CN113950937B - 一种脱粒滚筒振动监测与减缓系统以及方法和联合收割机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脱粒滚筒振动监测与减缓系统以及方法和联合收割机，包括阻尼器和测控系统，所述滚筒轴的两端分别设有阻尼器；所述阻尼器用于减缓滚筒的振动；所述测控系统检测滚筒轴的转动速度和径向位移，并根据转动速度和径向位移控制阻尼器的工作，通过调整阻尼器的减振程度，减少传递到机架上的振动能量，实现对脱粒滚筒的振动减缓，通过实时监测和自动控制，有针对性的对振动进行控制，系统反映灵敏，设备简洁，节省能耗。

Description

一种脱粒滚筒振动监测与减缓系统以及方法和联合收割机

技术领域

本发明属于农业机械脱粒滚筒测控领域，具体涉及一种脱粒滚筒振动监测与减缓系统以及方法和联合收割机。

背景技术

当前，谷物联合收获机存在着可靠性差、振动噪声大、结构易损坏等缺陷,制约着联合收获机向高效、可靠及高适应性方向发展。脱粒滚筒是谷物联合收获机的主要工作部件之一，主要功能是对水稻进行脱粒与分离,其脱粒分离性能的优劣直接影响着谷物联合收获机的可靠性。联合收获机的滚筒振动存在于整个脱粒过程中,诱发滚筒振动的因素有喂入量变化和秸秆缠绕等，由于水稻喂入量具有时变特性,导致滚筒振动特性复杂且难以被控制。同时，脱粒滚筒的振动不仅会影响自身的脱粒性能,还可能导致机架、振动筛、风机、割台等结构发生共振,影响联合收获机的结构可靠性。谷物联合收获机的作业工况复杂，脱粒滚筒的振动具有随机性，振动特性复杂。因此，实现脱粒滚筒的振动监测和实时控制较为困难。同时，联合收割机作业的环境要求振动监测和控制系统需要具有设备简洁和反映灵敏的特点。

目前现有技术的一种联合收割机脱粒滚筒故障模拟监控系统，包括制动加载装置、故障副盘和数据监控组件，故障副盘装在脱粒滚筒上，可实现脱粒滚筒的动态加载，以及脱粒滚筒动不平衡故障、轴端轴承故障以及滚筒堵塞等故障工况的模拟和监控测试，并且脱粒滚筒故障数据的获取不受天气、地域和季节限制。现有技术的一种联合收割机脱粒滚筒振动信号特征提取方法，对信号失真问题进行了优化，可以更加快速准确的提取脱粒滚筒的故障特征，从而能够准确及时的诊断报警，可以快速准确地提取脱粒滚筒各个状态下的特征频率。现有技术仅仅用于试验模拟，不使用于正常作业，仅仅对振动进行检测，忽略了转速波动对振动的影响，且设备复杂反应不灵敏。

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振动监测与减缓系统及其方法，包括阻尼器和测控系统，所述滚筒轴的两端分别设有阻尼器；所述阻尼器用于减缓滚筒的振动；所述测控系统检测滚筒轴的转动速度和径向位移，并根据转动速度和径向位移控制阻尼器的工作，通过调整阻尼器的减振程度，减少传递到机架上的振动能量，实现对脱粒滚筒的振动减缓，通过实时监测和自动控制，有针对性的对振动进行控制，系统反映灵敏，设备简洁，节省能耗。

本发明的技术方案是：一种脱粒滚筒振动监测与抑制系统，包括阻尼器和测控系统；所述滚筒安装在滚筒轴上，所述滚筒轴的两端分别设有阻尼器；所述阻尼器用于减缓滚筒的振动；所述测控系统检测滚筒轴的转动速度和径向位移，并根据转动速度和径向位移控制阻尼器的工作。

上述方案中，所述阻尼器为挤压油膜阻尼器；所述挤压油膜阻尼器包括供油孔、外环、密封圈、内环和轴承；所述外环用于安装在机架上，所述内环安装在外环内部，所述密封圈安装在外环和内环之间；所述供油孔与外环和内环之间的空隙连通；所述轴承安装在内环内部并与滚筒轴配合安装。

上述方案中，所述供油孔位于外环上，所述外环和内环的对应位置设置两个凹槽，用于安装密封圈。

上述方案中，所述阻尼器还包括弹性支承环；所述弹性支承环位于内环与滚筒之间，弹性支承环套在滚筒轴外、且弹性支承环的一侧安装在挤压油膜阻尼器的一侧，弹性支承环的另一侧与滚筒留有间隙。

上述方案中，所述弹性支承环的壁上设置多个贯穿的通槽。

上述方案中，所述测控系统包括数据采集系统、控制系统平台、油泵开关控制系统和油泵；所述数据采集系统用于采集滚筒轴的转动速度和径向位移；所述控制系统平台分别与数据采集系统和油泵开关控制系统连接，所述油泵与油泵开关控制系统连接，所述油泵连接挤压油膜阻尼器的供油孔。

上述方案中，所述数据采集系统包括光电传感器和振动传感器；所述光电传感器用于测量滚筒轴的转动转速，所述振动传感器用于测量滚筒轴的径向位移。

一种联合收割机，包括所述脱粒滚筒振动监测与抑制系统。

一种根据所述脱粒滚筒振动监测与抑制系统的方法，包括以下步骤：

数据采集：所述测控系统检测滚筒轴的转动速度和径向位移；

径向位移控制：当测控系统检测到滚筒轴的转动速度或径向位移超过预设值时，测控系统调节阻尼器的减振程度；

轴向位移控制：所述滚筒和滚筒轴产生轴向位移时，滚筒和阻尼器接触，利用阻尼器的弹性使滚筒的轴向位移复位。

上述方案中，所述径向位移控制具体为：当测控系统的数据采集系统检测到滚筒轴的转动速度或径向位移超过预设值时，数据采集系统将信号传递到油泵开关控制系统，油泵开关控制系统控制油泵调节给挤压油膜阻尼器的供油量；

所述轴向位移控制具体为：所述滚筒和滚筒轴产生轴向位移时，滚筒和弹性支承环接触，利用弹性支承环的弹性使滚筒的轴向位移复位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对水稻喂入量变化和秸秆缠绕等工况诱发的脱粒滚筒转速波动和振动问题，设计了一种联合收割机脱粒滚筒振动监测与减缓系统，通过转速和径向位移的实时监测，使得采集的的数据更加完善，有针对性的对振动进行控制，节省能耗。本发明的阻尼器设置在滚筒两侧各一个，脱粒滚筒转速波动和振动发生时，两个阻尼器同时工作，能快速减缓振动，使得滚筒更快的趋于平稳。同时，此结构对于滚筒轴向位移的控制较为有利。本发明与传统的脱粒滚筒减振结构相比，制作容易，结构简单，不增加多余的机械结构，实施方便。振动监测和控制系统设备简洁，反映灵敏。不需要人为操作，能实现实时自动控制。

附图说明

图1是本发明一实施方式的挤压油膜阻尼器结构及其安装示意图；

图2是本发明一实施方式的脱粒滚筒振动监测与减缓系统工作原理图。

图中：1-机架，3-滚筒，4-滚筒轴，201-供油孔，202-外环，203-密封圈，204-内环，205-轴承，206-弹性支承环，501-数据采集系统，502-控制系统平台，503-油泵开关控制系统，504-油泵。

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。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。

实施例1

一种脱粒滚筒振动监测与抑制系统，包括阻尼器和测控系统；所述滚筒3安装在滚筒轴4上，所述滚筒轴4的两端分别设有阻尼器；所述阻尼器用于减缓滚筒3的振动；所述测控系统检测滚筒轴4的转动速度和径向位移，并根据转动速度和径向位移控制阻尼器的工作。

图1所示，所述阻尼器为挤压油膜阻尼器；所述挤压油膜阻尼器安装在机架1上，所述滚筒轴4的两端分别设有挤压油膜阻尼器，所述测控系统5与挤压油膜阻尼器和滚筒轴4连接。所述挤压油膜阻尼器包括供油孔201、外环202、密封圈203、内环204和轴承205；所述外环202用于安装在机架1上，所述内环204安装在外环202内部，所述密封圈203安装在外环202和内环204之间；所述供油孔201与外环202和内环204之间的空隙连通；所述轴承205安装在内环204内部并与滚筒轴4配合安装。

根据本实施例，优选的，所述供油孔201位于外环202上，所述外环202和内环204的对应位置设置两个凹槽，用于安装密封圈203。

根据本实施例，优选的，所述阻尼器还包括弹性支承环206；所述弹性支承环206位于内环204与滚筒3之间，弹性支承环206套在滚筒轴4外、且弹性支承环206的一侧安装在挤压油膜阻尼器的一侧，弹性支承环206的另一侧与滚筒3留有间隙。具体的，所述内环204的一侧设置环形凹槽与弹性支承环206的一侧配合安装，所述弹性支承环206的另一侧与滚筒3留有间隙。

根据本实施例，优选的，所述弹性支承环206的壁上设置多个贯穿的通槽，一方面减轻重量，另一方面增加弹性支承环206的弹性。

如图2所示，根据本实施例，优选的，所述测控系统包括数据采集系统501、控制系统平台502、油泵开关控制系统503和油泵504；所述数据采集系统501用于采集滚筒轴4的转动速度和径向位移；所述控制系统平台502分别与数据采集系统501、油泵开关控制系统503和滚筒轴4连接，所述油泵504与油泵开关控制系统503连接，所述油泵504连接挤压油膜阻尼器的供油孔201；控制系统平台502根据数据采集系统501采集的滚筒轴4速度和径向位移来控制油泵504给挤压油膜阻尼器供油。

所述数据采集系统501包括光电传感器和振动传感器；所述光电传感器用于测量滚筒轴4的转动转速，所述振动传感器用于测量滚筒轴4的径向位移。

一种根据所述脱粒滚筒振动监测与抑制系统的方法，包括以下步骤：

数据采集：所述测控系统检测滚筒轴4的转动速度和径向位移；

径向位移控制：当测控系统检测到滚筒轴4的转动速度或径向位移超过预设值时，测控系统控制阻尼器加强或者减弱减振程度；

轴向位移控制：所述滚筒3和滚筒轴4产生轴向位移时，滚筒3和阻尼器接触，利用阻尼器的弹性使滚筒3的轴向位移复位。

所述径向位移控制具体为：当测控系统的数据采集系统501检测到滚筒轴4的转动速度或径向位移超过预设值时，数据采集系统501将信号传递到油泵开关控制系统503，油泵开关控制系统503控制油泵504调节给挤压油膜阻尼器2的供油量；

所述轴向位移控制具体为：所述滚筒3和滚筒轴4产生轴向位移时，滚筒3和弹性支承环206接触，利用弹性支承环206的弹性使滚筒3的轴向位移复位。

如图2所示，本实施例的具体实施过程为：在滚筒3两侧的滚筒轴4上各安装一个挤压油膜阻尼器，在一端的驱动链轮和挤压油膜阻尼器之间的滚筒轴4上设置光电传感器和振动传感器。系统工作时，数据采集系统501的光电传感器和振动传感器持续采集滚筒轴4的转动速度和径向位移信号，在数据采集系统501中进行多路转换、信号调理和A/D转换处理。控制系统平台502的实时数据调用模块将数据采集系统501输出的信号传递到控制策略模块，根据设定的转速和径向位移上下限等控制参数对信号进行判断，并将信号传递到油泵开关控制系统503。当控制系统平台502识别出滚筒轴4的转速和径向位移在设定的控制参数范围内时，油泵开关控制系统503的驱动开关保持关闭；当控制系统平台502识别出滚筒轴4的转速和径向位移超出设定的控制参数上下限时，油泵开关控制系统503的驱动开关打开，使油泵504通电工作，对挤压油膜阻尼器2供油，使外环202和内环204中间的油液压力增加，利用油液的阻尼缓冲滚筒轴4的振动，减少传递到机架1上的振动能量，实现对脱粒滚筒的振动减缓。

实施例2

一种联合收割机，包括实施例1所述联合收割机脱粒滚筒振动监测与抑制系统，因此具有实施例1所述的有益效果，此处不再赘述。

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)

1.一种脱粒滚筒振动监测与减缓系统，其特征在于，包括阻尼器和测控系统；

所述滚筒(3)安装在滚筒轴(4)上，所述滚筒轴(4)的两端分别设有阻尼器；所述阻尼器用于减缓滚筒(3)的振动；所述测控系统检测滚筒轴(4)的转动速度和径向位移，并根据转动速度和径向位移控制阻尼器的工作；当测控系统检测到滚筒轴(4)的转动速度或径向位移超过预设值时，测控系统调节阻尼器的减振程度；所述滚筒(3)和滚筒轴(4)产生轴向位移时，滚筒(3)和阻尼器接触，利用阻尼器的弹性使滚筒(3)的轴向位移复位；

所述阻尼器为挤压油膜阻尼器；所述挤压油膜阻尼器包括供油孔(201)、外环(202)、密封圈(203)、内环(204)和轴承(205)；所述外环(202)用于安装在机架(1)上，所述内环(204)安装在外环(202)内部，所述密封圈(203)安装在外环(202)和内环(204)之间；所述供油孔(201)与外环(202)和内环(204)之间的空隙连通；所述轴承(205)安装在内环(204)内部并与滚筒轴(4)配合安装；

所述阻尼器还包括弹性支承环(206)；所述弹性支承环(206)位于内环(204)与滚筒(3)之间，弹性支承环(206)套在滚筒轴(4)外、且弹性支承环(206)的一侧安装在挤压油膜阻尼器的一侧，弹性支承环(206)的另一侧与滚筒(3)留有间隙；

所述测控系统包括数据采集系统(501)、控制系统平台(502)、油泵开关控制系统(503)和油泵(504)；所述数据采集系统(501)用于采集滚筒轴(4)的转动速度和径向位移；所述数据采集系统(501)包括光电传感器和振动传感器；所述光电传感器用于测量滚筒轴(4)的转动转速，所述振动传感器用于测量滚筒轴(4)的径向位移；所述控制系统平台(502)分别与数据采集系统(501)和油泵开关控制系统(503)连接，所述油泵(504)与油泵开关控制系统(503)连接，所述油泵(504)连接挤压油膜阻尼器的供油孔(201)；当测控系统的数据采集系统(501)检测到滚筒轴(4)的转动速度或径向位移超过预设值时，数据采集系统(501)将信号传递到油泵开关控制系统(503)，油泵开关控制系统(503)控制油泵(504)调节给挤压油膜阻尼器(2)的供油量；所述滚筒(3)和滚筒轴(4)产生轴向位移时，滚筒(3)和弹性支承环(206)接触，利用弹性支承环(206)的弹性使滚筒(3)的轴向位移复位。

2.根据权利要求1所述的脱粒滚筒振动监测与减缓系统，其特征在于，所述供油孔(201)位于外环(202)上，所述外环(202)和内环(204)的对应位置设置两个凹槽，用于安装密封圈(203)。

3.根据权利要求1所述的脱粒滚筒振动监测与减缓系统，其特征在于，所述弹性支承环(206)的壁上设置多个贯穿的通槽。

4.一种联合收割机，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述脱粒滚筒振动监测与减缓系统。

5.一种根据权利要求1-3任意一项所述脱粒滚筒振动监测与减缓系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据采集：所述测控系统检测滚筒轴(4)的转动速度和径向位移；

径向位移控制：当测控系统检测到滚筒轴(4)的转动速度或径向位移超过预设值时，测控系统调节阻尼器的减振程度；

轴向位移控制：所述滚筒(3)和滚筒轴(4)产生轴向位移时，滚筒(3)和阻尼器接触，利用阻尼器的弹性使滚筒(3)的轴向位移复位。

6.根据权利要求5所述的脱粒滚筒振动监测与减缓系统的方法，其特征在于，所述径向位移控制具体为：当测控系统的数据采集系统(501)检测到滚筒轴(4)的转动速度或径向位移超过预设值时，数据采集系统(501)将信号传递到油泵开关控制系统(503)，油泵开关控制系统(503)控制油泵(504)调节给挤压油膜阻尼器(2)的供油量；

所述轴向位移控制具体为：所述滚筒(3)和滚筒轴(4)产生轴向位移时，滚筒(3)和弹性支承环(206)接触，利用弹性支承环(206)的弹性使滚筒(3)的轴向位移复位。