一种脱粒分离、清选装置工作参数可自适应调节的收获机的制作方法

本发明属于联合收获机自适应控制领域，具体涉及一种脱粒分离、清选装置工作参数可自适应调节的收获机。

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,vooloo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masseyferguson公司的“fieldstar”(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。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。

技术实现要素：

前期研究表明，第二脱离滚筒的功耗、转速和脱粒滚筒顶盖内导向条的角度是影响籽粒夹带损失率，粮箱籽粒破碎率率的主要因素。为实现联合收获机工作过程中脱粒分离装置工作参数能够根据监测到的性能参数实时调节的目的，本发明提供了一种脱粒分离装置工作参数可自适应调节的联合收获机。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的：一种脱粒分离装置工作参数可自适应调节的联合收获机，包括第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置,第二脱离滚筒,第二脱离滚筒功耗测量装,液压马达,支架,籽粒夹带损失监测系统，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。第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置位于第二脱离滚筒顶盖的上方，液压马达位于第二脱离滚筒的尾部，液压马达和第二脱离滚筒通过联轴器相连，第二脱离滚筒功耗测量装置位于第二脱离滚筒和液压马达之间。第二脱离滚筒功耗测量装置和液压马达通过支架固定在联合收获机机壁上。第一脱离滚筒位于第二脱离滚筒前部。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，所述测控系统的输入端与所述第二脱离滚筒功耗测量装置、液压马达、籽粒夹带损失监测系统、籽粒含杂率、破碎率监测装置相连，所述测控系统的输出端与所述液压马达和第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置，用来控制调节所述第二脱离滚筒的转速和所述第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置的导向条的角度。

上述方案中，所述第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置由直线电动缸、调节杆、导向条、承载板一、承载板二、u型转轴一、u型转轴二和u型转轴三组成。直线电动缸和调节杆位于第二脱离滚筒顶盖的外侧，导向条、承载板一、承载板二、u型转轴一、u型转轴二和u型转轴三位于第二脱离滚筒顶盖的内侧。导向条安装在承载板二上。承载板一通过u型转轴一和u型转轴二的上端安装在第二脱离滚筒顶盖上。承载板二安装在u型转轴一和u型转轴二的下端。承载板一和承载板二通过u型转轴三相连。工作时，调节杆在直线电动缸的推动下，带动u型转轴一转动，并带动承载板二平移，带动导向条转动，进而实现导向条角度的调节。

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。

上述方案中，所述测控系统可根据籽粒夹带损失监测系统监测到的籽粒夹带损失率，籽粒含杂率、破碎率监测装置监测到的粮箱籽粒破碎率率和第二脱离滚筒的功耗、液压马达转速和脱粒滚筒顶盖内导向条的角度，通过聚类分析，揭示联合收获机脱粒分离系统的第二脱离滚筒的功耗、转速、脱粒滚筒顶盖内导向条角度与性能参数(籽粒夹带损失率、粮箱籽粒破碎率和第二脱离滚筒的功耗)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)建立脱粒分离系统自适应调控模型，以籽粒夹带损失监测系统监测到的籽粒夹带损失量和粮箱籽粒含杂率、破碎率监测装置监测到的粮箱籽粒破碎率，第二脱离滚筒的功耗、液压马达转速、脱粒滚筒顶盖内导向条角度为输入量，实时调整第二脱离滚筒的转速及及脱粒滚筒顶盖导向条角度，合理控制谷物在脱粒分离系统中的滞留时间和轴向移动速度，使联合收获机脱粒分离装置工作在最佳状态。

本发明的有益效果：(1)应用本专利设计的脱粒分离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)本专利提出的脱粒分离、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是联合收获机第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置主视图。

图3是联合收获机第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置俯视图。

图4是联合收获机第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置工作原理示意图。

图5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,1-101-直线电动缸、1-102-调节杆、1-103-第二脱离滚筒顶盖、1-104导向条、1-105承载板一、1-106承载板二、1-107u型转轴一、1-108u型转轴二和1-109u型转轴三；2-脱粒滚筒,3-第二脱离滚筒功耗测量装置,4-液压马达,5-支架,6-籽粒夹带损失监测系统,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，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,第二脱离滚筒功耗测量装置3,液压马达4,支架5,籽粒夹带损失监测系统6，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。第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置1位于第二脱离滚筒2顶盖的上方，液压马达4位于第二脱离滚筒2的尾部，液压马达4和第二脱离滚筒2通过联轴器相连，第二脱离滚筒功耗测量装置3位于第二脱离滚筒2和液压马达4之间。第二脱离滚筒功耗测量装置3和液压马达4通过支架5固定在联合收获机机壁上。第一脱离滚筒10位于第二脱离滚筒2前部。籽粒夹带损失监测系统6安装在第二脱离滚筒2分离凹板的后部，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的输入端与所述第二脱离滚筒功耗测量装置3、液压马达4控制器、籽粒夹带损失监测系统6、籽粒含杂率、破碎率监测装置12和第二脱粒滚筒顶盖导向条角度调节装置1相连，所述测控系统13的输出端与所述液压马达4、第二脱粒滚筒顶盖导向条角度调节装置1相连，用来控制调节所述第二脱离滚筒2的转速和脱粒滚筒顶盖导向条角度调节装置的导向条1-104的角度。

如图2,3,4所示，第二脱离滚筒顶盖导向条角度调节装置1由直线电动缸1-101、调节杆1-102、导向条1-104、承载板一1-105、承载板二1-106、u型转轴一1-107、u型转轴二1-108和u型转轴三1-109组成。直线电动缸1-101和调节杆1-102位于第二脱离滚筒顶盖1-103的外侧，导向条1-104、承载板一1-105、承载板二1-106、u型转轴一1-107、u型转轴二1-108和u型转轴三1-109位于第二脱离滚筒顶盖1-103的内侧。导向条1-104安装在承载板二1-106上。承载板一1-105通过u型转轴一1-107和u型转轴二1-108的上端安装在第二脱离滚筒顶盖1-103上。承载板二1-106安装在u型转轴一1-107和u型转轴二1-108的下端。承载板一1-105和承载板二1-106通过u型转轴三1-109相连。工作时，调节杆1-102在直线电动缸1-101的推动下，带动u型转轴一1-107转动，并带动承载板二1-106平移，带动导向条1-104转动，进而实现导向条1-04角度的调节。

如图5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。

测控系统13可根据籽粒夹带损失监测系统6监测到的籽粒夹带损失率，籽粒含杂率、破碎率监测装置12监测到的粮箱籽粒破碎率率和第二脱离滚筒2的功耗、液压马达4转速和脱粒滚筒2顶盖内导向条1-104的角度，通过聚类分析，揭示联合收获机脱粒分离系统的第二脱离滚筒2的功耗、转速、脱粒滚筒2顶盖内导向条1-104角度与性能参数(籽粒夹带损失率、粮箱籽粒破碎率和第二脱离滚筒2的功耗)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)建立脱粒分离系统自适应调控模型，以籽粒夹带损失监测系统6监测到的籽粒夹带损失量和粮箱籽粒含杂率、破碎率监测装置12监测到的粮箱籽粒破碎率，第二脱离滚筒2的功耗、液压马达4转速、脱粒滚筒2顶盖内导向条1-104角度为输入量，实时调整第二脱离滚筒2的转速及及脱粒滚筒2顶盖导向条1-104角度，合理控制谷物在脱粒分离系统中的滞留时间和轴向移动速度，使联合收获机脱粒分离装置工作在最佳状态。

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。