CN103826436B - 打捆机和打捆方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括打捆室（C）的打捆机，所述打捆机包括具有至少一个可调节摩擦控制元件（16）的捆形成通道、安装在通道内的柱塞（D）和用于驱动所述柱塞的往复运动的旋转驱动机构（8）。控制系统（22）控制打捆机的操作，控制系统配置成确定与旋转驱动机构（8）关联的实际最大扭矩值，比较实际最大扭矩值和选定期望最大扭矩值，以及调节摩擦控制元件（16）以根据期望最大扭矩值调节实际最大扭矩值。

Description

打捆机和打捆方法
技术领域
本发明涉及打捆机和打捆方法，特别地但非排他性地涉及打捆农作物。
背景技术
为了高效运输和储存，诸如干草、秸秆和青贮饲料的农产品可以压缩成平行六面体形状的捆，称为‘方’捆。在压缩捆材料之后通过用环绕压缩捆材料的麻绳捆绑保持捆的形状和压缩。麻绳的端部然后打结在一起。
典型地，由往复柱塞式压捆机执行捆材料的压缩。该类型的典型打捆机在Hesston公司的美国专利4074623和4142746中被描述。该打捆机有点像图1中所示的打捆机，其包括具有开端通道的打捆室C，捆材料通过往复柱塞D被推动通过所述开端通道。柱塞在大致线性方向L上在两个端部位置之间被驱动，所述端部位置相应地包括在打捆室的前面的缩回位置和它延伸到打捆室中的延伸位置。当柱塞处于缩回位置时，打捆室装载有待压缩的捆材料。柱塞然后被驱动到打捆室中，使得该新材料抵靠已经在打捆室中的压缩材料1的主体被压缩。加入通道中的已经压实材料的任何新压实材料被称为‘填料’W。压缩材料与打捆室通道的壁的摩擦提供阻力，所述阻力允许压缩引入柱塞D的前面的打捆室C中的新材料。
在压缩之后，新压缩材料和已经在打捆室中的压缩材料一起朝着打捆室的出口端移动直到柱塞到达它的完全延伸端部位置。柱塞然后在相反方向上朝着它的缩回位置移动使得打捆室可以重新装载有待压缩的新材料。
在压缩冲程期间，当捆材料被压缩时由柱塞施加的力增加并且在新进入捆材料已被压缩并且已经在通道中的捆材料开始朝着打捆室的出口端移位时典型地达到最大值。柱塞力的最大值因此取决于压缩材料和打捆室的侧面之间的摩擦的水平。
可以通过用力F的不同水平将打捆室的侧板和/或顶板压在压缩材料上调节压缩材料和室的侧面之间的打捆室内的摩擦。为了避免损坏机器，期望最大柱塞力不应当超过由机器的机械设计确定的设定值，但是取决于所需的压缩水平，可以典型地例如在打捆机的最大设计柱塞力的10％到100％之间。
例如从DE9108469U和EP0223351已知作用于通道的侧板和/或顶板的力F可以根据测量柱塞力P进行调节。在操作期间操作者可以选择期望最大柱塞力的设定点。在打捆期间，控制单元调节作用于通道的侧/顶板的力F，使得实际测量柱塞力尽可能接近期望设定点。使用这样的调节系统，实际柱塞力是恒定的并且不受到通道中的捆材料的变化摩擦特性影响。
可以以各种方式测量或确定实际柱塞力，例如通过用应变计直接测量作用于柱塞杆的力，或通过测量作用于驱动系X的连接部分的力，或通过测量主齿轮箱5(包括曲柄8)和打捆机的框架7之间的反作用力。
打捆机的最大设计柱塞力通常由平均柱塞冲程期间的主齿轮箱5的最大容许驱动扭矩限制。然而，在工作中通过齿轮箱传递的最大实际驱动扭矩不仅仅取决于最大柱塞力。相反地，如图2中所示，对于给定最大驱动扭矩，最大柱塞力取决于曲柄8的位置以及曲柄8和柱塞杆3之间的角A的尺寸。例如，已知90.000Nm的最大扭矩和360mm的曲柄长度，当角A为大约90度时的最大柱塞力将为大约250.000N。然而，当角A为160度时，相同扭矩下的最大柱塞力将为大约750.000N。
如上所述，在压缩冲程期间当捆材料被压缩时由柱塞施加的力增加并且在新进入捆材料已被压缩并且已经在通道中的捆材料开始朝着打捆室的出口端向后移位时典型地达到最大值。在这时，柱塞在离柱塞的完全延伸端部位置大约等于填料厚度d的距离处。在压缩冲程期间齿轮箱受到的最大扭矩因此取决于填料厚度。然而，填料厚度d取决于在柱塞的前面装载的材料的量和材料的物理性质。侧/顶板的位置基于柱塞力的已知调节过程可以导致齿轮箱的超负荷，例如当压缩捆材料的大量填料时，或者它可以导致未完全利用齿轮箱的最大容许扭矩，例如当压缩捆材料的小填料时。基于柱塞力调节施加到侧/顶板力的偏压力将导致相同的问题和缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种减轻前述缺陷的打捆机和打捆方法。
根据本发明的一个方面提供一种使用方捆机打捆的方法，所述方捆机包括具有至少一个可调节摩擦控制元件的捆形成通道、安装在所述通道内的柱塞和用于驱动所述柱塞的往复运动的旋转驱动机构，所述方法包括确定与所述旋转驱动机构关联的实际的最大扭矩值MTV，比较实际的最大扭矩值MTV和选定的期望的最大扭矩值MTV、以及调节所述摩擦控制元件以根据期望的最大扭矩值MTV调节实际的最大扭矩值MTV；其中，通过测量力值、感测所述旋转驱动机构的部件的循环位置以及从测量力值和感测循环位置导出实际的最大扭矩值MTV来确定实际的最大扭矩值MTV。
所以，在本发明中，摩擦控制元件(例如，捆通道的可调节板)根据(至少)旋转装置的实际的最大扭矩值MTV而不是(或加上)最大柱塞力进行调节。这避免由柱塞力随着驱动机构的曲柄臂的位置变化的事实产生的上述问题。
有利地，实际的最大扭矩值MTV被调节成不超过期望的最大扭矩值MTV。因此，能够减小使齿轮箱超负荷的风险。
有利地，实际的最大扭矩值MTV与期望的最大扭矩值MTV匹配。因此，能够使用齿轮箱的最大容许扭矩而没有使齿轮箱超负荷的风险。这也提供的优点是操作者可以选择(i)打捆机的高吞吐量，这将产生柱塞的大负荷、厚填料和低柱塞力，因此导致捆的较低密度，或(ii)打捆机的减小吞吐量，产生柱塞的减小负荷和更薄填料，并且导致更高柱塞力和捆的更高密度。
当在本文中使用时短语“实际MTV与期望MTV匹配”表示摩擦控制元件被调节以减小实际的最大扭矩值MTV和期望的最大扭矩值MTV之间的任何差值。在理想情况下实际MTV和期望MTV之间的差值将减小使得它大致等于或接近零。然而，这不是绝对要求。在许多情况下，将该差值减小到小于期望的最大扭矩值MTV的某个比例、例如20％就足够了。
可以通过测量力值、例如柱塞力并且同时感测旋转驱动机构的部件、例如曲柄臂的循环位置并且从测量力值和感测循环位置导出实际的最大扭矩值MTV间接确定实际MTV。因此可以通过组合这两个值导出实际的最大扭矩值MTV。例如，可以通过测量旋转驱动机构和柱塞之间或在旋转驱动机构和打捆机的框架之间的驱动力确定实际的最大扭矩值MTV。感测的循环位置例如可以是旋转驱动机构的输出驱动轴的位置。
有利地，确定与旋转驱动机构关联的实际的最大扭矩值MTV包括确定柱塞的压缩冲程期间的最大扭矩值。
有利地，可调节摩擦控制元件包括捆形成通道的可调节板。替代地，摩擦控制元件可以由独立元件、例如安装在通道内的一个或多个摩擦杆组成。有利地，调节摩擦控制元件包括调节施加到摩擦控制元件的偏压力。
在一个实施例中，根据实际的最大扭矩值MTV和期望的最大扭矩值MTV的直接比较调节摩擦控制元件。
在另一实施例中，该方法还包括测量实际力值、比较实际力值和选定期望力值、以及调节摩擦控制元件以保证实际力值不超过期望力值。以该方式可以避免使打捆机的其它部件超负荷的风险。
有利地，该方法包括从感测的最大扭矩值MTV计算实际最大力值、比较实际最大力值和期望力值、以及调节摩擦控制元件以使实际最大力值匹配期望最大力值。
有利地，该方法包括从多个实际的最大扭矩值MTV值确定积累扭矩值，以及根据积累扭矩值的值调节期望的实际的最大扭矩值MTV。
根据本发明的另一方面提供一种打捆机，所述打捆机包括具有至少一个可调节摩擦控制元件的捆形成通道、安装在所述通道内的柱塞、用于驱动所述柱塞的往复运动的旋转驱动机构、以及用于控制所述打捆机的操作的控制系统，所述控制系统配置成确定与所述旋转驱动机构关联的实际的最大扭矩值MTV、比较实际的最大扭矩值MTV和选定期望的最大扭矩值MTV以及调节所述摩擦控制元件以根据期望的最大扭矩值MTV调节实际的最大扭矩值MTV；打捆机包括感测力值的传感器和感测所述旋转驱动机构的部件的循环位置的传感器，其中所述控制系统配置成从测量力值和感测循环位置导出实际的最大扭矩值MTV。
有利地，控制系统配置成根据本发明的先前所述中任一项所述的方法调节实际的最大扭矩值MTV。
有利地，方捆机包括感测旋转驱动机构和柱塞之间的或旋转驱动机构和打捆机的框架之间的驱动力的传感器，其中控制系统配置成从感测驱动力确定实际的最大扭矩值MTV。
有利地，传感器感测旋转驱动机构的输出驱动轴的循环位置。
有利地，可调节摩擦控制元件包括捆形成通道的可调节板。
有利地，方捆机包括用于调节施加到可调节板的偏压力的致动器。
附图说明
现在将通过例子参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1是显示根据本发明的实施例的打捆机的主部件的等轴视图；
图2是显示打捆机的驱动机构的一部分的等轴视图；以及
图3是示出打捆机的控制系统的示意图。
具体实施方式
图1中所示的打捆机器或打捆机包括打捆室C和可以以往复方式驱动到打捆室C中的柱塞D。打捆机也包括用于从地面拾取切割捆材料、例如草和秸秆的拾取机构M、用于将捆材料进给到打捆室C中的进给机构N以及用于将驱动从牵引车(未显示)的驱动输出传递到柱塞D的驱动系X。这些部件全部是常规的并且例如可以如美国专利4074623和4142746中所述。打捆机也包括用捆绑麻绳捆绑的捆绑装置E。该捆绑装置例如可以如US 4074623中所述。
打捆室C包括开端捆形成通道，捆材料1通过往复柱塞D被推动通过所述开端捆形成通道。在该例子中，柱塞D经由曲柄8和柱塞杆3从旋转驱动轴2被驱动。驱动轴2包括也具有驱动输入轴4的驱动齿轮箱5的输出轴，通过所述驱动输入轴它接收来自牵引车(未显示)的驱动输出的驱动。齿轮箱5安装在打捆机的框架7上。
形成打捆室C的开端通道具有入口端13和出口端14。捆形成通道由两个侧板15(其中的一个在图1中省略以显示打捆室C的内部)、顶板16和底板17限定。顶板16(和/或侧板15之一或两者)包括可调节板，所述可调节板围绕它的上游端可枢转，允许调节捆形成通道的横截面面积。用于调节可调节板的位置的调节机构18朝着打捆室C的出口端14被提供。调节机构18将偏压力F施加到可调节板16以控制板和打捆室C中的压缩材料1之间的摩擦水平。可调节板16因此包括摩擦控制元件。
柱塞D在大致线性方向L上在两个端部位置之间被驱动，所述端部位置相应地包括在打捆室C的前面的缩回位置和它延伸到打捆室C的通道中的延伸位置。当柱塞处于缩回位置时，打捆室C装载有待压缩的捆材料。柱塞D然后被驱动到打捆室中使得该新材料抵靠已经在打捆室C中的压缩材料1的主体被压缩。新压实材料形成加入通道中的已经压实材料1的填料W。压缩材料1与打捆室C的板15、16、17的摩擦提供阻力，所述阻力允许压缩引入柱塞D的前面的打捆室C中的新材料。
在压缩之后，新压缩材料的填料W和已经在打捆室C中的压缩材料1一起朝着打捆室的出口端14移动直到柱塞D到达它的完全延伸端部位置。柱塞D然后在相反方向上朝着它的缩回位置移动，使得打捆室C可以重新装载有待压缩的新材料。可以通过用不同水平的力F将打捆室的可调节板16压在压缩材料1上调节压缩材料1和室C的板15、16、17之间的打捆室C内的摩擦。
由压缩材料形成的捆1b在离开机器之后由环绕压缩材料的主体的麻绳19保持压缩。可以如下执行该捆绑过程。
在打捆过程的开始时，来自打捆室C的相对侧的线轴(未显示)的两个长度的麻绳通过将使用打结装置E将麻绳的端部系着在一起而彼此连接。当捆材料在打捆室C中被压实时，线轴在捆材料的两侧将麻绳进给到打捆室C。在打捆室C的一侧的麻绳穿过捆针20的尖端。当压缩捆材料1的主体在两个连续压缩冲程之间到达它的全长度时，针20将麻绳作为环带到打捆室C的另一侧。打结装置E然后打结麻绳，将由针20带动围绕压缩捆的麻绳环的端部联结到由在打捆室的另一侧(与打结装置E相同的侧)的线轴供应的麻绳的端部。然后缩回针头20并且开始新捆。
在图3中示出用于打捆机的控制系统。在该例子中，控制系统包括连接到操作者输入/输出设备24、例如触敏显示单元的电子控制单元22。控制单元22连接到用于调节打捆室C的可调节板16的调节机构18并且配置成将控制信号发送到调节机构18以控制施加到可调节板16的偏压力F。
控制系统被配置成确定与旋转驱动机构关联的实际最大扭矩值(MTV)以比较实际MTV和选定期望MTV并且调节施加到可调节板16的偏压力F以根据期望MTV调节实际MTV。实际MTV优选地被调节成不超过期望MTV并且更优选地与期望MTV匹配。
可以以许多不同方式确定与旋转驱动机构关联的实际最大扭矩值(MTV)。在一个实施例中，控制单元连接到扭矩传感器26并且配置成从传感器26接收表示柱塞D的旋转驱动机构中的测量扭矩值的信号。扭矩传感器26例如可以连接到齿轮箱5的输出轴2或输入轴4。控制单元监视测量扭矩值并且从该值确定实际MTV。
在本发明的另一实施例中，控制单元22连接到与柱塞D关联的力传感器28和与齿轮箱5的输出轴2关联的位置传感器30。在该实施例中，控制单元22接收来自两个传感器的信号并且通过基于从传感器28、30接收的、表示柱塞力P和曲柄8的角位置的信号计算确定扭矩值R。通过识别计算扭矩值R的最大值确定实际最大扭矩值(MTV)。
在本发明的另一实施例中，控制单元22连接到与柱塞D关联的力传感器28并且连接到感测压缩冲程期间压缩材料的主体1行进的距离(行进距离大体上等于填料厚度d)的行程传感器32。行程传感器32例如可以由当压缩材料的主体到达用于捆绑的正确长度时常常被提供用于启动打结器E的类型的常规星轮装置组成。由于最大扭矩值下的曲柄8的角位置可以从行进距离确定，因此控制单元22可以通过基于从传感器28、32接收的、表示柱塞力P和行进距离(填料厚度d)的信号计算确定MTV。
在本发明的以上实施例的任何一个中，实际MTV可以被调节成不超过期望MTV。这减小通过过度扭矩值导致损坏驱动系X的风险。优选地，实际MTV与期望MTV匹配从而减小实际MTV和期望MTV之间的任何差异。这允许使用驱动系的最大扭矩以提供高压缩水平。
在本发明的以上实施例的任何一个中，可以通过调节施加到可调节板16的偏压力F调节实际MTV。可以根据与旋转驱动机构关联的最大扭矩值MTV调节偏压力F。可以连续地和与MTV成比例地调节偏压力F，或者可以在分步地调节它。
在以上实施例的任何一个中，可以由操作者根据捆材料所需的期望压缩水平选择期望MTV。替代地或附加地，可以根据长时期所需的积累扭矩值自动地选择或修改期望MTV以便保证驱动系X的最小使用寿命。例如，如果操作者经常选择很高的期望MTV，则控制系统可以自动地减小该选定MTV以避免驱动系上的过度磨损和它的计划使用寿命。
在以上实施例的任何一个中，实际MTV可以用于提供直接输入以便调节施加到可调节板16的偏压力F。替代地，它可以用于提供间接输入，例如当使用根据最大柱塞力下的曲柄位置变化的常规柱塞力调节时，通过调节最大容许柱塞力值。可以从填料厚度d并且通过假设最大柱塞力将发生在打捆室C中的材料开始移动时而计算最大柱塞力下的曲柄位置。
本发明的实际优点在于操作者可以选择(i)打捆机的高吞吐量，这将产生柱塞的大负荷、厚填料和低柱塞力，因此导致捆的较低密度，或(ii)打捆机的减小吞吐量，产生柱塞的减小负荷和更薄填料，并且导致更高柱塞力和捆的更高密度。
为了在机器的相同向前驱动速度下获得柱塞的减小负荷，可以通过提供附加的增速传动系增加齿轮箱的输入速度。有利地，操作者然后可以选择直接地在齿轮箱的初始输入处并且以初始速度或间接地经由增速传动系以超驱动速度驱动机器。

Claims (18)

1.一种使用方捆机打捆的方法，所述方捆机包括具有至少一个可调节摩擦控制元件的捆形成通道的打捆室、安装在所述捆形成通道内的柱塞和用于驱动所述柱塞的往复运动的旋转驱动机构，所述方法包括确定与所述旋转驱动机构关联的实际的最大扭矩值MTV、比较实际的最大扭矩值MTV和选定的期望的最大扭矩值MTV、以及调节所述摩擦控制元件以根据期望的最大扭矩值MTV调节实际的最大扭矩值MTV；其中，通过测量力值、感测所述旋转驱动机构的部件的循环位置以及从测量力值和感测的循环位置导出实际的最大扭矩值MTV来确定实际的最大扭矩值MTV。
2.根据权利要求1所述的方法，其中实际的最大扭矩值MTV被调节成不超过期望的最大扭矩值MTV。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中实际的最大扭矩值MTV与期望的最大扭矩值MTV匹配。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过测量所述旋转驱动机构和所述柱塞之间或所述旋转驱动机构和所述打捆机的框架之间的驱动力来确定实际的最大扭矩值MTV。
5.根据权利要求1所述的方法，其包括感测所述旋转驱动机构的输出驱动轴的循环位置。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述可调节摩擦控制元件包括所述捆形成通道的可调节板。
7.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述摩擦控制元件包括调节施加到所述可调节摩擦控制元件的偏压力。
8.根据权利要求1所述的方法，其中根据实际的最大扭矩值MTV和期望的最大扭矩值MTV的直接比较来调节所述摩擦控制元件。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括测量实际力值、比较实际力值和选定的期望力值、以及调节所述摩擦控制元件以保证实际力值不超过期望力值。
10.根据权利要求1所述的方法，其包括从感测扭矩值计算期望力值、比较实际力值和期望力值、以及调节所述摩擦控制元件以使实际力值匹配期望力值。
11.根据权利要求1所述的方法，其包括从多个实际的最大扭矩值MTV值确定积累扭矩值、以及根据积累扭矩值的值调节期望的最大扭矩值MTV。
12.一种打捆机，其包括具有至少一个可调节摩擦控制元件的捆形成通道的打捆室、安装在所述捆形成通道内的柱塞、用于驱动所述柱塞的往复运动的旋转驱动机构、以及用于控制所述打捆机的操作的控制系统，所述控制系统配置成确定与所述旋转驱动机构关联的实际的最大扭矩MTV、比较实际的最大扭矩值MTV和选定的期望的最大扭矩值MTV、以及调节所述摩擦控制元件以根据期望的最大扭矩值MTV调节实际的最大扭矩值MTV；其中，打捆机包括感测力值的传感器和感测所述旋转驱动机构的部件的循环位置的传感器，其中所述控制系统配置成从测量力值和感测的循环位置导出实际的最大扭矩值MTV。
13.根据权利要求12所述的打捆机，其中所述控制系统配置成根据权利要求1至11中任一项所述的方法调节实际的最大扭矩值MTV。
14.根据权利要求12或13所述的打捆机，其包括一传感器，用于感测所述旋转驱动机构和所述柱塞之间或所述旋转驱动机构和所述打捆机的框架之间的驱动力，其中所述控制系统配置成从感测的驱动力确定实际的最大扭矩值MTV。
15.根据权利要求12所述的打捆机，其包括感测所述旋转驱动机构的输出驱动轴的循环位置的传感器。
16.根据权利要求12所述的打捆机，其中所述可调节摩擦控制元件包括所述捆形成通道的可调节板。
17.根据权利要求16所述的打捆机，其包括用于调节施加到所述可调节板的偏压力的致动器。
18.根据权利要求12所述的打捆机，其中所述旋转驱动机构包括用于增加所述旋转驱动机构的旋转速度的可选择增速传动系。
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