水田高茬秸秆旋耕埋覆装置功耗测试方法.pdf

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1、第27卷2011年第2期2月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．27NO．2Feb．201l“9水田高茬秸秆旋耕埋覆装置功耗测试方法王志山，夏俊芳※，许绮川，胡润文(华中农业大学工学院，武汉430070)摘要：为了检测水田高茬秸秆旋耕埋覆装置实时功耗，该文基于虚拟仪器技术和相位差原理，对适用于水田高茬秸秆翻埋装置作业功耗检测的测试系统进行了研究，分别使用相关法、FFT法、过零法3种数据处理方法编写了检测程序，并在试验台架上对测试系统进行了标定。结果显示：基于相关法的测试系统精度、稳定性和线性等指标均最高，对

2、功耗的测量误差在4．5％以内，满足农业机械田间功耗检测要求。关键词：农业机械，测试，功耗控制，相位差，LabVIEWdoi：10．3969fj．issn．1002—6819．2011．02．019中图分类号：S222文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)一02-0119—05王志山，夏俊芳，许绮川，等．水田高茬秸秆旋耕埋覆装置功耗测试方法[J】．农业工程学报，2011，27(2)：”9—123．WangZhishan,XiaJunfang，XuQichuan,eta1．Powerconsumptiontestingsy

3、stemofhighstubbleburieddeviceinpaddyfield[J]TransactionsoftheCSAE，2011，27(2)：119—123．(inChinesewithEnglishabstract)0zJI言1测试原理伴随着中国联合收获机械化的快速发展和机收服务产业化的加快，为了抓农时、抢季节、减轻收获机械作业负荷及提高收获质量，上茬作物收获后残留田间的秸秆(割茬)愈留愈高，普遍达到300～600mm[卜31，给耕整地造成了难以逾越的困难。为此，有时不得不将这些秸秆再次割倒或就地焚烧，不仅费时费力，还污

4、染环境。因此，对秸秆进行粉碎埋覆还田是一种有效和适用的解决方法。目前，针对秸秆翻埋装置的功率损耗研究主要集中于旱地或土槽环境中[4-引，因环境差异，相关成果对于水田作业条件下的参考价值有所降低，相关机具功率配备只是采用了定性试验和类比的方法，因此对其进行定量功耗试验研究，探讨进一步节能降耗途径具有重要意义。通过测量扭矩来获取功率是功率检测的常用方法之一【91。常用扭矩传感器主要分为应变型、转角型两种【10】。目前，针对传统旋耕机械的功率测试一般采用应变片型扭矩传感器[4-81，粘贴应变片和使用成熟传感器均有报道。若采用成熟的扭矩传感器

5、，则必须截断待测轴，后续安装调试较困难；若自行在待测轴上粘贴应变片，则精度和可靠性难以保证，且电源的供给和信号的输出也不易解决。因此，本文基于虚拟仪器技术和转角型磁电相位差式扭矩传感器建立了测试系统，并在功率试验台架上对测试系统进行了标定，可以实现非接触式测量，安装方便。收稿日期：20lO_05．05修订日期：2010-06-15基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975115)z农业部农业科技跨越计划项目(2007．18)作者简介：王志山(1984--)，男，湖北襄樊人．武汉华中农业大学工学院，430070。Emaii：xfwz

6、s@sin&com※通信作者：夏俊芳(1963一)，女，湖北武汉人，教授，博士生导师．武汉华中农业大学工学院，430070。Email：xif@maa．hzau．odu．∞本文采用的磁电相位差式扭矩传感器以弹性轴受扭后产生的扭转角为基本检测量。其测量原理㈣如图1所示。信号发生信号发生器A器BU空转加载后．。．一个齿距．∥怂八V～△口l爿心瓜。一＼。∥妣一信号A——信号B注：A00为初始相位差；△岛为加载后相位差图l磁电相位差测量扭矩原理Fig。lTorquemeasurementprincipleofphasedifference采用

7、磁电式传感器的测量系统一般由两路磁电信号发生器及信号处理系统组成。信号发生器包括信号齿轮和位于其正上方的磁电传感器。随着齿轮的转动，磁电传感器感应出两路频率与齿轮转速成正比的近似正弦信号，由信号频率即可以计算出主轴的转速一。当主轴空转时，两路信号之间的相位差为一定值，即初始相位差A00；当对主轴施加扭矩时，两齿轮截面间的主轴产生相对扭转角△9，经信号齿轮放大后两路信号相位差变为△矾，并被磁电式传感器采集，经程序分析后得出主轴所传递的转速n、扭矩尥和功率尸。两路信号间相位差的变化量为AO=A0,-A00=z·Ag)(1)式中，z为信号齿

8、轮齿数；△岛为初始相位差；AOI为加载后相位差。120农业工程学报2011篮在弹性范围内施加扭矩时，两齿轮截面间相对扭转角△驴与扭矩尥有如下关系，卸2责‘Me(2)式中，三为两齿轮截面间的距离，mill；G为剪切弹性模量