籽粒损失监测传感器敏感板振动特性与试验

为实现联合收获机工作过程中籽粒清选损失的实时自动监测,运用ANSYS软件分别以不锈钢304板、T6铝板、黄铜板作为敏感板,在不同厚度、边界条件下进行模态分析并以YT-5L型压电陶瓷作为敏感元件制成不同形式的籽粒损失监测传感器进行了籽粒碰撞试验,研究了敏感板振动特性与检测性能之间的关系,优选了籽粒损失监测传感器敏感板的材料及结构。设计了由电压放大器、带通滤波器电路、绝对值峰值检波放大电路、包络线检波电路、电压比较器电路和整波电路等组成的信号调制电路,以AT89C52单片机为核心开发测控系统,实时采集籽粒损失信号并具有报警、通讯输出功能。将研制的籽粒损失监测传感器安装在联合收获机上进行田间试验,结果表明所研制的籽粒损失监测传感器能够有效识别出饱满籽粒并实时显示清选损失率,最大测量相对误差为2.39%。     

基于EDEM小麦收获机清选损失监测试验装置设计

针对小麦损失监测传感器结构复杂、成本较高的问题,对收获机清选排杂口不同物料运动特性进行研究,揭示小麦与秸秆撞击敏感板的作用规律,从清选抛出物冲击敏感板的力学特性出发,设计一种小麦收获机清选损失监测试验装置。通过离散元分析软件EDEM分析小麦籽粒、50mm秸秆、100mm秸秆撞击敏感板产生的作用力,分析接触力变化曲线,证明可通过判断物料撞击敏感板产生的信号进行损失监测。为增强信号采集准确率,采用两片压电传感器串联的方式,增大损失信号。设计损失监测试验台机械结构及控制系统,使监测装置模拟收获机清选排杂过程且可以实时监测信号,有效提高监测效率。最后,通过不同高度物料运动损失监测试验,得出300mm高度下传感器识别较为精准,对小麦籽粒的识别率达到98.4%,整体监测误差小于5%,损失监测试验装置能够达到设计目的和要求。     

基于振动模态分析的籽粒检测传感器结构优化设计

为了分析传感器结构对籽粒冲击响应信号的影响,建立了籽粒检测传感器的三维结构模型,利用SolidWorks分析了传感器的振动模态。结果表明：传感器的上层面板的结构尺寸是影响传感器振动特性的主要因素,随着面板宽度b的增加,相对变形率γ首先迅速减小;随着b的进一步增加,γ逐渐减小至恒定值,固有频率f则单调增大;增加面板厚度h,固有频率f和相对变形率γ均呈单调增加趋势。将传感器安装到联合收获机振动筛尾部支架上进行清选损失检测试验。结果表明,传感器能够在振动干扰中识别籽粒冲击信号,当b＝30mm时,籽粒冲击响应时间小于2ms,远小于b＝120mm时的籽粒冲击响应时间。     

玉米籽粒直收机夹带损失检测系统设计与试验

针对目前玉米籽粒直收机籽粒损失检测系统缺乏检测夹带损失技术的问题,设计了基于嵌入式单片机的玉米籽粒直收机夹带损失检测系统。该检测系统包括损失检测传感器、数据采集器和数据显示终端,可以同时监测收获机的清选损失和夹带损失,实时反馈收获机的收获损失速率以及损失量。通过模态仿真软件对不同材料、不同厚度的监测板进行有限元分析,选择厚0.5 mm的不锈钢板作为监测板;运用Multisim对滤波器性能进行仿真分析;设计基于STM32系列单片机的自适应限时滤波算法,可以有效抑制谷物撞击引起的的余振干扰。在试验台架上,对不同大小的玉米籽粒、杂余以及玉米穗进行标定试验,获取信号特征;经装机试验表明,玉米籽粒夹带损失检测结果最大误差为9.96%,平均误差约为6.52%,损失速率变化趋势反馈及时,能够辅助工作人员进行作业决策。     

基于Kalman滤波的联合收获机籽粒清选损失监测研究

为了解决谷物籽粒撞击信号码间串扰问题,实现联合收获机工作过程中谷物损失量的实时监测,并提高监测的精度,设计了一种新的籽粒清选监测系统。该系统采用Kalman滤波的方法缩短了籽粒撞击板信号的衰减时间,从而可以有效地降低信号的码间串扰。为了验证系统的有效性和可靠性,对籽粒清选系统进行了测试,选取了两组饱满程度不同的籽粒作为研究对象,通过测试得到了两组籽粒的撞击电压响应曲线,并分别对比了Kalman滤波和未滤波的信号衰减曲线和籽粒的清选误差。由对比结果可以发现:Kalman滤波能明显地缩短信号的衰减时间,降低了籽粒间码间串扰对系统监测精度的影响及清选误差,大大提高了籽粒损失监测系统的工作效率,为联合收割机的优化设计提供了理论参考。     

联合收获机籽粒损失监测传感器性能标定试验

设计了由升降平台、升降驱动装置、给料装置、传感器安装平台等构成的籽粒损失监测传感器标定试验台;选取饱满小麦籽粒、不饱满小麦籽粒和不同长度茎秆等物料运用标定试验台对籽粒损失监测传感器在不同安装高度及不同安装角度情况下进行实验室内标定.室内试验表明,针对含水率不同的小麦样品籽粒损失监测传感器的测量误差能限制在4.8％以内;根据室内试验标定结果确定了籽粒损失监测传感器在监测夹带损失时的安装位置,田间试验表明,夹带损失最大监测误差为3.40％.     

不确定参数对约束阻尼板振动特性的影响分析

约束阻尼技术应用于车身等板件的减振降噪设计时,几何参数和材料参数不确定性使其减振降噪性能产生波动的问题。将车身板件抽象为平板结构,采用直接蒙特卡洛方法,分析了几何参数和物理参数不确定性对其结构振动性能的影响。考虑粘弹性材料的频变依赖特性,采用迭代法求解模态参数。基于概率模型描述约束阻尼材料的几何和材料参数不确定性,采用直接蒙特卡洛法评估模态固有频率和阻尼比的波动情况。结果表明,约束层本构参数和厚度不确定对阻尼比的影响最大。     

联合收割机清选损失率监测系统设计与实现

谷物清选损失是判断联合收获机性能的重要参数,为实现联合收获机工作过程中谷物损失率的实时监测,研制了一种基于压电陶瓷传感器的损失率在线监测系统。该系统以压电陶瓷作为敏感元件,根据不同物料打击敏感板的碰撞力和信号的持续时间,导致信号频率和产生电压幅值的不同。设计一种信号处理电路用来区分饱满谷物与杂余,信号处理电路由电荷放大器、频率为5～12 kHz的带通滤波器、阈值可调的电压比较器组成。输送带速度在0.5～2 m/s范围内进行谷物冲击性能试验,试验结果表明,传感器具有很好的分辨饱满籽粒与杂余混合物的能力,测量误差小于4.1%。     

粘弹阻尼抗振结构双向渐进法拓扑动力学优化

基于阻尼结构各层形变位移关系,推导了结构振动微分方程。构建了以阻尼比最大化为优化目标,阻尼材料用量为约束,阻尼单元状态为设计变量的拓扑优化数学模型。为寻找结构优化迭代方向,推导了模态阻尼比灵敏度。建立阻尼单元增删准则,利用独立网格滤波技术进行滤波处理,采用双向渐进优化算法对阻尼结构进行了拓扑优化。按常规渐进法优化后,1阶、3阶阻尼比增幅分别为54.51%、36.21%,而按双向渐进优化所得相应阶次的模态阻尼比增幅则分别达76.69%、58.36%,且可有效改善阻尼结构优化后的棋盘格现象。为验证双向渐进优化算法拓扑优化结果,对阻尼结构进行谐响应分析与仿真,结果表明:采用双向渐进法优化时,结构特定阶次响应幅值更低,减振效果更佳。     

纵轴流联合收获机籽粒清选损失监测数学模型研究

为实时监测纵轴流联合收获机作业过程中的籽粒清选损失,试验研究了清选损失籽粒在清选筛尾筛后部的分布规律,建立了清选损失籽粒量与清选筛尾部不同区域内籽粒量之间的数学模型,并确定了籽粒损失监测传感器在联合收获机上的最佳安装位置。台架试验表明,在显著水平α=0.05下,当风机转速在1 200~1 400 r/min范围内时,风机转速对清选损失籽粒质量比例的分布无显著性影响。以YT-5L型压电陶瓷为敏感元件研制了双向隔振结构全宽型籽粒损失监测传感器,将研制的籽粒损失监测传感器以中心线距尾筛垂直距离300 mm,角度为45°安装到4LZ-2.5型纵轴流联合收获机上,并利用所建立的籽粒清选损失监测数学模型进行了水稻收获田间试验。田间试验结果表明,所建立的籽粒清选损失监测数学模型可靠性较好,籽粒清选损失监测最大相对误差为3.26%。     

悬臂梁冲量式谷物质量流量传感器阻尼设计

基于悬臂梁受冲击力变形原理开发的联合收获机冲量式谷物质量流量传感器,在应用中测量精度易受到收获机基础振动的影响.对此,分析了测量中产量信号计算模型,指出悬臂梁弹性元件阻尼设计的重要性.提出了通过动力消振原理增加弹性元件阻尼的方法,进行了相应的理论分析.针对阻尼处理前后的弹性元件,开展了冲击响应实验.理论分析和实验结果都说明了该方法的有效性.     

联合收割机谷物损失传感器结构改进设计及其实验室标定

简单介绍了谷物损失传感器的工作原理,总结并指出了现存的谷物损失传感器的一般问题,提出了相应的结构改进设计方案,使用一块槽型不锈钢板,配以良好减振和隔振结构设计,用一个压电陶瓷满足测试要求;在制作、装配后,对该传感器进行了实验室标定。     

玉米联合收获机清选损失监测装置设计与试验

针对玉米籽粒收获时,损失率检测不准的问题,以压电薄膜作为敏感材料,设计了一种由冲击传感器、信号处理电路和安装装置等组成的玉米收获机籽粒清选损失监测装置,并采用支持向量机多分类算法提取玉米籽粒冲击信号,实现了玉米籽粒损失的实时监测。首先,在不同冲击角度和高度的试验条件下,对不同大小的玉米籽粒和杂余进行冲击信号的采集试验,提取冲击信号的主要特征。采用支持向量机多分类算法对模型进行训练,并在监测装置上实现实时分类。使用不同品种和含水率玉米对分类模型进行验证。然后,在不同风机转速和清选筛开度条件下,得到测试时间内传感器检测的籽粒数与总损失量之间的关系,并根据谷物流量值,计算得到实时的清选损失率。最后,将该监测装置安装在4YL-8型玉米联合收获机上进行田间试验。结果表明,该监测装置与人工检测相比,平均相对误差为12.98%,可以为收获机的控制提供反馈信息。     

阵列式压电晶体谷物损失传感器有限元分析与试验

为了提高谷粒损失检测的精确度与可靠性,提出了构建压电晶体矢量传感器阵列的方案,实现参数多点实时测量。采用有限单元法对谷草撞击动力学模型进行了分析;利用ANSYS软件,根据谷粒损失传感器敏感元件的实际尺寸进行建模,计算、仿真敏感元件的振动模态,求解敏感元件谐振频率;通过分析敏感元件低阶模态的动态应变分布,确定了矢量传感器阵列中压电晶体的位置和数量,优化了阵列结构。在试验台架上进行了谷草撞击试验,使用动态信号分析仪对敏感元件的低阶振型与应变分布进行了试验测试。试验结果与理论分析结果一致,表明优化的阵列结构可用于压电晶体矢量传感器阵列的理论设计和参数修正。     

羌活籽粒和珍珠岩的离散元参数标定及排种验证

为确定羌活种子排种器离散元仿真所需的物性参数,对羌活籽粒和珍珠岩进行物性参数测量及标定。采用斜面法测量静摩擦系数,用自由跌落法测量碰撞恢复系数,用圆筒提升法测量堆积角,通过EDEM仿真对比堆积角大小,确定滚动摩擦系数,通过对比仿真试验与田间试验的结果,确定测定参数的准确性。羌活籽粒的密度为160 kg/m3,珍珠岩密度为150 kg/m3;羌活籽粒的泊松比为0.32,珍珠岩的泊松比为0.2;羌活籽粒的剪切模量为30 MPa,珍珠岩的剪切模量为38.5 MPa;羌活籽粒与ABS塑料板的静摩擦系数为0.62,珍珠岩与ABS塑料板的静摩擦系数为0.78,羌活籽粒间的静摩擦系数为0.51,珍珠岩间的静摩擦系数0.91,羌活籽粒对珍珠岩的静摩擦系数为0.72;羌活籽粒与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.39,珍珠岩与ABS塑料板的碰撞恢复系数为0.28,羌活籽粒间的碰撞恢复系数为0.31,珍珠岩间的碰撞恢复系数为0.14,羌活籽粒对珍珠岩的碰撞恢复系数为0.32,珍珠岩对羌活籽粒的碰撞恢复系数为0.26;羌活籽粒的滚动摩擦系数为0.043,珍珠岩的滚动摩擦系数为0.097,珍珠岩与羌活籽粒之间的滚动摩擦系数为0.037;仿真试验与田间试验的排种结果曲线基本一致,平均相对误差分别为5.6%和3.8%,表明测定的物性参数具有可靠性。本研究为羌活籽粒和珍珠岩的离散元仿真提供理论参考,为羌活播种机的设计优化提供理论参考。