基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法及装置，其方法包括以下步骤：设定多个采样时间t，并设定每个采样时间t内甘蔗收获机的刀盘的转速不同；利用激光位移传感器在多个采样时间t内分别实时采集刀盘在甘蔗收割时的多个振动位移数据，根据多个振动位移数据得到刀盘的多个振动峰峰值h；采集每个采样时间t内被切割甘蔗留土部分的评估参数，根据多个评估参数获取被切割甘蔗留土部分的多个第一综合评分Y；根据多个振动峰峰值h以及对应的多个第一综合评分Y得到切割质量评估曲线；根据切割质量评估曲线获取甘蔗切割质量的评估指标。本发明实现对切割质量的实时在线评估，为甘蔗收获机检修和农民种植提供大量的参考数据。

说明书

技术领域

本发明涉及甘蔗收获机械技术领域，特别涉及一种基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法及装置。

背景技术

近几年，我国甘蔗机械化收获试验结果表明：机械收割甘蔗后，甘蔗宿根损伤严重，切割质量差，导致翌年宿根发芽减少或不能发芽，影响来年的生长发育，极大的影响了甘蔗产量和经济效益。破头率是切割质量的一个重要指标，在国内应用的各型号甘蔗收割机中，无论是国外机型还是国内机型，切割甘蔗时的破头率一般高达20％以上，有的机型非入土切割甚至高达90％，过高的破头率意味着农民的种植成本的翻倍提高。目前农民难以接受机械化收割造成的甘蔗损失，所以当前推广应用甘蔗收获机，提高收获后切割质量、降低破头率是亟待解决的问题。

切割质量作为甘蔗收获机的一项重要性能指标，同时也是判断甘蔗来年是否能连续生长的重要指标，如何在收获时对切割质量进行快速有效的评价，是目前甘蔗收获机研究的一个技术问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法及装置，其能够准确在线评估切割质量。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法，包括以下步骤：步骤一，设定多个采样时间t，并设定每个采样时间t内甘蔗收获机的刀盘的转速不同；步骤二；利用激光位移传感器在多个采样时间t内分别实时采集甘蔗收获机的刀盘在进行甘蔗收割时的多个振动位移数据，根据多个所述振动位移数据得到所述刀盘的多个振动峰峰值h；步骤三，采集每个采样时间t内被切割甘蔗留土部分的评估参数，根据多个所述评估参数获取被切割甘蔗留土部分的多个第一综合评分Y；步骤四，根据多个所述振动峰峰值h以及对应的多个所述第一综合评分Y得到切割质量评估曲线；步骤五，根据所述切割质量评估曲线获取甘蔗切割质量的评估指标。

优选地，上述技术方案中，所述激光位移传感器安装在所述刀盘的正上方。

优选地，上述技术方案中，所述评估参数包括：裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节。

优选地，上述技术方案中，根据所述裂纹数，所述裂纹宽度，所述裂纹长度以及所述是否过节的平均值通过归一算法获取评估参数。

优选地，上述技术方案中，根据所述评估参数获取综合评分Y：

$>Y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}{x}_j{\omega }_j$>

其中，x_j为第j个评估参数，ω_j为第j个评估参数的权值。

为实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估装置，包括：设定模块，用于设定多个采样时间t，并设定每个采样时间t内甘蔗收获机的刀盘的转速不同；峰值采集模块，用于利用激光位移传感器在多个采样时间t内分别实时采集甘蔗收获机的刀盘在进行甘蔗收割时的多个振动位移数据，根据多个所述振动位移数据得到所述刀盘的多个振动峰峰值h；综合评分模块，用于采集每个采样时间t内被切割甘蔗留土部分的评估参数，根据多个所述评估参数获取被切割甘蔗留土部分的多个第一综合评分Y；评估曲线模块，用于根据多个所述振动峰峰值h以及对应的多个所述第一综合评分Y得到切割质量评估曲线；评估指标模块，用于根据所述切割质量评估曲线获取甘蔗切割质量的评估指标。

优选地，上述技术方案中，所述激光位移传感器安装在所述刀盘的正上方。

优选地，上述技术方案中，所述评估参数包括：裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节。

优选地，上述技术方案中，根据所述裂纹数，所述裂纹宽度，所述裂纹长度以及所述是否过节的平均值通过归一算法获取评估参数。

优选地，上述技术方案中，根据所述评估参数获取综合评分Y：

$>Y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}{x}_j{\omega }_j$>

其中，x_j为第j个评估参数，ω_j为第j个评估参数的权值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明能够实现对切割质量的实时在线评估，为甘蔗收获机检修和农民种植提供大量的参考数据，相对于纯人工检修和农民测量节省大量的人力物力。

2、振动数据和评估数据都可以存储在数据库中，便于数据的后期保存、分析和整理。

附图说明

图1是根据本发明基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法的流程图。

图2是根据本发明激光位移传感器的设置状态图。

图3是根据本发明振动位移时域波形信号图。

图4是根据本发明振动峰峰值与综合评分拟合图。

图5是根据本发明基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1显示了根据本发明优选实施方式的基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法，其包括以下步骤：

步骤一，设定多个采样时间t，并设定每个采样时间t内甘蔗收获机的刀盘的转速不同；

步骤二；利用激光位移传感器在多个采样时间t内分别实时采集甘蔗收获机的刀盘在进行甘蔗收割时的多个振动位移数据，根据多个振动位移数据得到刀盘的多个振动峰峰值h；

具体地，激光位移传感器的设置方式如图2所示，激光位移传感器安装在刀盘的正上方，可精确的非接触测量刀盘的位置，采集刀盘振动位移的时域波形，然后进行统计处理，得出该采样时间t内的振动峰峰值h(即波峰减波谷的值)。

步骤三，采集每个采样时间t内被切割甘蔗留土部分的评估参数，根据多个评估参数获取被切割甘蔗留土部分的多个第一综合评分Y；

该步骤中，评估参数是经过人工测量得到的对应于某一振动峰峰值h的一系列数据，评估参数包括：裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节，然后分别获取裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节的平均值，例如t时间砍了m根甘蔗，裂纹数为n，所得平均值为n/m；将4个指标的平均值通过归一算法归一化成评估参数x_j；根据评估参数获取综合评分Y：

$>Y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}{x}_j{\omega }_j$>

式中，x_j为第j个评估参数，ω_j为第j个评估参数的权值，其中，评估参数x_j越低，对应的综合评分Y越低，即甘蔗切割质量越好。

步骤四，根据多个振动峰峰值h以及对应的多个第一综合评分Y得到切割质量评估曲线；

该步骤中的质量评估曲线是根据多个(h，Y)数据点线性回归得到的一次函数曲线，即Y＝αh+β。

步骤五，根据切割质量评估曲线获取甘蔗切割质量的评估指标。

其中，以线性方程式Y＝αh+β对甘蔗收获机正常工作状态下的甘蔗切割质量进行评估，每工作单位时间t之后，系统输入一个h值，输出一个评估指标Y值。

下面，通过一具体应用实施例对切割质量的实时在线评估：

实施例1：

如图2所示，在甘蔗收获机的刀盘1正上方安装日本基恩士公司生产的LK-G150A激光位移传感器4，对刀盘1进行采样，刀盘1由液压马达2通过齿轮箱3带动，该激光位移传感器4由测头和控制器两部分组成，最高采样频率为50KHz，输入电压为24V，设置采样频率为5KHz时可精确的非接触测量刀盘1的位置并输出电信号；

激光位移传感器4在采样时间t内实时采集振动位移数据，得到振动位移的时域波形，然后进行统计处理，得出该采样时间t内的振动峰峰值h；具体见图3；

经过人工测量收集采样时间t内被切割甘蔗留土部分的裂纹数、裂纹宽度，裂纹长度，是否过节这四个评估参数的一系列数据，根据评估算法得出综合评分Y，评估算法的目标函数公式如下：

$>Y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}{x}_j{\omega }_j$>

其中，x_j为第j个评估参数，ω_j为第j个评估参数的权值。

改变刀盘1转速，调整振动峰峰值h，得出相应的综合评分Y数据；

根据数据点线性回归得到一次函数曲线，数据点如表1所示，拟合后得到的曲线如图4所示，该线性方程式为Y＝3.53*h-1.26，相关性系数R＝0.96，误差＝0.11。

表1

利用线性方程式Y＝3.53*h-1.26对甘蔗收获机正常工作状态下的切割质量进行评估，每工作单位时间t之后，系统输入一个h值，输出一个评估指标Y值。

综上，砍蔗刀盘作为切割的关键部件，其性能直接影响切割质量和来年宿根。刀盘振动对切割质量有显著影响，具有一定的规律性。利用该规律性，通过工作时间刀盘振动幅值对切割后的甘蔗切割质量进行实时在线的评估，可以为本领域的研究人员和农民提供大量有效的参考数据。

以上详细介绍了基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估方法的流程，该方法也可以通过装置实现，下面详细介绍该装置的结构和功能。

如图5所示，基于甘蔗收获机刀盘振动的切割质量评估装置，包括：

设定模块10，用于设定多个采样时间t，并设定每个采样时间t内甘蔗收获机的刀盘的转速不同；

峰值采集模块20，用于利用激光位移传感器安装在刀盘的正上方在多个采样时间t内分别实时采集甘蔗收获机的刀盘在进行甘蔗收割时的多个振动位移数据，根据多个振动位移数据得到刀盘的多个振动峰峰值h；

综合评分模块30，用于采集每个采样时间t内被切割甘蔗留土部分的评估参数，根据多个评估参数获取被切割甘蔗留土部分的多个第一综合评分Y；评估参数包括：裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节，根据裂纹数，裂纹宽度，裂纹长度以及是否过节的平均值通过归一算法获取评估参数；根据评估参数获取综合评分Y：

$>Y=\underset{j=1}{\overset{4}{\Sigma }}{x}_j{\omega }_j$>

其中，x_j为第j个评估参数，ω_j为第j个评估参数的权值。

评估曲线模块40，用于根据多个振动峰峰值h以及对应的多个第一综合评分Y得到切割质量评估曲线；

评估指标模块50，用于根据切割质量评估曲线获取甘蔗切割质量的评估指标。

借此，本发明的装置能够实现对切割质量的实时在线评估，为甘蔗收获机研发和农民种植提供大量的参考数据，相对于纯人工测算节省大量的人力物力。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。