聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

　　摘要：聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙的大小是影響聯(lián)合收獲機(jī)脫離質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，本文設(shè)計(jì)了一款基于聯(lián)合收獲機(jī)的凹板結(jié)構(gòu)，通過控制線性驅(qū)動(dòng)器對(duì)凹板間隙進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過試驗(yàn)研究結(jié)果表明：該系統(tǒng)調(diào)節(jié)方便實(shí)用，且調(diào)節(jié)精度在5%以內(nèi)。

　　引言

　　谷物聯(lián)合收獲機(jī)的作業(yè)性能指標(biāo)，主要包括總損失率、破損率和含雜率等。脫粒與分離滾筒是谷物聯(lián)合收獲機(jī)的重要工作部件。脫粒與分離滾筒由高速旋轉(zhuǎn)的滾筒和固定的弧型凹板配合，使谷物從滾筒與凹板之問通過，經(jīng)脫粒元件的打擊、揉搓、碾壓和梳刷，通過破壞谷粒與穗軸的連接力而實(shí)現(xiàn)脫粒。故在作物條件一定時(shí)，脫粒質(zhì)量的好壞主要取決于脫粒滾筒轉(zhuǎn)速和凹板間隙。在一般情況下，凹板間隙越小，滾筒轉(zhuǎn)速越大，脫粒效果越好，但破碎率反而會(huì)增加。反之，在凹板間隙較小且轉(zhuǎn)速較低的情況下，雖然可以減少破損率，但很容易出現(xiàn)脫不凈、秸稈多等現(xiàn)象^[1]。因此要達(dá)到脫粒干凈、谷粒破碎少、秸稈長(zhǎng)度大、并且盡可能的將脫下的谷粒全部從凹板中漏下來的脫粒效果，對(duì)凹板間隙的調(diào)節(jié)是必不可少的。

　　本文設(shè)計(jì)了一款聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括控制器、凹板間隙檢測(cè)部分、凹板間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本研究針對(duì)凹板結(jié)構(gòu)，采用四點(diǎn)同步調(diào)節(jié)法進(jìn)行對(duì)凹板間隙的調(diào)節(jié)，及針對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)凹板結(jié)構(gòu)安裝四個(gè)線性驅(qū)動(dòng)器，通過構(gòu)建CAN總線控制節(jié)點(diǎn)，對(duì)四個(gè)點(diǎn)的線性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行同步控制，從而實(shí)現(xiàn)凹板間隙的調(diào)節(jié)。

　　系統(tǒng)采用美國(guó)Microchip公司生產(chǎn)的PIC18F25K80微控器。該芯片集成CPU和時(shí)鐘、“看門狗”、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)/計(jì)數(shù)和I/O等模塊。片上自帶ECAN模塊，ECAN 模塊是一個(gè)通信控制器，實(shí)現(xiàn)了BOSCH 規(guī)范中定義的CAN 2.0A 或B 協(xié)議，該模塊具有以下特性：實(shí)現(xiàn)了CAN協(xié)議CAN 1.2、CAN 2.0A和CAN 2.0B，支持DeviceNet^TM數(shù)字字節(jié)過濾器，支持標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀， 0-8 字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，最高1 Mb/s 的可編程比特率，并帶有SPI，USART，TIMER等多種外設(shè)資源^[2]。其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　　1.1 聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙機(jī)構(gòu)電控設(shè)計(jì)

　　聯(lián)合收獲機(jī)凹板間隙大小的控制結(jié)構(gòu)由線性驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)，通過控制驅(qū)動(dòng)器電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來推動(dòng)推桿，從而對(duì)凹板間隙進(jìn)行控制。采用電位計(jì)的信號(hào)做為反饋信號(hào)，構(gòu)建閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。其控制流程框圖如圖2所示。

　　采用的線性驅(qū)動(dòng)器(放大器)適用于要求特殊的領(lǐng)域，相比普通PWM開關(guān)型伺服驅(qū)動(dòng)器，其特點(diǎn)是：驅(qū)動(dòng)平滑、無力矩紋波、無電磁開關(guān)噪音、高帶寬、并可驅(qū)動(dòng)超小電感量的電機(jī)。線性驅(qū)動(dòng)器采用鋁合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊密、重量輕、采用直流電機(jī)齒輪減速，內(nèi)置微動(dòng)開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)行程走完自動(dòng)停止，并且內(nèi)置電位器，可實(shí)現(xiàn)行程可控， 24V供電，轉(zhuǎn)矩1500N•m，最大電流5A。

　　針對(duì)直流電機(jī)的特性設(shè)計(jì)了一種基于BTS7960芯片的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，BTS7960是應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的大電流集成芯片。它由一個(gè)P溝道的高邊MOSFET和一個(gè)N溝道的低邊MOSFET結(jié)合一個(gè)集成的驅(qū)動(dòng)IC形成了能經(jīng)受大電流通過的H橋。由于有了P溝道高邊開關(guān)，省去了電荷泵，因此減小了電磁干擾(EMI)。BTS7960內(nèi)部集成的驅(qū)動(dòng)IC使其和微控制器的接口變得非常容易，并且具有邏輯電平輸入、電流檢測(cè)診斷、斜率校正、死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生和過溫、過壓、欠壓、過流及短路保護(hù)的功能^[3]。兩塊BTS7960能夠進(jìn)行連接構(gòu)成H全橋。BTS7960通態(tài)電阻的典型值為16毫歐，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)43A，完全符合驅(qū)動(dòng)本文選用電機(jī)的要求。以BTS7960設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)有：具有信號(hào)指示和電源指示;轉(zhuǎn)速可調(diào);抗干擾能力強(qiáng)輸入全光電隔離;內(nèi)部具有續(xù)流保護(hù);可單獨(dú)控制一臺(tái)直流電機(jī);PWM脈寬平滑調(diào)速(可使用PWM信號(hào)對(duì)直流電機(jī)調(diào)速);可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn);此驅(qū)動(dòng)器壓降小，電流大，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。其電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。