CN106508245B - 一种花生联合收获机收获姿态控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种花生联合收获机机收获姿态控制系统，属于农业机械技术领域。该系统的收获台架固连左收获台，底盘车架铰装总液压缸的缸体，总液压缸的活塞伸出端与收获台架铰接；收获台架的右侧铰支右收获台，并铰装右液压缸的缸体，右液压缸的活塞杆伸出端与右收获台铰接；传感器的信号输出端分别接控制电路中智能器件的相应信号输入端，智能器件的对应控制信号输出端分别接总液压油缸和右液压油缸的受控端。本发明的收获高度成为两级浮动调整，智能控制电路根据各种情况传感信号的采集，在分别单独处理的基础上，可以实现对各种复杂工作环境的综合适应性调控，始终保持左、右挖掘深度不变，从而保证收获顺畅和收获质量。

Description

一种花生联合收获机收获姿态控制系统

技术领域

本发明涉及一种四行半喂入式花生联合收获机，尤其是一种花生联合收获机收获姿态控制系统，属于农业机械技术领域。

背景技术

花生联合收获设备收获台的工作姿态对于收获效率和质量至关重要，而收获台工作姿态实际调整收获台收获时的高度，本质上为调整挖掘铲的挖掘深度。据申请人了解，中国发明专利ZL201310280913.9公开了一种典型的花生联合收获机，其底盘上前后依次固定设有收获台、过渡夹持输送装置、后架总成；收获台包括机架，机架上设有水平且相互平行的上主梁、下主梁，上主梁为转动梁，并与后架总成连接。虽然该机实现了根据花生垄距进行手动调节，且具有降低了整机的高度和重心的优点，但收获台的姿态难以根据需要方便调整。此外，申请号为201210516979.9的中国专利申请公开的技术方案也存在收获台收获姿态不能智能化自动调整的缺点，而依靠操作人员手动调整不仅工作繁重，而且滞后，不能满足及时适应作业环境、保证收获顺畅的要求。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述技术存在的缺点，提出一种可以智能化自动调控收获台姿态的花生联合收获机收获姿态控制系统及相应的控制方法，从而实时适应作业环境、保证收获顺畅和收获质量。

为了达到以上目的，本发明的花生联合收获机收获姿态控制系统基本技术方案：

包括后端铰支于底盘车架的收获台架以及与收获台架固连的左收获台；所述底盘车架铰装总液压缸的缸体，所述总液压缸的活塞伸出端与收获台架铰接；所述收获台架的右侧铰支右收获台，并铰装右液压缸的缸体，所述右液压缸的活塞杆伸出端与右收获台铰接；所述左、右收获台的外侧分别固连左、右挖掘铲，且分别铰装位于左、右挖掘铲前侧的左、右仿形轮；所述底盘车架装有车身倾角传感器，所述左、右收获台分别装有左、右挖掘倾角传感器，所述左、右仿形轮分别装有左、右仿形倾角传感器；各传感器的信号输出端分别接控制电路中智能器件的相应信号输入端，所述智能器件的对应控制信号输出端分别接总液压油缸和右液压油缸的受控端；

所述智能器件用以：

当接收到左仿形轮的左起伏倾角传感信号时，分别输出总液压缸和右液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与左起伏倾角相应的总补偿倾角，所述右液压缸控制信号用以使右液压缸驱动右收获台偏转与补充倾斜相应的右反向倾角；

当接收到右仿形轮的右起伏倾角传感信号时，输出右液压缸控制信号，所述右液压缸控制信号使右液压缸驱动右收获台偏转与右起伏倾角相应的右补偿倾角；

当接收到车身的摆动倾角传感信号时，输出总液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与摆动倾角相应的总反向倾角。

由于左、右挖掘铲与左、右收获台是刚性连接，左收获台与收获台架也是刚性连接。因此，采用本发明后，花生联合收获机的收获台收获高度成为两级浮动调整，即左收获台和收获台架与底盘车架间为一级铰接浮动和右收获台与收获台架间为二级铰接浮动。智能控制电路根据各种情况传感信号的采集，在分别单独处理的基础上，可以实现对各种复杂工作环境的综合适应性调控，始终保持左、右挖掘深度不变，从而保证收获顺畅和收获质量。

考虑到仿形轮位于挖掘铲的前方，具有一定的前伸量L，因此在仿形轮感知作业起伏后到控制器输出挖掘高度调整命令信号需要一定延时T，此延时与行驶速度V有关，满足T=L/V。为此，本发明进一步的完善是：

当接收到左仿形轮的左起伏倾角传感信号时，延时后分别输出总液压缸和右液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与左起伏倾角相应的总补偿倾角，所述右液压缸控制信号用以使右液压缸驱动右收获台偏转与补充倾斜相应的右反向倾角；

当接收到右仿形轮的右起伏倾角传感信号时，延时后输出右液压缸控制信号，所述右液压缸控制信号使右液压缸驱动右收获台偏转与右起伏倾角相应的右补偿倾角；

所述延时时间以仿形轮中心相对挖掘铲中心的前伸距离除以收获机的前行速度确定。

进一步，各传感器的信号输出端分别通过并联的三个四通道双向模拟开关后经A/D采样芯片接智能器件的相应信号输入端。

进一步，所述智能器件的控制信号输出端经限流电阻和消抖电容以及二级驱动放大三极管接对应受控液压油缸的受控端。

采用本发明后，可以显著提高花生联合收获机自动化、智能化水平，消除操作人员手动调整收获姿态的滞后性和工作繁重度，提高设备对作业条件的适应性和收获顺畅性，为推进花生产业全程机械化提供有力技术与装备支撑。

附图说明

图1是本发明一个实施例的整机立体结构示意图。

图2是图1实施例收获台部分的机构简图。

图3是图1实施例的智能控制电路多通道复用采样电路原理图。

图4是图1实施例的智能控制电路传感器信号采集电路原理图。

图5是图1实施例的智能控制电路液压缸调整驱动电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的花生联合收获机收获姿态控制系统如图1、图2所示，位于履带行走装置9上的底盘车架10通过铰支轴10-1铰支收获台架7的后端，收获台架7的前部固连左收获台17。底盘车架10铰装收获台调整的总液压缸8的缸体，总液压缸8的活塞伸出端与收获台架7的底部铰接，因此可以通过调控总液压缸8活塞的伸缩改变收获台架的抬升角。收获台架7的右侧通过固定在边框上的固定轴7-1和安装在可移位立柱7-3上的可移轴7-2铰支右收获台16，收获台架7的右侧还铰装右液压缸12的缸体，该右液压缸12的活塞杆伸出端与右收获台16铰接，因此可以通过右液压缸12活塞的伸缩改变右收获台的抬升角，构成为二级铰接浮动结构，即左收获台和收获台架与底盘车架间为一级铰接浮动，右收获台与收获台架间为二级铰接浮动。左、右挖掘铲与左、右收获台的连接都是刚性连接，左收获台与收获台架也是刚性连接，液压缸调整收获台高度实为调整挖掘铲的挖掘深度。

左、右收获台17、16的外侧分别固连左、右挖掘铲5、3，且分别铰装位于左、右挖掘铲5、3前侧的左、右仿形轮4、1。底盘车架10上装有车身倾角传感器11，左、右收获台17、16分别装有左、右挖掘倾角传感器6、2，左、右仿形轮4、1分别装有左、右仿形倾角传感器13、14以及转速传感器15；各传感器的信号输出端分别接控制电路中智能器件的相应信号输入端。

控制电路的主要构成部分如图3、4、5所示。其中的五只双轴电压输出倾角传感器分别监测仿形轮连杆倾角、挖掘倾角和车身姿态。

如图4所示，各倾角传感器IASx分别以0~5V电压信号形式输出X轴和Y轴的倾斜角，通过限流电阻R4和R5后形成倾角信号Xn和Yn供A/D采样芯片采集。开关二极管D2、D3、D4和D5在电路中起箝位作用，限制输入信号在A/D采样芯片有效输入电压范围内。由于五只倾角传感器共有10通道模拟量输出，而A/D采样芯片只有4通道输入，因此需要设计多路复用电路完成对所有通道模拟量的采集。图3中，各传感器的信号输出端分别通过并联三个四通道双向模拟开关U1、U2、U3后经A/D采样芯片U4接智能器件MCU。当模拟开关控制信号CRTL1为高电平、CTRL2和CTRL3为低电平时，通道X1，Y1，X2，Y2被打开，此时A/D采样芯片采样此4个通道的模拟电压信号。同样如果CTRL2为高电平、CTRL1和CTRL3为低电平，则A/D采样芯片采样X3，Y3，X4，Y4通道的模拟信号；CTRL1和CTRL2为低电平，CTRL3为高电平时，A/D采样芯片采样X5，Y5通道信号。这样可以较少的电路构成器件扩展较多通道，控制迅速，成本经济。

MCU的控制输出如图5所示，MCU输出上拉控制信号COILx经过限流电阻R3和消抖电容C1以及二级驱动放大三极管Q2，Q1接受控液压油缸的受控端。工作时，上拉控制信号COILx经过限流电阻R3和消抖电容C1驱动NPN三极管Q2，使三极管Q2的集电极和发射极导通，从而使PNP三极管Q1基极为低电平0V。当三极管Q1的基极为0V，其集电极和发射极导通，使得电磁阀线圈CL1输入电压差为24V，产生电磁力，驱动相应的液压缸电磁阀打开。R1为上拉电阻，R2为限流电阻，D1为续流二极管。此驱动电路共4路，分别驱动总液压油缸或右液压油缸的伸缩控制左、右收获台上下动作。

初次进行收获作业时，先手动调整左挖掘铲5和右挖掘铲3的高度，使之挖掘深度达到最优收获作业位置，并通过按键触发控制器对左仿形倾角传感器13、左挖掘倾角传感器6、右仿形倾角传感器14、右挖掘倾角传感器2和车身倾角传感器11的XY轴向倾角数据进行采样保存。所保存的倾角数据作为设备作业过程姿态保持的基准参考位置数据和计算依据。由于仿形轮位于挖掘铲的前方，前置量直线距离为L，所以在仿形轮感知作业起伏后到控制器输出挖掘高度调整命令需要延时T，此延时T与设备行驶速度V有关，满足T=L/V。

当由于作业地面起伏引起左仿形倾角传感器13角度输出变化，控制器采样计算变化量Δβ13，延时T时间后输出收获台总调整液压缸8控制信号，使左挖掘倾角传感器6倾角变化量为Δβ6，使左挖掘铲5的挖掘深度保持不变。调整量满足Δβ6=AΔβ13，式中系数A为左仿形轮支撑臂和左收获台上下浮动旋转半径之比。由于右收获台是铰连接在与左收获台刚性连接的收获台架7上，对左收获台进行调整时，同样也引起了右收获台的高度，即右挖掘深度会同步被改变。而实际作业时，右挖掘铲3此时高度不能改变，所以控制器在输出收获台总调整液压缸8控制信号的同时也输出右收获台调整液压缸12的控制信号，反向调整右收获台，使右挖掘倾角传感器2产生Δβ2的变化量，保证右挖掘铲3的挖掘深度不变，调整量满足Δβ2=BΔβ6，式中系数B为左收获台和右收获台上下浮动旋转半径之比。

当由于作业地面起伏引起右仿形倾角传感器14角度输出变化，控制器采样计算变化量Δβ14，延时T时间后输出右收获台调整液压缸12控制信号，使右挖掘倾角传感器2倾角变化量为Δβ2，使右挖掘铲3的挖掘深度保持不变。调整量满足Δβ2=CΔβ14，式中系数C为右仿形轮支撑臂和右收获台上下浮动旋转半径之比。

当作业地面起伏引或设备行走过程的冲击引起车身摆动，也会引起左挖掘铲5和右挖掘铲2的摆动，导致挖掘深度的改变。安装在设备底盘中心位置安装车身倾角传感器11感知车身的摆动角度Δβ11。为了消除Δβ11对挖掘深度的影响，控制器需立刻输出收获台总调整液压缸8控制信号，使左右挖掘铲的挖掘深度保持不变，即使左挖掘倾角传感器6倾角变化量为Δβ6，调整量满足Δβ6=DΔβ11，式中系数D为左收获台上下浮动旋转半径和底盘车架重心点到左挖掘铲距离之比。

实践证明，本实施例的控制系统具有如下显著优点:

1、采用二级铰接浮动结构可以提高设备对斜坡起伏等恶劣作业条件的适应性，大幅此类作业条件下的收获效率和质量。

2、采用五倾角传感器和多路复用电路可以低成本快速监测设备实时姿态，有效区分引起设备姿态变化的影响因素，并进行针对性地调控。

3、采用两三极管组成的二级放大液压缸驱动电路相比传统继电器驱动电路具有动作迅速，响应频率高，工作寿命长等优点，便于设备姿态实时调控。

4、本控制系统在花生联合收获机上的使用，可以大幅提高收获效率和收获质量，减少收获损失，降低操作人员的操作强度。

Claims (4)

1.一种花生联合收获机收获姿态控制系统，包括后端铰支于底盘车架的收获台架以及与收获台架固连的左收获台；所述底盘车架铰装总液压缸的缸体，所述总液压缸的活塞伸出端与收获台架铰接；所述收获台架的右侧铰支右收获台，并铰装右液压缸的缸体，所述右液压缸的活塞杆伸出端与右收获台铰接；所述左、右收获台的外侧分别固连左、右挖掘铲，且分别铰装位于左、右挖掘铲前侧的左、右仿形轮；所述底盘车架装有车身倾角传感器，所述左、右收获台分别装有左、右挖掘倾角传感器，所述左、右仿形轮分别装有左、右仿形倾角传感器；各传感器的信号输出端分别接控制电路中MCU的相应信号输入端，所述MCU的对应控制信号输出端分别接总液压油缸和右液压油缸的受控端；

所述MCU用以：

当接收到左仿形轮的左起伏倾角传感信号时，分别输出总液压缸和右液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与左起伏倾角相应的总补偿倾角，所述右液压缸控制信号用以使右液压缸驱动右收获台偏转与补充倾斜相应的右反向倾角；

当接收到右仿形轮的右起伏倾角传感信号时，输出右液压缸控制信号，所述右液压缸控制信号使右液压缸驱动右收获台偏转与右起伏倾角相应的右补偿倾角；

当接收到车身的摆动倾角传感信号时，输出总液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与摆动倾角相应的总反向倾角。

2.根据权利要求1所述的花生联合收获机收获姿态控制系统，其特征在于：当接收到左仿形轮的左起伏倾角传感信号时，延时后分别输出总液压缸和右液压缸控制信号，所述总液压缸控制信号使总液压缸驱动收获台架偏转与左起伏倾角相应的总补偿倾角，所述右液压缸控制信号用以使右液压缸驱动右收获台偏转与补充倾斜相应的右反向倾角；

当接收到右仿形轮的右起伏倾角传感信号时，延时后输出右液压缸控制信号，所述右液压缸控制信号使右液压缸驱动右收获台偏转与右起伏倾角相应的右补偿倾角；

所述延时时间以仿形轮中心相对挖掘铲中心的前伸距离除以收获机的前行速度确定。

3.根据权利要求1或2所述的花生联合收获机收获姿态控制系统，其特征在于：各传感器的信号输出端分别通过并联的三个四通道双向模拟开关后经A/D采样芯片接MCU的相应信号输入端。

4.根据权利要求3所述的花生联合收获机收获姿态控制系统，其特征在于：所述MCU的控制信号输出端经限流电阻和消抖电容以及二级驱动放大三极管接对应受控液压油缸的受控端。