CN113366968B - 一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置及控制方法，包括环形外壳体、配重滑块、环形导轨、环形内壳体、永磁铁和动平衡检测系统；环形内壳体位于环形外壳体里面，环形导轨安装在环形外壳体和环形内壳体之间，配重滑块有多个且沿环形导轨周向分布，每个配重滑块均设有电磁螺线管；永磁铁周向均匀排列于内壳体内壁；动平衡检测系统包括检测机构和控制器；检测机构用于测量脱粒滚筒轴的振动信号和脱粒滚筒的转速；控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线控制电磁螺线管的电流，从而控制配重滑块在环形导轨上移动，实现联合收割机脱粒滚筒在线主动动平衡调节，提升脱粒效果和工作效率。

Description

一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置及控制方法
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，尤其涉及一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置及控制方法。
背景技术
转子在农用机械中被广泛使用，而转子的不平衡问题加剧了整机的振动与噪声，进而导致工作效果降低，机器故障频发，机器工作寿命缩短。脱粒滚筒是联合收获机进行脱粒分离的主要工作部件，在装配前通常会在动平衡机上进行平衡，但由于动平衡机无法确保支承状态与机器完全相同，且装配后转子的边界条件改变，同时又受到传动部件的影响，故转子运转时会产生新的不平衡。
脱粒滚筒的传动具有传动多级、传动路径较长的特征，尤其当工作转速较高时，链传动的运动不均匀性便逐渐显现出来，加剧了链的振动与冲击，破坏了脱粒滚筒稳定的工作状态，进而影响其平衡状态。
转子平衡原理的中心思想是消除多余的惯性离心力，使其合力为零，通常采用加重或去重的方式。在确定转子不平衡的位置及大小后，可在该位置通过打孔等方式去除一定的质量，消除多余的离心力；或者在其反方向通过焊接、加装垫片等方式进行加重，使加重产生的离心力与转子原有不平衡质量产生的离心力互相抵消。现有的动平衡方法是在回转件不平衡量的反向添加配重，这对于轴向直接传动的回转件具有较好的平衡效果。而带、链传动均属于侧边偏载传动，其对回转件不平衡量的影响，更多的体现在相位上。而传统的在线动平衡方式往往忽略了传动对不平衡相位的影响，这就导致了平衡效果不佳，许用剩余不平衡量达不到要求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置及控制方法，通过在线动平衡检测系统的加速度传感器和转速传感器分别采集脱粒滚筒振动和转速信号，控制器对信号进行处理，计算脱粒滚筒的不平衡量，即相位和所需配重，控制配重滑块沿环形导轨到达指定位置，能够实现联合收割机脱粒滚筒在线主动动平衡调节，减少检修时间，提升联合收割机脱粒滚筒的脱粒效果和工作效率。
本发明的技术方案是：一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置，包括环形外壳体、配重滑块、环形导轨、环形内壳体、永磁铁和动平衡检测系统；
所述环形内壳体位于环形外壳体里面，所述环形导轨安装在环形外壳体和环形内壳体之间，所述配重滑块有多个且沿环形导轨周向分布，每个配重滑块均设有电磁螺线管；永磁铁周向均匀排列于内壳体内壁；所述动平衡检测系统包括检测机构和控制器；所述检测机构用于测量脱粒滚筒轴的振动信号和脱粒滚筒的转速；所述控制器分别与检测机构和电磁螺线管连接。
上述方案中，所述检测机构包括加速度传感器和转速传感器；所述加速度传感器用于测量脱粒滚筒轴的振动信号；所述转速传感器用于测量脱粒滚筒的转速。
上述方案中，所述控制器分别与加速度传感器和转速传感器连接；所述加速度传感器测量脱粒滚筒轴的振动信号，转速传感器测量脱粒滚筒的转速，并将信号传送给控制器，控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线控制电磁螺线管的电流，从而控制配重滑块在环形导轨上移动，当到达指定位置时停止，平衡完成。
上述方案中，所述环形内壳体用于套接在脱粒滚筒幅盘上，与脱粒滚筒轴同心安装。
上述方案中，所述永磁铁的磁极沿内壳体法线方向。
一种根据所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，包括以下步骤：
联合收割机进行脱粒作业时，所述动平衡检测系统的检测机构测量脱粒滚筒轴的振动信号和脱粒滚筒的转速并传递给控制器；控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线控制电磁螺线管的电流，从而控制配重滑块在环形导轨上移动，当到达指定位置时停止，平衡完成。
上述方案中，所述控制器控制电磁螺线管的电流具体为：对电磁螺线管通三相交流电时，产生行波磁场，为配重滑块在环形导轨上移动提供推力；对电磁螺线管通直流电时，产生固定磁场其磁极不再发生变化，与内壳体内壁所布置的永磁铁产生吸引力，配重滑块固定在指定位置。
进一步的，所述配重滑块的移动速度通过以下方法控制：
依据行波磁场的移动速度公式：Vs＝2τf，式中τ为极距，f为电枢电源的频率，控制器通过控制电枢电源的频率改变配重滑块的移动速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开的一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置可套接在脱粒滚筒上，安装调节方便，采用可以沿环形导轨移动的配重滑块平衡脱粒滚筒的不平衡重量和相位，且通过电磁驱动，结构简单易于实现；通过在线动平衡检测系统采集脱粒滚筒的振动信号与转速信号，计算其不平衡量，相较于机上动平衡的局限性，具有不必拆卸机器、减少检修时间、操作方便、平衡精度高、实时调节等优点。
附图说明
图1为本发明一实施方式的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的轴侧示意图；
图2为本发明一实施方式的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的结构示意图；
图3为本发明一实施方式的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的配重滑块结构示意图；
图4为本发明一实施方式的联合收割机脱粒滚筒自动平衡方法流程图。
图中：1-外壳体、2-配重滑块、21-电磁螺线管、22-导线、3-环形导轨、4-内壳体、5-永磁铁、6-脱粒滚筒幅盘、7-脱离滚筒轴。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1所示为所述联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的一种较佳实施方式，所述联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置包括环形外壳体1、配重滑块2、环形导轨3、环形内壳体4、永磁铁5和动平衡检测系统；所述环形内壳体4位于环形外壳体1里面，所述环形导轨3安装在环形外壳体1和环形内壳体4之间，所述配重滑块2有多个且沿环形导轨3周向分布，每个配重滑块2均设有电磁螺线管21；永磁铁5周向均匀排列于内壳体4内壁；根据本实施例，优选的，所述动平衡检测系统包括检测机构和控制器；所述检测机构用于测量脱粒滚筒轴7的振动信号和脱粒滚筒的转速；所述控制器分别与检测机构和电磁螺线管21连接。所述检测机构包括加速度传感器和转速传感器；所述加速度传感器用于测量脱粒滚筒轴7的振动信号；所述转速传感器用于测量脱粒滚筒的转速。所述控制器分别与加速度传感器和转速传感器连接；所述加速度传感器测量脱粒滚筒轴7的振动信号，转速传感器测量脱粒滚筒的转速，并将信号传送给控制器，控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线22控制电磁螺线管21的电流，从而控制配重滑块2在环形导轨3上移动，当到达指定位置时停止，平衡完成。
如图2、图3所示，所述配重滑块2有多个且沿环形导轨3周向分布，每个配重滑块2均设有电磁螺线管21，通过导线22传输电流控制配重滑块2沿环形导轨3滑动或停止；所述永磁铁5周向均匀排列于内壳体4内壁，其磁极沿内壳体4法线方向。
如图4所示，所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，主要如下：
联合收割机进行脱粒作业前，安装、调节好动平衡在线检测系统，在线动平衡检测系统包括控制程序和硬件，根据本实施例优选的，所述在线动平衡检测系统可以选用文献《陆佳慧.联合收获机多滚筒结构在线动平衡检测系统设计与试验[D].江苏大学,2019.》中江苏大学多滚筒在线动平衡检测系统。
联合收割机进行脱粒作业时，加速度传感器和转速传感器分别采集脱粒滚筒的振动信号和转速信号，并发送到在线动平衡检测系统，对信号进行滤波除杂处理，计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，根据本实施例优选的，所述相位和所需配重的计算可以根据文献《陆佳慧.联合收获机多滚筒结构在线动平衡检测系统设计与试验[D].江苏大学,2019.》中采用试重法，即利用转子的初始振动、试重和加重后的振动组成矢量关系，通过坐标运算得出需要加载的配重和质量；考虑到链传动包角的大小及位置会直接影响两个等效不平衡量的相位，且包角的临界点即90度、270度方向链传动产生的振动较大，故可选择两个临界点附近受力较大的链齿相位作为等效不平衡量的相位。
控制器根据上述计算结果发出指令控制配重滑块2在环形导轨3上移动，当到达指定位置时配重滑块停止，平衡完成。
所述联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，依据直流电动机原理，当对电磁螺线管21通三相交流电时，产生行波磁场，为配重滑块2在环形导轨3上移动提供推力；当对电磁螺线管21通直流电时，产生固定磁场其磁极不再发生变化，与内壳体4内壁所布置的永磁铁5产生吸引力，配重滑块2固定在指定位置。
依据行波磁场的移动速度公式：Vs＝2τf，式中τ为极距，f为电枢电源的频率，可通过控制电枢电源的频率改变配重滑块2的移动速度，也可通过改变电流的输入方向控制配重滑块的移动方向。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置，其特征在于，包括环形外壳体(1)、配重滑块(2)、环形导轨(3)、环形内壳体(4)、永磁铁(5)和动平衡检测系统；
所述环形内壳体(4)位于环形外壳体(1)里面，所述环形导轨(3)安装在环形外壳体(1)和环形内壳体(4)之间，所述配重滑块(2)有多个且沿环形导轨(3)周向分布，每个配重滑块(2)均设有电磁螺线管(21)；永磁铁(5)周向均匀排列于环形内壳体(4)内壁；所述动平衡检测系统包括检测机构和控制器；所述检测机构用于测量脱粒滚筒轴(7)的振动信号和脱粒滚筒的转速；所述控制器分别与检测机构和电磁螺线管(21)连接；
所述检测机构包括加速度传感器和转速传感器；
所述加速度传感器用于测量脱粒滚筒轴(7)的振动信号；所述转速传感器用于测量脱粒滚筒的转速；
所述控制器分别与加速度传感器和转速传感器连接；所述加速度传感器测量脱粒滚筒轴(7)的振动信号，转速传感器测量脱粒滚筒的转速，并将信号传送给控制器，控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线(22)控制电磁螺线管(21)的电流，从而控制配重滑块(2)在环形导轨(3)上移动，当到达指定位置时停止，平衡完成。
2.根据权利要求1所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置，其特征在于，所述环形内壳体(4)用于套接在脱粒滚筒幅盘(6)上，与脱粒滚筒轴(7)同心安装。
3.根据权利要求1所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置，其特征在于，所述永磁铁(5)的磁极沿环形内壳体(4)法线方向。
4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
联合收割机进行脱粒作业时，所述动平衡检测系统的检测机构测量脱粒滚筒轴(7)的振动信号和脱粒滚筒的转速并传递给控制器；控制器计算脱粒滚筒的不平衡量，包括相位和所需配重，并根据相位和所需配重的结果通过导线(22)控制电磁螺线管(21)的电流，从而控制配重滑块(2)在环形导轨(3)上移动，当到达指定位置时停止，平衡完成。
5.根据权利要求4所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，其特征在于，所述控制器控制电磁螺线管(21)的电流具体为：对电磁螺线管(21)通三相交流电时，产生行波磁场，为配重滑块(2)在环形导轨(3)上移动提供推力；对电磁螺线管(21)通直流电时，产生固定磁场其磁极不再发生变化，与环形内壳体(4)内壁所布置的永磁铁(5)产生吸引力，配重滑块(2)固定在指定位置。
6.根据权利要求5所述的联合收割机脱粒滚筒自动平衡装置的控制方法，其特征在于，所述配重滑块(2)的移动速度通过以下方法控制：
依据行波磁场的移动速度公式：Vs＝2τf，式中τ为极距，f为电枢电源的频率，控制器通过控制电枢电源的频率改变配重滑块(2)的移动速度。
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