淺析玉米聯合收獲機主要部件故障監測系統

摘要：該文重點介紹了玉米聯合收獲機的自動化故障監測系統的相關原理和要求，包括在機器運轉的過程中對割臺、剝皮機等主要部件的轉速進行監測，針對可自行修復的因堵塞造成的運轉異常進行聲光報警等問題，并指出了玉米聯合收獲機自動監測系統的發展方向。

關鍵詞：玉米；聯合收獲機；割臺；故障監測；故障診斷；預警；報警

劉鳳林. 淺析玉米聯合收獲機主要部件故障監測系統[J]. 農業工程技術，2017，37（14）：44.

中國玉米收獲機械起步較晚，長期科研創新能力不足，技術一直在低水平徘徊。作為收獲效率最高的玉米直接收獲裝備技術、廣泛適用當前多行距玉米種植農藝的不對行收獲技術，國內一直未有重大突破。另外，由于農機工業基礎薄弱，玉米收獲機械產品還存在著性能、質量和可靠性問題。多方面技術因素的綜合影響，抑制了農民對玉米收獲機的購買熱情。

玉米機械化過程中，需要配套機一次性的完成數十個作業環節，摘穗、輸送、剝皮等，所以玉米聯合收獲機的體積比較大、結構相對復雜導致了故障易發生。同時為了避免機手的發生安全事故問題，工作環境是在全封閉的駕駛室工作，人的感覺是有限的，無法監視全部運轉部件的作業情況。所以在玉米聯合收獲機運轉的過程中，就需要一個故障監測系統，對機器的整個運轉進行監測，對割臺、升運器等重要的機器部件的運轉進行監測。

一、玉米聯合收獲機的工作原理

當玉米收獲機開始工作時，轉速傳感器檢測變速箱動力輸出軸、割臺動力輸入軸、剝皮機動力輸入軸和升運器動力輸入軸的轉速，把檢測的信號輸入到單片機，單片機對接收的數據進行計算，由液晶顯示器對各工作部件的轉速進行顯示。當檢測到割臺動力輸入軸、剝皮機動力輸入軸和升運器動力輸入軸中的任意一根軸轉速值與變速箱動力輸出軸轉速值的比值超出了預先設定的正常范圍時，蜂鳴器開始鳴響，所對應的報警指示燈也開始閃爍，提醒駕駛員有故障發生，并指示故障部件。駕駛員提前發現故障、排除故障，可以減少故障損失，防止故障的加重和對機器的再次損壞。

二、玉米聯合收獲機的故障監測原理

在監測的過程中，要對機器的各個部件的工作狀況進行監測，通過傳感器反映給機手。在對各類傳感器的性能做出分析對比后，發現開關型霍爾傳感器是比較理想的轉速傳感器。其工作原理是霍爾效應，在有電流的金屬薄片置于垂直于薄片的磁場中時，在金屬的里外兩側會產生一個電位差，這就是霍爾電勢。當磁場不夠強的時候，霍爾電勢和電流強度與磁感應強度成正比，和薄片的厚度成反比。霍爾型轉速傳感器安裝在收獲機的變速箱動力輸出軸、割臺輸入軸、剝皮機動力輸入軸、升運器動力輸入軸附近，其傳感器的檢測頭正對轉軸，磁鋼片通過磁性分別安裝有變速箱動力輸出軸、割臺動力輸入軸、剝皮機動力輸入軸、升運器動力輸入軸，壓力傳感器安裝于果穗箱側板上。在這個過程中，如果機器部件運轉出現故障，那么霍爾傳感器就會發生電勢的變化，進行報警[1]。

三、不同部件的監測方式要求

在對機器監測的過程中，針對不同的零部件有不同的監測方式。首先轉動類型的零部件就要對其轉速進行監測，往復機械的特點是運動部件多，運動關系復雜，在其工作時引起振動的激勵源很多，振動數據的解釋較為困難。由于往復機械機構的這種復雜性，裝配狀態的不確定性，及其邊界條件如激勵特性、支承情況、冷卻水及潤滑油介質等的影響，所以在轉速過快時發生報警，提醒機手機器負荷太大。當轉速過慢時，提示機手機器發生故障。針對震動類型的零部件，對其震動的頻率進行監測，震動頻率的不同意味著機器出現了異常。在切刀等部件監測的時候，采用光感監測，通過光纖測定其長度等，來監測其是否發生斷裂扭曲等形變，導致機器故障。

四、報警裝置的要求

在監測系統中，報警裝置的存在對于故障的排除有決定性的作用。首先要保證報警裝置的線路安全。在機器運轉的過程中，報警系統應該有獨立的電路系統，使其在機器停止運轉之后，報警裝置的電路不會出現問題，可以正常的進行報警。電源是自控系統必不可缺的部分，其性能的優劣以及功率的大小，直接關系到系統的技術指標和能否安全可靠工作。

其次是報警裝置的報警方式。在機器運轉時，故障的出現分為不同的類型，有些可以手動排除，例如超負荷、燃油耗盡等，那么這些報警是要分階段進行的。對于機器部件運轉故障，機器部件損壞等報警時需要緊急報警。同時報警裝置要進行聲光同時報警。因為機手在操作機器的時候，機器運轉的聲音過大，或者光線問題，都會影響機手的判斷，采用聲光同時報警，可以使機手提前發現故障，及早的排除機器故障，減少損失。

五、監測系統的影響因素

監測過程中，部分靈敏的傳感器，由于機身的傾斜程度的不同、周圍環境復雜，玉米葉過多、玉米晃動影響光線等因素導致了傳感器探測不靈敏。

六、機手操控臺的設計要求

機手不僅要對故障進行監測，對于可以手動監測的或者可以忽略的問題，機手通過對報警臺的操作來解除警報。在操作臺的設計過程中，要保證操作臺的操作方式不影響機手的正常駕駛和操作。

七、自動監測系統的發展方向

目前國內玉米收獲機大部分沒有安裝自動監測系統，只能通過視頻監控來對機器進行人工觀察，對一些細節的故障無法關注到。而沒有安裝的原因是因為監測系統的靈敏度要求過高，技術過于縝密。就目前國內玉米收獲機的現狀來講，監測系統需要滿足以下的配置和功能：轉速扭矩傳感器、滿箱監測傳感器、16位微處理器、液晶顯示屏、聲光報警裝置等。并且對動力分配箱、割臺、升運器等部件的轉軸進行監測。對可手動處理的因堵塞造成的故障進行處理。隨著機器的發展進步，還應該增加液壓驅動系統的故障監測功能。

參考文獻

[1] 劉文亮，劉 楓，胡 浩，等. 玉米聯合收獲機主要部件故障監測系統研究[J]. 農機使用與維修，2015，（09）：17-19.