便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统，包括试验台、控制系统和上位机；试验台包括夹具、拉压力传感器、导柱、导程丝杠、配重柱、支撑杆、底板、支撑柱、步进电机和联轴器；控制系统包括STM32主控制器、开关电源、步进电机驱动器、电源开关和控制按钮；STM32主控制器与上位机连接，上位机显示界面可实时显示试验过程中拉压力的变化曲线并将数据存储在上位机中。本实用新型专利技术结构简单、体积小、便于携带，能带到大葱生长现场使用，进行挤压、起拔等力学试验，夹具大小可调，能适用于不同品种、不同直径大葱力学特性的试验，且试验数据可实时显示存储。

【技术实现步骤摘要】
便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统
本技术涉及一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统，属于农作物物料力学领域。
技术介绍
随着农业工程学科的迅速发展，深入研究农业工程涉及的农业物料力学问题，愈益显得重要。为了研制出更好的农机产品，必须掌握其服务对象农作物茎秆的力学性能，为该类农机产品的研制提供理论依据。目前金属材料力学性能的测试方法已经很成熟，并拥有完善的测试装置，但对于大葱等农作物茎秆力学特性的测试方法尚不成熟，可测试的装置很少，主要有万能试验机和一些小型试验仪器。万能试验机虽然是一种高精度的测量仪器，应用范围较广，但是体积庞大，只能在室内进行试验，而一些茎秆力学特性试验需要实时实地进行测量，比如大葱、大蒜、小麦等，限制了试验地点；并且这种试验机价格及其昂贵，无法大规模应用。小型的试验仪虽然可以进行茎秆力学特性的测量，体积也较小，但是其使用条件受到了很多限制：精度较低；手动控制较多，人为造成的误差较大；试验地点要求受限，只能在特定的环境中使用；某些试验受试验台结构限制，无法测量，例如大葱、大蒜起拔力的测量。
技术实现思路
为改善大葱葱茎力学特性的测试方法和测量精度，本技术提供了一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统。本技术能带到大葱生长现场使用，进行挤压、起拔等力学试验，夹具大小可调，能适用于不同品种、不同直径大葱力学特性的试验，且试验数据可实时显示存储。本技术所采用的技术方案是：一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统，包括试验台、控制系统和上位机。所述试验台包括夹具、拉压力传感器、导柱、导程丝杠、配重柱、支撑杆、底板、支撑柱、步进电机和联轴器。所述夹具固定在拉压力传感器的正下方，夹具为U型槽结构；U型槽内部两侧各设有一个夹持垫片；一侧的夹持垫片固定，另一侧的夹持垫片可活动连接在U型槽上；两个夹持垫片之间的间距可调；通过调节按钮调节两个夹持垫片之间的间距，以适应不同大葱葱茎的直径；夹持垫片上相对设有橡胶垫。所述导程丝杠下端垂直安装在所述底板上；导程丝杠前后两侧的底板上垂直安装有导柱；两个导柱下端与导程丝杠下端位于同一条水平线上；底板前端设有矩形槽；矩形槽位于夹具正下方；夹具能在矩形槽内上下移动；支撑杆与底板平行同时可活动连接在导柱和导程丝杠上部；支撑杆能在导程丝杠的带动下沿导柱上下移动，进而带动拉压力传感器上下移动，实现支撑杆、拉压力传感器和夹具的同步移动；所述支撑杆前端与拉压力传感器连接；其后端可活动连接配重柱；所述配重柱为两个大小相同、重量各为2kg的圆柱体，目的是为了试验过程的受力平衡，减小试验误差；根据试验葱茎的粗细选择使用一个配重柱或两个配重柱。所述步进电机固定在底板底面；步进电机通过联轴器与导程丝杠连接；步进电机正反转时，带动导程丝杠旋转，进而带动支撑杆上下移动，完成运动过程。所述拉压力传感器通过变送器连接到控制器，变送器可将拉压力传感器的毫伏信号放大为标准的电压信号，便于数据的处理。所述控制系统包括控制器、开关电源、步进电机驱动器、电源开关和控制按钮。所述控制器将拉压力传感传来的模拟信号转变为数字信号经串口通信传送到上位机(电脑)；所述开关电源与总电源连接，用于将220V交流电转变为5V直流电给控制器供电；所述步进电机驱动器一侧与步进电机相连，另一侧与控制器连接，用于控制步进电机的转速和转向，进而控制试验时执行机构上升或下降的速度；所述控制按钮与控制器连接；所述控制按钮包括上升、下降、拉力、压力、复位和停止六个按钮，每个按钮分别与控制器上对应的引脚连接；其中，上升、下降按钮分别控制试验台执行机构的升降；拉力、压力按钮用于选择对应的力学试验；复位按钮用于使试验台回到初始位置；停止按钮用于停止试验台运转。所述控制器与上位机之间的串口通信，上位机显示界面可实时显示试验过程中拉压力的变化曲线并将数据存储在上位机中。所述控制器可采用STM32单片机。本技术的有益效果：1.本技术采用夹具，可根据大葱葱茎的直径调节夹具大小，适用于不同品种大葱葱茎力学特性的测量要求，应用范围较广。2.本技术结构简单、体积小、重量轻，便于携带，测量精度高，可以在大葱生长现场进行试验。3.本技术采用步进电机作为驱动机构，消除了手动操作时因速度不恒定造成的误差，同时减轻了劳动强度。4.本技术通过STM32主控制器与上位机之间的串口通信，能在上位机显示界面实现试验数据的实时显示、历史查询、数据下载、曲线绘制等功能，可以通过上位机显示界面实时观察大葱葱茎力学特性的变化规律。5.本技术也可适用于其它农作物茎秆力学特性的试验，如大蒜、小麦等，应用范围较广。附图说明图1是本技术试验台的结构图；图2是本技术试验台主视图；图3是本技术试验台左视图；图4是本技术控制箱的立体结构图；图中：1.支撑柱，2.底板，3.步进电机，4.联轴器，5.导程丝杠，6.导柱，7.支撑杆，8.拉压力传感器，9.夹具，10.调节旋钮，11.配重柱，12.箱体，13.开关电源，14.步进电机驱动器，15.控制器，16.拉力试验按钮，17.压力试验按钮，18.上升控制按钮，19.下降控制按钮，20.复位按钮，21.停止按钮具体实施方式下面结合附图与实施例对本技术做进一步说明。本试验台整体采用钢架结构，为尽可能减轻重量，整体尺寸设计为20cm×12cm×35cm，体积小，结构简单，可以带到大葱生长现场使用。本技术包括支撑柱1、底板2、步进电机3、联轴器4、导程丝杠5、导柱6、支撑杆7、拉压力传感器8、夹具9、调节旋钮10、配重柱11、箱体12、开关电源13、步进电机驱动器14、STM32主控制器15、控制按钮。所述控制按钮包括拉力试验按钮16、压力试验按钮17、上升控制按钮18、下降控制按钮19、复位按钮20、停止按钮21。为保证整个系统试验的稳定，试验台主体选用钢架结构。所述控制器15与上位机之间的串口通信，上位机显示界面可实时显示试验过程中拉压力的变化曲线并将数据存储在上位机中；上位机可采用现有的普通电脑。所述支撑柱1通过螺纹攻丝连接固定在底板2下侧，起支撑作用；所述导柱6垂直于底板2上方平行设置，穿过支撑杆7固定，导柱6焊接在底板2上；支撑杆7中部攻丝穿过导程丝杠5，导程丝杠5转动时，带动支撑杆7在导柱6上移动，进而带动拉压力传感器8上下移动，实现支撑杆7、拉压力传感器8和夹具9的同步移动；所述支撑杆7前端通过螺栓与拉压力传感器8、夹具9连接，后端通多螺栓连接配重柱11；所述配重柱11为两个大小、重量(2kg)相同的圆柱体，目的是为了试验过程的受力平衡，减小试验误差。所述夹具9通过螺栓固定在拉压力传感器8的正下方。考虑到试验的影响因素及操作的方便省力，夹具9设计为U型槽结构，U型槽内两侧各加一个夹持垫片，调节旋钮10可以根据所测大葱葱茎的直径调节距离，适用于各种大葱葱茎力学特性的测量。为减小葱茎在试验过程中的损伤，垫片上垫了一层2mm的橡胶垫。所述步进电机3固定在底板2下侧，上部转轴通过联轴器4与导程丝杠5连接，下部接线连接到控制箱内的M542型步进电机驱动器14；所述拉压力传感器8经过变送器连接到控制箱上，与控制器15进行数据通信，变送器(BSQW-V型)可将拉压力传感器8的毫伏信号放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统，其特征在于包括试验台、控制系统和上位机；所述试验台包括夹具、拉压力传感器、导柱、导程丝杠、配重柱、支撑杆、底板、支撑柱、步进电机和联轴器；所述夹具固定在拉压力传感器的正下方，夹具为U型槽结构；U型槽内部两侧各设有一个夹持垫片；一侧的夹持垫片固定，另一侧的夹持垫片可活动连接在U型槽上；两个夹持垫片之间的间距可调；通过调节按钮调节两个夹持垫片之间的间距，以适应不同大葱葱茎的直径；夹持垫片上相对设有橡胶垫；所述导程丝杠下端垂直安装在所述底板上；导程丝杠前后两侧的底板上垂直安装有导柱；两个导柱下端与导程丝杠下端位于同一条水平线上；底板前端设有矩形槽；矩形槽位于夹具正下方；夹具能在矩形槽内上下移动；支撑杆与底板平行同时可活动连接在导柱和导程丝杠上部；支撑杆能在导程丝杠的带动下沿导柱上下移动，进而带动拉压力传感器上下移动，实现支撑杆、拉压力传感器和夹具的同步移动；所述支撑杆前端与拉压力传感器连接；其后端可活动连接配重柱；所述步进电机固定在底板底面，步进电机通过联轴器与导程丝杠连接；步进电机正反转时，带动导程丝杠旋转，进而带动支撑杆上下移动，完成运动过程；所述拉压力传感器通过变送器连接控制器，变送器将拉压力传感器的毫伏信号放大为标准的电压信号，便于数据的处理；所述控制系统包括控制器、开关电源、步进电机驱动器、电源开关和控制按钮；所述控制器将拉压力传感传来的模拟信号转变为数字信号经串口通信传送到上位机；所述开关电源与总电源连接，用于将220V交流电转变为5V直流电给控制器供电；所述步进电机驱动器分别连接步进电机和控制器，用于控制步进电机的转速和转向，进而控制试验时执行机构上升或下降的速度；所述控制按钮与控制器连接；所述控制器与上位机之间的串口通信，上位机显示界面可实时显示试验过程中拉压力的变化曲线并将数据存储在上位机中。...

【技术特征摘要】
1.一种便携式数控大葱葱茎力学特性试验系统，其特征在于包括试验台、控制系统和上位机；所述试验台包括夹具、拉压力传感器、导柱、导程丝杠、配重柱、支撑杆、底板、支撑柱、步进电机和联轴器；所述夹具固定在拉压力传感器的正下方，夹具为U型槽结构；U型槽内部两侧各设有一个夹持垫片；一侧的夹持垫片固定，另一侧的夹持垫片可活动连接在U型槽上；两个夹持垫片之间的间距可调；通过调节按钮调节两个夹持垫片之间的间距，以适应不同大葱葱茎的直径；夹持垫片上相对设有橡胶垫；所述导程丝杠下端垂直安装在所述底板上；导程丝杠前后两侧的底板上垂直安装有导柱；两个导柱下端与导程丝杠下端位于同一条水平线上；底板前端设有矩形槽；矩形槽位于夹具正下方；夹具能在矩形槽内上下移动；支撑杆与底板平行同时可活动连接在导柱和导程丝杠上部；支撑杆能在导程丝杠的带动下沿导柱上下移动，进而带动拉压力传感器上下移动，实现支撑杆、拉压力传感器和夹具的同步移动；所述支撑杆前端与拉压力传感器连接；其后端可活动连接配重柱；所述步进电机固定在底板底面，步进电机通过联轴器与导程丝杠连接；步进电机正反转时，带动导程丝杠旋转，进而带动支撑杆上下移动，完成运动过程；所述拉压力传感器通过变送器连接控制器，变送器将拉压力传感器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯加林，贾智博，刘敬伟，辛杰，王乐宁，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：新型
国别省市：山东,37