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农业机械学报 2014年第8期45卷 106-111,79页

作者：梁振伟李耀明赵湛徐立章唐忠江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013

分析了籽粒损失监测传感器敏感板的响应与系统阻尼比的关系,提出了通过在敏感板敷设约束阻尼层增加振动系统阻尼比来快速衰减敏感板谐波振动的方法。通过对不同阻尼损耗因子敏感板进行籽粒碰撞响应试验,优选了敏感板的材料和结构形式,... 详细信息

分析了籽粒损失监测传感器敏感板的响应与系统阻尼比的关系,提出了通过在敏感板敷设约束阻尼层增加振动系统阻尼比来快速衰减敏感板谐波振动的方法。通过对不同阻尼损耗因子敏感板进行籽粒碰撞响应试验,优选了敏感板的材料和结构形式,在此基础上运用ANSYS软件对敏感板进行了模态分析,确定了约束阻尼层在敏感板上的最佳敷设位置。籽粒碰撞响应试验结果表明,敏感板局部约束阻尼处理后,籽粒碰撞信号波形衰减至1.5 V所用时间由10 ms缩短到3 ms左右,大大提高了籽粒损失监测传感器的检测频率。

关键词：联合收获机籽粒损失传感器敏感板阻尼比模态分析

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玉米籽粒收获机清选损失在线监测系统研究与设计

玉米籽粒收获机清选损失在线监测系统研究与设计

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作者：魏德欣中国农业科学院

学位级别：硕士

作业损失是衡量玉米籽粒收获机作业质量的重要指标,清选损失是总损失的主要来源之一。现阶段玉米籽粒收获机缺乏清选损失等在线监测装置,虽然通过人工测算可以进行作业质量分析,但是该方法所需劳动力多、效率低,难以将信息进行及时反馈... 详细信息

作业损失是衡量玉米籽粒收获机作业质量的重要指标,清选损失是总损失的主要来源之一。现阶段玉米籽粒收获机缺乏清选损失等在线监测装置,虽然通过人工测算可以进行作业质量分析,但是该方法所需劳动力多、效率低,难以将信息进行及时反馈,导致实际作业过程中无法根据作业质量实时调整收获机工作参数,从而造成大量的损失。在玉米籽粒收获机工作时对清选损失进行实时监测,并根据清选损失等指标对清选装置的工作参数、收获机行走速度、割幅等进行调节以降低清选损失,提高作业质量。本文根据国内现有玉米籽粒收获机清选损失监测的实际需求,开展清选损失监测系统研究。清选损失监测传感器是由敏感板与信号处理电路组成,根据信号质量设计由冲击板和压电陶瓷组成的敏感板,通过信号采集与分析,设计能够提取籽粒信号并且能够根据输出信号得到籽粒数量的信号处理电路。同时利用其它硬件设备与软件进行监测系统整体设计,能够实时获取、显示、保存损失等作业信息。本文的主要研究内容和结论如下:1.分析国内外在谷物、玉米等收获机清选损失监测技术研究现状,研究玉米籽粒收获机清选损失在线监测方法。统计用雷沃GE40收获含水率为32.28%,品种为伟科702的损失情况,结果为清选损失率为1.52%、总损失率约为7.7%,清选排出物中碎芯与籽粒在重量上的比例约为15.76:1。通过测量玉米籽粒、碎芯尺寸,并对碎芯进行尺寸划分,分析探索提高监测系统监测精度的方法。根据监测系统的工作原理与现有玉米机械收获的情况,确定玉米籽粒收获机清选损失监测系统的设计要求和总体设计方案。2.清选损失监测传感器的研究。传感器由冲击板、压电陶瓷与信号处理电路组成,排出的籽粒、碎芯等碰撞到冲击板上产生振动信号,压电陶瓷将振动信号转化为电信号,信号处理电路对信号进行处理,以获取籽粒损失信息。以相同撞击条件下,产生振动信号的衰减速度快、频率高,应变量大为目标,通过ANSYS进行模态分析等,最终确定了冲击板的材料为304不锈钢、边长为200mm、厚度为1mm。冲击板与压电陶瓷组成敏感板,采集碎芯与玉米籽粒碰撞敏感板产生的时域信号,利用快速傅里叶变化,将时域信号转化为频域信号,统计分析得籽粒信号的频率重心约为4339.4HZ,碎芯信号的频率重心约为2291.2HZ。通过频域图以及统计发现两者信号的主要区别为频率不同,因此根据频率分布这一特征值进行信号处理电路的设计研究。依据理论计算与NI Multisim14.0仿真对元器件参数进行确定与优化,设计了由截止频率为8.07KHz的VCVS高通滤波电路、包络检波电路、电压比较电路组成的信号处理电路,完成清选损失监测传感器的设计研究。3.玉米籽粒收获机清选损失监测系统硬件及软件研究设计。根据传感器输出信号、监测系统的工作环境等,对监测系统的硬件组成进行了探讨,为了使监测系统更加集成,选用搭载STM32F103ZET6单片机的开发板作为本研究装置的控制器,根据显示与输入需求,选用了带有触摸功能的TFTLCD液晶屏,为了方便安装与获取信号,选用光电传感器获取收获机的行进速度,随后根据各模块的用电需求选择了合适的升压模块以及电源模块。通过Keil软件编写程序实现对各硬件模块进行控制,使其正常工作,通过设计合适的人机交互界面实现监测系统的实用性,设计的软件主要包含中断程序、触摸屏显示及输入程序、数据计算、存储程序等。4.玉米籽粒收获机清选损失监测系统试验。在试验室对监测系统的性能进行试验,通过分析多个籽粒同时碰撞传感器时的监测准确率对程序与信号处理电路中R进行微调。随后通过两因素中心组合试验设计,对传感器的最佳安装位置进行试验探究,试验物料分为两部分,一部分全部为玉米籽粒,另一部分为籽粒与碎芯的混合物,对试验结果进行统计分析,并建立回归模型,确定了传感器的最佳安装高度为30cm、最佳安装角度为30°,此时物料全部为玉米籽粒的监测准确率为91.77%,物料为籽粒与碎芯的混合物时的监测准确率为90.63%。将损失监测系统安装在雷沃GE40机型上,通过田间预试验,确定了实际损失粒数与监测到的损失率数之间的修正系数k为0.398。玉米籽粒收获机分别在0.8、1.0、1.2m/s的工作速度下,监测系统测得的平均清选损失率分别为1.41%、1.58%、1.83%。测得本次收获的平均损失率为1.61%,与统计的清选损失率1.52%相比,清选损失监测系统的误差为6.6%。试验结果表明,玉米清选损失监测系统的研究与设计达到了预期效果。

关键词：玉米籽粒收获机清选损失监测系统敏感板信号处理电路玉米籽粒

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