联合收割机堵塞故障监测系统研究

2020-12-20朱良豪

农业与技术 2020年2期

关键词：脱粒收割机滚筒

朱良豪

(安徽省五河县农业机械化技术学校，安徽五河 233300)

引言

我国是一个农业大国，随着人口数量的不断增多，耕地面积的逐渐减少，当前的很多农业耕地都在扩大联合收割机的使用数量，这些设备在使用的过程中常常会因为高负荷的运转工作产生不可避免的事故，笔者将在下文进行比较详细的论述。

1 联合收割机堵塞情况分析

联合收割机在进行农业收割的过程中对于质量的主要检测标准就是脱粒的效率，在进行脱粒的过程中经常会发生堵塞故障。脱粒的主要工作内容就是将收割谷物的谷粒从谷穗上面脱落下来，这个部分的机器设备是联合收割机的核心部分，直接决定一场收割活动的质量和效率。

1.1 收割需求提升

一般情况下，联合收割机在满足正常使用的情况下还应该能够尽可能地降低收割的能耗，在保证谷物质量的同时保证茎干的完整程度。当前随着粮食需求的不断增加，更多的农户更加趋向于投入量大、收割面积广的联合收割机型号，因此对于收割机的正常使用效率也提出了更高的要求[1]。

1.2 操作问题

根据大量联合收割机在田间的收割情况来看，大部分收割机发生堵塞的部位是位于滚筒和输粮的部分，因为受谷物自身湿度，收割机自身型号，推进速度，工作效率等多个方面的综合影响，收割机在进行收割的过程中每时每刻的喂入量也是不同的。如果技术人员没有控制好这个量的话，将农作物的喂入量调控超过了系统的工作负荷强度，脱粒的滚筒皮带会发生打滑的情况，从而使工作效率大大下降，严重的可能会导致机车出现停止运行的后果。农作物大批量收获的季节，在工作时及早切断喂料动力也是一个比较主要的故障因素，这主要是技术人员的操作不当导致的。因此，应该加强对滚筒的检测，实现故障的预警工作，改变传统的工作管理模式，提高故障检测技术在农业机器行业中的稳定进步。

1.3 滚筒性能

脱落装置中的滚筒也是比较重要的部分，性能的高低会直接影响整体的工作质量，所以对于脱落滚筒的检测工作同样是一个比较重要的任务。综合分析影响滚筒运转效率的因素可以分为以下3点：滚筒的转速高低，脱粒之间的间距大小，以及单位时间内的颗粒物投入量。这些属于主要的影响因素，客观的因素还包括农作物的生长情况，谷物的数量比以及农作物内部的含水量多少等[2]。

2 堵塞情况判断方法

堵塞故障预警报警技术最为核心的部分就是针对故障的诊断，比较常用的方式包括故障特征参数选取、信息融合、决策制定以及标准数据库的建立。下面将详细讨论关于堵塞故障的判断方法。

2.1 预警监测

上文已经明确在联合收割机中设备出现脱粒和传输途中堵塞是引起机器故障的主要原因，国外一些国家已经采用传感器的方式对于故障部位进行检测并且及时报警。但是联合收割机需要不断的使用，只能进行报警工作还是不够的，需要在进行收割作业的过程中能够及时检测到故障的主要位置。农忙季节，严重的堵塞事故不仅会影响收割工作的正常进行，更会造成农民的经济损失。所以，当前市场迫切需要研发具有预警、报警双重功能的监测系统。

2.2 故障分析

从目前的使用情况来看，无论是国内的技术还是国外的设备都是简单局限于基本的报警部分，缺乏对故障部分系统的检测和分析方面的理论研究。国内目前引用堵塞报警的主要方法就是通过提高机器设备的转速去判断失误情况，主要的原理为一旦转速超过了原本的规定范围，将会及时发出警报，这种方法比较简单，但不是非常准确。

3 检测系统的设计方案

联合收割机在工作中所表现出来的工作方式是一种不确定性，非线性并且具有明显滞后性的复杂系统。各个部分零件的工作性能和使用状态处于一个时刻变化的状态中，很难根据脱落装置的现有工作状态去制定一个比较精确的数学模型，因此当前还不能够在机器工作中根据传统的机理分析和数学计算方式获得比较精确的计算模型。堵塞故障检测系统的建设目的在于保证联合收割机能够发挥出最佳的工作状态，当前比较完善的检测系统主要包括3个不同部分的传感器，以及信息融合装置实现预警和报警的目的。

3.1 传感器监测

主要的实现原理是系统内部具有3个霍尔开关，动力输出轴，脱粒滚筒动力轴以及动力传输轴。每个传感器在工作时都会被手机脉冲的信号方波，每1个瞬间的脉冲周期会被设置成为1个独立的单元，系统将搜集而来的信息进行排列，从序列中抽取一阶拆分进行相对的速度对比分析，通过采集而来的特征值向量进行融合比对，最终给出一个确定的判断机理，对于收割机的运行状态进行时刻监控，实现堵塞预警，报警的检测工作。如果收割机在收割中出现了不确定性的状态，内部的系统能够利用CAN总线将机器的工作状态在第一时间内传到后台，后台的智能系统将会做出相应的技术处理，提高内部主机的稳定性和可维修性。在5G技术普及后，万物皆可互联，内部检修装置的工作效率将会大大提高[3]。

3.2 预警系统

在单机的检测系统中，为了能够实现对于机器设备的实时检测目标，系统的内部版面第1行显示系统的检测情况，其余部分显示系统的运行参数，最后的部分显示系统的分级状态，分别为正常、异常预警，事故报警等部分。系统根据这个部分的参数进行反映，出现预警或者报警状态时，检测系统上方将会出现红灯和黄灯的情况。同时，为了能够及时找到故障的来源，内部的系统还会利用CAN局域网将控制器把系统的状态送到主机中。

3.3 设置独立复位键

检测装置的外部主要设置了电源的开关和系统复位键位，其中开关键位为系统运行的主要控制部分，能够给系统提供运转的电源，并且启动监控的部分程序。部分零件在安装或者调试的过程中如果遇到了一些没有预想到的故障，除了之前考虑到的自我保护功能外，系统的硬件还需要另外设置一个复位的功能，因此在检测系统的外部还应该设置1个独立的复位键，防止突发事故的产生。

4 故障检测系统的硬件选取原则

检测系统借助计算机进行运作，因此主要的硬件部分需要包括计算机主板、人机交互界面、电源电路以及测量使用的通道系统。其中，主板部分需要具有很多的数据存储部分组成单片机系统，人机交互界面引用目前比较普及和流行的液晶显示器以及LCD接口装置。硬件系统在设计的时候需要做好以下几个方面的工作：该系统是一个比较经典的应用系统，因此在选择线路的时候尽可能选择比较典型耐用的电路，能够符合一般的安装方法；系统在拓展的过程中需要能够和外设的机械设备进行充分匹配，满足外部应用系统的要求，并且在内部的存储空间应该留有一部分的位置，方便后期的开发和调整。

4.1 与软件匹配

硬件系统的安装和调整需要集合内部的软件方案特点进行考虑，软件在充分发挥自身的功能性特点时还应该考虑到现实中的实用性特点，如所占CPU的大小以及运转速度的快慢。系统中的所有机器内部零件应该和自身的性能做到基本匹配。

4.2 人机界面监测系统

系统人机界面是检测系统不可缺少的重要部分，这个部分重要的工作在于参与系统检测设备中参数的设定和修改工作，并且将参数的变化通过实时数据的形式表现出来。通常选取的液晶显示器具有如下几个特点：与传统的显示器相比，具有更低的能耗，在一般工作情况下的电压只有5V左右，工作电流也非常小，可以应用在型号大小不同的设备中，在有效的容积内部实现大量的数据搜集；能非常方便地应用于大规模生产中；最为主要的特点是属于被动现实设备，本身不具有发光的能力，需要外部的光线进行刺激；液晶显示器能够在同等信号下显示更多的内容，这种技术的主要原理在于能够将像素调节得很小，在一般大小的显示面积中能够储存更多的高清图像[4]。