CN110249780B - 一种清选筛面物料状态监测系统及控制方法及联合收割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种清选筛面物料状态监测系统及控制方法及联合收割机，清选空间内设有清选筛，所述清选筛底部设有籽粒输送装置，还包括风速监测装置和控制系统，位于所述清选筛上方的清选空间内至少设有一个风速监测装置，用于监测透筛气流的变化；至少一个传感器用于检测所述籽粒输送装置的状态参数，所述控制系统根据透筛气流的变化和所述籽粒输送装置的状态参数，判断清选筛是否堵塞。本发明可以通过监测清选筛上方空间内的透筛气流变化以及籽粒搅龙扭矩的变化来判断是否存在籽粒透筛困难。

Description

一种清选筛面物料状态监测系统及控制方法及联合收割机

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种清选筛面物料状态监测系统及控制方法及联合收割机。

背景技术

清选装置是联合收获机的核心部件之一，在联合收获机作业过程中，由于脱粒不充分或喂入波动等原因，谷物的脱出物易在筛面出现堆积的现象，导致籽粒透筛困难，风机吹出的气流透筛困难，进而造成导致筛面堵塞和增加损失的问题，且轴流脱粒分离装置脱出物在离心力作用下，横向分布呈两边高中间低的规律，从而会导致清选筛筛面两侧脱出物形成堆积、影响透筛等问题。同发达国家先进的联合收获机相比，我国谷物联合收获机大部分仅安装有少量的报警装置，普遍缺乏智能化监控装置，因此造成了联合收获机作业性能不稳定，作业效率低等问题。目前，国内研究人员在联合收获机智能化方面进行了大量研究，在传感器监测方面，大多数研究是仅针对单一工作参数和作业性能参数的监测，对多作业参数进行融合控制的研究相对较少。

中国发明专利公开了一种联合收获机自适应清选控制装置及其自适应清选方法，由回程板，清选筛，清选离心风机,杂余收集搅龙，籽粒搅龙，清选籽粒损失监测传感器，粮箱籽粒含杂率自动监测装置和在线监测与控制系统等组成。籽粒损失监测传感器安装于振动筛尾部支架上，根据建立的籽粒清选损失籽粒量与振动筛尾部不同区域内籽粒分布量之间的数学关系，实时监测当前多风道清选装置的籽粒清选损失率；粮箱籽粒含杂率自动监测装置的粮样抽取机构利用直流步进电机带动取样滚筒转动，取样滚筒利用本身的凹槽刮取联合收获机粮箱出量口的排出物，并在直流步进电机的不断带动下，使取样滚筒的一次刮取物逐渐落到料斗的斜壁上，并在仓壁激振器的不断振动下使刮取物到达粮样传送机构一侧的上方。然后粮样传送机构控制粮食样本按一定速度单层传送入设定好光照条件下的机器视觉部分中；机器视觉部分通过一系列处理分析计算得到当前检测样本中的杂余含量。粮样抽取机构在光照箱图像采集完毕之后，从送料台上落下的排出物在挡板的引导下并经由排出口排出，直流步进电机在计算机的控制下旋转半周，自动进入下一个采样循环，以实时获取粮箱内籽粒含杂率。该专利能够根据作业过程中的作业质量自动调整各种工作参数，在提高生产效率的同时，将故障率控制在一定范围内，同时大大提高了整机的无故障工作时间。该专利的主要目的是通过监测籽粒损失率和籽粒含杂率对联合收割机作业过程中的工作参数进行调整，但是不能快速直观地反映出当前是否存在筛面堵塞问题。

中国发明专利公开了一种轴流脱粒分离装置脱出物分布智能调节机构与调节方法，由顶盖、脱粒滚筒、凹板筛、脱出物装置、籽粒清选损失监测控制器、清选筛和PLC控制器等部分组成，凹板筛下部连接有固定板，相邻两个固定板之间设有脱出物装置；脱出物装置包括步进式电动推杆、圆弧底板和弹簧，步进式电动推杆和弹簧分别连接圆弧底板的两端，圆弧底板上设置有多个导流组件；清选筛位于脱出物装置的下方，籽粒清选损失监测控制器安装于清选筛尾端；PLC控制器连接籽粒清选损失监测控制器和步进式电动推杆。该专利避免了脱出物在筛面上局部堆积造成清选性能下降等问题，根据籽粒损失量实时智能调节脱粒装置脱出物装置中的导流板开度，使脱出物分布均匀，促进籽粒的透筛和气流的吹托，提高了清选效率和性能，具有广阔的应用前景。但是通过监测籽粒清选损失来判断物料筛分状况的方法仅仅是局限于筛面本身，且籽粒清选损失监测控制器安装于清选筛尾端，可能会对物料的筛分产生一定影响，且筛面的干扰信号比较大，不利于信号的采集；本专利适合于轴流脱粒分离装置，有必要提出适应性更广的新方法和新思路。

中国发明专利公开了一种具有均布物料及预清选功能的谷物清选系统，包括物料抖动板、清选筛和风机。物料抖动板由抖动板板面、抖动板导流条、抖动板配重轮、抖动板链轮和抖动板配重片组成。物料抖动板由抖动板板面、抖动板导流条、抖动板配重轮、抖动板链轮和抖动板配重片组成。该发明可在清选谷物的时候将谷物在清选机构的径向分布均匀，并且可对脱出物进行预清选，使部分谷物提前透筛，从而减少后部清选机构的清选压力，提升清选效率。但该发明只能在一定程度上减轻清选压力，但是不能完全保证不会发生筛面的堆积堵塞现象，缺乏判断筛面是否堆积堵塞的监测反馈系统，无法在筛面堵塞之后及时做出反应和调整。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，为解决联合收割机在作业过程中由于喂入量突然增大等因素导致谷物的脱出物在筛面出现堆积的问题，本发明提供了一种清选筛面物料状态监测系统及控制方法及联合收割机，通过监测清选筛上方空间内的透筛气流变化以及籽粒搅龙扭矩的变化来判断是否存在籽粒透筛困难。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种清选筛面物料状态监测系统，清选空间内设有清选筛，所述清选筛底部设有籽粒输送装置，还包括风速监测装置和控制系统，位于所述清选筛上方的清选空间内至少设有一个风速监测装置，用于监测透筛气流的变化；至少一个传感器用于检测所述籽粒输送装置的状态参数，所述控制系统根据透筛气流的变化和所述籽粒输送装置的状态参数，判断清选筛是否堵塞。

进一步，所述清选空间入料端或/和杂余出口处分别安装至少一个风速监测装置。

进一步，所述风速监测装置包括风速传感器和旋转摆动装置；所述风速传感器用于检测风速和风向；所述旋转摆动装置与风速传感器连接，所述控制系统根据籽粒输送装置的状态参数控制旋转摆动装置，使风速传感器旋转进入清选空间。

进一步，所述旋转摆动装置为滑块摇杆机构。

进一步，所述滑块摇杆机构包括固定轴、连接方块、摇杆、滑块、滑槽、连杆；所述固定轴安装在清选空间内，所述连接方块与固定轴旋转副连接，所述连接方块一侧面安装风速传感器，所述连接方块另一侧面安装摇杆，所述连杆一端与摇杆铰接，所述连杆另一端与滑块铰接，所述滑块通过执行机构在滑槽内移动。

进一步，至少两个弧形的防缠条分别固定在所述风速传感器的气流入口和出口处。

进一步，所述传感器为扭矩传感器，用于检测籽粒输送装置的扭矩。

进一步，所述传感器为加速度传感器，用于检测籽粒输送装置的振动。

一种清选筛面物料状态监测系统的控制方法，包括如下步骤：

确定籽粒输送装置的状态参数的目标值；确定清选筛上方的透筛气流的目标值；

当传感器的测量值小于所述籽粒输送装置的状态参数的目标值时，控制系统控制风速监测装置得出测量值；

当风速监测装置检测的测量值小于所述清选筛上方的透筛气流的目标值时，所述控制系统发出清选筛的堵塞报警。

一种联合收割机，包括所述清选筛面物料状态监测系统。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的清选筛面物料状态监测系统，没有局限于筛面本身进行筛面物料的监测，避免了在筛面安装监测装置对筛分效率产生的影响以及采集信号时的干扰，创新地提出在筛面上方清选空间内布置风速传感器，通过透筛气流的变化反映筛面物料的变化，为联合收获机工作参数的调节提供依据。

2.本发明所述的清选筛面物料状态监测系统，风速传感器在清选空间的入料端或和风速传感器在清选空间的杂余出口处，可以兼顾测量清选筛上方空间内前后左右上下空间内的气流变化。当联合收割机正常工作时，风速监测装置收在两侧，不会影响联合收割机的正常工作。

3.本发明所述的清选筛面物料状态监测系统，通过在籽粒搅龙轴上安装扭矩传感器，可以测得籽粒搅龙所受的扭矩负荷的变化，进而直观地反映出透筛籽粒数量的变化。通过在籽粒搅龙下方的滑板外侧吸附加速度传感器，可以测得滑板所受的振动的变化，进而直观地反映出透筛籽粒数量的变化。

4.本发明所述的清选筛面物料状态监测系统，防缠条呈弧形安装在传感器气流入口处，可以有效防止茎秆进入传感器监测空间内，影响传感器工作。

5.本发明所述的清选筛面物料状态监测系统的控制方法，先对一定区域的地块进行试割，获得正常工作状态下气流和扭矩的正常范围，有利于风速监测装置在各种作业工况下得到准确信息并做出判断。相对于单一传感器而言，“风-扭”或者“风-振”的信息融合可以更加全面准确地反映出当前筛面物料的情况。

附图说明

图1为本发明所述的清选筛面物料状态监测系统的轴侧图。

图2为本发明所述的清选筛面物料状态监测系统的主视图。

图3为本发明所述的清选筛面物料状态监测系统的左视图。

图4为本发明所述的清选筛面物料状态监测系统的俯视图。

图5为本发明所述的风速监测装置的轴测图。

图6为本发明所述的风速监测装置的主视图。

图7为本发明所述的风速监测装置的左视图。

图8为本发明所述的风速传感器的局部放大图。

图9为本发明所述的风速传感器收起和展开的状态图。

图10为本发明实施例1的控制流程图。

图11为本发明实施例2的轴侧图。

图12为本发明实施例2的控制流程图。

图中：

1-清选筛；2-风机；3-籽粒搅龙；4-扭矩传感器；4’-加速度传感器；5-固定轴；6-风速监测装置；601-连接方块；602-风速传感器；603-摇杆；604-滑块；605-滑槽；606-防缠条；607-连杆；7-滑板；8-侧板。

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，本发明所述的清选筛面物料状态监测系统，联合收割机内的清选空间内设有清选筛1，将清选空间分为上、下两部分，所述清选筛1底部设有籽粒输送装置，一般籽粒输送装置为籽粒搅龙，籽粒搅龙和清选空间的结构为现有联合收割机的结构，为现有技术。工作时，清选筛1做往复运动，脱出物不断地被送到清选筛1面，位于清选筛1前下方的风机2产生的气流把脱出物吹散，颖壳、细碎秸草等轻混合物被吹出机外，吹不走的谷粒、长的碎秸秆和残穗等留在筛面向后移动，谷粒在移动过程中由筛孔落下，碎秸秆由筛后排出。本发明主要包括风速监测装置6和控制系统，位于所述清选筛1上方的清选空间内至少设有一个风速监测装置6，用于监测透筛气流的变化；至少一个传感器用于检测所述籽粒输送装置的状态参数，所述控制系统根据透筛气流的变化和所述籽粒输送装置的状态参数，判断清选筛1是否堵塞。

如图3和图4所示，至少一个风速监测装置6安装所述清选空间入料端，或者至少一个风速监测装置6安装所述清选空间杂余出口处。也可以所述清选空间入料端和杂余出口处分别安装至少一个风速监测装置6。如图1所示，图中清选空间入料端在清选空间上部左侧，清选空间杂余出口处在清选空间上部右侧。两侧的风速监测装置6固定在两侧侧板8上，由于喂入量等因素的变化可能会出现脱出物在筛面形成堆积、影响透筛等问题，故在清选空间入料端和杂余出口处各安装一套风速监测装置6，分别测清选筛1筛面两侧的透筛气流，可以兼顾测量清选筛1上方清选空间内前、后、左、右、上、下的气流变化，使测得的结果更加全面、准确。

如图5，图6，图7，图8所示，所述风速监测装置6包括风速传感器602和旋转摆动装置；所述风速传感器602用于检测风速和风向；所述旋转摆动装置与风速传感器602连接，所述控制系统根据籽粒输送装置的状态参数控制旋转摆动装置，使风速传感器602旋转进入清选空间。如图9所示，当风速监测装置不工作时，收回在固定轴的后方的侧壁上；当需要监测透筛气流时，风速监测装置从后往前转过90°伸入到清选空间内，从后往前运动可以有效防止运动过程中刮草过多，影响传感器正常工作，当监测完毕时继续收回到一侧。

所述旋转摆动装置为滑块摇杆机构。所述滑块摇杆机构包括固定轴5、连接方块601、摇杆603、滑块604、滑槽605、连杆607；所述固定轴5安装在清选空间内，所述连接方块601与固定轴5旋转副连接，所述连接方块601一侧面安装风速传感器602，所述连接方块601另一侧面安装摇杆603，所述连杆607一端与摇杆603铰接，所述连杆607另一端与滑块604铰接，所述滑块604通过电动推杆带动在滑槽605内移动，连杆607与摇杆603带动连接方块601和风速传感器602绕固定轴5转动。摇杆603与风速传感器602呈90°。

如图8所示，防缠条606固定在传感器气流入口处，防止清选室内的茎秆堵塞风速传感器602，影响其测量。

至少一个传感器用于检测所述籽粒输送装置的状态参数，具体为：所述传感器为扭矩传感器4，用于检测籽粒输送装置的扭矩。或者所述传感器为加速度传感器4’，用于检测籽粒输送装置的振动。也可以同时安装扭矩传感器4和加速度传感器4’。

实施例1

所述清选空间入料端和杂余出口处分别安装一个风速监测装置6，所述扭矩传感器4安装在籽粒搅龙轴上。本发明所述实施例1的控制方法，如图10所示，具体为：

由于联合收割机作业的地块种植情况、生长情况等不同，故无法设定一个统一标准判断风速传感器602测得的气流是否处在正常的范围之内，在联合收割机开始正式之前，先对一定区域的地块进行试割，分别获得正常工作状态下扭矩值和两侧壁的风速传感器测得的气流状态，并将数据存入计算机，得到扭矩标准库(X₁～X₂)、透筛气流标准库1(X_左min～X_左max)和透筛气流标准库2(X_右min～X_右max)。

正式工作时，当扭矩传感器4测得籽粒搅龙3所受到的扭矩值T小于扭矩标准库的最小值X₁时，则初步判断籽粒可能存在透筛困难，此时两侧的风速传感器602开始同步监测清选筛1上方的透筛气流，将清选空间入料端的风速传感器602测得的数据b₁与透筛气流标准库1(X_左min～X_左max)进行比对，将清选空间杂余出口处的风速传感器602测得的数据b₂与透筛气流标准库2(X_右min～X_右max)进行比对，当b₁＜X_左min或b₂＜X_右min时，则判断清选筛面物料存在堆积堵塞现象，籽粒存在透筛困难。相对于单一传感器而言，“风-扭”的信息融合可以更加全面准确地反映出当前筛面物料的情况。

实施例2

所述清选空间入料端和杂余出口处分别安装一个风速监测装置6，加速度传感器4’吸附在籽粒搅龙下方的滑板外侧。本发明所述实施例2的控制方法，如图12所示，具体为：

由于联合收割机作业的地块种植情况、生长情况等不同，故无法设定一个统一标准判断风速传感器602测得的气流是否处在正常的范围之内，故在联合收割机开始正式之前，先对一定区域的地块进行试割，分别获得正常工作状态下滑板受到的籽粒冲击振动和两侧壁的风速传感器测得的气流状态，并将数据存入计算机，得到冲击振动标准库(X₁₁～X₂₂)、透筛气流标准库1(X_左min～X_左max)和透筛气流标准库2(X_右min～X_右max)。

正式工作时，当加速度传感器4’测得滑板所受到的冲击振动a小于冲击振动标准库的最小值X₁₁时，则初步判断籽粒可能存在透筛困难，此时两侧的风速传感器602开始同步监测清选筛1上方的透筛气流，将左侧的风速传感器602测得的数据b₁与透筛气流标准库1(X_左min～X_左max)进行比对，将右侧风速传感器602测得的数据b₂与透筛气流标准库2(X_右min～X_右max)进行比对，当b₁＜X_左min或b₂＜X_右min时，则判断清选筛面物料存在堆积堵塞现象，籽粒存在透筛困难。

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)

1.一种清选筛面物料状态监测系统，清选空间内设有清选筛（1），所述清选筛（1）底部设有籽粒输送装置，其特征在于，还包括风速监测装置（6）和控制系统，位于所述清选筛（1）上方的清选空间内至少设有一个风速监测装置（6），用于监测透筛气流的变化；至少一个传感器用于检测所述籽粒输送装置的振动或扭矩参数，所述控制系统根据透筛气流的变化和所述籽粒输送装置的状态参数，判断清选筛（1）是否堵塞；所述风速监测装置（6）包括风速传感器（602）和旋转摆动装置；所述风速传感器（602）用于检测风速和风向；所述旋转摆动装置与风速传感器（602）连接，所述控制系统根据籽粒输送装置的状态参数控制旋转摆动装置，使风速传感器（602）旋转进入清选空间；所述旋转摆动装置为滑块摇杆机构；所述滑块摇杆机构包括固定轴（5）、连接方块（601）、摇杆（603）、滑块（604）、滑槽（605）、连杆（607）；所述固定轴（5）安装在清选空间内，所述连接方块（601）与固定轴（5）旋转副连接，所述连接方块（601）一侧面安装风速传感器（602），所述连接方块（601）另一侧面安装摇杆（603），所述连杆（607）一端与摇杆（603）铰接，所述连杆（607）另一端与滑块（604）铰接，所述滑块（604）通过执行机构在滑槽（605）内移动。

2.根据权利要求1所述的清选筛面物料状态监测系统，其特征在于，所述清选空间入料端或/和杂余出口处分别安装至少一个风速监测装置（6）。

3.根据权利要求1所述的清选筛面物料状态监测系统，其特征在于，至少两个弧形的防缠条（606）分别固定在所述风速传感器（602）的气流入口和出口处。

4.根据权利要求1所述的清选筛面物料状态监测系统，其特征在于，所述传感器为扭矩传感器（4），用于检测籽粒输送装置的扭矩。

5.根据权利要求1所述的清选筛面物料状态监测系统，其特征在于，所述传感器为加速度传感器（4’），用于检测籽粒输送装置的振动。

6.一种根据权利要求1所述的清选筛面物料状态监测系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定籽粒输送装置的状态参数的目标值；确定清选筛（1）上方的透筛气流的目标值；

当传感器的测量值小于籽粒输送装置的状态参数的目标值时，控制系统控制风速监测装置（6）得出测量值；

当风速监测装置（6）检测的测量值小于所述清选筛（1）上方的透筛气流的目标值时，所述控制系统发出清选筛（1）的堵塞报警。

7.一种联合收割机，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的清选筛面物料状态监测系统。

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