油菜联合收获机清选损失监测方法与装置研究

摘要

目前，我国油菜种植面积和产量都居世界第一，但是我国油菜收获机械化总体水平较低。据统计，在“十二五”期间，我国油菜收获机械化率仅为29.4%，导致油菜机械化收获率低的一个重要原因是机械收获损失较大，而其中清选损失约占总损失的40%-60%。针对我国油菜联合收获机清选损失大，无法实时监测的问题，提出在油菜联合收获机振动筛后方横向布置一体多块式清选损失监测传感器，通过压电原理计数损失籽粒，并根据建立的监测量和清选损失量之间的数学模型，实时获取清选损失的监测方案。具体工作如下： （1）油菜清选损失监测模型的建立 在自行研制的多风道清选试验台上进行油菜清选试验，获得损失油菜籽粒在不同风机转速下的分布规律，并建立清选损失监测模型。通过在清选筛尾部横向、纵向布置接料盒，获得不同风机转速下损失油菜籽粒沿横向和纵向分布规律，建立横向清选损失模型和纵向清选损失模型，并据此归纳出油菜清选损失监测模型。经各行损失占比方差分析，优选了传感器的安装位置。 （2）高分辨率一体多块式清选损失监测装置的设计 清选抛出物中的油菜籽粒、短茎秆、角果壳与监测板响应的差异性是区分各成分的重要特性。在离散元软件EDEM中建立油菜籽粒、茎秆和角果壳模型，仿真模拟各成分与监测板碰撞力学过程。结果表明油菜籽粒碰撞监测板引起振动的频率在14-20KHz，茎秆和角果壳引起振动的信号频率均小于2KHz，为信号处理电路滤波器的截止频率取值范围提供参考。 在上述仿真和试验的基础上，设计一套一体多块式清选损失监测装置。选用P5-3B型压电陶瓷为敏感元件，并设计了一种具有放大、滤波、整流和比较功能的处理电路，试验表明该处理电路能将油菜籽粒冲击信号从茎秆、角果壳和碎草等干扰信号中识别出来，籽粒信号经中断传入上位机中，上位机中预设的清选损失监测模型将输入信号转换获得清选损失量，该装置检测频率高、准确率高。 （3）传感器的抑制振动与隔振设计 为减小振动对监测精度的干扰，从抑制振源和被动隔振入手。在DH5902振动测试仪测得振动信号的基础上，一方面，通过减小振动筛往复运动惯性力不平 衡造成的振动，另一方面，设计隔振结构，分析计算出得横向和纵向隔振橡胶的刚度等参数，选取合适尺寸的隔振橡胶以减弱振动传递对传感器的影响。 为检验该损失传感器的性能，在实验室内设计不同数量的籽粒流量，茎秆、角果壳物料混合物在清选损失标定试验台上进行标定试验。将设计的油菜清选损失监测装置安装在TH988型油菜联合收获机上进行了田间试验，试验结果表明：监测装置整体性能良好，检测准确率高，误差小于6%，并且实现了单块监测板检测频率＞200粒/s，超过了已有的稻麦清选损失监测装置的最大检测频率。 论文研发的可监测油菜清选损失的一体多块式监测装置既是降低油菜联合收获清选损失可靠手段；也是提高油菜收获机械智能化，高效化的有效途径。

目录

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1.4本章小结

第二章 油菜清选抛出物分布规律和清选损失模型研究

2.1油菜清选试验

2.1.1多风道清选试验台

2.1.2 油菜清选试验设计

2.1.3 清选试验过程

2.2 清选抛出物成分

2.3 物料物理特性测定

2.3.1 油菜籽粒含水率

2.3.2油菜籽粒千粒重与直径

2.3.3 油菜角果壳，茎秆长度与直径测量

2.4油菜清选损失监测模型的建立

2.4.1清选损失试验结果

2.4.2清选损失横向，纵向分布规律

2.4.4清选损失传感器最佳安装位置

2.5 本章小结

第三章 清选损失监测装置设计

3.1一体多块式清选损失传感器结构设计

3.1.1传感器的整体结构

3.1.2监测板的选型

3.1.3压电效应与压电陶瓷选型

3.2油菜清选抛出物碰撞监测板力学特性研究

3.2.1物料仿真模型的建立

3.2.2仿真过程与结果分析

3.3 电路设计

3.3.1总体监测设计

3.3.2 电荷放大电路

3.3.3带通滤波器

3.3.4 精密全波整流电路

3.3.5 包络检波及标准方波发生电路

3.4显示仪表

3.5本章小结

第四章 清选损失监测装置的抑制振源与隔振设计

4.1振动信号的测量与分析

4.1.1测试系统和测试对象

4.1.2 测点布置及试验过程

4.1.3频谱分析

4.2抑制振动方法与原理

4.3振动筛惯性力平衡

4.3.1振动筛惯性力动力学分析

4.3.2振动筛惯性力平衡最佳配重仿真

4.4被动隔振

4.4.1隔振方程

4.4.2 隔振设计

4.5本章小结

第五章油菜清选损失监测装置标定试验及田间试验

5.1标定试验

5.1.1标定试验台

5.1.2不同籽粒流量下的标定试验

5.1.3混合物标定试验

5.1.4不同油菜品种的标定试验

5.1.5一体多块式与整板式监测装置对比实验

5.1.6 传感器正向与反向安装对比试验

5.2田间试验

5.2.1试验安排与过程

5.2.2试验结果与分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2展望

参考文献

致谢

读研期间参加的科研项目与研究成果

一、参加的科研项目

二、发表的论文

三、所获奖项