CN109348876B - 一种传动轴监测装置及脱粒滚筒轴监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传动轴监测装置，包括电磁感应信号发生装置和控制系统；所述电磁感应信号发生装置用于检测传动轴旋转产生的电压变化信号；所述控制系统用于分析判断所述电磁感应信号发生装置输入的电压变化信号。所述电磁感应信号发生装置包括磁极对、线圈、金属环、电刷和电压传感器；所述磁极对用于在传动轴端产生磁场；所述传动轴端面固定线圈，用于切割磁力线；两个所述金属环安装在传动轴轴端，且两个金属环互相不接触；所述线圈两端分别与两个所述金属环连接；两个所述电刷分别与两个所述金属环接触，两个所述电刷与电压传感器形成闭合电路。本发明可以通过对电压传感器输出的电压振幅和周期分析，监控传动轴状态是否满足设计要求。

Description

一种传动轴监测装置及脱粒滚筒轴监测装置

技术领域

本发明涉及振动检测领域或者联合收割机的振动监测领域，特别涉及一种传动轴监测装置及脱粒滚筒轴监测装置。

背景技术

联合收割机工作环境恶劣并且工况复杂，因此脱粒滚筒时常发生谷物堵塞、转速下降等问题，如果驾驶员未能及时发现并处理，过大的喂入量和过低的转速会导致谷物脱粒不干净，从而浪费了大量粮食，脱粒滚筒脱粒效率也大大降低。因此，为了有效提高联合收割机脱粒滚筒工作效率和脱粒效率，对脱粒滚筒工作状态进行实时监测具有重要意义。

目前针对联合收割机脱粒滚筒状态监测的装置及方法主要有：中国实用新型专利公开了一种联合收割机脱粒滚筒扭矩实时监测机构，其通过串接在传动机构中并与微机通信连接的转矩转速传感器来实时监测脱粒滚筒的扭矩；中国发明专利公开了一种滚筒式脱粒部件阻塞故障自动监测排除装置，其通过与液压缸油路换向阀连接的压力传感器及含CPU的控制电路来实时调节活动凹板与脱粒滚筒之间的间隙大小；中国发明专利公开了一种用于联合收获机的控制系统，其通过后端控制器实时监测脱粒滚筒工况信息，当脱粒滚筒运行负荷超载并超过规定时间后，减小ECU控制信号至零来实现自动停机。上述结构复杂，成本昂贵，干扰信号多，此外由于脱粒滚筒轴扭振的存在会导致转速或扭矩传感器测量精度极大所降低，且复杂的工作环境会导致测量信号失真和可靠性降低。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种传动轴监测装置及脱粒滚筒轴监测装置，可以通过对电压传感器输出的电压振幅和周期分析，监控传动轴状态是否满足设计要求。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种传动轴监测装置，包括电磁感应信号发生装置和控制系统；

所述电磁感应信号发生装置用于安装在传动轴的轴端，用于检测传动轴旋转产生的电压变化信号；

所述控制系统用于分析判断所述电磁感应信号发生装置输入的电压变化信号。

进一步，所述电磁感应信号发生装置包括磁极对、线圈、金属环、电刷和电压传感器；所述磁极对用于在传动轴端产生磁场；所述传动轴端固定线圈，用于切割磁力线；两个所述金属环安装在传动轴端，且两个金属环互相不接触；所述线圈两端分别与两个所述金属环连接；两个所述电刷分别与两个所述金属环接触，两个所述电刷与电压传感器形成闭合电路。

进一步，所述线圈围成矩形线框；所述线圈为若干线圈组合。

进一步，所述控制系统包括信号采集单元、分析处理模块和状态监测系统；

所述信号采集单元用于采集和处理所述电压传感器输出的电压变化信号；

所述分析处理模块用于将信号采集单元输出的信号计算出当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；

所述状态监测系统用于判断所述当前时刻的传动轴扭矩M₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A是否满足设定范围，若不满足，则所述状态监测系统发出报警。

进一步，所述信号采集单元包括信号调理器和数据采集卡；所述信号调理器包括运算放大器和信号滤波器；所述电压传感器输出的电压变化信号输入运算放大器，所述运算放大器与信号滤波器连接；所述数据采集卡与信号滤波器连接。

进一步，所述分析处理模块通过下面公式计算当前时刻的传动轴扭矩M₁：

M₁＝(T₁/T)M，

其中，M为未发生振动时刻的传动轴扭矩；

T为未发生振动时刻交流电压的周期，

ω为传动轴转速；

M₁为当前时刻的传动轴扭矩；

T₁为当前时刻交流电压的周期，通过分析信号采集单元输出的信号得出；

所述分析处理模块通过分析信号采集单元输出的信号得出T₁周期里交流电压的最大振幅U_A。

进一步，所述状态监测系统包括报警系统、报警判断模块和显示器；所述显示器用于显示当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；所述报警判断模块根据当前时刻交流电压的周期T₁与未发生振动时刻交流电压的周期T的比值判断是否需要报警系统启动；所述报警判断模块根据未发生振动时刻交流电压的最大振幅U与T₁周期里交流电压的最大振幅U_A的比值判断是否需要报警系统启动。

进一步，当T₁/T＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统报警；当T₁/T≤1.1时，所述显示器显示无异常。

进一步，当U/U_A＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统报警；当U/U_A≤1.1时，所述显示器显示无异常；其中：未发生振动时刻交流电压的最大振幅

其中：

k₁为常数；

n为所述线圈匝数；

B为所述磁极对的磁感应强度；

R为所述电压传感器内阻；

r为所述线圈内阻；

s为所述线圈围成的面积；

ω为传动轴转速。

一种脱粒滚筒轴监测装置，包括传动轴监测装置，所述电磁感应信号发生装置用于安装在脱粒滚筒盖板和脱粒滚筒凹板筛之间的脱粒滚筒轴上；所述控制系统用于安装在驾驶室内。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的传动轴监测装置，利用了电磁感应原理来实现对联合收割机脱粒滚筒工作状态的实时监测，有效降低了由脱粒滚筒轴扭振引起的测量误差，采集到的信号准确度是传统监测装置中使用的转速或扭矩传感器所难以达到的。

2.本发明所述的传动轴监测装置，通过对电压传感器输出的电压振幅和周期的分析，克服了转速或扭矩传感器只能监测脱粒滚筒轴一端的弊病，提取到的信号更加真实，更加接近脱粒滚筒的真实工作状态，更好的给驾驶员提供了脱粒滚筒的工作参数，可以有效提高联合收割机的工作效率。

3.本发明所述的脱粒滚筒轴监测装置，能提取得到更真实的联合收割机脱粒滚筒工作状态信号，所增加的报警系统可以准确提醒驾驶员在联合收割机脱粒滚筒运转发生堵塞时，采取加油门、减速等措施来尽量避免脱粒不干净的情况发生，有效提高谷物的脱粒效率。

4.本发明所述的脱粒滚筒轴监测装置，精确反映了脱粒滚筒旋转过程中转速变化引起的电压变化，同时本发明采集的电压信号周期变化可以准确反映滚筒转速变化值；利用本发明换算的脱粒滚筒转速值避免了现有通过光电或磁电需要贴反光条时存在的信号采集误差以及避免了采集过程中的干扰信号。

5.本发明所述的脱粒滚筒轴监测装置，精确反映了脱粒滚筒旋转过程中振动变化引起的电压振幅的变化，同时本发明采集的电压信号振幅的变化可以准确反映滚筒振动对脱粒滚筒轴的影响。

6.本发明所述的脱粒滚筒轴监测装置，结构简单、成本较低、安装方便、可靠性高，所采集到的信号更加真实的反映了脱粒滚筒的工作状态，可广泛适用于市场上现有联合收割机脱粒滚筒的状态监测，通用性好。

附图说明

图1为本发明所述的传动轴监测装置主视图。

图2为本发明所述的传动轴监测装置俯视图。

图3为本发明所述的电磁感应信号发生装置原理图。

图4为本发明所述的电压传感器输出的电压变化信号。

图5为本发明所述的控制系统原理图。

图中：

1-电磁感应信号发生装置；101-磁极对；102-磁力线；103-线圈；104-金属环；105-电刷；106-导线；107-电压传感器；108-脱粒滚筒盖板；109-脱粒滚筒凹板筛；2-信号采集单元；201-信号调理器；202-运算放大器；203-信号滤波器；204-数据采集卡；3-分析处理模块；4-状态监测系统；401-存储器；402-显示器；403-报警系统。

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，本发明所述的传动轴监测装置，包括电磁感应信号发生装置1和控制系统；所述电磁感应信号发生装置1用于安装在传动轴的轴端，用于检测传动轴旋转产生的电压变化信号；

如图3所示，所述电磁感应信号发生装置1包括磁极对101、线圈103、金属环104、电刷105和电压传感器107；所述磁极对101用于在传动轴端产生磁场；所述传动轴端固定线圈103，线圈103用于切割磁力线102；两个所述金属环104安装在传动轴端，且两个金属环104互相不接触；所述线圈103两端分别与两个所述金属环104连接；两个所述电刷105分别与两个所述金属环104接触，两个所述电刷105与电压传感器107通过导线106形成闭合电路。所述线圈103围成矩形线框；所述线圈103为若干线圈组合。

如图5所示，所述控制系统用于分析判断所述电磁感应信号发生装置1输入的电压变化信号。所述控制系统包括信号采集单元2、分析处理模块3和状态监测系统4；所述信号采集单元2用于采集和处理所述电压传感器107输出的电压变化信号；所述分析处理模块3用于将信号采集单元2输出的信号计算出当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；所述状态监测系统4用于判断所述当前时刻的传动轴扭矩M₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A是否满足设定范围，若不满足，则所述状态监测系统4发出报警。所述信号采集单元2包括信号调理器201和数据采集卡204；所述信号调理器201包括运算放大器202和信号滤波器203；所述电压传感器107输出的电压变化信号输入运算放大器202，所述运算放大器202与信号滤波器203连接；所述数据采集卡204与信号滤波器203连接。

工作原理：传动轴的轴端安装矩形的线圈103，通过传动轴的旋转使得线圈103切割磁极对101产生的磁力线102，安装时候一般磁力线102垂直于矩形的线圈103，这样得到的电压最大。而在传动轴工作过程出现过载造成传动轴的轴端跳动造成磁力线102与线圈103不垂直，这样得到的电压值会变小；如传动轴工作过程出现转速下降，造成得到的交流电压的周期变大。

如图4所示，所述电磁感应信号发生装置1产生的交流电压信号为

其中：

k₁为常数，k₁的取值范围为1～300；n为所述线圈103匝数；B为所述磁极对101的磁感应强度；R为所述电压传感器107内阻；r为所述线圈103内阻；s为所述线圈103围成的面积；ω为传动轴转速；t为时间变量。图中可以得出交流电压信号周期为T＝2π/ω，可以得出周期T与ω成反比。额定功率下的传动轴产生的扭矩公式M与ω成反比，因此可得扭矩M与电压信号周期T之间的关系为M/T为常数。传动轴空载工作时，交流电压实时信号近似为余弦信号，信号周期为T，扭矩为M，扭矩M通过标准动力源在空载转速驱动下进行标定得到；当传动轴发生负载增加或者堵塞造成的振动和转速下降时，导致产生的交流电压实时信号幅值降低、周期变长为、扭矩变大。

所述分析处理模块3通过下面公式计算当前时刻的传动轴扭矩M₁：

M₁＝(T₁/T)M，

其中，M为未发生振动时刻的传动轴扭矩；

T为未发生振动时刻交流电压的周期，

ω为传动轴转速；

M₁为当前时刻的传动轴扭矩；

T₁为当前时刻交流电压的周期，通过分析信号采集单元2输出的信号得出；

所述分析处理模块3通过分析信号采集单元2输出的信号得出T₁周期里交流电压的最大振幅U_A。

所述状态监测系统4包括储存器401、报警系统403、报警判断模块和显示器402；所述显示器402用于显示当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；所述报警判断模块根据当前时刻交流电压的周期T₁与未发生振动时刻交流电压的周期T的比值判断是否需要报警系统403启动；所述报警判断模块根据未发生振动时刻交流电压的最大振幅U与T₁周期里交流电压的最大振幅U_A的比值判断是否需要报警系统403启动。当T₁/T＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统403报警；当T₁/T≤1.1时，所述显示器402显示无异常。所述储存器401用于保存信号。

当U/U_A＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统403报警；当U/U_A≤1.1时，所述显示器402显示无异常；其中：未发生振动时刻交流电压的最大振幅

本发明所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，包括所述传动轴监测装置，所述电磁感应信号发生装置1用于安装在脱粒滚筒盖板108和脱粒滚筒凹板筛109之间的脱粒滚筒轴上；所述控制系统用于安装在驾驶室内。克服了转速或扭矩传感器只能监测脱粒滚筒轴一端的弊病，提取到的信号更加真实，更加接近脱粒滚筒的真实工作状态，更好的给驾驶员提供了脱粒滚筒的工作参数，可以有效提高联合收割机的工作效率。更真实的联合收割机脱粒滚筒工作状态信号，所增加的报警系统可以准确提醒驾驶员在联合收割机脱粒滚筒运转发生堵塞时，采取加油门、减速等措施来尽量避免脱粒不干净的情况发生，有效提高谷物的脱粒效率。

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)

1.一种脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，包括电磁感应信号发生装置(1)和控制系统；所述电磁感应信号发生装置(1)用于安装在脱粒滚筒盖板(108)和脱粒滚筒凹板筛(109)之间的脱粒滚筒轴上；所述控制系统用于安装在驾驶室内；

所述电磁感应信号发生装置(1)用于安装在传动轴的轴端，用于检测传动轴旋转产生的电压变化信号；所述电磁感应信号发生装置(1)包括磁极对(101)、线圈(103)、金属环(104)、电刷(105)和电压传感器(107)；所述磁极对(101)用于在传动轴端产生磁场；所述传动轴端固定线圈(103)，用于切割磁力线(102)；两个所述金属环(104)安装在传动轴端，且两个金属环(104)互相不接触；所述线圈(103)两端分别与两个所述金属环(104)连接；两个所述电刷(105)分别与两个所述金属环(104)接触，两个所述电刷(105)与电压传感器(107)形成闭合电路；

所述控制系统用于分析判断所述电磁感应信号发生装置(1)输入的电压变化信号；所述控制系统包括信号采集单元(2)、分析处理模块(3)和状态监测系统(4)；

所述信号采集单元(2)用于采集和处理所述电压传感器(107)输出的电压变化信号；

所述分析处理模块(3)用于将信号采集单元(2)输出的信号计算出当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；

所述状态监测系统(4)用于判断所述当前时刻的传动轴扭矩M₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A是否满足设定范围，若不满足，则所述状态监测系统(4)发出报警。

2.根据权利要求1所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，所述线圈(103)围成矩形线框；所述线圈(103)为若干线圈组合。

3.根据权利要求1所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，所述信号采集单元(2)包括信号调理器(201)和数据采集卡(204)；所述信号调理器(201)包括运算放大器(202)和信号滤波器(203)；所述电压传感器(107)输出的电压变化信号输入运算放大器(202)，所述运算放大器(202)与信号滤波器(203)连接；所述数据采集卡(204)与信号滤波器(203)连接。

4.根据权利要求1所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，所述分析处理模块(3)通过下面公式计算当前时刻的传动轴扭矩M₁：

M₁＝(T₁/T)M，

其中，M为未发生振动时刻的传动轴扭矩；

T为未发生振动时刻交流电压的周期，

ω为传动轴转速；

M₁为当前时刻的传动轴扭矩；

T₁为当前时刻交流电压的周期，通过分析信号采集单元(2)输出的信号得出；

所述分析处理模块(3)通过分析信号采集单元(2)输出的信号得出T₁周期里交流电压的最大振幅U_A。

5.根据权利要求4所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，所述状态监测系统(4)包括报警系统(403)、报警判断模块和显示器(402)；所述显示器(402)用于显示当前时刻的传动轴扭矩M₁、当前时刻交流电压的周期T₁和T₁周期里交流电压的最大振幅U_A；所述报警判断模块根据当前时刻交流电压的周期T₁与未发生振动时刻交流电压的周期T的比值判断是否需要报警系统(403)启动；所述报警判断模块根据未发生振动时刻交流电压的最大振幅U与T₁周期里交流电压的最大振幅U_A的比值判断是否需要报警系统(403)启动。

6.根据权利要求5所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，当T₁/T＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统(403)报警；当T₁/T≤1.1时，所述显示器(402)显示无异常。

7.根据权利要求5所述的脱粒滚筒轴监测装置，其特征在于，当U/U_A＞1.1时，所述报警判断模块启动报警系统(403)报警；当U/U_A≤1.1时，所述显示器(402)显示无异常；其中：未发生振动时刻交流电压的最大振幅

其中：

k₁为常数；

n为所述线圈(103)匝数；

B为所述磁极对(101)的磁感应强度；

R为所述电压传感器(107)内阻；

r为所述线圈(103)内阻；

s为所述线圈(103)围成的面积；

ω为传动轴转速。

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