[发明专利]一种软材料试样切割性能测试装置及测试方法

说明书

一种软材料试样切割性能测试装置及测试方法，在上箱体和底座之间设置有两根导向柱，两根导向柱上滑动设置有刀具组件和横梁组件，该横梁组件由设置在上箱体内的控制机构通过拉索带动其沿导向柱上下滑动，横梁组件上设置有吸附刀具组件的电磁铁，且电磁铁由PLC控制器控制其工作，以实现横梁组件与刀具组件的连接和断开。本发明利用自由落体原理，设置固定的初始能量，以固定能量来切割试样，测得切割后的剩余能量，切割前后的能量差，即是切断试样所需的总能量；可用于对玉米、甘蔗、芝麻、棉花、麻类等农作物茎秆、尼龙等材料的切割性能进行测试等。

技术领域

本发明涉及到机械切割测量、测试领域，具体的说是一种软材料试样切割性能测试装置及测试方法。

背景技术

在农业领域中，植物茎秆含有丰富的有机质、矿物养分和热能，是一种宝贵的可再生资源。我国年产农作物秸秆近7亿吨，可广泛用于肥料、饲料、燃料造纸、建材等多种领域。在上述秸秆利用途径中，饲料、还田和生产沼气等均需要采用各类刀具对秸秆进行小尺寸化，即需要多次切断。

而在目前的农业机械中，植物茎秆特别是粗硬茎秆的切断功耗很高。以秸秆还田机为例，切断功耗约占总功耗的54%。按照我国2010年玉米秸秆产量约17724万吨、还田20%计算，则切断功耗将达1850万KWh，能源消耗巨大。

同样的问题也存在于工业领域中，塑料、纸张在制成各种尺寸的产品时，必然要进行切割。而纸板、绳索及布类等材料在使用过程中，则需要较高的耐切割能力。

金属刀具切割植物茎秆、塑料、纸张及布类等非金属材料是各个领域常见的金属非金属材料相互作用形式。切割过程中的刀具磨损、能量消耗和切割质量是衡量切割系统性能的重要指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种软材料试样切割性能测试装置及测试方法，该测试装置具有普适性，可用于对玉米、甘蔗、芝麻、棉花、麻类等农作物茎秆的切割性能进行测试、也可用于对尼龙等材料的切割性能进行测试、还可用于对棕绳、麻绳、登山绳、布类纺织品、纸板及类似包装产品的切割性能进行测试，同样的也可用于对切割刀具的磨损进行测试。

本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案为：一种软材料试样切割性能测试装置，包括底座和通过支撑柱固定在底座上方的上箱体，在上箱体和底座之间设置有两根导向柱，两根导向柱上滑动设置有用于切割软材料试样的刀具组件，所述刀具组件与上箱体之间设置有沿两根导向柱上下滑动的横梁组件，该横梁组件由设置在上箱体内的控制机构通过拉索带动其沿导向柱上下滑动，所述控制机构包括伺服电机、通过伺服电机驱动器控制该伺服电机正反转的PLC控制器以及与伺服电机输出轴连接的绕线编码器，绕线编码器通过拉索与横梁组件连接，横梁组件上设置有吸附刀具组件的电磁铁，且电磁铁由PLC控制器控制其工作，以实现横梁组件与刀具组件的连接和断开；所述刀具组件上设置有切割刀片和切割力及加速度传感器组，且切割力及加速度传感器组分别将检测到的切割力和加速度数据传递给一同步型数据采集卡进行处理。

本发明中，所述底座上刀具组件的下方设置有夹持软材料试样的夹持机构，该夹持机构包括对称设置的两组夹具组件，两组夹具组件夹持软材料试样以使其与切割刀片相垂直并位于切割刀片的正下方；每组夹具组件包括一固定在底座上的横板和与该横板垂直的竖板，在横板和竖板之间设置有连接两者的加强筋板，在横板和竖板形成的L形固定板的顶部垂直竖板设置有螺柱，螺柱的一端穿过横板后通过一拉力传感器与一绕线盘固定连接，另一端设置有调节绕线盘与横板间距的调节螺母，绕线盘上设置有蝶形螺母，该蝶形螺母与绕线盘边缘设置的豁口相配合卡住软材料试样的端部，所述拉力传感器与横板间设置有弹簧；所述两组夹具组件的拉力传感器均与同步型数据采集卡的数据输入端口连接。此时，切割方式为悬空切割；

当然，也可以不用设置夹持机构，而直接在底座上放置一支撑平板，此时，支撑平板上可放置硬材料试样，也可放置软材料试样，此时切割方式为支撑切割。

本发明中，所述底座上切割刀片的正下方设置有缓冲器，该缓冲器由软性材料制成。