CN112640668A - 一种滚筒脱粒机及其自适应调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚筒脱粒机及其自适应调速方法。滚筒脱粒机包括检测组件，所述检测组件包括：用于获取所脱物料湿度的湿度传感器；用于获取脱粒滚筒所受的转动阻力的阻力采集器；用于获取脱粒滚筒转速的转速传感器；检测组件以及驱动单元均与控制单元建立信号连接关系，控制单元根据湿度传感器以及阻力采集器反馈的相应信号确定脱粒滚筒的最佳脱粒转速，将转速传感器反馈的实际脱粒转速与最佳脱粒转速进行对比，进而控制驱动单元调节脱粒滚筒的实际脱粒转速至最佳脱粒转速。本发明的滚筒脱粒机根据所获取的这些参数，准确方便地将实际脱粒转速调节至于最佳脱粒转速相一致的状态，进而保证了较好的脱粒效果。

Description

一种滚筒脱粒机及其自适应调速方法

技术领域

本发明涉及一种农业收获机械领域，尤其涉及一种滚筒脱粒机及其自适应调速方法。

背景技术

钉齿式滚筒轴流脱粒机作为目前谷物联合收获装备主流的脱粒装备，适用作物种类广泛。由于适用作物种类繁多，且同一作物在不同的收获期，物料含水率（干湿程度）差异较大，故在联合收获时，要想获得不同干湿程度情况下物料的最佳脱粒性能指标，所要求的脱粒滚筒最佳转速也不尽相同。

现有谷物联合收获机脱粒滚筒转速的调节方式多为手动调节，且转速的调整多凭操作人员的经验，调节的方式多通过更换传动链轮或皮带轮，实现传动比的有级调节，这样的调节方式比较单一，而且调节过程需停机，不仅耗时较长，也不易根据脱粒物料的状态实时调整转速以满足最佳的脱粒性能指标。因此，目前的滚筒脱粒机转速调控不便，脱粒效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚筒脱粒机，用以解决现有的滚筒脱粒机转速调控不便、脱粒效果差的问题。同时，本发明还提供了滚筒脱粒机的自适应调速方法，以实现方便的调速并保证较好的脱粒效果。

本发明的滚筒脱粒机包括：

机架；

凹板筛，固定于机架上；

顶盖，固定于机架上，且与凹板筛相对构成滚筒腔；

脱粒滚筒，转动安装在滚筒腔内，且配置有控制单元和驱动单元；

滚筒脱粒机还包括检测组件，所述检测组件包括：

湿度传感器，用于获取所脱物料的湿度；

阻力采集器，用于获取脱粒滚筒所受的转动阻力；

转速传感器，用于获取脱粒滚筒的转速；

检测组件以及驱动单元均与控制单元建立信号连接关系，控制单元根据湿度传感器以及阻力采集器反馈的相应信号确定脱粒滚筒的最佳脱粒转速，将转速传感器反馈的实际脱粒转速与最佳脱粒转速进行对比，进而控制驱动单元调节脱粒滚筒的实际脱粒转速至最佳脱粒转速。

本发明的滚筒脱粒机通过检测组件能够获取所脱物料湿度、脱粒滚筒所受的转动阻力以及脱粒滚筒的转速，根据所获取的这些参数，控制单元能够判断当前的实际脱粒转速是否与最佳脱粒转速所匹配，准确方便地将实际脱粒转速调节至于最佳脱粒转速相一致的状态，进而保证了较好的脱粒效果。

进一步的，滚筒腔具有物料进口和物料出口，湿度传感器布置在物料进口处。这样能够在物料进入脱粒滚筒前获取物料的湿度，对脱粒转速的调节更加及时。

进一步的，所述脱粒滚筒为钉齿式脱粒滚筒，所述阻力采集器安装在钉齿式脱粒滚筒的脱粒钉齿上。这样能够较为准确的检测脱粒滚筒所受的阻力，进而能够较为准确的确定最佳脱粒速度，能够保证较好的脱粒效果。

进一步的，所述阻力采集器有多个，且均匀分布在脱粒滚筒的不同脱粒钉齿上。这样进一步保证了滚筒转动阻力检测的准确性，进而能够测算出较为准确的最佳脱粒速度。

而且优选地，所述阻力采集器与控制单元通过无线发射模块建立信号连接关系。这样能够避免阻力采集器与控制单元之间的信号传输线路受脱粒滚筒转动的影响，简化了机械结构，保证了滚筒脱粒机运行的可靠性和稳定性。

进一步的，所述钉齿式脱粒滚筒包括主转轴、与主转轴固定连接的幅盘以及连接在幅盘外边缘的多根齿杆，脱粒钉齿轴向间隔安装在齿杆上，所述阻力采集器包括对称安装在脱粒钉齿根部的电阻应变片传感器，无线发射模块安装在主转轴上，阻力采集器与无线发射模块通过导线连接。这种结构形式能够保证较为准确的采集脱粒滚筒的转动阻力，阻力采集器与无线发射模块之间通过导线连接，保证了在转动过程中信号传递的可靠性和稳定性，而且两者所处的位置也便于布线。

更进一步的，所述无线发射模块配置有电源模块，主转轴上安装有模块固定座，模块固定座包括对扣连接的分瓣固定座，分瓣固定座上分别设有安装槽，电源模块以及无线发射模块分别固定在安装槽中，分瓣固定座通过螺栓组件连接。这样能够在较为可靠的固定安装电源模块以及无线发射模块的同时，尽可能的减少对主转轴的动平衡的影响。

此外，所述驱动单元包括驱动电机以及传动皮带，转速传感器对应于驱动电机的转轴布置，用以检测驱动电机转轴的转速。控制单元对脱粒速度的调节主要通过对驱动电机转速的调节，那么通过对驱动电机的转速的检测来获取实际脱粒速度，为后续对驱动电机转速的调节提供依据，使控制逻辑较为简单。

本发明的滚筒脱粒机的自适应调速方法，包括：

建立以力值、湿度值为变量的力、湿度与最佳脱粒转速之间的拟合方程；

分别测算在脱粒工作时，脱粒滚筒所受转动阻力的力值、脱粒物料的湿度以及当前实际脱粒转速；

对比当前实际脱粒转速与最佳脱粒转速，如两者不一致，将当前实际脱粒转速调整至最佳脱粒转速。

采用本发明的调速方法可根据脱粒元件受力情况和物料干湿度状态对脱粒滚筒转速进行调整，可实现脱粒机性能指标的最优化。

优化的，转速的调整为实时调整，保证了整个脱粒过程中都保持较好的脱粒效果。

附图说明

图1为本发明的滚筒脱粒机的实施例一的结构示意图；

图2为脱粒滚筒的结构示意图；

图3为显示主转轴以及其上安装的无线发射模块的结构示意图；

图4为显示钉齿以及其上安装的电阻应变片传感器的结构示意图；

图5为显示滚筒脱粒机的物料进口处的结构示意图；

图6为显示驱动单元处的结构示意图；

图7为本发明的滚筒脱粒机的转速自适应调控方法的控制逻辑图。

图中：1、机架；2、脱粒滚筒；21、主转轴；22、幅盘；23、齿杆；24、脱粒钉齿；25、信号传输模块；250、电源模块；251、分瓣固定座；252、无线发射模块；26、连接板；27、固定套筒；28、轴承座；3、凹板筛；4、顶盖；5、接料斗；6、驱动电机；60、传动皮带；7、物料进口；8、湿度传感器；9、电阻应变片传感器；10、光电传感器；11、光敏元件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明的滚筒脱粒机的具体实施例一：

如图1所示，滚筒脱粒机包括机架1、脱粒滚筒2、凹板筛3、顶盖4、接料斗5、驱动电机6以及传动皮带60。凹板筛3以及顶盖4固定安装在机架1上并构成圆柱状的滚筒腔，脱粒滚筒2转动安装在机架1上，且同轴布置在滚筒腔内而能够在滚筒腔内转动，滚筒腔的水平一侧具有物料入口7，滚筒腔的下侧设有物料出口，接料斗5正对物料出口放置，用于盛接脱下的谷物颗粒。驱动电机6通过传动皮带60与脱粒滚筒2相连，为脱粒滚筒提供转动动力。

如图2所示，脱粒滚筒2主要由主转轴21、幅盘22、齿杆23、脱粒钉齿24、连接片26、固定套筒27以及轴承座28组成。轴承座28安装在主转轴21的两端，用于相对机架1转动支撑脱粒滚筒2。主转轴21与轴承座28的内侧固定连接有固定套筒27，固定套筒27的一端具有连接法兰，且通过连接法兰固定连接有幅盘22，幅盘22的外边缘通过连接片26连接齿杆23，脱粒钉齿24有多个且沿齿杆23的长度方向间隔布置。连接片26为三角形片体，且在靠近一角位置设有穿装孔，齿杆23固定穿装在穿装孔中，连接片23通过螺栓组件与幅盘22固定连接。

在主转轴21的长度方向上，幅盘22有四个，且处于两端的两个幅盘22通过固定套筒27与主转轴21连接，处于中部的幅盘22与主转轴21相隔离，主转轴21从其中心孔中穿过。齿杆23有六根，且在幅盘22的圆周方向上均匀间隔布置，每根齿杆23上的脱粒钉齿24径向向外延伸。

本实施例的滚筒脱粒机还包括控制单元以及检测组件，检测组件以及驱动单元均与控制单元建立有信号连接关系。所述检测组件包括用于获取所脱物料湿度的湿度传感器，用于获取脱粒滚筒所受的转动阻力的阻力采集器以及用于获取脱粒滚筒转速的转速传感器。

如图3-6所示，湿度传感器8布置在物料进口7处，在物料进入脱粒滚筒前获取物料的湿度，其通过导线与控制单元连接，并能够将湿度信号传递给控制单元。

阻力采集器包括对称安装在脱粒钉齿24根部的两个电阻应变片传感器9，电阻应变片传感器9通过导线连接有信号传输模块25。信号传输模块25包括电源模块250以及无线发射模块252，无线发射模块252具备力信号接收和力信号无线发射功能，控制单元包括PLC信号处理模块以及无线力信号接收模块。信号传输模块25能够将其通过导线接收到的电阻应变片传感器检测到的阻力信号通过无线通讯的方式传递给控制单元。也就是说，阻力采集器与控制单元通过无线发射模块建立信号连接关系，这样能够避免阻力采集器与控制单元之间的信号传输线路受脱粒滚筒转动的影响，简化了机械结构，保证了滚筒脱粒机运行的可靠性和稳定性。

从结构上来看，电源模块250以及无线发射模块252通过模块固定座安装在主转轴21上，模块固定座包括两个分瓣固定座251，两个分瓣固定座251对扣且通过螺栓组件锁紧连接在主转轴21上，两个分瓣固定座251上分别设有安装槽，电源模块250以及无线发射模块252分别固定在安装槽中。

上述的阻力采集器有多个，且相对脱粒滚筒2均匀分布在不同的脱粒钉齿24上。这样进一步保证了滚筒转动阻力检测的准确性，进而能够测算出较为准确的最佳脱粒速度。

转速传感器为光电式转速传感器，包括光电传感器10以及配套的光敏元件11，其中光敏元件11固定在驱动电机6的输出轴的轴端，光电传感器10固定在机架1上且与光敏元件11对应。转速传感器通过检测驱动电机的转速并通过导线传递给控制单元，从而确定脱粒滚筒的实时转速。

控制单元包括信号接收模块、PLC信号处理模块、信号显示模块以及执行机构等组成。

本发明的滚筒脱粒机在工作时，通过以下方法来实现对转速的自适应调整：

首先，控制单元的PLC信号处理模块中存储有以力值、湿度值为变量建立的力、湿度与最佳脱粒转速之间的拟合方程；其中，拟合方程是基于大量的台架试验数据来确定，结合数据分析、数学统计、曲线拟合等方法，确定相关系数以及方程的最终形式。在保证最佳脱粒效率的前提下，针对不同湿度的同一种作物开展脱粒试验，并检测相关数据，力信号X1、湿度信号X2分别由对应的传感器得到，转速Y由转速传感器测得。最佳滚筒转速由脱粒效果确定，具体的评价指标为脱净率。脱净率越高，脱粒效果越好。在得到不同湿度下作物脱粒的最佳转速后，采用Matlab方程拟合工具箱，对得到的数据进行曲线拟合，最终得到力、湿度与最佳滚筒转速之间的拟合方程，从而为后续提供控制模型，基于该模型得到的最佳滚筒转速为标准值，并转化为标准频率。

脱粒过程中，脱粒钉齿与物料碰撞产生微小弹性形变，粘贴在脱粒元件上的电阻应变片传感器也随之产生变形并将这一力信号转换为电信号，并最终传递给控制单元，控制单元的PLC信号处理模块对多个点位的信号进行异常信号代替、数据消噪等预处理后得到最终的力信号X1；位于进料口的湿度传感器会跟物料相接触，得到所脱物料的湿度信号X2，经导线将信号直接传递控制单元；脱粒钉齿上的力信号X1和所脱物料的湿度信号X2经过预处理之后，由PLC信号处理模块进行分析，根据控制模型，解算得出此状态下，脱粒滚筒所需的的最佳脱粒转速，如果解算得出的最佳脱粒转速与实际脱粒转速不一致，PLC信号处理模块向执行机构发出指令，执行机构对驱动电机的转速进行实时调整。

本发明的滚筒脱粒机通过检测组件能够获取所脱物料湿度、脱粒滚筒所受的转动阻力以及脱粒滚筒的转速，根据所获取的这些参数，控制单元能够判断当前的实际脱粒转速是否与最佳脱粒转速所匹配，准确方便地将实际脱粒转速调节至于最佳脱粒转速相一致的状态，进而保证了较好的脱粒效果。

当然，本发明的滚筒脱粒机并不仅限于上文介绍的实施例，在其他实施例中还可以有多种变形。

例如在其他实施例中，与上文介绍的实施例不同的是，滚筒脱粒机的脱粒滚筒可以为纹杆滚筒，或者纹杆滚筒与钉齿滚筒相组合的形式，此时，阻力采集器可以安装在脱粒滚筒的滚轴上，通过检测其扭矩来测算其所受阻力，此时阻力采集器可以为一个；或者将多个阻力采集器均匀间隔的安装在纹杆上。

例如在其他实施例中，与上文介绍的实施例不同的是，湿度传感器布置在滚筒腔内，例如齿杆上或者脱粒钉齿上。

例如在其他实施例中，与上文介绍的实施例不同的是，阻力采集器与控制单元之间可以通过导线连接实现信号传输，主转轴的中心可以设置轴向延伸的布线孔，导线通过布线孔从滚筒腔内引出滚筒腔外。

再例如，在其他实施例中，与上文介绍的实施例不同的是，驱动单元包括减速电机，减速电机直接传动连接脱粒滚筒，并带动脱粒滚筒转动。

本发明的滚筒脱粒机自适应调速方法的具体实施例：如图7所示，其具体步骤和方法，与上文介绍的滚筒脱粒机的实施例中的转速自适应调整方法相同，本文不再赘述。上文介绍的滚筒脱粒机的实施例中的转速自适应调整方法中，转速的调整为实施调整，而在其他滚筒脱粒机自适应调速方法的实施例中，转速的调整可以为间歇性的调整，比如在每个单位时间进行一次调整。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种滚筒脱粒机，包括：

机架（1）；

凹板筛（3），固定于机架（1）上；

顶盖（4），固定于机架（1）上，且与凹板筛（3）相对构成滚筒腔；

脱粒滚筒（2），转动安装在滚筒腔内，且配置有控制单元和驱动单元；

其特征是，

滚筒脱粒机还包括检测组件，所述检测组件包括：

湿度传感器（8），用于获取所脱物料的湿度；

阻力采集器，用于获取脱粒滚筒（2）所受的转动阻力；

转速传感器，用于获取脱粒滚筒（2）的转速；

检测组件以及驱动单元均与控制单元建立信号连接关系，控制单元根据湿度传感器（8）以及阻力采集器反馈的相应信号确定脱粒滚筒（2）的最佳脱粒转速，将转速传感器反馈的实际脱粒转速对最佳脱粒转速进行对比，进而控制驱动单元调节脱粒滚筒（2）的实际脱粒转速至最佳脱粒转速。

2.根据权利要求1所述的滚筒脱粒机，其特征是，滚筒腔具有物料进口（7）和物料出口，湿度传感器（8）布置在物料进口（7）处。

3.根据权利要求1或2所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述脱粒滚筒（2）为钉齿（24）式脱粒滚筒（2），所述阻力采集器安装在钉齿（24）式脱粒滚筒（2）的脱粒钉齿（24）上。

4.根据权利要求3所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述阻力采集器有多个，且均匀分布在脱粒滚筒（2）的不同脱粒钉齿（24）上。

5.根据权利要求3所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述阻力采集器与控制单元通过无线发射模块（252）建立信号连接关系。

6.根据权利要求5所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述钉齿（24）式脱粒滚筒（2）包括主转轴（21）、与主转轴（21）固定连接的幅盘（22）以及连接在幅盘（22）外边缘的多根齿杆（23），脱粒钉齿（24）轴向间隔安装在齿杆（23）上，所述阻力采集器包括对称安装在脱粒钉齿（24）根部的电阻应变片传感器（9），无线发射模块（252）安装在主转轴（21）上，阻力采集器与无线发射模块（252）通过导线连接。

7.根据权利要求6所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述无线发射模块（252）配置有电源模块（250），主转轴（21）上安装有模块固定座，模块固定座包括对扣连接的分瓣固定座（251），分瓣固定座（251）上分别设有安装槽，电源模块（250）以及无线发射模块（252）分别固定在安装槽中，分瓣固定座（251）通过螺栓组件连接。

8.根据权利要求1或2所述的滚筒脱粒机，其特征是，所述驱动单元包括驱动电机（6）以及传动皮带（60），转速传感器对应于驱动电机（6）的转轴布置，用以检测驱动电机（6）转轴的转速。

9.一种滚筒脱粒机自适应调速方法，其特征是，包括：

建立以力值、湿度值为变量的力、湿度与最佳脱粒转速之间的拟合方程；

分别测算在脱粒工作时，脱粒滚筒所受转动阻力的力值、脱粒物料的湿度以及当前实际脱粒转速；

对比当前实际脱粒转速与最佳脱粒转速，如两者不一致，将当前实际脱粒转速调整至最佳脱粒转速。

10.根据权利要求9所述的滚筒脱粒机自适应调速方法，其特征是，转速的调整为实时调整。

Images