CN112050925A - 一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法，该方捆机的草捆动态称重装置包括：称重平台，所述称重平台用于安装于打捆室的出口端；草捆状态检测装置，所述草捆状态检测装置通讯连接所述称重平台，并用于检测所述打捆室输出的草捆在所述称重平台上的分布状态；本发明基于对草捆输出状态的识别，可较为准确且便捷地对连续输出的草捆进行在线称重。

Description

一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法
技术领域
本发明涉及农用机械技术领域，尤其涉及一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法。
背景技术
近年来，随着化石能源的短缺及农业环境的日益恶化，人们对可持续发展和环境保护越来越重视，生物质资源的开发利用也逐渐受到世界各国的关注。中国作为农业大国，农作物秸秆产量大、分布广、种类多，实现秸秆的综合利用，对于稳定农业生态平衡、缓解资源约束、减轻环境压力都具有十分重要的意义。然而，在实际作业中，对秸秆存在随意抛弃，甚至随地焚烧的现象，由此带来了一系列的环境问题。为了从源头上解决秸秆焚烧的问题，有效推进对秸秆回收的综合利用工作，国家对部分地区进行了打捆作业补贴，其中，草捆质量是核算打捆作业补贴的最有效指标。
现有的对秸秆进行打捆的设备包括圆捆机和方捆机。方捆机在使用时，通常与拖拉机配合，由拖拉机牵引着前进。方捆机在前进的同时，由配设的螺旋上料装置收集农田中散放的各类秸秆，并将收集的秸秆分批次给进至方捆机的打捆室内，在此过程中，由打捆室内配设的压缩机构对秸秆进行往复式压缩，在将秸秆压缩为预设的形状和尺寸时，通过打捆针和打结器对压缩成型的草捆进行捆绑打结，再依次推送至设置在打捆室出口处铰接的落草板上，并从落草板上滑落至农田中。相对于圆捆机而言，方捆机的整机结构较为复杂，但输出的草捆为规整的矩形立方体，草捆的体积适中，便于运输和存放，并且方捆机自身尺寸较小，适合转移运输，尤其适用于在分散化、细碎化的农田进行打捆作业。
在现有的专利文献中，公开了一种方捆机草捆重量监测系统，该监测系统是将拉力传感器的一端连接放捆板的一端，另一端连接打捆室出口端的上侧，并将放捆板的另一端与打捆室出口端的下侧相铰接，可基于拉力传感器获取草捆在跌落前、后的拉力波动曲线，并建立草捆重量相对于拉力变化值与拉力补偿值的数学模型，以此来获取草捆的重量。但是，在实际获取草捆重量的过程中，不仅需要针对前、后输出的草捆建立复杂的力矩平衡方程，而且还要对拉力传感器获取的拉力波动曲线进行分析处理，专业性要求较高，数据处理过程也相对复杂。
在现有的专利文献中，还公开了一种打捆机动态称重装置，该动态称重装置是通过动态称重平台对圆形草捆进行称重。由于方捆机对草捆的压缩成型与输出均是连续动作的过程，且各个草捆的形状均为长方体，从而相比于圆形草捆彼此间较好的隔离性，相邻的两个方形草捆在输出的过程中会产生相互影响，且任意一个方形草捆只会有较短的时间停留在称重平台上，从而现有的动态称重装置并不适用于方形草捆的动态称重，难以较为准确地称取方形草捆的重量。
发明内容
本发明实施例提供一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法，用以解决当前难以准确且便捷地对连续输出的方形草捆进行在线称重的问题。
本发明实施例提供一种方捆机的草捆动态称重装置，包括：称重平台，所述称重平台用于安装于打捆室的出口端；草捆状态检测装置，所述草捆状态检测装置通讯连接所述称重平台，并用于检测所述打捆室输出的草捆在所述称重平台上的分布状态。
根据本发明一个实施例的方捆机的草捆动态称重装置，所述称重平台的台面用于低于所述打捆室底部的输送面；相应地，所述草捆状态检测装置包括限位开关，所述限位开关的转臂用于伸向所述称重平台靠近所述打捆室的一端，并位于所述称重平台的台面与所述打捆室底部的输送面之间。
根据本发明一个实施例的方捆机的草捆动态称重装置，所述称重平台包括支撑座、压力传感器及托盘；所述支撑座用于安装于所述打捆室的出口端的下侧，所述托盘通过所述压力传感器安装于所述支撑座的上侧。
根据本发明一个实施例的方捆机的草捆动态称重装置，所述称重平台还包括角度传感器，所述角度传感器用于检测所述托盘的俯仰角度。
根据本发明一个实施例的方捆机的草捆动态称重装置，所述压力传感器包括多个；和/或，所述压力传感器的一端安装于所述支撑座上，另一端朝向所述托盘的背面，所述压力传感器上形成有下沉孔，所述托盘的背面连接定位销的一端，所述定位销的另一端插装于所述下沉孔内，所述下沉孔的内径大于所述定位销的直径，所述下沉孔的深度小于所述定位销的长度。
根据本发明一个实施例的方捆机的草捆动态称重装置，所述支撑座的一端用于通过吊臂连接所述打捆室的出口端的下侧，以在所述打捆室的出口端形成用于草捆分离输送的台阶；所述支撑座的中部用于通过支撑链组件连接所述打捆室的出口端的上侧。
本发明实施例还提供一种如上所述的方捆机的草捆动态称重装置的称重方法，包括：S1，获取称重平台上的托盘的质量；S2，检测打捆室输出的草捆在称重平台上的分布状态，在单个草捆完全下落至托盘上时，基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息，获取草捆的称重质量。
根据本发明一个实施例的称重方法，S2中，所述基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息，获取草捆的称重质量，进一步包括：以预设的采样频率获取多组采样数据，对所述多组采样数据采用移动平均滤波算法进行数据处理，以获取经过所述移动平均滤波算法处理后的草捆的称重质量。
根据本发明一个实施例的称重方法，还包括：S3，基于草捆的称重质量与其真实质量的比值建立标定模型，采用标定模型对称重质量进行修正，获取经过所述标定模型修正后的草捆的称重质量。
根据本发明一个实施例的称重方法，还包括：获取方捆机实时的位置信息，将所述压力传感器、所述角度传感器所检测到的数据信息分别与所述称重质量及所述位置信息进行对应匹配，并进行同步显示与存储。
本发明实施例提供的一种方捆机的草捆动态称重装置及其称重方法，通过设置草捆状态检测装置，以实时检测打捆室输出的草捆在称重平台上的分布状态，在单个草捆完全下落至称重平台的托盘上时，可基于称重平台获取草捆的称重质量，从而基于对草捆输出状态的识别，可较为准确且便捷地对连续输出的草捆进行在线称重。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的一种方捆机的草捆动态称重装置的第一视角的立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种方捆机的草捆动态称重装置的第二视角的爆炸结构示意图；
图3是本发明实施例所示的草捆的前端刚落入称重平台上，草捆的后端并未触碰到限位开关的转臂的结构示意图；
图4是本发明实施例所示的草捆下落至称重平台上，草捆的后端触碰到限位开关的转臂的结构示意图；
图5是本发明实施例所示的草捆完全位于称重平台上，草捆的后端与限位开关的转臂相分离的结构示意图；
图6是本发明实施例所示的草捆从称重平台上跌落至地面的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的方捆机的草捆动态称重装置的控制结构框图；
图8是本发明实施例提供的一种基于方捆机的草捆动态称重装置的称重方法的流程图；
图9是本发明实施例基于图5中草捆所示的状态进行受力分析的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的方捆机的草捆动态称重装置对输出草捆进行动态称重的软件流程图。
图中，1、称重平台；11、支撑座；12、压力传感器；13、托盘；14、角度传感器；2、打捆室；3、限位开关；4、定位销；5、吊臂；6、支撑链组件；7、草捆。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1与图2，本实施例提供了一种方捆机的草捆动态称重装置，包括：称重平台1，称重平台1用于安装于打捆室2的出口端；草捆状态检测装置，草捆状态检测装置通讯连接称重平台1，并用于检测打捆室2输出的草捆在称重平台1上的分布状态，以实现对草捆输出状态的动态识别。
具体的，本实施例所示的方捆机的草捆动态称重装置，通过设置草捆状态检测装置，以实时检测打捆室2输出的草捆在称重平台1上的分布状态，在单个草捆完全下落至称重平台1的托盘13上时，可基于称重平台1获取草捆的称重质量，从而基于对草捆输出状态的识别，可较为准确且便捷地对连续输出的草捆进行在线称重。
在此应指出的是，本实施例所示的草捆状态检测装置可以为本领域所公知的摄像机、对射式激光传感器及如下实施例所示的限位开关等，在此不作具体限定，只要能够对草捆在称重平台1上的分布状态进行准确识别即可。本实施例所示的称重平台1可以为本领域所公知的电子台秤，也可以为下述实施例所示的结构，其中，为了不影响草捆的输出，称重平台1的台面设置的位置应不高于打捆室2底部的输送面。
如图1与图2所述，在其中一个优选实施例中，称重平台1的台面低于打捆室2底部的输送面，以实现从打捆室2输出的草捆的动态分离；相应地，草捆状态检测装置包括限位开关3，限位开关3的转臂用于伸向称重平台1靠近打捆室2的一端，并位于称重平台1的台面与打捆室2底部的输送面之间。其中，称重平台1包括支撑座11、压力传感器12及托盘13；支撑座11用于安装于打捆室2的出口端，托盘13通过压力传感器12安装于支撑座11的上侧。
由此，可基于限位开关3对草捆的输出状态进行判断，而草捆在称重平台1上的分布状态可分为如下四种：
如图3所示，在草捆7刚从打捆室2的出口端输出时，草捆7相对于水平面呈倾斜向下分布，草捆7的前端刚落入称重平台1上，而草捆7的后端还位于打捆室2的出口端，并未触碰到限位开关3的转臂。
如图4所示，随着草捆7的输送，草捆7下落至称重平台1上，草捆7的后端正好触碰到限位开关3的转臂。
如图5所示，在草捆7继续输送的过程中，草捆7完全位于称重平台1上，草捆7的后端与限位开关3的转臂相分离。
如图6所示，随着草捆7的继续输送，草捆7从称重平台1上跌落至地面，直至与称重平台1相分离。
由上述图3至图6所示，由于在初始状态下，托盘13上没有草捆，从而可通过压力传感器12测量托盘13的质量。随着打捆机开始工作，在打捆室2后续草捆的逐步推送下，当前的草捆开始进入称重平台1，在托盘13与草捆的叠加压力作用下，压力传感器12所检测到的压力将逐渐增大。在草捆为如图4所示的分布状态时，限位开关3的转臂接触到草捆，并输出低电平信号。由于限位开关3对草捆有一定的反作用力，此时称重平台1上的压力传感器12所检测到的压力并未达到最大值，而当草捆为如图5所示的分布状态时，草捆完全位于称重平台1上，且限位开关3的转臂与草捆相分离，此时限位开关3输出高电平信号，压力传感器12所检测到的压力达到最大值，可通过压力传感器12的检测数据，较为准确地获取草捆的称重质量。
优选地，在打捆机作业过程中，受地面起伏及捡拾器升降的影响，支撑座11及托盘13的俯仰角会实时发生变化，从而导致托盘13对压力传感器12所产生的下压力的改变，进而本实施例可在称重平台1上设置角度传感器14，通过角度传感器14检测托盘13的俯仰角度，以对托盘13产生的下压力进行动态修正。
如图2所示，本实施例所示的角度传感器14安装于支撑座11的上表面。托盘13可以为沿着草捆7的输送方向分布的槽状结构。支撑座11可以为板状构件，为了确保支撑座11安装的稳定性，可将支撑座11靠近打捆室2的一端，通过两个吊臂5连接打捆室2的出口端的下侧，以在打捆室2的出口端形成用于草捆分离输送的台阶；同时，还可将支撑座11的中部通过两套支撑链组件6连接打捆室2的出口端的上侧。
如图2所示，本实施例所示的压力传感器12包括多个，例如：压力传感器12可具体设计为四个，四个压力传感器分布于支撑座11的四角部位，四个压力传感器所检测到的压力数据之和为托盘13所产生的下压力。与此同时，可具体将压力传感器12的一端安装于支撑座11上，另一端朝向托盘13的背面，压力传感器12上形成有下沉孔，托盘13的背面连接定位销4的一端，定位销4的另一端插装于下沉孔内，其中，下沉孔的内径大于定位销4的直径，下沉孔的深度小于定位销4的长度，从而可确保托盘13与压力传感器12之间只存在沿竖直方向上的压力关系，在定位销4与下沉孔之间不存在拉力关系。
如图7所示，本实施例还示意了方捆机的草捆动态称重装置的控制结构框图。草捆动态称重装置在控制结构上包括：依次通讯连接的信息采集单元、数据采集处理单元及数据显示与存储单元，信息采集单元包括GPS模块及上述实施例所示的压力传感器、角度传感器及限位开关，GPS模块用于获取打捆机实时的位置信息；数据采集处理单元包括依次通讯连接的A/D转换模块、处理模块及RS485模块；数据显示与存储单元包括显示终端，显示终端可以本领域所公知的触摸屏显示器或LCD显示器。由此，信息采集单元所采集到的数据信息可统一输送至A/D转换模块，以进行模拟信号向数字信号的转换，再通过处理模块的数据处理，可获取草捆的称重质量，通过RS485模块可将相关采集信息与处理信息同步上传至显示终端，显示终端可将压力传感器、角度传感器所检测到的数据信息分别与处理模块计算获取的称重质量及GPS模块获取的位置信息进行对应匹配，并进行同步显示与存储。
优选地，如图8所示，本实施例还提供一种如上所述的方捆机的草捆动态称重装置的称重方法，包括：S1，获取称重平台上的托盘的质量；S2，检测打捆室输出的草捆在称重平台上的分布状态，在单个草捆完全下落至托盘上时，基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息，获取草捆的称重质量。
具体的，在对方捆机输出的草捆进行动态称重时，可具体参照如图10所示的操作流程。
首先，在初始状态下，称重平台的托盘上无草捆，此时，托盘对各个压力传感器所产生的下压力仅为自身的重力分量，由此，系统首先进行初始化参数设置，获取托盘的初始质量并写入程序，检查数据通讯是否正常，并检查数据是否正确。
然后，对限位开关的开关状态进行检测，在检测到限位开关输出开关量信号时(草捆接触限位开关的转臂)，获取压力传感器、角度传感器的实时数据，并在草捆与限位开关的转臂相分离时，同步实时计算草捆的称重质量。
如图9所示，通过对托盘的下压力达到最大并稳定在这一区间的状态进行力学分析，可知这一区间托盘的下压力与压力传感器的反作用力始终处于受力平衡状态，由此可建立数学模型如下：
mgcosα+m’gcosα＝F；
式中：m为单个草捆的称重质量，m’为托盘的质量，α为托盘的俯仰角，F为各个压力传感器的反作用力之和，g为重力加速度。
由于m’为常数项，从而可通过实时同步获取α与F，以获取单个草捆的称重质量。
接着，由于草捆经过称重平台时，采集到的压力信号是由草捆的静态载荷和动态载荷组成，其中，静态载荷为所测草捆的真实质量，动态载荷主要为地面颠簸和机械传动引起的打捆机振动所带来的叠加压力，且打捆机振动带来的噪声信号是往复震荡的。为了获取准确的压力信号，需将原始信号中的动态载荷信号进行有效地去除。
本实施例在S2中，基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息以获取草捆的称重质量时，可具体以预设的采样频率获取多组采样数据，对多组采样数据采用移动平均滤波算法进行数据处理，以获取经过移动平均滤波算法处理后的草捆的称重质量。其中，本实施例可设置采样频率为20Hz，即在每20个数据点求取一次平均值。对于角度传感器的采样信号，由于受到打捆机振动带来的影响，其原始信号同样存在较强的噪声，本实施例同样采取移动平均滤波算法对角度传感器采样的原始信号进行处理，设置每20个数据点求取一次平均值，采样频率同样为20Hz。
由此，基于数据处理后的压力及角度信号，可实时计算草捆的称重质量，其中，可设置采样数为10，通过对10个草捆的称重质量求取算数平均值，可相应地获取草捆的称重质量。
接着，由于在打捆作业过程中，还受到打捆机的结构尺寸及装配等因素的影响，称重系统会存在一定的系统误差，为消除系统误差的影响，本实施例还可设置步骤S3，基于草捆的称重质量与其真实质量的比值建立标定模型，采用标定模型对称重质量进行修正，获取经过标定模型修正后的草捆的称重质量。
具体的，设定在建立标定模型时，获取n个草捆的采样数据，从而可获取如下所示的标定模型：
Figure BDA0002649723960000101
式中：k为标定系数，mpi为各个草捆质量的预测值，mti为各个草捆质量的真实值，n为大于1的自然数。
由此，基于上述标定模型，获取经过标定修正后的草捆质量为m*k，从而可有效消除测量过程中的系统误差，进一步确保了获取的草捆的称重质量的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，包括：
称重平台，所述称重平台用于安装于打捆室的出口端；
草捆状态检测装置，所述草捆状态检测装置通讯连接所述称重平台，用于检测所述打捆室输出的草捆在所述称重平台上的分布状态。
2.根据权利要求1所述的方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，所述称重平台的台面用于低于所述打捆室底部的输送面；
相应地，所述草捆状态检测装置包括限位开关，所述限位开关的转臂用于伸向所述称重平台靠近所述打捆室的一端，并位于所述称重平台的台面与所述打捆室底部的输送面之间。
3.根据权利要求2所述的方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，所述称重平台包括支撑座、压力传感器及托盘；所述支撑座用于安装于所述打捆室的出口端的下侧，所述托盘通过所述压力传感器安装于所述支撑座的上侧。
4.根据权利要求3所述的方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，所述称重平台还包括角度传感器，所述角度传感器用于检测所述托盘的俯仰角度。
5.根据权利要求3所述的方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，所述压力传感器包括多个；和/或，所述压力传感器的一端安装于所述支撑座上，另一端朝向所述托盘的背面，所述压力传感器上形成有下沉孔，所述托盘的背面连接定位销的一端，所述定位销的另一端插装于所述下沉孔内，所述下沉孔的内径大于所述定位销的直径，所述下沉孔的深度小于所述定位销的长度。
6.根据权利要求3所述的方捆机的草捆动态称重装置，其特征在于，所述支撑座的一端用于通过吊臂连接所述打捆室的出口端的下侧，以在所述打捆室的出口端形成用于草捆分离输送的台阶。
7.一种根据权利要求1至6任一所述的方捆机的草捆动态称重装置的称重方法，其特征在于，包括：
S1，获取称重平台上的托盘的质量；
S2，检测打捆室输出的草捆在称重平台上的分布状态，在单个草捆完全下落至托盘上时，基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息，获取草捆的称重质量。
8.根据权利要求7所述的称重方法，其特征在于，S2中，所述基于称重平台上的压力传感器与角度传感器所检测到的数据信息，获取草捆的称重质量，进一步包括：
以预设的采样频率获取多组采样数据，对所述多组采样数据采用移动平均滤波算法进行数据处理，以获取经过所述移动平均滤波算法处理后的草捆的称重质量。
9.根据权利要求7或8所述的称重方法，其特征在于，还包括：
S3，基于草捆的称重质量与其真实质量的比值建立标定模型，采用标定模型对称重质量进行修正，获取经过所述标定模型修正后的草捆的称重质量。
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