CN104679041A - 一种收割机作业负荷控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及收割机技术领域，提供一种收割机作业负荷控制系统及方法，所述系统包括：分别设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器，转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测；分别与若干个转速传感器连接的控制器，控制器将任一转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号，并输出生成的控制信号；与控制器连接的液压行走泵，液压行走泵根据控制信号逐步调整收割机行走系统的速度，从而实现收割机作业系统作业负荷的自动控制，根据作业工况自动调整收割速度，保证收割机的总体负荷处于良好状态。

Description

一种收割机作业负荷控制系统及方法

技术领域

本发明属于收割机技术领域，尤其涉及一种收割机作业负荷控制系统及方法。

背景技术

谷物联合收割机简称联合收割机，就是收割农作物的联合机，是能够一次完成谷类作物的收割、脱粒、分离茎杆、清除杂余物等工序，从田间直接获取谷粒的收获机械。我国粮食作物种植面积广，联合收割机的应用与普及较为广泛。

联合收割机在作业过程中，不同地区的地形、地质、土壤条件存在很大差异，气象条件也造成地面平整程度、泥脚深度、农作物含水率的差异；即使是同一地块，由于种植条件的差异，作物高度、密度也不均匀。这些因素直接影响了收割机的工作状态，操作人员必须根据作物状态不断调整收割机作业状态，否则，收割机将无法稳定工作，出现时而过载、时而欠载的情况，导致工作效率下降、故障率上升、机械损耗加剧，甚至是损坏收割机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种收割机作业负荷控制系统，旨在解决现有技术中为了适应不同的作业条件，操作人员需要频繁的调整收割机的作业状态，否则收割机将无法正常稳定工作的问题。

本发明是这样实现的，一种收割机作业负荷控制系统，所述收割机作业负荷控制系统包括：

分别设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器，所述转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测；

分别与若干个所述转速传感器连接的控制器，所述控制器将任一所述转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；

与所述控制器连接的液压行走泵，所述液压行走泵根据所述控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

作为一种改进的方案，与所述作业设备相对应的转速传感器包括喂入搅龙转速传感器、过桥主动轴转速传感器、轴流滚筒转速传感器以及籽粒搅龙转速传感器。

作为一种改进的方案，所述控制器包括主控芯片和驱动芯片，其中：

所述主控芯片与所述分别与若干个所述转速传感器连接，用于将任一所述转速传感器监测到的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；

通过同步串行总线与所述主控芯片连接，用于根据所述主控芯片计算生成的控制信号，生成并输出驱动所述液压行走泵的电流信号。

作为一种改进的方案，所述驱动芯片与所述液压行走泵之间设有信号放大电路，所述信号放大电路包括：

与所述驱动芯片的OUT0引脚连接的晶体管Q1，所述晶体管Q1的门极与所述OUT0引脚连接，所述晶体管Q1的漏极与所述液压行走泵的比例电磁铁L1连接，所述源极接地；

所述晶体管Q1与所述OUT0引脚之间设有第一电流节点，所述第一电流节点与所述OUT0引脚之间设有二极管D1、二极管D2和二极管D3，其中，所述二极管D2和二极管D3设有第二电流节点，所述第二电流节点的引线连接至所述驱动芯片的NEG0引脚；

所述晶体管Q1的漏极与所述液压行走泵的比例电磁铁L1之间设有采样电阻R4，所述采样电阻R4与所述液压行走泵的比例电磁铁L1之间设有第三电流节点，所述第三电流节点的引线连接至所述驱动芯片的POS0引脚。

作为一种改进的方案，所述二极管D1为快速二极管，二极管D2为稳压二极管，二极管D3为快速续流二极管。

作为一种改进的方案，所述系统还包括与所述控制器连接的人机交互设备。

作为一种改进的方案，所述收割机作业负荷控制系统还包括设置在所述收割机行走系统上的速度传感器，所述速度传感器与所述控制器的主控芯片连接，所述速度传感器用于对当前所述收割机行走系统的行走速度进行检测，并通过所述控制器的处理后显示到所述人机交互设备上。

本发明的另一目的在于提供一种基于收割机作业负荷控制系统的收割机作业负荷控制方法，所述方法包括下述步骤：

设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测，并分别将监测到的转速监测信号输送至控制器；

所述控制器将任一所述转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并将生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号输送至液压行走泵；

所述液压行走泵根据所述控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

所述控制器接收并处理所述收割机行走系统上的速度传感器反馈的收割机的行走速度信号，同时输出处理后的速度信号。

作为一种改进的方案，所述方法还包括下述步骤：

所述人机交互设备接收操作人员输入的设置信息和所述控制器输出的速度信号，并显示所述速度信号，其中，所述设置信息包括工作轴转速阈值。

由于收割机作业负荷控制系统包括：分别设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器，转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测；分别与若干个转速传感器连接的控制器，控制器将任一转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；与控制器连接的液压行走泵，液压行走泵根据控制信号逐步调整收割机行走系统的速度，从而实现收割机作业系统作业负荷的自动控制，根据作业工况自动调整收割速度，保证收割机的总体负荷处于良好状态。

由于收割机作业负荷控制系统还包括与所述控制器连接的人机交互设备，该人机交互设备用于显示相关作业设备工作轴转速及行驶速度等信息，通过可以进行设定转速阈值，并提供声光报警提示信息。

由于收割机作业负荷控制系统还包括设置在收割机行走系统上的速度传感器，该速度传感器与所述控制器的主控芯片连接，速度传感器用于对当前所述收割机行走系统的行走速度进行检测，并通过所述控制器的处理后显示到所述人机交互设备上，实现对操作人员的速度提示，便于操作人员及时进行换挡等操作。

在本发明实施例中，设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测，并分别将监测到的转速监测信号输送至控制器；所述控制器将任一所述转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并将生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号输送至液压行走泵；所述液压行走泵根据所述控制信号逐步调整收割机行走系统的速度，从而实现收割机作业系统作业负荷的自动控制，根据作业工况自动调整收割速度，保证收割机的总体负荷处于良好状态。

附图说明

图1是本发明实施例提供的收割机作业负荷控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的信号放大电路的电路示意图；

图3是本发明实施例提供的收割机作业负荷控制方法的实现流程图；

其中，1-收割机作业系统，2-收割机行走系统，3-控制器，4-液压行走泵，5-喂入搅龙，6-过桥主动轴，7-轴流滚筒，8-籽粒搅龙，9-喂入搅龙转速传感器，10-过桥主动轴转速传感器，11-轴流滚筒转速传感器，12-籽粒搅龙转速传感器，13-人机交互设备，14-速度传感器，15-主控芯片，16-驱动芯片，17-信号放大电路，18-第一电流节点，19-第二电流节点，20-第三电流节点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的收割机作业负荷控制系统的结构示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明相关的部分。

收割机作业负荷控制系统包括：

分别设置在收割机作业系统1的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器，转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测；

分别与若干个转速传感器连接的控制器3，该控制器3对任一转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；

与控制器3连接的液压行走泵4，该液压行走泵4根据该控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

其中，该收割机作业系统1的各个作业设备包括喂入搅龙5、过桥主动轴6、轴流滚筒7以及籽粒搅龙8；

相应地，与其对应的转速传感器为：喂入搅龙转速传感器9、过桥主动轴转速传感器10、轴流滚筒转速传感器11以及籽粒搅龙转速传感器12；

当然，图1中仅给出了上述四种转速传感器，当然也可以在收割机作业系统1的其他作业设备上设置相应的转速传感器，使收割机的作业负荷计算更准确，控制效果更佳，在此不再赘述，但不用以限制本发明。

在本发明实施例中，如上述图1所示，控制器3包括主控芯片15和驱动芯片16，其中：

主控芯片15与分别与若干个转速传感器连接，用于根据预先输入的工作轴转速阈值，对任一转速传感器监测到的转速监测信号进行负荷计算，生成按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号；

通过同步串行总线与主控芯片15连接，用于根据主控芯片15计算生成的控制信号，生成驱动液压行走泵4的电流信号。

其中，在上述实施例中，主控芯片15可以MC912型号的芯片，驱动芯片16可以采用TLE7242G型号的芯片，在此不用以限制本发明。

在本发明实施例中，驱动芯片16与液压行走泵4之间设有信号放大电路17，如图2所示，信号放大电路17具体包括：

与驱动芯片16的OUT0引脚连接的晶体管Q1，晶体管Q1的门极与OUT0引脚连接，晶体管Q1的漏极与液压行走泵4的比例电磁铁L1连接，源极接地；

晶体管Q1与OUT0引脚之间设有第一电流节点18，第一电流节点18与OUT0引脚之间设有二极管D1、二极管D2和二极管D3，其中，二极管D2和二极管D3设有第二电流节点19，第二电流节点19的引线连接至驱动芯片16的NEG0引脚；

晶体管Q1的漏极与液压行走泵4的比例电磁铁L1之间设有采样电阻R4，采样电阻R4与液压行走泵4的比例电磁铁L1之间设有第三电流节点20，第三电流节点20的引线连接至驱动芯片16的POS0引脚。

其中，晶体管Q1可以采用BUK9Y19型号，其采用共源极电源，其门极与上述主控芯片15的OUT0引脚通过在电流输入源和输出源之间的切换来控制晶体管Q1的开通和关断，同时，以电压信号存在的控制信号从OUT0引脚输出，当晶体管Q1的漏极和源极之间产生电源时，驱动上述比例电磁铁L1；

采样电阻R4为电流采样电阻，驱动芯片TLE7242G通过NEG0和POS0口采样外接的比例电磁铁L的电流，根据比例电磁铁L的工作参数，采样电阻R4选取0.2欧，过温误差满标不超过1％的精密电阻，从而得到驱动芯片16采样测量的电流值域为0A—1.2A；

上述二极管D1为快速二极管，二极管D2为稳压二极管，二极管D3为快速续流二极管；

由于比例电磁铁L具有电感性质，当OUT0引脚输出的控制信号(脉冲信号)的值小于晶体管Q1的开启电压时，晶体管Q1马上进入截止状态，此时会产生一个很大的瞬时电压，快速续流二极管D3的设置减小瞬间关断电压过大造成的损害；

由于晶体管Q1的抗干扰能力不是很好，而且比例电磁铁L具有电感特性，为了稳定晶体管Q1的工作电压，在晶体管栅极和漏极之间接稳压二极管D2和快速二极管D1，可以使驱动电路输出更加稳定，而且可以有效的防止晶体管Q1发生雪崩击穿。

其中，上述液压行走泵采用电磁控制比例电磁阀，实现收割机行走的无级变速驱动，在此不再赘述，但不用以限制本发明。

在本发明实施例中，收割机作业负荷控制系统还包括设置在收割机行走系统2上的速度传感器14，该速度传感器14与控制器3的主控芯片15连接，其可以采用高精度多普勒测速雷达，实时检测收割机的行走速度，并将将该检测到速度信号传递给控制器3的主控芯片15。

在本发明实施例中，如图1所示，该收割机作业负荷控制系统还包括与控制器3连接的人机交互设备13，该人机交互设备13接收操作人员输入的设置信息和所述控制器输出的速度信号，并显示该速度信号，其中，设置信息包括工作轴转速阈值，即通过该人机交互设备13，操作人员可以预先给控制器3一个参考用的工作轴转速阈值；其中，该人机交互设备13可以是设置在仪表盘上的操作按钮、面板或者其他机构，在此不再赘述。

在本发明实施例中，该控制器3内存储的工作轴转速阈即为各个作业设备的工作轴的转速阈值，其中，该工作轴转速阈值可以是写在控制器3内的数值，也可以是通过人机交互设备13输入的数值；

其中，该工作轴转速阈值是个判定值，其大小可以根据实际收割机的工况进行设置，例如各个作业设备工作在80％-100％的工作转速时，各个作业设备能工作在额定状态，当转速到达60％时，其作业状态基本属于欠载状态，收割机基本处于无法稳定工作的状态，则可以将该工作轴转速阈值设置为额定转速的80％，当任一转速传感器监测到的作业设备的工作轴的转速低于该数值时，则判定需要生成相应降低收割机行走系统的行走速度的控制信号，当然也可以设置其他数值，在此不再赘述。

在本发明实施例中，图3示出了本发明实施例提供的收割机作业负荷控制方法的实现流程，其具体步骤如下：

在步骤S101中，设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测，并分别将监测到的转速监测信号输送至控制器。

在步骤S102中，控制器将任一转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号，并将生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号输送至液压行走泵。

在步骤S103中，液压行走泵根据控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

其中，在上述步骤中还包括下述步骤：

控制器输出按比例逐次调整收割机行走速度的控制信号后，实时接收收割机行走系统上的速度传感器反馈的收割机的行走速度信号，并进行相应的信号格式转换，显示在上述人机交互设备上，作为操作人员换挡等操作的依据。

进一步地，结合上述人机交互设备，操作人员可以预先对收割机作业系统上的各个作业设备的工作轴转速阈值进行设置，即通过人机交互设备输入到控制器中，保存，其作为控制计算作业负荷的比较基础，其中比较的内容可以为如下理解：

当任一作业设备监测到的工作轴转速低于该工作轴转速阈值时，控制器判定生成按比例逐次降低收割机行走速度的控制信号，并传送至液压行走泵，以使收割机的行走速度降低，避免出现过载的现象，保障收割机的作业效率；

当任一作业设备监测到的工作轴转速高于该工作轴转速阈值时，控制器生成按比例逐次升高收割机行走速度的控制信号，并传送至液压行走泵，以使收割机的行走速度提高到正常的作业状态(额定状态)，保证收割机的作业效率。

在本发明实施例中，若干个转速传感器采集收割机作业系统的各个作业设备工作轴的转速，通过改变液压行走泵的驱动电流的大小，调节收割机行走系统的行走速度，使收割机工作在合适的负荷状态下，提高收割效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述收割机作业负荷控制系统包括：

分别设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器，所述转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测；

分别与若干个所述转速传感器连接的控制器，所述控制器将任一所述转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；

与所述控制器连接的液压行走泵，所述液压行走泵根据所述控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

2.根据权利要求1所述的收割机作业负荷控制系统，其特征在于，与所述作业设备相对应的转速传感器包括喂入搅龙转速传感器、过桥主动轴转速传感器、轴流滚筒转速传感器以及籽粒搅龙转速传感器。

3.根据权利要求1所述的收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述控制器包括主控芯片和驱动芯片，其中：

所述主控芯片与所述分别与若干个所述转速传感器连接，用于将任一所述转速传感器监测到的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并输出生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号；

通过同步串行总线与所述主控芯片连接，用于根据所述主控芯片计算生成的控制信号，生成并输出驱动所述液压行走泵的电流信号。

4.根据权利要求3所述收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述驱动芯片与所述液压行走泵之间设有信号放大电路，所述信号放大电路包括：

与所述驱动芯片的OUT0引脚连接的晶体管Q1，所述晶体管Q1的门极与所述OUT0引脚连接，所述晶体管Q1的漏极与所述液压行走泵的比例电磁铁L1连接，所述源极接地；

所述晶体管Q1与所述OUT0引脚之间设有第一电流节点，所述第一电流节点与所述OUT0引脚之间设有二极管D1、二极管D2和二极管D3，其中，所述二极管D2和二极管D3设有第二电流节点，所述第二电流节点的引线连接至所述驱动芯片的NEG0引脚；

所述晶体管Q1的漏极与所述液压行走泵的比例电磁铁L1之间设有采样电阻R4，所述采样电阻R4与所述液压行走泵的比例电磁铁L1之间设有第三电流节点，所述第三电流节点的引线连接至所述驱动芯片的POS0引脚。

5.根据权利要求4所述的收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述二极管D1为快速二极管，二极管D2为稳压二极管，二极管D3为快速续流二极管。

6.根据权利要求4或5所述的收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述系统还包括与所述控制器连接的人机交互设备。

7.根据权利要求6所述的收割机作业负荷控制系统，其特征在于，所述收割机作业负荷控制系统还包括设置在所述收割机行走系统上的速度传感器，所述速度传感器与所述控制器的主控芯片连接，所述速度传感器用于对当前所述收割机行走系统的行走速度进行检测，并通过所述控制器的处理后显示到所述人机交互设备上。

8.一种基于权利要求1所述的收割机作业负荷控制系统的收割机作业负荷控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

设置在收割机作业系统的各个作业设备工作轴上的若干个转速传感器分别对与其对应作业设备的工作轴进行转速监测，并分别将监测到的转速监测信号输送至控制器；

所述控制器将任一所述转速传感器传送的作业设备工作轴的转速监测信号与所述控制器内存储的工作轴转速阈值进行比较判断，判断是否生成按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号，并将生成的按比例逐次调整所述收割机行走速度的控制信号输送至液压行走泵；

所述液压行走泵根据所述控制信号逐步调整收割机行走系统的速度。

9.根据权利要求8所述的收割机作业负荷控制方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：

所述控制器接收并处理所述收割机行走系统上的速度传感器反馈的收割机的行走速度信号，同时输出处理后的速度信号。

10.根据权利要求9所述的收割机作业负荷控制方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：

所述人机交互设备接收操作人员输入的设置信息和所述控制器输出的速度信号，并显示所述速度信号，其中，所述设置信息包括工作轴转速阈值。