2011.12.5

深松铲工作阻力测试——动静态应变系统应用

深松铲

铲尖

简介依据深松铲深耕

工况的实际要求，对深松铲工作阻力进行测定。利用桥式电路传感器、土槽试验台、动静态应变仪和测试分析软件进行了试验。

深松铲装配方式

深松铲与八角环、机架装配布置

深松铲

八角环

机架

深松铲前进方向

M F P

深松铲结构深松铲实物按装图

从结构图和实物图中都能看出深松铲的铲柄较长，耕深深度可达到 40cm 。普通犁铧或翻土铲只有 10cm 左右。深耕时，由于工况变化频繁、铲尖阻力大、铲柄各部位受力大小和方向均不同，工作状态极为复杂。对于这样的工作状态，本次试验采用了桥式传感器——八角环。其不但能测量水平方向和竖直方向的力的大小，还能对深耕工作总力偶进行测量。其测量的结果可为我们对机架的结构和材料的选择作出重要的依据。

简单介绍一下八角环原理及结构

八角环结构M P

F

R4

R1

R10、

R11、

R12

R9

R3

R2

R5、

R6、

R7

R8

R4R3

R5

R7

R6

R1

R2

R3

R4

F

R6

R8

R11

R9

P

R5

R10

R7

R12

M

八角环实物结构图

电桥引线

思考：从八角环结构和实际测量需求，需要同时采集多种信号参数，基于此应该使用哪种信号采集仪器？

黑

绿

红白

DH-3817 动静态应变仪

DH-3817动静态应变仪能够同时采集 8个通道信号，实现并行数据采集、分析。

与计算机相连的数据线及接口

8 个通道接线端子

电源线接线端及应变仪开关按钮

测试系统连接

步骤二：按正确方式将八角环引线与应变仪通道牢固连接

步骤三 ：用数据线将应变仪与计算机连接 ,启动电脑并使应变仪通电

步骤一：将八角环固定在标定连接板上。

步骤四：在电脑屏幕上找到双击启动数据测试软件

数据传送线

应变仪开关

系统标定

水平方向标定

竖直方向标定

电桥分布

测定深松铲水平力测定深松铲竖直力

电桥分布

水平方向标定步骤一：按照要求将八角环引线与应变仪连接牢固，如将 P引线端与应变仪第七通道连接。步骤二：在计算机 桌面双击 图标，打开测试系统，菜单栏中点击：设置 /信号选择弹出对话框，并添加第七通道。

双击 1-7选择第七

通道

标定步骤三：设置系统参数

单位时段内的采用于设定样数量选择信号采

样的方式说明：采样频率：即单位时间内的抽样速度，通过下拉按钮 选择不同的采样档次。采样方式：包括“示波”、“瞬态”、“连续”、“定时”四种记录方式。“ 示波”是指采集到的数据仅仅显示，不进行存盘。示波的主要目的是给用户事先对输入的信号进行简要的观测，以判断目前的信号是否正常，借以判断整个系统是否正常，用于正式试验前测量系统的调试。

“ 瞬态” 采集的信号多用来进行频域分析处理，然后绘制曲线。“ 定时”记录用于定时采集数据。以“连续”为例，是用于记录较长时间采集非稳态信号（即随时变化的信号）。通过这种采样方式，可以将信号无间断地记录下来，采集的时间仅受硬盘容量的限制。

标定步骤四：通道参数设置

测量类型栏中可以选择：

内输入数采外输入数采应变应力桥式传感器 压电传感器铂电阻测温

选择该项时，软件将自动将信号折算到调理器输入端，在用户将所有参数输入正确时，计算结果将直接为原始测量信号的量值。

标定步骤五：

平衡通道

初始化硬件

清零

说明：当用户改变了与仪器有关的参数（如上限频率、输入方式、抗混滤波器、量程范围等）时，软件自动将改变后的参数发送给仪器。未选择此项时，必须由用户点击工具栏“初始化硬件”按钮或菜单项“控制 |初始化硬件”，才能将改变后的参数发送给仪器。

标定 步骤六：点击开始采样图标并逐次等载荷加载，并作相应记录。得出 P通道加载信号，整理出加载载荷和对应的应变大小，按照公式计算 P方向的标定系数。

—— 开始采样

——暂停采样

—— 结束采样

—— 启动回放

——暂停回放

——停止回放

——回放时间设定

n

ii

n

i

iiPk1

2

1

/ 标定系数

竖直方向标定

与水平方向标定基本上相同，不同点是将 F 引线端与应变仪第八通道连接。并在测试系统中选择加载 1-8通道信号。

同样的道理计算出 F 方向的标定系数

n

ii

n

i

iiPk1

2

1

/ 标定系数

准备工作完毕，即可以开始准测试实验。

深松铲阻力测试试验 深耕铲阻力试验测试，要考虑到深耕速度、深松铲结构和土壤条件，尽量让试验条件接近田间作业工况。编制合理的试验方案，减少试验次数，提高试验效率。在正式实验前可以按照预先编好的实验方案命名，如按照 5km/h 、耕深 30cm ，铲尖角度为 45° 参数要求进行单点试验编号。

2010.1.26 于吉林大学农业工程实验室 -土槽试验台试验操作图。

另外，在进行土槽试验前，除了将所有硬件按照要求连接稳固外。还要完成三个工作，分别是标定深耕速度和仪器连接及对测试软件进行调试。

标定深耕速度不同深耕速度对深耕铲阻力影响，本实验设定三个水平的速度：4km/h 、 5km/h 、 6km/h 。标定方法：在土槽设定 20米长测区，分别为加速段 5m 、匀速段 10m 和减速段 5m 。

加速段 5m

匀速段 10m

减速段 5m

前进方向

M、 F、 P引线与应变仪的链接

M 、 F 、 P

M 、 F 、 P 信号线分别与应变仪的 6 、 7 、 8 通道连接。并在菜单栏“设置 / 信号选择”对话框加载对应通道的信号

调试软件

按照标定时的步骤对测试软件进行系统参数设置、通道参数设置清楚零点、初始化硬件等。

预采样，通过屏幕采集到的信号的数量和信号变化规律以观察接线关系的正确与否。

测量，其操作方法与标定类似、不再赘述。

试验后的信号界面图

数据分析与处理将对应已经标定完毕的 P 、 F 端的标定系数填写在通道参数里进行修正，并保存数据。以保存文件为 Excel文件为例介绍测试信号的分析处理

在此位置选择6 、 7 、8 通道

数据分析与处理将测试所得到的数据保存为 Excel 的文件后，其数据的分析和处理已经完全脱离了测试采集软件，二是进入了 Excel 软件的分析处理方法。以下是按照叠加方法进行数据处理，其局部图结果如下：

矢量图

试验数据分析处理结果图

总结

深松铲阻力试验按照田间实际工况要求，对土壤进行调整检测，使其尽量与真实工作状态接近，使得所测得的深耕阻力接近实际工作阻力。此试验为设计深耕机架强度和拖拉机牵引力选择提供参考。试验中使用八角环、应变仪、计算机土槽试验台等设备；八角环装配、应变片的布片、机械标定和测量，以及测试软件使用与数据分析。

步骤二：八角环引线与应变仪连接

电源端：黑线和绿线

信号端：红线和白线

地线返回

返回

返回

深松铲与八角环、机架装配布置

深松铲

八角环

机架

深松铲前进方向

M F P