CN111226609A

CN111226609A - 一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法

Info

Publication number: CN111226609A
Application number: CN202010065814.9A
Authority: CN
Inventors: 张正中; 谢方平; 刘大为; 王修善; 李旭; 吴正阳; 曹鑫; 康家鑫
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: CN111226609B

Abstract

本发明公开了一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法，包括实时采集脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息；依据采集的信息，利用模糊判断算法计算得到脱粒装置中脱粒滚筒的最优转速和脱粒装置的最优脱粒间隙；调整脱粒滚筒的转速至所述最优转速，调整脱粒装置的脱粒间隙至所述最优脱粒间隙的步骤。该脱粒方法能够适应当下喂入量和作物含水率的客观情况，实现谷类收获的损失率和破碎率指标最优。

Description

一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法

技术领域

本发明涉及谷物脱粒技术领域，具体涉及一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法。

背景技术

脱粒滚筒转速和脱粒间隙是脱粒装置的主要工作参数，脱粒滚筒转速和脱粒间隙从很大程度上影响着脱粒性能。脱粒间隙是指脱粒滚筒脱粒齿齿顶与凹板筛之间的间隙。脱粒间隙偏小时，滚筒对物料打击严重，使秸轩破碎，增加脱出物的杂余含量，且已脱粒籽粒难以分离而增加夹带损失。脱粒间隙过小或者喂入量增加时，甚至会引起滚筒堵塞。通常脱粒间隙是在喂入量确定后，通过试验确定较优脱粒间隙。由于收获作物种类不同，适合的脱粒间隙差异较大，对于适应多种作物脱粒，联合收割机通常用更换凹板筛或者利用拉杆调节凹板筛位置的方式来调节脱粒间隙。

联合收割机作业时，前进速度难以保持恒定不变，且即使前进速度保持一致了，同一田块也会因为水肥、光照和种植密度等导致产量不一致，因此联合收割机的喂入量难以进行的稳定控制。然而不同的喂入量下对应的适合的脱粒滚筒转速和脱粒间隙是不相同的，因此需要根据喂入量的变化适时的调节脱粒间隙和脱粒滚筒转速以适应工况，从而提高脱粒质量。另外，一些草谷比含量大、含水率高的作物脱粒易引起脱粒装置的堵塞，因此需要根据作物的含水率的情况，及时调整滚筒转速和脱粒间隙。如作物含水率比较高的情况下，需要增加脱粒间隙及增加滚筒转速来加快物料的排除、防止堵塞。

公开号为CN103039209A的中国专利公开的脱粒滚筒和公开号为CN206472522U的中国专利公开的脱粒滚筒，均是通过调节脱粒齿杆在辐盘上的固定位置的方式，实现脱粒滚简直径可调，从而实现脱粒间隙的调节，该调节方式需要在停机状态下打开脱粒装置调节，不能实现脱粒间隙的实时调节。公开号为CN107172973A的中国专利公开了一种脱粒间隙调节的脱粒装置，该发明通过液压缸调节凹板筛的四个支点垂直位置，从而调节脱粒间隙，但是该装置易出现堵塞的问题。

谷类联合收割机的喂入量是随机变化的，其值的大小受到收割机作业速度、割幅、割茬高度及作物的品种、茎秆湿度、籽粒含水率、草谷比等因素的影响。2006年，河南科技大学车辆与动力工程学院介战等研究建立了收割机输送槽上通过的作物产生的挤压力与喂入量的关系，经过数据处理和数学推导，建立喂入量实时测试的模型。2006年，江苏大学陈进、李耀明等以倾斜输送器喂入主动轴的扭矩表征联合收获机的喂入量。2008年，姬江涛设计了喂入量的灰色预测模糊PID控制器，通过控制联合收获机的前进速度来控制喂入量。2011年，卢文涛，刘宝等设计了联合收获机脱粒滚筒无级变速系统，以系统中封闭液压油的油压力表征喂入量，通过台架试验得到了油压力与喂入量之间的关系方程。2013年，梁学修等理论分析并且试验验证了喂入量与谷物籽粒流量和纵轴流滚筒扭矩、转速之间的关系，通过监测谷物籽粒流量和纵轴流滚筒扭矩、转速来间接监测喂入量，该方法具有一定的实用性。2013年，张成文，吴崇友等理论分析了联合收获机脱粒滚筒传动链张紧力与喂入量之间的关系，以传动链张紧力表征滚筒负荷，通过田间试验得出传动链张紧力与喂入量呈线性关系，并设计了相应的模糊控制器用以实现联合收获机凹板间隙自动调节。2017年，刘元元等在理论分析了螺旋输送器功率和喂入量之间的关系基础上，开发了基于CAN总线通讯联合收获机割台工况嵌入式监测系统，实时监测螺旋输送器扭矩和转速信号，田间试验得出螺旋输送器功率和喂入量具有线性关系，表明可以通过监测螺旋输送器功率间接监测喂入量。

以上各种获得收割机喂入量的方法，是通过监测收割机某一单个关键部位的物理量，并与实际测得的喂入量建立模型，从而获得较为合适的喂入量估算模型，而因为联合收割机是一个非线性时变且大延时的系统，存在着严重的时间滞后的问题，因此以上的由单一部件预测喂入量的控制模型并不能很好的解决实际问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种能够适应当下喂入量和作物含水率的客观情况，实现谷类收获的损失率和破碎率指标最优的谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法，所述脱粒装置为脱粒间隙可调的脱粒装置，包括以下步骤：

(S1)实时采集脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息；

(S2)依据喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息，利用模糊判断算法计算得到脱粒装置中脱粒滚筒的最优转速和脱粒装置的最优脱粒间隙；

(S3)调整脱粒滚筒的转速至所述最优转速，调整脱粒装置的脱粒间隙至所述最优脱粒间隙。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述步骤(S1)中，所述喂入量信息依据联合收割机的割台喂入搅龙扭矩、倾斜输送器压力、脱粒滚筒的扭矩和脱粒滚筒的转速，利用模糊判断算法计算得到。

所述联合收割机的割台喂入搅龙扭矩通过测量割台喂入搅龙扭矩的扭矩传感器获得，所述倾斜输送器压力通过测量倾斜输送器压力的压力传感器获得，所述脱粒滚筒的扭矩通过测量脱粒滚筒扭矩的扭矩传感器获得，所述脱粒滚筒的转速通过测量脱粒滚筒转速的转速传感器获得。

所述脱粒装置包括凹板筛和脱粒滚筒，所述脱粒滚筒包括第一主轴和若干具有第一脱粒齿的第一齿杆，各第一齿杆通过两个间隙调整单元以能调节与第一主轴径向间距的方式安装在第一主轴上，若干所述第一齿杆绕第一主轴轴线间隔布置，所述间隙调整单元包括长杆、短杆和沿主轴轴向滑设于主轴上的滑动元件，所述长杆的两端分别对应与滑动元件和第一齿杆铰接，所述短杆的一端与主轴铰接，所述短杆的另一端铰接于长杆的中部，各间隙调整单元的滑动元件连接有用于驱动滑动元件滑动的第一滑动驱动组件，所述第一主轴连接有用于驱动第一主轴转动的转动驱动组件。

所述第一滑动驱动组件为以第一电机为动力源的驱动组件，所述旋转驱动组件为以第二电机为动力源的驱动组件，所述第一电机和第二电机均设有电机位置角度传感器。

所述脱粒装置包括凹板筛和脱粒滚筒，所述脱粒滚筒包括第二主轴和若干具有第二脱粒齿的第二齿杆，各第二齿杆通过间隙调节机构以能在第二主轴径向方向上调节与第二主轴之间间距的方式安装在第二主轴上，若干所述第二齿杆绕第二主轴轴线间隔布置，所述第二主轴上安装有沿第二主轴轴向滑动设置的滑套，各间隙调节机构为与所述滑套连接并随所述滑套往复滑动调节第二齿杆与第二主轴之间间距的调节机构，所述脱粒滚筒还包括用于驱动所述滑套往复滑动的滑动驱动组件。

所述间隙调节机构包括第一连杆、第二连杆以及沿主轴轴向滑设于第二齿杆上的滑块，所述第一连杆和第二连杆的中部相互铰接，所述第一连杆的一端与滑套铰接，所述第一连杆的另一端与第二齿杆铰接，所述第二连杆的一端与滑块铰接，所述第二连杆的另一端与第二主轴铰接。

所述滑动驱动组件包括液压旋转接头和设于第二主轴上的阻挡部，所述液压旋转接头固定设置在第二主轴的一端，所述滑套与阻挡部之间连接有一个以上弹性伸缩件，所述液压旋转接头的驱动端与滑套直接或间接相连并迫使滑套压缩所述弹性伸缩件。

所述第二主轴上安装有沿第二主轴轴向移动且能绕第二主轴轴线转动的旋转顶套，所述液压旋转接头的驱动端通过所述旋转顶套与滑套相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法，依据脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息，利用模糊判断算法计算得到脱粒装置中脱粒滚筒的最优转速和脱粒装置的最优脱粒间隙，然后调整脱粒滚筒的转速至最优转速，调整脱粒装置的脱粒间隙至最优脱粒间隙，可使脱粒装置适应当下喂入量和作物含水率的客观情况，实现谷类收获的损失率和破碎率指标最优。同时，依据脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息进行脱粒滚筒转速和脱粒间隙的预测和调整，充分利用了上述各信息的冗余互补信息，能大大提高预测和调整的可信度和准确性。

附图说明

图1为脱粒方法的流程图。

图2为第一种脱粒滚筒的立体结构示意图。

图3为第一种脱粒滚筒的局部主视结构示意图。

图4为第一种脱粒滚筒中间隙调整单元的放大结构示意图。

图5为脱粒滚筒的立体结构示意图。

图6为单根齿杆安装在主轴上的立体结构示意图。

图例说明：

101、第一主轴；102、第一齿杆；1021、第一脱粒齿；103、长杆；104、短杆；105、滑动元件；106、滑动部件；107、转动部件；201、第二主轴；2011、阻挡部；202、第二齿杆；2021、第二脱粒齿；203、间隙调节机构；2031、第一连杆；2032、第二连杆；2033、滑块；204、滑套；205、液压旋转接头；206、弹性伸缩件；207、旋转顶套。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例的谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法适用于脱粒装置为脱粒间隙可调的脱粒装置，该脱粒方法包括以下步骤：

(S3)调整脱粒滚筒的转速至最优转速，调整脱粒装置的脱粒间隙至最优脱粒间隙。

该脱粒方法依据脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息，利用模糊判断算法计算得到脱粒装置中脱粒滚筒的最优转速和脱粒装置的最优脱粒间隙，然后调整脱粒滚筒的转速至最优转速，调整脱粒装置的脱粒间隙至最优脱粒间隙，可使脱粒装置适应当下喂入量和作物含水率的客观情况，实现谷类收获的损失率和破碎率指标最优。同时，依据脱粒装置脱粒过程中的喂入量信息、作物含水率信息和清选后的籽粒破碎率信息进行脱粒滚筒转速和脱粒间隙的预测和调整，充分利用了上述各信息的冗余互补信息，能大大提高预测和调整的可信度和准确性。

本实施例中，步骤(S1)中，喂入量信息依据联合收割机的割台喂入搅龙扭矩、倾斜输送器压力、脱粒滚筒的扭矩和脱粒滚筒的转速，利用模糊判断算法计算得到。

利用模糊判断算法计算得到喂入量信息的具体步骤如下：

1、输入模糊化

模糊化的任务是对控制器的输入量进行模糊表述，通常包括物理论域的量化和建立模糊集合。

(1)物理论域的量化

确定具体物理论域如下：

滚筒扭矩(单位Nm)为[120,250]；

滚筒转速(单位rpm)为[700,1200]；

倾斜输送器压力(单位N)为[10,25]；

喂入搅龙扭矩(单位N·m)为[15,35]；

喂入量(单位kg/s)为[3,5]。

确定模糊论域(离散论域)如下：

滚筒扭矩N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

滚筒转速N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

倾斜输送器压力N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

喂入搅龙扭矩N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

喂入量N＝{-3，-2，-1，0，-1，-2，-3}。

根据以下公式计算各输入量的量化因子：

其中：离散论域N＝{-n，-n+1，…，-1，0，-1，…，n-1，n}；物理论域X＝[X_H，X _L]；

得到：

滚筒扭矩K₁＝0.03；

滚筒扭矩K₂＝0.008；

倾斜输送器压力K₃＝0.27；

喂入搅龙扭矩K₄＝0.2。

(2)建立模糊集合

脱粒滚筒扭矩、脱粒滚筒转速、倾斜输送器压力和割台喂入搅龙扭矩的模糊集均为{S,M,L}，喂入量的模糊集为{NB,NS,Z,PS,PB}。

隶属函数类型的选取没有统一的标准，选择什么类型的隶属函数，完全取决于控制对象或研究对象的不同情况加上系统处理调试过程中的性能优化。本实施例结合实际研究结果选择较优的高斯型隶属函数。

由于脱粒滚筒扭矩、脱粒滚筒转速、倾斜输送器压力和割台喂入搅龙扭矩等输入的模糊论域和选择的隶属函数相同，它们的隶属函数曲线形状一致。

2、模糊控制规则的建立和模糊推理方法

语言型模糊规则是由一系列的模糊条件语句组成的，即由许多模糊蕴涵关系“若…则…”(if…then…)构成。这些F条件语句是大量实验、观测和操作经验的归纳总结，在近似推理中认为它们是可靠的依据，是推理的出发点和得出正确结论的根据和基础，是“三段论”逻辑进行近似推理的大前提。把模糊控制规则用模糊条件语句表述的Mamdani型控制器，成为语言型F控制器。

每条模糊条件语句都给出一个F蕴涵关系Ri，即一条控制规则。若有n条规则，就把它们表达的n个F蕴涵关系(i＝l，2，…，n)做并运算，构成系统总的模糊蕴涵关系R，如下公式：

当采样得出的输入变量x，经过模糊化后映射成模糊量X，则按近似推理合成法，可以得到输出的模糊量为：

由于X未必能激活每条模糊规则，所以

中可能有的项为零，求解并时不予考虑。

由上述公式可知，构建语言型模糊控制器的关键，是根据经验总结出模糊规则，离线得出n条F条件语句，从而求出系统的总模糊蕴涵关系R，这是进行模糊推理的大前提。当采样得到输入量x(小前提)时，将它模糊化并送入模糊推理机，经过近似推理，就能算出输出模糊量U。

本实施例采用Mamdani型模糊推理，在实现过程中其具体模糊逻辑算法为：(1)AndMethod(“与”算法)取值为min(取小)；(2)Or Method(“或”算法)取值为max(取大)；(3)Implication(“蕴涵”算法)取值为min(取小)；(4)Aggregation(“综合”算法)取值为max(各条规则结果的模糊子集取“并”)。

本实施例采用语言型模糊规则，部分模糊控制规则的模糊条件语句如下所述：

(1)If(脱粒滚筒转速is S)and(倾斜输送器压力is L)and(喂入搅龙扭矩is L)and(脱粒滚筒扭矩is L)then(喂入量is PB)；

(2)If(脱粒滚筒转速is S)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is L)and(脱粒滚筒扭矩is L)then(喂入量is PS)

(3)If(脱粒滚筒转速is S)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is L)then(喂入量is PS)

(4)If(脱粒滚筒转速is S)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is PS)

(5)If(脱粒滚筒转速is M)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is Z)

(6)If(脱粒滚筒转速is M)and(倾斜输送器压力is S)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is NS)

(7)If(脱粒滚筒转速is M)and(倾斜输送器压力is S)and(喂入搅龙扭矩is S)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is NS)

(8)If(脱粒滚筒转速is M)and(倾斜输送器压力is S)and(喂入搅龙扭矩is L)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is NS)

(9)If(脱粒滚筒转速is L)and(倾斜输送器压力is S)and(喂入搅龙扭矩is S)and(脱粒滚筒扭矩is S)then(喂入量is NB)

(10)If(脱粒滚筒转速is L)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is S)and(脱粒滚筒扭矩is S)then(喂入量is NB)

(11)If(脱粒滚筒转速is L)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is S)then(喂入量is NB)

(12)If(脱粒滚筒转速is L)and(倾斜输送器压力is M)and(喂入搅龙扭矩is M)and(脱粒滚筒扭矩is M)then(喂入量is NS)

3、输出清晰化

把模糊集合转化成单个数值，即选定一个清晰数值去代表某个表述模糊事物或概念的模糊集合，这是用途最多的一种模糊到清晰的转化方法，它在模糊控制中几乎是不可或缺的。

一个模糊集合映射成单个数值时，这个数值应该是模糊集合中的点，在某种意义上能代表这个F集合。清晰化方法有许多种，本实施例采用面积中心(重心)法。

(1)面积中心(重心)法

面积中心法就是求出模糊集合隶属函数曲线和横坐标包围区域面积的中心，选用这个中心对应的横坐标值，作为这个模糊集合的代表值。相当于把该面积视为等厚平板时的重心。

设论域U上F集合A的隶属度函数为A(u)。假设面积中心对应的横坐标为u_cen，则按照面积中心法的定义，可由下式计算出：

如果论域是离散的，按照下式计算出u_cen：

(2)比例因子K_u

在模糊控制器中求得清晰值z₀后，还需要经过尺度变换变为实际的控制量。变换的方法可以是线性的也可以是非线性的。若z₀的变换范围为[z_min，z_max]，实际控制量的变化范围为[u_min，u_max]，若采用线性变换，则

比例因子Ku的计算公式如下

并有公式

计算出实际控制量的取值。

本实施例中，联合收割机的割台喂入搅龙扭矩通过测量割台喂入搅龙扭矩的扭矩传感器获得，倾斜输送器压力通过测量倾斜输送器压力的压力传感器获得，脱粒滚筒的扭矩通过测量脱粒滚筒扭矩的扭矩传感器获得，脱粒滚筒的转速通过测量脱粒滚筒转速的转速传感器获得。

本实施例中优选采用工控机接收各传感器的检测信号，并控制调节脱粒滚筒的转速和脱粒装置的脱粒间隙。各传感器检测到的信号由信号调理电路处理后发送至车载工控机的数据采集卡。车载工控机的中央处理系统对数据采集卡的信息进行采集和数据分析处理，并根据实时数据库中的参数，在模糊判断系统中根据脱粒滚筒模糊逻辑合成算法进行判定，得到结果输出信号，并控制调节脱粒滚筒的转速和脱粒装置的脱粒间隙。

本实施例中，利用模糊判断算法计算得到脱粒滚筒的最优转速和脱粒装置的最优脱粒间隙具体步骤是：

1、输入模糊化

(1)物理论域的量化

确定具体物理论域如下：

喂入量(单位kg/s)为[3,5]；

作物含水率(单位％)为[10,40]；

籽粒破碎率(单位％)为[4,8]；

脱粒滚筒转速(单位rpm)为[700,1200]；

脱粒间隙(单位mm)为[10,20]；

确定模糊论域(离散论域)如下：

喂入量N＝{-3，-2，-1，0，-1，-2，-3}；

作物含水率N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

籽粒破碎率N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

脱粒滚筒转速N＝{-3，-2，-1，0，-1，-2，-3}；

脱粒间隙N＝{-2，-1，0，-1，-2}；

根据下列公式计算各输入量的量化因子：

其中：离散论域N＝{-n，-n+1，…，-1，0，-1，…，n-1，n}；物理论域X＝[x_H，x_L]。

得到：

喂入量K₁＝3；

作物含水率K₂＝0.13；

籽粒破碎率K₃＝1；

(2)建立模糊集合

作物含水率、籽粒破碎率和脱离滚筒间隙的模糊集均为{S,M,L}。喂入量的模糊集为{NB,NS,Z,PS,PB}。脱粒滚筒转速的模糊集为{VS,S,M,L,VL}。

隶属函数类型的选取没有统一的标准，选择什么类型的隶属函数，完全取决于控制对象或研究对象的不同情况加上系统处理调试过程中的性能优化。本实施例结合实际研究结果，选择较优的高斯型隶属函数。

由于作物含水率、籽粒破碎率和脱离滚筒间隙等输入的模糊论域和选择的隶属函数相同，它们的隶属函数曲线形状一致。

2、模糊控制规则的建立和模糊推理方法

每条模糊条件语句都给出一个F蕴涵关系R_i，即一条控制规则。若有n条规则，就把它们表达的n个F蕴涵关系(i＝l，2，…，n)做并运算，构成系统总的模糊蕴涵关系R，如下公式：

由于X未必能激活每条模糊规则，所以

中可能有的项为零，求解并时不予考虑。

由公式可知，构建语言型模糊控制器的关键，是根据经验总结出模糊规则，离线得出n条F条件语句，从而求出系统的总模糊蕴涵关系R，这是进行模糊推理的大前提。当采样得到输入量x(小前提)时，将它模糊化并送入模糊推理机，经过近似推理，就能算出输出模糊量U。

本设计发明采用Mamdani型模糊推理，在实现过程中其具体模糊逻辑算法为：(1)And Method(“与”算法)取值为min(取小)；(2)Or Method(“或”算法)取值为max(取大)；(3)Implication(“蕴涵”算法)取值为min(取小)；(4)Aggregation(“综合”算法)取值为max(各条规则结果的模糊子集取“并”)。

(1)If(喂入量is PB)and(作物含水率is L)and(籽粒破碎率is L)then(脱粒滚筒转速is VS)(脱离间隙is L)

(2)If(喂入量is PB)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is L)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is L)

(3)If(喂入量is PB)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is M)(脱离间隙is L)

(4)If(喂入量is PB)and(作物含水率is S)and(籽粒破碎率is S)then(脱粒滚筒转速is L)(脱离间隙is L)

(5)If(喂入量is PS)and(作物含水率is L)and(籽粒破碎率is L)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is L)

(6)If(喂入量is PS)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is M)(脱离间隙is M)

(7)If(喂入量is PS)and(作物含水率is S)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is M)

(8)If(喂入量is Z)and(作物含水率is S)and(籽粒破碎率is S)then(脱粒滚筒转速is M)(脱离间隙is M)

(9)If(喂入量is Z)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is M)

(10)If(喂入量is Z)and(作物含水率is L)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is L)

(11)If(喂入量is NS)and(作物含水率is S)and(籽粒破碎率is S)then(脱粒滚筒转速is M)(脱离间隙is S)

(12)If(喂入量is NS)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is S)

(13)If(喂入量is NB)and(作物含水率is S)and(籽粒破碎率is S)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is S)

(14)If(喂入量is NB)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is M)then(脱粒滚筒转速is VS)(脱离间隙is S)

(15)If(喂入量is NB)and(作物含水率is M)and(籽粒破碎率is L)then(脱粒滚筒转速is S)(脱离间隙is M)

(16)If(喂入量is NB)and(作物含水率is L)and(籽粒破碎率is L)then(脱粒滚筒转速is M)(脱离间隙is L)

3输出清晰化

(1)面积中心(重心)法

如果论域是离散的，按照下式计算出u_cen：

(2)比例因子K_u

比例因子K_u的计算公式如下

并有公式

计算出实际控制量的取值。

由上面公式计算取得“脱粒滚筒转速”比例因子K_u为83.33。“脱粒间隙”比例因子K_u为2.5。

在实际脱离过程中，当实时喂入量增大、籽粒破碎率也增大时，使得脱粒滚筒转速增加，脱粒间隙增大，这样经过加大脱粒滚筒的转速和脱粒间隙，可满足喂入量增大的工作情况，实现籽粒破碎率的下降。当实时喂入量减少、籽粒含杂率增大时，使得脱粒滚筒转速减小，脱粒间隙减小，这样经过减小脱粒滚筒的转速和脱粒间隙，可满足喂入量减小的工作情况，实现较优的籽粒含杂率的效果。

本实施例的脱粒间隙可调的脱粒装置优选采用以下两种：

第一种脱粒装置，包括凹板筛、脱粒滚筒和设有导向板的脱粒滚筒盖，如图2至图4所示，脱粒滚筒包括第一主轴101和若干具有第一脱粒齿1021的第一齿杆102，各第一齿杆102通过两个间隙调整单元以能调节与第一主轴101径向间距的方式安装在第一主轴101上，若干第一齿杆102绕第一主轴101轴线间隔布置，间隙调整单元包括长杆103、短杆104和沿第一主轴101轴向滑设于第一主轴101上的滑动元件105，长杆103的两端分别对应与滑动元件105和第一齿杆102铰接，短杆104的一端与第一主轴101铰接，短杆104的另一端铰接于长杆103的中部，各间隙调整单元的滑动元件105连接有用于驱动滑动元件105滑动的第一滑动驱动组件，第一主轴101连接有用于驱动第一主轴101转动的转动驱动组件。通过第一滑动驱动组件驱使滑动元件105往复滑动，可使长杆103和短杆104相应摆动，进而调节第一齿杆102与第一主轴101的径向间距，因为脱粒装置中的凹板筛位置已经固定了，因此调整第一齿杆102的径向间距就能实现脱粒装置的脱粒间隙调节。通过转动驱动组件驱使第一主轴101转动，可实现脱粒滚筒整体转动脱粒。

本实施例中，第一滑动驱动组件为以第一电机为动力源的驱动组件，旋转驱动组件为以第二电机为动力源的驱动组件，第一电机和第二电机均设有电机位置角度传感器，可以检测得到第一电机和第二电机的输出轴的旋转角度，进而得到第一齿杆102与第一主轴101之间的径向间距。

优选的，如图4所示，第一滑动驱动组件包括滑动部件106、转动部件107和第一电机，滑动部件106沿第一主轴101轴向滑设于第一主轴101上，转动部件107绕第一主轴101轴线转动安装在第一主轴101上，第一电机通过链轮传动机构与转动部件107相连并驱使转动部件107转动，滑动部件106和转动部件107螺纹配合连接，且在转动部件107转动时迫使滑动部件106相应滑动，滑动部件106与滑动元件105通过紧固件固定连接。转动驱动组件包括第二电机和链轮传动机构，第二电机通过链轮传动机构驱使第一主轴101转动。在其他实施例中，第一滑动驱动组件还可采用现有其他结构形式，只要能驱使滑动部件106往复滑动即可；转动驱动组件也可以采用现有其他结构形式，只要能驱使第一主轴101正反转动即可。

本实施例的第二种脱粒装置，包括凹板筛、脱粒滚筒和设有导向板的脱粒滚筒盖，如图5和图6所示，脱粒滚筒包括第二主轴201和若干具有第二脱粒齿2021的第二齿杆202，各第二齿杆202通过间隙调节机构203以能在第二主轴201径向方向上调节与第二主轴201之间间距的方式安装在第二主轴201上，若干第二齿杆202绕第二主轴201轴线间隔布置，第二主轴201上安装有沿第二主轴201轴向滑动设置的滑套204，各间隙调节机构203为与滑套204连接并随滑套204往复滑动调节第二齿杆202与第二主轴201之间间距的调节机构，脱粒滚筒还包括用于驱动滑套204往复滑动的滑动驱动组件。滑动驱动组件驱动滑套204往复滑动，可使所有间隙调节机构203同步动作并同步调节各第二齿杆202与第二主轴201之间的间距，通过调整第二齿杆202与第二主轴201径向相对位置并与固定的凹板筛相配合，可以实现脱粒装置的脱粒间隙的调整。该脱粒滚筒采用滑动驱动组件驱动一个滑套204往复滑动，并由滑套204驱使所有间隙调节机构203动作来调节第二齿杆202与第二主轴201之间间距，其结构简单紧凑、工作稳定可靠性高、易于制作装配、调节同步性好。

本实施例中，间隙调节机构203包括第一连杆2031、第二连杆2032以及沿第二主轴201轴向滑设于第二齿杆202上的滑块2033，第一连杆2031和第二连杆2032的中部相互铰接，第一连杆2031的一端与滑套204铰接，第一连杆2031的另一端与第二齿杆202铰接，第二连杆2032的一端与滑块2033铰接，第二连杆2032的另一端与第二主轴201铰接。间隙调节机构203采用第一连杆2031和第二连杆2032组合而成的交叉杆形式，其结构牢固可靠、稳定性好，利于提高脱粒滚筒工作稳定可靠性。

本实施例中，滑动驱动组件包括液压旋转接头205和设于第二主轴201上的阻挡部2011，液压旋转接头205固定设置在第二主轴201的一端，滑套204与阻挡部2011之间连接有一个以上弹性伸缩件206，液压旋转接头205的驱动端(液压顶杆)与滑套204直接或间接相连并迫使滑套204压缩弹性伸缩件206。液压旋转接头205不工作时，液压旋转接头205的驱动端和弹性伸缩件206使滑套204保持在第二主轴201轴向上相对固定，此时第二齿杆202与第二主轴201之间的径向间距也保持固定；需要调节时，控制液压旋转接头205的驱动端的伸出长度，在弹性伸缩件206的弹性伸缩特性下，滑套204相应沿第二主轴201调整位置，进而通过间隙调节机构203调节第二齿杆202与第二主轴201之间的径向间距。该滑动驱动组件的结构简单、成本低、易于调节、工作稳定可靠，并且采用液压驱动调整脱粒间隙时动作响应快，应用范围广，能够很好的适应采用液压动力源的脱粒装置及联合收获机。该滑动驱动组件采用液压旋转接头205和弹性伸缩件206的组合，使得整个调节机构力封闭，能更快的进行相应动作。同时弹性伸缩件206的弹性部分对整个脱粒装置的不良激振会起到一定的减振效果，提升脱粒质量。并且，还可以较好的与电控阀等控制设备进行配合，满足未来联合收获机智能脱粒部件的工作需求，实现实时脱粒间隙调整，已满足不同的喂入量、作物含水率等工作情况的改变。

上述弹性伸缩件206采用伸缩弹簧，伸缩弹簧和液压旋转接头205均为现有技术，其中，液压旋转接头205设有泄流口，便于其内部液压压力的调节。

本实施例中，第二主轴201上安装有沿第二主轴201轴向移动且能绕第二主轴201轴线转动的旋转顶套207，液压旋转接头205的驱动端通过旋转顶套207与滑套204相连。在工作时液压旋转接头205与滑套204之间会产生高速相对转动，若液压旋转接头205的驱动端直接与滑套204直接相抵，也即滑套204的工作面和液压旋转接头205滑动接触(一个转动，一个不转动)，因为加工工艺的问题和液压旋转接头205的驱动端伸出长度的误差，他们直接接触并不会理想中那么配合完美，会影响工作效果，且长时间工作他们之间会产生高热，在表面生产坏点，甚至影响双方的工作寿命。液压旋转接头205的驱动端通过旋转顶套207与滑套204相连，可解决上述问题。

本实施例中，旋转顶套207与滑套204之间设有推力轴承。由于旋转顶套207和滑套204若直接接触，工作时两者会产生较高速的相对转动，容易产生高热，在旋转顶套207和滑套204表面产生坏点，影响工作寿命，对平面加工精度及润滑有较高要求，旋转顶套207通过推力轴承与滑套204接触，可避免上述问题，能更好的适应高速、应力强大的工作情况，同时也便于调整轴向间隙，例如，可采用批量化生产或者标准件形式的液压旋转接头205，在不同脱粒滚筒安装和调试时，利用推力轴承进行轴向间隙调整。

本实施例中，滑套204通过花键与第二主轴201滑动配合，其结构简单、易于制作装配、工作稳定性好。

本实施例中，液压旋转接头205固定设置在第二主轴201的一端，第二主轴201通过轴承与液压旋转接头205以能绕第二主轴201轴线相对转动的方式连接。将液压旋转接头205设置在第二主轴201的一端，受工作空间的约束较小，在应用到脱粒装置中时，液压旋转接头205直接固定在机架上，第二主轴201的一端旋转支撑在液压旋转接头205上，能够大大提高结构紧凑性。

本实施例中，第二主轴201的另一端设有齿轮，用于与动力源连接以驱使第二主轴201转动。脱粒滚筒共设有六根第二齿杆202，在第二主轴201上设有一六面柱体部，六根第二齿杆202对应的六根第一连杆2031分别对应铰接在六面柱体部的六个侧面上。滑套204为一带中心孔的六面柱体，六根第二齿杆202对应的六根第二连杆2032分别对应铰接在六面柱体的六个侧面上。液压旋转接头205设有多个与滑套204相连的液压顶杆，以提高驱动的平稳性。

在其他实施例中，滑动驱动组件也可包括伸缩驱动件，伸缩驱动件的驱动端与滑套204相连，通过伸缩驱动件直接驱动滑套204往复运动，其结构简单、成本低、易于制造装配。伸缩驱动件可以是伸缩油缸、伸缩气缸和电动推杆等。

本实施例中，伸缩驱动件固定设置在第二主轴201的一端，第二主轴201通过轴承与伸缩驱动件以能绕第二主轴201轴线相对转动的方式连接，使得受工作空间的约束较小，利于提高结构紧凑性。

在其他实施例中，脱粒滚筒还可采用现有其他可调节脱离间隙的脱粒滚筒。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种谷类联合收割机中脱粒装置的脱粒方法，所述脱粒装置为脱粒间隙可调的脱粒装置，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的脱粒方法，其特征在于：所述步骤(S1)中，所述喂入量信息依据联合收割机的割台喂入搅龙扭矩、倾斜输送器压力、脱粒滚筒的扭矩和脱粒滚筒的转速，利用模糊判断算法计算得到。

3.根据权利要求2所述的脱粒方法，其特征在于：所述联合收割机的割台喂入搅龙扭矩通过测量割台喂入搅龙扭矩的扭矩传感器获得，所述倾斜输送器压力通过测量倾斜输送器压力的压力传感器获得，所述脱粒滚筒的扭矩通过测量脱粒滚筒扭矩的扭矩传感器获得，所述脱粒滚筒的转速通过测量脱粒滚筒转速的转速传感器获得。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的脱粒方法，其特征在于：所述脱粒装置包括凹板筛和脱粒滚筒，所述脱粒滚筒包括第一主轴(101)和若干具有第一脱粒齿(1021)的第一齿杆(102)，各第一齿杆(102)通过两个间隙调整单元以能调节与第一主轴(101)径向间距的方式安装在第一主轴(101)上，若干所述第一齿杆(102)绕第一主轴(101)轴线间隔布置，所述间隙调整单元包括长杆(103)、短杆(104)和沿主轴(101)轴向滑设于主轴(101)上的滑动元件(105)，所述长杆(103)的两端分别对应与滑动元件(105)和第一齿杆(102)铰接，所述短杆(104)的一端与主轴(101)铰接，所述短杆(104)的另一端铰接于长杆(103)的中部，各间隙调整单元的滑动元件(105)连接有用于驱动滑动元件(105)滑动的第一滑动驱动组件，所述第一主轴(101)连接有用于驱动第一主轴(101)转动的转动驱动组件。

5.根据权利要求4所述的脱粒方法，其特征在于：所述第一滑动驱动组件为以第一电机为动力源的驱动组件，所述旋转驱动组件为以第二电机为动力源的驱动组件，所述第一电机和第二电机均设有电机位置角度传感器。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的脱粒方法，其特征在于：所述脱粒装置包括凹板筛和脱粒滚筒，所述脱粒滚筒包括第二主轴(201)和若干具有第二脱粒齿(2021)的第二齿杆(202)，各第二齿杆(202)通过间隙调节机构(203)以能在第二主轴(201)径向方向上调节与第二主轴(201)之间间距的方式安装在第二主轴(201)上，若干所述第二齿杆(202)绕第二主轴(201)轴线间隔布置，所述第二主轴(201)上安装有沿第二主轴(201)轴向滑动设置的滑套(204)，各间隙调节机构(203)为与所述滑套(204)连接并随所述滑套(204)往复滑动调节第二齿杆(202)与第二主轴(201)之间间距的调节机构，所述脱粒滚筒还包括用于驱动所述滑套(204)往复滑动的滑动驱动组件。

7.根据权利要求6所述的脱粒方法，其特征在于：所述间隙调节机构(203)包括第一连杆(2031)、第二连杆(2032)以及沿主轴(1)轴向滑设于第二齿杆(202)上的滑块(2033)，所述第一连杆(2031)和第二连杆(2032)的中部相互铰接，所述第一连杆(2031)的一端与滑套(204)铰接，所述第一连杆(2031)的另一端与第二齿杆(202)铰接，所述第二连杆(2032)的一端与滑块(2033)铰接，所述第二连杆(2032)的另一端与第二主轴(201)铰接。

8.根据权利要求6所述的脱粒方法，其特征在于：所述滑动驱动组件包括液压旋转接头(205)和设于第二主轴(201)上的阻挡部(2011)，所述液压旋转接头(205)固定设置在第二主轴(201)的一端，所述滑套(204)与阻挡部(2011)之间连接有一个以上弹性伸缩件(206)，所述液压旋转接头(205)的驱动端与滑套(204)直接或间接相连并迫使滑套(204)压缩所述弹性伸缩件(206)。

9.根据权利要求8所述的脱粒方法，其特征在于：所述第二主轴(201)上安装有沿第二主轴(201)轴向移动且能绕第二主轴(201)轴线转动的旋转顶套(207)，所述液压旋转接头(205)的驱动端通过所述旋转顶套(207)与滑套(204)相连。