CN114868523B - 一种收获机气力式卸粮系统调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种收获机气力式卸粮系统调控方法，属于农业机械技术领域。该收获机气力式卸粮系统包括粮箱和卸料器以及智能控制器；卸料器的箱体上端与粮箱漏斗口连接，下端出料口与水平输料管连通；粮箱的漏斗口的水分和压力传感器的信号输出端分别接智能控制器的相应信号输入端，智能控制器的相应控制输出端分别接卸粮电机和卸粮风机的受控端，通过探测压力信号、判断控制启动、探测水分信号、干燥判断控制、适中判断控制、潮湿判断控制各步骤实现卸粮调控。本发明针使机械输送与气力输送有机结合在一起，而且摸索出根据含水率同时对机械输送和气力输送速度进行合理调控的非线性控制方法，可以有效降低破损率的同时，保证足够的输送效率。

Description

一种收获机气力式卸粮系统调控方法

技术领域

本发明涉及一种卸粮系统，尤其是一种收获机气力式卸粮系统调控方法，属于农业机械技术领域。

背景技术

收获机的卸粮作业直接影响整车收获质量，破碎率是大豆类易碎作物收获质量的重要指标。长期以来，卸粮一直采用传统的输送搅龙式机构（参见申请号201320245715.4的中国专利文献），机械性挤压严重，很容易导致大豆类作物在输送过程中挤压破碎。利用气力进行谷物籽粒输送虽然可有效缓解机械性挤压，但因体积大、能耗高等原因，难以安装于谷物联合收获机上，目前只在固定式粮食加工厂或粮食收集车上得到应用。公开号为CN104229497B的中国专利申请中公开了一种气力输送系统和粮食收集车的典型结构，由于其输送系统全过程完全依赖气流，而且没有考虑对谷物含水率、剩余谷物质量的监测，无法实现气力输送的实时按需优化调控，因此整体输送效率不高。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上现技术存在的缺点，提出一种可以酌情优化的控制参数进行输送的收获机气力式卸粮系统调控方法，从而有效降低破损率的情况下，显著提高输送效率，为提高易碎作物的收获质量提供可靠保障。

研究和长期实践表明，收获输送产生的机械性挤压是导致作物破碎的根本原因，而易碎作物抗机械性挤压性主要与其含水率以及输送速度有关。为了达到以上目的，本发明收获机气力式卸粮系统调控方法的基本技术方案为：

所述收获机气力式卸粮系统包括底部具有漏斗口的粮箱和位于粮箱下的卸料器，以及智能控制器；

所述卸料器具有水平圆柱形的箱体，所述箱体中支撑可旋转的卸料滚筒；所述卸料滚筒由卸粮电机带动的转轴以及由转轴周向均布且径向延伸出的一组拨料板构成；

所述箱体的上端为与粮箱漏斗口连接的进料口，下端为与水平输料管连通的出料口；所述输料管的截面呈圆底V字形；

所述输料管的一端与卸粮风机的排气管路连通，另一端与通往集粮仓的卸粮管连通；

所述粮箱的漏斗口处装有水分传感器和压力传感器，所述水分传感器和压力传感器的信号输出端分别接智能控制器的相应信号输入端，所述智能控制器的相应控制输出端分别接卸粮电机和卸粮风机的受控端，其控制步骤为；

第一步、探测压力信号——接收压力传感器的压力信号；

第二步、判断控制启动——判断接收到的压力信号是否大于压力阈值，如否则返回第一步；如是则启动卸粮电机和卸粮风机，进行下一步；

第三步、探测水分信号——接收水分传感器的含水率信号；

第四步、干燥判断控制——判断接收到的含水率信号是否小于等于最小设定值（通常5%），如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、卸粮风速为22±0.5m/s，返回第一步；如否则进行下一步；

第五步、适中判断控制——判断接收到的含水率信号是否处于常规含水范围（通常5%-22%），如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为10-20r/min、卸粮风速为25-32m/s，返回第一步；如否则进行下一步；

第六步、潮湿判断控制——判断接收到的含水率信号是否小于最大设定值（通常30%），如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、卸粮风速为22±0.5m/s，返回第一步；如否则报警停机。

本发明针对大豆具有易脱粒易破碎的特性，不仅通过采用将卸料器与输料管相结合的结构，使机械输送与气力输送有机结合在一起，兼顾了输送效率与较少挤压破损，而且通过反复试验，摸索出根据含水率同时对机械输送和气力输送速度进行合理调控的非线性控制方法，因此可以有效降低破损率的同时，保证足够的输送效率，为提大豆之类易碎作物的收获质量提供了可靠保障。

本发明进一步的完善是：所述卸粮风机由受控于电磁比例换向阀的液压马达驱动，所述智能控制器的相应控制输出端接所述电磁比例换向阀的受控端。

本发明再进一步的完善是：根据输料管卸粮风速与卸粮风机转速的标定，通过调控卸粮风机转速获得相应的卸粮风速。

本发明更进一步的完善是所述第五步的适中判断控制细分为三级判断：

第一级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于5%而小于等于8%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为12-14r/min、卸粮风机为2800-3000 r/min，返回第一步；如否则进行下一级；

第二级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于8%而小于等于15%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为15-20r/min、卸粮风机为3200-3700 r/min，返回第一步；如否则进行下一级；

第三级——判断接收到的含水率信号k₁是否处于大于15%而小于等于22%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为10-20r/min、卸粮风机为2700-2800 r/min，返回第一步；如否则进行第六步。

本发明又进一步的完善是：所述含水率信号的最小和最大设定值分别取5%和30%。

本发明还进一步的完善是：所述拨料板的外沿固定与所述箱体内壁无缝接触的塑料软板。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1实施例中卸料器部分的透视结构示意图。

图3是图1实施例的控制器电路图。

图4是图1实施例的卸粮风机控制原理图。

图5是图1实施例的控制过程逻辑框图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的收获机气力式卸粮系统如图1所示，粮箱1的上部为立方体，底部具有漏斗口，漏斗口下装有卸料器6。卸料器6的具体结构参见图2，具有水平圆柱形的箱体6-3，箱体6-3中支撑可旋转的卸料滚筒6’。卸料滚筒6’由卸粮电机2通过传动链5带动的转轴6-1以及由转轴6-1周向均布且径向延伸出的6片矩形拨料板6-2构成。具体而言，拨料板6-2的外沿固定与箱体6-3内壁无缝接触的塑料软板，一方面起到密封作用，减少高压气体在箱体内扩散，另一方面，塑料软板转动过程对大豆挤压较小，有利于避免大豆籽粒破。箱体6-3的上端为与粮箱1漏斗口法兰连接的进料口6-4，下端为与水平输料管6-6连通的出料口6-5。进料口6-4的出口方向朝向卸料滚筒6’的径向。输料管6-6的截面呈圆底V字形，其一端与卸粮风机9的排气管路7连通，另一端与通往集粮仓的卸粮管4连通；排气管路7直径大于卸粮管4直径。如图5所示，卸粮风机9由受控于电磁比例换向阀F的液压马达M直接驱动。

粮箱1的漏斗口处装有水分传感器11和压力传感器10，水分传感器用于检测粮箱内谷物的含水率，压力传感器用于检测粮箱内谷物质量，判断粮箱内谷物是否充足。水分传感器11和压力传感器10的信号输出端分别接智能工程机械控制器（简称工控机）SPC-SFMC-X2214的相应信号输入端（参见图4、图5），该控制器的相应控制输出端分别接卸粮电机2的受控端和作为卸粮风机受控端的电磁比例换向阀F，因此可以通过改变卸粮电机2的转速、进而按需调节卸料滚筒6’，同时可以改变电磁比例换向阀F的开度、进而通过改变卸粮风机9的转速达到按需调节卸粮风速的目的。图5中的P是泵，V是溢流阀。

智能控制器的具体控制步骤如图为；

第一步、探测压力信号——启动工控机并输入压力阈值P₀，接收压力传感器的压力信号P₁。

第二步、判断控制启动——判断接收到的压力信号是否大于压力阈值、即P₁是否大于P₀，如否则返回第一步；如是则启动卸粮电机和卸粮风机，进行下一步。

第三步、探测水分信号——接收水分传感器的含水率信号k₁。

第四步、干燥判断控制——判断接收到的含水率信号k₁是否小于等于最小设定值5%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、并通过电磁比例换向阀调节液压油流量控制卸粮风机为2200-2600r/min（对应卸粮风速22±0.5m/s），返回第一步；如否则进行下一步。值得一提的是；由于经过试验已将此时通过输料管所需的卸粮风速与相应的卸粮风机转速进行了标定，因此只需控制好卸粮风机的转速，即可得到所需的卸粮风速。

第五步、适中判断控制——细分为三级判断

第一级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于5%而小于等于8%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为12-14r/min、卸粮风机为2800-3000 r/min（对应卸粮风速约25m/s），返回第一步；如否则进行下一级；

第二级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于8%而小于等于15%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为15-20r/min、卸粮风机为3200-3700 r/min（对应卸粮风速约32m/s），返回第一步；如否则进行下一级；

第三级——判断接收到的含水率信号k₁是否处于大于15%而小于等于22%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为10-20r/min、卸粮风机为2700-2800 r/min（对应卸粮风速约25m/s），返回第一步；如否则进行下一步。

第六步、潮湿判断控制——判断接收到的含水率信号是否小于等于最大设定值30%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、卸粮风机为2200-2600r/min（对应卸粮风速22±0.5m/s），返回第一步；如否则说明水分太高，不仅已不能保证收获质量，而且容易堵塞，输出报警信号并停机。

收获时，粮箱内部谷物通过方孔落入卸料滚筒，电机驱动卸粮滚筒转动后，不断将粮箱的谷物向箱体下端输送，进入输料管，由卸粮风机产生的高压气流通过排气管路将进入输料管的谷物吹出，经卸粮管排送至收获机机体外装袋或运梁车。

本实施例的控制通过反复试验，发现了含水率与合适的机械+气力输送参数之间的非线性规律，并总结出了适宜的相应控制参数：当大豆籽粒含水率较低、较为干燥或者时，籽粒容易在冲击力、挤压力等作用下发生破碎、破裂和表皮破损；而当大豆籽粒含水率较高、较为潮湿时，输送摩擦加大，籽粒也容易受挤压发生变形、破裂。因此这两种情况都需要相应降低输送速度。而在其含水率适中时，可以酌情提高输送速度。从而，在保证大豆收获质量的同时，尽可能提高输送效率。将适中判断控制进行细分后，可以获得更优的作用效果。并且，本实施例还经过试验摸索，找到了卸粮风速与卸粮风机转速之间的标定关系，从而只需控制好卸粮风机的转速，即可得到所需的卸粮风速，使得传感监测与控制更为简捷。

试验表明，本实施例针对谷物联合收获机设计的气力式卸粮系统，在吸取气力输送对谷物籽粒破碎低的优点同时，由于有机结合加入了卸料器，使其成为气力输送前端的机械式输送环节，因此在确保谷物籽粒低破碎的情况下，显著提高了卸粮系统的整体工作效率、降低了能耗，且结构紧凑，工作可靠。同时，含有水分传感器、压力传感器的控制可以实时获取粮箱谷物的含水率和剩余谷物质量，通过大量试验标定构建的卸料滚筒和卸粮风机调控参数，使卸粮系统关键作业参数得以在线优化调控，保持输送顺畅、且破碎最低，切实保证了大豆的收获质量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种收获机气力式卸粮系统调控方法，所述收获机气力式卸粮系统包括底部具有漏斗口的粮箱和位于粮箱下的卸料器，以及智能控制器；所述卸料器具有水平圆柱形的箱体，所述箱体中支撑可旋转的卸料滚筒；所述卸料滚筒由卸粮电机带动的转轴以及由转轴周向均布且径向延伸出的一组拨料板构成；其特征在于：

所述箱体的上端为与粮箱漏斗口连接的进料口，下端为与水平输料管连通的出料口；所述输料管的截面呈圆底V字形；

所述输料管的一端与卸粮风机的排气管路连通，另一端与通往集粮仓的卸粮管连通；

所述粮箱的漏斗口处装有水分传感器和压力传感器，所述水分传感器和压力传感器的信号输出端分别接智能控制器的相应信号输入端，所述智能控制器的相应控制输出端分别接卸粮电机和卸粮风机的受控端，其控制步骤为；

第一步、探测压力信号——接收压力传感器的压力信号；

第二步、判断控制启动——判断接收到的压力信号是否大于压力阈值，如否则返回第一步；如是则启动卸粮电机和卸粮风机，进行下一步；

第三步、探测水分信号——接收水分传感器的含水率信号；

第四步、干燥判断控制——判断接收到的含水率信号是否小于等于最小设定值5%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、卸粮风速为22±0.5m/s，返回第一步；如否则进行下一步；

第五步、适中判断控制——判断接收到的含水率信号是否处于常规含水范围，细分为三级判断：

第一级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于5%而小于等于8%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为12-14r/min、卸粮风机为2800-3000 r/min，返回第一步；如否则进行下一级；

第二级——判断接收到的含水率信号k₁是否大于8%而小于等于15%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为15-20r/min、卸粮风机为3200-3700 r/min，返回第一步；如否则进行下一级；

第三级——判断接收到的含水率信号k₁是否处于大于15%而小于等于22%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为10-20r/min、卸粮风机为2700-2800 r/min，返回第一步；如否则进行第六步；

第六步、潮湿判断控制——判断接收到的含水率信号是否大于22%而小于最大设定值30%，如是则分别控制卸料电机和卸粮风机，使卸料滚筒转速为5-8r/min、卸粮风速为22±0.5m/s，返回第一步；如否则报警停机。

2.根据权利要求1所述的收获机气力式卸粮系统调控方法，其特征在于：所述卸粮风机由受控于电磁比例换向阀的液压马达驱动，所述智能控制器的相应控制输出端接所述电磁比例换向阀的受控端。

3.根据权利要求1或2所述的收获机气力式卸粮系统调控方法，其特征在于：根据输料管卸粮风速与卸粮风机转速的标定，通过调控卸粮风机转速获得相应的卸粮风速。

4.根据权利要求3所述的收获机气力式卸粮系统调控方法，其特征在于：所述含水率信号的最小和最大设定值分别取5%和30%。

5.根据权利要求4所述的收获机气力式卸粮系统调控方法，其特征在于：所述拨料板的外沿固定与所述箱体内壁无缝接触的塑料软板。

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