CN114603407A - 一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置及方法，包括：与切碎辊动刀相接触的磨石，磨石内沿动刀切入方向并列设置第一电极和第二电极，第一电极贯穿所述磨石底部，第一电极的第一端与动刀相接触，第二电极的第一端嵌入磨石预设深度；第一电极和第二电极的第二端均分别与信号采集装置和电源的负极连接，第一电极和第二电极通过切碎辊主轴与电源的正极连接。信号采集装置实时采集磨刀过程中设置在磨石内部的电极脉冲电压信号发生频率、脉冲持续时间和占空比等参数的变化情况，及时准确地判断动刀的刃磨情况和磨石的磨损情况，提高了动刀和磨石的使用寿命，避免了磨石过度磨损，磨石底座与动刀发生碰撞的情况，提高了磨刀装置的安全性能。

Description

一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置及方法

技术领域

本申请涉及磨刀装置检测技术领域，具体涉及一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置及方法。

背景技术

切碎装置作为饲草料收获机械最重要的部件之一，所安装的动刀片的锋利程度直接影响饲草料收获机械的工作性能。随着切碎工作的进行，切碎装置上安装的动刀刀片将会出现不同程度上的磨损（崩刃、刃口变钝等）。刀片过度磨损将会造成切碎装置作业质量差、作业效率低、作业功耗上升等问题。同时，磨石在长时间使用之后需及时更换，避免动刀与磨石底座发生碰撞。

传统技术中的饲草料收获机一般都有的磨刀装置，但多数为手动式，部分极少数为电控式。现有的磨刀装置在磨刀过程中没有相应的检测装置判断刀具锋锐程度，多通过观察法（观察火花均匀度或刃口的锋利程度）、声音辨别法（判断磨刀声音的一致性）等方法进行判断。

采用上述判断方式对刀具的刃磨情况虽然能够进行判断，但是由于存在一定的主观因素，在判断时会存在一定的误差，而且动刀在刃磨过程中也无法判断磨石的磨损情况，进而容易造成磨刀不均匀。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，包括：与切碎辊动刀相接触的磨石，所述磨石内沿动刀切入方向并列设置第一电极和第二电极，所述第一电极贯穿所述磨石底部，所述第一电极的第一端与动刀相接触，所述第二电极的第一端嵌入所述磨石预设深度；所述第一电极和所述第二电极的第二端均分别与信号采集装置和电源的负极电连接，所述第一电极和第二电极通过切碎辊主轴与所述电源的正极电连接。

采用上述实现方式，信号采集装置可实时采集磨刀过程中设置在磨石内部的电极脉冲电压信号变化情况，进而及时准确地判断动刀的刃磨情况和磨石的磨损情况，提高了动刀和磨石的使用寿命，避免了磨石过度磨损，磨石底座与动刀发生碰撞的情况，提高了磨刀装置的安全性能。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述第一电极和所述第二电极与所述电源负极之间设置有并联设置的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻两端分别与所述第一电极的第二端和所述电源的负极电连接，所述第二电阻两端分别与所述第二电极的第二端和所述电源的负极电连接；所述信号采集装置分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接。

在磨刀过程中，第一电极的第二端与动刀刀刃接触，从而使电路导通，在第一电阻的两端产生脉冲电压信号，刃口的锋利程度不同，产生的脉冲电压信号不同，刃口越锋利产生的脉冲电压信号发生频率越高，脉冲持续的时间越长，脉冲占空比也越大。第二电极嵌入磨石的深度由磨石的安全磨损量决定，如果磨石在刃磨过程中出现过度磨损，则第二电极对应的电路导通。此时第二电极传出脉冲信号，需要及时更换磨石，防止磨石过度磨损后发生动刀与磨石底座碰撞的情况。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述信号采集装置包括数据采集卡和上位机，所述数据采集卡的第一端分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接，所述数据采集卡的第二端与所述上位机的端口连接；所述数据采集卡用于采集所述第一电阻和所述第二电阻两端的脉冲电压信号发送给上位机。数据采集卡将采集的脉冲电压信号发送给上位机后，上位机通过检测脉冲电压信号的发生频率、脉冲持续时间和占空比等参数来间接判断动刀刃口的刃磨情况，并及时提示操作者进行下一步操作。上位机中开发有测控系统，可实时显示和保存电极脉冲信号，并对信号进行分析判断，当脉冲信号均匀稳定，脉冲发生频率、脉冲持续时间、占空比等参数不再发生变化时，说明动刀刃磨完成，及时提示操作者停止刃磨作业。当第二电极产生脉冲信号时，说明磨石磨损严重，上位机系统发出警报，提示操作者及时更换磨石。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述数据采集卡与所述第一电阻和第二电阻之间还设置有信号整形滤波电路，所述信号整形滤波电路分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接，所述信号整形滤波电路的输出端与所述数据采集卡的第一端电连接。

整形滤波电路可对外部电磁信号进行隔离，减小电机、变频器等大功率部件对信号产生的干扰，对该信号进行整形滤波，并最终通过数据采集卡传输给上位机系统。第一电阻和第二电阻并联接入到整形滤波电路中，处理后的脉冲信号由数据采集卡进行采集，并传输至上位机。

结合第一方面或第一方面第一至三种任一可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述磨石的中心位置设置有贯穿所述磨石的第一预留孔，偏离所述中心位置设置有预设深度的第二预留孔，所述第一电极设置在所述第一预留孔内，所述第二电极设置在所述第二预留孔内。由于在刃磨作业中，刀刃对应磨石的中间位置，因此将设置第一电极的预留孔设置在中间位置，保证第一电极第二端在磨刀时与刀刃接触。设置第二电极的第二预留孔与第一预留孔有一定距离，第二预留孔的深度取决于磨石的最大安全磨损量。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述第一电极和第二电极通过密封胶在对应的预留孔内密封固定。密封胶将第一电极和第二电极分别固定在各自的预留孔内，使得刃磨过程中不会因振动发生移动。

结合第一方面第四或五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第一电极的第二端齐平磨石底面。第一电极的第二端齐平磨石底面，可以保证如果刀刃对第一电极产生磨损时，第一电极内部金属线和外部磨石是同步磨损的。

第二方面，本申请实施例提供了一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法，采用第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，所述方法包括：控制磨石靠近动刀刀刃进行刃磨作业，并且使得第一电极的第二端与动刀刀刃相接触；在动刀刃磨过程中通过信号采集装置采集第一电极和第二电极的脉冲信号;如果在第一时间段内所述第一电极产生的脉冲的发生频率、脉冲持续时间、占空比等参数达到设定阈值且不再发生变化,则停止刃磨作业；或者，如果在第一时间所述第二电极产生脉冲信号，则停止刃磨作业并更换磨石。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述在动刀刃磨过程中通过信号采集装置采集第一电极和第二电极的脉冲信号，包括：通过分别采集与所述第一电极串联的第一电阻两端的第一电压信号和所述第二电极串联的第二电阻两端的第二电压信号；将所述第一电压信号和第二电压信号整形后获得第一电极和第二电极对应的脉冲电压信号。

结合第二方面或第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，如果刃磨结束或需要更换磨石时，将磨石恢复至初始位置。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的刃磨前和刃磨后动刀与磨石电极接触示意图；

图3为本申请实施例提提供的电极在磨石中设置示意图；

图4为本申请实施例提供的第一电极脉冲电压信号变化情况示意图；

图5为刃磨初期第一电极脉冲电压信号；

图6为刃磨后期（刃磨即将完成时）第一电极脉冲电压信号；

图7为本申请实施例提供的一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法的示意图；

图1-7中，符号表示为：

1-切碎辊动刀，2-磨石，3-第一电极，4-第二电极，5-电源，6-切碎辊主轴，7-第一电阻，8-第二电阻，9-数据采集卡，10-上位机，11-整形滤波电路，12-第一预留孔，13-第二预留孔。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本申请实施例提供的一种滚筒式切碎辊动刀1刃磨在线检测装置的结构示意图，参见图1，本实施例中的滚筒式切碎辊动刀1刃磨在线检测装置包括：与切碎辊动刀1相接触的磨石2，所述磨石2内沿动刀切入方向并列设置第一电极3和第二电极4，所述第一电极3贯穿所述磨石2底部，所述第一电极3的第一端与动刀相接触，所述第二电极4的第一端嵌入所述磨石2预设深度；所述第一电极3和所述第二电极4的第二端均分别与信号采集装置和电源5的负极连接，所述第一电极3和第二电极4通过切碎辊主轴6与所述电源5的正极电连接。

信号采集装置可实时采集磨刀过程中设置在磨石2内部的电极脉冲参数变化情况，进而及时准确地判断动刀的刃磨情况和磨石2的磨损情况，提高了动刀和磨石2的使用寿命，避免了磨石2过度磨损，磨石底座与动刀发生碰撞的情况，提高了磨刀装置的安全性能。

为了实现对第一电极3和第二电极4脉冲信号的采集，所述第一电极3和所述第二电极4与所述电源5负极之间设置有并联设置的第一电阻7和第二电阻8，所述第一电阻7两端分别与所述第一电极3的第二端和所述电源5的负极电连接，所述第二电阻8两端分别与所述第二电极4的第二端和所述电源5的负极电连接；所述信号采集装置分别与所述第一电阻7和第二电阻8并联连接。

参见图2和图3，在磨刀过程中,第一电极3的第二端始终与动刀刀刃接触，从而使电路导通，在第一的两端产生脉冲电压信号，刃口的锋利程度不同，产生的脉冲电压信号发生频率、持续时间、占空比等参数不同，刃口越锋利产生的脉冲电压信号发生频率越稳定，脉冲持续时间越长，同时脉冲的占空比越大。第二电极4嵌入磨石2的深度由磨石2的安全磨损量决定，如果磨石2在刃磨过程中出现过度磨损，则第二电极4对应的电路导通。此时第二电极4传出脉冲信号，需要及时更换磨石2，防止磨石2过度磨损后发生动刀与磨石2底座碰撞的情况。

本实施例中，所述信号采集装置包括数据采集卡9和上位机10，所述数据采集卡9的第一端分别与所述第一电阻7和第二电阻8并联连接，所述数据采集卡9的第二端与所述上位机10的端口连接。所述数据采集卡9用于采集所述第一电阻7和所述第二电阻8两端的脉冲电压信号发送给上位机10。

数据采集卡9将采集的脉冲电压信号发送给上位机10后，上位机10通过检测脉冲电压信号的参数来间接判断动刀刃口的刃磨情况，并及时提示操作者进行下一步操作。上位机10中开发有测控系统，可实时显示和保存电极脉冲信号，并对信号进行分析判断，当脉冲电压信号均匀稳定，脉冲发生频率、脉冲持续时间和占空比等参数不再发生变化时，说明动刀刃磨完成，及时提示操作者停止刃磨作业。参见图4所示，t1到t3脉冲电压信号持续的时间逐渐增长，t3和t4对应的脉冲电压信号持续的时间相同，则说明在t4时刻动刀刃磨完成，可以停止刃磨作业。参见图5、图6所示，动刀刃磨初期脉冲电压信号发生频率较低、脉冲持续时间较短、占空比较小，而刃磨后期（刃磨机将完成时）脉冲电压信号发生频率较高，脉冲持续时间较长、占空比较大，并且信号的各项参数趋于稳定。当第二电极4产生脉冲信号时，说明磨石2磨损严重，上位机10系统发出警报，提示操作者及时更换磨石2。

进一步地，所述数据采集卡9与所述第一电阻7和第二电阻8之间还设置有信号整形滤波电路11，本实施例中的整形滤波电路11采用传统技术中成熟的电路系统。所述信号整形滤波电路11分别与所述第一电阻7和第二电阻8并联连接，所述信号整形滤波电路11的输出端与所述数据采集卡9的第一端端口连接。

整形滤波电路11可对外部电磁信号进行隔离，减小电机、变频器等大功率部件对信号产生的干扰，对该信号进行整形滤波，并最终通过数据采集卡9传输给上位机10系统。第一电阻7和第二电阻8并联接入到整形滤波电路11中，处理后的脉冲信号由数据采集卡9进行采集，并传输至上位机10。

参见图5，本实施例中，所述磨石2的中心位置设置有贯穿所述磨石2的第一预留孔12，偏离所述中心位置设置有预设深度的第二预留孔13，所述第一电极3设置在所述第一预留孔12内，所述第二电极4设置在所述第二预留孔13内。由于在刃磨作业中，刀刃对应磨石2的中间位置，因此将设置第一电极3的预留孔设置在中间位置，保证第一电极3第二端磨刀时与刀刃接触。设置第二电极4的第二预留孔13与第一预留孔12有一定距离，第二预留孔13的深度取决于磨石2的最大安全磨损量。

所述第一电极3和第二电极4通过密封胶在对应的预留孔内密封固定。密封胶将第一电极3和第二电极4分别固定在各自的预留孔内，使得刃磨过程中不会因振动发生移动。

本实施例中，所述第一电极3和所述第二电极4采用漆包线，第一电极3的第二端齐平磨石2底面。第一电极3的第二端齐平磨石2底面，可以保证刀刃对第一电极3产生磨损时，内部金属线和外部磨石2是同步磨损的。

与上述实施例提供的一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置相对应，本申请还提供了一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法的实施例，参见图6，所述方法包括：

S101，控制磨石靠近动刀刀刃进行刃磨作业，并且使得第一电极的第一端与动刀刀刃相接触。

a、使用前先检查检测电路连接无误，然后将上位机打开，启动磨刀装置和滚筒式切碎装置进行刃磨作业。具体地，将检测电路按照图1所示进行连接，并利用万用表等设备检测电路是否连接正确。

b、启动上位机，打开测控系统，选择匹配的数据采集卡并初始化各项参数。

c、启动滚筒式切碎装置，将动刀转速调整至合适值，启动磨刀装置开始刃磨。

S102，在动刀刃磨过程中通过信号采集装置采集第一电极和第二电极的脉冲信号。

通过分别采集与所述第一电极串联的第一电阻两端的第一电压信号和所述第二电极串联的第二电阻两端的第二电压信号；将所述第一电压信号和第二电压信号整形后获得第一电极和第二电极对应的脉冲电压信号。

S103，如果在第一时间段内所述第一电极产生的脉冲电压信号的发生频率、脉冲持续时间以及占空比等参数平稳不在发生变化,则停止刃磨作业；或者，如果在第一时间所述第二电极产生脉冲电压信号，则停止刃磨作业并更换磨石。

本申请通过电极检测动刀的刃磨情况和磨石的磨损情况，并通过上位机对刃磨过程中产生的脉冲电压信号加以显示和保存，方便操作者实时掌握动刀刃磨状态。同时，刃磨过程的实时在线监测避免了磨石和动刀的过度磨损，提高了磨石和动刀的使用寿命和磨刀作业的安全性能。需要指出的，如果刃磨结束或需要更换磨石时，将磨石恢复至初始位置。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，包括：与切碎辊动刀相接触的磨石，所述磨石内沿动刀切入方向并列设置第一电极和第二电极，所述第一电极贯穿所述磨石底部，所述第一电极的第一端与动刀相接触，所述第二电极的第一端嵌入所述磨石预设深度；所述第一电极和所述第二电极的第二端均分别与信号采集装置和电源的负极电连接，所述第一电极和第二电极通过切碎辊主轴与所述电源的正极电连接。

2.根据权利要求1所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极与所述电源负极之间设置有并联设置的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻两端分别与所述第一电极的第二端和所述电源的负极电连接，所述第二电阻两端分别与所述第二电极的第二端和所述电源的负极电连接；所述信号采集装置分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接。

3.根据权利要求2所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述信号采集装置包括数据采集卡和上位机，所述数据采集卡的第一端分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接，所述数据采集卡的第二端与所述上位机的端口连接；所述数据采集卡用于采集所述第一电阻和所述第二电阻两端的脉冲电压信号发送给上位机。

4.根据权利要求3所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述数据采集卡与所述第一电阻和第二电阻之间还设置有信号整形滤波电路，所述信号整形滤波电路分别与所述第一电阻和第二电阻并联连接，所述信号整形滤波电路的输出端与所述数据采集卡的第一端端口连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述磨石的中心位置设置有贯穿所述磨石的第一预留孔，偏离所述中心位置设置有预设深度的第二预留孔，所述第一电极设置在所述第一预留孔内，所述第二电极设置在所述第二预留孔内。

6.根据权利要求5所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述第一电极和第二电极通过密封胶在对应的预留孔内密封固定。

7.根据权利要求5或6所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极为漆包线，第一电极的第二端齐平磨石底面。

8.一种滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测装置，所述方法包括：

控制磨石靠近动刀刀刃进行刃磨作业，并且使得第一电极的第一端与动刀刀刃相接触；

在动刀刃磨过程中通过信号采集装置采集第一电极和第二电极的脉冲电压信号；

如果在第一时间段内所述第一电极产生的脉冲电压信号的发生频率、脉冲持续时间和占空比达到设定阈值，且逐渐趋于平稳,则停止刃磨作业；或者，如果在第一时间段内所述第二电极产生脉冲信号，则停止刃磨作业并及时更换磨石。

9.根据权利要求8所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法，其特征在于，所述在动刀刃磨过程中通过信号采集装置采集第一电极和第二电极的脉冲信号，包括：

通过分别采集与所述第一电极串联的第一电阻两端的第一电压信号和所述第二电极串联的第二电阻两端的第二电压信号；

将所述第一电压信号和第二电压信号整形后获得第一电极和第二电极对应的脉冲信号。

10.根据权利要求8或9所述的滚筒式切碎辊动刀刃磨在线检测方法，其特征在于，如果刃磨结束或需要更换磨石时，将磨石恢复至初始位置。

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