随着我国农业机械化的快速发展,新型农机研发过程中对试验测试设备性能和测试功能的要求越来越高。农业机械土槽试验台是对农田作业机械整机或土壤工作关键部件进行试验的有效装置,可有效弥补田间试验的不足,为新型农机设计提供必要数据。对缩短农业机械设备的研制和投产,加快试验和定型,节约研发成本,促进技术创新和新产品的开发具有重要意义。近年来为了节省试验成本,并提高试验效率及试验数据的准确性、可靠性,土槽试验设备正从单机单功能向单机多功能的综合性试验台方向发展。其测试装置通用化、测试系统浓缩化更是未来农机试验台的发展趋势。鉴于上述观点,针对本单位现有土槽试验台结构不合理、驱动方式和控制方式落后、功能单一,测试方式及测试装置的性能等不能满足新型农机试验测试要求的现状,本文结合本单位科研方向研发出一套新的土槽试验台。该试验台的研究,力求从实际应用出发,将计算机技术、PLC技术、变频调速技术、液压技术、嵌入式实时系统、PXI总线和多传感器信息融合技术有效集成,使其成为集多种检测功能于一体,操作使用方便,测试装置和测试软件可移植性、通用性强的综合性农机土槽试验台。本文首先回顾国内外土槽试验台发展概况,分析其存在的问题,结合本单位科研方向,提出整体设计要求和设计目标,给出实现各部分功能的技术路线,进而确定土槽试验台的整体设计方案。再详细论述了各组成部分的具体设计与实现过程,包括土槽基质、运行轨道、台车集成、电控及液压控制系统、台车运行状态参数监测系统、试验测试装置、试验测试软件等。本文的主要工作及所应用的新的解决方法主要有:(1)借鉴本领域研究经验,对通用性农业机械关键部件和有代表性的根茎类作物收获机械结构及性能参数、试验测试条件要求,进行分析、提炼、计算、整理,确定土槽试验台的结构参数、功能和测试系统的配置要求,以满足多种土壤耕作部件(如:单体犁、耙、铲开沟器、压实器、旋耕等部件)和根茎类作物收获机整机或挖掘部件(如:花生、马铃薯分段收获机、花生联合收获机挖掘铲等)的试验研究要求。(2)根据设计要求,选择配备或自制各功能部件,并通过集成化结构设计,将驱动装置、液压装置、土壤恢复装置、机具悬挂装置、各种测量传感器和控制系统集成在一台土槽台车上,力求整体结构设计紧凑,实现单人对整个土槽试验台的操作。(3)以PLC为核心,将电力四驱技术、液压技术、变频调速技术等新技术融入土槽台车设计,对土槽台车行走、动力输出及其它机构等进行控制,实现台车的快速稳定驱动、高效传动、全速度范围无级调速以及后悬挂系统的横纵向控制、水泵喷淋控制等。(4)以工控机为载体,采用多传感器(速度传感器、扭矩传感器等)技术、串口通信技术监测土槽台车运行状态,并采用面向对象技术编程,实现土槽台车运行状态参数(运行时间、行走速度、动力输出轴扭矩、转速、功率等、后悬挂系统、液压输出泵、水箱水泵)的实时测试、显示及相关数据存储。(5)自行设计了模块式杆-架测力装置(包括三点悬挂式五杆传感器组和部件试验通用连接架两部分),该装置将拉压力传感器、角度传感器内置于农机通用的三点悬挂式机构,设计中不改变原杆件尺寸和挂接方式,可适应挂接不同类型的拖拉机和农具,配以NI公司的PXI-1042主机(包含抗震硬盘、嵌入式控制器)及PXI-6133、PXI-6008数据采集卡,可进行机具的三维空间受力分析;整体测试装置拆卸、组装方便,抗震性强,室内土槽试验与田间拖拉机牵引试验均适用。(6)测试系统上位机软件使用LabVIEW编程,实现试验数据的实时采集、处理、存储、显示(时域分析、频域分析等),并将测试试验常用和通用的功能模块编制成子VI,增强测试软件的可移植性和可扩展性。(7)对所开发的土槽试验台车进行功能测试、验证试验,并选用试验对象(4H-2分段式花生收获机整机、4HBL-4花生联合收获机挖掘铲)进行实际试验,测试机具的受力情况,对试验数据进行分析验证测试系统的可靠性和精度。全文较全面的阐述了土槽试验台研制的全过程,对同类产品的设计具有一定的参考价值。在测力方式上提出了五杆测力方式,并自制了模块式杆-架测力装置,是一种新的测力方式的尝试。在测试系统设计中引入了 PXI硬件结构体系和LabVIEW软件技术使系统的同步性、可扩展性、可移植性、适应性增强。经功能测试和实际应用表明,本土槽试验台与原有的土槽试验台相比,在功能上及可靠性、试验数据重复性和自动化程度等许多性能上均有实质性的改善,达到了设计要求。系统整体设计中融合了多种新技术解决原系统存在的问题,与其他同类设计相比在测试方式和软件开发方面具有自己的特点。