一种宿根破头率控制方法及其设备与流程

本发明涉及甘蔗机械收获技术领域，尤其涉及一种宿根破头率的控制方法及其设备。

背景技术：

目前，甘蔗的收获多采用甘蔗收获机械，然而，采用该收获机械收获甘蔗时，由于受到多种外界的激励，收获机械的切割器刀盘将产生受迫振动，从而引起甘蔗宿根的破裂，即俗称“破头”，这将严重影响来年的发芽率。并且，当外界激励频率等于切割器的固有频率时，切割器刀盘的振幅将大幅加大，进而使得甘蔗宿根的破裂率也增大。据统计，目前我国机械收割的破头率约在15％-30％之间，这种过高的破头率不仅影响甘蔗收获机械的推广和使用，而且，降低了来年的发芽率，进而增加了生产成本，也浪费资源。

因此，目前亟需一种能够降低或者能够控制甘蔗宿根破头率的方法及其设备。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种宿根破头率的控制方法及其设备，其能够降低宿根破头率，从而提高来年发芽率，进而降低生产成本，节约资源，也利于设备的推广和使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种宿根破头率的控制方法，其包括步骤：

分别实时获取各个外部激励源的支配频率，以及预先设置在收获机械的切割器上各个吸振器当前的固有频率；其中，所述外部激励源与所述吸振器一一对应；

根据所实时获取的各个外部激励源的支配频率，分别实时调整与各个外部激励源相对应的吸振器当前的固有频率，使得所述吸振器的固有频率等于对应所述外部激励源的支配频率，从而使得所述切割器的振动保持最小的幅度。

相应地，本发明还提供了一种可控制宿根破头率的收获机械设备，其包括：

主体，用于收获甘蔗，所述主体上设置有切割器；设置在所述切割器上的多个吸振器；以及，外部激励源包括振动激励源和转动激励源，则该收获机械设备还包括：

设置在所述主体上的多个振动数据采集模块，用于实时采集各个振动激励源的振动信号；且每个振动激励源对应于一个振动数据采集模块；

设置在所述主体上的至少一个转动数据采集模块，用于实时采集各个转动激励源的转速，且每个转动激励源对应于一个转动数据采集模块；

与所述吸振器相连的多个特征参数采集模块，用于实时采集各个所述吸振器的特征参数；

与所述吸振器，所述特征参数采集模块，所述振动数据采集模块和所述转动数据采集模块相连的中央处理器，用于分别对所实时采集得到的转速和振动信号进行分析处理，并分别得到各个转动激励源的支配频率和各个振动激励源的支配频率；根据所实时采集得到的特征参数进行分析计算，分别得到各个吸振器当前的固有频率；以及根据得到的各个外部激励源的支配频率，实时调整对应吸振器当前的固有频率，使得所述吸振器的固有频率等于对应的外部激励源的支配频率，从而使得所述切割器的振动保持最小的幅度。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明通过采用多个可变刚度有阻尼动力吸振器来吸收被迫振动，同时对多个外部激励源的频率进行实时监测，并根据该外部激励源的频率实时调整各个吸振器的频率，使之与对应的外部最大激励频率相等，以降低切割器的刀盘振动幅度，从而有效的降低甘蔗宿根破头率，进而提高来年发芽率，进而降低生产成本，节约资源，也利于设备的推广和使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种宿根破头率控制方法的一实施例的流程图；

图2是本发明的一种可控制宿根破头率的收获机械设备的一实施例的功能模块示意图；

图3是反映图2中收获机设备中的吸振器安装在切割器的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

经过大量的实验研究和田间实验验证，发现甘蔗收获机械切割器刀盘的振动与甘蔗宿根切割质量(破头率)有密切的关系，两者之间近似于有如下的关系：y＝a+bx,其中y为破头率，x为切割器刀盘振幅。而切割器刀盘在工作时由于受到多种外界的激励而引起受迫振动，其振动包含了相应的外界激励频率。据研究，收获机械在工作时对切割器振动影响较大的激励源分别为发动机的激励、切割器刀盘不平衡的影响、地面的起伏等，其中，发动机的激励和地面起伏的激励可通过分别通过采集发送机底座的振动信号和前进轮的振动信号，从而分析处理得到对应激励源的支配频率，而刀盘不平衡的激励则可通过采集刀盘(转)轴的转速，从而分析处理得到刀盘不平衡激励的支配频率，进而再根据各个外部激励源的支配频率来调整吸振器的固有频率，以达到降低刀盘的振幅，因此，可将主要的外部激励源划分为振动激励源和转动激励源，如发动机的激励和地面起伏的激励划分为振动激励源，而切割器刀盘不平衡激励则划分为转动激励源。外界激励的频率差异较大，但在发动机转速、刀盘转速、收获机前进速度等工况相对稳定的状态下每种激励的频带分布范围较窄且其支配频率较为稳定。因此，本发明采用对多种外界激励的频率进行实时监测，当收获机改变工况时，调整不同吸振器的频率使之与对应的外界最大激励频率相等，同时由于吸振器有阻尼，其覆盖频带较宽，故可有效的降低刀盘振动，从而有效的降低甘蔗宿根破头率。下面将结合具体实施例对本申请的该宿根破头率控制的方法及其装置进行详细的说明。

参见图1，为本发明的一种宿根破头率控制方法的一实施例的流程图。具体地，本实施例的该方法具体包括步骤：

S11，分别实时获取各个外部激励源的支配频率，以及预先设置在收获机械的切割器上各个吸振器当前的固有频率，执行步骤S13。具体实施时，参见图3，需要预先在收获机械的切割器的刀盘减速箱上安装多个吸收振动的吸振器。

由于外部激励源可分为振动激励源和转动激励源，因此，在获取外部激励源的支配频率时，可分别针对两种激励源，采用不同方式分别获取其支配频率。

具体实施时，需要预先在收获机械上安装相应的数据采集设备来采集相应的数据(例如，针对振动激励源，在发送机底座和前进轮上分别安装振动加速度传感器来实时采集振动激励源的振动信号；针对转动激励源，在刀盘轴上安装转速传感器来实时采集转动激励源的转速)，且每个数据采集装置对应于一个外部激励源，从而再根据各个数据采集设备所采集的数据进行分析得到对应的支配频率，具体过程如下：

1)对于振动激励源：分别实时采集各个振动激励源的振动信号，并分别对所实时采集的各个振动激励源各自的振动信号，进行分析处理，分别得到各个振动激励源的支配频率。具体地，本实施例中，对振动信号进行分析处理得到振动激励源的支配频率的具体步骤为：首先，对各个振动激励源的振动信号在时域上进行频谱分析，得到各个振动激励源的频带分布，再根据各个振动激励源的频带分布分别得到各个振动激励源对应的最大频率，也即各个振动激励源的支配频率。

2)对于转动激励源：分别实时采集各个转动激励源的转速，并分别对所

实时采集的各个转动激励源各自的转速，进行分析处理，得到各个转动激励源的支配频率。具体地，本实施例中根据实时采集的转速数据分析处理得到转动激励源的支配频率具体为：根据实时采集的转速换算出其转动频率，从而获得刀盘不平衡这种转动激励原的支配频率。同理，对应于每个吸振器安装设置一个用于采集其特征参数的数据采集装置，即通过实时采集其特征参数，以根据其特征参数得到其当前的固有频率，具体过程如下：

实时采集各个吸振器的特征参数，并分别对所实时采集的各个吸振器的特征参数进行分析处理，从而得到各个吸振器的当前固有频率。

由于吸振器的固有频率与其自身的特征参数之间呈线性关系，因此，本实施例中可通过获取各个吸振器的特征参数来分析计算得到其固有频率。具体地，该特征参数可包括：电压(比如带电磁弹簧的吸振器)、气压(比如带空气弹簧的吸振器)、位移(比如机械式可调刚度吸振器)等。在一具体实施例中，该吸振器采用可调刚度吸振器，具体可安装在切割器的刀盘上，则相应地，需要实时采集的特征参数，即位移，从而对所实时采集的位移数据进行分析计算得到其当前的固有频率。具体地可单独采用位移传感器来采集位移数据，当然也可采用其他数据采集设备来实现，或者直接将该特征参数采集模块直接与主机或者中央处理器集成在一起。

S13，根据上述步骤S11中得到的各个外部激励源的支配频率，分别实时调整与各个外部激励源相对应的各个吸振器当前的固有频率，使得各个吸振器的固有频率分别等于各自对应的外部激励源的支配频率。

具体地，本实施例中，当得到各个外部激励源的支配频率后，将其与对应吸振器的当前固有频率相比较，若两者不同，则根据该外部激励源当前的支配频率调整该吸振器的刚度值，如增加或者减少刚度值，从而使得该吸振器的固有频率等于对应外部激励源的支配频率，而由于吸振器有阻尼，其覆盖频带较宽，能够吸收外部激励源强加给刀盘的振动，故可有效的降低刀盘振动，从而可达到有效降低宿根破头率的目的。

本实施例的该宿根破头率控制方法利用各个外部激励源的频带分布较窄且较为稳定的特点，即通过分析得到各个外部激励源的频带分布，从而得到其对应的支配频率，并以此作为支配频率(或控制频率)以进行调节吸振器的固有频率，使之与对应的外部最大激励频率相等，并以多个可变刚度有阻尼动力吸振器来吸收被施加给刀盘的被迫振动，从而降低切割器的刀盘振动幅度，进而有效的降低甘蔗宿根破头率。

对应于上述实施例，本发明还提供了一种对应于上述实施例的设备，下面结合具体实施例和附图对其进行详细的说明。

参见图2，为本发明的一种可控制宿根破头率的收获机械设备的一实施例的功能模块图。基于上述相同的原因可知，外部激励源包括振动激励源和转动激励源，则具体地，本实施例中，该收获机械设备包括：

主体1，用于收获甘蔗；该主体1上设置有切割器；

设置在该切割器7上的多个吸振器3；在一具体实施例中，该吸振器具体可采用刚度值可调的阻尼动力吸振器；参见图3，该切割器7包括切割刀盘71和刀盘减速箱72，而该吸振器3则安装在该切割器7的刀盘减速箱上72上；

设置在上述主体1上的多个振动数据采集模块2，用于实时采集各个外部激励源中振动激励源的振动信号；本实施例中，每个振动激励源对应于一个振动数据采集模块；在一具体实施例中，该振动数据采集模块可采用振动加速度传感器，数量为2个，分别安装在主体1的发送机底座上和前进轮上；

设置在主体1上的至少一个转动数据采集模块4，用于实时采集各个转动激励源的转速；本实施例中，每个转动激励源对应于一个转动数据采集模块；在一具体实施例中，该转动数据采集模块可采用转速传感器，数量为1个，安装在切割器刀盘的刀盘轴上；

与上述的吸振器相连的多个特征数据采集模块5，用于实时采集各个吸振器的特征参数；且每个特征数据采集模块5对应于一个吸振器3，即本实施例汇中，采用单独的数据采集模块来采集吸振器的特征参数，并且每个吸振器对应于一个数据数据采集模块，当然，在此启示下，也可只采用一个数据采集模块来采集所有吸振器的特征参数，同理，也可将该数据采集模块集成至中央处理器上，或者直接由中央处理器来完成特征参数的采集；

与上述吸振器3、振动数据采集模块2、转动数据采集模块4和特征数据采集模块5相连的中央处理器6，用于分别对转动数据采集模块4所实时采集得到的转速和振动数据采集模块2所实时采集得到的振动信号进行分析处理，分别得到各个转动激励源和各个振动激励源的支配频率；根据所实时采集得到的特征参数进行分析计算得到各个吸振器当前的固有频率；以及根据各个外部激励源的支配频率，实时调整对应吸振器当前的固有频率，使得该吸振器的固有频率等于对应的外部激励源的支配频率，从而使得该切割器的振动保持最小的幅度；具体地，该中央处理器6具体包括：数据处理单元61，用于根据上述振动数据采集模块2所实时采集的各个振动激励源的振动信号，分别在时域上进行频谱分析，得到各个振动激励源的频带分布，并根据各个振动激励源的频带分别得到各个振动激励源的支配频率；根据转动数据采集模块4所实时采集的转动激励源的转速，进行分析处理得到转动激励源的支配频率；以及根据特征参数采集模块5所实时采集的特征参数，分别进行分析计算，得到各个吸振器当前的固有频率；判断单元62，与该数据处理单元61相连，用于判断该数据处理单元61分析计算得到的各个吸振器当前的固有频率，与其各自对应的外部激励源的支配频率是否相等，并输出判定结果；控制模块63，与该判断单元62和各个吸振器3相连，用于当上述判断单元62判断出该吸振器当前的固有频率与对应外部激励源的支配频率不相等时，根据该外部激励源的支配频率实时调节该吸振器3的固有频率，使得其与该外部激励源的支配频率相等。

由于外部激励源包括激励源和转动激励源，因此本实施例中分别采用了振动数据采集模块和转动数据采集模块来分别采集这两种外部激励源各自相应的数据，从而再根据各自相应的数据分析计算得到各自对应的支配频率，进而，根据该支配频率来调整对应吸振器的固有频率，以达到降低刀盘振幅的目的。

当然，如图2所示，本实施例中该收获机械设备还可包括人机交互模块，可向工作人员显示分析得到的各个外部激励源的支配频率和对应吸振器的固有频率，也可通过该人机交互模块输入控制命令至中央处理器，由该中央处理器根据控制命令来调整吸振器的刚度值等等参数。

当然本实施例中的该收获机械并不仅仅适用于收获甘蔗，也适用于与甘蔗类似的农作物等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。