【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业机械，特别涉及一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置。
技术介绍
1、在农业装备中，由于农机产品的作业工况的复杂性与可变性，尤其田间土壤特性不一、路况不定（附着力及摩擦等）、道路恶劣工况加剧农业装备的振动，收获作业中整机质量的不断变化，影响结构的疲劳可靠性，进而影响收获作业的进程与作业时间，造成一定的经济损失。
2、外部激励影响收获机械结构动态响应，识别结构中由质量分布所决定的固有频率、阻尼比和模态振型等模态参数对指导农机装备设计、优化和研制具有重要意义。田间收获作业的玉米联合收获机，玉米果穗从玉米植株上被割台摘下，通过升运器、剥皮机后进入粮箱，联合收获机整机质量随着收获而逐渐增大，质量分布也会发生变化，导致反映收获机械整机动力学特性的模态参数等发生变化，目前准确测试收获作业工况下的模态参数的检测装置较少，因此，研制能够模拟考虑果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置尤为必要。
3、目前，试验模态分析（ema）方法通常需要激励和响应才能够辨识模态参数，其局限在于田间收获作业工况下外界激励难以获取，进而难以获取模态参数；工作模态分析（oma）仅需获取响应数据即可识别运行工况下的模态参数，因此，开展研究玉米果穗移动速度下玉米收获机械整机质量时变系统的工作模态试验及装置具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是：玉米收获机田间作业下，由果穗进入粮箱而引起整机质量逐渐增加特征，导致收获机械模态参数等动力学特
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是：传统振动模态信号的采集装置中，常采用在被测结构上放置传感器采集信号的方法，导致对被测结构产生了附加质量，影响被测结构的模态参数，搭建采用非接触式的模态参数测试方法及装置有效避免了附加质量的影响，采集结果更加准确。
3、本专利技术所要解决的第三个技术问题是：收获机械关键部件在质量移动及时变工作过程中通常会产生随时间发生变化的振动和变形，本专利技术可模拟质量移动下收获机械时变系统的振动特性和模态参数变化。
4、本专利技术所要解决的第四个技术问题是：收获机械田间作业时，土壤、机器、作物之间耦合作用，并受到环境、温度、湿度等各种复杂工况影响、实际田间作业激励难以获取，本专利技术仅通过响应数据的工作模态装置可模拟果穗移动下玉米收获机时变系统的工作模态。
5、为实现以上技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
6、所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，包括：质量移动机构1、变质量机构2、速度控制系统3、同步带传动机构4、振动激励系统5、支撑框架6、非接触式检测机构7。
7、所述质量移动机构1、变质量机构2通过夹持工装8分别与支撑框架6紧固连接，同步带传动系统4通过轴承座27固定安装在外支撑框架36上，振动激励系统5和非接触式检测机构7与支撑框架6表面无接触。
8、所述夹持工装8通过螺栓固定在内支撑框架36上，带轨梁9两端与夹持工装8通过螺栓紧固，滑块10在带轨梁9上滑动，滑块10顶部与质量盒11底部紧固连接，带轨梁9和质量盒11分别用来模拟玉米收获机车架和玉米果穗；质量盒11在带轨梁9上移动，模拟玉米果穗从植株被割台切割经升运器、剥皮机进入粮箱过程。
9、所述夹持工装8通过螺栓固定在外支撑框架36上，直线导轨12两端与夹持工装8通过螺栓紧固，吊装滑块13在直线导轨12上滑动，吊装滑块13顶部与吊撑杆14紧固连接，上漏斗架15、下漏斗架16与吊撑杆14通过螺栓紧固，吊撑架14上竖直放置漏斗17，橡胶套18嵌入漏斗17下端。
10、所述实验装置中漏斗17内的沙粒以玉米收获机相同喂入量的速率进入质量盒11，模拟果穗进入玉米联合收获机粮箱过程中整机质量逐渐增大过程。
11、所述步进电机22输出端通过联轴器23与上旋转轴24紧固连接，上旋转轴24两端通过滚动轴承26与轴承座27固定，滚动轴承26与轴承座27的配合方式为间隙配合，轴承座27通过螺栓连接在外支撑框架37上。
12、上同步轮28安装于联轴器23与轴承座27之间，且与上旋转轴24通过螺栓连接，上绕线轮31固定在两轴承座27之间，且与上旋转轴24通过螺栓紧固。
13、下旋转轴25两端通过滚动轴承26与轴承座27固定安装，滚动轴承26与轴承座27配合方式为间隙配合，轴承座27通过螺栓连接在外支撑框架36上，下同步轮29安装于联轴器23与轴承座27之间，且与下旋转轴25通过螺栓连接，下绕线轮32固定在两轴承座27之间，且与下旋转轴25通过螺栓紧固。
14、同步带30与上同步轮28、下同步轮29通过齿与齿槽相啮合，精准调控吊装滑块13与滑块10匀速、匀加速移动。
15、所述上绕线轮31、下绕线轮32分别固定在上旋转轴24、下旋转轴25位置，且下绕线轮32在上绕线轮31正下方350-600mm处。
16、两根牵引滑块的麻线44左端分别缠绕在上绕线轮31、下绕线轮32位置，右端系紧于滑块10、吊装滑块13上，且滑块10在吊装滑块13正下方350-600mm处，带轨梁9上质量盒11内质量实时增加。
17、不同孔径橡胶套18嵌入漏斗17下端，实现带轨梁9上质量盒11整体质量以不同速率增加，模拟果穗移动过程中玉米联合收获机整机质量分布发生变化的过程。
18、所述吊装滑块13与直线导轨12通过滑轮滑动，滑块10与带轨梁9通过钢珠实现滑动，带轨梁9两侧轨道接触角范围为45°-60°。
19、铝型材37和角码38通过螺丝螺母固定连接，支撑框架6包括内支撑框架35和外支撑框架36，且内支撑框架35和外支撑框架36无接触，内、外支撑框架边框相距200-400mm，避免步进电机22振动影响带轨梁9。
20、所述反光条41粘贴在带轨梁9下方表面中心位置，高速激光测振仪40位于反光条41正下方500-1000mm处，三角支撑架39固定支撑高速激光测振仪40，高速激光测振仪40发射红外光线到反光条41，并捕捉反射红外光线，以带轨梁9静止不动时发射到接收红外光线的时间为基准，计算发射到接收红外光线时间，采集并处理得到被测结构的振动数据。
21、所述上位机19与树莓派20通过tcp协议通信，树莓派20与步进电机驱动器21通过i/o端口连接控制步进电机22转速，步进电机22带动上绕线轮31、下绕线轮32同步转动，带动牵引麻线在上绕线轮31、下绕线轮32上转动，滑块10上质量盒11和吊装滑块13上漏斗17同步移动，控制质量盒11和漏斗17的匀速和匀加速直线运动。
22、本专利技术的工作原理：树莓派20接受上位机19发出的指令，通过步进电机控制器21，控制步进电机22转动，步进电机22带动上旋转轴24转动，上旋转轴24通过上同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，包括：质量移动机构（1）、变质量机构（2）、速度控制系统（3）、同步带传动机构（4）、振动激励系统（5）、支撑框架（6）、非接触式检测机构（7），其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述夹持工装（8）通过螺栓固定在内支撑框架（36）上，带轨梁（9）两端与夹持工装（8）通过螺栓紧固，滑块（10）在带轨梁（9）上滑动，滑块（10）顶部与质量盒（11）底部紧固连接，带轨梁（9）和质量盒（11）分别用来模拟玉米收获机车架和玉米果穗；质量盒（11）在带轨梁（9）上移动，模拟玉米果穗从植株被割台切割经升运器、剥皮机进入粮箱过程。
3.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述夹持工装（8）通过螺栓固定在外支撑框架（36）上，直线导轨（12）两端与夹持工装（8）通过螺栓紧固，吊装滑块（13）在直线导轨（12）上滑动，吊装滑块（13）顶部与吊撑杆（14）紧固连接，上漏斗架（15）、下漏斗架（16）与吊撑杆（
4.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述步进电机（22）输出端通过联轴器（23）与上旋转轴（24）紧固连接，上旋转轴（24）两端通过滚动轴承（26）与轴承座（27）固定，滚动轴承（26）与轴承座（27）的配合方式为间隙配合，轴承座（27）通过螺栓连接在外支撑框架（37）上；上同步轮（28）安装于联轴器（23）与轴承座（27）之间，且与上旋转轴（24）通过螺栓连接，上绕线轮（31）固定在两轴承座（27）之间，且与上旋转轴（24）通过螺栓紧固；下旋转轴（25）两端通过滚动轴承（26）与轴承座（27）固定安装，滚动轴承（26）与轴承座（27）配合方式为间隙配合，轴承座（27）通过螺栓连接在外支撑框架（36）上，下同步轮（29）安装于联轴器（23）与轴承座（27）之间，且与下旋转轴（25）通过螺栓连接，下绕线轮（32）固定在两轴承座（27）之间，且与下旋转轴（25）通过螺栓紧固；同步带（30）与上同步轮（28）、下同步轮（29）通过齿与齿槽相啮合，精准调控吊装滑块（13）与滑块（10）匀速、匀加速移动。
5.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述上绕线轮（31）、下绕线轮（32）分别固定在上旋转轴（24）、下旋转轴（25）位置，且下绕线轮（32）在上绕线轮（31）正下方350-600mm处；两根牵引滑块的麻线（44）左端分别缠绕在上绕线轮（31）、下绕线轮（32）位置，右端系紧于滑块（10）、吊装滑块（13）上，且滑块（10）在吊装滑块（13）正下方350-600mm处，带轨梁（9）上质量盒（11）内质量实时增加；不同孔径橡胶套（18）嵌入漏斗（17）下端，实现带轨梁（9）上质量盒（11）整体质量以不同速率增加，模拟果穗移动过程中玉米联合收获机整机质量分布发生变化的过程。
6.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述吊装滑块（13）与直线导轨（12）通过滑轮滑动，滑块（10）与带轨梁（9）通过钢珠实现滑动，带轨梁（9）两侧轨道接触角范围为45°-60°；铝型材（37）和角码（38）通过螺丝螺母固定连接，支撑框架（6）包括内支撑台架（35）和外支撑台架（36），且内支撑台架（35）和外支撑台架（36）无接触，内、外支撑台架边框相距200-400mm，避免步进电机（22）振动影响带轨梁（9）。
7.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述反光条（41）粘贴在带轨梁（9）下方表面中心位置，高速激光测振仪（40）位于反光条（41）正下方500-1000mm处，三角支撑架（39）固定支撑高速激光测振仪（40），高速激光测振仪（40）发射红外光线到反光条（41），并捕捉反射红外光线，以带轨梁（9）静止不动时发射到接收红外光线的时间为基准，计算发射到接收红外光线时间，采集并处理得到被测结构的振动数据。
8.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述上位机（19）与树莓派（20）通过TCP协议通信，树莓派（20）与步进电机驱动器（21）通过...
【技术特征摘要】
1.一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，包括：质量移动机构（1）、变质量机构（2）、速度控制系统（3）、同步带传动机构（4）、振动激励系统（5）、支撑框架（6）、非接触式检测机构（7），其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述夹持工装（8）通过螺栓固定在内支撑框架（36）上，带轨梁（9）两端与夹持工装（8）通过螺栓紧固，滑块（10）在带轨梁（9）上滑动，滑块（10）顶部与质量盒（11）底部紧固连接，带轨梁（9）和质量盒（11）分别用来模拟玉米收获机车架和玉米果穗；质量盒（11）在带轨梁（9）上移动，模拟玉米果穗从植株被割台切割经升运器、剥皮机进入粮箱过程。
3.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述夹持工装（8）通过螺栓固定在外支撑框架（36）上，直线导轨（12）两端与夹持工装（8）通过螺栓紧固，吊装滑块（13）在直线导轨（12）上滑动，吊装滑块（13）顶部与吊撑杆（14）紧固连接，上漏斗架（15）、下漏斗架（16）与吊撑杆（14）通过螺栓紧固，吊撑架（14）上竖直放置漏斗（17），橡胶套（18）嵌入漏斗（17）下端；所述实验装置中漏斗（17）内的沙粒以玉米收获机相同喂入量的速率进入质量盒（11），模拟果穗进入玉米联合收获机粮箱过程中整机质量逐渐增大过程。
4.根据权利要求1所述的一种模拟果穗移动玉米收获机时变系统工作模态实验装置，其特征在于，所述步进电机（22）输出端通过联轴器（23）与上旋转轴（24）紧固连接，上旋转轴（24）两端通过滚动轴承（26）与轴承座（27）固定，滚动轴承（26）与轴承座（27）的配合方式为间隙配合，轴承座（27）通过螺栓连接在外支撑框架（37）上；上同步轮（28）安装于联轴器（23）与轴承座（27）之间，且与上旋转轴（24）通过螺栓连接，上绕线轮（31）固定在两轴承座（27）之间，且与上旋转轴（24）通过螺栓紧固；下旋转轴（25）两端通过滚动轴承（26）与轴承座（27）固定安装，滚动轴承（26）与轴承座（27）配合方式为间隙配合，轴承座（27）通过螺栓连接在外支撑框架（36）上，下同步轮（29）安装于联轴器（23）与轴承座（27）之间，且与下旋转轴（25）通过螺栓连接，下绕线轮（32）固定在两轴承座（27）之间，且与下旋转轴（25）通过螺栓紧固；同步带（30）与上同步轮（28）、下同步轮（29）通过齿与齿槽相...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚艳春，李良，李晓珂，李西斌，修伟嘉，朱永康，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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