CN106255644B

CN106255644B - 用于具有机械飞轮制动装置的农业捆包机的辅助动力系统

Info

Publication number: CN106255644B
Application number: CN201580022184.4A
Authority: CN
Inventors: A·贝内维利; J·德弗莱茵
Original assignee: CNH China Management Co Ltd
Current assignee: Keisnew Netherlands Industrial Harbin Machinery Co ltd
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2035-07-06
Also published as: WO2016005334A1; AU2015286830B2; EP3166387A1; BE1021947B1; CN106255644A; AU2015286830A1; US10194594B2; US20180177134A1; EP3166387B1; NZ724338A

Abstract

本发明涉及一种农业捆包机(10)，其包括：柱塞，在压缩行程和返回行程期间柱塞能够在主捆包腔室(26)内往复运动；飞轮(44)，与柱塞(30)相关联；以及动力传动系(50)，与飞轮(44)相关联，并且能够与牵引单元的动力输出(PTO)联接。捆包机的特征在于APS(52)，其与动力传动系(50)联接，并且被构造成用以接纳来自动力传动系(50)的动力并存储该动力。PTO指示器(90)提供表明PTO接合的输出信号。电气处理回路(62)与APS(52)和PTO指示器(90)联接，并且根据来自PTO指示器(90)的输出信号控制APS(52)的操作。

Description

用于具有机械飞轮制动装置的农业捆包机的辅助动力系统

技术领域

本发明涉及农业捆包机，更具体地，本发明涉及用于向这样的捆包机提供动力的系统。

背景技术

农业收割机(例如捆包机)用来固定和包装作物物料，以便于存储和搬运作物物料，供后续使用。在干草的情况下，割草机调节器通常用来切割和调节作物物料以用于在阳光下干燥成干草。在稻草的情况下，农业联合收割机从联合收割机的后部排出非谷物类作物物料以限定秸秆(例如小麦或燕麦秸秆)，秸秆将由捆包机拾取。切割的作物物料通常用耙子耙并进行干燥，捆包机(例如大型方形捆包机或圆形捆包机)跨越干草列并且沿着干草列行进，以拾取作物物料并使作物物料形成为捆包。

在大型方形捆包机中，在捆包机的前部处的拾取单元从地面收集被切割和耙成行的作物物料。拾取单元包括拾取辊，并且可任选地可以包括其它部件，例如侧护板、残根螺旋钻、挡风板等。

包装单元用来使作物物料从拾取单元运动到管道或预压缩腔室。包装单元在预压缩腔室内形成作物团块，该作物团块接下来被传送到主捆包腔室。(为了讨论的目的，作物物料在预压缩腔室内的装载将被称为“团块”，压缩后的作物物料在主捆包腔室内的装载将被称为“片块”)。通常，这样的包装单元包括包装齿或叉，以便将作物物料从拾取单元运动到预压缩腔室中。代替包装单元的是，还已知使用转子切割器，该转子切割器将作物物料砍削成较小的块。

填充单元将装载的作物物料团块从预压缩腔室传送到主捆包腔室。通常，这样的填充单元包括填充叉，随着柱塞在主捆包腔室内的往复运动，填充叉用来使作物物料团块从预压缩腔室运动到主捆包腔室。

在主捆包腔室中，柱塞将作物物料团块压缩成片块，以形成捆包，同时使捆包朝向捆包腔室的出口逐步前进。柱塞朝向和远离捆包机的排出端部来回往复运动。柱塞可以包括多个辊，这些辊从柱塞的侧部沿侧向向外延伸。柱塞的每一侧上的辊接纳在相应的柱塞狭槽中，柱塞狭槽形成在捆包腔室的侧壁中，在往复运动期间柱塞狭槽用以引导柱塞。

当已经添加了足够的片块并且捆包达到全(或其它预定的)尺寸时，多个打结器被致动，这些打结器在捆包仍然处于主捆包腔室中时围绕捆包缠绕和系结麻绳、绳索或类似物。切断麻绳，在形成新的捆包时，之前所形成的捆包从捆包机的后部排出。

在上述柱塞的压缩循环期间，在柱塞前进到主捆包腔室中时，柱塞通过压缩行程进行运动，柱塞在每个压缩行程结束时出现最高载荷。随着捆包机变得越来越大，压缩行程期间出现的柱塞上的峰值载荷同样变得越来越大。补偿这些较高峰值载荷的一种方式是使用较大的飞轮，该飞轮与驱动柱塞的齿轮箱联接。当柱塞到达压缩行程的末端时，较重的飞轮的动量有助于承载柱塞通过压缩行程结束时的峰值载荷。如果飞轮不够重，那么高载荷通过动力传动系传回到基部单元，这可能导致基部单元上的发动机过载。然而，太大的飞轮也是不期望的，原因在于这通常要求基部单元具有较大的额定马力(HP)来开始和驱动飞轮，该飞轮形成捆包机的动力传动系的一部分。

根据某些地理区域的法规，当飞轮已经完全停机时，操作者仅仅应当能够打开大型方形捆包机的罩。在如今的生产机器上，这可以利用手动地操作的和机械地致动的制动器来完成，该制动器与罩上的闩锁联接。然而，这种类型的制动器要求操作者身体的一部分用很大的力。对于上述较大的飞轮，这种类型的手动地致动的制动器在一定程度上还可能对制动飞轮旋转而言是无效的。

本领域中需要的是一种农业捆包机，其有效地制动飞轮的旋转。

发明内容

本发明提供一种具有辅助动力系统(APS)的农业捆包机，该辅助动力系统用来制动飞轮的旋转，并且利用在制动操作期间回收的能量来加载APS。

在一种形式中，本发明涉及一种农业捆包机，其包括：柱塞，在压缩行程和返回行程期间柱塞能够在主捆包腔室内往复运动；飞轮，与柱塞相关联；以及动力传动系，与飞轮相关联，并且能够与牵引单元的动力输出(PTO)联接。捆包机的特征在于APS，其与动力传动系联接，并且被构造成用以接纳来自动力传动系的动力并存储该动力。PTO指示器提供表明PTO接合的输出信号。电气处理回路与APS和PTO指示器联接，并且根据来自PTO指示器的输出信号控制APS的操作。

本发明的优点在于，APS能够用来制动飞轮的旋转，而不需要操作者手动制动。

另一个优点在于，动力在捆包机停机时存储在APS中，并且能够在之后用于各种目的。

另一个优点在于，在操作者从操作者驾驶舱下来并触及罩下方的飞轮以进行服务等之前，由APS停止飞轮。

另一个优点在于，减少了燃料消耗。

另一个优点在于，APS使得操作者更为舒适，原因在于峰值脉冲载荷并没有通过动力传动系传回到牵引单元。

附图说明

通过结合附图参考本发明实施例的以下说明，本发明的上述和其他特征及优点及其获取方法将会变得更加明显，并可更好地理解发明，其中：

图1为大型方形捆包机的内部工作方式的透视剖面图，该大型方形捆包机可以包括本发明的APS；

图2为图1所示的动力传动系、齿轮箱和APS的透视图；

图3为本发明的APS的简化实施例的方块图；

图4为本发明的APS的实施例的控制示意图；以及

图5为捆包机的压缩循环期间所需的功率、APS输入的液压功率以及由APS输入的功率所产生的PTO功率的曲线示意图。

对应参考符号表明贯穿若干视图的对应部分。本文示出的范例示出本发明的实施例，不应将这种范例理解为是以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

现在参考附图，更具体地参考图1，示出了透视剖面图，示出了大型方形捆包机10的内部工作方式。捆包机10在两阶段进给系统上操作。利用拾取单元12将作物物料从干草列提升到捆包机10中。拾取单元12包括具有齿16的旋转拾取辊14，这些齿使作物朝向包装单元18向后运动。可选的一对残根螺旋钻(示出了一个，但是没有进行附图标记)定位在拾取辊14上方，以使作物物料沿侧向向内运动。包装单元18包括包装齿20，包装齿将作物推入到预压缩腔室22中，以形成作物物料团块。包装齿20将作物缠绕在一起，并且将作物包装在预压缩腔室22中。预压缩腔室22和包装齿20用作作物压缩的第一阶段。一旦预压缩腔室22中的压力达到预定的感测值，填充单元24就使作物团块从预压缩腔室22运动到主捆包腔室26。填充单元24包括填充叉28，填充叉将作物团块直接推入到柱塞30的前部，该柱塞在主捆包腔室26内往复运动并且将作物团块压缩成片块。在物料团块已经运动到主捆包腔室26中之后，填充叉28返回到其初始静止状态。柱塞30将作物团块压缩成片块以形成捆包，同时使捆包朝向主捆包腔室26的出口32逐步前进。主捆包腔室26和柱塞30用作作物压缩的第二阶段。当已经添加了足够的片块并且捆包达到全(或其它预定的)尺寸时，打结器34被致动，这些打结器在捆包仍然处于主捆包腔室26中时围绕捆包缠绕和系结麻绳。针36将下部的麻绳向上带到打结器34，然后进行捆扎过程。切断麻绳，在形成新的捆包时，将之前所形成的捆包从排出槽38排出。

柱塞30经由曲柄臂40与齿轮箱42连接。通过飞轮44驱动齿轮箱42，该飞轮继而经由驱动轴46与动力输出(PTO)联接器48连接。PTO联接器48与牵引单元的后部处的PTO花键可拆卸地连接，该牵引单元为例如牵引机(未示出)。PTO联接器48、驱动轴46和飞轮44一起限定了向齿轮箱42提供旋转动力的动力传动系50的一部分。当动力由牵引单元施加到驱动轴46时，飞轮44具有足够的质量以承载柱塞30通过压缩行程。在没有飞轮的情况下，由于在操作期间(例如在压缩行程结束时和/或在填充单元行程期间)捆包机需要峰值功率，而使得大的机械载荷(脉冲)施加在牵引单元上。一般而言，随着捆包机变得越来越大，飞轮的尺寸也变得越来越大。为了在操作期间维持对驱动轴46的输出功率，并且因为需要较高的功率来从休止位置启动飞轮的旋转，所以较大的飞轮继而通常还需要使用具有较高额定马力的牵引单元。

根据本发明的一个方面，并且现在结合参考图1-3，捆包机10还包括辅助动力系统(APS)52，该辅助动力系统与动力传动系50联接，与飞轮44并联，总体上用来接纳来自动力传动系50的动力并存储该动力。APS 52还可以可任选地将存储的动力传回到动力传动系50。

APS 52总体上包括：动力生成装置54，其用于接纳来自动力传动系50的动力并生成动力；动力存储装置56，其与动力生成装置54联接并且存储来自动力生成装置的动力；以及可选的动力反馈装置58，其用于将存储的动力传回到动力传动系。在图3所示的方块图中，动力生成装置54和动力反馈装置58被构造成相同的单元，其能够以不同的功能操作，例如液压泵/马达或电动马达/发电机。当被构造为液压泵/马达时，动力存储装置56可以为一个或多个液压蓄力器的形式。作为另外一种选择，当被构造为电动马达/发电机时，动力存储装置56可以为一个或多个超级电容器和/或电池的形式。对于这种类型的双重功能，动力存储装置56以双向方式与动力生成装置54/动力反馈装置58连接，以允许动力的双向流动，如双向箭头60所示。

作为另外一种选择，动力生成装置54和动力反馈装置58可以是分开的和分立的单元，它们均与动力传动系50和动力存储装置56联接。例如，动力生成装置54可以为液压泵的形式，动力反馈装置58可以为分开的液压马达的形式，它们均与动力传动系50机械地联接并且与为蓄力器(未具体示出)形式的动力存储装置液压地联接。此外，动力生成装置54可以为电动马达的形式，动力反馈装置58可以为分开的发电机的形式，它们均与动力传动系50机械地联接并且与为超级电容器和/或电池(未具体示出)形式的动力存储装置56电联接。

图3所示的动力存储装置56也可以被构造成不同于一个或多个液压蓄力器、超级电容器和/或电池。例如，动力存储装置56可以被构造成附加机械飞轮，其从动力传动系50接纳动力/将动力传递到动力传动系50。动力存储装置56必须以某种方式能够在非峰值时间段期间接纳和存储动力。动力生成装置54和动力反馈装置58可以被构造成无级变速器(CVT)，附加飞轮将以某种方式能够在非峰值时间段期间接纳和存储动力并且在峰值时间段期间将动力传回到动力传动系50以供使用。

为了下文讨论的目的，设定动力生成装置54和动力反馈装置58为被构造成液压泵/马达的单个单元的形式。泵/马达54、58与电气处理回路62联接并处于电气处理回路的控制之下，该电气处理回路可以为电子控制单元(ECU)或模拟处理器的形式。电气处理回路62可以是捆包机10上的专用ECU，或者也可以是捆包机10上用于其它目的的ECU的一部分。作为另外一种选择，电气处理回路62也可以是用以牵引捆包机10的牵引单元上的ECU，并且可以以有线或无线的方式与泵/马达54、58和捆包机10上的其它部件联接。

电气处理回路62控制泵/马达54、58的操作，使得在捆包机10上的峰值时间段之前和期间动力被传递到动力传动系50，在捆包机10上的非峰值时间段期间从动力传动系50接纳动力。更具体地，动力传递到动力传动系50/从动力传动系50传递动力取决于柱塞30在主捆包腔室26中的位置，和/或与捆包腔室26内形成作物物料片料相关的变量。为此，电气处理回路62与一个或多个传感器64连接，这些传感器提供表明柱塞30的位置和/或作物片料变量的输出信号。在图3所示的实施例中，传感器64与飞轮44相邻地定位，以确定飞轮44的旋转位置，例如利用近程传感器、光学传感器等。飞轮44的位置继而可以用来形成柱塞30在主捆包腔室26中的位置。作为另外一种选择，传感器64可以被构造成用以感测与主捆包腔室26内形成的作物片料相关的变量。作物片料形成变量的例子可以包括作物物料的含水量、给定作物物料片料的厚度和/或每个作物物料片料最大压缩处柱塞的位置变化。作为另外一种选择，与作物片料形成相关的变量甚至可以由使用者输入，例如正在收割的特定类型的作物物料。其它输入变量也可以用于控制APS 52的操作。

现在参考图4，示出了图1-3所示的APS 52的控制示意图。APS 52可以被认为限定了液压飞轮，该液压飞轮基于连接在蓄力器56和罐66之间的过中心可变排量泵/马达54、58。为了避免任何过压，减压阀68安装在泵/马达54、58和蓄力器56之间。止回阀70也连接到罐66，以避免泵/马达54、58的气穴。压力换能器72用来管理泵/马达54、58的排量。基本上，在典型的工作周期期间，泵/马达54、58用作真实泵，以便在捆包机10的瞬时功率低于平均功率时加载蓄力器56(图5)。另一方面，当柱塞30处于压缩行程时，泵/马达54、58用作马达，以将液压动力转换为能够提供给动力传动系50的机械动力。这样，可以避免典型的峰值功率，并且从牵引机提供的PTO功率总是接近于平均功率。泵的尺寸随着蓄力器56中的最大压力以及泵/马达54、58的操作速度而变化。因为与动力传动系50联接的另外的齿轮箱74，所以泵的速度可以增大，例如从1000RPM(工作状况期间典型的PTO速度)直至大约2680RPM。较高的速度允许使用较小的泵，与以较低的速度条件操作时所需的较大的泵相比，具有较高的液压效率和较快的响应时间。

在捆包机10操作期间，柱塞30在压缩循环期间在主捆包腔室26内来回往复运动。在图5的曲线图所示的大型方形捆包机的实施例中，当柱塞30来回往复运动(由顶部的大致正弦曲线80表示)时，大型捆包机的PTO轴处所需的功率可能在最小功率要求到大约四倍的最小功率要求之间(例如在大约55至215kW之间)波动。然而，水平虚线82表示的平均功率仅仅是大约两倍的最小功率要求(例如107kW)。另一方面，由液压泵/马达54、58向动力传动系50提供的功率(由底部大致正弦曲线84表示)大致抵消了PTO轴处所需的功率波动。因此，PTO轴处所需的合成功率由刚好在平均功率线82上方的大致水平线86表示。

根据本发明的另一个方面，电气处理回路62确定PTO何时已经脱离，并且启用APS52以同时制动飞轮44并将能量存储在动力存储装置56中用于其它目的。为此，电气处理回路62与PTO指示器90(图3和4)联接，该PTO指示器提供表明PTO的接合(以及由此表明动力传动系50的主动机械驱动)的输出信号。电气处理回路62根据来自PTO指示器90的输出信号控制APS 52的操作。在一个实施例中，来自PTO指示器90的输出信号表示PTO的脱离，电气处理回路62在接收到该输出信号的情况下接合APS 52，以利用来自飞轮44的能量将动力存储在APS 52中。同时，在PTO脱开并且APS 52接合之后，APS 52还用来制动飞轮44。

PTO指示器90可以具有不同的构造，并且可以位于捆包机10和/或牵引单元上。例如，已知的是为农业牵引机形式的牵引单元可以具有可手动按压的开关(例如旋钮或杠杆)，该可手动按压的开关向牵引机上的电子控制单元(ECU)发送信号以脱开PTO。在一个实施例中，PTO指示器90可以是该相同的PTO脱离开关，牵引机上的ECU可以将输出信号(有线或无线)提供到与捆包机10相关联的电气处理回路62。然后，电气处理回路62知道PTO已经脱离，并且接合APS 52以制动飞轮44并存储来自飞轮44和动力存储装置56的能量以供后续使用。可手动按压的开关也可以为显示屏上虚拟开关的形式，或者可以为能够由捆包机10的操作者触及的其它合适的开关。

作为另一个例子，PTO指示器90可以为传感器的形式，其感测动力传动系50的旋转速度和/或动力传动系50上的载荷(例如扭矩)。大型方形捆包机的动力传动系的典型的额定操作速度为大约1000RPM。如果动力传动系50的旋转速度下降到预定值，例如850RPM，那么动力传动系50减速，并且可以推测PTO已经脱离。作为另外一种选择，当PTO脱离时，动力传动系将空转直到其停止，并且没有输入扭矩从牵引机的PTO轴施加。利用载荷传感器可以感测到该空转状态，输出信号提供给电气处理回路62以确定PTO已经脱离。PTO指示器90还可以以其它方式构造，以提供表示PTO和/或动力传动系50的接合状态的输出信号。

为了存储足够量的能量以供PTO已经脱离之后的后续使用，可能需要提供较大的动力存储装置56和/或多个动力存储装置56。例如，动力存储装置56可以被构造为一个或多个液压蓄力器、一个或多个电容器、一个或多个电池和/或一个或多个附加飞轮。

存储在动力存储装置56中的能量可以用于捆包机10上的各种辅助功能。例如，这样的辅助功能可以包括：接合捆包机上的捆包弹射装置；升高或降低捆包机的后部处的捆包排出槽；为捆包机上的灯供电；和/或在后续启动捆包机的情况下启动飞轮的旋转。存储的动力还可以用于捆包机10上的其它辅助功能。

虽然已经参考至少一个实施例描述了本发明，但是在本发明的精神和范围内，还可以进一步修改本发明。因此本申请旨在涵盖采用本发明一般原理的任何变型型式、用途或适应型式。此外，本发明旨在涵盖本发明之外但在本发明所属领域的且落在所附权利要求的限制内的已知或惯有实践范围内的偏差型式。

Claims

1.一种农业捆包机(10)，其包括：

-捆包腔室(26)；

-柱塞(30)，在压缩行程和返回行程期间所述柱塞能够在所述捆包腔室(26)内往复运动；

-飞轮(44)，所述飞轮与所述柱塞(30)相关联；以及

-动力传动系(50)，所述动力传动系与所述飞轮(44)相关联，并且能够与牵引单元的动力输出(PTO)联接；

其特征在于，所述农业捆包机还包括：

-辅助动力系统(APS)(52)，所述辅助动力系统与所述动力传动系(50)联接，并且被构造成用以接纳来自所述动力传动系(50)的动力并存储该动力；

-PTO指示器(90)，所述PTO指示器提供表明所述PTO接合的输出信号；以及

-电气处理回路(62)，所述电气处理回路与所述APS和所述PTO指示器(90)联接，所述电气处理回路(62)根据来自所述PTO指示器(90)的输出信号控制所述APS(52)的操作。

2.根据权利要求1所述的农业捆包机(10)，其中来自所述PTO指示器(90)的输出信号表示所述PTO的脱离，所述电气处理回路(62)在接收到该输出信号的情况下接合所述APS(52)，以利用来自所述飞轮(44)的能量将动力存储在所述APS(52)中。

3.根据权利要求1或2所述的农业捆包机(10)，其中在所述PTO脱开并且所述APS(52)接合之后，所述APS(52)还用来制动所述飞轮(44)。

4.根据权利要求1所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)包括动力存储装置(56)，所述电气处理回路(62)在接收到输出信号的情况下接合所述APS(52)，以加载所述动力存储装置(56)。

5.根据权利要求4所述的农业捆包机(10)，其中所述动力存储装置(56)包括：

-至少一个液压蓄力器；和/或

-至少一个电容器；和/或

-至少一个电池；和/或

-附加飞轮。

6.根据权利要求4或5所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)包括用于加载所述动力存储装置(56)的液压泵或电动马达。

7.根据权利要求4或5所述的农业捆包机(10)，其中存储在所述动力存储装置(56)中的动力能够操作以用于所述农业捆包机上的辅助功能。

8.根据权利要求7所述的农业捆包机(10)，其中所述辅助功能包括：

-接合所述农业捆包机上的捆包弹射装置；和/或

-升高或降低所述农业捆包机的后部处的捆包排出槽；和/或

-为所述农业捆包机上的灯供电；和/或

-在后续启动所述农业捆包机的情况下启动所述飞轮的旋转。

9.根据权利要求1或2所述的农业捆包机(10)，其中所述PTO指示器(90)包括：

-操作者可按压的开关；和/或

-用于所述动力传动系的旋转速度传感器；和/或

-所述动力传动系上的载荷传感器。

10.根据权利要求1或2所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)还被构造成用以在所述返回行程期间接纳来自所述动力传动系(50)的动力。

11.根据权利要求1或2所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)还被构造成用以将动力传递到所述动力传动系(50)。

12.根据权利要求11所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)还被构造成用以在所述压缩行程期间将动力传递到所述动力传动系(50)。

13.根据权利要求1或2所述的农业捆包机(10)，其中所述APS(52)包括：

-动力生成装置，所述动力生成装置用于接纳来自所述动力传动系的动力并且生成动力；

-动力存储装置(56)，所述动力存储装置与所述动力生成装置联接并且存储来自所述动力生成装置的动力；以及

-动力反馈装置(58)，所述动力反馈装置用于将存储的动力传递回到所述动力传动系(50)。