RU123291U1

RU123291U1 - METHOD FOR ADAPTIVE MANAGEMENT OF DOWNLOADING A GRAIN COMBINE

Info

Publication number: RU123291U1
Application number: RU2012121155/13U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Яковлевич Паршин; Денис Геннадьевич Шевчук
Original assignee: Дмитрий Яковлевич Паршин; Денис Геннадьевич Шевчук
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2012-12-27

Abstract

Устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна, содержащее интерфейс связи с оператором, базу данных, комплекс датчиков, исполнительное устройство гидростатической трансмиссии, регулятор загрузки двигателя и бортовой микроконтроллер, в состав которого входят блок адаптации по загрузке молотильно-сепарирующего устройства, анализатор соотношений по потерям зерна и анализатор сочетаний, отличающееся тем, что выходы датчиков соединены с блоком обработки информации бортового микроконтроллера, в котором блок адаптации по загрузке молотильно-сепарирующего устройства и анализатор соотношений по потерям зерна соединены с анализатором сочетаний, осуществляющим оптимизацию загрузки двигателя и подачи хлебной массы в молотильно-сепарирующее устройство, причем первый выход бортового микроконтроллера связан с исполнительным устройством гидростатической трансмиссии, а второй выход соединен с регулятором загрузки двигателя.A device for adaptive control of the grain harvester loading, containing an interface for communication with the operator, a database, a complex of sensors, an actuator for a hydrostatic transmission, an engine load regulator and an on-board microcontroller, which includes an adaptation unit for loading a threshing-separating device, an analyzer of proportions for grain losses and a combination analyzer, characterized in that the sensor outputs are connected to the information processing unit of the on-board microcontroller, in which the adaptation unit for the threshing-separating device load and the grain loss ratio analyzer are connected to the combination analyzer that optimizes the engine load and the grain mass supply to the threshing-separating device, wherein the first output of the on-board microcontroller is connected to the actuator of the hydrostatic transmission, and the second output is connected to the engine load regulator.

Description

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использована в системах управления самоходными сельскохозяйственными машинами, в частности загрузкой зерноуборочного комбайна.The utility model relates to agricultural engineering and can be used in control systems of self-propelled agricultural machines, in particular, loading a combine harvester.

Известно устройство регулирования подачи хлебной массы в зерноуборочный комбайн (RU 2229208, A01D 41/127, 27.05.2004), согласно которому вал битера снабжен датчиком частоты вращения и соединен с валом гидромотора, подключенного гидролинией с установленным в ней датчиком давления. Согласно известному устройству, для регулирования подачи хлебной массы в зерноуборочный комбайн, определяют мощность, подводимую к валу битера, расположенного на входе в наклонную камеру, и находят ее наименьшее значение, а скорость движения, соответствующую оптимальной подаче хлебной массы, задают с учетом этого наименьшего значения мощности.A device is known for regulating the supply of bread mass to a combine harvester (RU 2229208, A01D 41/127, 05.27.2004), according to which the beater shaft is equipped with a speed sensor and connected to a hydraulic motor shaft connected by a hydraulic line with a pressure sensor installed in it. According to the known device, to regulate the supply of bread mass to the combine harvester, determine the power supplied to the shaft of the beater located at the entrance to the inclined chamber, and find its lowest value, and the speed corresponding to the optimal supply of grain weight is set with this smallest value power.

Недостатком известного устройства является то, что при уборке культур урожайностью, меньшей граничной, и полной загрузке двигателя, регулирование по пропускной способности молотилки приведет к перегрузке двигателя, снижению частоты вращения и нарушению скоростного режима рабочих органов, что недопустимо.A disadvantage of the known device is that when harvesting crops with a yield lower than the boundary, and the engine is fully loaded, regulation of the throughput of the thresher will lead to engine overload, a decrease in the rotational speed and a violation of the speed limit of the working bodies, which is unacceptable.

Известно устройство управления загрузкой зерноуборочного комбайна (RU 2312485, A01D 41/127, 20.12.2007), согласно которому вал шнека жатки соединен с валом гидромотора, подключенного гидролинией с установленным в ней датчиком давления к насосу, вал молотильного барабана соединен с валом гидромотора, подключенного гидролинией с установленным в ней датчиком давления к насосу, оснащенному регулятором рабочего объема. Изменение подачи хлебной массы и регулирование частоты вращения молотильного барабана регистрируют и осуществляют по интенсивности изменения крутящего момента на валу шнека жатки или подборщика, а изменение качественных показателей хлебной массы и регулирование зазоров между молотильным барабаном и декой регистрируют и осуществляют по интенсивности изменения крутящего момента на валу молотильного барабана в соответствии с потерями зерна.A control device for loading a combine harvester is known (RU 2312485, A01D 41/127, 12.20.2007), according to which the header screw shaft is connected to a hydraulic motor shaft connected by a hydraulic line with a pressure sensor installed therein to a pump, the threshing drum shaft is connected to a hydraulic motor shaft connected a hydraulic line with a pressure sensor installed in it to a pump equipped with a displacement controller. The change in the supply of bread mass and the regulation of the frequency of rotation of the threshing drum are recorded and carried out by the rate of change of torque on the shaft of the auger or pick-up screw, and the change in the quality indicators of the bread mass and the regulation of gaps between the threshing drum and deck are recorded and carried out by the rate of change of torque on the shaft of the threshing drum drum in accordance with the loss of grain.

Недостатком известного устройства является то, что настройка оптимальных параметров регулирования - частоты вращения молотильного барабана и крутящего момента на валу шнека жатки, осуществляются непосредственно оператором перед началом выполнения технологического процесса. В случае интенсивных изменений урожайности и состояния хлебной массы необходима частая и трудоемкая перенастройка системы.A disadvantage of the known device is that the adjustment of the optimal control parameters - the frequency of rotation of the threshing drum and the torque on the shaft of the auger of the header, are carried out directly by the operator before starting the process. In the event of intensive changes in the yield and condition of the grain mass, a frequent and time-consuming reconfiguration of the system is necessary.

С целью устранения отмеченных недостатков предлагается устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна, согласно которому при изменении условий уборки система самонастраивается на стабилизацию оптимальной подачи, скоростных режимов двигателя и рабочих органов молотильно-сепарирующего устройства. В устройстве для управления загрузкой зерноуборочного комбайна вал приемного битера наклонной камеры и ротора молотильно-сепарирующего устройства снабжены датчиками крутящего момента, коленчатый вал двигателя снабжен датчиком частоты вращения, молотильно-сепарирующее устройство и система очистки снабжены датчиками потерь зерна, причем все датчики подключены к блоку обработки информации бортового микроконтроллера, в состав которого входят блок адаптации по загрузке молотильно-сепарирующего устройства, анализатор соотношений по потерям зерна и анализатор сочетаний.In order to eliminate the noted drawbacks, a device for adaptive control of the loading of the combine harvester is proposed, according to which, when the harvesting conditions change, the system automatically adjusts itself to stabilize the optimal feed rate, engine speed and working bodies of the threshing and separating device. In the device for controlling the loading of the combine harvester, the receiving beater shaft of the inclined chamber and the rotor of the threshing and separating device are equipped with torque sensors, the crankshaft of the engine is equipped with a rotational speed sensor, the threshing and separating device and the cleaning system are equipped with grain loss sensors, all sensors connected to the processing unit information of the onboard microcontroller, which includes an adaptation unit for loading the threshing and separating device, an analyzer of ratios of teryam grain and combinations analyzer.

Согласно полезной модели, бортовой микроконтроллер постоянно отслеживает загрузку привода ходовой части и по изменению этой величины совместно с данными о загрузке молотильно-сепарирующего устройства и данными о суммарных потерях зерна, определяет оптимальное значение подачи хлебной массы. Скорость движения регулируется таким образом, чтобы исключить перегрузку двигателя.According to the utility model, the on-board microcontroller constantly monitors the load of the chassis drive and, by changing this value, together with the data on the loading of the threshing and separating device and the data on the total grain loss, determines the optimal value of the supply of bread mass. The speed of movement is regulated in such a way as to prevent engine overload.

Устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна позволит стабилизировать загрузку молотильно-сепарирующего устройства при интенсивно изменяющихся условиях уборки и обеспечит снижение суммарных потерь зерна комбайном в среднем на 25%. Кроме того, устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна значительно разгружает оператора, способствует концентрации его внимания на параметрах выполнения технологического процесса и увеличению фактической производительности агрегата в среднем на 15%, повышает качество выполнения уборочных работ в целом.The adaptive loading control of the combine harvester will stabilize the loading of the threshing and separating device under intensively changing harvesting conditions and will reduce the total grain loss by the combine by an average of 25%. In addition, the device for adaptive loading control of the combine harvester significantly unloads the operator, helps to focus on the parameters of the process and increase the actual productivity of the unit by an average of 15%, improves the quality of harvesting in general.

На фиг.1 представлена схема устройства адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна.Figure 1 presents a diagram of a device for adaptive loading control of a combine harvester.

Устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна 1 (фиг.1), включающего ходовую часть 2, гидростатическую трансмиссию 3, двигатель 4, приемный битер 5 наклонной камеры, систему очистки 6 и молотильно-сепарирующее устройство 7, содержит интерфейс связи с оператором 8, базу данных 9, комплекс датчиков 10-14 и бортовой микроконтроллер 15. В состав бортового микроконтроллера 15 входит блок обработки информации 16, блок адаптации по загрузке молотильно-сепарирующего устройства 17, анализатор соотношений по потерям зерна 19 и анализатор сочетаний 18. В блок обработки информации 16 поступают сигналы из базы данных 9, интерфейса связи с оператором 8, датчика частоты вращения 10 коленчатого вала двигателя, датчика крутящего момента 11 на валу приемного битера наклонной камеры, датчика потерь зерна 12 за системой очистки, датчика потерь зерна 13 за молотильно-сепарирующим устройством, датчика крутящего момента 14 на валу ротора молотильно-сепарирующего устройства. Оптимальные значения управления скоростью движения осуществляются исполнительным устройством 20 гидростатической трансмиссии 3, а управления загрузкой двигателя 4 - регулятором 21. Исполнительное устройство 20 гидростатической трансмиссии 3 и регулятор 21 загрузки двигателя 4 соединены соответственно с первым и вторым выходами бортового микроконтроллера.The adaptive loading control device of the combine harvester 1 (Fig. 1), including the undercarriage 2, the hydrostatic transmission 3, the engine 4, the receiving beater 5 of the inclined chamber, the cleaning system 6 and the threshing and separating device 7, contains a communication interface with the operator 8, a database 9, a set of sensors 10-14 and an on-board microcontroller 15. The on-board microcontroller 15 includes an information processing unit 16, an adaptation unit for loading the threshing and separating device 17, an analyzer of ratios for grain losses 19, and an analyzer p combinations 18. The information processing unit 16 receives signals from the database 9, the communication interface with the operator 8, the engine speed sensor 10 of the engine crankshaft, the torque sensor 11 on the receiving beater shaft of the inclined camera, the grain loss sensor 12 behind the cleaning system, the sensor grain losses 13 behind the threshing and separating device, a torque sensor 14 on the rotor shaft of the threshing and separating device. The optimal values of the speed control are carried out by the actuator 20 of the hydrostatic transmission 3, and the engine load control 4 by the regulator 21. The actuator 20 of the hydrostatic transmission 3 and the regulator 21 of the engine 4 are connected respectively to the first and second outputs of the onboard microcontroller.

Устройство работает следующим образом. Согласно агротехническим требованиям и рекомендациям изготовителя, с помощью интерфейса связи с оператором 8 в базу данных 9 вносят информацию о предельно допустимых потерях за молотильно-сепарирующим устройством и системой очистки. В процессе выполнения технологического процесса зерноуборочным комбайном 1 датчик 10 измеряет частоту оборотов коленчатого вала двигателя 4, а датчики 11 и 14 измеряют крутящий момент на валу приемного битера наклонной камеры 5 и ротора молотильно-сепарирующего устройства 7 соответственно. Потери зерна за системой очистки 6 и молотильно-сепарирующим устройством 7 и измеряют датчиками 12 и 13 соответственно. Блок обработки информации 16 бортового микроконтроллера 15 преобразует сигналы, полученные от комплекса датчиков 10-14, интерфейса связи с оператором 8 и базы данных 9 для вычислений параметров управления. Блок адаптации 17 по загрузке молотильно-сепарирующего устройства использует информацию о крутящем моменте на валу приемного битера 5 наклонной камеры m_б и ротора m_p молотильно-сепарирующего устройства 7. Такой выбор параметра регулирования обоснован тем, что крутящий момент сильно коррелирован с подачей (≈0,8) и физико-механическими свойствами растительной массы (0,75-0,82), кроме того для приемного битера 5 наклонной камеры имеет место малое транспортное запаздывание (τ≈0,5 с). Анализатор соотношений по потерям зерна 19 использует информацию, полученную с помощью датчика 13 потерь за молотильно-сепарирующим устройством 7 - П_м и датчика потерь 12 за системой очистки 6 - П_с. Блок адаптации 17 по загрузке молотильно-сепарирующего устройства и анализатор соотношений 19 по потерям зерна бортового микроконтроллера 15 определяют градиенты поиска оптимальных настроек по степени загрузки γ_м, молотильно-сепарирующего устройства и интенсивности γ_П потерь зерна. Анализатор сочетаний 18 определяет оптимальные настройки n_д загрузки двигателя 4 и n_x скорости движения комбайна 1 по адаптивному алгоритму управления.The device operates as follows. According to the agrotechnical requirements and manufacturer's recommendations, using the communication interface with the operator 8, the database 9 contains information on the maximum permissible losses for the threshing and separating device and the cleaning system. In the process, the combine harvester 1, the sensor 10 measures the rotational speed of the crankshaft of the engine 4, and the sensors 11 and 14 measure the torque on the shaft of the receiving beater of the inclined chamber 5 and the rotor of the threshing and separating device 7, respectively. Grain losses behind the cleaning system 6 and threshing and separating device 7 and measured by sensors 12 and 13, respectively. The information processing unit 16 of the onboard microcontroller 15 converts the signals received from the complex of sensors 10-14, the communication interface with the operator 8 and the database 9 for computing control parameters. The adaptation unit 17 for loading the threshing and separating device uses information about the torque on the receiving beater shaft 5 of the inclined chamber m _b and the rotor m _{p of the} threshing and separating device 7. This choice of regulation parameter is justified by the fact that the torque is strongly correlated with the feed (≈0 , 8) and the physicomechanical properties of the plant mass (0.75-0.82), in addition, there is a small transport delay (τ≈0.5 s) for the receiving beater 5 of the inclined chamber. The analyzer of ratios for grain losses 19 uses the information obtained using the loss sensor 13 for the threshing and separating device 7 - P _m and the loss sensor 12 for the cleaning system 6 - P _s . The adaptation unit 17 for loading the threshing and separating device and the ratio analyzer 19 for grain losses of the on-board microcontroller 15 determine the gradients for finding the optimal settings according to the degree of loading γ _m , the threshing and separating device and the intensity γ _P of grain loss. The analyzer combinations 18 determines the optimal settings n _d loading engine 4 and n _{x the} speed of the combine 1 according to an adaptive control algorithm.

Для обеспечения оптимального режима работы требуется, чтобы в агрегатах 5, 6, 7 выдерживалось постоянное число оборотов. Поэтому необходимым условием является постоянное число оборотов двигателя 4 и одновременно оптимальное использование имеющейся в распоряжении приводной мощности двигателя. Согласно этому условию в процессе уборки устанавливают постоянное число оборотов двигателя 4, а изменение скорости движения осуществляется регулированием привода ходовой части 2 с помощью исполнительного устройства 20 гидростатической трансмиссии 3. В зависимости от управляющего воздействия n_x, объемная подача к гидростатической трансмиссии 3 регулируется исполнительным устройством 20 таким образом, что достигается оптимальная скорость движения комбайна 1.To ensure optimal operation, it is required that a constant speed is maintained in units 5, 6, 7. Therefore, a prerequisite is a constant speed of the engine 4 and at the same time the optimal use of the available drive power of the engine. According to this condition, a constant speed of the engine 4 is set during the cleaning process, and the movement speed is controlled by adjusting the drive of the chassis 2 using the actuator 20 of the hydrostatic transmission 3. Depending on the control action n _x , the volumetric flow to the hydrostatic transmission 3 is regulated by the actuator 20 in such a way that the optimal speed of the combine 1 is achieved.

Учет нагрузки двигателя 4, потребляемой на движение машины и выполнение технологического процесса, осуществляется с помощью датчика частоты оборотов 10 коленчатого вала. Бортовой микроконтроллер 15 постоянно отслеживает загрузку γ_д привода ходовой части 2 и по изменению этой величины совместно с данными γ_м о загрузке молотильно-сепарирующего устройства и данными γ_П о суммарных потерях зерна, определяет мгновенное сопротивление движению по поверхности и движение по уклону вверх или вниз. Скорость движения регулируется таким образом, чтобы исключить перегрузку двигателя 4. Если мощность привода ходовой части 2 достигает максимальной величины, то повышение скорости движения в зависимости от параметра убранной массы задерживается до тех пор, пока для этого повышения не окажется в распоряжении необходимая мощность на привод ходовой части. Слишком высокое число оборотов или слишком сильная перегрузка двигателя могут быть преодолены путем соответствующего регулирования Ид исполнительным устройством 21.Accounting for the load of the engine 4 consumed by the movement of the machine and the process is carried out using a speed sensor 10 of the crankshaft. The on-board microcontroller 15 constantly monitors the load γ _{d of} the undercarriage 2 drive and, by changing this value, together with the data γ _m on the loading of the threshing and separating device and the data γ _P on the total grain loss, determines the instantaneous resistance to movement on the surface and movement along a slope up or down . The speed of movement is regulated in such a way as to exclude overload of the engine 4. If the power of the drive of the chassis 2 reaches its maximum value, then the increase in the speed of movement, depending on the parameter of the harvested mass, is delayed until the required power for the drive of the chassis is available parts. Too high revolutions or too much engine overload can be overcome by appropriate regulation of Id by actuator 21.

Предлагаемое в полезной модели устройство адаптивного управления загрузкой зерноуборочного комбайна устанавливает соотношение между степенью загрузки двигателя, скоростью движения зерноуборочного комбайна и подачей хлебной массы в конкретных условиях уборки: влажность хлебной массы, урожайность убираемой культуры, рельеф поля и техническое состояние комбайна. Устройство адаптивного управления может быть использовано на различных зерноуборочных комбайнах с аксиально-роторным молотильно-сепарирующим устройством и наклонной камерой битерного типа или при использовании приемного битера в проставке жатки.A device for adaptive loading control of a combine harvester proposed in the utility model establishes the relationship between the degree of engine load, the speed of the combine harvester and the supply of bread mass in specific harvesting conditions: moisture of the bread mass, yield of the harvested crop, field topography and technical condition of the combine. The adaptive control device can be used on various combine harvesters with an axial-rotary threshing-separating device and an inclined beater-type camera or when using a receiving beater in the header spacer.

Claims

A device for adaptive loading control of a combine harvester containing a communication interface with an operator, a database, a set of sensors, an actuator for a hydrostatic transmission, an engine load regulator and an onboard microcontroller, which includes an adaptation unit for loading a threshing and separating device, an analyzer of ratios for grain losses and combination analyzer, characterized in that the sensor outputs are connected to an onboard microcontroller information processing unit, in which the adapter unit the loading threshing-separating device and the grain loss ratio analyzer are connected to a combination analyzer that optimizes engine loading and feeding the bread mass into the threshing-separating device, the first output of the on-board microcontroller connected to the hydrostatic transmission actuator, and the second output connected to the controller engine loading.