CN114846991A - 一种联合收获机清选负荷监测装置与清选性能预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种联合收获机清选负荷监测装置与清选性能预测方法，以前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量设计田间实验，获取不同前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度组合下，籽粒清选损失/籽粒含杂率、各部位清选筛面负荷的数据变化规律；以籽粒清选损失/籽粒含杂率为目标，以将要的拟合数学模型的相关性调整值R² _adj指标为衡量标准，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选筛面负荷中挑选合适个数的自变量，拟合得到数学模型实时表征籽粒清选损失/籽粒含杂率。本发明为联合收获机控制系统提供前置的籽粒损失率及籽粒含杂率信息，减小后续控制滞后，可显著提升清选性能。

Description

一种联合收获机清选负荷监测装置与清选性能预测方法

技术领域

本发明属于联合收获机自适应控制技术领域，具体涉及一种联合收获机清选负荷监测装置与清选性能预测方法。

背景技术

清选装置是联合收获机的“消化系统”，是影响整机作业质量、效率和适应性的核心部件，籽粒清选损失和籽粒含杂率是反映清选性能的两个重要指标。经调研，现阶段机手片面追求作业效率，联合收获机田间作业时喂入量普遍超过额定值，由于田间作物长势波动，导致喂入量变化，清选室内待清选脱出物层厚增加，清选性能差，籽粒清选损失较高。现有对清选装置作业状态监测方面的研究多集中在籽粒损失监测或粮箱含杂率监测，而清选负荷是影响清选性能的关键因素之一，清选负荷监测方法研究较少，因此，准确监测清选负荷值，对清选装置参数调节具有重要意义。另外，由于联合收获机作业过程较长，而籽粒损失监测传感器一般安装在联合收获机尾部、籽粒含杂率监测传感器一般安装在粮箱内，获取的籽粒损失和籽粒含杂量信息较为滞后，依据此信息建立的控制模型往往适应性较差。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种联合收获机清选负荷监测装置与清选性能预测方法,为联合收获机控制系统提供前置的籽粒损失率及籽粒含杂率信息，减小后续控制滞后。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种联合收获机清选负荷监测装置，包括：

清选筛面负荷采集装置，位于鱼鳞筛开度可调节的清选筛的筛面下方；

鱼鳞筛开度可调节的清选筛，用于获取鱼鳞筛开度并对鱼鳞筛开度进行调节；

分风板倾角调节装置，与风机分风板相连，用于获取分风板倾角并对分风板倾角进行调节；

籽粒损失监测装置，用于获取籽粒清选损失；

籽粒含杂率监测装置，用于获取籽粒含杂率；

风机转速调节装置，与风机轴连接，用于获取风机转速并对风机转速进行调节。

上述技术方案，所述清选筛面负荷采集装置包括支撑杆和差压传感器，两差压传感器对称固定在支撑杆两侧，支撑杆固定在联合收获机的清选室外壁。

上述技术方案，所述支撑杆设置两个，位于鱼鳞筛与编织筛中间位置。

上述技术方案，所述风机转速调节装置采用液压马达。

上述技术方案，还包括：

监测与控制系统，与清选筛面负荷采集装置、鱼鳞筛开度可调节的清选筛、分风板倾角调节装置、籽粒损失监测装置、籽粒含杂率监测装置和风机转速调节装置进行通信，实现清选筛面负荷、鱼鳞筛开度、分风板倾角、籽粒清选损失、籽粒含杂率和风机转速的采集，并对鱼鳞筛开度、分风板倾角和风机转速进行调节。

一种基于联合收获机清选负荷监测装置的联合收获机清选性能预测方法，具体为：

以联合收获机前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量进行田间实验，获取不同前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度组合下，籽粒清选损失/籽粒含杂率、各部位清选筛面负荷的数据变化规律；

以籽粒清选损失/籽粒含杂率为目标，以将要的拟合数学模型的相关性调整值R² _adj指标为衡量标准，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选筛面负荷中挑选自变量；

利用挑选出的自变量，拟合得到数学模型实时表征籽粒清选损失/籽粒含杂率。

进一步地，所述清选筛面负荷的采集方法为：

压差传感器监测筛面零负荷情况下标准压差信号；

设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角组合，进行多组筛面零负荷下的试验，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y1；

在已知清选筛面负荷的情况下，测量不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角组合下压差传感器的电压幅值，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛片开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y2；

将关系模型Y2和Y1进行作差，得到一定清选筛面负荷下各压差传感器压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y3＝Y2-Y1；

利用关系模型Y3校正后的各压差传感器的压差信号电压幅值表征清选筛面负荷。

进一步地，所述清选筛面负荷的采集方法为：

在筛面零负荷情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角的组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线1；

在已知清选筛面负荷的情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角的组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线2；

利用关系曲线2减去关系曲线1的对应值，得到已知清选筛面负荷、不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的变化曲线3；

固定风机转速和分风板倾角，基于变化曲线3，拟合各压差传感器监测值随鱼鳞筛片开度的变化关系曲线，预测鱼鳞筛开度负向变化时“虚拟筛片开度”，利用实际筛片开度值减去“虚拟筛片开度”表征清选筛面负荷。

本发明的有益效果为：

(1)本发明以前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量设计实验进行田间试验，获取不同前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度组合下籽粒清选损失/籽粒含杂率、各部位清选负荷的数据变化规律，以籽粒清选损失/籽粒含杂率为目标，以将要的拟合数学模型的相关性调整值R² _adj指标为衡量标准，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选筛面负荷中挑选合适个数的自变量；利用挑选出的自变量，拟合得到数学模型实时表征籽粒清选损失/籽粒含杂率；为联合收获机控制系统提供前置的籽粒损失率及籽粒含杂率信息，减小后续控制滞后，可显著提升清选性能。

(2)本发明的清选筛面负荷获取方法包括：①压差传感器测量鱼鳞筛片下方的压差并通过拟合关系模型进行信号校正，利用关系模型校正后各压差传感器的压差信号电压幅值来表征清选负荷，排除工作参数对所测压力信号的干扰；②不同鱼鳞筛开度下，获取在筛面零负荷情况/已知清选筛面负荷下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线，进而得到已知清选筛面负荷、不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的变化曲线，基于变化曲线，拟合各压差传感器监测值随鱼鳞筛片开度的变化关系曲线，预测鱼鳞筛开度负向变化时“虚拟筛片开度”，利用实际筛片开度值减去“虚拟筛片开度”表征清选筛面负荷，可使测得的清选负荷独立于清选工作参数设置，即清选负荷测量值不受清选装置工作参数组合的干扰。

附图说明

图1为本发明所述联合收获机清选负荷监测装置安装示意图；

图2为本发明所述清选筛面负荷采集装置结构示意图；

图中：1-监测与控制系统，2-清选筛面负荷采集装置，3-鱼鳞筛开度可调节的清选筛，4-分风板倾角调节装置，5-籽粒损失监测装置，6-籽粒含杂率监测装置，7-风机转速调节装置，2-1-支撑杆I，2-2-差压传感器A，2-3-差压传感器B，2-4-支撑板II，2-5-差压传感器C，2-6-差压传感器D，2-7-M8螺栓，2-8-M4螺栓，2-9-清选室外壁。

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所示，本发明一种联合收获机清选负荷监测装置，包括监测与控制系统1、清选筛面负荷采集装置2、鱼鳞筛开度可调节的清选筛3、分风板倾角调节装置4、籽粒损失监测装置5、籽粒含杂率监测装置6和风机转速调节装置7；监测与控制系统1位于联合收获机驾驶室内部，清选筛面负荷采集装置2位于鱼鳞筛开度可调节的清选筛3(其安装位置为现有技术中联合收获机上清选筛的安装位置)筛面下方，分风板倾角调节装置4与风机分风板相连，籽粒损失监测装置5安装在鱼鳞筛开度可调节的清选筛3尾部，籽粒含杂率监测装置6位于出粮口，风机转速调节装置7采用液压马达，液压马达与风机轴连接，进而实现风机转速的无级调节。清选筛面负荷采集装置2、鱼鳞筛开度可调节的清选筛3、分风板倾角调节装置4、籽粒损失监测装置5、籽粒含杂率监测装置6和风机转速调节装置7通过信号线与监测与控制系统1相连，实现信号的收集及鱼鳞筛开度、风机转速和分风板倾角的调节。其中分风板倾角调节装置4、籽粒损失监测装置5、籽粒含杂率监测装置6和风机转速调节装置7的结构均为现有技术，参见专利CN104737721A、US010143135B2，籽粒损失监测装置5用于获取籽粒损失，籽粒含杂率监测装置6用于获取籽粒含杂率。鱼鳞筛开度可调节的清选筛3、分风板倾角调节装置4和风机转速调节装置7上均安装有传感器，用于获取鱼鳞筛开度、分风板倾角和风机转速。

如图2所示，所述清选筛面负荷采集装置2包括支撑杆I2-1、差压传感器A2-2、差压传感器B2-3、支撑杆II2-4、差压传感器C2-5和差压传感器D2-6；差压传感器A2-2、差压传感器B2-3分别通过两个M4螺栓2-8与支撑杆I2-1连接在一起，差压传感器A2-2和差压传感器B2-3之间相距500mm，两个传感器分别距离支撑杆I2-1两侧140mm对称布置，支撑杆I2-1两侧分别通过两个M8螺栓2-7与联合收获机的清选室外壁2-9固定；差压传感器C2-5和差压传感器D2-6分别通过两个M4螺栓与支撑杆II2-4连接在一起，具体安装位置如支撑杆I2-1上差压传感器的布置方式，支撑杆II2-4两侧分别通过两个M8螺栓与清选室外壁2-9固定在一起。四个差压传感器、两个支撑杆位于鱼鳞筛与编织筛中间，且按照图2所示方式布置，共同组成了清选筛面负荷测量装置。

清选筛面负荷采集装置2的清选筛面负荷采集方法一如下：

S1：位于鱼鳞筛片开度可调节的清选筛3筛面下方的压差传感器用于监测筛面零负荷情况下标准压差信号；

S2：标准压差信号测试完毕后，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度、分风板倾角组合，进行多组零负荷下的试验，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y1；

S3：在鱼鳞筛片开度可调节的清选筛3筛面已知清选负荷(在整机喂入量已知时，之间求解清选负荷)的情况下，测量不同风机转速、鱼鳞筛片开度、分风板倾角组合下压差传感器的电压幅值，在已知清选负荷下，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛片开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y2；

S4：将关系模型Y2和Y1进行作差值，得到一定清选负荷下各压差传感器压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y3＝Y2-Y1，排除工作参数组合对各压差传感器压差信号电压幅值的影响；

S5：利用关系模型Y3校正后的各压差传感器的压差信号电压幅值来表征清选负荷的大小，电压幅值越大，代表清选负荷越大。

清选筛面负荷采集装置2的清选筛面负荷采集方法二如下：

S1：位于鱼鳞筛片开度可调节的清选筛3筛面下方的压差传感器，在筛面零负荷的情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度、分风板倾角组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线1；

S2：在已知清选负荷的情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度、分风板倾角组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线2；

S3：利用关系曲线2减去关系曲线1的对应值，得到已知清选负荷、不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的变化曲线3；

S4：固定风机转速和分风板倾角，基于变化曲线3，拟合各压差传感器监测值随鱼鳞筛片开度的变化关系曲线，以此为基础，预测鱼鳞筛开度负向变化时“虚拟筛片开度”对应的压差值，将清选负荷的增加等效为由鱼鳞筛筛片开度减小造成的，有清选负载时，压差传感器的监测值对应一个负向“虚拟筛片开度”，用实际筛片开度值减去“虚拟筛片开度”得到的值来表征清选负荷的大小，可使测得的清选负荷独立于清选工作参数设置，即清选负荷测量值不受清选装置工作参数组合的干扰。

籽粒清选损失预测方法：

S1：以联合收获机前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量设计实验安排，进行田间试验，获取不同参数(前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度)组合下籽粒清选损失、各部位清选负荷的数据变化规律；

S2：以籽粒清选损失为目标，以将要的拟合数学模型的相关性调整值R² _adj指标为衡量标准(模型的R² _adj越大越好且R² _adj可以识别自变量个数对R²的影响)，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选负荷中挑选合适个数的自变量；

S3：利用挑选出的自变量，拟合得到数学模型来实时表征籽粒清选损失。

籽粒含杂率预测方法：

S1：以前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量设计实验安排进行田间试验，获取不同参数(前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度)组合下籽粒含杂率、各部位清选负荷的数据变化规律；

S2：以籽粒含杂率为目标，以将要的拟合数学模型的R² _adj指标为衡量标准(模型的R² _adj越大越好且R² _adj可以识别自变量个数对R²的影响)，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选负荷等变量中挑选合适个数的自变量；

S3：利用挑选出的自变量，拟合得到数学模型来实时表征籽粒含杂率。

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 (8)

1.一种联合收获机清选负荷监测装置，其特征在于，包括：

清选筛面负荷采集装置(2)，位于鱼鳞筛开度可调节的清选筛(3)的筛面下方；

鱼鳞筛开度可调节的清选筛(3)，用于获取鱼鳞筛开度并对鱼鳞筛开度进行调节；

分风板倾角调节装置(4)，与风机分风板相连，用于获取分风板倾角并对分风板倾角进行调节；

籽粒损失监测装置(5)，用于获取籽粒清选损失；

籽粒含杂率监测装置(6)，用于获取籽粒含杂率；

风机转速调节装置(7)，与风机轴连接，用于获取风机转速并对风机转速进行调节。

2.根据权利要求1所述的联合收获机清选负荷监测装置，其特征在于，所述清选筛面负荷采集装置(2)包括支撑杆和差压传感器，两差压传感器对称固定在支撑杆两侧，支撑杆固定在联合收获机的清选室外壁。

3.根据权利要求2所述的联合收获机清选负荷监测装置，其特征在于，所述支撑杆设置两个，位于鱼鳞筛与编织筛中间位置。

4.根据权利要求1所述的联合收获机清选负荷监测装置，其特征在于，所述风机转速调节装置(7)采用液压马达。

5.根据权利要求1所述的联合收获机清选负荷监测装置，其特征在于，还包括：

监测与控制系统(1)，与清选筛面负荷采集装置(2)、鱼鳞筛开度可调节的清选筛(3)、分风板倾角调节装置(4)、籽粒损失监测装置(5)、籽粒含杂率监测装置(6)和风机转速调节装置(7)进行通信，实现清选筛面负荷、鱼鳞筛开度、分风板倾角、籽粒清选损失、籽粒含杂率和风机转速的采集，并对鱼鳞筛开度、分风板倾角和风机转速进行调节。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的联合收获机清选负荷监测装置的联合收获机清选性能预测方法，其特征在于：

以联合收获机前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度为变量进行田间实验，获取不同前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速和分风板角度组合下，籽粒清选损失/籽粒含杂率、各部位清选筛面负荷的数据变化规律；

以籽粒清选损失/籽粒含杂率为目标，以将要的拟合数学模型的相关性调整值R² _adj指标为衡量标准，利用遗传算法，从前进速度、鱼鳞筛开度、风机转速、分风板角度和各部位清选筛面负荷中挑选自变量；

利用挑选出的自变量，拟合得到数学模型实时表征籽粒清选损失/籽粒含杂率。

7.根据权利要求6所述的联合收获机清选性能预测方法，其特征在于，所述清选筛面负荷的采集方法为：

压差传感器监测筛面零负荷情况下标准压差信号；

设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角组合，进行多组筛面零负荷下的试验，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y1；

在已知清选筛面负荷的情况下，测量不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角组合下压差传感器的电压幅值，拟合各压差传感器的压差信号电压幅值与鱼鳞筛片开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y2；

将关系模型Y2和Y1进行作差，得到一定清选筛面负荷下各压差传感器压差信号电压幅值与鱼鳞筛开度、风机转速、分风板倾角的关系模型Y3＝Y2-Y1；

利用关系模型Y3校正后的各压差传感器的压差信号电压幅值表征清选筛面负荷。

8.根据权利要求6所述的联合收获机清选性能预测方法，其特征在于，所述清选筛面负荷的采集方法为：

在筛面零负荷情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角的组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线1；

在已知清选筛面负荷的情况下，设置不同风机转速、鱼鳞筛片开度和分风板倾角的组合，拟合得到不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的关系曲线2；

利用关系曲线2减去关系曲线1的对应值，得到已知清选筛面负荷、不同鱼鳞筛开度下，各压差传感器的压差信号电压幅值随风机转速、分风板倾角的变化曲线3；

固定风机转速和分风板倾角，基于变化曲线3，拟合各压差传感器监测值随鱼鳞筛片开度的变化关系曲线，预测鱼鳞筛开度负向变化时“虚拟筛片开度”，利用实际筛片开度值减去“虚拟筛片开度”表征清选筛面负荷。

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