基于功率测量的联合收获机喂入量检测方法研究

为了准确分析联合收获机不同喂入量检测方法的精度,提出基于割台主动轴功率和倾斜输送器功率的2种喂入量检测方法。以河北冬小麦作为试验对象,以新疆-3型联合收获机为试验平台,进行了喂入量检测系统田间试验。喂入量检测系统包括割台主动轴扭矩传感器、倾斜输送器动力轴扭矩传感器、割台主动轴转速传感器和车载工控机等。对2种喂入量检测方法进行分析,根据试验数据分别建立计算模型,将2种方法的检测结果与实测结果进行对比,结果表明,基于割台主动轴功率的喂入量检测方法平均相对误差为19. 6%,基于倾斜输送器功率的喂入量检测方法平均相对误差为16. 1%。2种方法的检测精度在一定程度上能满足田间应用需求,基于倾斜输送器功率的喂入量检测方法检测精度稍高。     

谷物联合收获机喂入量建模与试验

设计了谷物联合收获机脱粒滚筒液压无级变速系统,对该系统中封闭液压油的压力进行测量,用该油压力表示喂入量。通过台架试验,得出喂入量与油压力之间的关系方程,并与脱粒滚筒转速表示喂入量的方法进行了对比。结果表明：在联合收获机稳定工作,物料物理特性一致时,油压力随喂入量的增加呈线性上升,而此时脱粒滚筒转速可以视为常量,所以油压力能够准确地反映喂入量。     

联合收获机喂入量监测系统信号分析与处理

为实现对联合收获机喂入量的准确测量,降低作业环境和机器振动对测量精度的影响,对喂入量监测系统的扭矩信号、转速信号和GPS信号进行了分析与处理方法研究。根据GPS信号格式对其进行了有效信息提取、高斯投影变换和作业参数计算;根据转速脉冲信号计算转速,并对其进行插值;对扭矩信号进行了分析和双阈值滤波,对信号插值方法和降噪方法进行了对比测试。以田间采集喂入量信号为样本,对扭矩信号进行双阈值滤波、插值和降噪,对比了不同插值方法的预测效果和不同滤波方法的降噪效果。结果表明,在样本范围内,分段线性插值和自适应滤波效果优于其他方法,经信号处理后的喂入量测量平均相对误差为12. 5%,在一定程度上能够满足联合收获机喂入量监测的实际需要。     

联合收获机喂入量监测系统设计与试验

为了能够实时、准确地获取联合收获机作业过程中的喂入量信息,设计了基于割台传动轴扭矩的喂入量监测系统,并建立了喂入量预测模型。该监测系统主要由信息感知模块、车载终端和移动终端构成。信息感知模块包括扭矩传感器、霍尔传感器和GPS模块等;车载终端将采集信息本地显示并打包上传;移动终端实现了对联合收获机作业参数的远程监测。在建立喂入量预测一元线性回归模型基础上,对扭矩信号进行了双阈值滤波和低通滤波。田间试验结果表明,该系统运行稳定,通信良好,一元线性回归模型预测决定系数为0. 755。滤波方法能够有效地滤除噪声,滤波后预测决定系数提高至0. 852,能够在一定程度上满足联合收获机喂入量监测的实际需要。     

联合收割机喂入量检测方法研究

为了对比不同喂入量检测方法的性能,并明确不同作业状态参数对联合收割机喂入量的表征程度,设计了基于割台传动轴扭矩、脱粒滚筒轴扭矩、过桥底板压力、割台传动轴转速、过桥轴转速及脱离滚筒轴转速这6个变量的喂入量间接检测系统。以南粳9108为试验对象,以中联重科4LZT-6.0ZE型联合收割机为试验平台,进行了系统试验,并通过数据采集卡采集各传感器输出,对输出数据进行了性能分析及主成分分析。试验及分析结果表明:扭矩系统整体性能优于压力系统,割台主动轴扭矩、脱粒滚筒轴扭矩、过桥底板压力及三轴转速对喂入量变化的贡献率达85%以上,且脱粒滚筒轴扭矩对于喂入量变化的表征程度最高。研究结果为联合收割机喂入量检测方法优化提供了参考。     

整秆式甘蔗收获机输送调控系统设计与试验

针对甘蔗生长的随机性使收获机喂入量随时变化,易导致整秆式甘蔗收获机输送堵塞或工作效率低下的问题,设计了一种整秆式甘蔗收获机输送调控系统。该系统由动态扭矩传感器、PLC控制系统、液压系统、伺服电机系统组成,通过实时调节输送辊转速与喂入速度使得甘蔗收获机输送能力与喂入量相匹配,减少甘蔗堵塞情况。通过搭建甘蔗收获机试验平台,开展甘蔗输送调控试验。甘蔗输送调控试验结果表明,安装了输送调控系统后,各试验水平下的甘蔗平均输送速度为4.06、3.42、3.04、2.42m/s,相比无调控系统有了明显提升,并且收获机输送能力在喂入量峰值过后恢复到初始值,保证了工作效率;调控试验的平均堵塞率降低到5%,输送调控系统对缓解输送堵塞有显著作用。     

油菜收获机割台螺旋输送器间隙自适应调节机构研究

针对油菜联合收获过程中由于喂入量波动导致割台螺旋输送器堵塞的问题,设计了一种割台螺旋输送器间隙自适应调节机构,实现喂入量变化时实时改变滑块位移以自动调节输送器与底板之间的间隙。输送器动力学与运动学分析确定了调节机构预紧弹簧最大预紧力和调节位移分别为366 N和50 mm。运用扭矩传感器和高速摄像技术分别开展输送器扭矩和调节位移的性能试验,当弹簧预紧力和刚度分别为293 N和12.65 N/mm时,输送器扭矩为8.267 N·m,减少了40.7%,调节位移为10.2 mm,调节机构性能较优。调节机构对输送器性能影响试验结果表明:增设间隙自适应调节机构可明显降低扭矩并增加最大喂入量,螺旋输送器转速为150 r/min时扭矩减小了23%;转速为200 r/min时,最大喂入量增加至3.5 kg/s,提高了16.7%。喂入量在不大于3.0 kg/s范围内波动时,试验组最大扭矩小于对照组,说明调节机构可较好适应喂入量的波动。田间试验表明间隙自适应调节机构可提高输送器对喂入量的适应性,避免割台堵塞,后续的脱粒装置、清选装置等工作部件未发生堵塞,油菜联合收获机可正常工作。     

GPS联合收获机随机喂入量模糊控制技术

阐述了一种由喂入量挤压力测试原理、喂入量测试模型建立和当量喂入量测试方法组成的GPS联合收获机随机喂入量实时测试的理论和技术。应用模糊控制理论，设计了联合收获机喂入量模糊控制器。对改装的JD1065R型试验样机进行了随机喂入量模糊控制田问试验，对喂入量最佳工作状态的模糊控制作了有益的探讨。     

小麦植株建模与单纵轴流物料运动仿真与试验

针对单纵轴流小麦联合收获机物料输送中出现的堵塞问题，对小麦在螺旋输送器、倾斜输送器和脱粒滚筒螺旋喂入头中的输送过程进行理论分析，确定了影响小麦输送性能的主要因素及参数范围；利用EDEM软件建立了收获期小麦植株离散元模型，并采用EDEM-Recurdyn耦合的方法，构建了小麦从螺旋输送器喂入、经倾斜输送器，直至到达脱粒滚筒的输送系统仿真体系，分析了小麦在连续输送过程中的迁移规律、轴向速度和局部物料质量流率变化情况。以喂入量、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速和脱粒滚筒转速为试验因素，以物料输送时间为试验指标，进行四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验，结果表明：各因素对输送时间的影响由大到小依次为喂入量、脱粒滚筒转速、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速；当喂入量为7.52kg/s、螺旋输送器转速为308r/min、倾斜输送器主动轴转速为369r/min、脱粒滚筒转速为1083r/min时，输送时间为6.37s，输送时间最短，采用高速摄影技术拍摄物料输送情况，结果表明试验与仿真模拟误差为4.08%，验证了数值仿真结果的可靠性，为解决单纵轴流联合收获机输送系统的堵塞问题提供了理论依据。     

纵轴流花生摘果系统喂入装置的设计与试验

为解决花生捡拾联合收获机摘果喂入过程中荚果易破碎、秧果易拥堵等问题,设计了一种用于花生捡拾联合收获机摘果系统的螺旋喂入装置。通过对花生植株喂入输送过程分析,确定了摘果滚筒螺旋喂入头、锥形套筒的设计参数。以挖掘条铺并经田间自然晾晒3天的花生植株为试验对象,以荚果破碎率为试验指标,以摘果滚筒转速、喂入量、喂入间隙为试验因素进行试验台试验。试验结果表明:当摘果滚筒转速483.962r/min、喂入量3.176kg/s、喂入间隙9.529mm时,破碎率达到最小值为0.228%。经田间试验验证,整机花生荚果破碎率≤1.2%,满足花生低损收获要求。研究可为我国花生捡拾联合收获机喂入及摘果系统的研究提供理论和实践依据。     

履带自走式全喂入联合收割机结构设计的改进

综合论述了履带自走式全喂入联合收割机在作物切割、分离清选、转向制动、液压驱动和行走操纵等方面的结构改进设计以及为套种小麦收割而进行的变型设计，为完善该型联合收割机的整体设计提供了依据。     

秧蔓夹持输送液压系统性能分析

为实现花生联合收获机的轻简化，设计了花生秧蔓夹持输送液压系统。基于花生联合收获机秧蔓夹持输送系统工作特点，分析了不同夹持输送速度工况下液压系统的工作性能。当秧蔓夹持输送系统驱动马达输入流量17 L/min时，随着秧蔓喂入，系统压力急剧升高，夹持链条出现严重的堵塞现象；当驱动马达输入流量20 L/min时，秧蔓喂入量较大时，系统偶尔出现压力升高点，压力升高点容易出现夹持链条堵塞的现象；当驱动马达输入流量23 L/min时，链条夹持秧蔓比较流畅，无堵塞现象。花生联合收获机秧蔓夹持输送液压系统工作特性分析，可为秧蔓夹持速度控制方法的研究提供理论依据。      

小型立式轴流脱粒装置试验台的设计

为减小现有联合收割机整机的尺寸,增加现有联合收割机在丘陵地区通过的灵活性,提出了将市场上普遍使用的横置式脱粒滚筒改为立式轴流脱粒装置的方案。同时,设计了一种小型立式轴流脱粒装置的试验台,可清晰地记录整个试验过程中主要工作部件的转速、扭矩、功耗和物料的喂入速度,以及在不同工况下脱粒装置的工作性能。当立式轴流脱粒滚筒的长度达到900mm时,整个脱粒装置的脱粒总损失率、含杂率及断穗籽粒率分别为1.43%、31.87%和1.06%。     

联合收获机多传感器信号采集与数据处理系统

多传感器信号采集与数据处理是联合收获机作业流程监测与控制的基础工作。使用微处理器C8051F020的定时器/计数器和标准输入/输出接口（I/O）进行了多路霍尔转速传感器信号的采集,并通过串口通信接收损失量传感器与喂入量传感器的数据。微处理器C8051F020对数据进行处理与存储,控制240×128点阵式液晶显示器进行数据的实时显示与故障报警,根据数据处理结果控制联合收获机前进速度,进行故障分类处理,并通过串口通信实现存储数据的发送与打印。试验表明,系统工作稳定、可靠, 可以实现联合收获机作业流程监测与控制系统的集成化,并能在联合收获机测控系统的应用中节约成本、增加效率。     

玉米籽粒破碎率在线采样装置设计

玉米籽粒破碎率是联合收割机重要参考指标之一,玉米籽粒破碎率的高低不仅直接反映出联合收割机的作业性能,还对玉米种植区域的产量多少、玉米仓储效率及以玉米为主的工业原材料生产有着十分重要的影响,但玉米籽粒破碎率在联合收割机上的在线检测一直是我国农业领域研究的重点及难点。为此,设计并研发出一种玉米籽粒破碎率在线采样装置,用于对联合收割机玉米籽粒破碎率情况进行在线检测,并通过模拟实验平台对采样装置进行安装调试。实验结果表明:采样装置采样效果较好,可初步满足联合收割机田间作业检测的需求。     

花生联合收获机秧蔓夹持输送系统载荷谱编制

花生联合收获机夹持输送系统存在经常堵塞问题，对其液压系统的工作载荷进行研究极为关键。为得到反映花生秧蔓夹持输送系统的典型作业载荷谱，根据多次田间试验结果，选取花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为310、360、410r/min时的工况，进行系统液压马达田间作业载荷测试试验。针对大量的测试数据，采用转折点提取方式将载荷数据压缩至原来的1/50左右；随后利用雨流计数将时域内的载荷转换为雨流域内的均值、幅值载荷；再根据极大似然参数估计法分别对均值、幅值载荷数据进行统计分析。基于拟合检验结果分析得到，当花生秧蔓夹持输送系统液压马达输出轴转速为410r/min时，系统压力载荷均值和幅值分别满足分布均值为7.28、标准差为0.81的正态分布以及阈值为0.32、尺度参数为0.30、形状参数为0.90的三参数威布尔分布要求，可作为系统载荷谱编制的典型田间作业工况。由于室内台架试验以及花生秧蔓夹持输送系统机械零部件测试及产品结构优化设计的需要，将系统液压马达的压力信号转换为扭矩信号。根据均值、幅值的独立性，建立典型作业工况载荷的联合概率密度函数，采用载荷外推法得到液压马达输出轴扭矩的二维载荷谱，同时，结合实际试验加载的需求，进行二维载荷谱的降维操作，根据变均值法得到一维扭矩程序谱。     

联合收割机载荷测试系统构建与影响因素分析

为了给履带式联合收割机的传动系统及动力分配提供合理的设计依据,需要得到联合收割机的载荷测试信号。为此,根据联合收割机的整机结构特点,选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,设计了履带式联合收割机载荷测试系统,并以沃得飞龙型履带式联合收割机为样机搭载该系统,进行了水稻田间收获试验和底盘试验,测得该样机在极限工况下不同工作部件的载荷。试验结果为履带式联合机传动系统优化及动力分配提供了合理的设计依据。     

基于Linux和Exynos4412的联合收割机测产系统设计

以实现联合收割机测产功能为研究目标,设计了冲量式流量传感器,并将该核心部件与含水率、地速、割台高度等传感器结合,设计了基于Linux和Exynos4412的联合收割机测产系统,确保该系统工作在一个稳定的自动控制平台之上。为此,具体介绍了冲量式流量传感器的工作原理及系统的软硬件设计等。试验结果表明:联合收割机测产系统相对误差在8个百分点以内,系统稳定,准确率较高,能够达到设计要求。