CN113940188B - 一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，包括振动筛、连杆、储能装置和供电装置；通过偏心装置使所述振动筛一端往复运动；所述偏心装置通过连杆与储能装置连接；所述储能装置包括传动齿轮、涡卷弹簧、棘轮、棘爪、储能弹簧轴；所述涡卷弹簧一端与储能弹簧轴相连接，所述涡卷弹簧另一端通过固定在套筒上；所述涡卷弹簧与传动齿轮连接，所述套筒与连杆传动连接，所述套筒一端设有棘轮，所述储能弹簧轴上安装棘爪，所述棘爪与棘轮配合，通过棘轮单向带动棘爪转动；所述供电装置包括发电机和电池组；所述传动齿轮与发电机传动连接。本发明可对振动筛因载荷波动而产生的多余能量进行回收，且可实现振动筛在高负载时的能量循环利用。

Description

一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用 系统

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统。

背景技术

近年随着“碳达峰、碳中和”国家战略的提出，各行业都对燃油污染、能量回收有了更大关注。在农业机械中谷物联合收割机的能量回收一直是本领域的技术难题。振动筛是谷物联合收割机的重要组件之一，它通过自身往复摆动将部分杂质与谷物从筛网中分离，然而不同于汽车领域内的转动，可以通过发电机直接回收利用能量。但联合收割机振动筛的往复摆动也是一种较规律的运动，同时振动筛也极大的导致了机体的强烈振动，是机体的主要振动源之一。并且联合收割机在田间工作时，因为喂入量等因素的影响，振动筛的负载是时刻变化的，负载过低导致振动筛摆动能量盈余，负载过大导致振动筛摆动能量不足，无法更好的清选。因此，急需开发实现振动筛能量的回收利用及平衡联合收割机振动筛载荷波动技术装置。

振动筛摆动的问题一直受到大量学者的关注，也涌现了大量关于减小振动筛摆动的方案。现有专利公开的一种具有双层振动筛网的振动筛，设置了两层筛网，该机构无法改变振动筛因负载变化而产生的摆动变化的现状。现有专利公开的一种可分档调节振动筛振动强度的控制方法，可以人为控制振动筛的振动强度，但是对于振动筛过剩的能量无法回收利用。现有专利公开的一种振动筛振动结构，通过弹簧缓冲振动筛的振动强度，该结构会减小高负载工况下的振动的筛分效率。

谷物联合收割机振动筛在作业时，尤其低负载工况下规律的往复摆动会产生大量能量的浪费，且导致了联合收割机的机体振动难题；高负载工况下振动筛会因为摆动频率与能量不足而降低筛分效率。但是现有市面上的联合收割机的振动筛大多无法回收其多余的能量，也无法确保其高负载下振动筛的清选性能。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，可以对振动筛多余能量进行回收，且可实现振动筛在高负载是的能量循环利用。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，包括振动筛、连杆、储能装置和供电装置；通过偏心装置使所述振动筛一端往复运动；所述偏心装置通过连杆与储能装置连接；

所述储能装置包括传动齿轮、涡卷弹簧、棘轮、棘爪、储能弹簧轴；所述涡卷弹簧一端与储能弹簧轴相连接，所述涡卷弹簧另一端通过固定在套筒上；所述涡卷弹簧与传动齿轮连接，所述套筒与连杆传动连接，所述套筒一端设有棘轮，所述储能弹簧轴上安装棘爪，所述棘爪与棘轮配合，通过棘轮单向带动棘爪转动；

所述供电装置包括发电机和电池组；所述传动齿轮与发电机传动连接；所述电池组用于储存发电机产生的电能。

进一步，所述棘爪上安装可伸缩装置；所述电池组通过开关与驱动电机连接，所述驱动电机连接偏心装置，用于辅助提供偏心装置动力。

进一步，通过棘轮带动棘爪单向转动，使涡卷弹簧蓄能。

进一步，所述传动齿轮通过发动机齿轮与发电机传动连接；设所述涡卷弹簧释放一次蓄能所带动传动齿轮旋转的角度为R，所述传动齿轮的齿数为Z₁，所述发动机齿轮的齿数为Z₂，则

进一步，所述偏心装置包括偏心杆、链轮和驱动装置，所述偏心杆一端与振动筛连接，所述偏心杆另一端与链轮偏心连接；所述链轮和驱动装置连接。

进一步，所述偏心杆、链轮、连杆、棘轮构成曲柄摇杆机构。

进一步，还包括称重传感器和控制系统；所述称重传感器安装在振动筛前端，用于测量谷物落到振动筛的重量，所述控制系统根据称重传感器检测值判断是否控制开关结合和控制可伸缩装置使棘爪与棘轮接触。

进一步，所述控制系统通过称重传感器检测的谷物实时质量m与振动筛标准工况下的额定质量m₀比较，控制储能装置工作和控制电池组辅助提供偏心装置动力：

当m＜m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪与棘轮接触，所述涡卷弹簧蓄能并通过电池组储存能量；

当m＝m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪与棘轮不接触，所述涡卷弹簧不蓄能；

当m＞m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪与棘轮不接触，所述控制系统控制开关结合，所述电池组使驱动电机辅助提供偏心装置动力。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，针对谷物联合收割机低负载状况下其动力系统能量输出不变，造成了能量大量损失的现状，通过储能装置将该部分多余能量收集起来。同时针对联合收割机高负载状况下，因振动筛动力不足而降低筛分效率的问题，通过电池组为振动筛提供辅助动力，提升了联合收割机能力利用率。

2.本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其偏心杆、连杆、链轮、棘轮构成曲柄摇杆机构，振动筛的摆动导致与连杆固定的棘轮只能转动而不能平动，由于棘爪的作用，储能弹簧轴一起顺时针转动，带动涡卷弹簧上紧；当上紧结束后涡卷弹簧发生舒张现象，带动传动齿轮旋转，进而带动发电机工作，为电池组蓄能，并可以将电池组中的能量重新利用进振动筛工作中。

3.本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，提供了一套智能化动力分配系统，通过压力传感器与速度传感器实时监测谷物落下的初末速度及压力，进而获取谷物的实时质量；通过振动筛当前的负载，控制棘爪的伸缩及开关的开关，判断储能装置是否工作以及电池组是否为振动筛提供辅助动力，优化了振动筛的工作模式。

4.本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其通过构建曲柄连杆机构，以及利用涡卷弹簧的舒张、棘轮的单向运转，将联合收割机中振动筛有规律的往复摆动的剩余能量回收起来；该结构可广泛适用于现有市面上联合收割机的安装利用，可以实现谷物联合收割机的振动筛的升级换代。

附图说明

图1为本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统示意图。

图2为本发明所述的储能装置结构示意图。

图3为本发明所述的涡卷弹簧工作示意图。

图4为本发明所述的供电装置原理图。

图5为本发明所述的曲柄摇杆机构。

图6为本发明曲柄摇杆机构运动示意图。

图中：

1-振动筛；101-称重传感器；102-偏心杆；103-链轮；104-驱动装置；2-连杆；3-储能装置；301-传动齿轮；302-螺栓；303-涡卷弹簧；304-棘轮；305-棘爪；306-储能弹簧轴；4-供电装置；401-发电机齿轮；402-发电机；403-电池组；404-逆变器；405-开关；406-驱动电机。

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。

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。

如图1和图2所示，本发明所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，包括振动筛1、连杆2、储能装置3和供电装置4；通过偏心装置使所述振动筛1一端往复运动；所述偏心装置通过连杆2与储能装置3连接；

所述偏心装置包括偏心杆102、链轮103和驱动装置104，所述偏心杆102一端与振动筛1连接，所述偏心杆102另一端与链轮103偏心连接；所述链轮103和驱动装置104连接。

所述储能装置3包括传动齿轮301、螺栓302、涡卷弹簧303、棘轮304、棘爪305、储能弹簧轴306；所述涡卷弹簧303一端与储能弹簧轴306相连接，所述涡卷弹簧303另一端通过螺栓302固定在套筒上；所述涡卷弹簧303与传动齿轮301连接，所述套筒与连杆2传动连接，所述套筒一端设有棘轮304，所述储能弹簧轴306上安装棘爪305，所述棘爪305与棘轮304配合，通过棘轮304单向带动棘爪305转动；如图2和图3所示，所述连杆2带动棘轮304顺时针旋转时，由于棘爪305的作用，储能弹簧轴306一起顺时针转动，带动涡卷弹簧303上紧；当上紧结束后涡卷弹簧303发生舒张现象，带动传动齿轮301旋转，此时由于棘爪305的抑制作用，储能弹簧轴306并不发生反向旋转，从而使轴只能顺时针旋转，实现了单向控制；所述储能弹簧轴306圆周上加工螺纹孔，固定涡卷弹簧303内端。

如图4所示，所述供电装置4包括发电机齿轮401、发电机402、电池组403、逆变器404、开关405、驱动电机406；所述发电机齿轮401安装在发电机402上，发电机齿轮401与传动齿轮301啮合，发电机与电池组403连接，用于储存发电机402产生的电能。所述电池组403通过逆变器404和开关405与驱动电机406连接，所述驱动电机406连接偏心装置，用于辅助提供偏心装置动力。所述棘爪305上安装可伸缩装置。

如图4所示，所述涡卷弹簧303带动传动齿轮301旋转，传动齿轮301带动发电机402工作，进而为电池组403蓄电，为了实现发电机402更好的蓄电，当传动齿轮301每个行程转过一定角度，发电机齿轮401旋转一周；设所述涡卷弹簧303释放一次蓄能所带动传动齿轮301旋转的角度为R，所述传动齿轮301的齿数为Z₁，所述发动机齿轮401的齿数为Z₂，则

如图5和图6所示，所述偏心杆102、链轮103、连杆2、棘轮304构成为曲柄摇杆机构，设链轮103中心与偏心距离长度为a，偏心与振动筛距离为b，连杆2长度为c，棘轮304中心与链轮103中心距离为d；其中a长度最短，d最长，曲柄摇杆机构长度关系满足：a+d≤b+c。

还包括称重传感器101和控制系统；所述称重传感器101安装在振动筛103前端，用于测量谷物落到振动筛的重量，所述控制系统根据称重传感器101检测值判断是否控制开关405闭合和控制可伸缩装置使棘爪305与棘轮304接触。所述控制系统通过称重传感器101检测的谷物实时质量m与振动筛1标准工况下的额定质量m₀比较，控制储能装置3工作和控制电池组403辅助提供偏心装置动力：

当m＜m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪305与棘轮304接触，所述涡卷弹簧303蓄能并通过电池组403储存能量；此时开关405断开。

当m＝m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪305与棘轮304不接触，所述涡卷弹簧303不蓄能；此时开关405断开。仅驱动装置104为振动筛1提供动力。

当m＞m₀时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪305与棘轮304不接触，所述控制系统控制开关405闭合，所述电池组403使驱动电机406辅助提供偏心装置动力。即驱动装置104和驱动电机406同时为振动筛1提供动力。

具体工作过程如下：驱动装置104通过偏心装置使振动筛1产生摆动进行谷物清选，偏心杆102、链轮103、连杆2、棘轮304组成曲柄摇杆机构，使与连杆2固定连接的棘轮304只能转动而不能平动；连杆2带动棘轮304顺时针旋转时，由于棘爪305的作用，储能弹簧轴306一起顺时针转动，带动涡卷弹簧303蓄能；当蓄能结束后涡卷弹簧303发生舒张现象，带动传动齿轮301旋转，传动齿轮301带动发电机402工作，进而为电池组403蓄电；通过获取振动筛实时负载，控制棘爪305的伸缩，判断储能装置3是否工作以及电池组是否为振动筛1提供辅助动力。

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 (5)

1.一种平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其特征在于，包括振动筛（1）、连杆（2）、储能装置（3）、供电装置（4）、称重传感器（101）和控制系统；通过偏心装置使所述振动筛（1）一端往复运动；所述偏心装置通过连杆（2）与储能装置（3）连接；

所述储能装置（3）包括传动齿轮（301）、涡卷弹簧（303）、棘轮（304）、棘爪（305）、储能弹簧轴（306）；所述涡卷弹簧（303）一端与储能弹簧轴（306）相连接，所述涡卷弹簧（303）另一端固定在套筒上；所述涡卷弹簧（303）与传动齿轮（301）连接，所述套筒与连杆（2）传动连接，所述套筒一端设有棘轮（304），所述储能弹簧轴（306）上安装棘爪（305），所述棘爪（305）与棘轮（304）配合，通过棘轮（304）单向带动棘爪（305）转动；所述棘爪（305）上安装可伸缩装置；所述供电装置（4）包括发电机（402）和电池组（403）；所述电池组（403）通过开关（405）与驱动电机（406）连接，所述驱动电机（406）连接偏心装置，用于辅助提供偏心装置动力；所述传动齿轮（301）与发电机（402）传动连接；所述电池组（403）用于储存发电机（402）产生的电能；

所述称重传感器（101）安装在振动筛（103）前端，用于测量谷物落到振动筛的重量，所述控制系统根据称重传感器（101）检测值判断是否控制开关（405）闭合和控制可伸缩装置使棘爪（305）与棘轮（304）接触；

所述控制系统通过称重传感器（101）检测的谷物实时质量m与振动筛（1）标准工况下的额定质量m ₀ 比较，控制储能装置（3）工作和控制电池组（403）辅助提供偏心装置动力：

当m＜m ₀ 时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪（305）与棘轮（304）接触，所述涡卷弹簧（303）蓄能并通过电池组（403）储存能量；

当m=m ₀ 时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪（305）与棘轮（304）不接触，所述涡卷弹簧（303）不蓄能；

当m＞m ₀ 时，所述控制系统控制可伸缩装置使棘爪（305）与棘轮（304）不接触，所述控制系统控制开关（405）闭合，所述电池组（403）使驱动电机（406）辅助提供偏心装置动力。

2.根据权利要求1所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其特征在于，通过棘轮（304）带动棘爪（305）单向转动，使涡卷弹簧（303）蓄能。

3.根据权利要求1所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其特征在于，所述传动齿轮（301）通过发动机齿轮（401）与发电机（402）传动连接；设所述涡卷弹簧（303）释放一次蓄能所带动传动齿轮（301）旋转的角度为R，所述传动齿轮（301）的齿数为Z ₁ ，所述发动机齿轮（401）的齿数为Z ₂ ，则

。

4.根据权利要求1所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其特征在于，所述偏心装置包括偏心杆（102）、链轮（103）和驱动装置（104），所述偏心杆（102）一端与振动筛（1）连接，所述偏心杆（102）另一端与链轮（103）偏心连接；所述链轮（103）和驱动装置（104）连接。

5.根据权利要求4所述的平衡联合收割机振动筛载荷波动的能量回收与循环利用系统，其特征在于，所述偏心杆（102）、链轮（103）、连杆（2）、棘轮（304）构成曲柄摇杆机构。

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