聯合收割機堵塞故障監測系統研究

朱良豪

(安徽省五河縣農業機械化技術學校，安徽 五河 233300)

引言

我國是一個農業大國，隨著人口數量的不斷增多，耕地面積的逐漸減少，當前的很多農業耕地都在擴大聯合收割機的使用數量，這些設備在使用的過程中常常會因為高負荷的運轉工作產生不可避免的事故，筆者將在下文進行比較詳細的論述。

1 聯合收割機堵塞情況分析

聯合收割機在進行農業收割的過程中對于質量的主要檢測標準就是脫粒的效率，在進行脫粒的過程中經常會發生堵塞故障。脫粒的主要工作內容就是將收割谷物的谷粒從谷穗上面脫落下來，這個部分的機器設備是聯合收割機的核心部分，直接決定一場收割活動的質量和效率。

1.1 收割需求提升

一般情況下，聯合收割機在滿足正常使用的情況下還應該能夠盡可能地降低收割的能耗，在保證谷物質量的同時保證莖干的完整程度。當前隨著糧食需求的不斷增加，更多的農戶更加趨向于投入量大、收割面積廣的聯合收割機型號，因此對于收割機的正常使用效率也提出了更高的要求[1]。

1.2 操作問題

根據大量聯合收割機在田間的收割情況來看，大部分收割機發生堵塞的部位是位于滾筒和輸糧的部分，因為受谷物自身濕度，收割機自身型號，推進速度，工作效率等多個方面的綜合影響，收割機在進行收割的過程中每時每刻的喂入量也是不同的。如果技術人員沒有控制好這個量的話，將農作物的喂入量調控超過了系統的工作負荷強度，脫粒的滾筒皮帶會發生打滑的情況，從而使工作效率大大下降，嚴重的可能會導致機車出現停止運行的后果。農作物大批量收獲的季節，在工作時及早切斷喂料動力也是一個比較主要的故障因素，這主要是技術人員的操作不當導致的。因此，應該加強對滾筒的檢測，實現故障的預警工作，改變傳統的工作管理模式，提高故障檢測技術在農業機器行業中的穩定進步。

1.3 滾筒性能

脫落裝置中的滾筒也是比較重要的部分，性能的高低會直接影響整體的工作質量，所以對于脫落滾筒的檢測工作同樣是一個比較重要的任務。綜合分析影響滾筒運轉效率的因素可以分為以下3點：滾筒的轉速高低，脫粒之間的間距大小，以及單位時間內的顆粒物投入量。這些屬于主要的影響因素，客觀的因素還包括農作物的生長情況，谷物的數量比以及農作物內部的含水量多少等[2]。

2 堵塞情況判斷方法

堵塞故障預警報警技術最為核心的部分就是針對故障的診斷，比較常用的方式包括故障特征參數選取、信息融合、決策制定以及標準數據庫的建立。下面將詳細討論關于堵塞故障的判斷方法。

2.1 預警監測

上文已經明確在聯合收割機中設備出現脫粒和傳輸途中堵塞是引起機器故障的主要原因，國外一些國家已經采用傳感器的方式對于故障部位進行檢測并且及時報警。但是聯合收割機需要不斷的使用，只能進行報警工作還是不夠的，需要在進行收割作業的過程中能夠及時檢測到故障的主要位置。農忙季節，嚴重的堵塞事故不僅會影響收割工作的正常進行，更會造成農民的經濟損失。所以，當前市場迫切需要研發具有預警、報警雙重功能的監測系統。

2.2 故障分析

從目前的使用情況來看，無論是國內的技術還是國外的設備都是簡單局限于基本的報警部分，缺乏對故障部分系統的檢測和分析方面的理論研究。國內目前引用堵塞報警的主要方法就是通過提高機器設備的轉速去判斷失誤情況，主要的原理為一旦轉速超過了原本的規定范圍，將會及時發出警報，這種方法比較簡單，但不是非常準確。

3 檢測系統的設計方案

聯合收割機在工作中所表現出來的工作方式是一種不確定性，非線性并且具有明顯滯后性的復雜系統。各個部分零件的工作性能和使用狀態處于一個時刻變化的狀態中，很難根據脫落裝置的現有工作狀態去制定一個比較精確的數學模型，因此當前還不能夠在機器工作中根據傳統的機理分析和數學計算方式獲得比較精確的計算模型。堵塞故障檢測系統的建設目的在于保證聯合收割機能夠發揮出最佳的工作狀態，當前比較完善的檢測系統主要包括3個不同部分的傳感器，以及信息融合裝置實現預警和報警的目的。

3.1 傳感器監測

主要的實現原理是系統內部具有3個霍爾開關，動力輸出軸，脫粒滾筒動力軸以及動力傳輸軸。每個傳感器在工作時都會被手機脈沖的信號方波，每1個瞬間的脈沖周期會被設置成為1個獨立的單元，系統將搜集而來的信息進行排列，從序列中抽取一階拆分進行相對的速度對比分析，通過采集而來的特征值向量進行融合比對，最終給出一個確定的判斷機理，對于收割機的運行狀態進行時刻監控，實現堵塞預警，報警的檢測工作。如果收割機在收割中出現了不確定性的狀態，內部的系統能夠利用CAN總線將機器的工作狀態在第一時間內傳到后臺，后臺的智能系統將會做出相應的技術處理，提高內部主機的穩定性和可維修性。在5G技術普及后，萬物皆可互聯，內部檢修裝置的工作效率將會大大提高[3]。

3.2 預警系統

在單機的檢測系統中，為了能夠實現對于機器設備的實時檢測目標，系統的內部版面第1行顯示系統的檢測情況，其余部分顯示系統的運行參數，最后的部分顯示系統的分級狀態，分別為正常、異常預警，事故報警等部分。系統根據這個部分的參數進行反映，出現預警或者報警狀態時，檢測系統上方將會出現紅燈和黃燈的情況。同時，為了能夠及時找到故障的來源，內部的系統還會利用CAN局域網將控制器把系統的狀態送到主機中。

3.3 設置獨立復位鍵

檢測裝置的外部主要設置了電源的開關和系統復位鍵位，其中開關鍵位為系統運行的主要控制部分，能夠給系統提供運轉的電源，并且啟動監控的部分程序。部分零件在安裝或者調試的過程中如果遇到了一些沒有預想到的故障，除了之前考慮到的自我保護功能外，系統的硬件還需要另外設置一個復位的功能，因此在檢測系統的外部還應該設置1個獨立的復位鍵，防止突發事故的產生。

4 故障檢測系統的硬件選取原則

檢測系統借助計算機進行運作，因此主要的硬件部分需要包括計算機主板、人機交互界面、電源電路以及測量使用的通道系統。其中，主板部分需要具有很多的數據存儲部分組成單片機系統，人機交互界面引用目前比較普及和流行的液晶顯示器以及LCD接口裝置。硬件系統在設計的時候需要做好以下幾個方面的工作：該系統是一個比較經典的應用系統，因此在選擇線路的時候盡可能選擇比較典型耐用的電路，能夠符合一般的安裝方法；系統在拓展的過程中需要能夠和外設的機械設備進行充分匹配，滿足外部應用系統的要求，并且在內部的存儲空間應該留有一部分的位置，方便后期的開發和調整。

4.1 與軟件匹配

硬件系統的安裝和調整需要集合內部的軟件方案特點進行考慮，軟件在充分發揮自身的功能性特點時還應該考慮到現實中的實用性特點，如所占CPU的大小以及運轉速度的快慢。系統中的所有機器內部零件應該和自身的性能做到基本匹配。

4.2 人機界面監測系統

系統人機界面是檢測系統不可缺少的重要部分，這個部分重要的工作在于參與系統檢測設備中參數的設定和修改工作，并且將參數的變化通過實時數據的形式表現出來。通常選取的液晶顯示器具有如下幾個特點：與傳統的顯示器相比，具有更低的能耗，在一般工作情況下的電壓只有5V左右，工作電流也非常小，可以應用在型號大小不同的設備中，在有效的容積內部實現大量的數據搜集；能非常方便地應用于大規模生產中；最為主要的特點是屬于被動現實設備，本身不具有發光的能力，需要外部的光線進行刺激；液晶顯示器能夠在同等信號下顯示更多的內容，這種技術的主要原理在于能夠將像素調節得很小，在一般大小的顯示面積中能夠儲存更多的高清圖像[4]。

5 結束語

綜上所述，當前的聯合收割機在運轉的時候可能會受到周圍很多因素的影響和干擾，這些因素會導致機器發生故障。為了防止這些情況發生，當前應該做好相應的預警系統設計工作，結合實際情況，采取綜合有效的方式。