文摘

联合收割机的工作效率仍然很低。这是一个重要的方法来实现机械化优化收割机的切割速度和刀具的前进速度不增加经济投入。针对这一点,本研究简要总结了目前联合收割机结构系统。一种新型的自适应控制系统的联合收割机的设计角度铣刀的切削速度和前进速度。甘蔗测试基地作为测试领域,和最好的匹配速度与效率高的目标是获得最低甘蔗联合收割机和损伤率。在测试联合收割机切割速度和前进速度、最佳切削速度不同前进速度条件下被记录。测试结果表明,所设计的自适应控制系统的联合收割机能控制刀具的切削速度和前进速度。切削速度和前进速度自适应控制系统可以实现对输入参数和收割机的满足设计要求。本研究可以提高联合收割机的经济利益和收获作物的质量。

1。介绍

自2020年以来,中国的作物种植和收割机械化率已经达到71%,其中综合机械化的小麦,大米,和玉米收获已稳定在95%,85%,90%1,2]。作为一种最常用的作物种植和收割机械、谷物联合收割机复杂机械结构的特点,复杂的工作流,等等(3,4]。切割器是联合收割机的主要成分。它开始整个采集过程通过减少作物。切割器的切割频率有重要影响的质量和功耗切削过程,及其相关性能是车辆的前进速度(5,6]。然而,联合收割机的工作效率仍然很低。这是一个重要的方法来实现机械化优化收割机的切割速度和刀具的前进速度不增加经济投入7,8]。因此,研究收割机械的切割速度和切割机器的前进速度具有重要意义实现的综合机械化收割。

目前,取得了巨大成就的研究在国内外联合收割机,尤其是在切削速度和刀具的前进速度。如果刀杆的切削速度是高于最优切削速度,它会增加重复切削的刀杆的可能性,从而增加能源消耗和机器振动。然而,如果切削速度低于最优切削速度,它会导致错过切割和增加收成损失(9- - - - - -11]。例如,阴et al。12)建立最优切割频率模型基于切割模式,并建立切割能量和切割频率之间的关系模型。最后,机械切割频率和小麦收割机前进速度的确定。Shamilah et al。13)研究领域的影响联合收割机在稻田的速度在马来西亚获得适当的字段操作速度。刘(14陆]和[15]探索前进速度的自适应控制系统的爬虫相结合,提出一套自适应控制系统模型和理论。陈等人。16]研究了联合收割机的前进速度自适应控制系统。以减少纵向流为研究对象,结合模糊控制规则集成多个变量设计和自适应控制参考模型成立。为了缓解收割机的情况不能满足第一个收获季节的收获效率要求,研究分析了各种影响因素收割机调度,并成立了一个联合收割机调度数学模式(17,18]。联合收割机执行切割操作时,各子系统工作需要互相配合以合理的速度比适应复杂工作环境的变化的领域(19- - - - - -21]。如果工作子系统不正确匹配,作物损失率和杂质率会增加,甚至运输和物流渠道的作物将被阻塞,这将影响联合收割机的效率和农民的经济利益。目前切削速度的自适应控制系统和联合收割机前进速度有一定的研究基础。不幸的是,这个系统只是一个机械的速度跟踪和反馈控制系统,不能实现自适应,响应频率低(22,23]。

因此,结合系统的现状的基础上,本文深入研究了自适应控制系统的切割速度和前进速度。在这个实验中,甘蔗测试基地作为测试领域,和最好的匹配速度与效率高的目标是获得最低甘蔗联合收割机和损伤率。在测试联合收割机切割速度和前进速度、最佳切削速度不同前进速度条件下被记录。本文的目的是解决困境,传统的联合收割机无法实现的最大收获利益,并提供相关学者的理论设计和选择收获机控制系统在未来,这个研究是具有重要意义的实现农业综合机械化收割。

2。联合收割机的系统结构

农民使用的联合收割机在这个阶段通常包括以下四个系统、远程监控系统、操作系统、输送系统和行走系统。具体的联合收割机系统结构如图1。

本文根据作物种植密度的相关参数,切削宽度和切削阻力,切割装置的双速度闭环控制的联合收割机和行走系统采用,可保持的速度步行系统在一个小范围的变化。有效地保证操作质量和效率。如果刀杆的切削速度将高于最佳切削速度,它会增加重复切削的刀杆的可能性,从而增加能源消耗和机器振动。然而,如果收成率低于最优收获率,它会导致错过切割和增加收获损失。通过传感器数据传输,比较作物损害率和机械工作效率,调整切割速度和速度不断向前发展的结合,并最终实现最佳匹配速度与效率高,最低的目标作物损害率的结合。

2.1。远程控制系统

远程控制系统,顾名思义,是一个系统能够远程控制联合收割机。系统收集相关数据通过建立相应的传感器在联合收割机的操作的操作系统、传动系统和行走系统,传输数据到远程控制系统的实时数据处理中心。远程控制系统收集大量的数据,包括刀具切削速度等参数,驾驶速度,质量和作物。当系统数据处理中心接收数据反馈,它将显示接收到的数据后处理的监控和及时反馈相关的后处理系统提示系统及时调整。此时,远程控制实现了一个完整的闭环,完成联合收割机的远程智能控制。

2.2。操作系统

操作系统应用过程是实际的作物联合收割机的切削过程,即外部演示具体操作的所有系统。操作系统包括所有硬件的组成和软件用于减少活动,如粮仓、清洁、鼓,减少表,脱粒滚筒设备,清洗设备,等。其中,切割表用于接收作物减少切刀,使作物可以分为传送带和进入谷仓随着传送带。脱粒滚筒装置是用来打玉米等农作物上的传送带和分离玉米穗轴玉米粒(打)。的脱粒滚筒脱粒滚筒装置有一个nail-tooth轴流结构,它可以不断冲击和揉作物实现完整的农作物脱粒粒子的目的。清洗设备是一个筛选工具,可以使用一个筛自动不同作物和杂物。

2.3。传输系统

传输系统配备了传动装置,主要旋转输送带通过内燃机产生的能量的变速箱。其中,连续可变传动传动系统的速度控制装置,主要传递发动机的能量通过控制旅游的联动、离合器和发动机的输出轴。之后,使用无级变速传动系统中间轴分发引擎的能量。的能量分布如下:部分能量分布鼓和中间轴,然后转鼓和中间轴的粮食输送螺旋和风扇;另一部分能量分布的头,然后从标题的标题转移到头驱动轴,搅拌轮等。

2.4。步行系统

步行系统主要由步进电机霍尔传感器,连续变量传播,内燃机,行走轮和步进电机。霍尔传感器主要用于监控实时收割机的行驶速度。当霍尔传感器接收到的反馈speed-related收割机的参数,它负责传输信息的远程监控系统信息处理。远程监控系统处理信息后,将处理结果反馈到步行系统提示系统及时调整行驶速度行走。行走之间的信息形成了一个闭环系统,远程监控系统。内燃机是负责提供能量。在联合收割机行走的过程中,将面临不同的电阻,电阻等造成的斜率地面,地面的摩擦,阻力在加速或减速,摩擦阻力收割机的系统。因此,联合收割机需求所需的能量内燃机在旅行过程中克服它可能面临许多障碍。连续变量传输负责调速,及其运行机制的传输系统相似。使用步进电机的控制杆与调整行驶速度无级变速传动系统的联合收割机。

3所示。自适应控制系统的设计对切割速度和前进速度

速度控制系统的自适应控制系统的切割速度和前进速度联合收割机主要包括切削速度的调控和向前走的速度。为了确保联合收割机有足够的响应速度,本文采用双闭环的方法加载和车辆速度,共同控制操作和行走系统。如图所示的细节2。

在图2,是联合收割机切割器的速度设备,是总反馈和输入所需的最佳速度,然后呢是负载控制器。自适应控制系统的联合收割机最初需要最佳的行驶速度作为输出值,输出的负载控制器。同时,自适应控制系统的联合收割机进口最优行车速度和实际驾驶速度车辆速度控制器在一起。在这一点上,刀具的切削速度的控制信息和收割机的前进速度开始循环系统中。控制命令开始作为输出结果从负载控制器,并传播到车辆速度控制器 ,然后从车辆速度控制器步行系统 。最后,行走系统传递相关信息的农作物和行驶速度的操作系统 。提要控制设备的刀具的切削速度传播刀作为输入值获得的总反馈值刀切割设备。

3.1。切割速度控制

刀具切削速度的动态模型是:

的公式,是角速度切割器的切割设备,rad / s;加速度是刀的切割设备,m²/ s;切削力, ; 减少滑, ; 是切削角;曲柄速度,rad / s;步行速度,m / s;进给速度,公斤/ s;是刀的惯性参数;刀的阻尼系数;质量是收割机,公斤。

的公式,是单位时间内进给量,公斤/ s;切削宽度,公斤/米²;和联合收割机的行走速度,m / s。

3.2。前进速度控制

控制前进速度的主要目的是减少外部因素对速度的影响,以便控制实际的前进速度与初始速度一致。在前进的过程中,结合切割机的速度不仅会受到地面的坡度变化的影响,还受到许多因素的影响,如油量的变化,CVT液压波动的装卸过程造成的庄稼,和液压油的粘度变化的过程中减少作物。为了确保结合切割机的前进速度不受影响,前进速度可以得到最快的响应,本文选择PID控制器以更少的计算控制前进速度。PID控制器具有较强的自学能力,容易调整,结构简单,适用于控制和调整前进的速度。PID控制器的具体操作路径如下:

首先,当调整车辆速度、输入

的公式,是 - - - - - -时间偏差设置步行速度和测量之间的行走速度,相当于积分增量PID的一部分;偏差变化率,相当于增量PID的比例关系;和 增量式PID的微分环节。

的公式,是一组联合收割机的行走速度,m / s;是联合收割机的行走速度测量,m / s。

的公式,的代数步行速度时刻;行走装置控制器的比例系数;输入数据重量;是步行速度,m / s。

其次,使用赫适当调整输出值。

的公式, 是输入数据的重量”赫规则的时候+ 1;是输入数据的重量”赫规则的时候 ; 赫统治的遗忘因子,”赫统治的是学习效率的因素,是老师的信号”赫规则,赫统治的神经元的输入信号,赫统治的控制信号。

的是遗忘的因素。代表学习效率。

最后,PID控制器可以计算结果作为评价标准,即

的公式,是步行速度的偏差的平方和。

当测试操作的自动控制速度控制系统,首先增加节流的最大工作部件的结合工作的最大速度。后设置每个监测的数据点作为额定参数,使结合切换到自动控制状态。如果观察到操作手柄向前摆动,结合将加速收获和进步。当它向前加速到最大速度,光电传感器在低端工作结合处于维护状态。通过减少节流阀,每个工作部分的转速降低,以及工作状态的结合喂养数量突然增加模拟。观察,操作手柄向后摆动。此时,将减缓。当速度降低为零,上端的光电传感器停止步进电机工作,结合处于维护状态。调整节流阀反复模拟联合收割机的自动操作。控制系统调整方向和步进电机的旋转角度,使收获机有一个合适的前进速度。 After many times of debugging, the operation speed control system of the combine harvester can meet the needs of the forward speed adjustment for the change of the field feeding amount, and the system can carry out the fault alarm work. The whole control system can meet the requirements of the field test.

4所示。现场试验验证和结果分析

4.1。测试参数

根据上面的描述,是建立一个系统模型。测试参数设置根据实际参数的液压元件作物联合收割机(表1)。设置通信间隔0.001年代和80年代的仿真时间。

4.2。测试设备和材料

建立联合收获按照上述参数,和准备设备和材料。具体内容见表做准备2。甘蔗种植实验基地被选为实验现场。

4.3。组合匹配测试和结果分析,刀具速度和前进速度

前进速度的联合收割机在工作过程变化根据地形的变化,天气、作物生长和种类,跟踪和匹配的切割速度前进速度显著影响切割质量的收割作物。因此,这个实验的最终目标是要找到一个合理的匹配关系前进速度和切割速度,将进行现场试验。只有找到一个合理的匹配关系前进速度和刀具的切削速度作物破损率可以有效减少,可以保证收获机收获效率,降低作物的质量可以得到改善。

在这个实验中,甘蔗测试基地是用作测试网站,和甘蔗破损率计算指标。在单因素试验的联合收割机的前进速度,最好的刀速度不同前进速度条件下被记录。同时,当甘蔗结合的前进速度是1 km / h, 2 km / h,和3 km / h,刀速度设置为540 R / min, 570 R / min, 620 R / min,和660 R / min,分别和甘蔗不同刀具的破损率速度下的统一的前进速度计算。当破损率值的最小值,它是最佳的匹配速度。为了减少实验误差,实验重复两次。

试验结果表明,当前进速度是1 km / h, 2 km / h,作物收获的破损率显示了波动态趋势刀速度的增加,和特定性能先增加然后减少。也许当切割机速度低,甘蔗根很容易减少很多次,导致破损率的增加。它也可能是,当刀的速度增加,前进速度不匹配,导致重复切割甘蔗。前进速度是3公里/小时时,作物收获的损伤率的增加会降低刀具的速度。前进速度的最佳匹配组合和切割速度表所示3。

条件下最佳匹配组合,三组的平均破碎率的甘蔗联合收割机是6.63%,符合要求的自适应控制系统。

4.4。自适应控制系统的测试和结果分析切削速度和前进速度

基于上述最优匹配相结合的前进速度和切割速度,切削速度的自适应控制系统和前进速度测试。

刀速度的试验结果表明,本文所设计的自适应控制系统可跟随前进速度的变化根据最佳匹配值。在正常收获,切割速度测试中使用的联合收割机将10 - 20 r / min低于预先控制速度。它的结论是一致的阴et al。12)现场切割频率通常是低于标准的设置。这可能是因为联合收割机正在与负载测试期间。联合切削负载工作的机会导致系统压力增加。联合收割机是在高压时,比例阀的两端之间的压差将增加,这将导致增加的流动和转移通过比例阀的两端。因此,刀具速度低于在任何负载。据计算,最大误差在这个测试使用的铣刀速度是3.51%。这表明本文设计的自适应控制系统能够满足要求的协调联动控制联合收割机的切割速度和前进速度。结论是符合陆提出的自适应控制参考模型(15优化收割机的前进速度,提高了工作效率。当前进速度改变,7 - 12 MPa是最合适的刀具的压力,5 - 8 MPa是最适当的减少压力。当刀压力和切割压力将上述值,结合切割机将在最佳工作压力范围内。根据现场试验的结果表4,甘蔗的破碎率是5.50%到7.50%之间,平均率是6.54%,这基本上是符合打破平均6.63%的速度的最佳组合下刀速度和前进速度。这表明,切削速度和前进速度自适应控制系统可以实现对输入参数和收割机的满足设计要求。

5。结论

在这个实验中,甘蔗测试基地作为测试领域,和最好的匹配速度与效率高的目标是获得最低甘蔗联合收割机和损伤率。(1)切削速度和前进速度的自适应控制系统结合刀具设计本文采用负载自适应控制和速度比点控制算法提高切割速度和前进速度控制系统传统的切割设备结合起来(2)通过维持恒定的输出速度的引擎并输入相应的参数手动控制操作设备,系统可以匹配的无级调速装置,确保刀具的切削速度之间的最优匹配和前进速度(3)切削速度和前进速度自适应控制系统可以实现对输入参数和收割机的满足设计要求

本研究可以提高联合收割机的经济利益和收获作物的质量。

数据可用性

所有的数据、模型和代码生成或使用在研究出现在提交文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金共同支持(51975257;51905221),研究监控系统清洗设备工作状态的联合收割机(NSF2022ZR14)。