CN109944812B - 一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，该***包括装在行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达上的压力传感器及装在行走马达和风机马达上的转速传感器，四个压力传感器和两个转速传感器的输出端均与控制单元的输入端相接，控制单元的输出端与比例放大器的输入端相接，比例放大器的输出端与控制风机马达转速的比例流量阀电性连接。本发明控制***能识别出甘蔗联合收割机的三种不同工作状态，并根据工作状态匹配出风机目标转速值，并通过调节比例流量阀的阀口开度使风机转速达到目标转速值，从而降低甘蔗收割机的甘蔗含杂率和损失率，而且整个控制过程自动化程度高，精确度好、稳定性高、结构简单，具有实际的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体是一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***。
背景技术
通过文献和研究发现，甘蔗联合收割机的风机转速在一定程度上影响着含杂率和损失率，甘蔗联合收割机风机转速过高会造成损失率高，风机转速过低会造成含杂率高，因此，需要寻找一个控制***能识别甘蔗收割机的工作状态，并根据其状态匹配出风机转速，使甘蔗联合收割机的甘蔗含杂率和损失率降低。这样既减少了农民的损失和糖厂的制糖成本，对甘蔗联合收割机的机械化推广也起到至关重要的作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，该控制***能识别出甘蔗联合收割机的三种不同工作状态，并根据工作状态匹配出风机目标转速值，调节比例流量阀的阀口开度使风机转速达到目标转速值，从而降低甘蔗收割机的甘蔗含杂率和损失率。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，包括四个分别安装在行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达上的压力传感器以及两个分别安装在行走马达和风机马达上的转速传感器，这四个压力传感器和两个转速传感器的信号输出端均与控制单元的输入端相连接，控制单元的输出端与比例放大器的输入端相连接，比例放大器的输出端与控制风机马达转速的比例流量阀电性连接，控制单元根据输入的信号匹配出风机目标转速值，并根据风机马达的实际转速值与预定的目标转速值二者的偏差值控制比例流量阀的流量，从而使风机马达的转速达到预定的目标转速值。
本发明所述四个压力传感器、两个转速传感器、控制单元、比例放大器均与开关电源相连接。
本发明所述控制单元采用PLC控制器。
本发明所述压力传感器采用压力变送器，压力变送器接在行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达的进油口油路上。
本发明所述转速传感器采用霍尔传感器，分别安装在行走马达轴和风机马达轴的测速机架上，转速传感器输出脉冲信号。
本发明所述比例流量阀为电液比例流量阀，比例流量阀与风机马达、三位四通电磁换向阀、液压泵及油箱形成液压回路。
本发明所述开关电源为24V开关电源。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用多执行器（即行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达）的联调协动，并由安装在执行器上的压力传感器和转速传感器来实现信号检测甘蔗收割机的工作状态，由控制单元根据甘蔗收割机工作状态来匹配一个最优的风机目标转速值，再通过调节比例流量阀的阀口开度使风机转速达到目标转速值，从而降低甘蔗收割机的甘蔗含杂率和损失率，整个控制过程自动化程度高，采用PLC控制器，精确度好、稳定性高、结构简单，具有实际的应用价值。
附图说明
图1是本发明甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***的结构示意图。
图2是本发明甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***与开关电源连接的结构示意图。
图中：101-转速传感器，102-转速传感器，2-行走马达，3-刀盘马达，4-切断马达，501-压力传感器，502-压力传感器，503-压力传感器，504-压力传感器，6-比例放大器，7-风机马达，8-比例流量阀，9-三位四通电磁换向阀，10-液压泵，11-驱动电机，12-溢流阀，13-油箱，14-开关电源，15-控制单元。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***包括安装在行走马达2上的压力传感器503和转速传感器101、安装在风机马达7上的压力传感器504和转速传感器102、安装在刀盘马达3上的压力传感器502、安装在切断马达4上的压力传感器501、控制单元15、比例放大器6、比例流量阀8，其中控制单元15可以采用PLC控制器，其C口、D口、F口、G口、H口、I口为信号输入端口，E口为电源端口，J口为信号输出端口，其工作电压为0~24V，输出电压0~10V；所述的压力传感器可以采用压力变送器，压力变送器接在四个执行器（执行器指的是甘蔗收割机的行走马达2、刀盘马达3、切断马达4和风机马达7）的液压马达油路的进油口油路上，压力变送器输出0~10V电压信号；所述的转速传感器可以采用的是霍尔传感器，分别安装在行走马达轴和风机马达轴的测速机架上，转速传感器输出脉冲信号。
如图2所示，压力传感器503、压力传感器504、压力传感器502、压力传感器501、转速传感器102和转速传感器101的信号输出端分别与控制单元15的信号输入端C口、H口、F口、G口、I口、D口相连接，控制单元15的信号输出端J口与比例放大器6的输入端L口相连接，比例放大器6的输出端L3口与控制风机马达转速的比例流量阀8电性连接，控制单元15根据输入的压力信号以及转速信号匹配出风机的目标转速值，并根据风机马达的实际转速值与预定的目标转速值二者的偏差值控制比例流量阀8的流量，从而使风机马达的转速达到预定的目标转速值。
本发明所述压力传感器503、压力传感器504、压力传感器502、压力传感器501、转速传感器102和转速传感器101、控制单元15、比例放大器8及三位四通电磁换向阀9均与开关电源14相连接，开关电源为24V开关电源，开关电源分别通过电线接入压力传感器501、压力传感器502、压力传感器503、压力传感器504、转速传感器101、转速传感器102、三位四通电磁换向阀9的K1口和K2口、控制单元15的E口、比例放大器8的L2口，为它们提供电源。
本发明所述比例流量阀8采用电液比例流量阀，比例流量阀8与风机马达7、三位四通电磁换向阀9、液压泵10及油箱13形成液压回路，液压泵10由驱动电机11驱动其工作，液压回路大致走向为：油路从油箱13开始接入液压泵10进油口，之后油路在液压泵10的出油口分为两路，一路接入三位四通电磁换向阀9的P口，三位四通电磁换向阀9的A口再接入流量比例阀8的M2口，流量比例阀8的M3口再接入风机马达7的N1口，风机马达7的N2口接入三位四通电磁换向阀9的B口，三位四通电磁换向阀9的T口接入油箱13；另一路接入溢流阀12进油口，溢流阀12的出油口与油箱13连接。
本发明甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***的工作原理如下：
安装在行走马达2上的压力传感器503将电压信号输出到控制单元15的C口，安装在行走马达轴的测速机架上的转速传感器101将脉冲信号输出到控制单元15的D口，安装在刀盘马达3油路上的压力传感器502将电压信号输出到控制单元15的F口，安装在切断马达4油路上的压力传感器501将电压信号输出到控制单元15的G口，安装在风机马达7油路上的压力传感器504将电压信号输出到控制单元15的H口，安装在风机马达轴的测速机架上的转速传感器102将脉冲反馈信号输出到控制单元15的I口，控制单元15根据C口、D口、F口、G口、H口和I口输入的信号识别当前的工作状态匹配出风机目标转速值，在J口输出一个电压信号，输出的电压信号输入比例放大器6的L1口，由比例放大器6将电压信号转化为电流信号经L3口接入流量比例阀8的控制口M1，根据输出的电流大小来控制流量比例阀8的阀口开度大小，从而控制风机马达7的转速，风机马达7的转速传感器102不断反馈实际转速值给控制单元15，控制单元15根据反馈实际转速值与风机目标转速值的偏差值，不断调节比例流量阀8，直至风机马达7的转速值达到预定的目标转速值。
本发明自动控制***的控制单元15（即PLC控制器）根据甘蔗联合收割机的三种工作状态进行风机目标转速值的匹配，所述三种工状态分别为慢速收割状态（A）、中速收割状态（B）、快速收割状态（C），控制单元15识别到的工作状态与甘蔗收割机的目标转速值（即风机马达转速范围）的关系见表1：
表1
确定甘蔗收割机的目标转速值（即风机马达的最优转速值）的方法如下：
当甘蔗联合收割机为慢速收割状态（A）时，将甘蔗联合收割机按照慢速收割状态进行数据采集，在该状态的行走速度范围中，在相同的距离下用不同的风机转速进行收割，记录下不同风机转速对应的含杂率和损失率，以及行走马达压力范围[PA1,PA2]、刀盘马达压力范围[PA3,PA4]、切断马达压力范围[PA5,PA6]、风机马达压力范围[PA7,PA8]、行走马达转速范围[NA1,NA2]，当含杂率和损失率之和最低值所对应的转速即为最佳转速NA，即匹配出风机目标转速值NA。
当甘蔗联合收割机为中速收割状态（B）时，将甘蔗联合收割机按照中速收割状态进行数据采集，在该状态的行走速度范围中，在相同的距离下用不同的风机转速进行收割，记录下不同风机转速对应的含杂率和损失率，以及行走马达压力范围[PB1,PB2]、刀盘马达压力范围[PB3,PB4]、切断马达压力范围[PB5,PB6]、风机马达压力范围[PB7,PB8]、行走马达转速范围[NB1,NB2]，当含杂率和损失率之和最低值所对应的转速即为最佳转速NB，即匹配出风机目标转速值NB。
当甘蔗联合收割机为高速收割状态（C）时，将甘蔗联合收割机按照高速收割状态进行数据采集，在该状态的行走速度范围中，在相同的距离下用不同的风机转速进行收割，记录下不同风机转速对应的含杂率和损失率，以及行走马达压力范围[PC1,PC2]、刀盘马达压力范围[PC3,PC4]、切断马达压力范围[PC5,PC6]、风机马达压力范围[PC7,PC8]、行走马达转速范围[NC1,NC2]，当含杂率和损失率之和最低值所对应的转速即为最佳转速NC，即匹配出风机目标转速值NC。
在确定不同工作状态下的目标转速值后，对控制单元（PLC控制器）进行程序编写，将记录下的三种收割状态所对应的行走马达速度范围、行走马达压力范围、刀盘马达压力范围、切断马达压力范围、风机压力范围和最优风机转速写入程序中，使风机马达能以最优转速值进行除杂。
本发明甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***的工作过程如下：
当甘蔗收割机的行走马达2压力值在[PA1,PA2]MPa上，行走马达2转速值在[NA1,NA2] r/min上、刀盘马达3压力值在[PA3,PA4]MPa上、切断马达4压力值在[PA5,PA6]MPa上、风机马达7压力值在[PA7,PA8]MPa上，实施慢速收割状态（A），其控制过程是：由装在行走马达2上的压力传感器、刀盘马达3的压力传感器、切断马达4的压力传感器、风机马达7的压力传感器以及装上行走马达2的转速传感器分别向控制单元15输入电压信号或者脉冲信号，控制单元15匹配出当前慢速收割状态（A）的风机目标转速值的电压信号于J口输出，比例放大器6的L1口接入电压信号并转为电流信号于L3口输出至比例流量阀的M1口，控制单元15输出的风机目标转速电压信号为UA，对应的目标转速值为NA，由风机马达7的转速传感器不断反馈实际转速到控制单元15的I口，从而使PLC控制器15根据实际转速和目标转速的偏差，不断调节比例流量阀9的阀芯开口小大，直至风机马达7的转速值落在目标转速值NA上，控制过程结束。
当甘蔗收割机的行走马达2压力值在[PB1,PB2]MPa上，行走马达2转速值在[NB1,NB2] r/min上、刀盘马达3压力值在[PB3,PB4]MPa上、切断马达4压力值在[PB5,PB6]MPa上、风机马达7压力值在[PB7,PB8]MPa上，实施中速收割状态（B），其控制过程是：由装在行走马达2上的压力传感器、刀盘马达3的压力传感器、切断马达4的压力传感器、风机马达7的压力传感器以及装在行走马达2的转速传感器分别向控制单元15输入电压信号或者脉冲信号，控制单元15匹配出当前中速收割状态（B）的风机目标转速值的电压信号于J口输出，比例放大器6的L1口接入电压信号并转为电流信号于L3口输出至比例流量阀的M1口，控制单元15输出的风机目标转速电压信号为UB，对应的目标转速值为NB，由风机马达7的转速传感器不断反馈实际转速到控制单元15的I口，从而使控制单元15根据实际转速和目标转速的偏差，不断调节比例流量阀9的阀芯开口小大，直至风机马达7的转速值落在目标转速值NB上，控制过程结束。
当甘蔗收割机的行走马达2压力值在[PC1,PC2]MPa上，行走马达2转速值在[NC1,NC2]r/min上、刀盘马达3压力值在[PC3,PC4]MPa上、切断马达4压力值在[PC5,PC6]MPa上、风机马达7压力值在[PC7,PC8]MPa上，实施高速收割状态（C），其控制过程是：由装在行走马达2上的压力传感器、刀盘马达3的压力传感器、切断马达4的压力传感器、风机马达7的压力传感器以及装在行走马达2的转速传感器分别向控制单元15输入电压信号或者脉冲信号，控制单元15匹配出当前高速收割状态（C）的风机目标转速值的电压信号于J口输出，比例放大器6的L1口接入电压信号并转为电流信号于L3口输出至比例流量阀的M1口，控制单元15输出的风机目标转速电压信号为UC，对应的最优转速值为NC，由风机马达7的转速传感器不断反馈实际转速到控制单元15的I口，从而使控制单元15根据实际转速和目标转速的偏差，不断调节比例流量阀9的阀芯开口小大，直至风机马达7的转速值落在目标转速值NC上，控制过程结束。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部和部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，其特征在于，该***包括四个分别安装在行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达上的压力传感器以及两个分别安装在行走马达和风机马达上的转速传感器，这四个压力传感器和两个转速传感器的信号输出端均与控制单元的输入端相连接，控制单元的输出端与比例放大器的输入端相连接，比例放大器的输出端与控制风机马达转速的比例流量阀电性连接，控制单元根据输入的信号匹配出风机目标转速值，并根据风机马达的实际转速值与预定的目标转速值二者的偏差值控制比例流量阀的流量，从而使风机马达的转速达到预定的目标转速值；所述四个压力传感器、两个转速传感器、控制单元、比例放大器均与开关电源相连接，所述开关电源为24V开关电源。
2.根据权利要求1所述甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，其特征在于，所述控制单元采用PLC控制器。
3.根据权利要求1或2所述甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，其特征在于，所述压力传感器采用压力变送器，压力变送器接在行走马达、刀盘马达、切断马达和风机马达的进油口油路上。
4.根据权利要求1或2所述甘蔗联合收割机除杂风机的转速自动控制***，其特征在于，所述转速传感器采用霍尔传感器，分别安装在行走马达轴和风机马达轴的测速机架上，转速传感器输出脉冲信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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