聯合收割機撥禾輪轉速自動控制系統設計

周航捷

（山西省農業機械質量監督管理站，山西太原 030027）

1 電動機的選擇

撥禾輪功率是聯合收割機總功率的重要組成部分，其計算公式如下：

式（1）中，P為撥禾輪工作過程中邊緣切向阻力，B為撥禾輪設計寬度，Vb為撥禾輪運動角速度。

電動機是撥禾輪的動力提供裝置，在選擇撥禾輪的過程中，需要結合撥禾輪的機械特性等因素選擇電動機的相關參數和類型[1]。聯合收割機在實際工作過程中一般采用三相交流電，因此若對聯合收割機無特殊要求，則采用交流電動機。交流電動機具有穩定的結構、使用壽命較長、性價比高，實際設計中一般選用鼠籠式交流電動機[2]。聯合收割機工作環境較為復雜，經常需面對大量粉塵，因此電動機需要具備一定密封性，則在此基礎上選擇Y系列電動機。結合實際經驗確定撥禾輪功率為0.182～0.330 kW，因此選擇功率為0.550 kW的Y系列電動機。

2 撥禾輪自動控制系統設計

2.1 交流變頻電源 設定撥禾輪的輸出頻率為1～5 Hz，采用三相380 V的輸出電壓，并通過87C196KC16單片機作為控制系統。撥禾輪屬于聯合收割機的輔助構件，因此對其快速響應速度無特殊要求，設定其響應時間為0.5 s。在實際工作中，轉子會出現發熱情況導致其共組環境溫度升高，因此要求電源裝置可在50 ℃環境下保持其工作性能[3]。本系統中采用的是輸出頻率位于1～5 Hz的低頻率交流電源，并采用3脈沖零式電路結構，以此提高其性價比，且該電源的輸出包括2個半橋及6只晶閘管組成。

R輸出相包含2個半橋及6個晶閘管，2個板橋分別為正組（M1～M3）、反組（M4～M6）。在系統工作過程中，若輸出電壓為正半軸且正組為整流狀態，此時負組正好相反，作用是防止兩組整流橋出現短路情況；反之，輸出電壓為負半軸且負組為整流狀態，此時正組正好相反，作用是防止兩組整流橋出現短路情況。

2.2 觸發脈沖的控制方法 撥禾輪的交流變頻控制方法較多，針對聯合收割機的實際工作情況選擇余弦交截法，該種控制方法可通過既定參考電壓uR，結合電源傳出的信號余弦波ur二者交點進行晶閘管的導通電確定過程。

A-N、B-N、C-N分別為聯合收割機中的交流器相電壓波形，UT1、UT2、UT3分別表示余弦波，這些余弦波的相位可促進波形峰值與晶閘管觸發角α為0時的位置相對應。在此基礎上可通過比較器判斷其狀態，當uR-uR大于0，其輸出值為“1”，反之輸出為0。當輸出器脈沖在由“0”向“1”轉變過程中會瞬間產生脈沖。

2.3 單片機系統設計 本設計采用的是一種名為87C196KC的單片機，特點為系統總線十分靈活，可對其進行動態設置，一般可將其設置為8位或16位總線，在此基礎上有效降低編程難度。該單片機對外部系統要求極為簡單，其自身所攜帶的16KEPROM可有效降低系統工作過程的繁雜工作，促進編程工作更加靈活多變；87C196KC單片機在工作中速度極快，并可為系統計算機提供其工作所需功率，且該單片機采用EPA及PTS技術，有效提升系統工作能力。

本設計中的87CI96KC單片機預期目標主要是進行相應數據采集及模數轉換，并對系統誤差信號進行PI計算，在此基礎上對晶閘管觸發相位進行調整，以此實現對輸出電壓的有效控制。同時，可通過該單片機生成脈沖并將其進行有效分配，實現數字觸發器的所有功能。

3 結語

聯合收割機工作過程中，一般采用三相交流電，結合實際經驗確定撥禾輪功率為0.182～0.330 kW，因此選擇功率為0.550 kW的Y系列電動機。本設計中的撥禾輪輪速控制系統主要通過三相交流電作為電源提供基礎，結合87CI96KC單片機組成核心控制系統，并設置穩壓電路、同步電路、放大電路等組成部分，實現了對撥禾輪轉速的有效控制。

[1]韓彩銳.4SY-1.8型油菜割曬機液壓驅動系統設計與試驗研究[D].武漢：華中農業大學，2014.

[2]王剛.聯合收割機底盤與割臺模塊化接口及割臺的研究設計[D].合肥：安徽農業大學，2014.

[3]代其春.苜蓿壓扁收割機割臺的設計[D].烏魯木齊：新疆農業大學，2014.