CN113519279B - 变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统及自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统及自适应控制方法，包括液压驱动系统、在线监测系统、自适应控制系统、行驶前进速度执行机构和声音报警器。液压驱动系统可实现脱粒滚筒直径的调节并实现直径调节后的自锁。在线监测系统可实时监测收割机行驶前进速度、液压式变直径滚筒脱粒装置的脱粒间隙，以及空心液压缸无杆腔端的油压。自适应控制系统将监测的实时油压参数与参考模型中的对应的油压参数范围进行比较判断，自适应调节行驶前进速度和脱粒间隙，以解决联合收割机在工作过程中存在物料堵塞的难题。本发明可提高液压式变直径脱粒滚筒纵轴流联合收割机的无故障工作时间和收获效率。

Description

变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统及自适应控制方法

技术领域

本发明涉及农业机械装备技术领域，尤其是一种用于纵轴流联合收割机的变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统及自适应控制方法。

背景技术

水稻在中国的种植面积十分广泛、品种众多，由于不同地域间的地形地貌、土壤环境、阳光照射时长等条件均有所不同，这些因素造成了水稻的生长密度、生物力学特性均有较大的区别。近年来我国大量种植超级稻，其具有单产高、长势密、茎秆粗、含水率高等特点。上述原因导致联合收割机在工作过程中喂入量大且波动大，容易造成脱粒装置堵塞。

脱粒间隙和喂入量是影响脱粒装置脱粒性能的两个主要因素，可通过改变喂入量通过调节联合收割机的行驶前进速度和改变脱粒间隙有效解决脱粒装置堵塞的难题。目前改变脱粒间隙有两种方法：其一是改变凹板筛的位置，如专利CN 106489447 B；其二是改变脱粒滚筒的直径，如专利CN 108142110B。

为满足收获机械的智能化发展提高工作效率，目前针对调节凹板筛位置改变脱粒间隙的自适应防堵塞控制系统设计方法有大量的报道。如专利CN 102273359B通过监测滚筒的转速和扭矩、专利CN 102804980通过监测凹板筛的压力、专利CN 105230229B通过监测谷物流量和专利 CN 110337859B通过监测凹板筛所受的切向力来自动调节凹板筛的位置实现防堵。

发明内容

为解决现有变直径脱粒滚筒无法实时调节滚筒直径而改变脱粒间隙的问题，本发明提供了一种变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统及自适应控制方法，以实现基于多参数的滚筒直径自适应调控。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统，其特征在于：包括液压驱动系统、在线监测系统、自适应控制系统、行驶速度执行机构；

所述液压驱动系统包括用于驱动喂入端直径调节装置、尾端直径调节装置、脱粒齿杆的喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸，以及逻辑阀、三位四通电磁比例换向阀、同步阀和液压锁；所述逻辑阀进油口与进油路连接，出油口与三位四通电磁比例换向阀主进油口P1连接；所述三位四通电磁比例换向阀主出油口T1与回油路连接，进出油口A和进出油口B分别与两个同步阀之一的油口连接；两个所述同步阀的油口分别与构成液压锁的液控单向阀的油口连接；构成液压锁的液控单向阀油口分别与喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸进出油口连接；

所述在线监测系统包括油压传感器、位移传感器和行驶速度传感器；所述油压传感器设置在喂入端空心液压缸和/或尾端空心液压缸的无杆腔端内，用于实时监测喂入端空心液压缸无杆腔油压的变化；所述位移传感器底座端固定在尾端直径调节装置上，感应端与脱粒齿杆连接，用于监测脱粒齿杆的位置实时测得脱粒滚筒的直径；所述行驶速度传感器安装在联合收割机驱动轮上，用于根据联合收割机驱动轮的转速实时测得机器的行驶前进速度；

行驶速度执行机构、油压传感器、位移传感器和行驶速度传感器均与自适应控制系统通讯连接，所述自适应控制系统还与三位四通电磁比例换向阀连接；

自适应控制系统根据脱粒滚筒的直径实时计算获得脱粒间隙的大小，并基于油压、行驶前进速度向行驶速度执行机构、三位四通电磁比例换向阀发送控制指令。

进一步地，所述喂入端直径调节装置、尾端直径调节装置相同；所述喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸相同。

进一步地，还包括第一直动式溢流阀，所述第一直动式溢流阀进油口与液压马达M连接，出油口与回油路连接。

进一步地，还包括第二直动式溢流阀，所述第二直动式溢流阀进油口与逻辑阀连接，出油口与回油路连接。

进一步地，还包括流量控制阀，所述流量控制阀进油口与逻辑阀连接，出油口与回油路连接。

进一步地，还包括声音报警器，所述声音报警器与自适应控制系统相连。

所述的变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的自适应控制方法，其特征在于，首先利用田间试验或台架试验获得不同脱粒间隙和不同行驶前进速度情况下油压的变化数据，根据喂入端空心液压缸和/或尾端空心液压缸无杆腔的油压、脱粒间隙和行驶前进速度建立多参数关联自适应调控模型；自适应控制系统基于多参数关联自适应调控模型，根据纵轴流变直径滚筒脱粒装置的脱粒间隙、联合收割机的行驶前进速度以及喂入端空心液压缸和/或尾端空心液压缸的无杆腔端的油压，及时调整联合收割机的行驶前进速度、通过控制液压驱动系统的工作调整滚筒直径。

进一步地，自适应控制系统调整联合收割机的行驶前进速度、滚筒直径的控制策略如下：当线监测系统的油压传感器监测的喂入端空心液压缸和/或尾端空心液压缸的无杆腔端的油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内时：

当监测油压值大于所述模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统的三位四通电磁比例换向阀的控制线圈a，驱动喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸同步缩进调小变直径脱粒滚筒直径来增大脱粒间隙；

当监测油压值小于模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统的三位四通电磁比例换向阀的控制线圈b，驱动喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸同步伸出调大变直径脱粒滚筒直径来减小脱粒间隙；

当位移传感器监测到的脱粒间隙信号达到调整值后传输到自适应控制系统，自适应控制系统输出控制信号使三位四通电磁比例换向阀处于中位，滚筒直径调节结束，液压锁关闭，油路被截断完成自锁；

若脱粒间隙调节后监测油压值在对应的脱粒间隙的模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统不再输出调节信号；

若脱粒间隙调节后监测油压值不在模型中对应的油压参数范围内，当监测油压值大于模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构减小行驶前进速度；当监测油压值小于模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构增大行驶前进速度；

若行驶前进速度调节后监测油压值在对应的模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统不再输出调节信号。

进一步地，当调整行驶前进速度和脱粒间隙后，油压信号与模型中对应的油压参数范围仍有偏差，自适应控制系统控制声音报警器发出警报。

一种包含上述变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的联合收割机。

针对变直径脱粒滚筒本发明提供了一种变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统与自适应控制方法，通过监测喂入端空心液压缸、尾端空心液压缸无杆腔中油压的变化，并基于行驶前进速度和脱粒间隙，自适应调节滚筒直径和收割机行驶前进速度，提高变直径脱粒滚筒纵轴流联合收割机的自动化程度和收获效率，有效防止脱粒装置发生堵塞。液压驱动系统可有效实现脱粒滚筒的直径调节和直径调节后实现自锁，可有效实现负载保护并可根据实际工作情况调节直径调节速度。

附图说明

图1是变直径脱粒滚筒结构简化示意图。

图2是脱粒齿杆与直径调节机构连接及位移传感器安装位置示意图。

图3是液压驱动系统示意图。

图4是行驶前进速度传感器安装位置示意图。

图5是变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的控制系统结构示意图。

图6是变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的自适应控制示意图。

图中，

1.变直径纵轴流脱粒滚筒，101.喂入端直径调节装置，102.尾端直径调节装置，103.喂入端空心液压缸，104.尾端空心液压缸，105.脱粒齿杆，2.液压驱动系统，201.第一直动式溢流阀，202.逻辑阀，203.流量控制阀，204.第二直动式溢流阀，205.三位四通电磁比例换向阀，206.同步阀，207.液压锁，3.在线监测系统，301.油压传感器，302.位移传感器，303.行驶前进速度传感器，4.自适应控制系统，5.行驶前进速度执行机构，6.声音报警器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所示，变直径脱粒滚筒结构简化包括喂入端直径调节装置101、尾端直径调节装置102、喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104、脱粒齿杆105。喂入端直径调节装置101、尾端直径调节装置102和喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104均与滚筒主轴同轴心，脱粒齿杆105与喂入端直径调节装置101、尾端直径调节装置102的齿杆连杆通过螺栓螺母固定，液压缸活塞杆的伸缩带动直径调节装置使脱粒齿杆径向上下移动，改变脱粒滚筒的直径。

如图3所示，所述液压驱动系统包括第一直动式溢流阀201、逻辑阀202、流量控制阀203、第二直动式溢流阀204、三位四通电磁比例换向阀205、同步阀206和液压锁207。所述第一直动式溢流阀201进油口与液压马达M连接，出油口与回油路连接；所述逻辑阀202进油口与进油路连接，出油口与三位四通电磁比例换向阀205主进油口P1连接；所述流量控制阀203进油口与逻辑阀202连接，出油口与回油路连接；所述第二直动式溢流阀204进油口与逻辑阀202连接，出油口与回油路连接；所述三位四通电磁比例换向阀205主出油口T1与回油路连接，A和B进出油口分别与同步阀206油口连接；所述同步阀206油口分别与构成液压锁207的液控单向阀的油口连接；构成液压锁207的液控单向阀油口分别与喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104进出油口连接。

所述第一直动式溢流阀201调节系统的压力值以防止主泵的压力损坏；所述逻辑阀202通过反馈阀LS的压力负载信号来开启和关闭系统流量，确保系统能量损失最小；所述流量控制阀203控制系统的输出流量来调节喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104活塞杆的伸缩速度；所述反馈阀LS和第二直动式溢流阀204根据工作机构的最大压力值来设置工作机构的压力值；所述三位四通电磁比例换向阀205控制喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104活塞杆的伸缩和静止状态改变脱粒滚筒的直径获得不同的脱粒间隙；所述同步阀206实现喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104活塞杆的同步运动；所述液压锁207防止脱粒滚筒直径调节后活塞杆由于工作负载的变化前后移动，实现自锁提高变直径脱粒滚筒的稳定性。

液压系统可实现喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104活塞杆同步伸缩，直径调节后自锁。同时可根据变直径脱粒滚筒实际作业情况来调节液压缸活塞杆的伸缩速度调节直径调节的速度，可调节系统的压力值实现负载保护，可实时开启和关闭系统流量确保系统能量损失最小。

如图2、图3、图4和图5所示，所述在线监测系统包括油压传感器301、位移传感器302和行驶前进速度传感器303；在喂入端空心液压缸103和/或尾端空心液压缸104的无杆腔端设置油压传感器301，用于实时监测喂入端空心液压缸103和/或尾端空心液压缸104无杆腔油压的变化。所述位移传感器302底座端固定在尾端直径调节装置102上，感应端与脱粒齿杆105连接，用于监测脱粒齿杆105的位置实时测得脱粒滚筒的直径。所述行驶前进速度传感器303安装在联合收割机驱动轮上，用于根据联合收割机驱动轮的转速实时测得机器的行驶前进速度。

如图 5 所示，自适应控制系统4分别与声音报警器6、在线监测系统3、行驶前进速度执行机构5 和液压驱动系统2相连。自适应控制系统4实时接收来自于油压传感器301、位移传感器302和行驶速度传感器303的检测信号，根据脱粒滚筒的直径实时计算获得脱粒间隙的大小，并基于油压、行驶前进速度向行驶速度执行机构5、三位四通电磁比例换向阀205发送控制指令。

所述变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的自适应控制方法如下：首先利用田间试验或台架试验获得不同脱粒间隙和不同行驶前进速度情况下油压的变化数据，根据喂入端空心液压缸103和/或尾端空心液压缸104无杆腔的油压、脱粒间隙和行驶前进速度建立多参数关联自适应调控模型。如图6所示，当联合收割机脱粒装置工作时，由油压传感器301测量喂入端空心液压缸103和/或尾端空心液压缸104无杆腔端的油压，并反馈到自适应控制系统4，自适应控制系统4将油压传感器监测的油压值与所述模型中对应的油压参数范围内范围进行比较出现偏差时，将控制信号传输到液压驱动系统2和行驶前进速度执行机构5，液压驱动系统2的三位四通换向电磁阀205同步控制变直径脱离滚筒1的喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104的伸缩驱动喂入端和尾端直径调节装置101、102使脱粒齿杆105径向上下移动对脱粒间隙进行调节；由自适应控制系统4控制行驶前进速度执行机构5改变收割机行驶前进速度。

具体控制策略为：在线监测系统3的油压传感器301对脱粒过程中变直径脱粒滚筒1的喂入端空心液压缸103和/或尾端空心液压缸104的无杆腔端的油压进行监测并获取相应的油压值，并传输到自适应控制系统4内与多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内进行比较判断；若监测油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内内，当监测油压值大于模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统4的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统2的三位四通电磁比例换向阀205的控制线圈a,驱动喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104同步缩进调小变直径脱粒滚筒1直径来增大脱粒间隙；当监测油压值小于模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统4的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统2的三位四通电磁比例换向阀205的控制线圈b,驱动喂入端空心液压缸103、尾端空心液压缸104同步伸出调大变直径脱粒滚筒1直径来减小脱粒间隙。位移传感器302监测到的脱粒间隙信号达到调整值后传输到自适应控制系统4，自适应控制系统4输出控制信号使换向阀处于中位，滚筒直径调节结束自锁。若脱粒间隙调节后监测油压值在对应的脱粒间隙的模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统4不再输出调节信号。若脱粒间隙调节后监测油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内，当监测油压值大于模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统4输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构5减小行驶前进速度；当监测油压值小于模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统4输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构5增大行驶前进速度。若行驶前进速度调节后监测油压值在对应的模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统4不再输出调节信号；不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内，自适应控制系统4输出信号传输到声音报警器6将故障和参数告知操作人员。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统，其特征在于：包括液压驱动系统、在线监测系统、自适应控制系统（4）、行驶速度执行机构；

所述液压驱动系统包括用于驱动喂入端直径调节装置（101）、尾端直径调节装置（102）、脱粒齿杆（105）的喂入端空心液压缸（103）、尾端空心液压缸（104），以及逻辑阀（202）、三位四通电磁比例换向阀（205）、同步阀（206）和液压锁（207）；所述逻辑阀（202）进油口与进油路连接，出油口与三位四通电磁比例换向阀（205）主进油口P1连接；所述三位四通电磁比例换向阀（205）主出油口T1与回油路连接，进出油口A和进出油口B分别与两个同步阀（206）之一的油口连接；两个所述同步阀（206）的油口分别与构成液压锁（207）的液控单向阀的油口连接；构成液压锁（207）的液控单向阀油口分别与喂入端空心液压缸（103）、尾端空心液压缸（104）进出油口连接；

所述在线监测系统包括油压传感器（301）、位移传感器（302）和行驶速度传感器（303）；所述油压传感器（301）设置在喂入端空心液压缸（103）和/或尾端空心液压缸（104）的无杆腔端内，用于实时监测喂入端空心液压缸（103）无杆腔油压的变化；所述位移传感器（302）底座端固定在尾端直径调节装置（102）上，感应端与脱粒齿杆（105）连接，用于监测脱粒齿杆（105）的位置实时测得脱粒滚筒的直径；所述行驶速度传感器（303）安装在联合收割机驱动轮上，用于根据联合收割机驱动轮的转速实时测得机器的行驶前进速度；

行驶速度执行机构（5）、油压传感器（301）、位移传感器（302）和行驶速度传感器（303）均与自适应控制系统（4）通讯连接，所述自适应控制系统（4）还与三位四通电磁比例换向阀（205）连接；

自适应控制系统（4）根据脱粒滚筒的直径实时计算获得脱粒间隙的大小，并基于油压、行驶前进速度向行驶速度执行机构（5）、三位四通电磁比例换向阀（205）发送控制指令；当在线监测系统的油压传感器监测空心液压缸的无杆腔端的油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内时，自适应控制系统优先调节液压式变直径脱粒滚筒直径改变脱粒间隙；若脱粒间隙调节后，监测油压值仍不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围内时，则调节联合收割机前进速度；

还包括第一直动式溢流阀（201），所述第一直动式溢流阀（201）进油口与液压马达M连接，出油口与回油路连接；

还包括第二直动式溢流阀（204），所述第二直动式溢流阀（204）进油口与逻辑阀（202）连接，出油口与回油路连接；

还包括流量控制阀（203），所述流量控制阀（203）进油口与逻辑阀（202）连接，出油口与回油路连接。

2.根据权利要求1所述变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统，其特征在于，所述喂入端直径调节装置（101）、尾端直径调节装置（102）相同；所述喂入端空心液压缸（103）、尾端空心液压缸（104）相同。

3.根据权利要求1所述变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统，其特征在于，还包括声音报警器，所述声音报警器与自适应控制系统（4）相连。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的变直径脱粒滚筒的液压自适应驱控系统的自适应控制方法，其特征在于，首先利用田间试验或台架试验获得不同脱粒间隙和不同行驶前进速度情况下油压的变化数据，根据喂入端空心液压缸（103）和/或尾端空心液压缸（104）无杆腔的油压、脱粒间隙和行驶前进速度建立多参数关联自适应调控模型；自适应控制系统（4）基于多参数关联自适应调控模型，根据纵轴流变直径滚筒脱粒装置的脱粒间隙、联合收割机的行驶前进速度以及喂入端空心液压缸（103）和/或尾端空心液压缸（104）的无杆腔端的油压，及时调整联合收割机的行驶前进速度、通过控制液压驱动系统（2）的工作调整滚筒直径；自适应控制系统（4）调整联合收割机的行驶前进速度、滚筒直径的控制策略如下：当在线监测系统（3）的油压传感器（301）监测的喂入端空心液压缸（103）和/或尾端空心液压缸（104）的无杆腔端的油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数值范围内时：

当监测油压值大于所述模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统（4）的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统（2）的三位四通电磁比例换向阀（205）的控制线圈a,驱动喂入端空心液压缸（103）、尾端空心液压缸（104）同步缩进调小液压式变直径脱粒滚筒（1）直径来增大脱粒间隙；

当监测油压值小于多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围值时，将自适应控制系统（4）的比较判断结果输出的电信号传输给液压驱动系统（2）的三位四通电磁比例换向阀（205）的控制线圈b,驱动喂入端空心液压缸（103）、尾端空心液压缸（104）同步伸出调大液压式变直径脱粒滚筒（1）直径来减小脱粒间隙；

当位移传感器（302）监测到的脱粒间隙信号达到调整值后传输到自适应控制系统（4），自适应控制系统（4）输出控制信号使三位四通电磁比例换向阀（205）处于中位，滚筒直径调节结束，液压锁（207）关闭，油路被截断完成自锁；

若脱粒间隙调节后监测油压值在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统（4）不再输出调节信号；

若脱粒间隙调节后监测油压值不在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围内，当监测油压值大于多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统（4）输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构（5）减小行驶前进速度；当监测油压值小于多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围值时，自适应控制系统（4）输出调节信号传输到行驶前进速度执行机构（5）增大行驶前进速度；

若行驶前进速度调节后监测油压值在多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围内，自适应控制系统（4）不再输出调节信号。

5.根据权利要求4所述的自适应控制方法，其特征在于，当调整行驶前进速度和脱粒间隙后，油压信号与多参数关联自适应调控模型中对应的油压参数范围仍有偏差，自适应控制系统（4）控制声音报警器（6）发出警报。

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