聯(lián)合收割機(jī)堵塞故障監(jiān)測系統(tǒng)研究

朱良豪

(安徽省五河縣農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)學(xué)校，安徽 五河 233300)

引言

我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，隨著人口數(shù)量的不斷增多，耕地面積的逐漸減少，當(dāng)前的很多農(nóng)業(yè)耕地都在擴(kuò)大聯(lián)合收割機(jī)的使用數(shù)量，這些設(shè)備在使用的過程中常常會因?yàn)楦哓?fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)工作產(chǎn)生不可避免的事故，筆者將在下文進(jìn)行比較詳細(xì)的論述。

1 聯(lián)合收割機(jī)堵塞情況分析

聯(lián)合收割機(jī)在進(jìn)行農(nóng)業(yè)收割的過程中對于質(zhì)量的主要檢測標(biāo)準(zhǔn)就是脫粒的效率，在進(jìn)行脫粒的過程中經(jīng)常會發(fā)生堵塞故障。脫粒的主要工作內(nèi)容就是將收割谷物的谷粒從谷穗上面脫落下來，這個(gè)部分的機(jī)器設(shè)備是聯(lián)合收割機(jī)的核心部分，直接決定一場收割活動的質(zhì)量和效率。

1.1 收割需求提升

一般情況下，聯(lián)合收割機(jī)在滿足正常使用的情況下還應(yīng)該能夠盡可能地降低收割的能耗，在保證谷物質(zhì)量的同時(shí)保證莖干的完整程度。當(dāng)前隨著糧食需求的不斷增加，更多的農(nóng)戶更加趨向于投入量大、收割面積廣的聯(lián)合收割機(jī)型號，因此對于收割機(jī)的正常使用效率也提出了更高的要求[1]。

1.2 操作問題

根據(jù)大量聯(lián)合收割機(jī)在田間的收割情況來看，大部分收割機(jī)發(fā)生堵塞的部位是位于滾筒和輸糧的部分，因?yàn)槭芄任镒陨頋穸龋崭顧C(jī)自身型號，推進(jìn)速度，工作效率等多個(gè)方面的綜合影響，收割機(jī)在進(jìn)行收割的過程中每時(shí)每刻的喂入量也是不同的。如果技術(shù)人員沒有控制好這個(gè)量的話，將農(nóng)作物的喂入量調(diào)控超過了系統(tǒng)的工作負(fù)荷強(qiáng)度，脫粒的滾筒皮帶會發(fā)生打滑的情況，從而使工作效率大大下降，嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致機(jī)車出現(xiàn)停止運(yùn)行的后果。農(nóng)作物大批量收獲的季節(jié)，在工作時(shí)及早切斷喂料動力也是一個(gè)比較主要的故障因素，這主要是技術(shù)人員的操作不當(dāng)導(dǎo)致的。因此，應(yīng)該加強(qiáng)對滾筒的檢測，實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)警工作，改變傳統(tǒng)的工作管理模式，提高故障檢測技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)器行業(yè)中的穩(wěn)定進(jìn)步。

1.3 滾筒性能

脫落裝置中的滾筒也是比較重要的部分，性能的高低會直接影響整體的工作質(zhì)量，所以對于脫落滾筒的檢測工作同樣是一個(gè)比較重要的任務(wù)。綜合分析影響滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)效率的因素可以分為以下3點(diǎn)：滾筒的轉(zhuǎn)速高低，脫粒之間的間距大小，以及單位時(shí)間內(nèi)的顆粒物投入量。這些屬于主要的影響因素，客觀的因素還包括農(nóng)作物的生長情況，谷物的數(shù)量比以及農(nóng)作物內(nèi)部的含水量多少等[2]。

2 堵塞情況判斷方法

堵塞故障預(yù)警報(bào)警技術(shù)最為核心的部分就是針對故障的診斷，比較常用的方式包括故障特征參數(shù)選取、信息融合、決策制定以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的建立。下面將詳細(xì)討論關(guān)于堵塞故障的判斷方法。

2.1 預(yù)警監(jiān)測

上文已經(jīng)明確在聯(lián)合收割機(jī)中設(shè)備出現(xiàn)脫粒和傳輸途中堵塞是引起機(jī)器故障的主要原因，國外一些國家已經(jīng)采用傳感器的方式對于故障部位進(jìn)行檢測并且及時(shí)報(bào)警。但是聯(lián)合收割機(jī)需要不斷的使用，只能進(jìn)行報(bào)警工作還是不夠的，需要在進(jìn)行收割作業(yè)的過程中能夠及時(shí)檢測到故障的主要位置。農(nóng)忙季節(jié)，嚴(yán)重的堵塞事故不僅會影響收割工作的正常進(jìn)行，更會造成農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)損失。所以，當(dāng)前市場迫切需要研發(fā)具有預(yù)警、報(bào)警雙重功能的監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2 故障分析

從目前的使用情況來看，無論是國內(nèi)的技術(shù)還是國外的設(shè)備都是簡單局限于基本的報(bào)警部分，缺乏對故障部分系統(tǒng)的檢測和分析方面的理論研究。國內(nèi)目前引用堵塞報(bào)警的主要方法就是通過提高機(jī)器設(shè)備的轉(zhuǎn)速去判斷失誤情況，主要的原理為一旦轉(zhuǎn)速超過了原本的規(guī)定范圍，將會及時(shí)發(fā)出警報(bào)，這種方法比較簡單，但不是非常準(zhǔn)確。

3 檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

聯(lián)合收割機(jī)在工作中所表現(xiàn)出來的工作方式是一種不確定性，非線性并且具有明顯滯后性的復(fù)雜系統(tǒng)。各個(gè)部分零件的工作性能和使用狀態(tài)處于一個(gè)時(shí)刻變化的狀態(tài)中，很難根據(jù)脫落裝置的現(xiàn)有工作狀態(tài)去制定一個(gè)比較精確的數(shù)學(xué)模型，因此當(dāng)前還不能夠在機(jī)器工作中根據(jù)傳統(tǒng)的機(jī)理分析和數(shù)學(xué)計(jì)算方式獲得比較精確的計(jì)算模型。堵塞故障檢測系統(tǒng)的建設(shè)目的在于保證聯(lián)合收割機(jī)能夠發(fā)揮出最佳的工作狀態(tài)，當(dāng)前比較完善的檢測系統(tǒng)主要包括3個(gè)不同部分的傳感器，以及信息融合裝置實(shí)現(xiàn)預(yù)警和報(bào)警的目的。

3.1 傳感器監(jiān)測

主要的實(shí)現(xiàn)原理是系統(tǒng)內(nèi)部具有3個(gè)霍爾開關(guān)，動力輸出軸，脫粒滾筒動力軸以及動力傳輸軸。每個(gè)傳感器在工作時(shí)都會被手機(jī)脈沖的信號方波，每1個(gè)瞬間的脈沖周期會被設(shè)置成為1個(gè)獨(dú)立的單元，系統(tǒng)將搜集而來的信息進(jìn)行排列，從序列中抽取一階拆分進(jìn)行相對的速度對比分析，通過采集而來的特征值向量進(jìn)行融合比對，最終給出一個(gè)確定的判斷機(jī)理，對于收割機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行時(shí)刻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)堵塞預(yù)警，報(bào)警的檢測工作。如果收割機(jī)在收割中出現(xiàn)了不確定性的狀態(tài)，內(nèi)部的系統(tǒng)能夠利用CAN總線將機(jī)器的工作狀態(tài)在第一時(shí)間內(nèi)傳到后臺，后臺的智能系統(tǒng)將會做出相應(yīng)的技術(shù)處理，提高內(nèi)部主機(jī)的穩(wěn)定性和可維修性。在5G技術(shù)普及后，萬物皆可互聯(lián)，內(nèi)部檢修裝置的工作效率將會大大提高[3]。

3.2 預(yù)警系統(tǒng)

在單機(jī)的檢測系統(tǒng)中，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對于機(jī)器設(shè)備的實(shí)時(shí)檢測目標(biāo)，系統(tǒng)的內(nèi)部版面第1行顯示系統(tǒng)的檢測情況，其余部分顯示系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，最后的部分顯示系統(tǒng)的分級狀態(tài)，分別為正常、異常預(yù)警，事故報(bào)警等部分。系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行反映，出現(xiàn)預(yù)警或者報(bào)警狀態(tài)時(shí)，檢測系統(tǒng)上方將會出現(xiàn)紅燈和黃燈的情況。同時(shí)，為了能夠及時(shí)找到故障的來源，內(nèi)部的系統(tǒng)還會利用CAN局域網(wǎng)將控制器把系統(tǒng)的狀態(tài)送到主機(jī)中。

3.3 設(shè)置獨(dú)立復(fù)位鍵

檢測裝置的外部主要設(shè)置了電源的開關(guān)和系統(tǒng)復(fù)位鍵位，其中開關(guān)鍵位為系統(tǒng)運(yùn)行的主要控制部分，能夠給系統(tǒng)提供運(yùn)轉(zhuǎn)的電源，并且啟動監(jiān)控的部分程序。部分零件在安裝或者調(diào)試的過程中如果遇到了一些沒有預(yù)想到的故障，除了之前考慮到的自我保護(hù)功能外，系統(tǒng)的硬件還需要另外設(shè)置一個(gè)復(fù)位的功能，因此在檢測系統(tǒng)的外部還應(yīng)該設(shè)置1個(gè)獨(dú)立的復(fù)位鍵，防止突發(fā)事故的產(chǎn)生。

4 故障檢測系統(tǒng)的硬件選取原則

檢測系統(tǒng)借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)作，因此主要的硬件部分需要包括計(jì)算機(jī)主板、人機(jī)交互界面、電源電路以及測量使用的通道系統(tǒng)。其中，主板部分需要具有很多的數(shù)據(jù)存儲部分組成單片機(jī)系統(tǒng)，人機(jī)交互界面引用目前比較普及和流行的液晶顯示器以及LCD接口裝置。硬件系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要做好以下幾個(gè)方面的工作：該系統(tǒng)是一個(gè)比較經(jīng)典的應(yīng)用系統(tǒng)，因此在選擇線路的時(shí)候盡可能選擇比較典型耐用的電路，能夠符合一般的安裝方法；系統(tǒng)在拓展的過程中需要能夠和外設(shè)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行充分匹配，滿足外部應(yīng)用系統(tǒng)的要求，并且在內(nèi)部的存儲空間應(yīng)該留有一部分的位置，方便后期的開發(fā)和調(diào)整。

4.1 與軟件匹配

硬件系統(tǒng)的安裝和調(diào)整需要集合內(nèi)部的軟件方案特點(diǎn)進(jìn)行考慮，軟件在充分發(fā)揮自身的功能性特點(diǎn)時(shí)還應(yīng)該考慮到現(xiàn)實(shí)中的實(shí)用性特點(diǎn)，如所占CPU的大小以及運(yùn)轉(zhuǎn)速度的快慢。系統(tǒng)中的所有機(jī)器內(nèi)部零件應(yīng)該和自身的性能做到基本匹配。

4.2 人機(jī)界面監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)人機(jī)界面是檢測系統(tǒng)不可缺少的重要部分，這個(gè)部分重要的工作在于參與系統(tǒng)檢測設(shè)備中參數(shù)的設(shè)定和修改工作，并且將參數(shù)的變化通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來。通常選取的液晶顯示器具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：與傳統(tǒng)的顯示器相比，具有更低的能耗，在一般工作情況下的電壓只有5V左右，工作電流也非常小，可以應(yīng)用在型號大小不同的設(shè)備中，在有效的容積內(nèi)部實(shí)現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)搜集；能非常方便地應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)中；最為主要的特點(diǎn)是屬于被動現(xiàn)實(shí)設(shè)備，本身不具有發(fā)光的能力，需要外部的光線進(jìn)行刺激；液晶顯示器能夠在同等信號下顯示更多的內(nèi)容，這種技術(shù)的主要原理在于能夠?qū)⑾袼卣{(diào)節(jié)得很小，在一般大小的顯示面積中能夠儲存更多的高清圖像[4]。

5 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前的聯(lián)合收割機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候可能會受到周圍很多因素的影響和干擾，這些因素會導(dǎo)致機(jī)器發(fā)生故障。為了防止這些情況發(fā)生，當(dāng)前應(yīng)該做好相應(yīng)的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，結(jié)合實(shí)際情況，采取綜合有效的方式。