CN111879543A

CN111879543A - 一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台

Info

Publication number: CN111879543A
Application number: CN202010770939.1A
Authority: CN
Inventors: 李蕾
Original assignee: Qilu University of Technology
Current assignee: Qilu University of Technology
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2020-11-03

Abstract

本发明公开一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，涉及农业机械技术领域，该试验台能够在室内模拟完成玉米还田机装配质量和可靠性的试验。主要包括动力输入部分、信号采集部分和信号处理部分。所述动力输入部分为被测装置提供动力，包括电机、联轴器、皮带轮、试验平台、支架。所述被检测装置部分包括玉米还田机等试验装置。所述信号采集部分包括扭矩传感器、温度传感器、振动感应器、嵌入式控制器以及外围电路。所述信号处理部分将传感器采集的信号进行处理，判断被测装置的缺陷故障。本发明可在室内完成玉米收获机的装配质量检测，从而在线判断工人的装配是否符合出厂要求，杜绝了将不良品流入市场。

Description

一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台。

背景技术

秸秆还田能够增加土壤有机质，改良土壤结构，使土壤疏松，孔隙度增加，容量减轻，促进微生物活力和作物根系的发育。秸秆还田机的功能是将秸秆粉碎后再抛洒回土地。在收获机中，割台、还田机、剥皮机可以安装在一个收获机中。秸杆粉碎还田机普遍置于前后轮之间中部下方，秸秆与穗粒分离后，进入还田机进行粉碎，并均匀地抛散到地面。

由于农机在田间作业，与公路车辆相比，作业工况复杂、环境恶劣，且机器在工作中可能触碰石块、根茎等未知工况的可能性比较大，这就造成了农业装备的使用寿命较短、可靠性较低。随着作业功能不断整合、作业效率要求越来越高，现代收获农机功能要求也越全面，对农机设备的出厂检测提出了越来越高的要求，用户对农机安全性、可靠性等方面的要求不断提高。

相对于发达国家，我国玉米收获机械设计、制造水平较低，整机装备厂家普遍采用部件采购、整机装配的形式，厂家一般对整机设备全部装配后进行一次性的整车测试，出现部件级问题后只能对整机进行重新拆装，存在拆装困难、试验可重复性差、效率低、工作量多、污染大、车漆损伤、试验周期长等弊端，整机装备厂对农机设备进行装配前部件级检查的重要性认识不足。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，该试验台能够在室内模拟完成玉米收获机还田机装配质量和可靠性的试验，通过传感器采集玉米收获机实际的工作参数，并通过对信号的处理对还田机工作中的缺陷和故障进行判断，效率高、成本低、测试结果可靠。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，包括动力输入部分、信号采集部分和信号处理部分；所述动力输入部分为试验装置提供动力，所述信号采集部分用于收集试验过程中的信号，所述信号处理部分用于对试验过程中的信号进行处理。

可选的，所述动力输入部分包括电机、第一联轴器、第一皮带轮、试验平台和支架；所述支架用于固定试验装置，所述电机设置于所述试验平台上，所述电机的动力输出轴与所述第一皮带轮通过第一联轴器动力连接。

可选的，还包括张紧轮，所述张紧轮设置于所述第一皮带轮与试验装置的皮带轮之间。

可选的，所述张紧轮设置于一张紧支架顶部。

可选的，所述试验平台上设置有多个T型槽，所述电机设置于一底座上，所述底座设置于所述多个T型槽内。

可选的，所述信号采集部分包括温度传感器、振动传感器和扭矩传感器；所述扭矩传感器与所述动力输入部分相连接，所述温度传感器和所述振动传感器均设置于试验装置上；所述温度传感器、所述振动传感器和所述扭矩传感器均与所述信号处理部分电连接。

可选的，所述温度传感器和所述振动传感器通过磁吸方式设置于试验装置上。

可选的，所述信号处理部分包括信号采集模块、AD转换模块、AMR微处理器、无线数据传输模块、触摸屏、上位机和电源；所述电源与所述温度传感器、所述振动传感器、所述扭矩传感器、所述信号采集模块、所述AMR微处理器、所述无线数据传输模块和所述触摸屏均电连接；所述信号采集模块与所述振动传感器和所述扭矩传感器均电连接，所述AD转换模块与所述温度传感器、所述信号采集模块、所述无线数据传输模块和所述触摸屏均电连接；所述无线数据传输模块和所述触摸屏与所述上位机电连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

农机作业部件或整机的传动是一系列齿轮传动或者带传动等传动方式来实现的，而这些部件或者整机的装配质量是直接影响农机作业部件的作业工作效率及质量的，而目前衡量这些部件或整机装配质量的最直接检测指标：传动过程中的转速、扭矩、功率、XYZ三向振动量、噪音值、轴温升值等参数。试验在室内进行，可减少过程中产生的环境污染和对试验人员人身的损害。采用传感器采集所需数据，检测结果准确，结构简单，试验可重复性强，周期短，所需试验人员少，效率高，劳动强度低，通过对这些参数的在线实时测量，可有效诊断农机作业部件或者整机的装配质量，从而对超标的部件和整机进行厂内整改，杜绝不良产品进入市场而导致售后费用的增加。农机零部件及整机在线监测系统能有效的监控这些零部件及整机的装配质量，从而在线判断工人的装配是否符合出厂要求，杜绝将不良品流入市场。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台装配图；

图2为玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台温度、振动传感器安装示意图；

图3为信号采集系统原理图；

图4为信号处理系统原理图；

图5为正常运行时连续15秒采集的温度数据采集图；

图6为故障运行时连续15秒采集的温度数据采集图；

图7为正常运行时连续15秒采集的扭矩数据采集图；

图8为故障运行时连续15秒采集的扭矩数据采集图；

图9为正常运行时连续15秒采集的振动数据采集图；

图10为故障运行时连续15秒采集的振动数据采集图；

图11为测量结果和判明结果界面；

图中，1、电机；2、电机座；3、试验平台；4、第一联轴器；5、扭矩传感器；6、第二联轴器；7、传感器底座；8、轴承座；9、轴承座底座；10、第一皮带轮；11、吊环；12、张紧轮；13、张紧支架；14、第二皮带轮；15、支架；16、对顶螺母；17、还田机；18、振动感应器；19、温度感应器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，采用传感器采集所需数据，检测结果准确，结构简单，试验可重复性强，周期短，所需试验人员少，效率高，劳动强度低，通过在线判断工人的装配是否符合出厂要求，杜绝了将不良产品流入市场。

如图1和2所示，本实施例提供一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，包括动力输入部分、信号采集部分和信号处理部分；所述动力输入部分为试验装置提供动力，所述信号采集部分用于收集试验过程中的信号，所述信号处理部分用于对试验过程中的信号进行处理。

于具体实施例中，所述动力输入部分包括电机1、第一联轴器4、第一皮带轮10、试验平台3和支架15；所述支架15用于固定试验装置，所述电机1设置于所述试验平台3上，所述电机1的动力输出轴与所述第一皮带轮10通过第一联轴器4动力连接。所述试验平台3上设置有多个T型槽，所述电机1设置于一底座上，所述底座设置于所述多个T型槽内。

于进一步的实施例中，玉米收获机还田机17嵌入式控制器试验台还包括张紧轮12，所述张紧轮12设置于所述第一皮带轮10与试验装置的皮带轮之间。所述张紧轮12设置于一张紧支架13顶部。

电机座2、扭矩传感器5、传感器底座7以及轴承座底座9均安装在试验平台3上，并且都能够左右前后上下进行调节。电机座2、传感器底座7以及轴承座底座9均有U型槽，都安装在试验平台3上，试验平台3上有T型槽，能够使电机1、扭矩传感器5以及轴承座8能够进行左右前后调整。

电机座2、传感器底座7以及轴承座底座9通过螺栓螺母固定在试验平台3上，并且通过垫片来调整其高度。轴承座8装有轴承，第一皮带轮10通过压环进行固定。皮带轮之间传输动力时通过张紧轮12张紧，张紧轮安装在张紧支架13上。还田机通过支架15固定，由对顶螺母16锁紧。

所述信号采集部分包括扭矩传感器5、温度传感器19、振动感应器18、嵌入式控制器以及外围电路。第一联轴器4和第二联轴器6之间设置扭矩传感器5，能够测量玉米收获机还田机17的扭矩。温度传感器19通过磁吸作用吸附在还田机17测量还田机17温度。有振动传感器18通过磁吸作用吸附在还田机17测量还田机17振动频率。

图3为信号采集系统原理图，通过温度传感器采集轴的温度信号，信号采集模块连接扭矩传感器5和振动传感器用来分别采集轴的扭矩信号、轴的振动信号。其中，振动信号采集频率不高于轴的转速。温度信号通过AD转换模块，将模拟信号转换为计算机可处理的电信号。其中，转换后的温度信号送给ARM微处理器，用于测量轴的温度，从而判断试验台是否发生故障。信号采集模块连接AD转换模块，转换后的扭矩信号送给ARM微处理器，用于测量轴的输入扭矩，从而判断试验台是否发生故障。转换后的振动信号送给ARM微处理器，用于测量轴的振动情况，从而判断轴是否存在故障缺陷。无线传输模块连接上位机和ARM微处理器，用于上位机和ARM微处理器之间的通信。触摸屏显示试验台实时数据，用于人机交互。

图4为信号处理系统原理图，传感器采集的温度数据经过滑动滤波、温度特征信号提取、故障模型匹配后，ARM微处理器会根据故障匹配结果给出相应的检查建议，操作人员根据建议即可检出试验台故障。传感器采集的扭矩数据经过滑动滤波、温度特征信号提取、故障模型匹配后，ARM微处理器会根据故障匹配结果给出相应的检查建议，操作人员根据建议即可检出试验台故障。零件发生故障的原始振动时域数据作为输入参数，应用低通滤波进行处理，生成滤波后的时域数据作为输出。将低通滤波的输出数据作为小波降噪的输入数据，调用小波降噪算法后生成降噪后的时域数据作为输出。将小波降噪的输出数据作为FFT的输入数据，调用FFT变换后生成幅值谱数据作为输出。同样的，正常振动的信号也做同样处理，最后通过比对两个信号的幅值谱数据，就可以知道零件具体哪个部分有缺陷故障。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台典型应用。

图5(a)为机器正常运行时采集到的温度数据，可以看到，温度随采集时间推移变化相对比较平稳。图5(b)为机器故障运行时采集到的温度数据，可以看到，温度在第6秒明显的上升，并随时间推移持续升高。ARM微处理器能检测到这一异常情况并及时通知操作人员。

图6(a)为机器正常运行时采集到的扭矩数据，可以看到，扭矩随采集时间的推移变化相对比较平稳。图6(b)为机器故障运行时采集到的扭矩数据，可以看到，扭矩在第6秒明显的升高，并随采集时间的推移保持在一个较高的水平。ARM微处理器能检测到这一异常情况并及时通知操作人员。

图7(a)为机器正常运行时采集到的振动数据，振动数据由X，Y，Z三轴加速度数据组成，可以看到，三轴加速度数据随采集时间的推移变化相对比较平稳。图7(b)为机器故障运行时采集到的振动数据，可以看到，三轴加速度数据在第6秒出现明显的紊乱，加速度的绝对值也出现明显增大，并随时间的推移持续紊乱。ARM微处理器能检测到这一异常情况并及时通知操作人员。

图8为测量结果和判明结果界面，当检测完成后，点击结束按钮，系统会自动弹出检测结果界面。界面中包括三个部分：测量值1，包含产品信息以及功率测量、转速测量、扭矩测量、X轴加速度的标准值、初始值、最大值和测量平均值，其中加速度平均值计算方法为先对每个测量结果取绝对值，再计算平均值；测量值2(包含Y轴加速度、Z轴加速度、位置1温度、位置2温度、位置3温度、位置4温度)和检验结论(包含检验结果、测量开始时间结束时间、质检员、备注)。核对无误后输入质检员名字和备注后点击“保存”即可。

本公开实施例子中的技术方案使玉米收获机还田机在检测过程中代替了大量的劳动力，节约了劳动成本，同时降低了发生安全隐患的概率；使玉米收获机还田机在装配及使用过程中的故障检测更加准确可靠；同时本公开结构简单，制作方便，节省大量的生产成本

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，包括动力输入部分、信号采集部分和信号处理部分；所述动力输入部分为试验装置提供动力，所述信号采集部分用于收集试验过程中的信号，所述信号处理部分用于对试验过程中的信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述动力输入部分包括电机、第一联轴器、第一皮带轮、试验平台和支架；所述支架用于固定试验装置，所述电机设置于所述试验平台上，所述电机的动力输出轴与所述第一皮带轮通过第一联轴器动力连接。

3.根据权利要求2所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，还包括张紧轮，所述张紧轮设置于所述第一皮带轮与试验装置的皮带轮之间。

4.根据权利要求3所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述张紧轮设置于一张紧支架顶部。

5.根据权利要求2所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述试验平台上设置有多个T型槽，所述电机设置于一底座上，所述底座设置于所述多个T型槽内。

6.根据权利要求1所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述信号采集部分包括温度传感器、振动传感器和扭矩传感器；所述扭矩传感器与所述动力输入部分相连接，所述温度传感器和所述振动传感器均设置于试验装置上；所述温度传感器、所述振动传感器和所述扭矩传感器均与所述信号处理部分电连接。

7.根据权利要求6所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述温度传感器和所述振动传感器通过磁吸方式设置于试验装置上。

8.根据权利要求6所述的玉米收获机还田机嵌入式控制器试验台，其特征在于，所述信号处理部分包括信号采集模块、AD转换模块、AMR微处理器、无线数据传输模块、触摸屏、上位机和电源；所述电源与所述温度传感器、所述振动传感器、所述扭矩传感器、所述信号采集模块、所述AMR微处理器、所述无线数据传输模块和所述触摸屏均电连接；所述信号采集模块与所述振动传感器和所述扭矩传感器均电连接，所述AD转换模块与所述温度传感器、所述信号采集模块、所述无线数据传输模块和所述触摸屏均电连接；所述无线数据传输模块和所述触摸屏与所述上位机电连接。