联合收获机凹板间隙调节系统研究

　　摘要：联合收获机凹板间隙的大小是影响联合收获机脱离质量的关键因素之一，本文设计了一款基于联合收获机的凹板结构，通过控制线性驱动器对凹板间隙进行自动调节的系统，实现了联合收获机凹板间隙自动调节，通过试验研究结果表明：该系统调节方便实用，且调节精度在5%以内。

　　引言

　　谷物联合收获机的作业性能指标，主要包括总损失率、破损率和含杂率等。脱粒与分离滚筒是谷物联合收获机的重要工作部件。脱粒与分离滚筒由高速旋转的滚筒和固定的弧型凹板配合，使谷物从滚筒与凹板之问通过，经脱粒元件的打击、揉搓、碾压和梳刷，通过破坏谷粒与穗轴的连接力而实现脱粒。故在作物条件一定时，脱粒质量的好坏主要取决于脱粒滚筒转速和凹板间隙。在一般情况下，凹板间隙越小，滚筒转速越大，脱粒效果越好，但破碎率反而会增加。反之，在凹板间隙较小且转速较低的情况下，虽然可以减少破损率，但很容易出现脱不净、秸秆多等现象^[1]。因此要达到脱粒干净、谷粒破碎少、秸秆长度大、并且尽可能的将脱下的谷粒全部从凹板中漏下来的脱粒效果，对凹板间隙的调节是必不可少的。

　　本文设计了一款联合收获机凹板间隙自动调节系统，其中调节系统包括控制器、凹板间隙检测部分、凹板间隙调节机构。

　　1 系统设计

　　本研究针对凹板结构，采用四点同步调节法进行对凹板间隙的调节，及针对联合收获机凹板结构安装四个线性驱动器，通过构建CAN总线控制节点，对四个点的线性驱动器进行同步控制，从而实现凹板间隙的调节。

　　系统采用美国Microchip公司生产的PIC18F25K80微控器。该芯片集成CPU和时钟、“看门狗”、A/D转换、定时/计数和I/O等模块。片上自带ECAN模块，ECAN 模块是一个通信控制器，实现了BOSCH 规范中定义的CAN 2.0A 或B 协议，该模块具有以下特性：实现了CAN协议CAN 1.2、CAN 2.0A和CAN 2.0B，支持DeviceNet^TM数字字节过滤器，支持标准数据帧和扩展数据帧， 0-8 字节数据长度，最高1 Mb/s 的可编程比特率，并带有SPI，USART，TIMER等多种外设资源^[2]。其控制系统结构示意图如图1所示。

　　1.1 联合收获机凹板间隙机构电控设计

　　联合收获机凹板间隙大小的控制结构由线性驱动器来实现，通过控制驱动器电机的旋转来推动推杆，从而对凹板间隙进行控制。采用电位计的信号做为反馈信号，构建闭环速度控制系统。其控制流程框图如图2所示。

　　采用的线性驱动器(放大器)适用于要求特殊的领域，相比普通PWM开关型伺服驱动器，其特点是：驱动平滑、无力矩纹波、无电磁开关噪音、高带宽、并可驱动超小电感量的电机。线性驱动器采用铝合金材质，结构设计紧密、重量轻、采用直流电机齿轮减速，内置微动开关，可实现行程走完自动停止，并且内置电位器，可实现行程可控， 24V供电，转矩1500N•m，最大电流5A。

　　针对直流电机的特性设计了一种基于BTS7960芯片的电机驱动电路，BTS7960是应用于电机驱动的大电流集成芯片。它由一个P沟道的高边MOSFET和一个N沟道的低边MOSFET结合一个集成的驱动IC形成了能经受大电流通过的H桥。由于有了P沟道高边开关，省去了电荷泵，因此减小了电磁干扰(EMI)。BTS7960内部集成的驱动IC使其和微控制器的接口变得非常容易，并且具有逻辑电平输入、电流检测诊断、斜率校正、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能^[3]。两块BTS7960能够进行连接构成H全桥。BTS7960通态电阻的典型值为16毫欧，驱动电流可达43A，完全符合驱动本文选用电机的要求。以BTS7960设计的电机驱动器的特点有：具有信号指示和电源指示;转速可调;抗干扰能力强输入全光电隔离;内部具有续流保护;可单独控制一台直流电机;PWM脉宽平滑调速(可使用PWM信号对直流电机调速);可实现正反转;此驱动器压降小，电流大，驱动能力强。其电机驱动电路如图3所示。