履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法
【专利摘要】一种履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法，属于农业机械领域，它由大粮箱、绞龙提升机、运输挂车、控制单元等组成。绞龙提升机与联合收割机是分离的，在大粮箱的出粮口的左、右、上、下位置放置了接近开关，当出粮口对准绞龙提升机的料斗时，会发出就位信号。控制单元配有开启或关闭粮仓门的按钮，通过光电隔离采集接近开关的信号，通过光电隔离输出控制报警灯，能产生PWM脉冲波去控制直流减速电机的正、反转，达到电动开启或关闭粮仓门。绞龙提升机可轮流为多台收割机进行连续接粮作业，接粮过程不再需要接粮工、搬运工，能明显降低劳动强度，提高水稻的收割作业效率。
【专利说明】
履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种农业机械，具体涉及收割机的接粮机电系统。
【背景技术】
[0002]由于考虑到水稻收割机在水田中作业时可能被陷住，我国的履带式联合收割机普遍采用了粮袋接粮的方式:1名专职的接粮工坐在出粮口(A 口和B 口)旁边，每当I袋稻谷(约30?40Kg)充满时，接粮工关闭出粮口(设为A 口)，把已充满的A袋的袋口捆扎好，然后打开B袋口，打开B出粮口，把A袋推下收割机，以减轻收割机的负荷，此后，A、B出粮口轮流使用，直至作业完成；另有I名搬运工，需把抛落在田间的粮袋拖到田边，并上装到运输车。若以一台收割机一天收割作业80亩,水稻亩产700Kg计算,则这2名工人每天各需移动稻谷5.6t，劳动强度非常大；同时，其工作环境极为恶劣:出粮口伴随着大量的粉尘，接粮工一般需戴口罩以保护呼吸系统，但极为细小的稻谷粉尘仍使其皮肤忍受针蚩般疼痛；水稻收割时，地块一般已处于非常干燥状态，为了提高作业效率，驾驶员通常高速行驶作业，接粮工还需忍受强烈的颠簸。近年来，农业劳动力越来越短缺，市场迫切需求自动接粮机构，以节省接粮工和搬运工的配置。
[0003]各收割机制造企业已经在这方面进行了改进设计。例如，侧置式大粮箱设计方案，它把大粮箱放置在原先接粮工工作的位置，稻谷临时储存在大粮箱内，当需要卸粮时，收割机开到田边，绞龙被打开，粮食由绞龙提升、输出。再如，中置式大粮箱设计方案，大粮箱处于脱粒滚筒与驾驶室之间。但这些设计仅从节省I名接粮工的角度考虑，即绞龙较短，搬袋工仍然需在田边用粮袋接粮，然后上装到运输车上，其劳动强度仍然很大。
【发明内容】
[0004]为了克服现有履带式收割机的大粮箱结构仍然存在较大的劳动强度问题，本发明提供了一种收割机连续接粮系统，它不仅不需接粮工，而且也不需搬袋工，稻谷可直接从收割机输送到停在机耕路上的运输车上，工作强度大幅地降低，能明显提高劳动效率。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:连续接粮系统由包括大粮箱、绞龙提升机、运输挂车、控制单元等组成。使收割机在平行于机耕路处停车卸粮，其右侧面配置了了大粮箱，绞龙提升机的料斗位于出粮口的下方，托架把绞龙传输管的头部抬升，使其出料口对准了运输挂车的车厢内。当收割机作业时，柴油机一直处于工作状态；收割作业时，出粮口常态为关闭状态，当谷物达到大粮箱的容量上限时，电容式接近开关发出粮箱满的信号，提示驾驶员停止收割作业、驶向卸粮点；当收割机行驶到卸粮点时，2只料斗接近开关都发出信号，示意驾驶员停车；驾驶员可在观察到运输挂车就位的情况下，按下开仓按钮Kl，直流减速电机转动，通过齿轮、齿条的啮合传动，粮仓门被打开，大粮箱内的稻谷从出粮口落入料斗内，绞龙提升机把谷物输送到运输挂车上，免去了繁重的粮袋上装的体力工作。
[0006]大粮箱的上侧上部是大粮箱的进料口，该入口的正对面是一只电容式接近开关，大粮箱的底部呈斜坡状，出粮口位于该斜坡的最低位置，粮仓门由一副直线轴承导轨副支撑，该粮仓门的后侧中央是一根齿条，直流减速电机的输出轴上的小齿轮与该齿条构成齿轮传动运动副。上限位接近开关、下限位接近开关分别位于出粮口的上方和下方，以感受粮仓门的运动。2只料斗接近开关位于出粮口的左、右侧的底部。当大粮箱未满时，电容式接近开关没有信号输出；当大粮箱装满时，电容式接近开关输出信号，驾驶员仪表盘上的“粮箱满”警报灯闪烁，提示驾驶员停止收割作业，驶往卸粮点。当出粮口对准料斗时，2只料斗接近开关输出信号，仪表盘上“料斗就位”警报灯闪烁。
[0007]大粮箱可适当缩小高度，使其位于传统粮袋式收割机的小粮箱下面，也可以达到连续输送稻谷的目的。
[0008]柴油机位于绞龙提升机的机架上，通过皮带与YK型圆锥-圆柱齿轮箱传递动力。绞龙提升机的动力传递路线为:柴油机一皮带传动一YK型圆锥-圆柱齿轮箱一联轴器一绞龙轴。由于采用了独立绞龙的设计方案，可使2台收割机在同一块田内收割作业，以提高绞龙提升机的利用率，也从总体上降低了使用本方案的设备投资。
[0009]连续接粮系统的控制单元采用PIC18F248单片机，开仓按钮或关仓按钮的输入端口连接到单片机的RBO和RBl引脚，并各自连接了一只上拉电阻，由接近开关传来的开关信号INx接入到光耦Ul的阴极，该光耦的光电二极管端的阳极、阴极分别连接一只限流电阻和上拉电阻，该光耦的输出三极管端的集电极引脚与单片机的RA引脚连接，并连接了一只上拉电阻；单片机的RCO引脚连接另一只光耦U4第一只的阴极，同样，该光耦也连接了限流电阻和上拉电阻，该光耦第一只的输出三极管端的发射极引脚与大功率三极管的基极连接，该三极管的集电极与一只肖特基二极管的阳极连接，该集电极用于连接外部报警灯；单片机的RC2引脚输出PffM脉冲波，连接光耦U4第二只的阴极，光电隔离后，该只光耦的射极连接三极管Q2的基极，该只光耦的集电极连接一只上拉排阻，三极管Q2的基极与射极之间放置一只偏置电阻，三极管Q2的集电极作为PffM信号的输出引脚连接直流减速电机的电机驱动器的PWM输入引脚；而单片机的RC3引脚输出电平信号，经光耦U4第三只的隔离、三极管Q3的信号整形后，连接到直流减速电机驱动器的DIR引脚，设置直流减速电机的旋转方向，达到控制粮仓门上下运动的目的。此外，单片机的CANTX和CANRX引脚与CAN驱动芯片的TXD、RXD引脚分别连接，其CANH、CANL引脚与外部总线的CAN总线连通。至此，控制单元即可通过按钮手动控制大粮箱放粮，也可设置为自动卸粮模式，更可通过CAN接口，由更高层次的控制器控制连续接粮。
[0010]控制单元的软件采用扫描模式，即:初始化模块对PIC18F248单片机的RA、RB、RC端口、CAN通讯控制寄存器、PffM寄存器和定时器HMERO作出设置，清空CAN通讯的自定义接收、发送缓存，开启定时器、CAN通讯中断功能，然后程序进入扫描循环体。若无任何事件发生，主程序不断地扫描3个条件判断语句，控制单元不改变任何输出号；当定时器中断事件发生时，在中断子程序内置位时刻点标志位，当主程序扫描到定时采集时刻的条件判断语句时，采集输入端口状态，覆盖上一次采集的信息，如果在新的端口状态中发现开仓按钮Kl或关仓按钮K2产生了按下的事件，置位手动控制标志位，复位自动控制标志位；如果是某接近开关的电平信号跳变为低电平，则做出相应的动作，例如自动开启粮仓门，或关闭粮仓门，或停止直流减速电机的转动，或发出报警信号等等；当主程序扫描到手动驾驶标志位置位时，且手动控制信号发生时，控制单元控制粮仓门动作；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应:如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是开启粮仓门的命令，则启动PWM脉冲，驱动直流电机转动而开启粮仓门，如果是关闭粮仓门的命令，则启动PWM脉冲，驱动直流电机反向转动而关闭粮仓门；如果是手动/自动切换命令，则改变手动/自动标志位。由此，连续接粮系统，即可手动按钮控制，也可自动控制。
[0011]本发明的有益效果是，系统运行后，只要收割机行驶到指定的卸粮点，且运输挂车处于接粮工位，控制系统可自动开启出粮口，绞龙提升机立即把稻谷输送到运输挂车里，并且，I台绞龙提升机可对多台收割机接粮作业，作业效率大幅提高，劳动强度大幅下降。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013]图1是连续接粮系统的总体布置图。
[0014]图2是大粮箱与电动出粮口结构的正视图。
[0015]图3是电动出粮口部件的俯视图。
[0016]图4是绞龙提升机的俯视图。
[0017]图5是接粮控制单元的电路原理图。
[0018]图6是接粮控制单元的软件流程图。
【具体实施方式】
[0019]图中，1.收割机，2.大粮箱，3.料斗，4.绞龙传输管，5.柴油机，6.出料口，7.托架，8.运输挂车，9.大粮箱进料口，10.上限位接近开关，11.直流减速电机，12.支架，13.下限位接近开关，14.料斗接近开关，15.电容式接近开关，16.齿轮，17.齿条，18.粮仓门，19.直线轴承导轨副，20.出粮口，21.YK型圆锥-圆柱齿轮箱，22.联轴器，23.绞龙轴，24.电阻R8，25.开仓按钮Kl，26.关仓按钮K2，27.单片机U2，28.电阻R3，29.电阻R1，30.电阻R2，31.光耦Ul，32.配置电阻，33.CAN驱动芯片U3，34.限流电阻R4，35.光耦U4，36.功率三极管Ql，37.三极管Q2，38.偏置电阻R5，39.三极管Q3，40.排阻PR2，41.排阻PRl
[0020]在图1的中，收割机(I)在平行于机耕路处停车卸粮，其右侧面配置了了大粮箱
(2)，绞龙提升机的料斗(3)位于出粮口(20)的下方，托架(7)把绞龙传输管(4)的头部抬升，使其出料口(6)对准了运输挂车(8)的车厢内。当收割机作业时，柴油机(5) —直处于工作状态；收割作业时，出粮口(20)常态为关闭状态，当谷物达到大粮箱(2)的容量上限时，电容式接近开关(15)发出粮箱满的信号，提示驾驶员停止收割作业、驶向卸粮点；当收割机行驶到卸粮点时，2只料斗接近开关(14)都发出信号，示意驾驶员停车；驾驶员可在观察到运输挂车就位的情况下，按下开仓按钮Kl (25)，直流减速电机(11)转动，通过齿轮
(16)、齿条(17)的啮合传动，粮仓门(18)打开，大粮箱(2)内的稻谷从出粮口(20)落入料斗(3)内，绞龙提升机把谷物输送到运输挂车上，免去了繁重的粮袋上装的体力工作。
[0021]在图2和图3中，大粮箱⑵的上侧上部是大粮箱⑵的进料口(9)，该入口的正对面是一只电容式接近开关(15)，大粮箱(2)的底部呈斜坡状，出粮口(20)位于该斜坡的最低位置，粮仓门(18)由一副直线轴承导轨副(19)支撑，该粮仓门(18)的后侧中央是一根齿条(17)，直流减速电机(11)的输出轴上的小齿轮(16)与该齿条(17)构成齿轮传动运动副。上限位接近开关(10)、下限位接近开关(13)分别位于出粮口(20)的上方和下方，以感受粮仓门(18)的运动。2只料斗接近开关(14)位于出粮口(20)的左、右侧的底部。当大粮箱(2)未满时，电容式接近开关(15)输出低电平信号；当大粮箱(2)装满时，电容式接近开关(15)输出高电平信号，驾驶员仪表盘上的“粮箱满”警报灯闪烁，提示驾驶员停止收割作业，驶往卸粮点。当出粮口(20)对准料斗(3)时，2只料斗接近开关(14)输出信号，仪表盘上“料斗就位”警报灯闪烁。
[0022]大粮箱(2)可适当缩小高度，使其位于传统粮袋式收割机的小粮箱下面，也可以达到连续输送稻谷的目的。
[0023]在图4中，柴油机(5)位于绞龙提升机的机架上，通过皮带与YK型圆锥-圆柱齿轮箱(21)传递动力，动力传递路线为:柴油机(5)—皮带传动一YK型圆锥-圆柱齿轮箱
(21)—联轴器(22)—绞龙轴(23) ο
[0024]在图5中，连续接粮系统的控制单元采用PIC18F248单片机U2(27)，开仓按钮
[25]或关仓按钮(26)的输入端口连接到单片机U2(27)的RBO和RBl引脚，并各自连接了一只上拉电阻R8和R9 (24)，由接近开关(10，或13，或14，或15)传来的开关信号INx接入到光耦Ul(31)的阴极，该光耦(31)的光电二极管端的阳极、阴极分别连接一只限流电阻Rl (29)和上拉电阻R2 (30)，该光耦(31)的输出三极管端的集电极引脚与单片机U2 (27)的RA引脚连接，并连接了一只上拉电阻R3 (28);单片机U2(27)的RCO引脚连接另一只光耦U4(35)第一只的阴极，同样，该光耦(35)也连接了限流电阻PRl (41)和上拉电阻PR2 (40)，该光耦(35)第一只的输出三极管端的发射极引脚与大功率三极管Ql (36)的基极连接，该三极管(36)的集电极与一只肖特基二极管Dl的阳极连接，该集电极用于连接外部报警灯；单片机U2 (27)的RC2弓丨脚输出PffM脉冲波，连接光耦U4 (35)第二只的阴极，光电隔离后，该只光耦的射极连接三极管Q2 (37)的基极，该只光耦的集电极连接一只上拉排阻PR2，三极管Q2 (37)的基极与射极之间放置一只偏置电阻R5 (38)，三极管Q2 (37)的集电极作为PffM信号的输出引脚连接直流减速电机(11)的电机驱动器的PWM输入引脚；而单片机U2 (27)的RC3引脚输出电平信号，经光耦U4(35)第三只的隔离、三极管Q3的信号整形后，连接到直流减速电机(11)驱动器的DIR引脚，设置直流减速电机(11)的旋转方向，达到控制粮仓门(18)上下运动的目的。此外，单片机U2 (27)的CANTX和CANRX引脚与CAN驱动芯片U3(33)的TXD、RXD引脚分别连接，其CANH、CANL引脚与外部总线的CAN总线连通，其旁边的R7(32)是CAN通讯的波形设置电阻。至此，控制单元即可通过按钮手动控制大粮箱(2)放粮，也可设置为自动卸粮模式，更可通过CAN接口，由更高层次的控制器控制连续接粮。
[0025]在图6中，初始化模块对PIC18F248单片机U2 (27)的RA、RB、RC端口、CAN通讯控制寄存器、PWM寄存器和定时器HMERO作出设置，清空CAN通讯的自定义接收、发送缓存，开启定时器、CAN通讯中断功能，然后程序进入扫描循环体。若无任何事件发生，主程序不断地扫描3个条件判断语句，控制单元不改变任何输出号；当定时器中断事件发生时，在中断子程序内置位时刻点标志位，当主程序扫描到定时采集时刻的条件判断语句时，采集输入端口状态，覆盖上一次采集的信息，如果在新的端口状态中发现开仓按钮Kl (25)或关仓按钮K2(26)产生了按下的事件，置位手动控制标志位，复位自动控制标志位；如果是某接近开关(10，或13，或14，或15)的电平信号跳变为低电平，则做出相应的动作，例如自动开启粮仓门，或关闭粮仓门，或停止直流减速电机的转动，或发出报警信号等等；当主程序扫描到手动驾驶标志位置位时，且手动控制信号发生时，控制单元控制粮仓门(18)动作；当CAN通讯中断事件发生时，在中断子程序内置位CAN通讯接收到字符的标志位，当主程序扫描到发生通讯事件时，根据接收到指令分别做出响应:如果是采集端口状态的命令，则发送最近采集的端口状态，如果是开启粮仓门(18)的命令，则启动PffM脉冲，驱动直流电机(11)转动而开启粮仓门(18)，如果是关闭粮仓门(18)的命令，则启动PffM脉冲，驱动直流电机
(11)反向转动而关闭粮仓门(18);如果是手动/自动切换命令，则改变手动/自动标志位。由此，该实施例的连续接粮系统，即可手动按钮控制，也可自动控制。
【主权项】
1.一种履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法，包括大粮箱、绞龙提升机、运输挂车、控制单元等，其特征是:绞龙提升机与联合收割机是分离的，绞龙提升机可轮流为多台收割机进行连续接粮作业。2.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法，其特征是:粮仓门由一副直线轴承导轨副支撑，该粮仓门的后侧中央是一根齿条，直流减速电机的输出轴上的小齿轮与该齿条构成齿轮传动运动副；上限位接近开关、下限位接近开关分别位于出粮口的上方和下方，2只料斗接近开关位于出粮口的左、右侧的底部，当联合收割机的出粮口对准绞龙提升机的料斗时，会发出就位信号。3.根据权利要求1所述的履带式联合收割机的连续接粮系统及其控制方法，其特征是:控制单元配有开启粮仓门、关闭粮仓门按钮，通过光电隔离采集接近开关的信号；通过光电隔离输出控制报警灯，能产生PWM脉冲波去控制直流减速电机的正、反转；配有CAN接口，能由更高层次的控制器控制连续接粮。
【文档编号】A01D41/127GK105875026SQ201410535460
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年10月10日
【发明人】张方明, 卢文强
【申请人】宁波市鄞州麦谷农业科技有限公司