农业物料碰撞恢复系数测试平台

摘要

农业物料碰撞恢复系数测试平台属于物理性能测试设备；在底座上配装镜子、刻度壁板、高度调节杆、第一、二电磁阀、支撑架和延时继电器，所述镜子与刻度壁板呈135°夹角的连成一体，在支撑架上通过销轴铰装碰撞壁板，在支撑架上、位于销轴两侧分别配装角度调节螺杆A、B，在高度调节杆上配装上、下托板，上、下吸附管分别安装在上、下托板上，连接气管将气吸泵分别与第一、二电磁阀接通，高速摄像机与刻度壁板呈垂直配置，在底座四角部位处分别安装水平调节螺栓组；本平台可对农业物料各种形式条件的碰撞和物料之间的碰撞进行测试，具有结构新颖合理、适应能力强、适用范围广、使用可靠、测试精度高的特点。

说明书

技术领域

本发明属于物理性能测试设备，主要涉及一种散粒体的农业物 料碰撞恢复系数的测试平台。

背景技术

在农业物料领域，碰撞恢复系数反映了物料碰撞变形后能恢复 到原始状态的性能，是联合收割机清选振动筛和精密播种机参数设 计和性能分析的基础数据。另外，碰撞恢复系数是离散元软件仿真 时所需的最基础的颗粒属性之一，仿真时所输入的参数越精确，则 计算输出的结果越精确。国内外的一些学者为了测量获得碰撞恢复 系数，自制了一些碰撞恢复系数测试试验台，能实现物料下落高度 可调，即物料碰撞速度大小可调，然而缺少自动投料机构，无法保 证物料下落时为自由落体运动；无法改变物料的碰撞速度的方向； 且实验装置只能测量获得物料在法向方向上的碰撞情况，分析计算 恢复系数，对于物料切向碰撞情况和总的碰撞情况无法获得，无法 得到其恢复系数。

发明内容

本发明的目的就是针对上述现有技术存在的问题，设计提供一 种农业物料碰撞恢复系数测试平台，达到可实现和提供农业物料以 不同速度和不同方向与碰撞壁板发生碰撞条件、准确及时测量出农 业物料碰撞前、后的总的、法向和切向上的速度、以及准确测出农 业物料相互之间在空中碰撞的碰撞前、后速度、适应能力强的目的。

本发明的目的是这样实现的：在底座上端面上配装镜子、刻度 壁板、高度调节杆、第一电磁阀、第二电磁阀、支撑架和延时继电 器，所述镜子与刻度壁板连接成一体，镜子与刻度壁板之间内夹角 α为135°，所述高度调节杆位于刻度壁板的后部外侧，所述支撑 架位于刻度壁板前部内侧；在所述支撑架上端部上通过销轴铰连安 装碰撞壁板，在支撑架上、位于销轴两侧部位处可上下移动调节的 配装角度调节螺杆A和角度调节螺杆B，所述角度调节螺杆A、B的 上端部分别与碰撞壁板下侧面接触配合；在所述高度调节杆上从上 至下依次可上下移动调节的安装上托板和下托板，在上托板和下托 板上分别安装上吸附管和下吸附管，上气吸管的两端分别连接在上 吸附管和第一电磁阀上，下气吸管的两端分别与下吸附管和第二电 磁阀连接，导线将延时继电器分别与第一电磁阀、第二电磁阀连通； 连接气管将气吸泵分别与第一、二电磁阀接通；高速摄像机与刻度 壁板呈相互垂直的配置在刻度壁板前部内侧相对部位处；在所述底 座四角部位处分别安装水平调节螺栓组，至此构成农业物料碰撞恢 复系数测试平台。

本发明克服和避免了传统的由线绳连接农业物料进行测试物料 之间碰撞恢复系数测试结果准确度差的问题，采用高度可调的上、 下吸附管和倾斜角度可调节的碰撞壁板结构，可对农业物料各种形 式条件的碰撞和物料之间碰撞恢复系数进行测试，为农业物料的离 散元法研究提供了技术支持，具有结构设计新颖合理、适应能力强、 适用范围广、使用可靠、测试精度高的特点。

附图说明

图1是农业物料碰撞恢复系数测试平台总体结构示意图；

图2是图1的俯向视图；

图3是图1中拆除高速摄像机后的结构示意图；

图4是图1的左向视图；

图5是农业物料的籽粒碰撞后速度示意图；

图6是高速摄像机拍摄的籽粒三维图像。

图中件号说明：

1、镜子、2、刻度壁板、3、下托板、4、下吸附管、5、上托板、 6、上吸咐管、7、高度调节杆、8、上气吸管、9、下气吸管、10、 碰撞壁板角度调节标尺线、11、碰撞壁板、12、销轴、13、角度调 节螺杆A、14、气吸泵、15、连接气管、16、第一电磁阀、17、第 二电磁阀、18、支撑架、19、延时继电器、20、底座、21、水平调 节螺栓组、22、角度调节螺杆B、23、高速摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方案进行详细描述。一种农业物料 碰撞恢复系数测试平台，在底座20上端面上配装镜子1、刻度壁板 2、高度调节杆7、第一电磁阀16、第二电磁阀17、支撑架18和延 时继电器19，所述镜子1与刻度壁板2连接成一体，镜子1与刻度 壁板2之间内夹角α为135°，所述高度调节杆7位于刻度壁板2 的后部外侧，所述支撑架18位于刻度壁板2前部内侧；在所述支撑 架18上端部上通过销轴12铰连安装碰撞壁板11，在支撑架18上、 位于销轴12两侧部位处可上下移动调节的配装角度调节螺杆A13和 角度调节螺杆B22，所述角度调节螺杆A、B13、22的上端部分别与 碰撞壁板11下侧面接触配合；在所述高度调节杆7上从上至下依次 可上下移动调节的安装上托板5和下托板3，在上托板5和下托板3 上分别安装上吸附管6和下吸附管4，上气吸管8的两端分别连接 在上吸附管6和第一电磁阀16上，下气吸管9的两端分别与下吸附 管4和第二电磁阀17连接，导线将延时继电器19分别与第一电磁 阀16、第二电磁阀17连通；连接气管15将气吸泵14分别与第一、 二电磁阀16、17接通；高速摄像机23与刻度壁板2呈相互垂直的 配置在刻度壁板2前部内侧相对部位处；在所述底座20四角部位处 分别安装水平调节螺栓组21。在所述刻度壁板2内侧壁面上、与碰 撞壁板11相互配合的设置碰撞壁板角度调节标尺线10。

测试物料与物料之间碰撞恢复系数时，首先，第一、二电磁阀 16、17都属于接通状态，通过设定时间延时继电器19，控制第一电 磁阀16与第二电磁阀17以一定的时间差断开，其中第一电磁阀16 先断开，物料从上吸附管6管口自由下落，一定时间差后第二电磁 阀17断开，物料从下吸附管4管口自由下落，在下吸附管4下方的 某一位置两农业物料发生碰撞，并通过高速摄像机23进行拍摄，其 中要求时间延时继电器19能将时间差最小控制到0.1秒。

从图5可以看出，由于物料存在形状的不规则性(如玉米籽粒)， 籽粒碰撞后的反弹方向是随机的，假设物料籽粒碰撞反弹后的速度 为V，当高速摄像机正对YZ平面时，只能提取物料籽粒在该面上的 运动速度，即V_Z与V_Y，这样获得的速度与实际碰撞后的速度相比误 差会很大，实际物料碰撞后的合速度V还包括V_X，这个速度仅仅通 过传统的高速摄像方法是无法获得的。图6实验中，镜子1与刻度 壁板2呈135°夹角，高速摄像机23的摆放位置正对刻度壁板2， 此时，通过高速摄像分析不仅可以获得物料籽粒在与刻度壁板2平 行面(YZ平面)上的速度V_Z与V_Y，还可以通过镜子1成像原理，从 镜子1里获得物料籽粒在与刻度壁板2垂直面(XZ平面)上的速度 V_X与V_Z，即最终获得物料籽粒碰撞后的空间速度V，大大减少了实验 测量误差，增加了碰撞恢复系数测试的准确性。

当考虑到碰撞角度和碰撞速度因素时，通过调节上、下托板5、 3在高度调节杆7上的位置，改变上、下吸附管6、4高度，实现农 业物料下落高度的变化；通过角度调节螺栓A和B13、22，调节碰 撞壁板11与水平面之间的夹角，实现农业物料在不同条件下与碰撞 壁板11发生碰撞，并通过高速摄像机23获得农业物料碰撞过程中 不同方向上的速度，最后通过求得碰撞前后速度比，获得法向、切 向和总的方向上的碰撞恢复系数。碰撞壁板角度调节标尺线10与碰 撞壁板11的配合，以方便碰撞壁板11与水平面之间夹角的准确确 定，满足不同碰撞条件的需要。