專利名稱：一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，特別是涉及一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度智能控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
聯(lián)合收割機可以減少谷物損失量，降低工作強度，提高工作效率，目前國內(nèi)主要糧 食作物，如玉米、水稻、小麥等的機械化收獲程度已達(dá)80%。作物籽粒收獲質(zhì)量的好壞與聯(lián) 合收割機本身的工作狀態(tài)、操作水平、作物屬性及田間地貌等有密切相關(guān)。大的作業(yè)速度 可以提高生產(chǎn)效率，但作業(yè)速度太快，會使脫粒滾筒過載，甚至造成堵塞，提高作物脫粒損 失率，增加總損失量。為了將收獲總損失量控制在允許范圍內(nèi)，機手在操作聯(lián)合收割機過程 中，需要密切關(guān)注機器工作狀態(tài)，但目前只能憑借個人經(jīng)驗，依靠視覺和聽覺識別故障，手 動調(diào)節(jié)作業(yè)速度，綜合調(diào)整各性能參數(shù)，無法滿足大面積收獲作業(yè)的需要。因而實現(xiàn)聯(lián)合收 割機的自動控制對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。聯(lián)合收割機作業(yè)速度自動控制的目的是使脫粒滾筒負(fù)荷穩(wěn)定，保持合理、均勻的 喂入量，使整機損失量不超過允許值。目前，基于喂入量的聯(lián)合收割機作業(yè)速度自動控制系 統(tǒng)研究較多、應(yīng)用較廣?，F(xiàn)有技術(shù)公開的機-液式作業(yè)速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，如圖 1所示傳感器11測量傾斜輸送器鏈條的浮動量，當(dāng)其超過一定值時，拉絲12拉動分配閥 14，使作業(yè)機構(gòu)的圓盤16的油缸15動作，改變變速器的傳動比，從而使喂入量穩(wěn)定在設(shè)定 值附近。另一種現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計了一種單片機核心的作業(yè)自動控制系統(tǒng)，通過檢測喂入主動 軸的扭矩間接測定喂入量，基于喂入量的變化，由單片機發(fā)出指令控制液壓油路電磁閥開 閉，進而控制作業(yè)無級變速器，實現(xiàn)對收割機作業(yè)速度的自動控制。上述現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足田間地貌環(huán)境復(fù)雜，收獲作業(yè)的震動和起伏較大，如 圖1所示，要求機械感應(yīng)傳感器的靈敏度應(yīng)較低，導(dǎo)致感受喂入量變化的能力較差。且傳動 機構(gòu)和速度調(diào)節(jié)裝置為機械連接，時滯性較大，不能及時對喂入量變化作出反應(yīng)。該系統(tǒng)的 速度調(diào)節(jié)區(qū)間較小。第二種現(xiàn)有技術(shù)采用了自動化程度較高的控制系統(tǒng)設(shè)計，具有一定的實用價值。 但電磁液壓閥控制時間存在間隔，調(diào)節(jié)精度有限，頻繁啟停易造成電磁閥過熱；且電磁液壓 閥對油路介質(zhì)潔凈度要求較高，劣質(zhì)油會嚴(yán)重影響系統(tǒng)可靠性和使用壽命。綜合上述兩種現(xiàn)有技術(shù)，單純以喂入量作為衡量標(biāo)準(zhǔn)控制作業(yè)速度，不能很好的 體現(xiàn)如谷物干濕度、草谷比、地面狀況等復(fù)雜因素影響，控制準(zhǔn)確度不高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提高聯(lián)合收割機作業(yè)速度的控制準(zhǔn)確度。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，提供一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，包括計算單元，用于對接收到的數(shù)據(jù)進行處理獲得理想作業(yè)速度，并根據(jù)所述理想作業(yè)速度發(fā)出控制指令；測控箱，用于采集傳感器組獲取的數(shù)據(jù)并傳遞給計算單元，以及將計算單元的控 制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電機驅(qū)動器；電機驅(qū)動器，用于接收所述脈沖控制信號并控制執(zhí)行機構(gòu)依據(jù)控制指令工作；傳感器組，用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和無級 變速油缸行程。優(yōu)選地，所述測控箱包括控制模塊，用于將計算單元的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電機驅(qū)動 器；數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集傳感器組的數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)傳送給計算單元。優(yōu)選地，所述執(zhí)行機構(gòu)，包括依次連接的步進電機、轉(zhuǎn)向器、無級變速油缸和無級 變速圓盤。優(yōu)選地，所述步進電機與所述轉(zhuǎn)向器之間通過聯(lián)軸器連接。優(yōu)選地，所述傳感器組包括脫粒滾筒扭矩傳感器、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn) 速傳感器、作業(yè)速度傳感器和無級變速油缸行程傳感器，分別用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒 滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和無級變速油缸行程。本發(fā)明還提供了一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制方法，包括步驟Si，由傳感器組采集聯(lián)合收割機的脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和作 業(yè)速度數(shù)據(jù)；S2，利用測控箱獲取所述數(shù)據(jù)；S3，利用計算單元對上述數(shù)據(jù)進行處理，得到理想作業(yè)速度值，并根據(jù)所述理想作 業(yè)速度值向電機驅(qū)動器發(fā)出控制指令；S4，電機驅(qū)動器接收所述控制指令并控制執(zhí)行機構(gòu)依據(jù)所述控制指令工作。優(yōu)選地，當(dāng)測控箱檢測到的實際作業(yè)速度與所述理想作業(yè)速度值不符，則計算單 元發(fā)出控制指令，步進電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向器旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整油路方向和油缸內(nèi)油量。(三)有益效果本系統(tǒng)能夠確定聯(lián)合收割機的最佳作業(yè)速度，使其自動滿足不同谷物干濕度、草 谷比、地面狀況及喂入量等收獲質(zhì)量影響因素的要求。本系統(tǒng)能夠提示機手及時換擋，自動 控制聯(lián)合收割機達(dá)到并維持最佳作業(yè)速度。通過本系統(tǒng)的使用，減少機手操作次數(shù)，降低勞 動強度，縮短非最佳作業(yè)速度運行時間，提高工作效率，改善收獲質(zhì)量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的機-液式作業(yè)速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明實施方式的聯(lián)合收割機速度智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明實施方式的聯(lián)合收割機速度智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 框圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明實施方式的聯(lián)合收割機速度智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，11 傳感器；12 拉絲，13 調(diào)節(jié)桿，14 分配閥；15 油缸；16 圓盤；21 計算 單元；22 測控箱；23 電機驅(qū)動器；24 執(zhí)行機構(gòu)；25 傳感器組；221 控制模塊；222 數(shù)據(jù)采集模塊；241 步進電機；242 轉(zhuǎn)向器；243 無級變速油缸；244 無級變速圓盤。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖2所示，本發(fā)明提供的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)包括計算單元21，用于 對接收到的數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出以預(yù)期作業(yè)速度為目標(biāo)的控制指令；測控箱22，用于采集 傳感器組25獲取的數(shù)據(jù)并傳遞給計算單元21，以及將計算單元21的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖 控制信號，并輸出給電機驅(qū)動器23 ；電機驅(qū)動器23，用于接收所述脈沖控制信號并控制執(zhí) 行機構(gòu)M依據(jù)控制指令工作；傳感器組25，用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機 轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和無級變速油缸行程。如圖2和圖3所示，測控箱22包括控制模塊221， 用于將計算單元21的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電機驅(qū)動器23 ；和數(shù)據(jù)采集 模塊222，用于采集傳感器組25的數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)傳送給計算單元21。執(zhí)行機構(gòu)對，包 括依次連接的步進電機M1、轉(zhuǎn)向器242、無級變速油缸243和無級變速圓盤M4。步進電機 241與轉(zhuǎn)向器242之間可以通過聯(lián)軸器連接。步進電機241接收來自電機驅(qū)動器23的控 制脈沖，電機軸旋轉(zhuǎn)并帶動轉(zhuǎn)向器M2。電機每接受一個脈沖旋轉(zhuǎn)特定角度，即“步距角”， 步距角越小則控制精度越高。轉(zhuǎn)向器242用于控制油路流動方向和無級變速油缸243的油 量，進而改變無級變速油缸243活塞桿的伸出長度。步進電機241轉(zhuǎn)動時，帶動轉(zhuǎn)向器242 內(nèi)部閥芯與閥套產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)角，當(dāng)該轉(zhuǎn)角約為1.5°時，油路開始接通。步進電機241轉(zhuǎn)過 某一角度不變時，轉(zhuǎn)向器M2內(nèi)部閥芯與閥套之間相對轉(zhuǎn)角變?yōu)?°，油路關(guān)閉。無級變速 油缸M3內(nèi)供油量的多少與步進電機Ml的旋轉(zhuǎn)角度成正比。轉(zhuǎn)向器M2內(nèi)部閥芯與閥套 之間相對轉(zhuǎn)角上限隨轉(zhuǎn)向器類型不同而有所區(qū)別。無級變速圓盤244的傳動比與無級變速 油缸243活塞桿的伸出長度有關(guān)，用于實現(xiàn)聯(lián)合收割機在某一速度區(qū)間的無級變速。伸出 越長則傳動比越小，作業(yè)速度越低；伸出越短則傳動比越大，作業(yè)速度越高。傳感器組25包 括脫粒滾筒扭矩傳感器、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、作業(yè)速度傳感器和無級 變速油缸行程傳感器，分別用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度 和無級變速油缸行程。本發(fā)明還提供了一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制方法，包括步驟Si，利用測控箱22 獲取由傳感器組25采集的脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度數(shù)據(jù)；S2， 利用計算單元21對上述數(shù)據(jù)進行處理，得到理想作業(yè)速度值，并根據(jù)所述理想作業(yè)速度值 向電機驅(qū)動器23發(fā)出控制指令；S3，電機驅(qū)動器23接收所述控制指令并控制執(zhí)行機構(gòu)M 依據(jù)所述控制指令工作。當(dāng)測控箱22檢測到的實際作業(yè)速度與所述理想作業(yè)速度值不符， 則計算單元21發(fā)出控制指令，步進電機241驅(qū)動轉(zhuǎn)向器242旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整油路方向和油缸 內(nèi)油量。聯(lián)合收割機在收獲某一確定谷物時，首先依據(jù)聯(lián)合收割機廠家的推薦收獲檔位， 采用手動操作方式，進行正常收獲，同時利用本系統(tǒng)專用測控箱22進行收獲過程信息采 集，包括脫粒滾筒扭矩T、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速ω、發(fā)動機轉(zhuǎn)速ω 和作業(yè)速度ν等。然后通過 計算單元21對上述信息進行處理，分析當(dāng)前的田間狀況和谷物屬性，獲得最佳的脫粒滾筒 功率P。將此時的作業(yè)速度設(shè)定為作業(yè)速度智能控制的理想值，本系統(tǒng)則以本理想值來控制輸出信號，同時通過脫粒滾筒扭矩傳感器、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器等檢測 聯(lián)合收割機工作狀態(tài)，通過無級變速油缸行程傳感器等對是否達(dá)到無級變速油缸M3的活 塞桿伸出上限(或下限)進行判定，通過作業(yè)速度傳感器檢測實際作業(yè)速度V，再通過計算 機的比較計算后對輸出信號進行調(diào)整，實現(xiàn)作業(yè)速度的閉環(huán)控制；其控制算法采用PID控 制。當(dāng)實際速度仍低于理想作業(yè)速度值，且無級變速油缸243活塞桿伸出長度已接近 下限時，計算單元21發(fā)出報警，機手可采用人工干預(yù)的方式，手動換檔至更高檔位。本系統(tǒng) 則自動通過傳感器的反饋改變輸出信號，調(diào)整油路方向和油缸內(nèi)油量，從而盡快接近或達(dá) 到理想作業(yè)速度值。相反，當(dāng)實際速度仍高于理想作業(yè)速度值，且油缸243活塞桿伸出長度已接近上 限時，計算機單元也會發(fā)出報警，機手采用人工干預(yù)方式，手動換檔至較低檔位。本系統(tǒng)自 動通過傳感器的反饋改變輸出信號，調(diào)整油路方向和油缸內(nèi)油量，從而盡快接近或達(dá)到理 想作業(yè)速度值。本系統(tǒng)采用了影響喂入量和谷物屬性的多參數(shù)檢測作為控制依據(jù)，包括脫粒滾筒 扭矩T、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速ω、發(fā)動機轉(zhuǎn)速ω 和作業(yè)速度ν等，上述參數(shù)均能準(zhǔn)確獲得。其 中脫粒滾筒功率P =脫粒滾筒扭矩TX脫粒滾筒轉(zhuǎn)速ω，能夠更全面地反映谷物屬性信息， 該參數(shù)處于合適的值域內(nèi)時，聯(lián)合收割機具有良好的收獲質(zhì)量、較高的收獲效率，較低的能 源消耗率和收獲損失率。由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例通過對脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動 機轉(zhuǎn)速和作業(yè)速度等多參數(shù)進行準(zhǔn)確檢測，分析并確定聯(lián)合收割機最佳作業(yè)速度，降低干 濕度、草谷比等谷物屬性、地面狀況及喂入量的影響。利用計算機自動控制聯(lián)合收割機作業(yè) 速度，反應(yīng)時間短，控制準(zhǔn)確。利用計算機實時監(jiān)控工作狀態(tài)，必要時發(fā)出報警，機手可手動 干預(yù)，手動干預(yù)始終具有最高控制權(quán)。在原有聯(lián)合收割機基礎(chǔ)上添加全液壓轉(zhuǎn)向器，利用步 進電機驅(qū)動全液壓轉(zhuǎn)向器，實現(xiàn)液壓油路方向和油量的準(zhǔn)確控制。改裝簡便，易于實現(xiàn)。本 自動控制系統(tǒng)可有效降低機手勞動強度，提高工作效率，改善收獲質(zhì)量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，其特征在于，包括計算單元(21)，用于對接收到的數(shù)據(jù)進行處理獲得理想作業(yè)速度，并根據(jù)所述理想作 業(yè)速度發(fā)出控制指令；測控箱(22)，用于采集傳感器組0 獲取的數(shù)據(jù)并傳遞給計算單元，以及將計算 單元的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電機驅(qū)動器03)；電機驅(qū)動器(23)，用于接收所述脈沖控制信號并控制執(zhí)行機構(gòu)04)依據(jù)控制指令工作；傳感器組(25)，用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和無級 變速油缸行程數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測控箱02) 包括控制模塊021)，用于將計算單元的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電 機驅(qū)動器03)；數(shù)據(jù)采集模塊022)，用于采集傳感器組0 的數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)傳送給計算單元 01)。
3.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行機構(gòu) (M)，包括依次連接的步進電機(Ml)、轉(zhuǎn)向器( 、無級變速油缸( 和無級變速圓盤 (244)。
4.如權(quán)利要求3所述的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述步進電機 (241)與所述轉(zhuǎn)向器( 之間通過聯(lián)軸器連接。
5.如權(quán)利要求1所述的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組 (25)包括脫粒滾筒扭矩傳感器、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、作業(yè)速度傳感器 和無級變速油缸行程傳感器，分別用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作 業(yè)速度和無級變速油缸行程。
6.一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制方法，其特征在于，包括步驟Si，由傳感器組0 采集聯(lián)合收割機的脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和 作業(yè)速度數(shù)據(jù)；S2，利用測控箱0 獲取所述數(shù)據(jù)；S3，利用計算單元對上述數(shù)據(jù)進行處理，得到理想作業(yè)速度值，并根據(jù)所述理想 作業(yè)速度值向電機驅(qū)動器發(fā)出控制指令；S4,電機驅(qū)動器03)接收所述控制指令并控制執(zhí)行機構(gòu)04)依據(jù)所述控制指令工作。
7.如權(quán)利要求6所述的聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制方法，其特征在于，當(dāng)測控箱02)檢 測到的實際作業(yè)速度與所述理想作業(yè)速度值不符，則計算單元發(fā)出控制指令，步進電 機(Ml)驅(qū)動轉(zhuǎn)向器042)旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整油路方向和油缸內(nèi)油量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聯(lián)合收割機作業(yè)速度控制系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括計算單元，用于對接收到的數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)出以預(yù)期作業(yè)速度為目標(biāo)的控制指令；測控箱，用于采集傳感器組獲取的數(shù)據(jù)并傳遞給計算單元，以及將計算單元的控制指令轉(zhuǎn)化為脈沖控制信號，并輸出給電機驅(qū)動器；電機驅(qū)動器，用于接收所述脈沖控制信號并控制執(zhí)行機構(gòu)依據(jù)控制指令工作；傳感器組，用于獲取脫粒滾筒扭矩、脫粒滾筒轉(zhuǎn)速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、作業(yè)速度和無級變速油缸行程。本系統(tǒng)能夠確定聯(lián)合收割機的最佳作業(yè)速度，使其自動滿足不同谷物干濕度、草谷比、地面狀況及喂入量等收獲質(zhì)量影響因素的要求。
文檔編號A01D41/127GK102077730SQ20101057754
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者康峰, 王書茂, 羅瑞龍 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)