割试验时，将主动齿条6上端的动力连接头5与万能试验机（WDW—200型微机控制电子万能试验机、长春科新试验仪器有限公司产）相连，然后根据试验需求，既可以将剪切作物茎杆27夹持在可模拟出菜用甘薯茎蔓有序收获时的夹持位置，也可以不安装夹持块22上的茎蔓压块26模拟无序采收时的状态，上下割刀以其腰边刃口可在联接片24的U形弯内紧密贴合的状态交错。待万能试验机启动后，带动主动齿条向下运动，通过长齿轮带动两从动齿条相对运动，从而使得左刀架带着下割刀向右运动、右刀架带着上割刀向左运动，即可以一定频率采集和记录切割力和切割刀位移数据，数据中的切割力的最大值则作为菜用甘薯茎蔓的最大切割力；各个切割力和位移数据做二维坐标曲线图，则曲线与位移坐标围成的面积为菜用甘薯茎蔓的切割功。整个试验过程最大程度上还原作物茎杆在实际作业过程中的切割场景，并且传动十分平稳。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述手段所公开的技术手段，还包括有以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种横向茎蔓双动刀切割试验装置，其特征在于：
包括支撑在底座上的垂向轨道和水平的前、后横向导轨（9），所述垂向轨道与两侧分别具有传动齿的主动齿条（6）构成垂向移动副，所述前、后横向导轨分别与上表面具有传动齿的前、后从动齿条（11）构成水平移动副，所述前、后从动齿条分别通过支撑在垂向轨道两侧的左、右长齿轮（7）与所述主动齿条两侧的传动齿啮合传动；所述底座上还支撑垂向夹持的茎蔓夹具（3），所述前、后从动齿条分别装有朝茎蔓夹具上方延伸的上、下割刀（15、16）；
所述茎蔓夹具包括固定在底座上且前面具有垂向茎蔓凹槽的夹具座，所述夹具座的上部通过截面具有U形弯的联接片与前面具有相应垂向茎蔓凹槽的夹持块连接，所述夹具座和夹持块均配有带茎蔓凹槽的茎蔓压块；
所述夹持块具有上下可选择的夹持连接孔。
2.根据权利要求1所述的横向茎蔓双动刀切割试验装置，其特征在于：所述前、后从动齿条分别通过右刀架和左刀架装有朝茎蔓夹具的U形弯处延伸的上、下割刀。
3.根据权利要求2所述的横向茎蔓双动刀切割试验装置，其特征在于：所述右刀架和左刀架均呈L形，右刀架的下表面和左刀架的上表面分别固定上割刀和下割刀。
4.根据权利要求3所述的横向茎蔓双动刀切割试验装置，其特征在于：平板状的底座上支撑有右“L”型支架和左“L”型支架，所述右“L”型支架和左“L”型支架通过与之固连的上、下导轨安装块安装垂向轨道。
5.根据权利要求4所述的横向茎蔓双动刀切割试验装置，其特征在于：所述垂向轨道两侧分别设有V形导槽，所述主动齿条对应位置分别装有嵌入V形导槽的主动齿条滚子；所述前、后横向导轨两侧分别设有V形槽，所述前、后从动齿条对应位置分别装有嵌入V形槽的从动齿条滚子。
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