一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农用机械领域，尤其是基于冲击识别插秧机安全离合器控制技术。
【背景技术】
[0002] 水稻是我国种植面积最大、单产和总产量最高的粮食作物，抓好水稻生产，对保障 我国粮食安全有着深远的影响。推进水稻栽培机械化是发展粮食生产的重要物质基础和技 术手段。
[0003] 牙嵌式安全离合器是水稻插秧机的关键部件，位于行走箱与工作箱之间，起着传 递动力和保护栽植臂的作用。在插植作业中，当栽植臂夹取秧苗及栽苗时受到的阻力过大 或突遇障碍时，安全离合器就会自动分离，从而保护栽植臂不受损坏。然而在实际插植作用 中，往往遇到离合器脱离载荷过大或者过小的问题。当脱离载荷过大时，栽植臂遇到石块 等障碍时离合器无法及时脱离，导致秧针变形损毁；当脱离载荷过小时，离合器传递动力过 小，导致插秧机在作业时出现漏插、不插秧等现象。
[0004] 通过资料检索发现，现有牙嵌式安全离合器主要通过改进离合器机械结构，把传 动扭矩限定在特定扭矩范围内，从而克服离合器脱离载荷过大或者过小的问题。但满足特 定传动扭矩的安全离合器，其脱离灵敏度却无法进一步获得有效提高。
【发明内容】
[0005] 本发明首先要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种基于冲击 识别的插秧机安全离合器控制系统，在不减小传递扭矩情况下，能够大幅提高插秧机牙嵌 式离合器的脱离灵敏度。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于冲击识别的插秧机安全 离合器控制系统，包括牙嵌离合器、辅助电路、信号采集系统、信号处理系统和控制模块，所 述牙嵌离合器上设有加速度传感器，所述加速度传感器连接至信号采集系统，所述信号采 集系统连接至信号处理系统，所述信号处理系统连接至所述控制模块，所述控制模块通过 继电器控制所述辅助电路的通断。
[0007] 在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术 方案：
[0008] 所述加速度传感器为采集单位时间内离合器的振动信号，所述信号采集系统获取 振动信号的当前峭度和平均峭度作为比较值，所述信号处理系统对当前峭度和平均峭度进 行比较并判断离合器的运行情况，所述控制系统根据信号处理系统的判断通过继电器控制 辅助电路的通断。
[0009] 所述加速度传感器为无线加速度传感器。
[0010] 所述牙嵌离合器包括压缩弹簧、主半离合器和从半离合器，所述主半离合器和所 述从半离合器离合配合，所述加速度传感器安装在所述从半离合器上，所述压缩弹簧安装 在所述主半离合器的前端。 toon] 所述辅助电路包括电源和开关，所述辅助电路的正负极分别连接在压缩弹簧的两 端。
[0012] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种基于冲击识别的插秧机安全离合 器控制方法，该方法应用上述控制系统，并包括以下步骤：
[0013] 1)通过加速度传感器采集离合器工作过程中的振动信号X];
[0014] 2)根据振动信号计算当前峭度
平均峭度
.其中X]为信号值，5为信号均值，σ为信号标准差，N为每段信号长度， Μ为当前信号总段数；
[0015] 3)将当前峭度&和平均峭度Κ _"进行比较，若Κ ，说明主半离合器和从半 离合器发生碰撞，栽植臂遇到障碍物，则进行步骤4);
[0016] 4)控制模块通过继电器使辅助电路开关闭合，与压缩弹簧形成通路；
[0017] 5)在电磁感应作用下通电的压缩弹簧收缩，使得离合器脱离。
[0018] 6)排除障碍物并复位。
[0019] 本发明的有益效果是：1)本发明在整个控制过程中不会改变离合器传递的扭矩 大小，减少出现漏插、不插秧等现象；2)通过运用本发明的控制系统和控制方法能够大幅 提高插秧机牙嵌式离合器的脱离灵敏度，减小栽植臂和秧针的损坏机率；3)本发明的技术 方案对原离合器结构基本不做改动，其控制系统可以整合到插秧机整机控制系统中去，控 制方法简便易行，具有极佳的推广应用前景。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明的控制系统结构示意图。
[0021] 图2是本发明的控制方法系统流程图。
【具体实施方式】
[0022] 实施例1，一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，参照附图1。
[0023] 本发明的控制系统包括牙嵌离合器7、辅助电路6、信号采集系统8、信号处理系统 9和控制模块10,牙嵌离合器7包括压缩弹簧1、主半离合器2和从半离合器4,主半离合器 2和从半离合器4离和配合，压缩弹簧1安装在主半离合器2的前端，当压缩弹簧1处于自 由状态时，牙嵌离合器7处于正常工作位，当压缩弹簧1收缩时，牙嵌离合器7处于脱离状 ??τ 〇
[0024] 牙嵌离合器7上设有无线加速度传感器3，无线加速度传感器3安装在从半离合器 4上，无线加速度传感器3连接至信号采集系统8,信号采集系统8连接至信号处理系统9， 信号处理系统9连接至控制模块10,控制模块10通过继电器5控制辅助电路6的通断。
[0025] 辅助电路6包括电源和开关，辅助电路6的正负极分别连接至压缩弹簧1的两端， 当辅助电路6接通时，压缩弹簧1通电，并能在电磁感应作用下收缩。
[0026] 无线加速度传感器3用于采集牙嵌离合器7单位时间内的振动信号，并发送至信 号采集系统8,信号采集系统8采集并获得振动信号的当前峭度K和平均峭度K_n，信号采 集系统8将采集数据发送至信号处理系统9,信号处理系统9对振动信号的当前峭度Κ和平 均峭度Κ_η进行比较并根据比较结果判断离合器的运行情况，例如是否正常输出扭矩，并 将判断结果信号发送至控制模块10,控制模块10根据判断结果信号通过继电器5控制辅助 电路6的通断，如果判断结果正常，则控制模块10不进行动作，辅助电路6处于断开状态， 离合器正常运行，如果判断结果异常，则控制模块10通过继电器5闭合辅助电路6,压缩弹 簧1通电收缩，使得离合器脱离，从而起到有效保护栽植臂的作用。在排除障碍物后，手动 复位离合器，同时控制模块10通过继电器5断开辅助电路6。
[0027] 实施例2, 一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制方法，参照附图2。
[0028] 本发明的控制方法应用实施例1中的控制系统，并包括以下步骤：
[0029] 1)通过加速度传感器采集离合器工作过程中的振动信号Χ];
[0030] 2)根据振动信号计算当前峭度
平均峭度
，其中Χ]为信号值，$为信号均值，σ为信号标准差，Ν为每段信号长度， Μ为当前信号总段数；
[0031] 3)将当前峭度&和平均峭度Κ _"进行比较，若Κ ，说明主半离合器和从半 离合器发生碰撞，栽植臂遇到障碍物，则进行步骤4);
[0032] 4)控制模块通过继电器使辅助电路开关闭合，与压缩弹簧形成通路；
[0033] 5)在电磁感应作用下通电的压缩弹簧收缩，使得离合器脱离。
[0034] 6)排除障碍物并复位。
【主权项】
1. 一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，其特征在于：所述控制系统包括 牙嵌离合器、辅助电路、信号采集系统、信号处理系统和控制模块，所述牙嵌离合器上设有 加速度传感器，所述加速度传感器连接至信号采集系统，所述信号采集系统连接至信号处 理系统，所述信号处理系统连接至所述控制模块，所述控制模块通过继电器控制所述辅助 电路的通断。2. 如权利要求1所述的一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，其特征在 于：所述加速度传感器为采集单位时间内离合器的振动信号，所述信号采集系统获取振动 信号的当前峭度和平均峭度作为比较值，所述信号处理系统对当前峭度和平均峭度进行比 较并判断离合器的运行情况，所述控制系统根据信号处理系统的判断通过继电器控制辅助 电路的通断。3. 如权利要求1所述的一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，其特征在 于：所述加速度传感器为无线加速度传感器。4. 如权利要求1所述的一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，其特征在 于：所述牙嵌离合器包括压缩弹簧、主半离合器和从半离合器，所述主半离合器和所述从半 离合器离合配合，所述加速度传感器安装在所述从半离合器上，所述压缩弹簧安装在所述 主半离合器的前端。5. 如权利要求4所述的一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，其特征在 于：所述辅助电路包括电源和开关，所述辅助电路的正负极分别连接在压缩弹簧的两端。6. -种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制方法，其特征在于：所述控制方法应用 权利要求1-5中任一项所述的控制系统，并包括以下步骤： 1) 通过加速度传感器采集离合器工作过程中的振动信号X]; 2) 根据振动信号计算当前峭度平均峭度其中X]为信号值，?为信号均值，σ为信号标准差，N为每段信号长度，M为当前信号总段 数； 3) 将当前峭度K1和平均峭度K _"进行比较，若K ASKnrean，说明主半离合器和从半离合 器发生碰撞，栽植臂遇到障碍物，则进行步骤4); 4) 控制模块通过继电器使辅助电路开关闭合，与压缩弹簧形成通路； 5) 在电磁感应作用下通电的压缩弹簧收缩，使得离合器脱离。 6) 排除障碍物并复位。
【专利摘要】本发明提供一种基于冲击识别的插秧机安全离合器控制系统，包括牙嵌离合器、辅助电路、信号采集系统、信号处理系统和控制模块，牙嵌离合器上设有加速度传感器，加速度传感器连接至信号采集系统，信号采集系统连接至信号处理系统，信号处理系统连接至控制模块，控制模块控制辅助电路的通断。本发明还提供一种应用上述控制系统的基于冲击识别的插秧机安全离合器控制方法。本发明在整个控制过程中不会改变离合器传递的扭矩大小，减少出现漏插、不插秧等现象；通过运用本发明的控制系统和控制方法能够大幅提高插秧机牙嵌式离合器的脱离灵敏度，减小栽植臂和秧针的损坏机率。
【IPC分类】G05B19/04
【公开号】CN105353655
【申请号】CN201510654141
【发明人】童水光, 徐剑, 从飞云
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月10日