CN206196354U - 一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，包括第二脱离滚筒,籽粒夹带损失监测系统，籽粒清选损失监测系统，清选筛,转速可调的清选风机，第一脱离滚筒，籽粒含杂率、破碎率监测装置和测控系统。测控系统可根据建立的控制模型实时控制鱼鳞筛片的开度、清选离心风机的转速及鱼鳞筛片倾角，以使联合收获机工作在筛面载荷均匀,籽粒清选损失率，粮箱籽粒含杂率最小的最佳作业状态。应用本实用新型的联合收获机能够根据作业过程中的作业质量自动调整各种工作参数，在提高生产效率的同时，将故障率控制在一定范围内，同时大大提高了整机的无故障工作时间和适应性。

Description

一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机

技术领域

本实用新型属于联合收获机自适应控制领域，具体涉及一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机。

背景技术

先进农业装备正迅速吸收和应用电子信息科技发展的成果，农业机械自动化和智能化是现代农业装备的发展趋势。国外对联合收获机自动化与智能化方面的研究已取得了丰富的成果。如Huisman,Voo Loo和Heijning通过检测搅龙的扭矩来判断喂入量的大小，对作业速度进行控制，Kruse和Krutz通过发动机的负荷对作业速度进行控制，Andersen 描述了通过检测收获谷物的体积对作业速度进行控制，日本久保田PR0481-M型联合收获机采用橡胶履带和半喂入式轴流滚筒，具有负荷自动显示、方向自控、喂入量自动调节、超负荷时发动机自动停止和自动注油等功能；纽荷兰、迪尔等公司的联合收获机上安装了电子信息显示、电子驾驶操纵等系统，这些装置主要控制机器的常规参数，如发动机转速、机油压力和温度、燃油量、电压等，也控制随机工作性能参数，如实际行驶速度、动力输出轴转速、作业面积、作业效率以及工作时间等；英国Massey Ferguson公司的“Field Star”(农田之星)系统终端具有非常重要的系统诊断功能，一旦系统出现故障，用户可通过诊断工具来发现故障，从而快速的解决故障。近年来，国内在提高联合收获机自动化和智能化水平方面做了大量研究，取得了一定的成果，缩短了与国外先进技术的差距。如介战等采用倾斜输送器对底板的压力来检测喂入量，张认成通过建立脱粒空间内谷物运动数学模型和功耗模型，设计了脱粒系统仿真控制器和以单片机为核心的仿真控制试验台。季彬彬则利用喂入主动轴扭矩对喂入量进行实时检测，设计了神经网络控制器对作业速度进行控制，卢文涛通过对滚筒驱动液压系统的油压检测喂入量，并通过模糊控制对行走速度进行预测，利用PID算法进行作业速度的控制；黑龙江八一农垦大学开发出了脱粒滚筒及各工作轴转速监视系统；江苏大学研制了基于霍尔传感器和89C51单片机的联合收获机转动部件转速报警装置；江苏大学提出了一直籽粒夹带损失监测方法并开发了籽粒夹带损失监测传感器，西北农林科技大学研制了联合收获机脱粒滚筒转速监控系统。

从国内外对联合收获机自动控制的研究可以看出，将先进的信息技术和智能控制技术应用到联合收获机上，是联合收获机自动控制发展的必然趋势。以上研究为联合收获机的自动控制提供了不少思路，但也存在一定的局限：(1) 研究对象主要集中在脱粒滚筒的负荷上，其它工作参数考虑很少，多属于单输入控制信号的控制系统，存在滞后或者参数检测不准等缺点；(2) 大多数研究处于试验阶段，没有开发实际的自动控制系统和相应的执行机构应用于联合收获机上;(3)已有的联合收获机工作参数和作业性能监测研究中，大多仅针对清选损失的监测及预测模型，没有根据监测到的清选损失率进行反馈控制，更没有考虑另一个重要的性能指标——籽粒含杂率。因此性能良好的多输入多输出联合收获机作业状态自适应控制系统是保证联合收获机作业性能重要的前提。

实用新型内容

前期研究表明，鱼鳞筛开度、鱼鳞筛倾角和风机转速是影响籽粒清选损失率和粮箱籽粒含杂率的主要因素，为实现联合收获机工作过程中清选装置的工作参数能够根据监测到的性能参数实时调节的目的，本实用新型提供了一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的：一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，包括第二脱离滚筒，籽粒清选损失监测系统，清选筛, 转速可调的清选风机，第一脱离滚筒，垂直输粮搅龙，籽粒含杂率、破碎率监测装置和测控系统。清选筛位于第二脱离滚筒的下方，转速可调的清选风机位于清选筛的左前方。第一脱离滚筒位于第二脱离滚筒前部，清选筛的左上部。籽粒夹带损失监测系统安装在第二脱离滚筒分离凹板的后部，籽粒清选损失监测系统安装在清选筛的尾部。籽粒含杂率、破碎率监测装置安装在垂直输粮搅龙的外壁上。还包括测控系统，所述测控系统与所述籽粒清选损失监测系统、清选筛的鱼鳞筛片开度调节机构，转速可调的清选风机，籽粒含杂率、破碎率监测装置相连，用来控制调节所述鱼鳞筛片的开度和所述清选离心风机的转速。

上述方案中，所述清选筛由抖动板、鱼鳞筛和尾筛组成。所述鱼鳞筛边框的边角通过支撑条与四个伺服直线电动缸相连，伺服直线电动缸固定在清选筛的筛框上，四个伺服直线电动缸的伸出量均独立可调，进而可实现鱼鳞筛倾角的调整。

上述方案中，所述清选筛的鱼鳞筛的开度可以通过鱼鳞筛开度调节机构进行电动调节。所述鱼鳞筛开度调节机构由底板，直线位移传感器，直线电动缸，球头连杆，固定柱销，转换臂，连杆，连接板组成。直线位移传感器和直线电动缸通过刚性条相连之后作为一个整体固定在底板上。转换臂利用固定柱销并通过安装孔安装在底板上。转换臂通过连接孔一和连接孔二分别与直线电动缸和连杆相连。连接板焊接在鱼鳞筛主动筛片上，并与连杆刚性相连。直线电动缸通过信号线与测控系统相连，测控系统通过控制直线电动缸伸出轴的运动实现带动转换臂运动，最终完成鱼鳞筛开度的调节。

上述方案中，所述籽粒清选损失监测系统由第一籽粒清选损失监测传感器、第二籽粒清选损失监测传感器和第三籽粒清选损失监测传感器组成，所述第一籽粒清选损失监测传感器、所述第二籽粒清选损失监测传感器和所述第三籽粒清选损失监测传感器沿清选筛宽度方向独立放置，分别监测筛面左、中、右三个小区间的籽粒清选损失量。

上述方案中，所述粮箱含杂率、破碎率监测装置由护罩，取样槽取样槽驱动轴，限位板， 斜滑板，激振器， 传送带， 监测槽，隔尘玻璃，光谱仪，安装架，信号线和取样槽驱动电机组成。护罩焊接在籽粒垂直搅龙外壁上， 取样槽利用取样槽驱动轴并通过轴承安装到护罩上；取样槽驱动轴一端轴头伸出护罩外部，通过联轴器与取样槽驱动电机相连。取样槽驱动电机通过连接支架固定在护罩上；取样槽驱动电机在测控系统的控制下带动取样槽转动，取样槽利用本身的凹槽刮取垂直输粮搅龙内籽粒垂直搅龙螺旋叶片提升的谷物，并使取样槽的一次刮取物逐渐落到斜滑板上。在激振器的振动和限位板的联合作用下，单层谷物到达传送带上方，并防止脱出物的细小成分进入监测槽干扰测量精度。在传送带的带动下，单层谷物整齐落入监测槽中。监测槽与护罩相连，监测槽贴合护罩的一侧开孔并嵌入钢化玻璃。光谱仪通过安装架安装在护罩上，光谱仪的镜头透过钢化玻璃检测流入监测槽中的谷物成分，并通过信号线把采集的信息传入到测控系统内。通过前期准备试验，针对垂直输粮搅龙内各成分的特性，运用神经网络并结合改进型非劣分类遗传算法筛选出能有效识别出各成分的最优波段光谱，并通过嵌入在测控系统内的相关计算模型实时计算出垂直输粮搅龙内籽粒的含杂率和破碎率。

本实用新型的有益效果：（1）应用本专利设计的清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机能根据作业过程中的作业质量自动调整各种工作参数，在提高生产效率的同时，将故障率控制在一定范围内，同时大大提高了整机的作业适应性和无故障工作时间，对解决制约谷物联合收获机作业性能、效率和收获适应性的技术瓶颈具有重要意义。（2）本专利提出的清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机可用于水稻、小麦、油菜、大豆的收获，推动了收获机械行业的技术进步，还可为粮食安全提供理论、技术和装备保障。

附图说明

图1是一种脱粒分离、清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机主视图。

图2是联合收获机清选筛鱼鳞筛片开度调节装置顶视图。

图3是联合收获机清选筛鱼鳞筛片开度调节装置测视图。

图4是联合收获机清选筛鱼鳞筛片开度调节装置转换臂俯视图。

图5是联合收获机清选筛鱼鳞筛片倾角调节装置侧视图。

图6是联合收获机清选筛鱼鳞筛片倾角调节装置侧视图左视图。

图7是联合收获机籽粒清选损失监测系统安装俯视图。

图8 是籽粒含杂率、破碎率监测装置主视图

图中：1-脱粒滚筒顶盖导向条角度调节装置, 2-脱粒滚筒, 7-籽粒清选损失监测系统，7-01-第一籽粒清选损失监测传感器, 7-02-第二籽粒清选损失监测传感器, 7-03-第三籽粒清选损失监测传感器; 8-清选筛, 8-01-底板， 8-02-直线位移传感器， 8-03-直线电动缸， 8-04-球头连杆， 8-05-固定柱销， 8-06-转换臂，8-06-01-连接孔一，8-06-02连接孔二和80-06-03安装孔，8-07-连杆，8-08-连接板, 8-09鱼鳞筛片, 8-10-支撑条、8-11-伺服直线电动缸、8-12-鱼鳞筛边框的边角, 8-13-抖动板和8-14-尾筛；9-转速可调的清选风机，10-第一脱离滚筒，11-输粮搅龙，12-含杂率、破碎率监测装置，13-测控系统；11-01-籽粒垂直搅龙螺旋叶片，11-02-籽粒垂直搅龙外壁；12-01护罩，12-02-取样槽，12-03-取样槽驱动轴，12-04-限位板，12-05-斜滑板，12-06-激振器，12-07-传送带，12-08-监测槽，12-09-隔尘玻璃，12-10-安装架，12-11-光谱仪，12-12-信号线。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

如图1所示，包括第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置1, 第二脱离滚筒 2,籽粒清选损失监测系统7，清选筛8, 转速可调的清选风机9，第一脱离滚筒10，垂直输粮搅龙11，籽粒含杂率、破碎率监测装置 12和测控系统13。清选筛8 位于第二脱离滚筒 2 的下方，转速可调的清选风机9 位于清选筛8的左前方。第一脱离滚筒 10位于第二脱离滚筒2前部，清选筛8的左上部。籽粒清选损失监测系统7安装在清选筛8的尾部。籽粒含杂率、破碎率监测装置 12 安装在垂直输粮搅龙的外壁11-02上。还包括测控系统13，测控系统13的输入端与籽粒清选损失监测系统7、清选筛8的鱼鳞筛片开度调节机构控制器，转速可调的清选风机 9，籽粒含杂率、破碎率监测装置 12相连，所述测控系统13的输出端与所述清选筛8的鱼鳞筛片开度调节机构、转速可调的清选风机9相连，用来控制调节所述鱼鳞筛片的开度及倾角和所述清选离心风机9的转速。

如图2,3,4所示，鱼鳞筛开度调节机构由底板8-01，直线位移传感器8-02，直线电动缸8-03，球头连杆8-04，固定柱销8-05，转换臂8-06，连杆8-07，连接板8-08组成。直线位移传感器8-02和直线电动缸8-03通过刚性条相连之后作为一个整体固定在底板8-01上。转换臂8-06利用固定柱销8-05并通过安装孔8-06-03安装在底板8-01上。转换臂8-06通过连接孔一8-06-01和连接孔二8-06-02分别与直线电动缸8-03和连杆8-07相连。连接板8-08焊接在鱼鳞筛主动筛片上，并与连杆8-07刚性相连。直线电动缸8-03通过信号线与测控系统13相连，测控系统13通过控制直线电动缸8-03伸出轴的运动实现带动转换臂8-06运动，最终完成鱼鳞筛开度的调节。

如图5,6,7所示，所述籽粒清选损失监测系统7由第一籽粒清选损失监测传感器7-01、第二籽粒清选损失监测传感器7-02和第三籽粒清选损失监测传感器7-03组成，所述第一籽粒清选损失监测传感器7-01、所述第二籽粒清选损失监测传感器7-02和所述第三籽粒清选损失监测传感器7-03沿清选筛8宽度方向独立放置，分别监测筛面左、中、右三个小区间的籽粒清选损失量。鱼鳞筛8-09边框的边角8-12通过支撑条8-10与4个伺服直线电动缸8-11相连，伺服直线电动缸8-11固定在清选筛8的筛框上，4个伺服直线电动缸8-11的伸出量均独立可调，进而可实现鱼鳞筛8-09倾角的调整。

如图8所示，粮箱含杂率、破碎率监测装置 12由护罩12-01，取样槽12-02取样槽驱动轴12-03，限位板12-04，斜滑板12-05，激振器12-06， 传送带12-07，监测槽12-08，隔尘玻璃12-09，安装架12-10、光谱仪12-11、信号线12-12和取样槽驱动电机组成。护罩12-01焊接在籽粒垂直搅龙外壁11-02上， 取样槽12-02利用取样槽驱动轴12-03并通过轴承安装到护罩12-01上；取样槽驱动轴12-03一端轴头伸出护罩12-01外部，通过联轴器与取样槽驱动电机相连。取样槽驱动电机通过连接支架固定在护罩12-01上；取样槽驱动电机在测控系统13的控制下带动取样槽12-02转动，取样槽12-02利用本身的凹槽刮取垂直输粮搅龙内籽粒垂直搅龙螺旋叶片11-01提升的谷物，并使取样槽12-02的一次刮取物逐渐落到斜滑板12-05上。在激振器12-06的振动和限位板12-04的联合作用下，单层谷物到达传送带12-07上方，并防止脱出物的细小成分进入监测槽12-08干扰测量精度。在传送带12-07的带动下，单层谷物整齐落入监测槽12-08中。监测槽12-08与护罩12-01相连，监测槽12-08贴合护罩12-01的一侧开孔并嵌入钢化玻璃。光谱仪12-11通过安装架12-10安装在护罩12-01上，光谱仪12-11的镜头透过钢化玻璃检测流入监测槽12-08中的谷物成分，并通过信号线12-12把采集的信息传入到测控系统13内。通过前期准备试验，针对垂直输粮搅龙内各成分的特性，运用神经网络并结合改进型非劣分类遗传算法筛选出能有效识别出各成分的最优波段光谱，并通过嵌入在测控系统13内的相关计算模型实时计算出垂直输粮搅龙内籽粒的含杂率和破碎率。

工作过程中，测控系统13可根据实时获取的籽粒清选损失率和粮箱籽粒含杂率，鱼鳞筛开度、鱼鳞筛倾角和风机转速，通过聚类分析，揭示联合收获机清选系统各工作参数与性能参数之间的关联影响规律，并基于最优作业控制目标和能量守恒法则，结合控制系统控制性能模型（ITAE准则）建立清选系统自适应调控模型，根据籽粒清选损失监测系统7监测到的各区间的籽粒清选损失率和籽粒含杂率、破碎率监测装置12监测到的粮箱籽粒含杂率，实时调整鱼鳞筛8-09的开度及倾角、转速可调的清选风机9的转速，使联合收获机清选装置工作在最佳状态。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型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实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，其特征在于，包括第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置(1)，第二脱离滚筒 (2)，籽粒清选损失监测系统(7)，清选筛(8)，转速可调的清选风机(9)，第一脱离滚筒 (10)，输粮搅龙（11），籽粒含杂率、破碎率监测装置 (12)和测控系统（13），清选筛(8) 位于第二脱离滚筒 (2) 的下方，转速可调的清选风机(9) 位于清选筛(8)的左前方，第一脱离滚筒 (10) 位于第二脱离滚筒 (2)前部，并处于清选筛(8)的左上部，籽粒清选损失监测系统(7)安装在清选筛(8)的尾部，输粮搅龙（11）由水平输粮搅龙和垂直输粮搅龙组成，籽粒含杂率、破碎率监测装置 (12) 安装在垂直输粮搅龙的外壁（11-02）上，所述测控系统（13）依次与所述籽粒清选损失监测系统（7）、清选筛(8)的鱼鳞筛片开度调节机构，转速可调的清选风机 (9)，籽粒含杂率、破碎率监测装置 (12)相连，用来控制调节所述鱼鳞筛片的开度及倾角、所述清选离心风机（9)的转速。

2.根据权利要求1所述的一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，其特征在于，所述清选筛(8) 由抖动板（8-13）、鱼鳞筛（809）和尾筛（8-14）组成，所述鱼鳞筛（809）边框的边角（8-12）通过支撑条（8-10）与四个伺服直线电动缸（8-11）相连，伺服直线电动缸（8-11）固定在清选筛(8)的筛框上，四个伺服直线电动缸（8-11）的伸出量均独立可调，进而可实现鱼鳞筛（809）倾角的调整。

3.根据权利要求1所述的一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，其特征在于, 所述清选筛 (8)的鱼鳞筛（809）的开度可以通过鱼鳞筛开度调节机构进行电动调节，所述鱼鳞筛开度调节机构由底板（8-01），直线位移传感器（8-02），直线电动缸（8-03），球头连杆（8-04），固定柱销（8-05），转换臂（8-06），连杆（8-07），连接板（8-08）组成，直线位移传感器（8-02）和直线电动缸（8-03）通过刚性条相连之后作为一个整体固定在底板（8-01）上，转换臂（8-06）利用固定柱销（8-05）并通过安装孔（8-06-03）安装在底板（8-01）上，转换臂（8-06）通过连接孔一（8-06-01）和连接孔二（8-06-02）分别与直线电动缸（8-03）和连杆（8-07）相连，连接板（8-08）焊接在鱼鳞筛主动筛片上，并与连杆（8-07）刚性相连，直线电动缸（8-03）通过信号线与测控系统（13）相连，测控系统（13）通过控制直线电动缸（8-03）伸出轴的运动实现带动转换臂（8-06）运动，最终完成鱼鳞筛开度的调节。

4.根据权利要求1所述的一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，其特征在于，所述籽粒清选损失监测系统(7) 由第一籽粒清选损失监测传感器（7-01）、第二籽粒清选损失监测传感器（7-02）和第三籽粒清选损失监测传感器（7-03）组成，所述第一籽粒清选损失监测传感器（7-01）、所述第二籽粒清选损失监测传感器（7-02）和所述第三籽粒清选损失监测传感器（7-03）沿清选筛（8）宽度方向独立放置，分别监测筛面左、中、右三个小区间的籽粒清选损失量。

5.根据权利要求1所述的一种清选装置工作参数可自适应调节的联合收获机，其特征在于，所述籽粒含杂率、破碎率监测装置 (12) 由护罩（12-01）、取样槽（12-02）、取样槽驱动轴（12-03）、限位板（12-04）、斜滑板（12-05）、激振器（12-06）、传送带（12-07）、监测槽（12-08）、隔尘玻璃（12-09）、光谱仪（12-11）、安装架（12-10）、信号线（12-12）和取样槽驱动电机组成；护罩（12-01）焊接在籽粒垂直搅龙外壁（11-02）上， 取样槽（12-02）利用取样槽驱动轴（12-03）并通过轴承安装到护罩（12-01）上；取样槽驱动轴（12-03）一端轴头伸出护罩（12-01）外部，通过联轴器与取样槽驱动电机相连，取样槽驱动电机通过连接支架固定在护罩（12-01）上，斜滑板（12-05）位于取样槽（12-02）下方，并固定在籽粒垂直搅龙外壁（11-02）上，斜滑板（12-05）上设有限位板（12-04）和激振器（12-06）；传送带（12-07）输入端位于斜滑板（12-05）下方，输出端传送带（12-07）位于监测槽（12-08）上方，监测槽（12-08）与护罩（12-01）相连，监测槽（12-08）贴合护罩（12-01）的一侧开孔并嵌入钢化玻璃；光谱仪（12-11）通过安装架（12-10）安装在护罩（12-01）上，光谱仪（12-11）的镜头透过钢化玻璃检测流入监测槽（12-08）中的谷物成分，并通过信号线（12-12）把采集的信息传入到测控系统（13）内。