尹建軍 王新新 高 強(qiáng)

(江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鎮(zhèn)江 212013)

打結(jié)器連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)方法與疲勞試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)

尹建軍 王新新 高 強(qiáng)

(江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鎮(zhèn)江 212013)

針對國內(nèi)缺乏打結(jié)器連續(xù)打結(jié)的性能測試與疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)，模擬方捆機(jī)捆草作業(yè)過程，提出了一種打結(jié)器連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)方法與疲勞試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)方案。通過設(shè)計(jì)可模擬草捆回彈特性的拉繩裝置使其在水平面按矩形軌跡拉繩，在繩針?biāo)屠K動作配合下在垂直面形成矩形繩環(huán)，使受測試的打結(jié)器完成打結(jié)。試驗(yàn)臺循環(huán)實(shí)現(xiàn)拉繩-送繩-打結(jié)動作，同時測試打結(jié)過程中的捆繩張力、主軸轉(zhuǎn)矩和主軸轉(zhuǎn)角。按此方案在Solidworks下建立了試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)三維模型，并對關(guān)鍵部件進(jìn)行選型。構(gòu)建了試驗(yàn)臺參數(shù)測量與運(yùn)動控制系統(tǒng)，基于拉繩-送繩-打結(jié)動作邏輯設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺控制流程，采用LabVIEW圖形化編程語言編寫了測試與控制程序。打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，該試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)與測控系統(tǒng)運(yùn)行可靠，連續(xù)打結(jié)效率為3個/min，可為打結(jié)器研發(fā)及短時疲勞壽命考核提供試驗(yàn)平臺。

打捆機(jī)； 打結(jié)器； 試驗(yàn)臺； 控制； 疲勞試驗(yàn)

引言

打結(jié)器成結(jié)率與可靠性是評價打結(jié)器性能的重要指標(biāo)，尤其是研發(fā)或量產(chǎn)打結(jié)器時特別需要連續(xù)測試打結(jié)器成結(jié)率與可靠性的設(shè)備。當(dāng)前對打結(jié)器的研究主要集中在：D型打結(jié)器的成結(jié)動作過程仿真與解析[1-5]、打結(jié)器支架等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)逆向重建[6-7]、打結(jié)器空間參數(shù)分析[8-9]、打結(jié)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)分析[10-15]、打結(jié)器參數(shù)優(yōu)化與新型打結(jié)器研發(fā)[16-18]。對打結(jié)器試驗(yàn)系統(tǒng)研究較少，已開發(fā)的打結(jié)器試驗(yàn)系統(tǒng)[19]僅能在人工輔助下打結(jié)，可通過研究打結(jié)器動作過程進(jìn)行打結(jié)原理驗(yàn)證，但不能實(shí)現(xiàn)自動連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)，且測量參數(shù)少，難以滿足在實(shí)驗(yàn)室模擬方捆機(jī)上萬次捆扎草捆進(jìn)行連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)研究的功能要求。

本文針對研發(fā)或量產(chǎn)打結(jié)器過程中缺乏試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行打結(jié)器連續(xù)測試的問題，提出一種打結(jié)器連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)方法，據(jù)此設(shè)計(jì)一種能模擬方捆機(jī)捆扎草捆的打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺，可開展打結(jié)器打結(jié)原理驗(yàn)證、打結(jié)動作時序測試、成結(jié)率檢測與短時連續(xù)疲勞試驗(yàn)，為打結(jié)器性能測試與核心技術(shù)自主化提供試驗(yàn)裝置。

1 連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)方法

方捆機(jī)捆扎草捆之前，繩針先將第一股捆繩送至打結(jié)器的夾繩器夾緊，之后物料通過撿拾機(jī)構(gòu)輸送至壓捆室，在壓捆室活塞的作用下，物料擠壓第一股捆繩，并沿著成捆室出口移動，捆繩逐漸張緊并從繩卷拉出逐漸包絡(luò)草捆，如圖1a所示。

圖1 方草捆形成過程示意圖Fig.1 Sketch of forming square type of straw bale1.活塞 2.壓捆室 3.夾繩器 4.草捆 5.繩針 6.捆繩 7.送繩桿

當(dāng)草捆達(dá)到設(shè)定長度時，草捆長度控制機(jī)構(gòu)動作，打結(jié)主軸傳遞動力，帶動送繩機(jī)構(gòu)的繩針將第二股捆繩送至打結(jié)器的夾繩器處，打結(jié)器依序完成夾繩-繞扣-鉗咬-割繩-脫扣動作，形成“φ”狀繩結(jié)，如圖1b所示。

當(dāng)繩針回落到初始位置時，第二股捆繩被夾繩器夾持，繼續(xù)被壓縮草片擠壓，第二股捆繩搭接在打結(jié)嘴上，變?yōu)榈谝还衫K，為下一個草捆自動捆扎做準(zhǔn)備，如圖1c所示。

由于試驗(yàn)臺不設(shè)計(jì)物料喂入，根據(jù)上述方捆機(jī)連續(xù)捆草的工作循環(huán)特點(diǎn)，需要模擬草捆擠壓捆繩的縱向移動。為了打結(jié)能夠循環(huán)進(jìn)行，在下一次打結(jié)之前，需要模擬草捆橫向移動以避開處于初始位置的捆繩。為此，模擬草捆設(shè)計(jì)為一個拉繩裝置，其運(yùn)動軌跡在水平面內(nèi)為矩形，完成上述所需的橫、縱兩個方向的移動，如圖2a所示。拉繩裝置采用3個滾輪來模擬草捆對捆繩的支撐作用，在繩針?biāo)屠K動作配合下在垂直面形成矩形繩環(huán)，如圖2b所示。

圖2 打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺拉繩運(yùn)動設(shè)計(jì)Fig.2 Rope-pulling motion design of knotter fatigue test bench

考慮到草捆被壓縮后具有回彈特性，拉繩裝置的3個滾輪不應(yīng)設(shè)計(jì)為剛性結(jié)構(gòu)，左側(cè)單個滾輪固定在拉繩裝置上，右側(cè)兩個滾輪采用導(dǎo)軌滑塊、拉簧和限位塊組成可伸縮運(yùn)動的支撐結(jié)構(gòu)，使左側(cè)單個滾輪與右側(cè)兩個滾輪之間產(chǎn)生相對移動，用來模擬打結(jié)時草捆的回彈特性，如圖3所示。

圖3 模擬草捆回彈特性的拉繩裝置簡圖Fig.3 Sketch of rope-pulling device which can simulate springback characteristic of straw bale1.導(dǎo)軌 2.后部滾輪 3.滑塊 4.拉簧 5.橫梁

通過設(shè)計(jì)可模擬草捆回彈特性的拉繩裝置使其在水平面按矩形軌跡拉繩，模擬圖1a所示的草捆擠壓捆繩過程。在繩針?biāo)屠K動作配合下在垂直面形成矩形繩環(huán)，使受測試的打結(jié)器完成打結(jié)，完成圖1b與圖1c所示的捆扎動作。試驗(yàn)臺可循環(huán)實(shí)現(xiàn)拉繩-送繩-打結(jié)動作，達(dá)到可連續(xù)打結(jié)的試驗(yàn)要求。

2 試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述打結(jié)器連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)過程設(shè)計(jì)，打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺的機(jī)械系統(tǒng)主要包括動力驅(qū)動系統(tǒng)、主軸傳動系統(tǒng)、十字滑臺、模擬草捆回彈特性的拉繩裝置、捆繩預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置和送繩機(jī)構(gòu)等組成，如圖4所示。

圖4 打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)組成Fig.4 Structure composition of knotter fatigue test bench1.控制柜 2.控制按鈕 3.行程開關(guān) 4.拉力傳感器 5.模擬草捆回彈特性的拉繩裝置 6.十字滑臺裝置 7.送繩機(jī)構(gòu) 8.捆繩預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置 9.繩卷 10.扭矩傳感器 11.打結(jié)器 12.編碼器 13.鏈傳動裝置 14.電磁離合器 15.錐齒輪 16.變頻調(diào)速電動機(jī) 17.顯示器

試驗(yàn)臺動力驅(qū)動與主軸傳動系統(tǒng)如圖5所示，變頻調(diào)速電動機(jī)(永坤WCM28-1500-20S型)通過一對錐齒輪將動力傳至電磁離合器(仟岱CDB010AA型)，電磁離合器再將動力通過鏈傳動驅(qū)動打結(jié)器軸系轉(zhuǎn)動。安裝在打結(jié)器軸系上的扭矩傳感器與編碼器分別獲取打結(jié)器動作時的扭矩與打結(jié)主軸轉(zhuǎn)角，為控制電磁離合器通斷提供判斷信號。

圖5 動力驅(qū)動與主軸傳動系統(tǒng)Fig.5 Power drive and transmission system of main shaft1.編碼器 2、4、6.軸承座 3.打結(jié)器 5.扭矩傳感器 7.送繩曲柄 8.電磁離合器 9.變頻調(diào)速電動機(jī) 10.錐齒輪

模擬草捆回彈特性的拉繩裝置如圖6所示，拉繩滾輪1和拉繩滾輪2固定在滑塊上，一端固定在橫梁上的拉簧與滑塊連接，使右側(cè)兩個滾輪沿固結(jié)在橫梁上的導(dǎo)軌縱向移動，左側(cè)單個滾輪與橫梁固定。拉繩時拉繩裝置從左向右移動，滾輪組被壓縮，拉簧伸長，繩圈后移，模擬捆繩被草捆擠壓的過程。打結(jié)開始時繩針將捆繩送至打結(jié)器的夾繩器處，滾輪組繼續(xù)被壓縮。打結(jié)器繞扣時滾輪組再次被壓縮，打結(jié)器脫扣時滾輪組被放松回至原位，模擬了被壓縮的草捆捆扎過程的回彈特性。拉繩裝置中設(shè)置拉力傳感器，與右側(cè)下方的拉繩滾輪2連接，用來采集拉繩與打結(jié)過程中的捆繩拉力。

圖6 模擬草捆回彈特性的拉繩裝置Fig.6 Rope-pulling device which can simulate springback characteristic of straw bale1.捆繩 2.直線滑軌 3.滾輪支撐板 4.拉繩滑塊 5.拉繩滾輪1 6.拉簧 7.橫向絲杠螺母 8.橫向運(yùn)動滑塊 9.橫向運(yùn)動板 10.拉繩滾輪2 11.壓力傳感器 12.拉繩橫梁 13.拉繩滾輪3

十字滑臺如圖7所示，由橫向和縱向布置的步進(jìn)電動機(jī)(億星110J18135EC-1000型)驅(qū)動的絲桿、螺母、直線導(dǎo)軌與滑塊組成，步進(jìn)電動機(jī)與絲杠通過聯(lián)軸器直連?？v向運(yùn)動板固結(jié)滑塊和螺母，在縱向絲杠與螺母形成的螺旋副驅(qū)動下縱向運(yùn)動板沿固結(jié)在機(jī)架上的縱向直線導(dǎo)軌移動。橫向布置的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動螺旋傳動，與直線導(dǎo)軌滑塊均布置在縱向運(yùn)動板上，橫向運(yùn)動板固結(jié)滑塊和螺母，在橫向絲杠與螺母形成的螺旋副驅(qū)動下橫向運(yùn)動板沿固結(jié)在縱向運(yùn)動板的橫向直線導(dǎo)軌移動。模擬草捆回彈特性的拉繩裝置通過橫梁固定在橫向運(yùn)動板上。這樣，拉繩裝置可按圖2a所示的矩形軌跡運(yùn)動。為了補(bǔ)償絲杠傳動的運(yùn)動誤差，并感知運(yùn)動板移動極限位置，在橫向和縱向的正反方向設(shè)置4個行程開關(guān)，為控制十字滑臺運(yùn)動提供限位信號。

圖7 十字滑臺結(jié)構(gòu)組成Fig.7 Structure composition of cross sliding table1.縱向步進(jìn)電動機(jī) 2.縱向絲杠 3.縱向直線滑軌 4.橫向直線滑軌 5.縱向運(yùn)動板 6.橫向步進(jìn)電動機(jī) 7.行程開關(guān)1 8.橫向運(yùn)動板 9.行程開關(guān)2 10.行程開關(guān)3 11.橫向絲杠12.模擬草捆回彈特性的拉繩裝置 13.行程開關(guān)4

3 試驗(yàn)臺測試與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 試驗(yàn)臺測試與控制系統(tǒng)組成

如圖8所示，試驗(yàn)臺測試與控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)(研華IPC-610L型)、4軸通用步進(jìn)脈沖伺服電機(jī)運(yùn)動控制卡(研華PCI-1245L型)、數(shù)據(jù)采集卡(研華PCI-1710U型)、驅(qū)動器(億星3HSS2208H型)、絕對值型旋轉(zhuǎn)編碼器(歐姆龍E6C3-AG5C 1024P/R型)、動態(tài)扭矩傳感器(金諾JN-DN200型，量程200 N·m)、壓力傳感器(隆順NJLS-1型，量程50 kg)、行程開關(guān)(歐姆龍WLD-Q型)、繼電器和按鈕組成。

圖8 試驗(yàn)臺測試與控制系統(tǒng)組成Fig.8 Composition of measurement and control system of test bench

為參數(shù)采集、存儲與界面顯示以及控制結(jié)構(gòu)簡化，試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)采用研華工控機(jī)拓展4軸運(yùn)動控制卡連接步進(jìn)電動機(jī)伺服器，控制十字滑臺中橫向和縱向步進(jìn)電動機(jī)。采用研華數(shù)據(jù)采集卡來采集按鈕、行程開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、壓力傳感器、扭矩傳感器的電壓信號，并通過數(shù)據(jù)采集卡的輸出端口控制繼電器線圈吸合與斷開，從而控制電磁離合器的通斷。

3.2基于拉繩-送繩-打結(jié)動作邏輯的試驗(yàn)臺控制流程設(shè)計(jì)

按照連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)方法提出的拉繩-送繩-打結(jié)的循環(huán)工作過程[20]，當(dāng)試驗(yàn)臺啟動后，首先判斷十字滑臺是否在基準(zhǔn)位置，若不在預(yù)設(shè)初始位置，則工控機(jī)的測試與控制程序發(fā)出指令給伺服器使步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動十字滑臺裝置回到起點(diǎn)位置，即起點(diǎn)位置側(cè)的兩個行程開關(guān)均有接觸信號。然后，十字滑臺按矩形軌跡移動，依次采集行程開關(guān)判斷橫向、縱向運(yùn)動板是否到達(dá)極限位置，同時通過拉力傳感器獲取捆繩拉力大小，判斷是否成功拉繩。拉繩成功后，控制程序發(fā)出指令給繼電器使電磁離合器接合，調(diào)速電動機(jī)的動力傳遞給打結(jié)主軸軸系，驅(qū)動送繩機(jī)構(gòu)送繩到打結(jié)器，受測打結(jié)器完成打結(jié)，同時扭矩傳感器采集主軸扭矩、編碼器采集主軸轉(zhuǎn)角，并判斷打結(jié)是否成功。打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺控制流程如圖9所示，測試與控制程序采用LabVIEW提供的圖形化編程語言編寫?？紤]到試驗(yàn)臺調(diào)試需要，設(shè)計(jì)了手動與電動切換旋鈕，當(dāng)旋鈕置于手動擋位時，程序響應(yīng)“前、后、左、右”4個瞬動型按鈕的通斷信號，使十字滑臺移動。

具體實(shí)現(xiàn)過程如下：按照十字滑臺運(yùn)動的先后順序分為橫向運(yùn)動板負(fù)向移動、縱向運(yùn)動板負(fù)向移動、橫向運(yùn)動板正向移動和縱向運(yùn)動板正向移動(以遠(yuǎn)離步進(jìn)電動機(jī)的方向?yàn)樨?fù)，靠近步進(jìn)電動機(jī)方向?yàn)檎?。為了精確定位十字滑臺的停止位置，并縮短運(yùn)動時間，步進(jìn)電動機(jī)采用加速—勻速—減速運(yùn)動模式。運(yùn)動板觸碰行程開關(guān)之后步進(jìn)電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，表示完成該方向的運(yùn)動。

由于電磁離合器線圈吸合有時間延遲，經(jīng)過試驗(yàn)確定電磁離合器的線圈吸合延遲時間為0.15 s，打結(jié)器主軸需要準(zhǔn)確地停止在初始位置，則需要對電磁離合器斷開制動的判斷角度進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以及鏈輪傳動比計(jì)算得到主軸角速度，其表達(dá)式為

(1)

式中z1——主動鏈輪齒數(shù)

z2——從動鏈輪齒數(shù)

n1——變頻電動機(jī)轉(zhuǎn)速

ω——打結(jié)器主軸角速度

圖9 打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺控制流程圖Fig.9 Control flow chart of knotter fatigue test bench

將n1=71 r/min、z1=13、z2=19代入式(1)，得出ω=291.47(°)/s，則需要補(bǔ)償?shù)慕嵌葹?/p>

θ=0.15×291.47=43.72°

即電磁離合器在主軸轉(zhuǎn)角達(dá)到316.28°時控制程序發(fā)出電磁離合器斷開制動指令。

十字滑臺完成拉繩動作后，控制系統(tǒng)判斷主軸旋轉(zhuǎn)角度是否小于100°，若小于100°則繼續(xù)采集主軸轉(zhuǎn)角，再判斷主軸旋轉(zhuǎn)角度是否大于等于316.28°，若大于等于該角度則控制電磁離合器閉合，完成打結(jié)動作。若打結(jié)器正常脫扣，此時拉力傳感器拉力理論上為零，出于安全考慮，設(shè)置控制系統(tǒng)拉力判斷條件為10 N，檢測打結(jié)器是否打結(jié)成功。在打結(jié)完成以后，若捆繩拉力大于10 N，表明打結(jié)器脫扣不成功，捆繩纏繞在打結(jié)嘴上，此時控制系統(tǒng)報警且停止程序；若捆繩拉力小于10 N則循環(huán)運(yùn)行程序，進(jìn)入下一個打結(jié)循環(huán)。

4 試驗(yàn)臺運(yùn)行試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)臺功能測試

通過外購件采購、自制零件加工和測控程序調(diào)試，安裝完畢的試驗(yàn)臺如圖10所示。

圖10 打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺Fig.10 Knotter fatigue test bench

為了測試設(shè)計(jì)的打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺功能和性能指標(biāo)，采用德國Rasspe公司的D型打結(jié)器作為受測打結(jié)器，安裝在試驗(yàn)臺主軸軸系上。試驗(yàn)臺運(yùn)行過程如圖11所示。

圖11 打結(jié)器疲勞試驗(yàn)臺運(yùn)行過程Fig.11 Running processes of knotter fatigue test bench

圖12 打結(jié)主軸扭矩和捆繩拉力波形圖Fig.12 Torque oscillogram of main shaft of knotter and tension force oscillogram of rope

打結(jié)試驗(yàn)采集到的捆繩拉力和主軸扭矩變化曲線如圖12所示，打結(jié)主軸扭矩和捆繩拉力的變化趨勢同步，表明打結(jié)主軸扭矩與捆繩施加給打結(jié)嘴的負(fù)載呈正相關(guān)。捆繩預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置對捆繩的夾緊程度影響送繩階段的捆繩拉力，在打結(jié)階段打結(jié)嘴的載荷主要由拉繩裝置的拉簧剛度決定。根據(jù)測得的打結(jié)主軸扭矩和捆繩拉力，可以為打結(jié)器成結(jié)過程的動力學(xué)分析提供驅(qū)動力矩和打結(jié)載荷，借助ADAMS軟件可對錐齒輪和蝸桿傳動、繞扣機(jī)構(gòu)、脫扣機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析，從而為打結(jié)嘴等關(guān)鍵零件的疲勞強(qiáng)度分析提供計(jì)算依據(jù)。

試驗(yàn)中測得十字滑臺的縱向滑塊單程運(yùn)動時間為4.5 s，橫向滑塊單程運(yùn)動時間為3.5 s，模擬草捆運(yùn)動過程總時間為16 s，電磁離合器開閉時間和主軸轉(zhuǎn)動時間為2 s，合計(jì)完成一個打結(jié)循環(huán)所用時間為18 s。據(jù)此，該試驗(yàn)臺打結(jié)效率達(dá)到3個/min，十字滑臺最大移動速度為0.125 m/s，打結(jié)器主軸停止角度精度360°±3°。對試驗(yàn)臺進(jìn)行600次重復(fù)打結(jié)試驗(yàn)，試驗(yàn)臺連續(xù)打結(jié)成功，未有不打結(jié)或打結(jié)器主軸多次轉(zhuǎn)動的情況出現(xiàn)，表明試驗(yàn)臺測控系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確，滿足連續(xù)打結(jié)的疲勞測試要求。

4.2 打結(jié)器時序測試

利用試驗(yàn)臺能夠?qū)崿F(xiàn)測量打結(jié)主軸轉(zhuǎn)角的功能，對德國Rasspe公司D型打結(jié)器動作時序進(jìn)行測試，為打結(jié)器研發(fā)提供參考數(shù)據(jù)。

利用試驗(yàn)臺手動轉(zhuǎn)動搖柄驅(qū)動打結(jié)主軸軸系轉(zhuǎn)動，記錄打結(jié)器從夾繩開始、送繩到最高點(diǎn)、繞扣開始、繞扣90°、繞扣180°、鉗咬開始、鉗咬開口最大角度、鉗咬完成、夾繩結(jié)束、割繩脫扣結(jié)束等關(guān)鍵動作的主軸轉(zhuǎn)動角度，如圖13所示，分圖題中括號內(nèi)角度值表示打結(jié)器主軸轉(zhuǎn)角。據(jù)此繪制的D型打結(jié)器動作時序圖如圖14所示。

4.3 雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器疲勞試驗(yàn)

如圖15所示，將課題組研發(fā)的雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器[16-17]安裝在試驗(yàn)臺上，進(jìn)行連續(xù)打結(jié)試驗(yàn)，檢驗(yàn)雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器的成結(jié)率和零件疲勞壽命[21]。通過捆繩預(yù)緊力調(diào)節(jié)裝置調(diào)整捆繩拉力大小，實(shí)現(xiàn)對雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器的打結(jié)嘴加載。試驗(yàn)過程中，捆繩拉力在120～200 N之間。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)捆繩拉力超過200 N，試驗(yàn)臺停止工作，導(dǎo)致打結(jié)中斷，原因?yàn)槔K預(yù)緊力過大，送繩時打結(jié)主軸扭矩過大，超過電磁離合器傳遞扭矩，此時控制系統(tǒng)自動斷開電磁離合器，對試驗(yàn)臺進(jìn)行過載保護(hù)。10 000次的打結(jié)試驗(yàn)結(jié)果表明雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器成結(jié)可靠，成結(jié)率100%，試驗(yàn)臺整體運(yùn)行良好，測控程序工作可靠，機(jī)械系統(tǒng)未有損壞。

后期課題組將持續(xù)對雙齒盤打結(jié)器開展疲勞試驗(yàn)，檢測打結(jié)器是否滿足打結(jié)器標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的60 000次無故障要求。

圖13 D型打結(jié)器時序試驗(yàn)Fig.13 Timing sequence test of D-knotter

圖14 D型打結(jié)器時序圖Fig.14 Timing sequence chart of D-knotter

5 結(jié)束語

提出了實(shí)驗(yàn)室條件下能夠模擬方捆機(jī)田間作業(yè)的打結(jié)器連續(xù)試驗(yàn)方法與疲勞試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)方案，可模擬草捆回彈特性，捆繩施加給打結(jié)嘴的載荷可調(diào)可測，試驗(yàn)臺運(yùn)行試驗(yàn)表明，試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)和測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行可靠，基于拉繩-送繩-打結(jié)動作邏輯的試驗(yàn)臺控制流程設(shè)計(jì)正確，連續(xù)打結(jié)效率為3個/min，可為打結(jié)器研發(fā)及短時疲勞壽命考核提供試驗(yàn)平臺。

圖15 雙齒盤驅(qū)動打結(jié)器疲勞試驗(yàn)Fig.15 Fatigue tests of knotter driven by double gear-discs

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ContinuousKnot-tyingTestMethodofKnotterandKnotterFatigueTestBenchDesign

YIN Jianjun WANG Xinxin GAO Qiang

(KeyLaboratoryofModernAgriculturalEquipmentandTechnology,MinistryofEducation,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China)

In view of lack of continuous knot-tying performance test and fatigue test system of knotter in China, a kind of continuous knot-tying test method of knotter and design scheme of knotter fatigue test bench were proposed to simulate straw-bundling processes of square baler.By designing a rope-pulling device which can simulate springback characteristic of straw bale, the device moved on horizontal plane to pull rope according to rectangle path, and a rectangle rope ring was formed on vertical plane in cooperation with rope-sending motion of rope needle, and the tested knotter finished knot-tying.The test bench realized rope-pulling, rope-sending and knot-tying motion circularly, and tension force of the rope, torque and rotation angle of the main shaft can be measured at the same time.3D model of mechanical system of the test bench was established under the software of Solidworks according to the proposed scheme, and type selection of its key parts was done.Parameters measurement and motion control system of the test bench was built up, and control flow of the test bench was designed on the basis of the logic among rope-pulling, rope-sending and knot-tying motion.Graphical programming language of LabVIEW was used to program the measurement and control program of the test bench.The running test results of knotter fatigue test bench showed that the mechanical system, measurement and control system of the test bench worked reliably, and continuous knot-tying efficiency of the test bench reached three knots per minute.The test bench may provide a test platform for knotter development and short-term fatigue life evaluation of knotter.

baler； knotter； test bench； control； fatigue test

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.10.010

S225.2+2； TP391.9

A

1000-1298(2017)10-0084-08

2017-02-07

2017-03-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51375215)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0701700)和江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(蘇政辦發(fā)[2014]37號)

尹建軍(1973—)，男，研究員，博士，主要從事收獲機(jī)械集成設(shè)計(jì)與農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)研究，E-mail：yinjianjun@ujs.edu.cn