CN114402793A - 一种增程式电动联合收获机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增程式电动联合收获机及其控制方法，包括增程式电动系统、割台系统、控制系统、脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统；所述增程式电动系统包括依次连接的发动机、发电机和动力电池；所述脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统分别设有独立的电机，动力电池与电机连接；所述控制系统分别与增程式电动系统、割台系统、脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统连接，解决传统联合收获机油耗、污染大、传动功率损失严重的问题。

Description

一种增程式电动联合收获机及其控制方法

技术领域

本发明属于农业收获装备技术领域，具体涉及一种增程式电动联合收获机及其控制方法。

背景技术

目前，伴随着收获机械化水平不断的提高，能源的大量消耗和环境污染问题也日益突出，随着全球各国对节能减排和生态文明建设的重视，现代农业对生态、节能、环保提出了越来越高的要求，对低排放、低污染、低噪音的绿色动力农机的需求越来越迫切。由于作物品种的多样化，以及株型、产量、草谷比、含水量等因素的差异，使得联合收获机作业时作业负荷波动大、工况复杂多变。传统联合收获机采用柴油发动机+机械传动的方式驱动底盘、割台、脱粒清选等部件，传动系统部件多、路径长，作业参数无法实时调整，导致机器作业性能不稳定、低负荷时能耗浪费严重，致使油耗和污染大大增加。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种增程式电动联合收获机及其分布式电驱动控制方法，解决传统联合收获机油耗、污染大、传动功率损失严重的问题。

本发明割台系统、脱粒系统、行走系统、清选系统、碎草系统等工作系统由独立的电机驱动。本发明中的电机均由动力电池提供能源，并且控制系统可以按需对各电机的转速进行单独控制，在收获机工作时，优先消耗动力电池中的能量，当电池SOC降低至某一阈值时，启动发动机带动发电机向电池充电，使电池SOC处于理想范围，当电池SOC提升至某一阈值时，发动机关闭。本发明通过分布式电驱动实现联合收获机各工作系统之间的机械解耦，解决了传统联合收获机传动系统部件多、路径长，作业参数无法实时调节的问题，具有结构布局灵活、能源利用率高等优点，同时采用增程式混合动力技术，使得整机的续航和节能得以兼顾。

本发明是利用以下技术手段达到上述目的的：

一种增程式电动联合收获机，包括增程式电动系统、割台系统、控制系统、脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统；

所述增程式电动系统包括依次连接的发动机、发电机和动力电池；所述脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统分别设有独立的电机，动力电池与电机连接；

所述控制系统分别与增程式电动系统、割台系统、脱粒系统、行走系统、清选系统和碎草系统连接。

上述方案中，所述割台系统包括拨禾轮、割刀、割台搅龙和输送带；

所述拨禾轮与第一电机连接，割台搅龙和割刀分别与第二电机连接，输送带与第三电机连接。

上述方案中，所述脱粒系统包括脱粒滚筒和第七电机；脱粒滚筒和第七电机连接。

上述方案中，所述行驶系统包括左驱动轮和右驱动轮，左驱动轮与左轮边电机连接，右驱动轮与右轮边电机连接。

上述方案中，所述清选系统包括风机、清选筛、杂余搅龙和籽粒搅龙；

所述风机与动力输出轴PTO连接；所述清选筛与第四电机连接；所述杂余搅龙和籽粒搅龙分别与第五电机连接。

上述方案中，所述碎草系统包括碎草刀筒和第六电机；碎草刀筒和第六电机连接。

上述方案中，所述动力电池通过逆变器与电机连接。

上述方案中，所述控制系统包括发动机管理系统EMS、传感器和电控系统；

所述电控系统分别与电机连接；传感器用于检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统，发动机管理系统EMS分别与动力电池和发动机连接。

一种根据所述的增程式电动联合收获机的控制方法，包括以下步骤：

设定动力电池的SOC上下限阈值来控制发动机的启停，当动力电池低于下限阈值时，控制系统控制发动机启动，带动发电机向动力电池充电，当电池SOC突破上限阈值时，控制系统控制发动机关闭，发动机管理系统EMS对发动机的转速进行控制，传感器检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统，电控系统控制电机的转速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过分布式电驱动实现联合收获机各工作系统之间的机械解耦，解决了传统联合收获机传动系统部件多、路径长，作业参数无法实时调节的问题，具有结构布局灵活、能源利用率高等优点，同时，电池和电机的应用可以降低整机的燃油消耗和碳排放，提高环境友好性，此外引入增程式混合动力技术，当联合收获机进行简短的收获任务或低负荷工作时，整机的功耗可全部由动力电池提供，实现零油耗，当进行较长较重的收获任务时，发动机亦可提供能量，使得整机的续航和节能得以兼顾。

附图说明

图1为本发明所述增程式电动联合收获机及其分布式电驱动技术方案的原理简图；

图2为本发明所述增程式电动联合收获机及其分布式电驱动技术方案的俯视图；

图3为本发明所述增程式电动联合收获机及其分布式电驱动技术方案的侧视图；

图4为本发明所述增程式电动联合收获机及其分布式电驱动技术方案的侧面局部剖视图。

图中：10.割台系统，11.拨禾轮，11a.第一电机，12.割刀，12a.割刀传动连杆，12b.割刀传动轮，13.割台搅龙，13a.第二电机，13b.割台搅龙传动轮，14.输送带，14a.第三电机，20.控制系统，21.驾驶室，22.发动机管理系统EMS，23.电控系统，24.传感器，30.发动机，31.发电机，32.动力电池，40.脱粒系统，41.脱粒滚筒，41a.第七电机，50.行走系统，51.左驱动轮，51a左驱动轮电机，52.右驱动轮，52a.右驱动轮电机，60.清选系统，61.风机，61a.风机电机，62a.第四电机，62b.清选传动连杆，62c.前抖动板，62d.后抖动板，62e.鱼鳞筛，62f.尾筛，62g.编织筛，63.底板，64a.第五电机，64b.杂余搅龙A，64c.杂余搅龙传动轮，64d.杂余搅龙B，65a.籽粒搅龙，65b.籽粒搅龙传动轮，70.储粮系统，71.粮箱，72.输粮筒，80.碎草系统，81a.第六电机，81b.碎草刀筒。

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1-4所示为所述增程式电动联合收获机的一种较佳实施方式，所述增程式电动联合收获机，包括增程式电动系统、割台系统10、控制系统、脱粒系统40、行走系统50、清选系统60和碎草系统80；所述增程式电动系统包括依次连接的发动机30、发电机31和动力电池32；所述脱粒系统40、行走系统50、清选系统60和碎草系统80分别设有独立的电机，动力电池32与电机连接；所述控制系统分别与增程式电动系统、割台系统10、脱粒系统40、行走系统50、清选系统60和碎草系统80连接。

所述动力电池32可以作为配重块进行灵活布置，对整车重心起到稳定调节的作用。

根据本实施例，优选的，所述割台系统10包括拨禾轮11、割刀12、割台搅龙13和输送带14；所述拨禾轮11与第一电机11a连接，割台搅龙13和割刀12分别与第二电机13a连接，输送带14与第三电机14a连接。

根据本实施例，优选的，所述脱粒系统40包括脱粒滚筒41和第七电机41a；脱粒滚筒41和第七电机41a连接。

根据本实施例，优选的，所述行驶系统50包括左驱动轮51和右驱动轮52，左驱动轮51与左轮边电机51a连接，右驱动轮52与右轮边电机52a连接。

根据本实施例，优选的，所述清选系统60包括风机61、清选筛62、杂余搅龙64和籽粒搅龙65；所述风机61与动力输出轴PTO35连接；所述清选筛62与第四电机62a连接；所述杂余搅龙64和籽粒搅龙65分别与第五电机64a连接。

根据本实施例，优选的，所述碎草系统80包括碎草刀筒81b和第六电机81a；碎草刀筒81b和第六电机81a连接。

根据本实施例，优选的，所述动力电池32通过逆变器35与电机连接。

根据本实施例，优选的，所述控制系统包括发动机管理系统EMS22、传感器24和电控系统23；所述电控系统23分别与电机连接；传感器24用于检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统23，发动机管理系统EMS22分别与动力电池32和发动机30连接。

本发明发动机30和电池32构成了整机的动力来源，此处发动机30不直接提供动力输出，仅带动发电机31向电池32进行充电，由于本发明采用了分布式电驱动技术，各工作部件之间实现了机械解耦，因此与传统联合收获机相比，发动机30不必工作在最大马力处。本发明中，通过设定动力电池32的SOC上下限阈值来控制发动机30的启停，当电池SOC低于下限阈值时，发动机30启动，带动发电机31向动力电池32充电，当电池SOC突破上限阈值时，发动机30关闭，同时基于发动机30的MAP图，对发动机30进行理想工作点的标定，并由发动机管理系统EMS22对发动机30的转速进行控制，使得发动机30始终工作在理想区间。此外，动力电池32也可以通过外接电源充电。

所述发动机30工作时，转速处于理想的高效点，该高效点基于发动机的MAP图进行标定并由发动机管理系统EMS22对发动机的转速进行控制。

本发明中的各电机均为独立工作的电机且均由动力电池32通过逆变器35进行供电驱动，驾驶员可根据作物的不同属性对各工作部件的电机转速进行调节以更好地适应不同工况的需求。此外为了保证联合收获机工作性能的稳定，当驾驶员选定所需电机转速时，对各电机进行恒转速控制，通过转速传感器24监测各电机的转速，并实时将转速状态传输给电控系统23，当电机工作负载发生变化时，由电控系统23对电机的负载电压进行调节以稳定电机的转速，从而保证联合收获机稳定工作。

一种根据所述的增程式电动联合收获机的控制方法，具体包括以下步骤：

设定动力电池32的SOC上下限阈值来控制发动机30的启停，当动力电池32低于下限阈值时，控制系统控制发动机30启动，带动发电机30向动力电池32充电，当电池SOC突破上限阈值时，控制系统控制发动机30关闭，同时基于发动机30的MAP图，对发动机30进行理想工作点的标定，并由发动机管理系统EMS22对发动机30的转速进行控制，使得发动机30始终工作在理想区间，所述传感器24检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统23，电控系统23控制电机的转速。

所述割台系统10的拨禾轮11由第一电机11a直接驱动；割台搅龙13由第二电机13a驱动，同时通过割刀传动轮12b、割台搅龙传动轮13b以及割刀传动连杆12a带动割刀工作；输送带由第三电机14a直接驱动。在工作过程中，利用拨禾轮11将作物的杆茎拨入，并由割刀12将其割断，收割后的作物通过割台搅龙13聚集起来，并通过输送带14向后方输送至脱粒系统40。

所述脱粒系统40包括脱粒滚筒41和第七电机41a，脱粒滚筒41由第七电机41a直接驱动，经脱粒系统40脱粒后的作物将进一步由清选系统60进行处理。

所述行驶系统50中设有两个独立的左轮边电机51a、和右轮边52a分别驱动左驱动轮51和右驱动轮52，从而带动整机前进和转弯。

所述清选系统60包括清选部件和输送部件，清选部件包括风机61、清选电机62a、清选部件连杆62b、前抖动板62c、后抖动板62d、鱼鳞筛62e、尾筛62f、编织筛62g；输送部件包括底板63、横向杂余搅龙64b、纵向杂余搅龙64d、杂余搅龙电机64a、籽粒搅龙65a。其中，风机安装在动力输出轴PTO33上，并由动力输出轴PTO直接带动工作；前抖动板62c、后抖动板62d、鱼鳞筛62e、尾筛62f通过第四电机62a、清选部件连杆62b进行驱动；杂余搅龙64d由第五电机64a直接驱动，并通过传动轮64c和传动轮65b带动籽粒搅龙65a工作。通过脱粒系统40进行脱粒处理后的作物籽粒和杆茎、颖壳等杂余在重力的作用下掉落入清选系统60中，落在头部的籽粒和杂余在抖动板的抖动抛送下由于比重不同互相分离，进一步通过鱼鳞筛62e和编织筛62g将谷粒筛选出来，在此过程当中，收到风机61的气流吹散作用，轻的颖壳和碎稿被吹出机外,干净的谷粒落入底板63并滑落至籽粒搅龙65a处，进一步通过储粮系统70的输粮筒72输送到粮箱71，未脱净的杂余、断穗通过尾筛62f的筛孔落入落入底板63并滑落至杂余搅龙64b处并送回到脱粒系统40经再次脱粒后进入清选装置60。杂余中的秸秆、短茎等则直接进入碎草系统80进行切碎。

所述碎草系统80的碎草刀筒81b由第六电机81a直接驱动，从清选系统60中排出的秸秆、短茎等进入碎草系统80，通过碎草刀筒81b切碎后排出机外。

本发明针对联合收获机功率大、能耗高的特点，采用增程式混合动力技术，兼顾整机续航和节能，结合分布式电驱动技术，该联合收获机具有结构布局灵活、能源利用率高等优点，作为直接产生动力的部分，驱动系统与动力系统减少机械连接，易于实现两者的控制解耦。此外，利用发电系统和储能模块的不同特性，让供电系统和动力系统工作在高效区，当在轻负荷作业工况时，供电系统可以根据实际功耗动态按需分配，大大减少能量损失。

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 (9)

1.一种增程式电动联合收获机，其特征在于，包括增程式电动系统、割台系统(10)、控制系统、脱粒系统(40)、行走系统(50)、清选系统(60)和碎草系统(80)；

所述增程式电动系统包括依次连接的发动机(30)、发电机(31)和动力电池(32)；所述脱粒系统(40)、行走系统(50)、清选系统(60)和碎草系统(80)分别设有独立的电机，动力电池(32)与电机连接；

所述控制系统分别与增程式电动系统、割台系统(10)、脱粒系统(40)、行走系统(50)、清选系统(60)和碎草系统(80)连接。

2.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述割台系统(10)包括拨禾轮(11)、割刀(12)、割台搅龙(13)和输送带(14)；

所述拨禾轮(11)与第一电机(11a)连接，割台搅龙(13)和割刀(12)分别与第二电机(13a)连接，输送带(14)与第三电机(14a)连接。

3.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述脱粒系统(40)包括脱粒滚筒(41)和第七电机(41a)；脱粒滚筒(41)和第七电机(41a)连接。

4.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述行驶系统(50)包括左驱动轮(51)和右驱动轮(52)，左驱动轮(51)与左轮边电机(51a)连接，右驱动轮(52)与右轮边电机(52a)连接。

5.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述清选系统(60)包括风机(61)、清选筛(62)、杂余搅龙(64)和籽粒搅龙(65)；

所述风机(61)与动力输出轴PTO(35)连接；所述清选筛(62)与第四电机(62a)连接；所述杂余搅龙(64)和籽粒搅龙(65)分别与第五电机(64a)连接。

6.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述碎草系统(80)包括碎草刀筒(81b)和第六电机(81a)；碎草刀筒(81b)和第六电机(81a)连接。

7.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述动力电池(32)通过逆变器(35)与电机连接。

8.根据权利要求1所述的增程式电动联合收获机，其特征在于，所述控制系统包括发动机管理系统EMS(22)、传感器(24)和电控系统(23)；

所述电控系统(23)分别与电机连接；传感器(24)用于检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统(23)，发动机管理系统EMS(22)分别与动力电池(32)和发动机(30)连接。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的增程式电动联合收获机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定动力电池(32)的SOC上下限阈值来控制发动机(30)的启停，当动力电池(32)低于下限阈值时，控制系统控制发动机(30)启动，带动发电机(30)向动力电池(32)充电，当电池SOC突破上限阈值时，控制系统控制发动机(30)关闭，发动机管理系统EMS(22)对发动机(30)的转速进行控制，传感器(24)检测各电机的转速，并实时将电机转速状态传输给电控系统(23)，电控系统(23)控制电机的转速。

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