CN102273359A - 切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,主要应用于农作物的收获机械上,以解决目前切纵流联合收获机在收获农作物过程中存在物料堵塞和过载等难题。自适应防堵塞控制方法为:首先由主机控制器检测切纵流脱粒装置的工作负荷,在脱粒分离过程中由检测传感器检测切流滚筒和纵轴流滚筒的转速和扭矩,并计算变化偏差值,与预先存储的标准值进行比较判断,根据转速和扭矩的变化对切纵流联合收获机的脱粒分离装置工作参数进行控制。本发明可以提高切纵流联合收获机的收获效率,降低故障率,节约收获成本,大大减轻人工的劳动强度,也适合于其他种类的联合收获机。
Description
技术领域
本发明属于农业机械收获中的制造和控制领域,具体涉及农业收获机械在田间对农作物进行脱粒分离时的自适应防堵塞脱粒分离控制***及方法。
背景技术
农业机械在田间收获作业时工作环境十分恶劣,脱粒分离的作物品质多样,在脱粒过程中存在物料含水率相差较大和喂入量的不稳定,经常导致过载现象,脱粒滚筒的扭矩和转速突变较大,造成脱粒滚筒的堵塞和对传动装置的破坏较严重,也增加了农作物的收获成本。目前,在收获过程中防堵塞的方法主要靠机手的经验来实现对物料喂入量的控制,从而避免脱粒过程中的堵塞现象。对机手驾驶水平要求高,技术难度大,劳动强度大,难以降低故障率,作业速度和作业效率低。
近年来随着超高产水稻、超级杂交稻的出现,其单产高、长势密、茎秆粗、秆青叶茂、含水率高、水稻穗头各部分间连接力大,对联合收获机的动力、工作性能、作业效率、可靠性等提出了更高要求。随着现代农业技术的发展,对联合收获机的控制和收割效率也提出了更高的要求,仅靠人工和经验往往很难满足收获机械的智能化发展,采用自适应防堵塞控制***设计方法对提高脱粒分离装置的收获效率,降低收获过程中的故障率,减轻人工的劳动强度至关重要。目前我国在切纵流联合收获机方面的自适应防堵塞控制***设计方法及应用尚无报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:克服已有技术中的不足之处,提供一种结构紧凑,方法简便,易于操作的一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***。该技术是解决以往人工控制纵轴流脱粒分离常出现堵塞的脱粒分离装置及控制方法。
本发明所采取的技术方案是:在脱粒分离过程中,由扭矩传感器检测切流滚筒和纵轴流滚筒的转速和扭矩值,并传输到主机控制器内与测试模块预设的转速和扭矩值进行分析比较,计算变化偏差值,将主机控制器的比较判断结果传输给主机显示器、行使速度执行机构、脱粒间隙调节机构和声音报警器;由主机显示器显示对切流滚筒和纵轴流滚筒的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙进行实时显示;由行使速度执行机构对切纵流联合收获机的液压无级变速器进行控制,自动调节联合收获机的行进速度;由脱粒间隙调节机构对切流滚筒脱粒间隙或纵轴流滚筒脱粒间隙进行调节;由声音报警器采用语音播报方式将故障存在的位置和参数告知操作人员,从而避免切纵流联合收获机在收获农作物过程中的物料堵塞,减少脱粒分离中的过载现象。
本发明具体技术方案为,包括主机控制器、主机显示器、执行控制器、行使速度执行机构、脱粒间隙调节机构、切纵流脱粒装置、检测传感器和声音报警器;切纵流脱粒装置包括切流滚筒、切流凹板筛、喂入轮、纵轴流凹板筛和纵轴流滚筒;执行控制器包括切流控制器和纵轴流控制器,脱粒间隙调节机构包括切流脱粒间隙调节机构和纵轴流脱粒间隙调节机构,检测传感器包括切流检测传感器和纵轴流检测传感器;主机控制器分别与声音报警器、主机显示器、检测传感器、行使速度执行机构和执行控制器相连,执行控制器与脱粒间隙调节机构相连,切纵流脱粒装置与脱粒间隙调节机构相连,行使速度执行机构与切纵流联合收获机液压无级变速器的控制装置相连;主机控制器、主机显示器和声音报警器均安装在切纵流联合收获机的驾驶室内,便于操作人员观测,检测传感器安装在切流滚筒和纵轴流滚筒的主传动轴上。
切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***采用的具体步骤如下:
1)主机控制器对工作的切流滚筒和纵轴流滚筒的负荷进行检测。
2)检测传感器获取脱粒过程中的切流滚筒和纵轴流滚筒的转速和扭矩值,并传输到主机控制器内与测试模块预设的转速和扭矩值进行比较判断,计算变化偏差值。
3)若主机控制器计算的转速变化偏差值在标准值的30%~50%之间或扭矩变化偏差值在标准值的120%~150%之间,将主机控制器的比较判断结果传输给主机显示器和声音报警器。
4)若主机控制器的计算的转速变化偏差值低于标准值的30%或扭矩变化偏差值超过标准值的150%,将主机控制器的比较判断结果传输给执行控制器,执行控制器对脱粒间隙调节机构进行控制;将主机控制器的比较判断结果传输给主机显示器、行使速度执行机构和声音报警器。
脱粒间隙调节机构是采用步进电机、电力缸或液压缸调节切流凹板筛与切流滚筒的相对位置,切流滚筒的脱粒间隙可调范围为10mm~50mm;脱粒间隙调节机构调节纵轴流滚筒的脱粒间隙的方法是采用步进电机、电力缸或液压缸调节纵轴流滚筒与纵轴流凹板筛的相对位置,纵轴流滚筒的脱粒间隙可调范围为20mm~60mm。
切流检测传感器是由扭矩传感器、转矩转速传感器、智能扭矩仪或扭矩数据采集***检测切流滚筒的转速和扭矩值,转速测定范围为0~1200r/min,扭矩的测定范围为-500 Nm~500Nm;纵轴流检测传感器测试纵轴流滚筒的转速和扭矩的方法是由扭矩传感器、转矩转速传感器、智能扭矩仪或扭矩数据采集***检测纵轴流滚筒的转速和扭矩值,转速测定范围为0~1000r/min,扭矩的测定范围为-1000 Nm~1000Nm。
主机显示器接收主机控制器传输的切流滚筒的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙,纵轴流滚筒的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙以及行使速度执行机构控制的行使速度值,并进行实时显示;行使速度执行机构接收主机控制器的行进速度值,并对切纵流联合收获机的液压无级变速器进行控制,自动调节联合收获机的行进速度;故障报警方法是声音报警器接收主机控制器的报警信号,并用语音播报方式将故障存在的位置和参数告知操作人员。
扭矩传感器获取切纵流脱粒装置上各工作部件的转速和扭矩值与测试模块预设的转速和扭矩值进行比较判断,分别将计算得出的转速和扭矩变化规律值采用最小二乘法对变化规律值进行曲线拟合,根据曲线拟合结果获取转速和扭矩值的变化曲线和所述变化曲线的偏差值;与主机控制器的计算变化偏差值比较的标准值是在切纵流脱粒装置试验台上通过台架试验测定,试验时切纵流脱粒装置试验台的结构和参数与相应切纵流联合收割机上脱粒装置的结构和参数完全相同。
主机控制器包括工控机,信号采集卡和测控软件,测控软件***采用VC++编写,信号采集卡采样频率为1kHz;检测传感器的转矩准确度小于0.1%F·S,转速输出信号为900~2000个脉冲/转,输出频率信号幅度为0~5V电平方波信号,扭矩频率输出范围为5~15kHZ。
本发明的有益效果是,切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***可以提高切纵流联合收获机的自动化程度,节约人工,减轻人工的劳动强度,提高现有切纵流联合收获机的收获效率,降低收获过程中的故障率,避免在脱粒过程中由于物料含水率相差较大和喂入量的不稳定而导致的过载现象,脱粒滚筒的扭矩和转速的突变以及脱粒滚筒的堵塞和对传动装置的破坏,大大降低了农作物的收获成本。
附图说明
图1是切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***结构连接关系示意图。
图2是切纵流联合收获机脱粒分离装置示意图。
图3是切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***反馈控制方框图。
图4是切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***操作流程图。
图中,1.主机控制器,2.主机显示器,3.执行控制器,301.切流控制器,302.纵轴流控制器,4.行使速度执行机构,5.脱粒间隙调节机构,501.切流脱粒间隙调节机构,502.纵轴流脱粒间隙调节机构,6.切纵流脱粒装置,601.切流滚筒,602.切流凹板筛,603.喂入轮,604.纵轴流凹板筛,605.纵轴流滚筒,7.检测传感器,701.切流检测传感器,702.纵轴流检测传感器,8.声音报警器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,包括主机控制器1、主机显示器2、执行控制器3、行使速度执行机构4、脱粒间隙调节机构5、切纵流脱粒装置6、检测传感器7、声音报警器8。
如图1所示,主机控制器1分别与声音报警器8、主机显示器2、检测传感器7、行使速度执行机构9和执行控制器3相连,执行控制器3与脱粒间隙调节机构5相连,切纵流脱粒装置6与脱粒间隙调节机构5相连,行使速度执行机构4与切纵流联合收获机液压无级变速器的控制装置相连;主机控制器1、主机显示器2和声音报警器8均安装在切纵流联合收获机的驾驶室内。
如图2所示,切纵流脱粒装置6包括切流滚筒601、切流凹板筛602、喂入轮603、纵轴流凹板筛604和纵轴流滚筒605,执行控制器3包括切流控制器301和纵轴流控制器302,脱粒间隙调节机构5包括切流脱粒间隙调节机构501和纵轴流脱粒间隙调节机构502,检测传感器7包括切流检测传感器701和纵轴流检测传感器702;切流检测传感器701安装在切流滚筒601的主传动轴上,纵轴流检测传感器702安装在纵轴流滚筒605的主传动轴上;农业物料进入后首先由切流滚筒601进行初脱,由切流凹板筛602进行初步分离,物料在喂入轮603的辅助喂入下喂入纵轴流滚筒605进行复脱,由纵轴流凹板筛604进行再次分离。
如图3和图4所示,一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***的反馈控制方法和操作流程为:
主机控制器1根据测试模块预设值依次对纵轴流控制器302和切流控制器301进行检测。
切流控制器301控制切流脱粒间隙调节机构501,切流滚筒601和切流凹板筛602对喂入的物料进行初脱分离,由切流检测传感器701测量切流滚筒601的转速和扭矩值,并反馈到主机控制器1内,主机控制器1将测试模块预设的转速和扭矩值与切流检测传感器701检测值进行比较,计算变化偏差值,将控制信号传送到切流控制器301,再由切流控制器301控制切流脱粒间隙调节机构501对切流滚筒601的脱粒间隙进行调节,由主机控制器1控制行驶速度执行机构4,从而确定切纵流联合收获机的的行进速度。
纵轴流控制器302控制纵轴流脱粒间隙调节机构502,物料由喂入轮603辅助喂入,由纵轴流滚筒605和纵轴流凹板筛604进行复脱分离,由纵轴流检测传感器702测量纵轴流滚筒605的转速和扭矩值,并反馈到主机控制器1内,主机控制器1将测试模块预设的转速和扭矩值与纵轴流检测传感器702检测值进行比较,计算变化偏差值;将控制信号传送到切流控制器301和纵轴流控制器302;再由纵轴流控制器302控制纵轴流脱粒间隙调节机构502对纵轴流滚筒605的脱粒间隙进行调节,由切流控制器301控制切流脱粒间隙调节机构501,由主控制器1控制行驶速度执行机构4,从而确定切纵流联合收获机的的行进速度。
该型号一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***的具体实施过程为,主机控制器1依次对启动的切流滚筒601和纵轴流滚筒605的负荷进行检测;检测传感器7获取脱粒过程中的切流滚筒601和纵轴流滚筒605的转速和扭矩值,并传输到主机控制器1内与测试模块预设的转速和扭矩值进行比较判断,计算变化偏差值;若主机控制器1计算的转速变化偏差值在标准值的30%~50%之间或扭矩变化偏差值在标准值的120%~150%之间,将主机控制器1的比较判断结果传输给主机显示器2和声音报警器8;若主机控制器1的计算的转速变化偏差值低于标准值的30%或扭矩变化偏差值超过标准值的150%,将主机控制器1的比较判断结果传输给执行控制器3,执行控制器3对脱粒间隙调节机构5进行控制;将主机控制器1的比较判断结果传输给主机显示器2、行使速度执行机构9和声音报警器8;由主机显示器2显示对切流滚筒601和纵轴流滚筒605的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙进行实时显示;由行使速度执行机构4对切纵流联合收获机的液压无级变速器进行控制,自动调节联合收获机的行进速度;由脱粒间隙调节机构5对切流滚筒604脱粒间隙或纵轴流滚筒605脱粒间隙进行调节;由声音报警器8采用语音播报方式将故障存在的位置和参数告知操作人员。
Claims (7)
1.一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于,包括主机控制器(1)、主机显示器(2)、执行控制器(3)、行使速度执行机构(4)、脱粒间隙调节机构(5)、切纵流脱粒装置(6)、检测传感器(7)和声音报警器(8),切纵流脱粒装置(6)包括切流滚筒(601)、切流凹板筛(602)、喂入轮(603)、纵轴流凹板筛(604)和纵轴流滚筒(605),执行控制器(3)包括切流控制器(301)和纵轴流控制器(302);脱粒间隙调节机构(5)包括切流脱粒间隙调节机构(501)和纵轴流脱粒间隙调节机构(502);检测传感器(7)包括切流检测传感器(701)和纵轴流检测传感器(702);所述主机控制器(1)分别与声音报警器(8)、主机显示器(2)、检测传感器(7)、行使速度执行机构(9)和执行控制器(3)相连,所述执行控制器(3)与脱粒间隙调节机构(5)相连,脱粒间隙调节机构(5)设置在切纵流脱粒装置(6)上;行使速度执行机构(4)与切纵流联合收获机的液压无级变速器的控制装置相连;主机控制器(1)、主机显示器(2)和声音报警器(8)均安装在切纵流联合收获机的驾驶室内,切流检测传感器(701)安装在切流滚筒(601)的主传动轴上,纵轴流检测传感器(702)安装在纵轴流滚筒(605)的主传动轴上。
2.根据权利要求1所述切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于:脱粒间隙调节机构(5)是采用步进电机、电力缸或液压缸调节切流凹板筛(602)与切流滚筒(601)的相对位置,切流滚筒(601)的脱粒间隙调节范围为10mm~50mm;脱粒间隙调节机构(5)是采用步进电机、电力缸或液压缸调节纵轴流滚筒(605)与纵轴流凹板筛(604)的相对位置,纵轴流滚筒(605)的脱粒间隙调节范围为20mm~60mm。
3.根据权利要求1或2所述切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于:切流检测传感器(701)是由扭矩传感器、转矩转速传感器、智能扭矩仪或扭矩数据采集***检测切流滚筒(601)的转速和扭矩值,转速测定范围为0~1200r/min,扭矩的测定范围为-500Nm~500Nm;纵轴流检测传感器(702)是由扭矩传感器、转矩转速传感器、智能扭矩仪或扭矩数据采集***检测纵轴流滚筒(605)的转速和扭矩值,转速测定范围为0~1000r/min,扭矩的测定范围为-1000Nm~1000Nm。
4.根据权利要求1或2所述切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于:主机显示器(2)接收主机控制器(1)传输的切流滚筒(601)的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙,纵轴流滚筒(605)的转速、扭矩、功耗和脱粒间隙以及行使速度执行机构(9)控制的行使速度值,并进行实时显示。
5.根据权利要求1或2所述切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于:主机控制器(1)包括工控机,信号采集卡和测控软件,测控软件***采用VC++编写,信号采集卡采样频率为1kHz。
6.根据权利要求1或2所述切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***,其特征在于:检测传感器(7)的转矩准确度小于0.1%F·S,转速输出信号为900~2000个脉冲/转,输出频率信号幅度为0~5V电平方波信号,扭矩频率输出范围为5~15kHZ。
7.实施权利要求1所述一种切纵流联合收获机自适应防堵塞控制***的控制方法,其特征在于,采用如下步骤:
A)确定主机控制器(1)的标准值,主机控制器(1)的计算变化偏差值比较的标准值是在切纵流脱粒装置试验台上通过台架试验测定,试验时切纵流脱粒装置试验台的结构和参数与相应切纵流联合收割机上脱粒装置的结构和参数完全相同;
B)主机控制器(1)对工作的切流滚筒(601)和纵轴流滚筒(605)的负荷进行检测;
C)检测传感器(7)获取脱粒过程中的切流滚筒(601)和纵轴流滚筒(605)的转速和扭矩值,并传输到主机控制器(1)内与测试模块预设的转速和扭矩值进行比较判断,计算变化偏差值;扭矩传感器(7)获取切纵流脱粒装置(6)上各工作部件的转速和扭矩值与测试模块预设的转速和扭矩值进行比较判断,分别将计算得出的转速和扭矩变化规律值采用最小二乘法对变化规律值进行曲线拟合,根据曲线拟合结果获取转速和扭矩值的变化曲线和所述变化曲线的偏差值;
D)当主机控制器(1)计算的转速变化偏差值在标准值的30%~50%之间或扭矩变化偏差值在标准值的120%~150%之间,将主机控制器(1)的比较判断结果传输给主机显示器(2)和声音报警器(8),声音报警器(8)用语音播报方式将故障存在的位置和参数告知操作人员;
E)当主机控制器(1)计算的转速变化偏差值低于标准值的30%或扭矩变化偏差值超过标准值的150%,将主机控制器(1)的比较判断结果传输给执行控制器(3),执行控制器(3)对脱粒间隙调节机构(5)进行控制,脱粒间隙调节机构(5)调节切流滚筒(601)的脱粒间隙和纵轴流滚筒(605)的脱粒间隙;将主机控制器(1)的比较判断结果传输给主机显示器(2)、行使速度执行机构(9)和声音报警器(8);行使速度执行机构(9)对切纵流联合收获机的液压无级变速器进行控制、降低联合收获机的行进速度,声音报警器(8)用语音播报方式将故障存在的位置和参数告知操作人员。
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Application publication date: 20111214 Assignee: Wuxi Combine Harvester Co.,Ltd. Assignor: Jiangsu University Contract record no.: 2013320000134 Denomination of invention: Self-adaptive anti-blocking control system and control method for tangential and longitudinal flow combine harvester License type: Exclusive License Record date: 20130318 |
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LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
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