收获机械清选系统风机的控制方法、控制器及控制系统与流程

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种收获机械清选系统风机的控制方法、控制器及控制系统。其特别适用于收获机械在坡地作业时对清选系统风机的控制。

背景技术：

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

众所周知，例如联合收获机的收获机械的清选装置是该机器的“消化系统”，更是影响收获机械整机作业质量、效率和适应性的核心工作部件。我国市场上销售的谷物联合收获机大多采用传统的风筛式清选装置，清选风机是作为清选装置的一个重要组成部分，其主要用于产生清选气流并根据脱出物中各组分，例如，包括但不限于，籽粒、短茎秆、颖壳和少量轻杂余等的漂浮特性的不同，配合诸如为双层振动编织筛或鱼鳞筛的清选筛，共同完成籽粒与茎秆、杂余等的分离清选。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，因而各种条件均会对清选装置的性能产生显著影响。传统清选风机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来自动调整清选风机的作业状态参数，保证联合收获机的作业性能，因而使其收获适应性较差。

在中原地区，联合收获机的工况相对较好。但是在甘肃，陕北等坡地较多的地域，传统的清选风机由于无法根据地面情况进行自适应调节，所以就造成了清选效果不佳，甚至出现撒粮的情形。所以在保障清选性能的条件下，清选风机的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。当前的谷物联合收获机大都仅安装有出现堵塞、粮箱已满等情形的报警装置，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，作业效率依赖于驾驶员手工的熟练程度，且操纵强度大，堵塞故障频发，其无故障工作时间较短，无法满足我国谷物规模化生产及谷物轮作区抢收抢种等的作业要求。

因此，现有技术中需要一种能够解决前述问题的、用于收获机械清选风机的控制方法，特别是，当收获机械在坡地进行收获作业时对清选风机的控制，以解决现有技术中收获机械坡地作业时清选效果较差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种收获机械清选系统风机的控制方法、控制器以及控制系统。其能够使在坡地的收获机械清选系统的损失率控制在理想损失率范围内。

根据本发明的一个方面，提供一种收获机械清选系统风机的控制方法，包括下述步骤：1)定义倾斜角度范围α1～α2为所述收获机械清选系统的理想倾斜角度范围；定义时间t为所述收获机械清选系统的理想倾斜时间；定义损失率w为所述收获机械清选系统的理想损失率；定义转速v为所述收获机械清选系统风机的理想转速；2)感测所述清选系统的倾斜角度αs、倾斜时间ts、损失率ws，以及清选系统风机的当前转速vs；3)将步骤2)中感测到的倾斜角度αs、倾斜时间ts及损失率ws分别与所述理想倾斜角度范围α1～α2、所述理想倾斜时间t、所述理想损失率w进行比较，并判定是否需要改变所述收获机械清选系统风机的当前转速v；4)在步骤3)中判定为需要改变所述收获机械清选系统风机的当前转速v时，调节所述清选系统风机的当前转速vs，直至感测到的损失率ws回到所述理想损失率w范围内。

优选地，所述步骤3)包括根据所述感测到的倾斜角度αs、所述倾斜时间ts和损失率ws中的一或几个参数来判定所述收获机械清选系统是否为坡地作业。

优选地，当判定所述收获机械清选系统为坡地作业时，自动调节所述清选系统风机的当前转速vs直至感测到的损失率ws达到所述理想损失率w范围内。

优选地，当判定所述收获机械清选系统为平地作业时，人工调节所述清选系统风机的当前转速vs直至感测到的损失率ws达到所述理想损失率w范围内。

优选地，调节所述清选风机的当前转速vs包括增大或减小用于所述清选风机的驱动装置的动力。

优选地，定义0～1％为所述理想损失率范围，定义相对于水平面倾斜-5度～+5度为所述理想倾斜角度范围，定义5秒为所述理想倾斜时间。

根据本发明的另一方面，提供了一种收获机械清选系统风机的控制器，包括：存储单元，用于定义和存储收获机械清选系统的理想倾斜角度范围α1～α2、理想倾斜时间t、理想转速v以及理想损失率w；计时单元，用于对所述收获机械清选系统风机的倾斜时间ts进行计时；接收及判定单元，用于实时接收感测的倾斜角度αs、损失率ws以及倾斜时间ts，并将所述接收到的数据与所述存储单元定义的理想倾斜角度范围α1～α2、理想倾斜时间t以及理想损失率w进行比较及判定；执行单元，用于基于所述接收判定单元的判定结果发出指令，以调节所述清选系统风机的当前转速v，直到感测的所述损失率ws达到理想损失率w范围内。

根据本发明的又一方面，提供了一种收获机械清选系统风机的控制系统，包括：坡度传感器、损失传感器、转速传感器、调节装置及显示装置，其中，还包括如前所述的控制器，所述控制器与所述坡度传感器、损失传感器、转速传感器、调节装置、显示装置通信地连接，并且所述控制器还与所述清选系统风机的驱动装置通信地连接。

根据本发明的一个方面，其中，所述坡度传感器设置在所述收获机械的清选系统上，用于感测所述收获机械清选系统相对于水平面的倾斜角度；所述损失传感器设置在所述清选系统上，用于感测所述清选系统的损失率；所述转速传感器设置在所述清选系统上，用于感测所述清选系统风机的转速；所述调节装置靠近驾驶员位置设置，用于调节所述清选系统风机的转速，所述显示装置靠近驾驶员位置设置，用于显示所述坡度传感器、所述损失传感器以及所述转速传感器感测到的倾斜角度、损失率、风机转速、以及所述控制器的计时单元的计时时间。

优选地，其中，所述调节装置和/或所述显示装置与所述控制器集成设置。

根据本发明提供的收获机械清选系统风机的控制方法、控制器及控制系统解决了现有技术中收获机械在作业时遇到不平的路况，即出现上坡作业或下坡作业情形时导致的清选系统的风机损失率提高的问题，达到能够自动地控制清选系统的损失率，使其能够维持在理想损失率范围内。此外，本发明提供的控制方法、控制器及控制系统，还能够在平地作业时，实现简单的人工操作来调节风机风量的大小，以使清选损失率维持在理想损失率范围内。

附图说明

通过以下参照附图提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是根据本发明的控制方法控制模式的流程图，判断是坡地作业还是平地作业；

图2是根据本发明的控制方法在坡地作业时自动控制模式的流程图；

图3a是清选系统的示意性结构图；

图3b是清选系统中的风机总成的示意性结构图；

图4是车辆在平坦路面作业时，清选系统的作业示意图；

图5是车辆在下坡作业时，清选系统的作业示意图。

图6是车辆在上坡作业时，清选系统的作业示意图。

图7是根据本发明的控制系统的结构示意图。

附图标记：

1.脱粒滚筒；2.凹板；3.风机总成；4.清选筛；5.损失监测传感器；31.马达；32.连接机构；33.风机

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

图1是根据本发明的控制方法控制模式的流程图；图2是根据本发明的控制方法在坡地作业时自动控制模式的流程图；图3a是清选系统的示意性结构图；图3b是清选系统的风机总成的示意性结构图；图4是车辆在平坦路面作业时，清选系统的作业示意图；图5是车辆在下坡作业时，清选系统的作业示意图。图6是车辆在上坡作业时，清选系统的作业示意图。图7是根据本发明的控制系统的结构示意图。

作为举例，在本发明中，收获机械的清选系统通常包括：脱粒滚筒1、凹板2、风机总成3、清选筛4等重要部件。风机总成3一般又包括：马达31，连接机构32，风机33，如图3a和3b中所示。风机3是清选系统的主要部件，其用于产生清选气流并根据由脱粒滚筒2产生的脱出物，例如籽粒、短茎秆、颖壳和轻杂余等各种组分的漂浮特性的不同，配合清选筛4共同完成这些组分的分离清选。

作为举例，在本发明中，风机33的动力由例如为马达31的驱动装置提供，常用的马达31可以为例如液压马达，其通过改变液压泵或比例阀的排量来达到控制风机转速的效果，但不限于此。风机33上设置有转速传感器(图中未示出)，该转速传感器用于将风机的转速反馈给控制装置，例如，控制器，如图7所示，当然转速传感器也可以设置在清选系统的其他部分上，只要能够起到感测风机的转速并反馈给控制装置的作用即可。控制器基于接收到的信号来向马达发送指令，以改变向风机提供的驱动力。

作为举例，在本发明中，清选系统还包括损失传感器5。作为举例，该损失传感器5可设置在清选筛4的尾部，用于对清选筛4作业中的损失率进行实时监测，如图3a中所示，但不限于此。损失传感器也可设置在清选系统的其他位置上，只要能起到感测清选系统的损失率并向控制器反馈的作用即可。此外，例如在收获机械清选系统的风机或其他位置处设置有坡度传感器，该坡度传感器用于感测收获机械在遇到坡地倾斜时车身或者说清选系统的倾斜角度。换言之，在本发明中，当收获机械的车身倾斜时，其配置的清选系统也会出现与其一致的倾斜，因而也可以说，该坡度传感器用于感测收获机械在遇到坡地时清选系统的倾斜角度。图4示出收获机械在平地上作业时，清选系统处于水平状态作业的示意图。图5和图6分别示意出当收获机械在坡地作业时，清选系统处于倾斜状态，即下倾和上倾时作业的示意图。

作为举例，在本发明中，控制器包括：存储单元，其用于定义和存储车身或者说清选系统倾斜的理想角度范围α1～α2、理想倾斜时间t、风机的理想转速v以及理想损失率w；计时单元，其用于对收获机械车身倾斜的时间ts进行计时；接收判定单元，用于实时接收由转速传感器感测到的风机的转速vs、由坡度传感器感测到的车身倾斜的角度αs以及由损失传感器感测到的清选的损失率ws，以及由计时单元计算的时间ts，并将这些接收到的数据与它们被存储单元定义的相应理想数据进行比较及判定；执行单元，用于基于接收判定单元的判定并发出指令，以使与风机连接的驱动装置，例如马达的排量(液压马达)或电流(电动马达)增加或减小，从而使风机的转速加大或变小。

此外，作为举例，在本发明中，控制系统包括：控制器、转速传感器、损失传感器、坡度传感器、调节装置、显示装置，如图7中所示。其中，控制器与转速传感器、损失传感器、坡度传感器、调节装置、显示装置通信地连接，并用于接收和发出指令。如前所述，转速传感器可设置在风机上，用于感测清选系统的风机的转速，并且将该转速实时地传送给控制器；损失传感器可设置在清选筛4的尾部，用于实时感测清选系统的损失率；坡度传感器可设置在收获机械清选系统上或收获机械的车身上，用于实时感测车身和/或清选系统相对于水平面的倾斜角度；调节装置可单独设置在驾驶室内部靠近驾驶员的位置，以方便驾驶员操作，但是，其也可以与控制器集成设置作为执行单元的一部分；显示装置可设置在驾驶室内靠近驾驶员并便于驾驶员观看的位置，其也可以与控制器集成设置作为接收判定单元的一部分。

通常收获机械进入工作状态，，此时，控制系统的坡度传感器感测到收获机械的清选系统或车身的倾斜角度αs并且将该倾斜角度αs发送到控制器，控制器的接收判定单元判定其是否在定义存储的理想倾斜角度范围α1～α2内，当该倾斜角度αs在理想角度范围α1～α2内时，判定收获机械处于平地作业。当该倾斜角度αs不在理想角度范围α1～α2内，则控制器的计时单元对车身倾斜的时间ts进行计时，当倾斜的时间ts小于理想倾斜时间t，则也判定收获机械处于平地作业。反之，当倾斜的时间ts大于理想倾斜时间t，则判定收获机械处于坡地作业。换言之，当该倾斜角度αs不在理想角度范围α1～α2内并且倾斜的时间ts大于理想倾斜时间t，则判定收获机械处于坡地作业。

当控制器判定收获机械处于坡地作业时，则控制系统进入坡地控制模式，该坡地控制模式是自动控制模式。当控制器判定收获机械处于平地作业时，即，判定不是坡地作业时，则控制系统进入平地控制模式，该平地控制模式是人工调节模式，如图1中所示。

通常，由坡度传感器、转速传感器以及损失传感器感测到的清选系统或车身的倾斜角度αs、风机转速vs、清选损失率ws等数据显示在控制系统的显示装置上。此外，控制器的计时单元的计时时间ts也会显示在显示装置上。

如图4中所示，当收获机械在平地上作业时，即车身或者说清选系统在水平状态时，如果风机33未启动作业，则此时，例如短茎秆、颖壳等不需要的轻杂余组分会飘落到图4中a点的位置，由损失传感器感测到的损失率ws显示在显示装置上，该损失率ws不在理想损失率w范围内。从图4中可以看出，a点的位置仍为清选筛4上的位置，这些轻杂余显然会与落在清选筛4上的需要清选的籽粒混在一起，从而没有达到理想的清选效果。因而，基于籽粒与轻杂余的质量不同，为了使这些不需要的轻杂余等组分被清选离开清选筛，必须使风机33启动工作。此时驾驶员基于显示装置上显示的损失率ws来操作调节装置，例如旋钮电位计，以启动风机33工作，风机33提供风量f，以使不需要的轻杂余等组分恰好落在清选筛尾部的位置，如图4中所示的b点的位置，即，不需要的组分恰好被清选离开控制系统。换言之，直到损失率ws达到理想损失率w范围时，驾驶员才停止操作。能够满足理想损失率w的风机转速为理想转速v。图1中示出了平地控制模式时，人工调节的流程图。

但是，当控制器判定坡度传感器反馈的倾斜角度αs不在上述理想范围α1～α2内，并且倾斜时间ts超过预先设定存储的理想倾斜时间t时，收获机械进入坡地控制模式。坡地控制模式是自动控制模式。图2中示出了收获机械在自动控制模式下的流程图。

在收获机械处于坡地作业，控制系统进入自动控制模式时，当控制器从坡度传感器接收到车身或者说清选系统的倾斜角度αs小于α1且持续时间超过理想倾斜时间t时，即为下坡作业。如图5中示出了清选系统下坡作业的情形。而当控制器从坡度传感器接收到车身的倾斜角度αs大于α2且持续时间超过理想倾斜时间t时，即为上坡作业，如图6中示出了清选系统上坡作业的情形。

具体地，如图5中所示，当收获机械在下坡状态下作业时，清选系统随车身向下倾斜。此时，如果风机33未启动作业，例如为短茎秆、颖壳等的轻杂余会随着清选系统的倾斜落在a’点的位置。而在平地作业时，风机33提供理想的风量即可被吹出清选筛4尾部的例如为短茎秆、颖壳等的轻杂余会随着清选系统的倾斜落在b’点的位置，即，仍落在清选筛4上，不能被恰好吹离出去，此时损失传感器反馈的损失率ws不在理想损失率w范围内。因而，控制器基于从坡度传感器、损失传感器等收到的数据进行判定比较后发出指令，增大风机33的转速vs，以使这些轻杂余恰好被吹落在c’点的位置，c’点即为被恰好吹离出清选筛4尾部的位置，直至损失传感器感测的损失率ws回到理想的范围w内。

如图6中所示，当收获机械在上坡状态作业时，清选系统随车身向上倾斜。此时，如果风机33未启动作业，例如为短茎秆、颖壳等的轻杂余会随着清选系统的倾斜落在a”点的位置。而在平地作业时，风机33提供理想的风量即可被吹出清选筛4尾部的例如为短茎秆、颖壳等的轻杂余会随着清选系统的倾斜落在c”点的位置，其也不是理想的位置，这显然会使清选损失率ws增大。因而，控制器基于从坡度传感器、损失传感器等接收到的数据进行判定比较后发出指令，减小风机33的当前转速vs，以使这些轻杂余恰好被吹落在b”的位置，b”点即为被恰好吹离出清选筛4尾部的位置，直至损失传感器反馈的损失率ws回到理想的范围w内。

下面参照附图详细举例描述具体的操作流程。

在本发明的一个实施方式中，作为举例，设定清选系统的理想损失率w为小于等于1％，或者说，0～1％的范围内，但不限于此，根据需要收获的谷物的种类不同，也可以设定得更高或更低。但根据国家标准无论清选哪类谷物均低于2％。此外，设定车身或者清选系统相对于水平面的理想倾斜角度范围α1～α2为-5度～+5度，但不限于此。设定车身或者清选系统的理想倾斜时间为t为5秒，但不限于此。风机的理想转速v为700r/min，但不限于此。此处所说的理想转速是如图4中所示的使例如为短茎秆、颖壳等轻杂余恰好落在清选筛4的尾部，从而被吹离出的风机转速。具体的风机理想转速根据收获机械的清选系统以及具体作业的农作物设定，此处风机的理想转速v为700r/min仅是举例。

通常，当判定收获机械在平地作业时，即进入平地控制模式，通过驾驶员调节的风机的转速为如上所述设定的理想转速700r/min，在该转速下显示装置显示的损失率在理想损失率范围0-1％内。在收获机械的作业过程中，当坡度传感器感测到的车身或者清选系统倾斜角度小于-5度或大于+5度并且通过控制器的计时单元计时倾斜时间超过设定理想倾斜时间5秒，则进入坡地控制模式。当倾斜的角度小于一5度并且倾斜的时间超过5秒时，则为下坡作业。当倾斜的角度大于+5度并且倾斜的时间超过5秒时，则为上坡作业。如前所述，此时，无论上坡作业还是下坡作业，损失传感器感测到清选系统的损失率均不在理想损失率0-1％范围内。当控制系统基于损失率以及倾斜角度判定为下坡作业时，即发出指令，增加输出电流以增加马达转度，以使风机转速增加，直到损失率回到理想范围内为止。另一方面，当控制系统基于损失率以及倾斜角度判定为上坡作业时，即发出指令，减小输出电流以减小马达转度，以使风机转速减小，直到损失率回到理想范围内为止。如图2示出了收获机械坡地作业，进入自动控制模式的流程图。

图5示出收获机械在坡地作业状态中的下坡作业时清选系统的倾斜示意图。在坡地作业状态下，当坡度传感器感测到的倾斜角度小于例如-5度并且倾斜超过理想倾斜时间例如5秒时，损失传感器感测到清选系统的损失率不在理想损失率范围例如1％之内，则控制器的接收判定单元判定收获机械在下坡作业状态。如图5中所示，在下坡作业状态，清选系统由于倾斜，原本在水平作业状态下通过风机的理想转速v吹落到清选筛尾部如图4中b位置的例如短茎秆、颖壳等轻杂余会由于车身的倾斜落在清选筛4上的如图5中b’点的位置。当然，可以理解在平地作业状态下基本直落的籽粒也会由于车身的倾斜朝向图5中所示的前方f方向滑动离开请选筛。由此损失传感器感测到清选系统的损失率不在理想损失率范围内。控制器发出指令增加输出电流以加大马达转度，从而使风机转速增加，即，增加风量，直至使落在图5中b’点的轻杂余等被吹落到清选筛4尾部，如图5中示出的c’点，以被吹离出去，即损失率达到正常范围1％之内。如果收获机械连续再下坡，则继续感测倾斜角度和倾斜时间，控制器再发出指令增加风量，以至损失率达到理想损失率范围。

图6示出收获机械在坡地作业状态中的上坡作业时清选系统的倾斜示意图。在坡地作业状态下，如果坡度传感器感测到的倾斜角度大于例如+5度且超过理想时间，例如5秒，此时，损失传感器感测到清选系统的损失率不在理想损失率范围例如1％之内，则判定收获机械为上坡作业状态。如图6中所示，在上坡作业状态，清选系统由于倾斜，原本在水平作业状态下通过风机33的理想转速吹落到清选筛4上的如图4中示出的b点位置的轻杂余等由于车身的倾斜落在清选筛4的尾部之外，例如，图6中c”的位置，当然，可以理解，也由于车身的倾斜，在平地状态基本直落下来的籽粒也会朝向图6中所示的后方r滑动，被吹离开清选筛4，分离出去，由此损失传感器感测到清选系统的损失率不在理想损失率范围内。控制器发出指令，减小输出电流以减小马达转度，使风机转速减小，降低风量，直至使落在c”点的轻杂余被吹落回到清选筛4的尾部b”上，使损失率控制在理想损失率，例如1％之内。如果收获机械连续再上坡，则继续感测倾斜角度和倾斜时间，控制器再发出指令减小风量，以至损失率达到理想损失率范围。

由此可见，通过本发明的控制方法、控制器及其控制系统，可以对收获机械在平地作业和/或坡地作业时的清选系统的风机的转速进行实时控制，当在平地作业时，驾驶员通过显示装置上反馈的倾斜角度及倾斜时间以及损失率判定操作调节旋钮，以使风机转速的风量增大或减小，从而一直保持在理想损失率范围内。当坡地作业时，控制器自动判定是上坡作业还是下坡作业，并且指令增加或减小电流，以使风机转速的风量增大或减小，使清选系统的损失率保持在理想损失率范围内。所以无论收获机械作业时的路面情况如何，都能够将清选系统的损失率控制在理想范围内。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。这些改变均应落入本发明的保护范围。