一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置及使用方法.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810402694.X (22)申请日 2018.04.28 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 徐立章 严超 孙贻新 金铭志 仲维鑫 石旭 (51)Int.Cl. A01D 63/00(2006.01) A01D 45/28(2006.01) (54)发明名称 一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装 置及使用方法 (57)摘要 本发明涉及一种油菜竖切割分禾装置切割 频率控制装置， 包括联合收获机， 所述联合收获

2、机的机架的两侧分别安装有左竖切割器和右竖 切割器， 所述左竖切割器和所述右竖切割器均由 步进电机提供工作动力， 控制器的输入端连接有 触摸屏和速度雷达， 控制器的输出端分别与所述 左竖切割器和所述右竖切割器上的步进电机相 连。 应用本发明提出的油菜竖切割分禾装置切割 频率控制装置与方法后， 竖切割装置将能根据割 刀参数、 作物情况、 作业速度自动调整切割频率， 将收割时的油菜籽粒损失率控制在一定范围内， 同时减少了与主割刀频率一致引起的共振， 大大 提高了整机的无故障工作时间。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 108450154 A 2018.08.28 CN 108450154

3、A 1.一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置， 包括联合收获机， 其特征在于， 所述联 合收获机的机架的两侧分别安装有左竖切割器 （7） 和右竖切割器 （6） ， 所述左竖切割器 （7） 和所述右竖切割器 （6） 均由步进电机提供工作动力， 控制器 （3） 的输入端连接有触摸屏 （1） 和速度雷达 （2） ， 控制器 （3） 的输出端分别与所述左竖切割器 （7） 和所述右竖切割器 （6） 上的 步进电机相连。 2.根据权利要求1所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置， 其特征在于， 还 包括电控手柄 （4） 和与所述电控手柄 （4） 相连的单双边切换开关 （5） ， 所述单双边切换开关

4、 （5） 与所述左竖切割器 （7） 和所述右竖切割器 （6） 上的步进电机的的电源线相连。 3.根据权利要求1或2所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置， 其特征在 于， 所述左竖切割器 （7） 和所述右竖切割器 （6） 的结构相同， 均包括步进电机(702)， 所述步 进电机(702)的输出轴上安装有曲柄连杆机构(703)， 所述曲柄连杆机构(703)输出端通过 铆接板(704)与竖割刀固定方管(706)连接， 所述竖割刀固定方管(706)上分布有若干竖割 刀(705)。 4.根据权利要求3所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置， 其特征在于， 所 述曲柄连杆机构(703)包括曲

5、柄(703-1)和螺纹杆(703-3)， 所述曲柄(703-1)安装在所述步 进电机(702)的输出轴上， 所述螺纹杆(703-3)的两端安装分别安装有关节轴承I(703-2)和 关节轴承II(703-4)， 所述关节轴承I( 703-2)安装在曲柄(703-1)的输出端， 所述关节轴承 II(703-4)安装在所述铆接板(704)上。 5.根据权利要求4所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置， 其特征在于， 所 述螺纹杆(703-3)上还安装有圆螺母(703-5)。 6.一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置的使用方法， 其特征在于， 包括以下步 骤， 步骤一： 机手操作电控手柄 （4

6、） ， 决定哪一侧的竖切割器工作或是同时工作； 步骤二： 机手根据实际情况， 从触摸屏 （1） 上输入切割器动刀尺寸信息、 植物成熟度信 息、 株距信息和植物姿态信息， 控制器 （3） 根据内部存储的数据参考模型， 自动匹配合适的 速度-切割频率拟合曲线； 步骤三： 机手驾驶联合收获机进行作业， 速度雷达 （2） 采集联合收获机的速度信号并输 入到控制器 （3） 中； 步骤四： 控制器 （3） 根据步骤二选择的速度-切割频率拟合曲线， 计算出实时速度下左 竖切割器 （7） 或右竖切割器 （6） 所需要的切割频率， 然后输出相应的脉冲到左竖切割器 （7） 或右竖切割器 （6） 上的步进电机， 从

7、而实现对油菜联合收获机双竖切割频率的控制。 7.根据权利要求6所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置的使用方法， 其 特征在于， 所述步骤二中， 左竖切割器 （7） 或所述右竖切割器 （6） 上切割器动刀尺寸为50mm 或76.2mm或90mm。 8.根据权利要求6所述的一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置的使用方法， 其 特征在于， 所述步骤二中， 植物成熟度信息为半熟或七分熟或成熟或过熟。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 108450154 A 2 一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置及使用方法 技术领域 0001 本发明属于油菜联合收获机双竖切割装置设计及控制领域，

8、具体涉及一种油菜竖 切割分禾装置切割频率控制装置与方法。 背景技术 0002 由于油菜植株下部茎秆粗壮且坚韧， 不易切割； 油菜株体上部角果层直径大于株 距和行距， 且分枝较多， 纵横交错相互牵扯， 若强行拉开极易造成落粒损失； 油菜各个部位 的果荚成熟很不一致， 待完全成熟， 成熟的果荚在受到拨禾轮弹齿的拨动、 牵拉梳刷后极容 易开裂， 造成落粒损失。 油菜竖切割器将收割区与待割区的分枝切断， 达到分禾的目的， 解 决了由于油菜分枝相互牵连而造成收割过程中的炸荚损失。 0003 目前市场上油菜联合收获机工作时只被动依靠机手来调整机器的前进速度来适 应割刀切割频率等竖切割分禾装置参数， 这不仅

9、增大了机手的工作负担， 还不能够保证竖 切割分禾装置在最佳的工作参数下工作， 这都增加了竖切割分禾装置损失和功率消耗。 若 能研发一种能够根据联合收获机行走速度不断对竖切割分禾装置各工作部件工作参数进 行调整的装置， 将能够解决油菜联合收获机切割与行走不配套的问题， 满足市场需求， 具有 广阔应用前景。 0004 国内已研制成功的油菜联合收获机有 4LYZ-2 型、 五山牌 4LZY-1.5 型、 湖州- 2000 型以及对桂联型背负式全喂入联合收获机加以改进, 用于收获油菜等;此外, 新疆 联合收获机厂、 上海向明机械厂、 福田雷沃国际重工股份有限公司等联合收获机生产企业, 也先后利用自己的

10、产品加以改进兼收油菜。 但这些机型大多是在稻麦联合收获机基础上改 装设计而成, 而油菜农艺形态参数和物理、 力学特性与水稻、 小麦有很大区别:如油菜籽粒 被包裹在油菜荚壳里面, 水稻和小麦是直接生长在穗头上的;移栽油菜成熟不一致, 成熟 角果易炸荚形成损失;油菜的植株蔓枝牵连, 高低穗相差显著一般可达 400 mm ;油菜草 谷比为 2.5 5 ,而小麦仅0.6 1.2 , 水稻为1.0 2.4 。 0005 引进的德国HEGE-160 型油菜联合收获机大量应用电、 液技术, 液压控制行走机 构及工作部件,脱粒滚筒、 拨禾轮可无级变速, 螺旋输送器、 输送部件可实现正、 反转, 侧 面配置了2

11、 把割刀, 割台加长,可用于收获油菜、 小麦、 玉米等作物, 但整机过于复杂, 湿 地作业时动力不足, 作业性能一般, 且价格昂贵, 难以大量引进。 因此, 必须从油菜自身 的特性出发, 考虑我国现有国情, 进行重新设计, 才能满足我国油菜机械化收获的要求。 0006 应用本专利技术的双竖切割分合装置能根据作业过程中的机器速度自动调整切 割频率， 在减少漏割区、 重割区的同时， 减少机架上与主割刀的共振， 大大提高了整机的无 故障工作时间。 另外， 本专利提出的油菜联合收获机双竖切割装置的控制方法可借鉴于主 割刀设计和控制中， 将在很大程度上推动我国收获机械行业的技术进步， 为我国粮食安全 提

12、供理论、 技术和装备保障。 发明内容 说 明 书 1/4 页 3 CN 108450154 A 3 0007 本发明的目的在于提供一种能够根据作业过程中联合收割机的行驶速度自动调 整切割频率， 在减少漏割区、 重割区的同时， 减少机架上与主割刀的共振， 大大提高整机无 故障工作时间的油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置及方法。 0008 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的， 一种油菜竖切割分禾装置切割 频率控制装置， 包括联合收获机， 所述联合收获机的机架的两侧分别安装有左竖切割器和 右竖切割器， 所述左竖切割器和所述右竖切割器均由步进电机提供工作动力， 控制器的输 入端连接有触摸屏和速

13、度雷达， 控制器的输出端分别与所述左竖切割器和所述右竖切割器 上的步进电机相连。 0009 上述方案中， 还包括电控手柄和与所述电控手柄相连的单双边切换开关， 所述单 双边切换开关与所述左竖切割器和所述右竖切割器上的步进电机的的电源线相连。 0010 上述方案中， 所述左竖切割器和所述右竖切割器的结构相同， 均包括步进电机， 所 述步进电机的输出轴上安装有曲柄连杆机构， 所述曲柄连杆机构输出端通过铆接板与竖割 刀固定方管连接， 所述竖割刀固定方管上分布有若干竖割刀。 0011 上述方案中， 所述曲柄连杆机构包括曲柄和螺纹杆， 所述曲柄安装在所述步进电 机的输出轴上， 所述螺纹杆的两端安装分别安

14、装有关节轴承I和关节轴承II， 所述关节轴承 I 安装在曲柄的输出端， 所述关节轴承II安装在所述铆接板上。 0012 上述方案中， 所述螺纹杆上还安装有圆螺母。 0013 本发明还提供一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置的使用方法， 其特征在 于， 包括以下步骤， 步骤一： 机手操作电控手柄， 决定哪一侧的竖切割器工作或是同时工作； 步骤二： 机手根据实际情况， 从触摸屏上输入切割器动刀尺寸信息、 植物成熟度信息、 株距 信息和植物姿态信息， 控制器根据内部存储的数据参考模型， 自动匹配合适的速度-切割频 率拟合曲线； 步骤三： 机手驾驶联合收获机进行作业， 速度雷达采集联合收获机的速度信

15、号 并输入到控制器中； 步骤四： 控制器根据步骤二选择的速度-切割频率拟合曲线， 计算出实 时速度下左竖切割器或右竖切割器所需要的切割频率， 然后输出相应的脉冲到左竖切割器 或右竖切割器上的步进电机， 从而实现对油菜联合收获机双竖切割频率的控制。 0014 上述方案中， 所述步骤二中， 左竖切割器或所述右竖切割器上切割器动刀尺寸为 50mm或76.2mm或90mm。 0015 上述方案中， 所述步骤二中， 植物成熟度信息为半熟或七分熟或成熟或过熟。 0016 本发明的有益效果： 1. 可以输入割刀尺寸、 作物成熟情况到可编程控制器PLC， 选 择相应控制策略。 2. 在选择好控制策略后， 根据

16、收割机机器速度变化， 及时调节竖切割器 的驱动电机， 减少重割区和漏割区， 提高收获油菜部分的收获效率和收获性能。 3.可以根据 需要选择哪一侧竖割刀工作， 或者两侧同时工作。 4. 采用了直接传动的方式， 与主割刀非 同一动力源， 可以减少与主割刀引起的机架共振。 5. 传动上采用的曲柄连杆机构， 连杆长 度可调， 方便不同行程的割刀使用。 附图说明 0017 图1是油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置工作原理框图。 0018 图2是油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置控制方法流程图。 0019 图3是76.2mm割刀下， 速度-切割频率拟合曲线。 说 明 书 2/4 页 4 CN 108450

17、154 A 4 0020 图4是左竖切割器左视图。 0021 图5是曲柄连杆机构主视图。 0022 图中： 1.触摸屏， 2.速度雷达， 3.控制器， 4.电控手柄， 5.单双边切换开关， 6.右竖 切割器， 7.左竖切割器， ； 701.电机固定架 ， 702.步进电机， 703.曲柄连杆机构， 704.铆接 板， 705.竖割刀， 706.竖割刀固定方管； 703-1曲柄， 703-2关节轴承I， 703-3螺纹杆， 703-4. 关节轴承II， 703-5.圆螺母。 具体实施方式 0023 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。 0024 如

18、图1所示， 油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置由触摸屏 1 、 速度雷达 2 、 控制器 3 、 单双边切换开关 5 、 电控手柄 4 、 左竖切割器 7 、 右竖切割器 6 组成。 所述 控制器 3 的输入端与触摸屏 1 相连， 操作手在触摸屏 1 输入关于刀片和收割作物状态 等信息； 所述控制器 3 同时接收安装在收割机上的速度雷达 2 信号， 计算得到对应的切 割频率信号发送给左竖切割器 7 和右竖切割器 6 步进电机的控制端口； 电控手柄 4 用 于控制单双边切换开关 5 ， 实现某一侧或者双侧同时切割； 单双边切换开关 5 与左竖切 割器 7 和右竖切割器 6 步进电机的电源线相连，

19、 可以控制两者的供电。 所述速度雷达 2 由安装于收割机履带驱动轮上的霍尔转速传感器组成。 0025 如图2所示， 一种油菜竖切割分禾装置切割频率控制装置的控制方法， 包括以下步 骤： 步骤一： 机手使用电控手柄 4 来决定， 哪一侧的竖切割器工作或是同时工作。 步骤二： 机手根据实际情况， 从触摸屏 1 上输入切割器动刀尺寸 50mm/76.2mm/90mm)； 植物成熟度 (半熟/7分熟/成熟/过熟 等作物姿态信息。 控制器 3 根据建立的参考模型， 选择合适的速 度-切割频率拟合曲线。 步骤三： 机手驾驶联合收获机进行作业， 速度雷达 2 采集联合收获 机的速度信号， 同样输入到控制器

20、3 中。 步骤四： 控制器 3 根据步骤二选择的速度-切割 频率拟合曲线， 计算出实时速度下竖切割装置所需要的切割频率， 然后输出相应的脉冲到 步进电机， 从而实现对联合收获机双竖切割频率的控制。 0026 优选的， 通过操纵电控手柄 4 ， 可以选择某一侧竖切割器是否工作。 例如， 在收获 机在油菜里开道时， 可以让左竖切割器 7 和右竖切割器 6 同时工作； 而收获机从田块左 边向前收获时， 可以切断左竖切割器 7 供电， 只让右竖切割器 6 工作； 从田块右边向前收 获时， 同理， 切断右竖切割器 6 供电， 只让左竖切割器 7 工作。 0027 优选的， 所述触摸屏 1 可输入的信息有

21、竖割刀刀片类型、 成熟度、 株距、 姿态等作 物信息， 控制器 3 根据建立的参考模型， 选取对应的速度-切割频率拟合曲线。 0028 优选的， 为了便于专业化生产， 切割器规格已标准化， 动刀片宽度为50mm， 76.2mm， 90mm等。 用户可根据实际情况选择输入到触摸屏。 0029 优选的， 由于植物， 特别是油菜， 成熟前后和株距疏密不同收获的炸荚损失有很大 差异， 所以需要操作者输入成熟度、 株距、 姿态等作物信息， 按实际情况调整收割频率。 0030 优选的， 建立拟合曲线数据库的步骤为： 先输入指定割刀参数， 利用Matlab模拟出 此种割刀的收割图， 然后计算出漏割区和重割区

22、的面积， 接着用两种面积不同的权重和模 拟成熟度、 株距、 姿态等作物信息， 最后变换切割频率， 找到各个速度下最佳切割频率， 拟合 说 明 书 3/4 页 5 CN 108450154 A 5 出给定割刀下， 与现场作物情况匹配的曲线。 0031 本实施例下， 建立拟合曲线数据库的步骤为： 先输入指定割刀参数， 利用Matlab模 拟出此种割刀的收割图， 然后计算出漏割区和重割区的面积， 接着用两种面积不同的权重 和模拟成熟度、 株距、 姿态等作物信息， 最后变换切割频率， 找到各个速度下最佳切割频率， 拟合出给定割刀下， 与现场作物情况匹配的曲线。 0032 本实施例下， 控制装置以西门子

23、S7-1200PLC为核心搭建的控制系统硬件平台， 在 TIA Portal 操作系统上以梯形图为编译语言设计的油菜竖切割分禾装置切割频率控制系 统。 0033 如图3所示， 本实施例下采用76,2mm割刀， 其在半熟/7分熟/成熟/过熟下收割， 各 自不同的速度-切割频率拟合曲线。 0034 如图4所示， 竖切割器包括左竖切割器 7 和右竖切割器 6 传动结构相同， 这里以 左竖切割器 7 为例， 包括电机固定架 701 ， 步进电机 702 ， 曲柄连杆机构 703 ， 铆接板 704 ， 竖割刀 705 ， 竖割刀固定方管 706 ； 电机固定架 701 安装在机架左侧， 步进电机 70

24、2 安装在电机固定架 701 上， 用曲柄连杆机构 703 将步进电机 702 的伸出轴和铆接 板 704 相连， 铆接板 704 与竖割刀 705 动刀铆接， 竖割刀 705 安装在竖割刀固定方管 706 上， 竖割刀固定方管 706 安装在机架上。 在机手使用电控手柄 4 给选定步进电机 702 通电后， 步进电机 702 在控制器 3 给的脉冲频率下输出转矩， 进而推动左竖切割器 7 中的动刀， 实现切割频率的调节。 0035 如图5所示， 所述曲柄连杆机构 703 由曲柄 703-1 ， 关节轴承I 703-2 ， 螺纹杆 703-3 ， 关节轴承II 703-4 组成。 步进电机 7

25、02 伸出轴与曲柄 703-1 焊接， 曲柄 703-1 输出端固定安装有关节轴承I 703-2 ， 螺纹杆 703-3 一端连接关节轴承I 703-2 ， 另一端 连接关节轴承II 703-4 ， 关节轴承II 703-4 通过铆接板 704固定在竖割刀固定方管706 上上， 竖割刀固定方管706上分布有若干竖割刀705。 优选的， 连杆长度可根据割刀行程需要 变化。 螺纹杆两端的关节轴承I 703-2 和 关节轴承II 703-4 ， 可通过旋进旋出的方式， 改 变连杆长度； 在确定长度后， 可在螺纹杆中间旋进圆螺母703-5， 来固定连杆长度。 0036 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。 说 明 书 4/4 页 6 CN 108450154 A 6 图1 图2 说 明 书 附 图 1/3 页 7 CN 108450154 A 7 图3 图4 说 明 书 附 图 2/3 页 8 CN 108450154 A 8 图5 说 明 书 附 图 3/3 页 9 CN 108450154 A 9