CN109168650B - 一种脱粒装置和安装脱粒装置的联合收获机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种脱粒装置和安装脱粒装置的联合收获机及控制方法，包括直径调节装置，所述直径调节装置安装在支撑幅盘之间，用于通过偏心滑块机构调节脱粒滚筒直径。所述直径调节装置包括动力系统、套筒、转盘、连杆和同步轮；脱粒齿杆两端分别固定连杆，所述连杆径向滑动安装在支撑幅盘上；所述套筒安装在滚筒轴外部，所述套筒两端分别传动连接转盘，所述转盘上均布若干凹槽，每个所述凹槽内安装可移动的同步轮；每一所述同步轮与连杆连接，通过转盘转动可使连杆在支撑幅盘上径向移动。本发明在联合收获机收获不同品种、不同成熟的的谷物时极大提高联合收获机脱粒装置的适应性，提高联合收获机的生产效率。

Description

一种脱粒装置和安装脱粒装置的联合收获机及控制方法

技术领域

本发明涉及联合收割机技术领域或者智能农机技术领域，具体的讲是一种脱粒装置和安装脱粒装置的联合收获机及控制方法。

背景技术

脱粒滚筒是联合收获机械的重要部件，工作过程中与凹板筛配合，起到将籽粒与茎杆分离的作用。其中脱粒滚筒的脱粒元件线速度、滚筒脱粒直径对谷物脱粒质量影响较大，目前联合收获机的脱粒装置大多采用转速、直径固定的单滚筒，对不同品种、不同含水率、不同成熟度谷物的脱粒适应性较差，脱粒效果不理想，为解决上述问题，学者们提出了差速滚筒，滚筒前半部分为低速滚筒，滚筒后半部分为高速滚筒，突破了传统脱粒装置单滚筒单转速的局面，利用差速滚筒的不同转速来提高脱粒装置对谷物的适应性，但其只改变了滚筒的转速，并没有考虑影响滚筒脱粒性能的另一重要参数——滚筒脱粒直径，现有的改变滚筒直径的方式一般为：在滚筒脱粒幅盘及脱粒齿杆是设有连接块，连接块设有调节孔，通过移动连接块在支撑幅盘上的位置来调节脱离滚筒直径，此种方法耗时费力、功能性并不完整并且无法在工作过程中调节。

同时，由于联合收获机作业对象差异显著，作业环境复杂，传统的脱粒装置结果只能通过手工方式进行有级调节，无法根据作业情况的不同实时自动调整脱粒滚筒的直径和转速来保证脱粒性能，造成联合收获机脱粒装置的脱粒适应性较差，滚筒直径(脱粒间隙)的变化会导致脱粒过程中夹带损失发生变化、滚筒转速的变化会导致脱粒过程中籽粒破损率以及物料流通的变化。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种脱粒装置和安装脱粒装置的联合收获机及控制方法，解决了现有联合收获机脱粒滚筒直径调节繁琐困难，在收获不同地域、品种谷物时，脱粒直径、脱粒元件线速度单一，不能满足各谷物的最佳收获条件，导致联合收获机脱粒功能适应性差、作业性能不稳定等问题，提供可根据不同作业环境自适应调节脱粒滚筒转速、脱粒直径的脱粒装置，使联合收获机在收获不同品种谷物时可根据实际情况调节滚筒脱粒直径、滚筒转速，提高其收获适应性、作业稳定性，并挺高谷物的脱粒质量，减少谷物的总损失率。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种脱粒装置，包括直径调节装置，所述直径调节装置为偏心滑块机构，所述直径调节装置安装在支撑幅盘之间，用于通过偏心滑块机构调节脱粒滚筒直径。

进一步，所述直径调节装置包括动力系统、套筒、转盘、连杆和同步轮；脱粒齿杆两端分别固定连杆，所述连杆径向滑动安装在支撑幅盘上；所述套筒安装在滚筒轴外部，所述套筒两端分别传动连接转盘，所述转盘上均布若干凹槽，每个所述凹槽内安装可移动的同步轮，通过转盘旋转改变同步轮在凹槽的径向位置；每一所述同步轮与连杆连接，通过转盘转动可使连杆在支撑幅盘上径向移动；所述动力系统用于提供套筒转动的动力。

进一步，所述动力系统包括驱动单位、轮系和太阳轮；所述套筒外径上设有太阳轮，所述驱动单位通过轮系与太阳轮传动连接。

进一步，还包括在线监测与控制系统，所述在线监测与控制系统包括转速传感器、位移传感器、控制系统和夹带损失传感器；所述转速传感器用于测量滚筒轴转速；所述位移传感器用于测量脱粒滚筒直径；所述夹带损失传感器位于凹板筛下方，用于得出脱粒滚筒内的籽粒夹带损失率；所述控制系统用于读取转速传感器、位移传感器和夹带损失传感器信号，所述控制系统控制所述动力系统。

另一种脱粒装置，包括两个串联连接的所述联合收获机变直径脱粒装置，每个所述联合收获机变直径脱粒装置的独立驱动，且每个所述联合收获机变直径脱粒装置的转速不同。

进一步，一个所述联合收获机变直径脱粒装置的滚筒轴上安装中间轴承，所述中间轴承外圈安装在另一个所述联合收获机变直径脱粒装置的滚筒轴端内孔。

一种联合收获机，包括所述的脱粒装置。

另一种联合收获机，包括所述的脱粒装置。

一种脱粒装置的自适应控制方法，所述控制系统通过读取转速传感器、位移传感器和夹带损失传感器信号，获取滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率；

所述控制系统基于误差协方差矩阵的迹最小准则对滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率进行异步融合，建立多参数关联自适应调控模型；所述控制系统实时输出相应的控制信号，用于控制滚筒轴的转速和动力系统，实现滚筒脱粒直径和转速的自动调节，使籽粒夹带损失率在合理范围内。进一步，当滚筒轴的转速小于预设信号的上界限值时，所述控制系统调节动力系统减少滚筒脱粒直径，用于增大脱粒间隙；

当籽粒夹带损失率大于预设值时，所述控制系统调节动力系统增大滚筒脱粒直径，用于减少脱粒间隙。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的联合收获机脱粒装置，通过偏心滑块机构的直径调节装置，可以调节脱粒滚筒的直径。调节滚筒脱粒直径的调节方式方便快捷，无需停机操作且不需要对每根脱粒齿杆进行拆卸，比传统的滚筒脱粒直径有级调节方式更加灵活。

2.本发明所述的联合收获机脱粒装置，脱粒滚筒分为前后不同转速的两个滚筒，前滚筒转速低，后滚筒转速高，这种差速滚筒可有效解决部分高产水稻难以脱净的问题，同时前后滚筒分别安装直径调节装置，通过调速电机直接控制，可实时改变滚筒转速。

3.本发明所述的联合收获机脱粒装置的自适应控制方法，可根据不同作业环境自适应调节脱粒滚筒转速、脱粒直径的脱粒装置，使联合收获机在收获不同品种谷物时可根据实际情况调节滚筒脱粒直径、滚筒转速，提高其收获适应性、作业稳定性，并挺高谷物的脱粒质量，减少谷物的总损失率。

4.本发明所述的联合收获机脱粒装置的自适应控制方法，通过脱粒装置的在线监测与控制系统根据作业过程中各参数的反馈情况对脱粒滚筒转速及直径进行无级调节，使脱粒元件线速度与脱粒间隙达到合适值，极大提高联合收获机的适应性和收获效率。

附图说明

图1为本发明所述的联合收获机脱粒装置结构示意图。

图2为本发明所述的联合收获机脱粒装置结构剖视图。

图3为本发明所述的直径调节装置结构图。

图4为本发明所述的动力系统结构图。

图5为本发明所述的动力系统原理图。

图6为本发明低速滚筒与高速滚筒连接部分及调节装置传动部分剖视图。

图7为本发明所述的联合收获机脱粒装置的自适应控制方法的流程图。

图中：

1-脱粒滚筒；2-直径调节装置；3-脱粒顶盖；4-凹板筛；5-在线监测与控制系统；101-低速滚筒轴；102-低速滚筒皮带轮；103-高速滚筒轴；104-高速滚筒皮带轮；105-脱粒齿杆；106-支撑幅盘；107-低速套筒；108-高速套筒；109-连接保护壳；110-中间轴承；201-转盘；202-同步轮；203-花键套；204-滑道；205-连接栓；206-连杆；207-步进电机；208-行星轮；209-太阳轮；210-连接轴；211-保护罩；212-电池组；213-电机齿轮；214-从动轮；215-连接轴齿轮；501-转速传感器；502-位移传感器；503-信号接收处理器；504-夹带损失传感器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，本发明所述的联合收获机脱粒装置，脱粒顶盖3位于脱粒滚筒1上方，凹板筛4位于脱粒滚筒1下方，所述脱粒滚筒1为2个串联连接的脱粒滚筒装置，其中一个为高速脱粒滚筒装置，另一个为低速脱粒滚筒装置；所述高速脱粒滚筒装置和低速脱粒滚筒装置的结构相同，仅仅输入轴的转速不同。所述高速脱粒滚筒装置包括高速滚筒轴103、支撑幅盘106和脱粒齿杆105；所述高速滚筒轴103两侧设有支撑幅盘106，两个支撑幅盘106之间安装脱粒齿杆105；所述高速脱粒滚筒装置的结构相同。由于这是现有结构，不同的联合收获机脱粒滚筒装置机构有差异，但是都已经为公知常识，因此不在详细介绍。本发明的发明点在于在脱粒滚筒装置内部安装直径调节装置2，用于使脱粒齿杆105沿支撑幅盘106径向移动。

如图3所示，所述直径调节装置2可以看作偏心滑块机构；以高速脱粒滚筒装置内的直径调节装置2为例，所述直径调节装置2包括动力系统、高速套筒108、转盘201、连杆206和同步轮202；脱粒齿杆105两端分别固定连杆206，所述连杆206通过滑道204径向滑动安装在支撑幅盘106上；所述高速套筒108通过支撑轴承安装在高速滚筒轴103外部，所述高速套筒108两端分别安装花键套203，所述花键套203内孔安装支撑轴承的外圈；所述高速套筒108两端的花键套203均与转盘201传动连接，所述转盘201上均布若干凹槽，每个所述凹槽内安装可移动的同步轮202，通过转盘201旋转改变同步轮202在凹槽的径向位置；每一所述同步轮202与连杆206通过连接栓205连接，通过转盘201转动可使连杆206在支撑幅盘106上径向移动，从而带动脱粒齿杆105在支撑幅盘106上径向移动；所述动力系统用于提供套筒转动的动力。图中，凹槽的数量与脱粒齿杆105的数量相同，所述转盘201的盘体上设有6个弧形凹槽，所述同步轮202为H型；采用带有弧形凹槽的转盘以及H型同步轮作为滚筒直径的调节方式，调节过程中需要克服的摩擦力较小，可有效减小调节装置的功耗，并且在与滑道、连接栓的配合下使连杆及脱粒齿杆在滚筒转动过程中有效固定，不会在为控制的情况下发生位移变化。所述低速脱粒滚筒装置内的直径调节装置2与上述结构相同。

如图4和图5所示，所述动力系统包括驱动单位、轮系、电池组212和太阳轮209；所述高速套筒108和低速套筒107外径上均设有太阳轮209，所述驱动单位通过轮系与太阳轮传动连接。驱动单位为步进电机207，图中的轮系为行星轮208，电机齿轮213、从动轮214和连接轴齿轮215；所述步进电机207输出轴上安装电机齿轮213，所述电机齿轮213与从动轮214啮合，所述从动轮214与连接轴齿轮215啮合，所述行星轮208与连接轴齿轮215同轴；所述行星轮208与太阳轮209啮合；所述步进电机207配有编码器及无线信号接收器，所述电池组212安装在滚筒中部并与步进电机207相连。如图5所示，所述高速套筒108为2个小套筒组成，每个套筒一端通过花键套203与转盘201传动连接，每个套筒另一端均安装太阳轮209，所述电机齿轮213与从动轮214、连接轴齿轮215位于同一平面，连接轴齿轮215安装在连接轴210中部，一对行星轮208分别位于连接轴210两侧，太阳轮209与行星轮208啮合，所述电机齿轮213通过从动轮214带动连接轴齿轮215转动，连接轴齿轮215带动连接轴210转动，连接轴210分别带动轴两端的行星轮208转动，行星轮208带动太阳轮209转动。通过步进电机207的转动使两个行星轮208转动，从而使2个小套筒转动。此外，保护罩211安装在步进电机207及太阳轮209外侧，保护步进电机等部件的正常运转。

如图6所示，所述花键套203通过支撑轴承安装在滚筒轴上，所述转盘201内孔与花键套203外花键传动连接，H型所述同步轮202嵌在转盘201的弧形凹槽内，所述连接栓205贯穿H型的同步轮202与连杆206，所述连杆206位于滑道204内，所述滑道204内设有滑动轴承，可减少连杆206在滑道内204的摩擦力，减小运动阻力，同时将连杆206约束在滑道中央。

所述高速滚筒轴103与低速滚筒轴101之间通过中间轴承110连接，所述低速滚筒轴101尾部设有长20mm直径30mm台阶，所述中间轴承110安装在低速滚筒轴101台阶上，所述高速滚筒轴103套在中间轴承110上，所述低速滚筒与高速滚筒交接处设有连接保护壳109通过安装中间轴承110可使低速滚筒与高速滚筒分别转动，互不干涉。

还包括在线监测与控制系统5，所述在线监测与控制系统5包括转速传感器501、位移传感器502、信号接收处理器503、控制系统和夹带损失传感器504；所述转速传感器501用于测量滚筒轴转速；所述位移传感器502位于滚筒，一端与脱粒齿杆105相连一端与套筒相连，用于测量脱粒滚筒直径；所述夹带损失传感器504位于凹板筛4下方，用于得出脱粒滚筒内的籽粒夹带损失率；所述信号接收处理器503位于脱粒顶盖3尾部内侧，信号接收处理器503用于读取分析接受到的转速传感器501、位移传感器502和夹带损失传感器504信号；所述信号接收处理器503输出信号给所述控制系统，所述控制系统控制所述动力系统。所述信号接收处理器503通过无线通信读取信号。

如图7所示，本发明所述的联合收获机脱粒装置的自适应控制方法，包括以下步骤：

所述控制系统通过读取转速传感器501、位移传感器502和夹带损失传感器504信号，获取滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率；

信号接收处理器503对接收的据进行异常数据替代、缺失数据补齐、数据消噪等预处理，以消除随机、不确定性因素对后续数据分析的影响后，将处理过的滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率作为输入信号，基于误差协方差矩阵的迹最小准则对多源数据进行异步融合，建立多参数关联自适应调控模型；控制系统实时输出相应的控制信号作用于调节滚筒脱粒直径的步进电机来实现滚筒脱粒直径的自动调节、作用于调节低速、高速滚筒转速的调速电机来调节滚筒转速，使籽粒夹带损失率在合理范围内。

控制过程中：当控制系统得到的滚筒转速信号不在预设信号范围内时，可通过调速电机调节滚筒转速，同时当控制系统得到的滚筒转速信号小于预设信号的上界限值时，说明脱粒滚筒1内物料较多，脱粒负荷较大，此时控制系统控制直径调节装置2中的步进电机207驱动转动，进而带动连接轴齿轮215、行星轮208及太阳轮209转动，太阳轮209通过套筒带动花键套203及转盘201转动，转盘201转动可使H型同步轮202在滚筒径向发生位移，H型同步轮202通过连接栓205使连杆206沿滑道运动，即可使连杆206顶端的脱粒齿杆沿滚筒径向向内移动，即可减少滚筒脱粒直径，达到增大脱粒间隙的目的；当滚筒转速信号在预设信号的区间范围内时，通过夹带损失传感器504检测籽粒夹带损失率，当籽粒夹带损失率过大时，通过控制系统控制步进电机207驱动直径调节装置2相应的增大滚筒脱粒直径以减小脱粒间隙，当滚筒转速信号与籽粒夹带损失率均在合理范围内时，调速电机与步进电机不运作。

当所述脱粒滚筒1为2个串联连接的脱粒滚筒装置，其中一个为高速脱粒滚筒装置，另一个为低速脱粒滚筒装置；控制系统可以同步同时增加或减小对应的滚筒脱粒直径；也可以根据低速脱粒滚筒装置和高速脱粒滚筒装置内各自的夹带损失传感器504检测籽粒夹带损失率，控制系统分别控制各自的对应的滚筒脱粒直径。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种脱粒装置，其特征在于，包括直径调节装置(2)，所述直径调节装置(2)为偏心滑块机构，所述直径调节装置(2)安装在支撑幅盘(106)之间，用于通过偏心滑块机构调节脱粒滚筒直径；

所述直径调节装置(2)包括动力系统、套筒、转盘(201)、连杆(206)和同步轮(202)；脱粒齿杆(105)两端分别固定连杆(206)，所述连杆(206)径向滑动安装在支撑幅盘(106)上；所述套筒安装在滚筒轴外部，所述套筒两端分别传动连接转盘(201)，所述转盘(201)上均布若干凹槽，每个所述凹槽内安装可移动的同步轮(202)，通过转盘(201)旋转改变同步轮(202)在凹槽的径向位置；每一所述同步轮(202)与连杆(206)连接，通过转盘(201)转动可使连杆(206)在支撑幅盘(106)上径向移动；所述动力系统用于提供套筒转动的动力；

所述动力系统包括驱动单位、轮系和太阳轮(209)；所述套筒外径上设有太阳轮(209)，所述驱动单位通过轮系与太阳轮传动连接；

还包括在线监测与控制系统(5)，所述在线监测与控制系统(5)包括转速传感器(501)、位移传感器(502)、控制系统和夹带损失传感器(504)；所述转速传感器(501)用于测量滚筒轴转速；所述位移传感器(502)用于测量脱粒滚筒直径；所述夹带损失传感器(504)位于凹板筛(4)下方，用于得出脱粒滚筒内的籽粒夹带损失率；所述控制系统用于读取转速传感器(501)、位移传感器(502)和夹带损失传感器(504)信号，所述控制系统控制所述动力系统。

2.一种脱粒装置，其特征在于，包括两个串联连接的权利要求1所述的脱粒装置，每个所述脱粒装置独立驱动，且每个所述脱粒装置的转速不同。

3.根据权利要求2所述的脱粒装置，其特征在于，一个所述脱粒装置的滚筒轴上安装中间轴承(110)，所述中间轴承(110)外圈安装在另一个所述脱粒装置的滚筒轴端内孔。

4.一种联合收获机，其特征在于，包括权利要求1所述的脱粒装置。

5.一种联合收获机，其特征在于，包括权利要求2所述的脱粒装置。

6.一种根据权利要求2所述的脱粒装置的自适应控制方法，其特征在于，

所述控制系统通过读取转速传感器(501)、位移传感器(502)和夹带损失传感器(504)信号，获取滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率；

根据滚筒轴的转速、脱粒滚筒直径和籽粒夹带损失率建立多参数关联自适应调控模型；所述控制系统实时输出相应的控制信号，用于控制滚筒轴的转速和动力系统。

7.根据权利要求6所述的脱粒装置的自适应控制方法，其特征在于，

当滚筒轴的转速小于预设信号的上界限值时，所述控制系统调节动力系统减少滚筒脱粒直径，用于增大脱粒间隙；

当籽粒夹带损失率大于预设值时，所述控制系统调节动力系统增大滚筒脱粒直径，用于减少脱粒间隙。