CN102413677B - 包括控制系统的正方形压捆机 - Google Patents

Abstract

根据本发明，正方形压捆机包括用于执行下列操作的控制系统：基于所述输入的操作参数和所述传感器测量值，来确定至少一个操作参数的希望的值；随后确定操作参数是否偏离其希望的值；随后向所述操作员显示对此操作参数的推荐的更改，以便将此操作参数恢复到其希望的值。

Description

包括控制系统的正方形压捆机

技术领域

本发明涉及农用压捆机的控制系统，该控制系统具有用于使压捆机的操作员能设置影响压捆质量的多个操作参数的控制面板，以及用于确定操作参数和包捆质量参数的主导值的多个传感器。

背景技术

压捆机是捡拾堆放在长形料堆或片地(swathe)的农作物并压缩成包捆的机器。农作物可以是，例如，由联合收割机堆放的秸秆或由割草机切割的草。压捆机本身可以被自动推进或由牵引车拖，包捆可以是圆形的或正方形的。本发明具体涉及正方形压捆机，但是不仅局限于任何特定农作物。

如同所有压捆机一样，正方形压捆机具有用于从地面捡拾农作物的捡拾机构，农作物传送机构以及压捆室。正方形压捆机中的传送机构包括充当预压捆室的进料管道，由捡拾机构向其中引入农作物，并由打包机在其中预压缩农作物。可另选地，可以在进料管道的下端提供切割器，以在农作物形成为包捆之前切割农作物。

当在进料管道中达到所希望的压缩程度时，如通常通过进料管道的壁中的弹簧加载的襟翼的运动所检测到的，驱动所谓的填充机以将进料管道的内含物上装到正方形压捆室，在那里，内含物被进一步压缩以形成包捆。包捆以此方式以切片形成，直到达到所希望的包捆长度。

对压捆室中的农作物的压缩是由不断地往复运动的柱塞执行的，该柱塞将正在形成的包捆对着之前形成的包捆所提供的阻力推，之前形成的包捆处于正在从压捆室弹出的过程中。为设置其对运动的阻力，由壁从侧面和/或从上面夹住之前形成的包捆，在压缩包捆的方向上向壁施加液压。

可以手动或自动设置被改变以调节正在形成的包捆的密度的液压。在后一种情况下，代替手动设置液压的大小，操作员设置所希望的阻力程度。例如从柱塞上的反作用力来测量实际阻力程度，并将其与所希望的阻力进行比较以导出误差信号。然后，在闭合的反馈控制环路中改变液压以最小化误差信号，并由此实现所希望的阻力设定值。

一旦压捆室中的包捆达到所希望的大小，将捆绳长度缠绕包捆，然后将捆绳打结以完成压捆过程。

由于正方形压捆机是已知的，现有技术已对其进行了很好的描述，因此，不需要在本上下文内比较详细地对其进行描述。

有很多可以由操作员设置的影响压捆操作的操作参数，此处所使用的这一术语是指包捆本身的属性以及压捆操作的效率，例如，在给定时间压捆的农作物的重量。

例如，如果包捆密度过低或过高，或者如果包捆长度或重量在指定范围之外，或者如果包捆密度在包捆的宽度内不均匀，则包捆的属性是无法接受的。

操作员可以设置的影响压捆质量的操作参数有，例如，牵引车速度，转向角，以及诸如预压捆室中的压缩程度之类的机器设置等等。由于有大量的要设置的操作参数以及设置并非全部彼此独立于这一事实，操作员，特别是缺乏经验的操作员，难以在以正确的速度并在正确的方向行驶同时正确地设置所有参数的值。

发明内容

为了减轻前述的问题，本发明提供包括下列各项的正方形压捆机：

-包括数据处理器的控制系统；

-连接到所述控制系统的控制面板，所述控制面板用于使所述压捆机的操作员能输入影响打包操作的多个打包机操作参数；

-用于监测所述打包操作的连接到所述控制系统的多个传感器；以及

-用于向所述操作员显示信息的连接到所述控制系统的显示器，

其特征在于，所述控制系统用于：

-基于所述输入的操作参数和所述传感器测量值，来确定至少一个操作参数的希望的值；

-随后确定操作参数是否偏离其希望的值；

-随后向所述操作员显示对此操作参数的推荐的更改，以便将此操作参数恢复到其希望的值。

一个需要优化的操作参数的示例是为了实现所希望的包捆重量而由密度控制系统所生成的柱塞上的载荷。为帮助实现这一点，压捆机包括称量装置是已知的，该称量装置在包捆被形成之后并且在它被从压捆机的后端排出地面之前测量包捆的重量。来自这样的称量装置的读数被用来指出给定包捆的重量以及从一块地收集的农作物的总重量或在一天内压捆的农作物的总重量。

假设利用相同机器设置进行操作，任何给定包捆的重量在实践中将取决于农作物的某些参数。重量不仅在不同的农作物之间不同，而且随着农作物的水分含量而变化。由于水分含量对天气情况特别敏感，甚至在同一块地里在同一天中工作的情况下，包捆重量也会有变化。

有不同的操作参数对包捆重量有影响。具体而言，改变柱塞上的载荷的液压、填充机速度、用以触发填充机周期的进料管道中的密度，以及压捆机的运动速度都对正在形成的包捆的重量有影响。

然而，这些各种操作参数之间的交互由于各种原因被复杂化，通过下面的描述将变得显而易见，由于此复杂性，当重量测量值表明它们太重或太轻时，操作员，特别是不太有经验的操作员，难以知道将包捆恢复到他们的所希望的重量要执行什么操作。

在本发明的优选实施例中，正方形压捆机包括至少一个传感器用于确定包捆重量，并且所述控制系统用于：

-确定所述包捆重量与所希望的重量相差超出接受度阈值的量，

-随后向所述操作员显示对至少一个操作参数的推荐的更改以便将所述包捆重量恢复到所希望的值。包捆重量可以由最后一个完成的包捆的重量、若干个之前完成的包捆的平均重量或当前生产的包捆的重量的估计值给出。平均值可以是向最近完成的包捆附加更大意义的算术平均或加权平均值。

接受度阈值可以被预设为，例如，所希望的包捆重量的5％，或者，也可以是由操作员设置的预定的重量。

数据处理器连接到控制系统的可视显示器面板，以使得数据处理器能够可视地向操作员传达建议，优选地，从同一个控制面板接收来自操作员的指令，以当建议被操作员认可时自动实现这些建议。

优选情况下，查询表包括，对于每一种农作物类型，例如影响形成的包捆的重量的操作参数组的默认设置，数据处理器用于从该组中选择主导设置最偏离存储的默认设置的操作参数。

实现推荐的校正可以适当地发生作用以使操作参数的主导设置和所希望的设置之间的差减半。

然而，本发明不仅限于对包捆重量的控制。作为第二示例，实现所希望的包捆内的农作物密度并跨包捆的宽度保持密度均匀是重要的。如已知的，可以在预压捆室中进行密度测定，控制系统可以向操作员显示对诸如速度、转向角、打包机速度等等之类的操作参数的推荐的更改，以便使密度回到可接受极限值内。

作为进一步的示例，当压捆操作的效率太低时，本发明的控制系统可以推荐对车辆速度的更改，或对转向角的更改，以使农作物更均匀地跨预压捆室的宽度分布。在任何情况下，由传感器监测压捆操作，以确定操作参数是否在可接受的范围内，并向操作员作出从查询表导出的对操作参数的建议，以使得操作参数能够始终保持在可接受极限值内，甚至在操作员缺乏经验的情况下。

存储在查询表中的所希望的设置可以是工厂设置，或者是由有经验的操作员选择的考虑了诸如温度和湿度之类的主导环境因素的设置。同样，接受度阈值可以是工厂预设或者由有经验的操作员选定的。以此方式，本发明允许有经验的操作员设置压捆机以完成最佳操作，然后，让压捆机由不太有经验的操作员进行操作。当出现报警情况时，将由机载数据处理器就纠正感测到的问题需要执行什么样的校正，为不太有经验的操作员提供支持。

在本发明的优选实施例中，警告非最佳性能的屏幕还将提及在屏幕上显示的建议的动作。然后，操作员可以选择实现建议或忽略它。

附图说明

现在将作为示例参考附图1-3描述了的本发明，附图示出了充当压捆机中的操作员界面的典型的可视显示器。

具体实施方式

附图所示出的可视显示器1示出了通常向操作员指出的操作参数。这些操作参数例如是压捆机速度、柱塞3上的载荷、压缩系统的液压P和进料管道2容量。显示器还指出最后称重的包捆的重量MW。还可以显示例如被压捆的农作物的累积总重量。在一天或作业开始时，可以复位累积总重量。

有经验的操作员从过去经验知道如何设置各种操作参数来控制压捆操作，例如，优化压捆机的效率(通过在给定时间压捆的农作物的重量来度量)或实现所希望的包捆重量。然而，由于对各种操作参数的控制不是直观的，由于下面所说明的理由，它们的设置可以使新手不知所措。

柱塞载荷的增大将无疑增大装填密度，因此，也会增大包捆重量。然而，对改变进料管道中的农作物密度的效果进行预测是不简单的，改变农作物密度时，进料管道中的传感器将启动一个填充机周期。其理由是，将切片装入到正方形压捆室无法随意执行，而是必须与往复运动的柱塞的运动同步。

压捆室中的柱塞进行恒定的往复运动。在每一个前进行程中，柱塞将压捆室中的农作物推向出料端，而在其返回行程中，它与农作物分开，为由填充机从进料管道上装的新的切片留下空间。如果填充机试图上装切片而柱塞在返回行程的末尾处不在其下死点的附近，那么，农作物或者柱塞将妨碍进入到正方形压捆室。

如此，当进料管道中的农作物达到启动填充机周期所需的密度时，该周期不会立即开始，但是，它被安排了时间，以确保当柱塞下一次在其下死点位置时切片被输送到压捆室中。因此，捡拾机构在等待柱塞在其周期中到达适当的位置时持续增大进料管道中的农作物密度，导致被上装到压捆室的切片的密度大于由操作员设置的密度。

在实践中，压捆室中的柱塞可以执行一个以上的周期，而所希望的农作物重量在进料管道中累加。上文引用的并向操作员显示的进料管道容量按照进料管道中的密度达到相关联的传感器启动填充机周期时的值所需的柱塞的周期的数量来度量。

进料管道容量不必是整数的柱塞周期。理想地，实现为启动填充机周期所选择的农作物密度级别所花的时间应该稍微小于整数倍的柱塞周期。以此方式，在行程被走完之后，填充机不必等待比较长时间柱塞即可到达压捆室中的合适的位置以准许切片的上装开始。如果行程没有被很好地安排时间，则填充机可能需要等待几乎柱塞的整个周期才能开始上装。

从此说明可以清楚地看出，走完填充机周期时进料管道中的传感器的压力设置不与形成的包捆的密度线性相关。由于柱塞以恒定频率振荡，因此，也显然，压捆机的速度必须与进料管道中的压力传感器的设置匹配，以便使填充机周期正确地与柱塞周期同步。

对包捆重量的估计进一步被这样的事实复杂化：切片被压捆室中的柱塞压缩的程度随着切片的厚度变化而变化，柱塞在压缩较薄的切片方面比压缩较厚的切片更成功。每一个切片的质量的增大不会因此导致足够密度的包捆的增大，更可能的是，它将导致较低密度和较差形状的包捆。以此方式将农作物量化地上装到压捆室中会影响能够对任何给定包捆的重量进行设置的准确性。

正是因为包捆重量的这种不可避免的变化，不应该依赖于最后形成的包捆的重量，而是应该在改变影响包捆重量的任何一个控制之前开发有统计意义的平均值。

本发明的目的是向操作员提供帮助取得对于主要操作条件的最适当的操作参数设置的建议。本发明的系统不会采用对压捆机的总体控制，控制系统的建议只有在这些建议被操作员认可之后才实现。

本发明的正方形压捆机包括控制系统，该控制系统包括从例如压捆机速度传感器接收输入信号的数据处理器、包捆称重机构，以及测量柱塞上的反作用力和压缩系统的液压、摩擦力测量值的测力计，IR密度传感器、湿度或农作物-含量、倾角、方向等等。数据处理器还接收表示如上文所描述的主导进料管道容量的信号。如此，数据处理器能够确定实测的包捆重量是否与所希望的包捆重量偏离超过一个预设因素。当发生这种情况时，数据处理器向操作员发送信号，表明包捆重量不在接受度范围内，并向操作员建议纠正该情况的动作。

数据处理器得出建议的方式对本发明不重要。它可以简单地依赖于从查询表(其中存储的值是凭经验确定的)导出的值，或者，它可以使用为各种参数生成合适的设置的数学算法。作为再一种可能性，数据处理器可以使用基本上为了避免过去的错误而学习的所谓的专家系统。

当由数据处理器确定操作参数设置的一组希望的值时，将希望的值与实际设置进行比较，向操作员提供改变与希望的值相差最多的操作参数的建议。优选地，数据处理器建议将此操作参数更改为将其当前设置和由数据处理器所确定的希望的值之间的差减半的一个值。

尽管上文具体参考优化包捆重量描述了本发明，但是，它对于影响压捆操作的任何操作参数具有更一般的应用。更一般而言，正方形压捆机可以被视为包括三个主要组件，即，传感器、控制系统以及由操作员例如通过驱动装置来设置以控制压捆操作的控制系统的操作参数。

用于监测压捆操作的各种传感器是已知的，并包括用于测量下列各项的传感器：

·载荷柱塞反作用力

·压捆机速度(以每分钟转数来度量)

·农作物类型和水分含量

·包捆长度

·切片厚度

·施加于压捆机的壁的液压

·包捆重量

·农作物摩擦力

·进料管道中的相对农作物密度

·填充机的行程敏感性设置

控制系统包括可以被编程为根据情况优化不同的操作参数的数据处理器。由于不可能同时优化所有参数，例如，提高效率可能会导致包捆质量较差，编程也可以确定合适的折中，以便所有操作参数都被维持在可接受的范围内而只有一个被优化。

在控制系统可以力图优化的操作参数中有：

·包捆重量和尺寸

·容量指标

·切片密度

·包捆形状和密度

·包捆密度的均匀度

如上文所提及的，控制系统依赖于操作员修改影响压捆机的性能的操作参数的设置，并只作出供操作员实现的建议。这样的建议是通过诸如如图1所示的可视显示器1作出的，该可视显示器1可以显示要被优化的参数的主导值以及对操作参数设置的推荐的更改，以将各种操作参数维持在可接受的范围内。

如此，显示器1可以指出设置的目标重量SW、实测的重量MW、包捆长度、进料管道2的容量、柱塞3上的实测荷载、密度控制系统DC的载荷定值、液压P、行程敏感性等等的主导值，并提供关于改变可以由操作员动态地改变的诸如速度、操纵方向和液压、载荷定值之类的操作参数的建议。显示器也可以为操作员提供关于手动改变某些设置的建议，如填充机的行程敏感性、诸如挡风板的位置、铡草机中的刀的数量等等之类的摄取设置。

根据如图1所示的本发明的实施例，操作员向控制系统输入了包捆的重量的定值SW，为400kg。操作员还输入了密度控制系统DC的定值以生成70％的载荷。所描述的示例例如是对于长2.40m、宽1.20m，高0.90m的稻草包捆。从图1可以看出，显示的柱塞3上实测荷载大约是70％，但是，实测的重量MW，例如最后十个包捆的平均重量，被显示为380kg。压捆机的控制系统可以被编程为例如对实测的重量和目标重量相差多于10kg的情况作出反应。既然如此，控制系统可以被编程为根据合适的算法计算或在查询表中查询密度控制系统DC的载荷定值的希望的值，其是目标重量SW和可任选地柱塞3上的实测荷载的函数。控制系统确定例如此希望的值应该是80％。由于密度控制系统DC的载荷定值偏离此希望的值，因此，控制系统将向操作员显示对此操作参数的推荐的更改，如图2所示。此推荐的更改可以是例如将密度控制系统DC的定值的当前值和希望的值之间的差减半。在显示器1上显示一警告消息W，声明例如：“包捆重量偏离定值多于10kg”。此外，还在显示器1上显示一问题Q，以提出对密度控制系统DC的载荷定值的推荐的更改：“您希望将载荷定值提高到75％吗？”此推荐的更改只有在它被操作员使用“确定”按钮以确认更改或“取消”按钮以放弃更改来进行认可之后才被实现。如果操作员按下“确定”按钮，更改将被实现，密度控制系统DC的定值将被更改为75％的希望的值，如例如在图3中所显示的。在图3中还可以看到，在柱塞3上的实测荷载提高到75％之后，实测的重量MW随后也提高到395kg，如此，使目标重量SW趋近于在可接受极限值内。

显然，代替例如目标重量SW和实测的重量MW之间的差的10kg的固定值，也可以选择某一百分比，例如，目标重量SW的5％作为控制系统反应的阈值。在另一种情况下，例如，目标重量SW是400kg，实测的重量MW是380kg、驾驶速度是9km/h，柱塞上的实测荷载是100％，进料管道容量2是1.9，填充机的行程敏感性大约是50％。在此情况下，控制系统可以建议操作员以将填充机的行程敏感性提高某一量，以实现0.9的进料管道容量，这将导致包捆的重量增大。可另选地，控制系统可以建议将驾驶速度缩小某一量，例如，缩小到7km/h，这同样地导致包捆的重量增大。在另一种情况下，如果进料管道容量2不接近所希望的单位值，诸如1.0、2.0或3.0，而是例如，0.5或1.5，控制系统可以建议操作员修改驾驶速度和/或改变填充机的行程敏感性。

在另一种情况下，如果检测到形成包捆的切片的长度与希望的值相差例如12cm，则控制系统可以建议操作员修改驾驶速度和/或改变填充机的行程敏感性。

在再一种情况下，如果检测到包捆的密度不符合所希望的均匀度，则控制系统可以建议操作员通过调整他的操纵行为我们的驾驶模式，通过例如向左转或向右转，对此进行补偿。可另选地，可以通知对压捆机所遵循的预定的GPS路线进行补偿。

如权利要求所述的根据本发明的正方形压捆机当然不仅限于如上文所描述并且在附图中所示出的示例性实施例，而是可以同样地包括在权利要求范围内的组合和演变。

Claims (11)

1.一种正方形压捆机，包括：

-包括数据处理器的控制系统；

-连接到所述控制系统的控制面板，所述控制面板用于使所述压捆机的操作员能输入影响压捆操作的、所述压捆机的多个操作参数；

-用于监测所述压捆操作的、连接到所述控制系统的多个传感器；以及

-用于向所述操作员显示信息的、连接到所述控制系统的显示器(1)，

其特征在于，所述控制系统用于：

-基于所输入的操作参数和所述传感器的测量值，来确定至少一个操作参数的希望的值；

-随后确定操作参数是否偏离其希望的值；

-随后向所述操作员显示对此操作参数的推荐的更改，以便将此操作参数恢复到其希望的值。

2.根据权利要求1所述的正方形压捆机，其特征在于，所述控制系统用于：

-确定操作参数的多个希望的值；

-随后确定哪一个操作参数最偏离其希望的值；

-随后向所述操作员显示对此操作参数的推荐的更改。

3.根据权利要求2所述的正方形压捆机，其特征在于，所述控制系统用于向所述操作员显示对所述操作参数的推荐的更改，所述更改起作用以使其当前值和其希望的值之间的差减半。

4.根据权利要求1所述的正方形压捆机，其特征在于，所述正方形压捆机包括至少一个传感器，用于确定包捆重量，并且所述控制系统用于：

-确定所述包捆重量与所希望的重量相差超出接受度阈值的量，

-随后向所述操作员显示对至少一个操作参数的推荐的更改以便将所述包捆重量恢复到所希望的值。

5.根据权利要求4所述的正方形压捆机，其特征在于，所述包捆重量是通过最后一个完成的包捆的重量、若干个之前完成的包捆的平均重量或当前生产的包捆的重量的估计值来确定的。

6.根据权利要求4或5所述的正方形压捆机，其特征在于，所述接受度阈值是所希望的包捆重量的预定的比率。

7.根据权利要求4或5所述的正方形压捆机，其特征在于，所述接受度阈值是由所述操作员设置的预定的重量。

8.根据权利要求1所述的正方形压捆机，其特征在于，所述正方形压捆机包括至少一个传感器，用于确定包捆的密度，并且所述控制系统用于：

-确定所述包捆密度与所希望的密度相差超出接受度阈值的量，

-随后向所述操作员显示对于操作参数的推荐的更改，以便将所述包捆密度或其均匀度恢复到所希望的值。

9.根据权利要求8所述的正方形压捆机，其特征在于，所述操作参数为速度或转向角。

10.根据权利要求9所述的正方形压捆机，其特征在于，所述控制系统用于向所述操作员显示对转向角的推荐的更改以使农作物更均匀地跨预压捆室的宽度分布，以便将所述包捆密度的均匀度恢复到所希望的值。

11.根据权利要求1所述的正方形压捆机，其特征在于，所述控制系统用于从所述操作员接收指令以在被所述操作员认可时实现对所述操作参数的推荐的更改。