1.本发明属于农业机械设备领域，具体涉及一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统。
背景技术：2.花生作为重要的油料作物和优质蛋白质资源，在我国的种植面积和产量都位于世界前列。根据联合国粮农组织(fao)统计数据，2019年中国花生种植面积4.51
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106hm2，占世界15.21％；产量1.76
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107t，占世界36.04％。
3.我国花生种植分布宽广，主要集中在河南、山东、广东、河北、辽宁、安徽、江苏等地区，种植的花生品种多达300多种，种植模式多样。但中国花生收获机械化水平较美国、巴西、阿根廷等国家相对滞后，2019年中国花生机械化收获水平仅为46.05％，严重制约了花生产业的发展。大部分地区仍以人工和半机械化生产为主，尤其是在收获作业环节，用工量约占生产全过程的1/3，作业成本约占总生产成本的50％。
4.机械化作为提高农业生产效率、降低用工成本的主要途径，为农业生产发展提供了有力保障。花生机械化收获主要有两种作业形式，即联合收获作业和两段收获作业。联合收获为半喂入形式，主要是通过夹持链将花生果秧夹起，摘果辊只对花生果秧有荚果的部分进行作用，绝大部分果秧没有参与摘果；两段收获是应用挖掘机将花生挖掘后铺在田间晾晒至半干，然后再用捡拾联合收获机进行捡拾、摘果、清选等作业。捡拾联合收获机为全喂入形式，需将花生果秧全部捡起并归拢，然后全部输送进入到后续工作装置，完成后续摘果、清选、集果等作业。因此，花生捡拾联合收获机可一次完成花生果秧的捡拾、输送、摘果、清选、集果等作业，集成化程度高、省时省力，能够解决生收获后晾晒不便、含水率高不宜储藏等问题，捡拾收获已成为河南、山东等花生主产区大规模花生种植农户的首选收获方式。但现有的花生捡拾收获机设计多参考国外技术或借鉴稻麦收获机相关技术，专门的研究相对比较少，自动化智能化水平还比较低。且我国花生捡拾收获时品种、长势和晾晒时间的不同，以及目前收获机自动化水平低、驾驶员操控水平不一，捡拾收获时可能遇到干秧、半干秧及鲜秧等不同情况，导致捡拾、输送、摘果、清选等环节喂入量变化不定，捡拾落果率大、摘不干净、损失大、含杂率高等问题凸出，作业性能质量还不理想，严重制约了花生产业的发展。
技术实现要素：5.本发明的目的在于解决花生捡拾联合收获作业自动化智能化化水平低导致捡拾台拥堵卡滞落果损失大以及后续摘果清选作业摘不干净、含杂率高、损失大的问题，并提供一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统。
6.本发明所采用的具体技术方案如下：
7.一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统，所述花生捡拾联合收获机在行走驱动机构的驱动下在田间行走作业，花生捡拾联合收获机中包含花生捡拾台、摘果装置、清选装
置和集果装置；
8.所述花生捡拾台中，由捡拾器捡拾花生果秧后通过搅龙驱动花生果秧归拢并排入摘果装置中；
9.所述摘果装置中，花生果秧进入由摘果辊筒和凹板筛组成的通道中，在旋转的摘果辊筒上的弹齿施加的击打和带动下沿着凹板筛向后输送，被击打掉落的花生荚果及杂物输入清选装置中，所述凹板筛由弹性支撑装置支撑且随着上方负荷的增加会出现下沉位移；
10.所述清选装置中，花生荚果及杂物进入清选筛网上，在振动机构施加的持续振动和风机施加的从下往上吹过清选筛网的气流作用下实现除杂，清选后的花生荚果最终收集于集果装置中；
11.其特征在于，在所述花生捡拾联合收获机按照初始状态运行过程中，对花生捡拾台、摘果装置、清选装置分别进行负荷监测，并执行反馈控制，负荷监测和控制方法为：
12.通过第一扭矩传感器监测用于向所述捡拾器和所述搅龙同时提供动力的动力轴的第一实时扭矩，以第一实时扭矩作为所述花生捡拾台对应的第一实时负荷；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第一时间阈值但未超过第二时间阈值时，提高捡拾台驱动机构的功率从而提高所述捡拾器和所述搅龙的转速，加快花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第二时间阈值时，通过所述行走驱动机构降低所述花生捡拾联合收获机的行走速度，减少花生捡拾台处的花生果秧喂入量；
13.通过位移传感器监测所述凹板筛相对于初始状态的实时下沉位移，通过第二扭矩传感器监测用于驱动摘果辊筒旋转的第二动力轴的第二实时扭矩，将实时下沉位移和第二实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合作为所述摘果装置对应的第二实时负荷；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第三时间阈值但未超过第四时间阈值时，提高摘果装置驱动机构的功率从而提高摘果辊筒的转速，加快摘果装置内花生果秧的击打和输出速度；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第四时间阈值时，降低捡拾台驱动机构的功率从而降低所述捡拾器和所述搅龙的转速，减慢花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；
14.通过风压差传感器监测所述清选筛网上下侧的实时风压差，通过第三扭矩传感器监测用于向所述风机和所述振动机构同时提供动力的第三动力轴的第三实时扭矩，将实时风压差和第三实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合作为所述清选装置对应的第三实时负荷；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第五时间阈值但未超过第六时间阈值时，提高清选装置驱动机构的功率从而提高所述风机的转速和所述振动机构的振动频率，快速清选装置内杂物的排出速度；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第六时间阈值时，降低摘果装置驱动机构的功率从而降低摘果辊筒的转速，减慢摘果装置内花生果秧的击打和输出速度。
15.作为优选，所述第一扭矩传感器、位移传感器、第二扭矩传感器、风压差传感器、第三扭矩传感器，以及行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构的功率控制组件，均与控制器电连接，构成反馈控制系统。
16.作为优选，所述行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱
动机构均为液压驱动机构，其动力均由液压三联泵提供且分别通过相互独立的不同液压电磁阀的开度来控制每个液压驱动机构的功率。
17.作为优选，所述花生捡拾台中，捡拾器捡拾花生果秧并将花生果秧输入由搅龙和搅龙下方的搅龙凹板组成的间隙通道中，花生果秧在搅龙的驱动下向下游进行输送；
18.所述搅龙两侧的机架上分别设有一个滑动件，搅龙两端分别通过带座轴承固定在滑动件上，滑动件与机架构成沿竖向的滑动副配合，搅龙随两侧的滑动件同步上下移动过程中改变所述间隙通道的间隙高度；滑动件的上端与限位螺栓一端固定，限位螺栓另一端通过限位件悬挂在机架上；滑动件的下端与拉簧的一端连接，拉簧的另一端通过预紧力调节螺栓与机架连接，且预紧力调节螺栓能够通过改变与拉簧连接端的高度来调节拉簧的预紧拉力；
19.所述搅龙通过两侧的两组拉簧和限位螺栓实现在机架上的弹性挂接；在初始状态下，所述限位件与机架配合使限位螺栓处于下极限位置，所述间隙通道保持初始高度；在所述间隙通道中的花生果秧物料厚度超过所述间隙通道的初始高度时，搅龙在花生果秧施加的挤压力作用下克服两侧拉簧的拉力并向上移动；
20.所述搅龙的驱动轴端部设有驱动链轮，所述捡拾器的驱动轴末端固定有捡拾器链轮；所述驱动链轮通过搅龙-捡拾器驱动链与所述捡拾器链轮构成传动，所述驱动链轮通过动力轴-搅龙驱动链与安装在动力轴一端的动力轴从动链轮构成传动；所述动力轴的另一端安装有动力轴液压驱动链轮，所述动力轴上安装有用于实时检测动力轴所受扭矩的扭矩传感器。
21.作为优选，所述限位件为拧于限位螺栓上且位于机架外侧的双锁紧螺母，所述限位螺栓位于下极限位置时所述双锁紧螺母与机架贴合，限制限位螺栓进一步向下移动但不限制其向上移动。
22.作为优选，所述预紧力调节螺栓上拧有分别位于机架内外侧的两个螺母，通过调节两个螺母在预紧力调节螺栓上的位置改变预紧力调节螺栓的端部高度。
23.作为优选，对一个指标进行所述去量纲化时，通过以该指标的当前值除以该指标的检测量程范围内最大值实现。
24.作为优选，所述花生捡拾台中，当因为第一实时负荷超过第一额定阈值而改变捡拾台驱动机构或者行走驱动机构的功率时，需继续监测第一实时负荷，若第一实时负荷重新回落至低于第一额定阈值且持续时间大于第七时间阈值，则重新调整捡拾台驱动机构或者行走驱动机构至改变前的初始状态。
25.作为优选，所述摘果装置中，当因为第二实时负荷超过第二额定阈值而改变摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构的功率时，需继续监测第二实时负荷，若第二实时负荷重新回落至低于第二额定阈值且持续时间大于第八时间阈值，则重新调整摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构至改变前的初始状态。
26.作为优选，所述清选装置中，当因为第三实时负荷超过第三额定阈值而改变清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构的功率时，需继续监测第三实时负荷，若第三实时负荷重新回落至低于第三额定阈值且持续时间大于第九时间阈值，则重新调整清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构至改变前的初始状态。
27.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
28.本发明通过采用扭矩传感器、位移传感器、风压差传感器等多传感器监测捡拾装置、摘果装置和清选装置工作负荷状况，并采用液压驱动系统实时调节各工作装置的运行参数，使各工作装置的喂入量保持稳定，以实现花生捡拾联合收获机中各工作装置实时处于最佳工作状态。
附图说明
29.图1为一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统的一侧结构示意图；
30.图2为一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统的另一侧结构示意图；
31.图3为一实施例中的花生捡拾台的轴测图；
32.图4为一实施例中的花生捡拾台的侧视图；
33.图5为图4中的h-h剖面图；
34.图6为图4中的l向视图；
35.图7为一实施例中去除搅龙、捡拾器和传动部分后滑动件在机架上的装配轴测图；
36.图8为一实施例中去除搅龙、捡拾器和传动部分后滑动件在机架上的装配侧视图；
37.图9为图8中的k向视图；
38.图10为图8中的j-j剖面图；
39.图11为滑动件的结构示意图；
40.图12为一实施例中的监测控制流程示意图。
41.图中附图标记为：驾驶室1、液压三联泵2、发动机3、集果装置4、气力输送装置5、清选装置6、清选装置液压驱动组件7、风压差传感器8、位移传感器9、摘果装置10、摘果装置液压驱动组件11、输送打散装置12、举升油缸13、预紧力调节螺栓14、拉簧15、滑动件16、限位螺栓17、捡拾弹齿18、搅龙19、捡拾台液压驱动组件20、捡拾台动力轴21、扭矩传感器22、动力轴-搅龙驱动链23、捡拾器链轮24、捡拾器驱动链25、搅龙链轮26、搅龙凹板27、动力轴液压驱动链轮28、动力轴从动链轮29、限深轮30、压秧杆31、导向螺栓32、拉簧挂杆33、滑动件侧板34、限位螺栓固定板35、导向槽36。
具体实施方式
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，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至少一个该特征。
45.在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种花生捡拾联合收获机的智能监控系
统，该花生捡拾联合收获机以行走驱动机构作为整机的主驱动，整机可在行走驱动机构的驱动下在田间行走作业。花生捡拾联合收获机中的组件按功能模块划分可分为花生捡拾台、摘果装置、清选装置和集果装置。这四个功能模块的主要功能如下：
46.花生捡拾台中，由捡拾器捡拾花生果秧后通过搅龙驱动花生果秧归拢并排入摘果装置中。其中，捡拾器和搅龙通过同一条动力轴提供动力。
47.摘果装置中，花生果秧进入由摘果辊筒和凹板筛组成的通道中，摘果辊筒外部环绕布置一系列的弹齿，花生果秧可在旋转的摘果辊筒上的弹齿施加的击打和带动下沿着凹板筛向后输送，被击打掉落的花生荚果及杂物输入清选装置中而花生果秧的枝干则被去除，所述凹板筛由弹性支撑装置支撑且随着上方负荷的增加会出现下沉位移。
48.清选装置中，花生荚果及杂物进入清选筛网上，在振动机构施加的持续振动和风机施加的从下往上吹过清选筛网的气流作用下实现除杂，清选后的花生荚果最终收集于集果装置中。其中，振动机构和风机通过同一条动力轴提供动力。
49.需要说明的是，上述花生捡拾台、摘果装置、清选装置和集果装置均在现有技术中存在大量可实现方式，本发明并不限定具体的装置结构。
50.在花生捡拾联合收获机按照初始状态运行过程中，对花生捡拾台、摘果装置、清选装置分别进行负荷监测，并执行反馈控制。该过程中，通过采用扭矩传感器、位移传感器、风压差传感器等多传感器监测花生捡拾台、摘果装置和清选装置工作负荷状况，并采用液压驱动系统实时调节各工作装置的运行参数，使各工作装置的喂入量保持稳定，以实现各工作装置实时处于最佳工作状态的花生捡拾联合收获机。下面对具体的负荷监测和控制方法的流程进行详细描述：
51.(1)在用于向所述捡拾器和所述搅龙同时提供动力的动力轴上设置第一扭矩传感器，通过第一扭矩传感器监测用于向所述捡拾器和所述搅龙同时提供动力的动力轴的第一实时扭矩，以第一实时扭矩作为所述花生捡拾台对应的第一实时负荷；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第一时间阈值但未超过第二时间阈值时，提高捡拾台驱动机构的功率从而提高所述捡拾器和所述搅龙的转速，加快花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第二时间阈值时，通过所述行走驱动机构降低所述花生捡拾联合收获机的行走速度，减少花生捡拾台处的花生果秧喂入量。
52.(2)通过位移传感器监测所述凹板筛相对于初始状态的实时下沉位移，通过第二扭矩传感器监测用于驱动摘果辊筒旋转的第二动力轴的第二实时扭矩，将实时下沉位移和第二实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合作为所述摘果装置对应的第二实时负荷；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第三时间阈值但未超过第四时间阈值时，提高摘果装置驱动机构的功率从而提高摘果辊筒的转速，加快摘果装置内花生果秧的击打和输出速度；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第四时间阈值时，降低捡拾台驱动机构的功率从而降低所述捡拾器和所述搅龙的转速，减慢花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；
53.(3)通过风压差传感器监测所述清选筛网上下侧的实时风压差，通过第三扭矩传感器监测用于向所述风机和所述振动机构同时提供动力的第三动力轴的第三实时扭矩，将实时风压差和第三实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合
作为所述清选装置对应的第三实时负荷；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第五时间阈值但未超过第六时间阈值时，提高清选装置驱动机构的功率从而提高所述风机的转速和所述振动机构的振动频率，快速清选装置内杂物的排出速度；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第六时间阈值时，降低摘果装置驱动机构的功率从而降低摘果辊筒的转速，减慢摘果装置内花生果秧的击打和输出速度。
54.需要说明的是，上述(2)和(3)中，对去量纲化后的两个值进行加权融合时，其具体的权重值可根据实际情况进行优化调整。
55.上述(1)、(2)、(3)所示的负荷监测和反馈控制方法，可通过在花生捡拾联合收获机中布置用于中央控制的控制器来实现，控制器的具体形式不限，可采用单片机、plc、微电脑等任意可实现相应功能的器件来实现。第一扭矩传感器、位移传感器、第二扭矩传感器、风压差传感器、第三扭矩传感器，以及行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构的功率控制组件，均与控制器电连接，构成反馈控制系统。需要说明的是，行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构的功率控制组件需要根据各驱动机构自身的形式来决定。在本发明实施例的一个优选方式中，行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构均为液压驱动机构，其动力均由液压三联泵提供且分别通过相互独立的不同液压电磁阀的开度来控制每个液压驱动机构的功率。因此，控制器仅需控制四个液压电磁阀的开度即可控制走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构的功率。
56.另外，为了使花生捡拾联合收获机的作业功率能够自动恢复以避免功耗过大，花生捡拾台、摘果装置以及清选装置均可在功率调大或者调小后设置功率恢复初始状态的控制策略。
57.在本发明实施例的一个优选方式中，花生捡拾台中，当因为第一实时负荷超过第一额定阈值而改变捡拾台驱动机构或者行走驱动机构的功率时，需继续监测第一实时负荷，若第一实时负荷重新回落至低于第一额定阈值且持续时间大于第七时间阈值，则重新调整捡拾台驱动机构或者行走驱动机构至改变前的初始状态。
58.在本发明实施例的一个优选方式中，摘果装置中，当因为第二实时负荷超过第二额定阈值而改变摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构的功率时，需继续监测第二实时负荷，若第二实时负荷重新回落至低于第二额定阈值且持续时间大于第八时间阈值，则重新调整摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构至改变前的初始状态。
59.在本发明实施例的一个优选方式中，清选装置中，当因为第三实时负荷超过第三额定阈值而改变清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构的功率时，需继续监测第三实时负荷，若第三实时负荷重新回落至低于第三额定阈值且持续时间大于第九时间阈值，则重新调整清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构至改变前的初始状态。
60.为了进一步便于本领域技术人员理解，下面结合图1提供了一种花生捡拾联合收获机的结构形式以及上述智能监控系统在该花生捡拾联合收获机上的布置形式。
61.实施例
62.如图1和图2所示，该花生捡拾联合收获机所包含的关键组件编号包括驾驶室1、液压三联泵2、发动机3、集果装置4、气力输送装置5、清选装置6、清选装置液压驱动组件7、风压差传感器8、位移传感器9、摘果装置10、摘果装置液压驱动组件11、输送打散装置12、举升
油缸13、预紧力调节螺栓14、拉簧15、滑动件16、限位螺栓17、捡拾弹齿18、搅龙19、捡拾台液压驱动组件20、动力轴21、扭矩传感器22、动力轴-搅龙驱动链23、捡拾器链轮24、搅龙-捡拾器驱动链25、搅龙链轮26、搅龙凹板27、动力轴液压驱动链轮28、动力轴从动链轮29、限深轮30、压秧杆31、导向螺栓32、拉簧挂杆33、滑动件侧板34、限位螺栓固定板35、导向槽36。
63.其中驾驶室1位于整机的顶部前端，集果装置4是位于整机顶部后端的一个箱体，液压三联泵2和发动机3作为驱动机构置于驾驶室1和集果装置4之间。花生捡拾台、摘果装置10、清选装置6从前往后依次布置在整机的下部，清选装置6通过气力输送装置5将花生荚果输送至上方的集果装置4中进行临时存储。花生捡拾台的前端设置两个用于在田间行走的限深轮30，花生捡拾台可通过举升油缸13进行整体抬升。
64.行走驱动机构、捡拾台液压驱动组件20、摘果装置液压驱动组件11、清选装置液压驱动组件7均由液压三联泵2提供动力。液压三联泵2与行走驱动机构、捡拾台液压驱动组件20、摘果装置液压驱动组件11、清选装置液压驱动组件7的连接管路上分别设置可由控制器调节开度的液压电磁阀，通过调节电磁阀开度即可控制功率大小。
65.捡拾台液压驱动组件20中，由捡拾台的动力轴21输入动力，搅龙19和捡拾器均通过驱动链与动力轴21构成传动。扭矩传感器22安装在捡拾台的动力轴21上，扭矩传感器22通过监测捡拾台的动力轴21的扭矩来实时监测捡拾台的工作负荷。当捡拾台工作负荷变化时，可以通过调节捡拾台液压驱动组件20的转速来改变捡拾弹齿18和搅龙19的转速以调整捡拾台的喂入量。
66.本实施例中花生捡拾台处的搅龙19布置形式以及扭矩传感器的安装方式具体如图3～6所示，该花生捡拾台具有一个用户安装各种组件的机架，机架前端两个分别安装有用于在地面上行走的限深轮30，机架后端可安装在于花生收获机的主体上。机架中安装的核心组件包括搅龙19、搅龙凹板27和捡拾器。捡拾器位于整个机架的最前端，具有压秧杆31和能旋转的捡拾弹齿18。搅龙19和搅龙凹板27位于捡拾器的后方。搅龙19和捡拾器均可由外部的驱动机构驱动旋转，从而进行花生捡拾作业。搅龙19上具有用于推动物料的螺旋叶片。搅龙凹板27安装于搅龙19的下方，搅龙凹板27具有匹配搅龙19上的螺旋叶片的曲率，且搅龙19和搅龙凹板27之间保持一定的间隙，两者组成了用于输送物料的间隙通道。搅机架在搅龙19的中间位置对应开设有物料出口，且搅龙19位于物料出口两侧的螺旋叶片的旋向相反，使得间隙通道中任意位置的物料都可以被搅龙19推向物料出口位置。花生捡拾台在被花生收获机推动贴合地面前进的过程中，由捡拾器中旋转的捡拾弹齿18捡拾花生果秧，并将花生果秧输入由搅龙19和搅龙19下方的搅龙凹板27组成的间隙通道中，在搅龙19的驱动下向中间聚拢，并从机架的物料出口中输出，进入下游的工作装置，完成后续摘果、清选、集果等作业。
67.搅龙19两侧的机架上分别设有一个滑动件16，搅龙19两端分别通过带座轴承固定在滑动件16上，滑动件16与机架构成沿竖向的滑动副配合，搅龙19随两侧的滑动件16同步上下移动，且在搅龙19上下移动的过程中可以改变搅龙19和搅龙凹板27之间间隙通道的间隙高度，以便于该间隙通道可根据喂入量大小自适应调节，防止出现物料堵塞的情况。滑动件16的上端与限位螺栓17一端固定，限位螺栓17另一端通过限位件悬挂在机架上。滑动件16的下端与拉簧15的一端连接，拉簧15的另一端通过预紧力调节螺栓14与机架连接，且预紧力调节螺栓14能够通过改变与拉簧15连接端的高度来调节拉簧15的预紧拉力。
68.上述滑动件16在机架上的具体安装形式以及滑动件16的具体结构可根据实际进行优化调整。如图7～10所示，在本实施例中，上述滑动件16为槽型结构件，包括底板以及安装在底板两侧的侧板。槽型结构件的底板上开设有用于安装带座轴承的安装孔，搅龙19两端的带座轴承安装在两侧槽型结构件的安装孔中。如图11所示，槽型结构件的每侧侧板上分别开有两个导向槽36。在槽型结构件处于安装状态下，两个导向槽36的长度方向均为竖向。机架上设有两块平行的限位板，限位板之间的间距略大于槽型结构件的宽度。槽型结构件安装于两块限位板之间，且每块限位板上固定有两组导向螺栓32，四组导向螺栓32分别伸入量侧侧板上的四个导向槽36中。在竖直方向上，由于导向槽36具有一定的长度，因此槽型结构件可在导向槽36的范围内上下移动；但在水平方向上，四组导向螺栓32上均通过拧有螺母来限制槽型结构件横向摆动，由此槽型结构件被限制为仅能够上下滑动而不能水平移动，使得搅龙19具有上下调节的自由度但是不会水平晃动。
69.上述槽型结构件与限位螺栓17和拉簧15可以直接固定，也可以间接固定。在本实施例中，槽型结构件上方固定有限位螺栓固定板35，限位螺栓17的一端通过与限位螺栓固定板35固定，从而对槽型结构件起到限位作用。同时，槽型结构件下方固定有拉簧挂杆33，拉簧15的一端设置弯钩并通过弯钩与拉簧挂杆33挂接，以便于拆卸更换。
70.另外，为了保证在初始状态下，搅龙19与搅龙凹板27之间能够形成间隙通道，防止搅龙19碰到搅龙凹板27，限位螺栓17另一端是通过限位件悬挂在机架上的，该限位件的形式不限，理论上能够在初始状态起到对限位螺栓17向下移动的单向限制作用即可。在本实施例中，限位件为拧于限位螺栓17上且位于机架外侧的双锁紧螺母，限位螺栓17位于下极限位置时所述双锁紧螺母与机架贴合，限制限位螺栓17进一步向下移动但不限制其向上移动。
71.同样的，预紧力调节螺栓14需要具有一定的上下调节余量，以便于通过改变与拉簧15连接端的高度来调节拉簧15的预紧拉力，适应不同的运行工况。这可以通过设置预紧力调节螺栓14于机架的连接固定件来实现。在本实施例中，预紧力调节螺栓14穿过机架的一块安装板，且预紧力调节螺栓14上拧有两个螺母，一个螺母位于安装板的内侧，另一个螺母位于安装板的外侧，将两个螺母拧紧在安装板的两侧后即可实现预紧力调节螺栓14的固定。当需要改变预紧力调节螺栓14的端部高度时，可以重新拧松两个螺母调节预紧力调节螺栓14的端部高度，再重新将两个螺母拧紧在安装板两侧。由此，通过简单调节两个螺母在预紧力调节螺栓14上的位置即可改变预紧力调节螺栓14的端部高度，而预紧力调节螺栓14的端部高度不同会直接影响拉簧15的预紧张力大小。当然，拉簧15的预紧张力还与弹簧的刚度有关，具体的弹簧最佳刚度需要事先通过试验确定。
72.由此，搅龙19通过两侧的两组拉簧15和限位螺栓17即可实现在机架上的弹性挂接，其在初始状态下在竖直方向上具有向上单方向移动的自由度。同时，可以通过限位螺栓17的双锁紧螺母设定搅龙19和搅龙凹板27之间的初始间隙；通过预紧力调节螺栓14可设定拉簧15的预紧力大小。当喂入量增加时，搅龙19和搅龙凹板27受到的花生果秧物料的挤压力增大，由于搅龙凹板27固定仔机架上，所以当挤压力增加到一定程度时，搅龙19将克服自身重力和拉簧15的预紧力向上移动，搅龙19受到物料挤压力的大小与拉簧移动的距离成正比。
73.上述搅龙19在初始状态下，限位件与机架配合使限位螺栓17处于下极限位置，此
时间隙通道保持初始高度。在间隙通道中的花生果秧物料厚度超过间隙通道的初始高度时，搅龙19在花生果秧施加的挤压力作用下克服两侧拉簧15的拉力并向上移动。由此，该位置具有一定的过载余量，防止物料堵塞。
74.上述搅龙19和捡拾器的驱动方式可以是多样的，在本实施例中搅龙19的驱动轴端部设有驱动链轮，驱动链轮被驱动旋转时可带动搅龙19同步转动，而捡拾器则通过传动机构由驱动链轮一并驱动。具体而言，捡拾器的驱动轴末端固定有捡拾器链轮24。驱动链轮通过搅龙-捡拾器驱动链25与捡拾器链轮24构成传动，驱动链轮通过动力轴-搅龙驱动链23与安装在动力轴21一端的动力轴从动链轮29构成传动。动力轴21的另一端安装有动力轴液压驱动链轮28。动力轴液压驱动链轮28由液压三联泵2提供驱动力，从而为搅龙19和捡拾器提供动力。
75.为了监测搅龙19和搅龙凹板27受力的大小，可以采用拉压力传感器进行监测的，但拉压力传感器对安装和工作环境要求高，而花生收获机工作时，工作状况复杂多变、振动大，导致拉压力传感器工作不稳定、易损坏、可靠性差。为此，本发明提出监测动力轴扭矩来间接反应其受力的大小，进而反应喂入量的大小。具体做法是，在动力轴21上安装有用于实时检测动力轴21所受扭矩的扭矩传感器22。扭矩传感器22连接在动力轴21上，当喂入量增加时，捡拾器旋转所需的转矩增加；搅龙19和搅龙凹板27之间的花生果秧料层厚度增加，搅龙19所受的力增加，旋转所需的转矩增加；两转矩通过捡拾器链轮24、搅龙-捡拾器驱动链25、动力轴-搅龙驱动链23和动力轴从动链轮29传递给动力轴21，扭矩传感器22扭矩增加，实现捡拾收获喂入量监测的功能。
76.摘果装置10中具有输送打散装置12，输送打散装置12由多组曲率匹配的摘果辊筒和凹板筛顺次连接组成，每一组凹板筛置于一个摘果辊筒下方，摘果辊筒上环绕有多个弹齿，摘果辊筒被摘果装置液压驱动组件11中的动力轴驱动时，弹齿会不断转动，进而对下方的花生果秧进行击打使花生荚果掉落，同时推动花生果秧继续向下游移动。凹板筛通过弹簧进行弹性支撑，当上方物料层变厚，荷载增加时弹簧变形进而使凹板筛下沉，与摘果辊筒的通道高度变大，使得整体具有一定的过载能力。多个位移传感器9通过监测摘果装置10的凹板筛位移，来实时监测摘果装置的工作负荷。同时，同时也在摘果装置的液压驱动组件11中的动力轴上布置扭矩传感器来监测其扭矩大小，用扭矩的大小变化从另一方面反馈摘果装置的工作负荷变化。由此，可通过耦合凹板筛位移和液压驱动组件11中动力轴的扭矩，综合反映摘果装置的工作负荷，以便于实现摘果装置工作负荷的闭环控制。当摘果装置工作负荷变化时，可以通过调节摘果装置液压驱动组件11的动力轴转速来改变摘果装置10的摘果辊筒的转速，以调整摘果装置的喂入量。
77.清选装置6中具有孔眼小于花生荚果大小的清选筛网，清选筛网的下部设置用于向上鼓吹的风机，振动机构同时对清选筛网施加高频振动。风机和振动机构的动力轮均通过传动链连接至清选装置液压驱动组件7的动力轴末端链轮上，由该动力轴统一输入动力。经过摘果装置10后的花生荚果以及泥土、枝叶等杂物进入振动状态下的清选筛网后，在风机所施加的穿过清选筛网的风力筛选下，杂物与花生荚果分离。可在清选筛网的上下侧布置风压差传感器8，风压差传感器8通过监测清选筛面上下的风压差来监测清选筛面的堵塞情况；当风压差变化时，说明清选筛面的堵塞情况变化、工作负荷变化。同时，同时在清选装置液压驱动组件7的动力轴上布置扭矩传感器来监测其扭矩大小，用扭矩的大小变化从另
一方面反馈清选装置的工作负荷变化。由此，可通过耦合风压差和清选装置液压驱动组件7的动力轴上的扭矩大小，综合反映清选装置的工作负荷变化，以便于实现清选装置工作负荷的闭环控制。当清选装置工作负荷变化时，可以通过调节清选装置液压驱动组件7的动力轴转速来改变清选装置6的风机转速和振动频率，以调整清选装置的喂入量。
78.清选装置6最终输出的花生荚果进入气力输送装置5，通过气力输送装置5的上升气流将花生荚果输送至上方的集果装置4中进行临时存储。
79.基于本实施例中的上述智能监控系统，下面进一步描述该花生捡拾联合收获机的监测控制方法，其采用扭矩传感器、风压差传感器、位移传感器等多种传感器和hst无级变速器监测捡拾台喂入量、清选筛堵塞、摘果辊拥堵、收获机前进速度等捡拾收获的状况，并利用自适应控制和鲁棒控制各自的优点控制前进速度和摘果辊的转速及清选筛的风机转速和振动频率，以实现捡拾输送装置、摘果装置和清选装置定量作业的监控方法，具体如图12所示：
80.1、当花生捡拾台喂入量增加，捡拾器、搅龙受转矩增大时，扭矩传感器所测扭矩增加，控制器通过液压电磁阀调节提高动力轴液压驱动链轮的转速，进而提高搅龙和捡拾器的转速，增加捡拾台的捡拾推送能力，将拥堵的花生果秧及时排除捡拾台外，从而避免拥堵程度的增加。但由于捡拾台正常作业时，搅龙19与搅龙凹板27之间有一定的初始间隙，且拉簧可以使搅龙19向上移动增加间隙，花生果秧料层有一定的厚度，当喂入量小幅度增加时，动力轴扭矩增加量δt较小，捡拾台具有一定的过载处理能力，此时不需要通过调节控制电磁阀提高搅龙和捡拾器的转速。以动力轴扭矩增加量δt作为花生捡拾台的负荷q1表征，只有当喂入量达到一定程度时，即q1大于预设的额定阈值且持续一段时间t1，若t1≥预设值t11，且t1小于预设值t12时，才说明捡拾台喂入量过大易拥堵程度加重的趋势产生，才需要采用自适应控制方法通过捡拾台液压电磁阀调节捡拾台液压马达转速提高捡拾弹齿和搅龙的转速，快速将花生果秧捡拾归拢输送完，减少拥堵；若该持续时间t1大于等于预设值t12，说明捡拾台喂入量长时间过大，调节捡拾弹齿和搅龙转速已不能降低拥堵程度加重的趋势，则需直接通过行走电磁阀调节行走液压马达转速，降低整机的前进速度。
81.2、同理，摘果装置中通过位移传感器监测凹板筛相对于初始状态的实时下沉位移l，通过扭矩传感器监测用于驱动摘果辊筒旋转的动力轴的实时扭矩t1，将l和t1分别除以各自的检测量程最大值l
max
和t1
max
从而转换为去量纲化的百分数，然后对去量纲化后的两个百分数值进行加权融合，作为摘果装置对应的实时工作负荷q2＝w
11
*l/l
max
+w
12
*t1/t1
max
。只有当摘果滚筒工作负荷q2大于预设的额定阈值且持续一段时间t2，若t2≥预设值t21，且t2小于预设值t22时，才说明摘果装置喂入量过大易拥堵程度加重的趋势产生，才需要采用鲁棒控制方法通过摘果滚筒液压电磁阀调节摘果滚筒液压马达转速提高摘果滚筒的转速，快速将花生果秧排出摘果装置，降低拥堵程度；若该持续时间t2大于等于预设值t22，说明摘果装置喂入量长时间过大，调节摘果滚筒转速已不能降低拥堵程度的加重，则需直接通过捡拾台电磁阀调节捡拾台液压马达转速，降低捡拾弹齿和搅龙的转速，降低摘果前一环节捡拾装置的排出量。
82.3、同理，清选装置中，通过风压差传感器监测清选筛网上下侧的实时风压差f，通过清选装置液压驱动组件7的动力轴上的扭矩传感器监测用于向风机和振动机构同时提供动力的动力轴的实时扭矩t2，将f和t2分别除以各自的检测量程最大值f
max
和t2
max
从而转换
为去量纲化的百分数，然后对去量纲化后的两个百分数值进行加权融合，作为清选装置对应的实时工作负荷q3＝w
21
*f/f
max
+w
22
*t2/t2
max
。只有当清选装置工作负荷q3大于预设的额定阈值且持续一段时间t3，若t3≥预设值t31，且t3小于预设值t32时，才说明清选装置喂入量过大清选筛面堵塞情况加重，才需要采用智能pi控制方法通过清选筛液压电磁阀调节清选筛液压马达转速提高清选筛的振动频率和风机转速，快速将花生秧杂排出清选装置，降低堵塞程度；若该持续时间t3大于等于预设值t32，说明清选装置喂入量长时间过大，调节清选筛振动频率和风机转速已不能及时降低堵塞程度，则需直接通过摘果滚筒电磁阀调节摘果滚筒液压马达转速，降低摘果滚筒转速，降低清选前一环节摘果装置的排出量。
83.需要注意的是，上述权重值w
11
、w
12
、w
21
、w
22
均需要根据实际情况进行优化。在一优选方式中，w
11
＝0.6，w
12
＝0.4，w
21
＝0.6，w
22
＝0.4。
84.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
技术特征：1.一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统，所述花生捡拾联合收获机在行走驱动机构的驱动下在田间行走作业，花生捡拾联合收获机中包含花生捡拾台、摘果装置、清选装置和集果装置；所述花生捡拾台中，由捡拾器捡拾花生果秧后通过搅龙驱动花生果秧归拢并排入摘果装置中；所述摘果装置中，花生果秧进入由摘果辊筒和凹板筛组成的通道中，在旋转的摘果辊筒上的弹齿施加的击打和带动下沿着凹板筛向后输送，被击打掉落的花生荚果及杂物输入清选装置中，所述凹板筛由弹性支撑装置支撑且随着上方负荷的增加会出现下沉位移；所述清选装置中，花生荚果及杂物进入清选筛网上，在振动机构施加的持续振动和风机施加的从下往上吹过清选筛网的气流作用下实现除杂，清选后的花生荚果最终收集于集果装置中；其特征在于，在所述花生捡拾联合收获机按照初始状态运行过程中，对花生捡拾台、摘果装置、清选装置分别进行负荷监测，并执行反馈控制，负荷监测和控制方法为：通过第一扭矩传感器监测用于向所述捡拾器和所述搅龙同时提供动力的动力轴的第一实时扭矩，以第一实时扭矩作为所述花生捡拾台对应的第一实时负荷；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第一时间阈值但未超过第二时间阈值时，提高捡拾台驱动机构的功率从而提高所述捡拾器和所述搅龙的转速，加快花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；当第一实时负荷超过第一额定阈值且持续时间超过第二时间阈值时，通过所述行走驱动机构降低所述花生捡拾联合收获机的行走速度，减少花生捡拾台处的花生果秧喂入量；通过位移传感器监测所述凹板筛相对于初始状态的实时下沉位移，通过第二扭矩传感器监测用于驱动摘果辊筒旋转的第二动力轴的第二实时扭矩，将实时下沉位移和第二实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合作为所述摘果装置对应的第二实时负荷；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第三时间阈值但未超过第四时间阈值时，提高摘果装置驱动机构的功率从而提高摘果辊筒的转速，加快摘果装置内花生果秧的击打和输出速度；当第二实时负荷超过第二额定阈值且持续时间超过第四时间阈值时，降低捡拾台驱动机构的功率从而降低所述捡拾器和所述搅龙的转速，减慢花生捡拾台内花生果秧输入所述摘果装置的速度；通过风压差传感器监测所述清选筛网上下侧的实时风压差，通过第三扭矩传感器监测用于向所述风机和所述振动机构同时提供动力的第三动力轴的第三实时扭矩，将实时风压差和第三实时扭矩分别进行去量纲化，然后对去量纲化后的两个值进行加权融合作为所述清选装置对应的第三实时负荷；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第五时间阈值但未超过第六时间阈值时，提高清选装置驱动机构的功率从而提高所述风机的转速和所述振动机构的振动频率，快速清选装置内杂物的排出速度；当第三实时负荷超过第三额定阈值且持续时间超过第六时间阈值时，降低摘果装置驱动机构的功率从而降低摘果辊筒的转速，减慢摘果装置内花生果秧的击打和输出速度。2.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述第一扭矩传感器、位移传感器、第二扭矩传感器、风压差传感器、第三扭矩传感器，以及行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构的功率控制组件，均与控制器
电连接，构成反馈控制系统。3.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述行走驱动机构、捡拾台驱动机构、摘果装置驱动机构和清选装置驱动机构均为液压驱动机构，其动力均由液压三联泵提供且分别通过相互独立的不同液压电磁阀的开度来控制每个液压驱动机构的功率。4.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述花生捡拾台中，捡拾器捡拾花生果秧并将花生果秧输入由搅龙(19)和搅龙(19)下方的搅龙凹板(27)组成的间隙通道中，花生果秧在搅龙(19)的驱动下向下游进行输送；所述搅龙(19)两侧的机架上分别设有一个滑动件(16)，搅龙(19)两端分别通过带座轴承固定在滑动件(16)上，滑动件(16)与机架构成沿竖向的滑动副配合，搅龙(19)随两侧的滑动件(16)同步上下移动过程中改变所述间隙通道的间隙高度；滑动件(16)的上端与限位螺栓(17)一端固定，限位螺栓(17)另一端通过限位件悬挂在机架上；滑动件(16)的下端与拉簧(15)的一端连接，拉簧(15)的另一端通过预紧力调节螺栓(14)与机架连接，且预紧力调节螺栓(14)能够通过改变与拉簧(15)连接端的高度来调节拉簧(15)的预紧拉力；所述搅龙(19)通过两侧的两组拉簧(15)和限位螺栓(17)实现在机架上的弹性挂接；在初始状态下，所述限位件与机架配合使限位螺栓(17)处于下极限位置，所述间隙通道保持初始高度；在所述间隙通道中的花生果秧物料厚度超过所述间隙通道的初始高度时，搅龙(19)在花生果秧施加的挤压力作用下克服两侧拉簧(15)的拉力并向上移动；所述搅龙(19)的驱动轴端部设有驱动链轮，所述捡拾器的驱动轴末端固定有捡拾器链轮(24)；所述驱动链轮通过搅龙-捡拾器驱动链(25)与所述捡拾器链轮(24)构成传动，所述驱动链轮通过动力轴-搅龙驱动链(23)与安装在动力轴(21)一端的动力轴从动链轮(29)构成传动；所述动力轴(21)的另一端安装有动力轴液压驱动链轮(28)，所述动力轴(21)上安装有用于实时检测动力轴(21)所受扭矩的扭矩传感器(22)。5.如权利要求4所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述限位件为拧于限位螺栓(17)上且位于机架外侧的双锁紧螺母，所述限位螺栓(17)位于下极限位置时所述双锁紧螺母与机架贴合，限制限位螺栓(17)进一步向下移动但不限制其向上移动。6.如权利要求4所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述预紧力调节螺栓(14)上拧有分别位于机架内外侧的两个螺母，通过调节两个螺母在预紧力调节螺栓(14)上的位置改变预紧力调节螺栓(14)的端部高度。7.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，对一个指标进行所述去量纲化时，通过以该指标的当前值除以该指标的检测量程范围内最大值实现。8.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述花生捡拾台中，当因为第一实时负荷超过第一额定阈值而改变捡拾台驱动机构或者行走驱动机构的功率时，需继续监测第一实时负荷，若第一实时负荷重新回落至低于第一额定阈值且持续时间大于第七时间阈值，则重新调整捡拾台驱动机构或者行走驱动机构至改变前的初始状态。9.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述摘果装置中，当因为第二实时负荷超过第二额定阈值而改变摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构的功率时，需继续监测第二实时负荷，若第二实时负荷重新回落至低于第二额定阈值且
持续时间大于第八时间阈值，则重新调整摘果装置驱动机构或者捡拾台驱动机构至改变前的初始状态。10.如权利要求1所述的花生捡拾联合收获机的智能监控系统，其特征在于，所述清选装置中，当因为第三实时负荷超过第三额定阈值而改变清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构的功率时，需继续监测第三实时负荷，若第三实时负荷重新回落至低于第三额定阈值且持续时间大于第九时间阈值，则重新调整清选装置驱动机构或者摘果装置驱动机构至改变前的初始状态。
技术总结本发明公开了一种花生捡拾联合收获机的智能监控系统。本发明通过采用扭矩传感器、位移传感器、风压差传感器等多传感器监测捡拾装置、摘果装置和清选装置工作负荷状况，并采用液压驱动系统实时调节各工作装置的运行参数，使各工作装置的喂入量保持稳定，以实现花生捡拾联合收获机中各工作装置实时处于最佳工作状态。本发明解决了花生捡拾联合收获作业自动化智能化化水平低导致捡拾台拥堵卡滞落果损失大以及后续摘果清选作业摘不干净、含杂率高、损失大的问题。高、损失大的问题。高、损失大的问题。
技术研发人员：王申莹 胡志超 王永维 吴惠昌 彭宝良 谢焕雄 游兆延 高学梅 陈有庆 于昭洋 曹明珠
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
