CN103404300A - 平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置及谷物流量测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量方法与装置，属于联合收割机谷物流量检测技术领域，主要用于联合收割机田间作业时的谷物流量实时测量。本发明装置主要由弧形冲击板、两个水平拉压传感器、一个垂直拉压传感器、支架、平衡块和支撑轴等构成平衡梁结构。本发明能有效消除联合收割机作业时振动干扰，减小了由谷物流量、冲击角度和速度的波动造成的误差，提高测量精度。

Description

平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置及谷物流量测量方法

技术领域

本发明属于联合收割机谷物流量检测技术领域，具体涉及一种平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置及方法。

背景技术

谷物流量测量是联合收割机智能化和精细农业技术的重要组成部分，它通过实时获取联合收割机田间作业时的谷物流量，得到小区田间作物产量的差异性，可以直接反映农田的信息(如土壤性质、肥效利用、水分、虫害等)对谷物产量的影响，建立农作物产量空间分布信息，为确定化肥、农药等变量作业提供决策依据，从而达到节约成本、提高产量、减少环境污染的目的。目前，谷物流量传感器主要有冲量法、体积法以及射线法等，其中冲量式谷物流量传感器具有安装方便、对谷物品种不敏感、适应灰尘多等恶劣工作环境能力强、污染小等优点而被广泛采用。冲击式谷物流量传感器一般安装在谷物升运器出口位置, 主要采用了单板或双板悬臂梁结构，通过悬臂梁敏感元件的单方向力敏感特性感知谷物冲击力，根据冲击力的大小计算流量，然而，受到联合收割机的振动、地形的差异、谷物流量、冲击速度和角度等因素的干扰，现有的冲击式谷物流量测量误差较大。

发明内容

本发明针对目前冲击式谷物流量测量装置仅能单方向感知谷物冲击力的不足，设计出一种平衡梁结构的冲击式谷物流量测量装置及方法，提出通过测量谷物冲击弧形板的水平和垂直作用力，并根据谷物流量测量模型计算谷物流量的方法，实现了联合收割机谷物流量的实时测量，有效消除了振动干扰、提高测量精度。

一种平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置，由弧形冲击板1、第一水平拉压传感器2、支架3、支撑轴4、垂直拉压传感器6、第二水平拉压传感器7、平衡块8、调节螺栓9组成，水平设置的支架3能够以支撑轴4为轴转动，支架3一端通过第一水平拉压传感器2与弧形冲击板1连接、另一端依次设置有第二水平拉压传感器7、平衡块8、调节螺栓9；支架3靠近第二水平拉压传感器7一端的上表面或下表面与垂直拉压传感器6连接。

本发明技术方案优选为：支架3中部设置通孔，通孔内设置轴套11，轴套11两端分别设置有轴承，轴承套在支撑轴4上。

本发明技术方案优选为：所述的平衡块8质量与弧形冲击板1相同。

本发明技术方案优选为：通过调节螺栓9能够改变平衡块8与第二水平拉压传感器7之间的距离，使得静置状态下垂直拉压传感器6示数为零。

本发明还包括一种采用上述的平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置的谷物流量测量方法，包括如下步骤：

步骤1、建立谷物流量测量模型

步骤1.1、将流量已知的谷物流引至流向弧形冲击板1方向，记录垂直拉压传感器6测得的谷物冲击垂直分力、第一水平拉压传感器2测得的第一水平分力、第二水平拉压传感器7测得的第二水平分力；

步骤1.2、将第一水平分力与第二水平分力进行差分运算，得到谷物冲击弧形冲击板1的水平分力；

步骤1.3、改变谷物流量，重复步骤1.1和步骤1.2，分别记录谷物流量对应的水平分力和垂直分力；

步骤1.4、以谷物流量、垂直分力和水平分力三个参数建立数学模型；

步骤2、将流量待测的谷物流引至流向弧形冲击板1方向，记录垂直拉压传感器6测得的量流量待测谷物流冲击垂直分力、第一水平拉压传感器2测得的流量待测谷物流第一水平分力、第二水平拉压传感器7测得的流量待测谷物流第二水平分力；

步骤3、将流量待测谷物流第一水平分力与流量待测谷物流第二水平分力进行差分运算，得到流量待测谷物流的水平分力；

步骤4、将流量待测谷物流冲击垂直分力与流量待测谷物流的水平分力代入步骤1获得的数学模型，获得对应的谷物流量数据，记为流量待测谷物流的谷物流量。

本发明的谷物流量测量装置，固定安装在联合收割机升运器的出口，谷物能够自由冲击到弧形冲击板上，在水平静止状态下，通过微调平衡块与水平拉压传感器二之间的相对位置，使垂直拉压传感器的输出为0，此时测量装置的质心与支撑轴的轴线重合，测量装置处于平衡状态。垂直拉压传感器的水平位置应在支架的尾部接近水平拉压传感器二位置，以提高测量灵敏度。

所述的谷物流量测量装置在联合收割机振动干扰作用下，由于谷物流量测量装置处于平衡状态，垂直方向的振动作用力通过质心，主要由支撑轴承担，不会对垂直拉压传感器测量结果产生影响，水平方向的振动会使水平拉压传感器一和水平拉压传感器二产生信号，由于弧形冲击板和平衡块的质量相同，且它们与支架、水平拉压传感器一和水平拉压传感器二之间为刚性连接，因此水平拉压传感器一和水平拉压传感器二的输出信号应为幅值相等的振动信号，通过差分运算可以有效消除水平振动干扰。

所述的谷物流量测量装置进行谷物流量测量时，谷物在联合收割机升运器的作用下，呈现散体抛掷状态，弧形冲击板用于承受谷物的冲击力，由于谷物的冲击角度和速度的不同，可以将谷物冲击力分解为垂直分力和水平分力，在垂直分力的作用下，谷物流量测量装置具有绕支撑轴转动的趋势，垂直拉压传感器会产生输出信号，且输出信号大小与垂直分力线性相关，由于水平分力仅作用于弧形冲击板，水平拉压传感器一和水平拉压传感器二的输出信号会产生差异，通过差分运算即可得到谷物冲击水平分力。

所述的谷物流量数学模型是通过台架和田间试验建立，即不同品种的谷物在不同的流量、冲击速度和角度等参数条件下，建立谷物冲击水平和垂直分力与谷物流量之间的数学关系模型。 

本发明取得的效果：与现有技术相比，本发明的谷物流量测量装置通过对质心位置调整和差分技术，可以有效消除联合收割机作业时产生的垂直和水平两个方向的振动干扰，由于联合收割机升运器输送的谷物在重力作用下作抛物线运动，谷物与冲击板通常是发生斜碰撞，谷物流量、冲击角度和速度会产生一定变化，采用现有的悬臂梁敏感元件只能测量单方向冲击力，误差较大，本发明则通过同时测量谷物冲击产生的垂直和水平两个方向的作用力，并建立谷物流量与冲击的垂直和水平作用力的数学关系，计算得到谷物流量，从而有效提高了谷物流量测量精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是谷物流量测量装置的结构主示意图。

图2是谷物流量测量装置的结构俯示意图。

图3是谷物流量测量装置的测量原理图。

图中：1弧形冲击板，2水平拉压传感器一，3支架，4支撑轴，5联合收割机机架，6垂直拉压传感器，7水平拉压传感器二，8平衡块，9螺栓，10轴承一，11轴套，12轴承二，13二次仪表。

具体实施方式

实施例1：

平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置结构请参阅图1、2，由弧形冲击板1、第一水平拉压传感器2、支架3、支撑轴4、垂直拉压传感器6、第二水平拉压传感器7、平衡块8、调节螺栓9组成，水平设置的支架3能够以支撑轴4为轴转动，支架3一端通过第一水平拉压传感器2与弧形冲击板1连接、另一端依次设置有第二水平拉压传感器7、平衡块8、调节螺栓9；支架3靠近第二水平拉压传感器7一端的上表面或下表面与垂直拉压传感器6连接。支架3中部设置通孔，通孔内设置轴套11，轴套11两端分别设置有轴承，轴承套在支撑轴4上；平衡块8质量与弧形冲击板1相同。

通过调节螺栓9能够改变平衡块8与第二水平拉压传感器7之间的距离，使得静置状态下垂直拉压传感器6示数为零。

实施例2：

谷物流量测量装置的测量原理请参阅图3。

采用上述的平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置的谷物流量测量方法，包括如下步骤：

步骤1、建立谷物流量测量模型

步骤1.1、将流量已知的谷物流引至流向弧形冲击板1方向，记录垂直拉压传感器6测得的谷物冲击垂直分力、第一水平拉压传感器2测得的第一水平分力、第二水平拉压传感器7测得的第二水平分力；

步骤1.2、将第一水平分力与第二水平分力进行差分运算，得到谷物冲击弧形冲击板1的水平分力；

步骤1.3、改变谷物流量，重复步骤1.1和步骤1.2，分别记录谷物流量对应的水平分力和垂直分力；

步骤1.4、以谷物流量、垂直分力和水平分力三个参数建立数学模型；

步骤2、将流量待测的谷物流引至流向弧形冲击板1方向，记录垂直拉压传感器6测得的量流量待测谷物流冲击垂直分力、第一水平拉压传感器2测得的流量待测谷物流第一水平分力、第二水平拉压传感器7测得的流量待测谷物流第二水平分力；

步骤3、将流量待测谷物流第一水平分力与流量待测谷物流第二水平分力进行差分运算，得到流量待测谷物流的水平分力；

步骤4、将流量待测谷物流冲击垂直分力与流量待测谷物流的水平分力代入步骤1获得的数学模型，获得对应的谷物流量数据，记为流量待测谷物流的谷物流量。

实际工作中，将谷物流量测量装置固定安装在联合收割机升运器的出口，谷物能够自由冲击到弧形冲击板1上，在水平静止状态下将测量装置调整至平衡状态。

联合收割机作业时会产生振动干扰，由于谷物流量测量装置处于平衡状态，垂直方向的振动作用力通过质心，主要由支撑轴4承担，不会对垂直拉压传感器6测量结果产生影响，水平方向的振动会使水平拉压传感器一2和水平拉压传感器二7产生信号，由于弧形冲击板1和平衡块8的质量相同，且它们与支架3、水平拉压传感器一2和水平拉压传感器二7之间为刚性连接，因此水平拉压传感器一2和水平拉压传感器二7的输出信号应为幅值相等的振动信号，通过差分运算可以有效消除水平振动干扰。

进行谷物流量测量时，谷物在联合收割机升运器的作用下，呈现散体抛掷状态，弧形冲击板1用于承受谷物的冲击力，由于谷物的冲击角度和速度的不同，可以将谷物冲击力分解为垂直分力和水平分力，在垂直分力的作用下，谷物流量测量装置具有绕支撑轴4转动的趋势，垂直拉压传感器6会产生输出信号，且输出信号大小与垂直分力线性相关，由于水平分力仅作用于弧形冲击板1，水平拉压传感器一2和水平拉压传感器二7的输出信号会产生差异，通过差分运算即可得到谷物冲击水平分力。

如图3所示，二次仪表13表示对上述传感器进行计算处理的后端系统，通过台架和田间试验，选择不同品种的谷物在不同的流量、冲击速度和角度等参数条件下，将谷物冲击弧形冲击板1的垂直分力、水平分力和谷物流量三个参数进行数学建模，得到谷物流量测量模型，确定模型参数。

联合收割机田间作业时，根据实际测量对象和工作环境，设定模型参数，根据实时监测的水平拉压传感器一2、水平拉压传感器二7和垂直拉压传感器6的测量结果，计算得到瞬时谷物流量，并通过时间积分累加得到总谷物流量，测量结果可以实时显示，也可以通讯输出。

Claims (5)

1.一种平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置，其特征在于：由弧形冲击板（1）、第一水平拉压传感器（2）、支架（3）、支撑轴（4）、垂直拉压传感器（6）、第二水平拉压传感器（7）、平衡块（8）、调节螺栓（9）组成，水平设置的支架（3）能够以支撑轴（4）为轴转动，支架（3）一端通过第一水平拉压传感器（2）与弧形冲击板（1）连接、另一端依次设置有第二水平拉压传感器（7）、平衡块（8）、调节螺栓（9）；支架（3）靠近第二水平拉压传感器（7）一端的上表面或下表面与垂直拉压传感器（6）连接。

2.根据权利要求1所述的平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置，其特征在于：支架（3）中部设置通孔，通孔内设置轴套（11），轴套（11）两端分别设置有轴承，轴承套在支撑轴（4）上。

3.根据权利要求1所述的平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置，其特征在于：所述的平衡块（8）质量与弧形冲击板（1）相同。

4.根据权利要求1所述的平衡梁冲击式联合收割机谷物流量测量装置，其特征在于：通过调节螺栓（9）能够改变平衡块（8）与第二水平拉压传感器（7）之间的距离，使得静置状态下垂直拉压传感器（6）示数为零。

5.一种采用权利要求1所述装置的谷物流量测量方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、建立谷物流量测量模型

步骤1.1、将流量已知的谷物流引至流向弧形冲击板（1）方向，记录垂直拉压传感器（6）测得的谷物冲击垂直分力、第一水平拉压传感器（2）测得的第一水平分力、第二水平拉压传感器（7）测得的第二水平分力；

步骤1.2、将第一水平分力与第二水平分力进行差分运算，得到谷物冲击弧形冲击板（1）的水平分力；

步骤1.3、改变谷物流量，重复步骤1.1和步骤1.2，分别记录谷物流量对应的水平分力和垂直分力；

步骤1.4、以谷物流量、垂直分力和水平分力三个参数建立数学模型；

步骤2、将流量待测的谷物流引至流向弧形冲击板（1）方向，记录垂直拉压传感器（6）测得的量流量待测谷物流冲击垂直分力、第一水平拉压传感器（2）测得的流量待测谷物流第一水平分力、第二水平拉压传感器（7）测得的流量待测谷物流第二水平分力；

步骤3、将流量待测谷物流第一水平分力与流量待测谷物流第二水平分力进行差分运算，得到流量待测谷物流的水平分力；

步骤4、将流量待测谷物流冲击垂直分力与流量待测谷物流的水平分力代入步骤1获得的数学模型，获得对应的谷物流量数据，记为流量待测谷物流的谷物流量。

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