CN109874513A - 一种智能清选系统及清选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能清选系统及清选方法，属于农业机械技术领域。该系统包含抖动板、振动筛、以及风机、传感器和智能控制电路；振动筛的槽形主体分别固连前、后铰接支架；前、后铰接支架之间铰装筛板，并与电动缸的一端铰接，电动缸的另一端与筛板的一侧铰接；风机的转轴与调节电机之间通过机械变速机构传动连接；各传感器的信号输出端接智能控制电路对应的检测信号输入端，智能控制电路的相应控制信号输出端分别接电动缸以及调节电机的受控端。由本发明可以实现谷物收获机机体左、右倾斜时对筛板的调平；同时借助对风机转速调控实现风量调适，补偿谷物收获机上、下坡作业时的物料溜滑和堆积趋势，保证在丘陵地区作业时的收获质量。

Description

一种智能清选系统及清选方法

技术领域

本发明涉及一种谷物收获机的清选系统，具体涉及一种智能清选系统,同时涉及相应的清选方法,属于农业机械技术领域.

背景技术

据申请人了解，谷物收割机应用广泛，由于其收获损失主要来源于清选损失，因此清选性能是衡量收获机作业性能的重要指标。目前在用的谷物收获机大多采用风筛式清选系统，经收割、脱粒分离后的籽粒、短茎秆、颖壳等混合物进入清选装置，在筛片往复运动下进行分离，同时利用悬浮速度的差异去除轻杂。

清选装置种类繁多，ZL201620406662.3、ZL201310189210.5 、ZL201510607324.6、ZL201510720903.1、ZL201210250990.5等中国专利文献分别公开了自走式纵向双轴流谷子联合收割机用风筛清选装置等各具特点的清选装置。

但是，当在丘陵地区进行作物收获时，由于耕地平整度差，坡度田块多，这些清选装置都存在清选损失明显增加的问题。因为，在被收获的谷物自重作用下，当联合收获机机体左右倾斜时，振动筛会随之左右倾斜，从而导致物料向一侧堆积。当收获机在下坡田块作业时，物料会朝筛片前部堆积，使筛片难以发挥正常的筛分作用；当收获机在上坡田块作业时，物料很容易溜滑筛片后部快速排出。结果都会因无法保证正常的充分筛选而导致清选损失加大。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种无论谷物收获机上、下坡或机体左、右倾斜作业时，均能保持物料在筛片上以基本摊平的状态进行筛分的智能清选系统，同时给出相应的清选方法，从而尽可能降低筛分损失，保证谷物收获机在丘陵地区作业时的收获质量。

为了达到上述目的，本发明采用的基本技术方案是：一种智能清选系统，包含位于凹板筛之下的抖动板、与所述抖动板输出端衔接的振动筛，以及位于振动筛输入端的风机；还含有传感器和智能控制电路；

所述振动筛包括与机架固连的槽形主体，所述槽形主体的前部与中部分别固连前铰接支架和后铰接支架；所述前铰接支架和后铰接支架之间铰装筛板；所述前铰接支架和后铰接支架之一还与电动缸的一端铰接，所述电动缸的另一端与所述筛板的一侧铰接；

所述槽形主体的中部与下端铰支于机架的摆动拐的上端铰接，所述摆动拐的中部驱振电机带动的偏心轮通过连接臂构成曲柄摇杆机构；所述槽形主体的前端与中部铰支于机架的联动拐下端铰接，所述联动拐的上端与抖动板的中间底部铰接，所述抖动板的一端通过摆动杆铰支在机架上；

所述风机的转轴与调节电机之间通过机械变速机构传动连接；

所述传感器包括安置于收获机机体上的前、后以及左、右倾角传感器，安置于电动缸一侧的伸缩距离传感器以及安置于风机转轴处的转速传感器，所述各传感器的信号输出端接智能控制电路对应的检测信号输入端，所述智能控制电路的相应控制信号输出端分别接电动缸以及调节电机的受控端。

本发明智能清选系统的清选方法为，所述智能控制电路的智能器件按照如下步骤运行：

第一步、启动检测——启动振动筛后，接收来自前、后以及左、右倾角传感器的检测信号，分别进行第二步和步骤二；

第二步、偏摆判断——判断左、右倾角检测信号是否超出偏摆阈值，如否则返回第一步继续接收来自左、右倾角传感器的检测信号，如是则进行第三步；

第三步、调控伸缩——根据左、右倾角检测信号与坡角阈值的差值，调取预存的偏摆差值与伸缩距离关系表中的对应调节距离，输出控制信号驱动电动缸伸出或缩回调节距离；

第四步、伸缩判断——预定时间间隔后，接收伸缩距离传感器的距离信号，判断是否到达对应调节距离，如否则返回第三步，如是则进行返回第一步；

步骤二、坡度判断——判断前、后倾角检测信号是否超出坡度阈值，如否则返回第一步继续接收来自前、后倾角传感器的检测信号，如是则进行步骤三；

步骤三、调适风量——根据前、后倾角检测信号与坡度阈值的差值，调取预存的倾角差值与风机风量转速关系表中的对应风机转速，输出控制信号驱动调节电机正转或反转，进而带动机械变速机构改变风机转速以间接调适风量；

步骤四、风量判断——接收转速传感器的转速信号，根据转速信号是否到达对应风机转速间接判断风机风量，如否则返回步骤三步，如是则进行返回第一步。

由此可见，本发明借助筛板铰支于槽形主体的振动筛及其电动缸机构，可以实现谷物收获机机体左、右倾斜时对筛板的调平；同时，借助对风机转速调控实现风量调适，可以补偿谷物收获机上、下坡作业时的物料溜滑和堆积趋势，使谷物始终保持在筛片上以基本摊平的状态进行筛分，从而尽可能降低筛分损失，保证谷物收获机在丘陵地区作业时的收获质量。

上述《倾角差值与伸缩距离关系表》既可以根据振动筛调平机构各构件的几何关系计算、也可以根据相应的试验得到；而《偏摆差值与风机风量转速关系表》则不难通过风机风量对不同倾角筛板上的谷物吹拂试验得到。实际调控时，根据来自左、右倾角传感器的检测信号，通过对电动缸伸缩的控制，实现振动筛水平状态的直接调控；而根据来自前、后倾角传感器的检测信号，通过对调节电机转向的控制，通过机械变速机构改变风机转速，实现风机风量的间接调控。本发明的振动筛直接调平机构结构简单可靠，调控便捷；风机风量通过机械变速机构改变转速的间接调控无需调速电机，传动力矩大，制造成本低；本发明的直接与间接调控相结合不仅简化了机构，而且具有所需的脱敏效果，可以合理忽略地面局部凹凸的干扰，切实可行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1（a）、（b）、（c）分别是采用本发明的谷物收获机三种工作状态结构示意图。

图2是本发明一个实施例的立体结构示意图。

图3是图2实施例的自平衡振动筛立体结构示意图。

图4是图3中的上下筛组合立体结构示意图。

图5是图3中的上筛立体结构示意图。

图6是图3中的下筛立体结构示意图。

图7是图2实施例的风机变速机构立体结构示意图。

图8是图7中的风机带轮结构示意图。

图9是图7中的主动带轮结构示意图。

图10是图9中的固连带轮片立体结构示意图。

图11是图2实施例的智能控制框图。

图12是图2实施例的智能控制电路框图。

图13是图11智能控制过程的逻辑框图。

具体实施方式

图1（a）、（b）、（c）分别是采用本发明的谷物收获机上坡、平地和下坡状态，其前部是割台，中部装有谷物收获机自适应清选装置。

该清选装置的具体结构如图2所示，包含位于凹板筛4之下的抖动板3、位于抖动板3输出端下与之衔接的自平衡振动筛2以及位于自平衡振动筛2输入端的自动调速风机1。此外，如图11所示，还含有安置于收获机驾驶室的双轴倾角传感器（前后以及左右倾角传感器集成在一起），该传感器可以按需输出前、后以及左、右倾角检测信号；安置于电动缸一侧的伸缩距离传感器，该传感器可以输出电动缸伸缩距离信号，以及安置于风机转轴处的转速传感器。各传感器的信号输出端接智能控制电路对应的检测信号输入端，智能控制电路的相应控制信号输出端分别接电动缸以及调节电机的受控端。

自平衡振动筛如图3所示并参见图4、图5和图6，与机架固连的槽形主体5前部与中部分别固连T字形的前铰接支架26和十字形的后铰接支架27。前铰接支架26和后铰接支架27之间的上部分别铰接上筛6两端中部的转位轴601，且下部分别铰接下筛8上的旋转轴801，该旋转轴的一端伸出下筛8、另一端位于下筛8的底面中。本实施例的十字形后铰接支架27的顶部与作为电动缸的电动缸7的一端铰接，该电动缸7的另一端与上筛6的上筛框603一旁铰接。上筛框603中固定上筛片602。下筛8的下筛框802中固定下筛片804。上筛框603和下筛框802的一侧分别具有位置对应的联动轴604和联动销803，联动轴604和联动销803分别与连杆28的两端铰接，从而使机架与上筛6、下筛8以及连杆28构成了平行四连杆机构。

槽形主体5的中部与下端铰支于机架的摆动拐29的上端铰接，摆动拐29的中部动力源驱动的偏心轮31通过连接臂30构成曲柄摇杆机构。槽形主体5的前端耳板与中部铰支于机架的联动拐28下端铰接，联动拐28的上端与抖动板3的中间底部铰接，抖动板3的一端通过摆动杆32铰支在机架上。因此构成了振动筛与抖动板的联动驱动机构，同一动力源可以同时驱动自平衡振动筛以及抖动板做往复运动筛选物料。

此外，上筛6和下筛8前部上下重叠，下筛8后部长出上筛6，这样刚落下的大部分物料经过上筛筛分后落入下筛继续筛分，保证筛分效果，而未被上筛筛落的少量物料落在下筛后部进行筛分即可。

参见图7至图10，本实施例的自动调速风机1转轴装有风机带轮9，风机带轮9通过三角皮带10与主动带轮13传动连接。主动带轮13的一侧为与旋转动力源联轴的固连带轮片1303，另一侧为空套在固连带轮片1303中部花瓣截面的花键轴套上的滑移带轮片1302，两者构成轴向移动副。滑移带轮片1302的外端与调整拐12的中部衔接，本实施例的具体结构为：滑移带轮片1302的外端套装有轴承1301，调整拐12中部的圆环与轴承1301的内圈位置对应接触，因此可以轴向推移滑移带轮片1302。调整拐12的一端通过销14与固定支架15铰接，且另一端通过销11与联动杆16的一端铰接，联动杆16的另一端与螺纹块21铰接。螺纹块21与借助轴承座22轴向约束的可旋转主动螺纹杆20构成螺旋副，螺纹块21延伸出具有光孔的滑动支撑块19，该光孔与主动螺纹杆20端部的光杆构成移动副，从而起到导向作用，保证主动螺纹杆20 旋转时螺纹块21的稳定平移。主动螺纹杆20的光杆端头装有起限位作用的挡圈17和垫片18。主动螺纹杆20的另一端头装有与从调节电机25带动的主动齿轮24相啮合的从动齿轮23，因此可以在调节电机的驱动下按需旋转。

风机带轮9的具体结构参见图8，其一侧为与风机转轴固连的固定带轮片902，另一侧为活套在固定带轮片902轴套上的滑动带轮片903，滑动带轮片903通过长螺栓905、垫片906以及螺母901装有使其趋于靠近固定带轮片902的一组弹簧904。弹簧904除具有直接使滑动带轮片903趋于靠近固定带轮片902的作用外，还具有通过三角皮带10间接使滑移带轮片1302趋于远离滑移带轮片1302的作用。

参见图3，智能控制电路C的由电池E供电，电动缸7和调节电机25分别受控于根据各相应传感器S（包括倾角传感器、距离传感器和转速传感器等）的输入信号发出相应控制信号的智能控制电路C。如图12所示，智能控制主电路以单片机为核心，含有存储《倾角差值与伸缩距离关系表》、《偏摆差值与风机风量转速关系表》的RAM，以及多个传感器检测信号输入端口和控制输出端口，可通过以太网和串行通信口与上位机通信，且与具有报警和数据实时显示的液晶屏连接。其具体电路构成不难根据现有技术常识设计，也可以参见申请号为201110100793.0、201720077102.2等中国专利文献，故不展开详述。

智能控制电路中的单片机按照图13所示的控制逻辑运行如下：

第一步、启动检测——当收获机的发动机动力通过联动驱振机构同时驱动自平衡振动筛以及抖动板做往复运动筛选物料后，接收来自收获机机体上双轴传感器的前、后以及左、右倾角检测信号，分别进行第二步和步骤二；

第二步、偏摆判断——判断左、右倾角检测信号是否超出偏摆阈值、即收获机是否左、右倾斜运行，如否则返回第一步继续接收左、右倾角检测信号，如是则进行第三步；

第三步、调控伸缩——根据左、右倾角检测信号与坡角阈值的差值（左倾为正、右倾为负），调取预存的偏摆差值与伸缩距离关系表中的对应调节距离，输出控制信号驱动电动缸伸出或缩回调取的调节距离，使铰支的振动筛反向倾斜补偿收获机机体的偏摆；

第四步、伸缩判断——预定时间间隔后，接收伸缩距离传感器的距离信号，判断是否到达调取的对应调节距离，从而确定振动筛是否补偿后处于水平状态，如否则返回第三步驱动电动缸继续伸出或缩回，如是则进行返回第一步，继续接收左、右倾角检测信号；

步骤二、坡度判断——判断前、后倾角检测信号是否超出坡度阈值（前倾为正、后倾为负），如否则返回第一步继续接收前、后倾角检测信号，如是则进行步骤三；

步骤三、调适风量——根据前、后倾角检测信号与坡度阈值的差值，调取预存的倾角差值与风机风量转速关系表中的对应风机转速，输出控制信号驱动调节电机正转或反转，进而通过主动螺纹杆和螺纹块构成的螺旋副带动联动杆驱使调整拐动作，实现主动带轮与风机带轮传动比的调节，达到按需改变风机转速以间接调适风量的目的，具体为：前倾下坡时调大风量，抑制物料的堆积趋势；后倾上坡时调小风量，减小物料的溜滑趋势；

步骤四、风量判断——接收转速传感器的转速信号，根据转速信号是否到达对应风机转速间接判断风机风量是否达到所需状态，如否则返回步骤三步，继续通过驱动调节电机正转或反转调大或调小风量，如是则进行返回第一步，继续接收前、后倾角检测信号。

试验表明，采用本实施例的谷物收获机具有以下有益效果：

1、上筛、下筛在与振动筛主体可以实现共同前后往复振动运动的同时，还可以在收获机左右倾斜时自动转位调适保持水平，且上筛与下筛同步转位，结构简单，耗动力小，有效避免了物料左右倾斜堆积影响清选效果。

2、当振动筛因收获机上坡、下坡出现前后倾斜时，可以自动调节清选风机转速：上坡时自动降低风速减少风量，增加物料在筛面上的停留时间，保证筛选作用，避免此时物料容易吹出机体外造成的损失；下坡时自动加大风速增大风量，吹动物料防止堵塞，避免在清选筛的前部堆积，防止杂物透筛造成籽粒含杂率高，保证清选质量。

3、上筛和下筛与前铰接支架和后铰接支架上下相隔平行错位布置后铰接，而前铰接支架和后铰接支架固定于振动筛主体上，可以保证上筛与下筛能够跟随振动筛主体往复运动的同时自身自如旋转，该结构简单，既能保证清选效果，又能降低制造成本，减轻重量，提高整体稳定性。

4、主动带轮和风机带轮分别借助自身的相对滑移结构自动调节有效传动直径，以调节风机转速，结构简单、传动力矩大，制造成本低。

5、左右或前后倾斜振动筛的调平以及风机风量的调适均有相应传感器通过智能控制电路构成的闭环控制；因此可以确保调节后谷物始终保持在筛片上以基本摊平的状态进行筛分，从而尽可能降低筛分损失，保证谷物收获机在丘陵地区作业时的收获质量。

总之，采用本实施例同时妥善解决了谷物收获机左右倾斜和前后倾斜导致的物料堆积难题，有效避免了因此导致的清选损失，显著提高了谷物收获作业的效率和作业效果，适于不同坡度的田块。

Claims (7)

1.一种智能清选系统，包含位于凹板筛之下的抖动板、与所述抖动板输出端衔接的振动筛，以及位于振动筛输入端的风机；还含有传感器和智能控制电路；其特征在于：

所述振动筛包括与机架固连的槽形主体，所述槽形主体的前部与中部分别固连前铰接支架和后铰接支架；所述前铰接支架和后铰接支架之间铰装筛板；所述前铰接支架和后铰接支架之一还与电动缸的一端铰接，所述电动缸的另一端与所述筛板的一侧铰接；

所述槽形主体的中部与下端铰支于机架的摆动拐的上端铰接，所述摆动拐的中部驱振电机带动的偏心轮通过连接臂构成曲柄摇杆机构；所述槽形主体的前端与中部铰支于机架的联动拐下端铰接，所述联动拐的上端与抖动板的中间底部铰接，所述抖动板的一端通过摆动杆铰支在机架上；

所述风机的转轴与调节电机之间通过机械变速机构传动连接；

所述传感器包括安置于收获机机体上的前、后以及左、右倾角传感器，安置于电动缸一侧的伸缩距离传感器以及安置于风机转轴处的转速传感器，所述各传感器的信号输出端接智能控制电路对应的检测信号输入端，所述智能控制电路的相应控制信号输出端分别接电动缸以及调节电机的受控端。

2.根据权利要求1所述的智能清选系统，其特征在于：所述筛板包括上筛与下筛，所述槽形主体的前部与中部分别固连T字形的前铰接支架和十字形的后铰接支架；所述前铰接支架和后铰接支架之间的上部分别铰接上筛两端中部的转位轴，且下部分别铰接下筛上的旋转轴；所述后铰接支架的顶部与电动缸的一端铰接，所述电动缸的另一端与上筛的一旁铰接；所述上筛的上筛框和下筛的下筛框的一侧分别具有位置对应的联动轴和联动销，所述联动轴和联动销分别与连杆的两端铰接，构成了平行四连杆机构。

3.根据权利要求2所述的智能清选系统，其特征在于：所述机械变速机构包括风机带轮，所述风机带轮通过三角皮带与主动带轮传动连接；

所述主动带轮的一侧为与旋转动力源联轴的固连带轮片，另一侧为空套在固连带轮片中部轴套上的滑移带轮片，两者构成轴向移动副；所述滑移带轮片的外端与调整拐的中部衔接，所述调整拐的一端与固定支架铰接，且另一端与联动杆的一端铰接；所述联动杆的另一端与螺纹块铰接，所述螺纹块与轴向约束的可旋转主动螺纹杆构成螺旋副，所述主动螺纹杆的另一端头与调节电机传动连接；

所述风机带轮的一侧为与风机转轴固连的固定带轮片，另一侧为活套在固定带轮片轴套上的滑动带轮片；所述滑动带轮片装有使其趋于靠近固定带轮片的弹性件。

4.根据权利要求3所述的智能清选系统，其特征在于：所述滑移带轮片的外端套装有轴承，所述调整拐中部的圆环与所述轴承的内圈位置对应接触。

5.根据权利要求4所述的智能清选系统，其特征在于：所述螺纹块延伸出具有光孔的滑动支撑块，所述光孔与主动螺纹杆端部的光杆构成移动副。

6.根据权利要求5所述的智能清选系统，其特征在于：所述上筛和下筛前部上下重叠，所述下筛后部长出上筛。

7.根据权利要求1至6任一所述智能清选系统的清选方法，其特征在于：所述智能控制电路的智能器件按照如下步骤运行：

第一步、启动检测——启动振动筛后，接收来自前、后以及左、右倾角传感器的检测信号，分别进行第二步和步骤二；

第二步、偏摆判断——判断左、右倾角检测信号是否超出偏摆阈值，如否则返回第一步继续接收来自左、右倾角传感器的检测信号，如是则进行第三步；

第三步、调控伸缩——根据左、右倾角检测信号与坡角阈值的差值，调取预存的偏摆差值与伸缩距离关系表中的对应调节距离，输出控制信号驱动电动缸伸出或缩回调节距离；

第四步、伸缩判断——预定时间间隔后，接收伸缩距离传感器的距离信号，判断是否到达对应调节距离，如否则返回第三步，如是则进行返回第一步；

步骤二、坡度判断——判断前、后倾角检测信号是否超出坡度阈值，如否则返回第一步继续接收来自前、后倾角传感器的检测信号，如是则进行步骤三；

步骤三、调适风量——根据前、后倾角检测信号与坡度阈值的差值，调取预存的倾角差值与风机风量转速关系表中的对应风机转速，输出控制信号驱动调节电机正转或反转，进而带动机械变速机构改变风机转速以间接调适风量；

步骤四、风量判断——接收转速传感器的转速信号，根据转速信号是否到达对应风机转速间接判断风机风量，如否则返回步骤三步，如是则进行返回第一步。