小麦收获机行驶速度自动控制系统设计研究

1、    小麦收获机行驶速度自动控制系统设计研究    刘萌萌摘  要：随着从事农业生产的人口减少，提高收获效率，加大滚筒直径和清选筛面积迫在眉睫。我国农机产品也在逐渐升级，农机手对国产收获机的自动化水平也提出了较高的要求。本文研究了收获机的运作机理，研究影响收获机效率的因素，并确定自动控制系统需要实现根据横轴流滚筒转速自动控制收获机行驶速度的功能。该研究有效满足了高效和自动化地收割的要求，提高了收获机的自动化水平，使收获机工作时始终处于或接近于最大收获能力，具有实践意义。关键词：收获机;自动控制;行驶速度1 背景随着社会老龄化和从事粮食生产人员

2、的减少，保证玉米、稻谷和小麦三种谷物产量的重点在于机械化。耕作，种植，中间管理1和收获四个生产阶段的机械化程度直接决定了中国的粮食生产力在政府的大力支持和鼓励下，中国粮食生产机械化水平不断提高。我国收获机单机每年作业量较少，既有收获效率低下，也有通用性差的原因。收获效率低下主要原因是我国收获机只满足了基本的收获功能，在自动化、智能化、机电一体化等方面做的远远不够。收获机械是非常复杂的机械，而其收获作业又受农艺、温度、湿度、成熟度、土地坡度等因素的影响较大，因此提高收获效率和收获质量需要随时根据影响因素的变化而及时调整收获机的各种参数。而其中最重要的参数是车辆行驶速度，如果能够根据收获机的堵塞程

3、度自动调整收获机行驶速度，就可以让收获机始终保持最高的收获效率，充分发挥收获机的性能。当前收获机的行驶速度必须依靠驾驶员人为调整。由于人类操控精度差，波动大，所以手動调整存在调整不足或者超调，进一步带来收获机性能发挥不充分或堵塞停机等问题。如何调整，何时调整，都需要人类凭经验判断。人类的经验不充分或者经验水平参差不齐更会导致调整不及时、过分调整、调整错误等问题。另外，驾驶员在驾驶收获机时需要保持高度紧张，实时查看各主要部件的工作状况，工作强度非常大所以就需要设计一款自动调整系统来辅助驾驶员自动完成一些部件的调整。2功能需求分析稻麦收获机整体结构比较复杂，而工作环境多变，因此收获机作业时就有很多

4、的不可控因素。比如因剧烈震动导致结构件断裂，连接件松动;田间石块，树粧等障碍物和收割机碰撞造成的碰撞损坏;因雨水过多，土地松软，导致的陷车。但是收获机最常见，对收获效率影响最大的故障就是堵塞。收获机的堵塞故障发生在很多部位，常见的由轴流滚筒、复脱器、过桥和升运器等。其中影响最严重的发生在轴流滚筒处的堵塞故障，一旦堵塞需要拆卸滚筒侧壁，从一端将堵塞物清理干净。操作空间2狭窄，堵塞后作物紧实，很难清理，往往耽误半天到一天的时间。造成轴流滚筒堵塞的原因有好多种，常见的行驶速度太快、早上和晚上湿度较大，中间轴与发动机和轴流滚筒连接的两组皮带部分或全部打滑，割台放置过低收进泥土等。3速度控制系统的总体架

5、构本文研究的收获机自动控制系统由转速信号采集装置、控制器、驱动系统和报警显示装置组成。转速信号采集装置将收获机轴流滚筒转速和收获机行驶速度采集出来，发送给控制器。控制器根据内部控制逻辑计算需要输出到控制模块的控制量3。控制模块控制电磁铁铁芯的伸缩量，通过柱塞泵上面伺服阀和伺服油缸间接控制泵的排量，马达、变速箱和驱动轮等部件将驱动力最终传递到地面得到需要的行驶速度。转速信号采集装置由转速测量传感器和控制器的一部分组成。用于采集轴流滚筒转速和边减传动轴的转速，并将脉冲信号转化成转速和行驶速度数据。控制器由控制器和控制程序组成。用于分析数据、判断收获机工况、控制收获机行驶速度等。驱动系统包括电控可变

6、排量活塞泵，定量活塞马达，齿轮箱，驱动轴，车轮减速器和驱动轮。由控制器控制，控制信号被转换成相应的驱动速度。显示报警模块由显示器和部分程序组成，将控制器处理完的滚筒转速和行驶速度显示出来，在转速过低时进行声光报警。4速度控制硬件设计速度测量方法有很多种，包括光电编码测量方法，霍尔元件测量方法，磁感应测量方法，离心测量方法，测速发电机测量方法，闪速测量方法，漏磁速度测量方法等。由于收获机的工作环境比较恶劣，粉尘十分严重，因此光电式测量方法不适合本文所研究的收获机。测速发电机测量法需要在转动轴末端装用于测速的发电机，滚筒轴和驱动轴上都没有足够的空间，不能使用。离心式测量法测量精度差而且不能够实时测

7、量，因此不采用。霍尔元件测量法和磁感应测量法都是非接触式、比较适应恶劣环境而且可以实现实时测量的方法。霍尔元件测量法频率范围较大，从直流到微波频段都能够测量，因此选择霍尔元件法作为转速信号采集的方法。测速方法有测周期法和测频率法两种，需要根据目标转速范围确定适用何种测速方法。收获机所用的控制器时间测量精度为1m/s，测周期法由于在开始和结束各有半个单位时间测量不准确，会导致有一定的测量误差，而且每个周期中测得的时间间隔越短误差就越大，此方法往往都用在转速比较低的场合。测频率法在开始和结束各有一个脉冲测量不准确，会导致有一定的测量误差，而且单位时间内测得的脉冲数越少误差就越大，因此该方法往往用在

8、转速比较高的场合。轴流滚筒转速较高适合选用测频率法，行驶速度测量的变速箱传动轴的转速，此轴转速较低，适合选用测周期法。行驶速度测量使用抱箍式塑料盘安装磁铁，专用支架安装霍尔传感器的方案。霍尔传感器固定不动，磁铁随着传动轴转动。方案如图1所示：本文所研究控制系统选用的控制器为plus+1mc050，此控制器提供多功能的io端口，输入端口有6个数字输入端口，4个数字和模拟通用输入端口，6个数字，模拟和频率通用输入端口，4路模拟、温度、电位器输入;输出口有3路数字量输出口，3路数字量和pwm通用输出口，io路数字量、pwm和比例量通用输出口，另外还有两组通讯端口。5 小结简要介绍收割机的工作原理和操作过程。根据收获机的作业流程，并结合收获机的作业环境、安全需要等因素，明确了自动控制系统功能和性能方面的设计要求。制定了收获机自动控制系统的总方案。收割机自动控制系统由速度信号采集装置，控制器，驱动系统等部件组成。转速信号采集装置将收获机轴流滚筒转速和收获机行驶速度采集出来，发送给控制器。制定了速度控制逻辑，根据轴流滚筒的转速变化。参考文献1  白学峰等.中国农业机械化现状与发展模式研究j.农机化研究.2017，10：2