一种切纵流脱粒装置的混合动力传动系统及方法和收获机转让专利
申请号 : CN202010128742.8
文献号 : CN111226613B
文献日 : 2021-08-03
发明人 : 唐忠 , 张奔 , 王美琳 , 李宇 , 李耀明
申请人 : 江苏大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法,其特征在于,所述切纵流脱粒装置的混合动力传动系统,包括驱动装置(1)、传动装置(2)、切流滚筒(3)、传感装置(4)、纵轴流滚筒(5)和控制单元;
所述驱动装置(1)包括发动机(101)、发电机(102)、超级电容(103)和电动机(104);所述发动机(101)和发电机(102)通过传动机构连接;所述电动机(104)与发电机(102)相连;
超级电容(103)分别与所述电动机(104)和发电机(102)连接;所述发电机(102)、超级电容(103)和电动机(104)与发动机(101)通过传动装置(2)并联在切流滚筒(3)上;
所述传感装置(4)用于测量超级电容(103)的荷电状态SOC值、切流滚筒(3)和纵轴流滚筒(5)的转速;
所述控制单元分别与发动机(101)、发电机(102)、超级电容(103)、电动机(104)和传感装置(4)连接;
所述传动装置(2)包括第一传动轴(201)、第一双排链轮(202)、双槽皮带轮(203)、传动箱(204)和第二双排链轮(205);
所述第一传动轴(201)的一端与发动机(101)轴端啮合;第一传动轴(201)的另一端通过第一双排链轮(202)和双槽皮带轮(203)与切流滚筒(3)主轴的一端连接;切流滚筒(3)主轴的另一端通过传动箱(204)的一端与电动机(104)的输出轴连接;传动箱(204)的另一端通过所述第二双排链轮(205)与纵轴流滚筒(5)的主轴前端连接;
所述传动箱(204)内设有第一锥形齿轮(2041)、第二锥形齿轮(2042)和第三锥形齿轮(2043);所述第一锥形齿轮(2041)与电动机(104)的输出轴连接,第二锥形齿轮(2042)与切流滚筒(3)主轴的另一端连接,第三锥形齿轮(2043)与第二双排链轮(205)所在轴端连接;
所述第一锥形齿轮(2041)与第二锥形齿轮(2042)啮合,第二锥形齿轮(2042)与第三锥形齿轮(2043)啮合;
该方法包括以下步骤:
所述传感装置(4)分别采集测量切流滚筒(3)的转速T1、纵轴流滚筒(5)的转速T2、超级电容(103)的荷电状态SOC值,并传递给控制单元;
所述控制单元根据切流滚筒(3)的转速T1和纵轴流滚筒(5)的转速T2得到混合动力传动系统需求的转矩Trq,将转矩Trq和SOC值作为模糊控制器的输入变量,通过模糊逻辑控制策略计算输出变量为系数参数K,控制单元根据K值控制发动机(101)、发电机(102)、超级电容(103)和电动机(104)的工作;
所述模糊逻辑控制策略具体为:
所述K的论域为[0,2],
当K=2时,混合动力传动系统需求转矩大于发动机(101)提供的转矩,控制单元控制发电机(102)和超级电容(103)放电,电动机(104)运转,与发动机(101)共同提供系统需求的转矩;
当K=1时,发动机(101)工作在最优转矩处,发电机(102)和超级电容(103)不放电,电动机(104)不工作;
当K=0时,混合动力传动系统需求转矩小于发动机(101)提供的转矩,发电机(102)和超级电容(103)不放电,电动机(104)将多余的机械能量转化为电能存储在超级电容(103)里。
2.根据权利要求1所述的切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法,其特征在于,所述控制单元根据以下公式计算得到电动机转速nm:nm=nm_min+K·Δn,K=0,1,2式中,nm_min为电动机(104)允许最小转速,Δn为电动机(104)转速范围分为一系列离散点的离散点等分差值。
3.根据权利要求1所述的切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法,其特征在于,所述发电机(102)采用65kw/13kw型永磁同步直流电机。
4.根据权利要求1所述的切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法,其特征在于,所述电动机(104)采用60kw/120kw型永磁同步直流电机。
5.根据权利要求1所述的切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法,其特征在于,所述超级电容(103)采用48V/165F电容。
6.一种收获机,其特征在于,包括权利要求1‑5任意一项所述切纵流脱粒装置的混合动力传动系统的控制方法。
说明书 :
一种切纵流脱粒装置的混合动力传动系统及方法和收获机
技术领域
背景技术
入量突变的情况。由于联合收获机的脱粒滚筒以恒定功率运转,当在脱粒过程中遇到喂入
量突变时容易造成脱粒装置传动系统动力不足、脱粒滚筒剧烈振荡,脱粒滚筒堵塞以及堵
塞后的传动链断裂等问题,这将大大影响联合收获机脱粒滚筒运转平顺性以及脱粒装置传
动系统的寿命。
用凸轮和割刀防止脱离滚筒发生堵塞和缠绕问题能够方便快捷的处理脱粒滚筒缠绕和脱
粒滚筒与栅格凹板筛之间的堵塞,进而提高作业效率。专利号CN201910662197.8发明了一
种防堵塞的滚筒凹筛板脱粒系统,包括机壳、脱粒滚筒及凹筛板,该发明利用皮带轮、转轴、
调整杆和击打板及时击打凹筛板以防止堵塞,该发明可及时对发生在脱粒间隙和凹筛板筛
孔中的堵塞进行清堵,达到连续生产的目的。专利号CN201110145990.4发明一种切纵流联
合收获机自适应防堵塞控制系统,通过由主机控制器检测切纵流脱粒装置的工作负荷,在
脱粒分离过程中由检测传感器检测切流滚筒和纵轴流滚筒的转速和扭矩,并计算变化偏差
值,与预先存储的标准值进行比较判断的方法,再根据转速和扭矩的变化对切纵流联合收
获机的脱粒分离装置工作参数进行控制。
物脱粒的性能等问题。
发明内容
时运作,补充动力;在脱粒装置传动系统能量过剩时,对能量进行回收,以此保证脱粒滚筒
运转的稳定性,平顺性。本发明能有效应对脱粒滚筒在运作时由于谷物喂入量突变的引起
的脱粒滚筒不稳定问题,能够有效预防因谷物喂入量激增而引起的堵塞和茎秆缠绕问题。
发电机、超级电容和电动机与发动机通过传动装置并联在切流滚筒上;
电动机的输出轴连接;传动箱的另一端通过所述第二双排链轮与纵轴流滚筒的主轴前端连
接;
锥形齿轮与第二双排链轮所在轴端连接;
计算输出变量为系数参数K,控制单元根据K值控制发动机、发电机、超级电容和电动机的工
作。
功率时,富余的机械能可通过电动机回收至超级电容对电池进行充电。本发明能够维持脱
粒滚筒运转的平顺性,避免脱粒装置的传动系统因喂入量的突变而产生振动,堵塞,茎秆缠
绕甚至失效等问题。
难度小,具有紧凑性最佳,风险性最小的特点。
粒滚筒可能出现的堵塞问题,增加持续工作能力。
附图说明
第一锥形齿轮,2042‑第二锥形齿轮,2043‑第三锥形齿轮,205‑第二双排链轮,3‑切流滚筒;
4‑传感装置,401‑第一转矩传感器,402‑第一转速传感器,403‑第二转矩传感器,404‑第二
转速传感器;5‑切纵流滚筒。
具体实施方式
图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或
暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为
对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以
明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或
两个以上,除非另有明确具体的限定。
械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元
件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
3、传感装置4、纵轴流滚筒5和控制单元;
和发动机101通过皮带传动105连接;所述电动机104与发电机102相连;超级电容103分别与
所述电动机104和发电机102连接;所述发电机102、超级电容103和电动机104形成为一个电
驱装置与发动机101通过传动装置2并联在切流滚筒3上。
流滚筒3的转速,所述第二转矩传感器402用于测量纵轴流滚筒5的转速。
并与两者相连接。
动机101轴端啮合;第一传动轴201的另一端通过第一双排链轮202和双槽皮带轮203与切流
滚筒3主轴的一端连接;切流滚筒3主轴的另一端通过传动箱204的一端与电动机104的输出
轴连接;传动箱204的另一端通过所述第二双排链轮205与纵轴流滚筒5的主轴前端连接。
第二锥形齿轮2042与切流滚筒3主轴的另一端连接,第三锥形齿轮2043与第二双排链轮205
所在轴端连接;所述第一锥形齿轮2041与第二锥形齿轮2042啮合,第二锥形齿轮2042与第
三锥形齿轮2043啮合。
传感器401位于切流滚筒3主轴右端,在传动箱204内,所述第一转矩传感器401用于测量切
流滚筒3的转速;所述第二转矩传感器402位于纵轴流滚筒5主轴前端,所述第二转矩传感器
402用于测量纵轴流滚筒5的转速;
过变压变频矢量控制方法实现对电机的转矩与转速控制。
发电机102发电,发电机102将过剩机械能转变为电能,电能一部分经逆变器转化储存于超
级电容103内,待必要时用于驱动电动机104,另一部分直接用于电动机104的驱动,电动机
104将电能再转化为机械能辅助驱动传动箱204,当混合动力传动系统需求转矩小于发动机
101提供的转矩,发电机102和超级电容103不放电,电动机104将传动箱204多余的机械能量
转化为电能存储在超级电容103里。
当切流滚筒3或纵轴流滚筒5转速和扭矩都正常时,电动机104处于休息状态,第一锥形齿轮
第一锥形齿轮2041随第二锥形齿轮2042转动;当切流滚筒3或纵轴流滚筒5转速降低,扭矩
增大时,控制电动机104辅助驱动传动装置2。
上,驱动纵轴流滚筒5转动。此时发动机101带动发电机102发电并将能量储存于超级电容
103里,以备电动机104使用。当通过传感装置4检测到切流滚筒3或者纵轴流滚筒5转速减小
时,扭矩增大,驾驶员可控制电动机104启动,电动机104驱动轴端的第一锥形齿轮2041,助
力切流滚筒3或者纵轴流滚筒5的转动;当通过传感装置4检测到切流滚筒3或者纵轴流滚筒
5转速增大,扭矩减小时,驾驶员控制电动机104回收能量储存至超级电容103中;当通过传
感装置4检测到切流滚筒3或者纵轴流滚筒5转速和扭矩正常时,超级电容103不工作,同时
此时电动机104轴端的第一锥形齿轮2041仅跟随第二锥形齿轮2042转动。
略计算输出变量为系数参数K,控制单元根据K值控制发动机101、发电机102、超级电容103
和电动机104的工作。
测转矩,Te为电动机转矩。模糊控制器根据传感装置4测量所得Trq和SOC值输出K值,经运算
处理得电动机转速nm。发动机转速ne由控制信号输入,分别提供给传动系统转速np和发电机
转速ng,发电机运转得到电压UC施加于超级电容上,超级电容施加电压UCe于电动机上。电动
机根据输入信号传递给传动系统补充转矩Te。
为0,2表示最大需求转矩;SOC的论域为[0.4,0.8],代表超级电容工作时的上下限;K的论域
为[0,2]。系统需求转矩Trq为切流滚筒3的转矩和纵轴流滚筒5的转矩之和,SOC值为超级电
容的荷电状态。语言变量值均为{负大,负小,零,正小,正大}5个等级,各语言变量均采用三
角隶属度函数;
明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以
理解的其他实施方式。
均应包含在本发明的保护范围之内。