一种联合收获机清选含杂率自适应控制装置及自适应清洗方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于联合收获机清选装置设计及自适应控制领域，具体涉及一种联合收获 机清选含杂率自适应控制装置与方法。
【背景技术】
[0002] 清选装置是联合收获机的"消化系统"，是影响整机作业质量、效率和适应性的核 心工作部件。我国市场上保有量最大的水稻联合收获机大多采用传统的风筛式清选装置 (单风道离心风机+双层振动筛)，单风道离心风机用于产生清选气流，利用脱出物中各组 分(包括籽粒、短茎杆、颖壳和少量轻杂余等）漂浮特性的不同，配合双层振动编织筛或鱼鳞 筛，共同完成籽粒与茎杆、杂余等的分离清选。研宄表明，传统风筛式清选装置目前已成为 制约大喂入量水稻联合收获机发展的最主要瓶颈，其具体表现为：高产超级稻含水率高，脱 出物各组分漂浮速度交错、一次气流清选吹托分层困难；高产超级稻脱出物清选时喂入量 大，籽粒难以快速透筛，严重制约了清选装置的作业性能和效率，传统清选装置不能适应作 物品种不断更新、单产迅速提高的要求。
[0003] 国际著名的John Deere、CASE、New HollancUCLAAS等欧美农机跨国公司近年来研 发的 988 STS (John Deere)、2388 (CASE)、CR980 (New Holland)和 TUCANO 470 (CLAAS) 等大型联合收获机产品，具有喂入量大、作业效率高、智能化程度高等特点，但这些机型主 要用于收获小麦、大豆、油菜等旱作物，一般采用轮式底盘，割幅6~10米，自重8~10吨， 无法适应我国水稻特性、南方超级稻主产区的10-15亩田块尺寸和深泥角作业环境。此外， 其清选装置采用双风机(或大直径双风道风机)、预清选抖动板、回程输送板、多层清选筛等 组合结构，几何尺寸庞大，无法应用到我国水稻联合收割机上。日韩等国的半喂入联合收获 机受自身结构限制，无法实现大型化，作业效率和收获适应性无法大幅提高，已逐步退出我 国水稻收获机械的主流市场。更重要的是，虽然欧美等发达国家生产大型联合收割机产品， 但关于其高性能清选装置的试验数据、设计理论与方法属于各公司的核心机密，不会对外 公开。总之，国外也没有相关的理论与方法可用来指导我国大喂入量水稻联合收获机清选 装置的设计，同时因为作业对象本身特性的差异，使得我们也无法借用国外产品的设计经 验。
[0004] 另外，由于联合收获机作业对象差异显著、作业工况千变万化、作业环境异常复杂 均对清选装置的性能造成了显著影响，传统清选装置部分结构与运动参数只能通过手工方 式、依照经验进行有级调节，无法根据作业对象和环境的变化，自动调整清选装置的作业状 态参数来保证作业性能，其收获适应性较差。在保障清选性能的条件下，工作参数可根据作 业条件进行自适应调整是清选技术发展的必然趋势。纵观国外先进联合收获机，电子信息 技术在其上得到了广泛运用，联合收获机能根据作业过程中的作业质量自动调整各种工作 参数，在提高生产效率的同时，将故障率控制在一定范围内，同时大大提高了整机的无故障 工作时间。与欧美跨国公司先进的联合收获机相比，我国谷物联合收获机大都仅安装有堵 塞、粮箱满等少量报警装置，普遍缺乏工作参数与作业性能监测、工作参数电动/自动调节 等智能化监控装置，使得机器作业性能不稳定，作业效率依赖机手的熟练程度，且操纵强度 大，堵塞故障频发，其无故障工作时间不到国外机型的五分之一，无法适应满足我国水稻规 模化生产及稻油(麦）轮作区抢收抢种等作业要求。近年来，国内外学者在联合收获机智能 化技术方面开展了大量的研宄工作，但大多数研宄仅是针对单一工作参数和作业性能参数 的监测或预测模型的研宄，没有根据监测到的当前作业参数值对相关部件进行反馈控制而 且对多作业参数融合控制的研宄也相对较少。
[0005] 对清选装置作业性能的监测而言，相关智能化技术研宄主要集中在籽粒清选损失 的监测上，而没有考虑另一个重要的性能指标一一籽粒含杂率。因此性能良好的联合收获 机粮箱籽粒含杂率自动监测装置是实现清选装置作业参数自适应控制的前提，经文献检索 发现，迄今为止，我国尚未见利用联合收获机粮箱籽粒含杂率自动监控清选装置作业性能 的报道。
【发明内容】
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种联合收获机清选含杂率自适应控制装置及其 自适应清选的方法。
[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的：一种联合收获机清选含杂率自 适应控制装置，包括回程板，清选筛，杂余收集搅龙，籽粒收集搅龙，清选离心风机和粮箱籽 粒含杂率自动监测装置，回程板位于振动筛上侧，杂余收集搅龙位于振动筛尾部下侧，籽粒 收集搅龙与清选离心风机底部齐平，籽粒收集搅龙与储粮箱相连，清选离心风机位于振动 筛下侧，清选离心风机的前侧与振动筛的前侧平齐；粮箱籽粒含杂率自动监测装置安装在 籽粒收集搅龙出粮口处；所述清选筛包括上抖动板，下抖动板，开度可调的鱼鳞筛片，上振 动筛，锯齿形尾筛，下振动筛驱动轴，下振动筛，下振动筛驱动液压马达，上抖动板位于上振 动筛上前侧，开度可调的鱼鳞筛片位于上振动筛前部，锯齿形尾筛位于上振动筛尾部，开度 可调的鱼鳞筛片的动力驱动机构安装在的清选筛筛框尾部，下振动筛驱动液压马达安装在 清选筛筛框的后部外侧并固定在清选室外的机架上，下振动筛驱动轴通过联轴器与下振动 筛驱动液压马达相连；还包括在线监测与控制系统，所述在线监测与控制系统的输入端与 所述下振动筛驱动液压马达和所述粮箱籽粒含杂率自动监测装置相连，所述在线监测与控 制系统的输出端与所述开度可调的鱼鳞筛片的动力驱动机构、所述清选离心风机相连，用 来控制所述鱼鳞筛片的开度和所述清选离心风机的风速和进风方向。
[0008] 上述方案中，所述的鱼鳞筛片开度调节机构由连接片，第一连杆，方向转换件，第 二连杆，连接板，直流电动缸，直线位移传感器和支撑板，第一连接销，支撑轴，第二连接销 组成；支撑板安装在清选筛的锯齿形尾筛下方的侧板上，支撑轴一端通过紧固件固定在支 撑板左侧，方向转换件通过自身的中心孔安装在支撑轴的另一端，方向转换件的一端通过 第一连接销与第一连杆相连，方向转换件的另一端通过第二连接销与第二连杆相连，第二 连杆的另一端安装杆端关节轴承，通过连接销把第二连杆上的杆端关节轴承和直流电动缸 的伸出轴上的杆端关节轴承相连，直流电动缸安装在支撑板上，直线位移传感器安装在支 撑板上直流电动缸的内侧，并与直流电动缸平行，直线位移传感器的输出轴通过连接板与 直流电动缸的输出轴相连，在鱼鳞筛片锯齿形尾筛的下边缘焊接矩形板，并在矩形板的中 心对称位置开通孔，第一连杆穿过清选筛内的锯齿形尾筛下方侧板并通过紧固件与鱼鳞筛 下方的矩形孔相连。直流电动缸通过信号线与在线监测与控制系统相连，在线监测与控制 系统通过控制直流电动缸伸出轴的运动实现带动方向转换件运动最终完成鱼鳞筛开度的 调节。
[0009] 上述方案中，所述的清选离心风机包括风机叶片驱动机构，蜗壳，下出风口，分风 板I及第一角度调节机构，分风板II及第二角度调节机构，上出风口在上振动筛下部，下出 风口处设有分风板I和分风板n，分风板[延长线过上振动筛中心，分风板n延长线与下振动 筛尾部相交，所述风机叶片驱动机构、所述第一角度调节机构及所述第二角度调节机构分 别于所述在线监测与控制系统的输出端连接。
[0010] 上述方案中，所述风机叶片驱动机构由液压马达，液压马达安装板，联轴器，风机 叶片，风机轴，轴承座组成；风机叶片均布安装在风机轴上，风机轴通过两端的轴承座安装 在机架上，液压马达安装板通过螺栓连接到机架上，液压马达安装在液压马达安装板上，并 使液压马达输出轴的中心线与风机轴的中心线重合，用联轴器把风机轴与液压马达的伸出 轴相连；液压马达的通过信号线与在线监测与控制系统相连，在在线监测与控制系统的控 制下实现清选离心风机转速的调节。
[0011] 上述方案中，所述第一角度调节机构由吊耳1，步进电动机，旋转杆，分风板I，滑 道，吊耳II，步进电动机支撑架，风机机壁组成；步进电动机通过步进电动机支撑架安装在 机壁上，旋转杆的一端安装在步进电动机的输出轴上，吊耳I固定在步进电动机的输出轴 上；在风机机壁上开出圆弧形滑道，旋转杆的另一端经过圆弧形滑道与吊耳I[相连，步进电 动机通过信号线与在线监测与控制系统相连，步进电动机在在线监测与控制系统的控制下 实现正向或反向转动，进而带动分风板I转动，实现分风板I角度的调节。
[0012] 上述方案中，所述第二角度调节机构由吊耳I，步进电动机，旋转杆，分风板II，滑 道，吊耳II，步进电动机支撑架，风机机壁组成；步进电动机通过步进电动机支撑架安装在 机壁上，旋转杆的一端安装在步进电动机的输出轴上，吊耳I固定在步进电动机的输出轴 上；在风机机壁上开出圆弧形滑道，旋转杆的另一端经过圆弧形滑道与吊耳II相连，步进 电动机通过信号线与在线监测与控制系统相连，步进电动机在在线监测与控制系统的控制 下实现正向或反向转动，进而带动分风板II转动，实现分风板II角度的调节。
[0013] 上述方案中，所述联合收获机粮箱籽粒含杂率自动监测装置包括粮样抽取机构、 粮样传送机构、机器视觉部分及处理器； 所述粮样抽取机构包括导流槽、支架、取样滚筒、料斗、直流步进电动机、联轴器、连接 架，所述导流槽连接在联合收获机粮箱出粮口上，所述料斗位于导流槽的下方，所述导流槽 的底面上、且位于料斗正上方的位置设有一矩形孔，所述取样滚筒两端由支架支撑、位于料 斗内，且所述取样滚筒表