CN106455493B - 具有辅助动力系统的农业打捆机 - Google Patents

Abstract

一种农业打捆机(10)包括主捆包室(26)，通过压缩循环在主捆包室(26)内可往复移动的柱塞(30)，与柱塞(30)的运动相关联的飞轮(44)，以及与飞轮(44)相关联并且与牵引单元的动力输出(PTO)可联接的传动系(50)。农业打捆机(10)的特征在于与传动系(50)联接的辅助动力系统(52)。辅助动力系统(52)包括提供表示与柱塞(30)的压缩循环期间的动力使用相关联的参数的输出信号的动力指示器(64、64')，用于从传动系(50)接收动力和/或将动力传递到传动系的动力装置(54、58)，以及与动力指示器(64、64')和动力装置(54、58)联接的电气处理电路(62)。电处理电路(62)可操作地用于接收输出信号并且根据输出信号控制动力装置(54、58)的操作。

Description

具有辅助动力系统的农业打捆机

技术领域

本发明涉及农业打捆机，并且更特别地，涉及用于为这样的打捆机提供动力的系统。

背景技术

诸如打捆机的农业收割机用于固结和打包农作物材料从而便于农作物材料的储存和处理以供以后使用。在干草的情况下，割草压扁机典型地用于切割和压扁农作物材料以便用于在阳光下堆垛干化。在秸秆的情况下，农业联合收割机从限定将由打捆机拾取的秸秆(例如小麦或燕麦秸秆)的联合收割机的后部排出非谷物农作物材料。切割的农作物材料典型地被耙搂和干燥，并且诸如大型方捆打捆机或圆捆打捆机的打捆机跨越料堆并且沿着料堆行进以拾取农作物材料并将其形成为捆包。

在大型方捆打捆机上，在打捆机的前部的拾取单元从地面收集切割和堆积的农作物材料。拾取单元包括拾取辊，并且可选地可以包括其它部件，例如侧护板、短螺旋钻、挡风板等。

打包机单元用于将农作物材料从拾取单元移动到管道或预压缩室。打包机单元在预压缩室内形成一捆农作物，然后将其转移到主捆包室。(为了讨论的目的，预压缩室内的农作物材料的装料将称为“捆”，并且在主捆包室内压缩之后的农作物材料的装料将被称为“薄片”)。典型地这样的打包机单元包括打包机叉或叉以将农作物材料从拾取单元移动到预压缩室中。代替打包机单元，也已知使用将农作物材料切成更小块的转子切割机单元。

填充机单元将装料中的农作物材料的捆从预压缩室转移到主捆包室。典型地这样的填充机单元包括填充机叉，其用于随着主捆包室内的柱塞的往复运动将农作物材料的捆从预压缩室移动到主捆包室。

在主捆包室中，柱塞将农作物材料的捆压缩成薄片以形成捆包，并且同时朝着捆包室的出口逐渐推进捆包。柱塞朝着和远离打捆机的排出端来回地往复运动。柱塞可以包括从柱塞的侧部横向向外延伸的多个辊。在柱塞的每一侧的辊接收在形成于捆包室的侧壁中的相应柱塞槽内，其中柱塞槽在往复运动期间引导柱塞。

当已加入足够的薄片并且捆包达到完全(或其它预定)尺寸时，致动多个打结机，当捆包仍在主捆包室中时所述打结机围绕捆包包绕并且捆绑绳、索等。当形成新捆包时，绳被切割并且形成的捆包作为新捆包从打捆机的后部排出。

在如上所述的柱塞的压缩循环期间，当柱塞前进到主捆包室中时，柱塞移动通过压缩冲程，在每个压缩冲程结束时柱塞上的最高载荷发生。随着打捆机变得越来越大，在压缩冲程期间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与驱动柱塞的齿轮箱联接的较大飞轮。当柱塞到达压缩冲程的终点时，较重的飞轮的动量有助于在压缩冲程结束时使柱塞通过峰值载荷。如果飞轮不够重，则高载荷通过传动系传递回到牵引单元，这可以导致牵引单元机载的发动机拖档(lagging down)。然而，太大的飞轮也是非期望的，原因是它典型地需要具有较大马力(HP)额定值的牵引单元来启动和驱动形成打捆机的传动系的一部分的飞轮。

本领域中需要一种农业打捆机，其在柱塞的压缩冲程期间适应大的峰值载荷。

发明内容

本发明提供一种具有辅助动力系统的农业打捆机，其在非峰值载荷期间从打捆机的传动系收集动力并且在峰值载荷期间将动力传递回到传动系以供使用。

本发明在一种形式中涉及一种农业打捆机，其包括主捆包室，通过压缩循环在所述主捆包室内可往复移动的柱塞，与所述柱塞的运动相关联的飞轮，以及与所述飞轮相关联并且与牵引单元的动力输出(PTO)可联接的传动系。所述农业打捆机的特征在于与所述传动系联接的辅助动力系统。所述辅助动力系统包括提供表示与所述柱塞的压缩循环期间的动力使用相关联的参数的输出信号的动力指示器，用于从所述传动系接收动力和/或将动力传递到所述传动系的动力装置，以及与所述动力指示器和所述动力装置联接的电气处理电路。所述电气处理电路可操作地用于接收输出信号并且根据所述输出信号控制所述动力装置的操作。

本发明的优点在于动力在非峰值载荷期间从打捆机收集并且在峰值载荷之前和期间传递回到传动系。

另一优点在于具有较小HP额定值的牵引单元可用于驱动打捆机。

另一优点在于打捆机可以配备有较小飞轮。

另一优点在于需要较低的PTO动力：达到40％，这取决于打捆机的占空比。

另一优点在于减少燃料消耗，原因是可以使用较小牵引单元。

另一优点在于APS为操作者带来更大的舒适度，原因是峰值脉冲载荷不通过传动系传递回到牵引单元。

附图说明

通过参考结合附图进行的本发明的实施例的以下描述，本发明的上述和其它特征和优点以及实现它们的方式将变得更加明显，并且将更好地理解本发明，其中：

图1是显示可以包括本发明的APS的大型方捆打捆机的内部工作方式的透视剖视图；

图2是图1中所示的传动系、齿轮箱和APS的透视图；

图3是显示本发明的APS的简化实施例的框图；

图4是本发明的APS的实施例的控制示意图；以及

图5是打捆机的压缩循环期间的所需动力、由APS输入的液压动力和由于APS输入的动力产生的合成PTO动力的图示。

在几个视图中相应的附图标记始终表示相应的部件。本文中阐述的范例举例说明本发明的实施例，并且这样的范例不应当被解释为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，并且更特别地参考图1，示出显示大型方捆打捆机10的内部工作方式的透视剖视图。打捆机10在两级送料系统上操作。使用拾取单元12将农作物材料从料堆提升到打包机10中。拾取单元12包括具有尖齿16的旋转拾取辊14，所述尖齿朝着打包机单元18向后移动农作物。可选的一对短螺旋钻(其中的一个被显示，但未编号)位于拾取辊14上方以横向向内移动农作物材料。打包机单元18包括打包机尖齿20，其将农作物推入预压缩室22中以形成农作物材料的捆。打包机尖齿20将农作物缠绕在一起并且在预压缩室22内打包农作物。预压缩室22和打包机尖齿20用作用于农作物压缩的第一级。一旦预压缩室22中的压力达到预定感测值，填充机单元24将农作物的捆从预压缩室22移动到主捆包室26。填充机单元24包括填塞机叉28，其直接在柱塞30的前面推动农作物的捆，所述柱塞30在主捆包室26内往复运动并且将农作物的捆压缩成薄片。在材料的捆已移动到主捆包室26中之后，填充机叉28返回到其初始静止状态。柱塞30将农作物的捆压缩成薄片以形成捆包，并且同时朝着主捆包室26的出口逐渐推进捆包。主捆包室26和柱塞30用作用于农作物压缩的第二级。当已加入足够的薄片并且捆包达到完全(或其它预定)尺寸时，打结机34被致动，当捆包仍在主捆包室26中时所述打结机围绕捆包包绕并且捆绑绳。针36将下部绳上拉到打结机并且然后发生捆绑过程。当形成新捆包时，绳被切割并且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。齿轮箱42由飞轮44驱动，所述飞轮又经由驱动轴46与动力输出(PTO)联接器48连接。PTO联接器48在诸如牵引器(未显示)的牵引单元的后部处与PTO花键可拆卸地连接。PTO联接器48、驱动轴46和飞轮44一起限定将旋转动力提供给齿轮箱42的传动系50的一部分。飞轮44具有足够的质量以在动力由牵引单元施加到驱动轴46时使柱塞30通过压缩冲程。在没有飞轮的情况下，在操作期间当打捆机需要峰值动力时，例如在压缩冲程结束时和/或在填充机单元冲程期间，在牵引单元上施加大机械载荷(冲击)。一般而言，随着打捆机变得越来越大，飞轮的尺寸也变得越来越大。较大的飞轮也通常需要使用具有较高马力额定值的牵引单元，从而在操作期间保持对驱动轴46的输入动力，并且原因是需要较高的动力以从停止位置开始飞轮的旋转。

现在共同参考图1-3，打捆机10还包括辅助动力系统(APS)52，其在机械动力分配意义上并且不必在几何意义上与飞轮44并行地与传动系50联接。APS 52大体上用于从传动系50接收动力，储存动力，并且将储存动力传递回到传动系50。

APS 52大体上包括用于从传动系50接收动力并且生成动力的动力生成装置54，与动力生成装置54联接并且从其储存动力的动力储存装置56，以及用于将储存动力传递回到传动系的动力反馈装置58。动力生成装置54和动力反馈装置58均一般被独立地或一起称为动力装置，原因是它们均取决于APS 52如何配置来传递动力。例如，在图3所示的框图中，动力生成装置54和动力反馈装置58配置为可以以不同功能性操作的相同单元，例如液压泵/马达或电动马达/发电机。当配置为液压泵/马达时，动力储存装置56可以采取一个或多个液压蓄能器的形式。替代地，当配置为电动马达/发电机时，动力储存装置56可以采取一个或多个超级电容器和/或电池的形式。使用该类型的双重功能性，动力储存装置56以双向方式与动力生成装置54/动力反馈装置58连接，所述双向方式允许动力的双向流动，如双箭头60所示。

替代地，动力生成装置54和动力反馈装置58可以是独立的和分立的单元，其均与传动系50和动力储存装置56联接。例如，动力生成装置54可以采取液压泵的形式，并且动力反馈装置58可以采取独立液压马达的形式，其均与传动系50机械地联接并且与呈蓄能器(未具体显示)的形式的动力储存装置液压地联接。而且，动力生成装置54可以采取电动马达的形式，并且动力反馈装置58可以采取独立发电机的形式，其均与传动系50机械地联接并且与呈超级电容器和/或电池(未具体显示)的形式的动力储存装置56电联接。

图3中所示的动力储存装置56也可以不同于一个或多个液压蓄能器、超级电容器和/或电池被配置。例如，动力储存装置56可以配置为从/向传动系50接收/传递动力的附加机械飞轮。动力生成装置54和动力反馈装置58可以配置为无级变速器(CVT)，并且附加飞轮将以某种方式能够在非峰值载荷周期期间接收和储存动力并且在峰值载荷周期期间将动力传递回到传动系50以供使用。

为了在下文中讨论的目的，将假定动力生成装置54和动力反馈装置58采取配置为液压泵/马达的单个单元的形式。泵/马达54、58与电处理电路62联接并受其控制，所述电处理电路可以采取电子控制单元(ECU)或模拟处理器的形式。电处理电路62可以是打包机10机载的专用ECU，或者也可以是用于其它目的打捆机10机载的ECU的一部分。替代地，电处理电路62也可以是牵引打捆机的牵引单元机载的ECU，并且可以以有线或无线方式与泵/马达54、58和打捆机10机载的其它部件联接。

电处理电路62以这样的方式控制泵/马达54、58的操作，使得在打捆机10上的峰值载荷周期之前和期间将动力传递到传动系50，并且在打捆机10上的非峰值载荷周期期间从传动系50接收动力。更具体地，根据一个或多个动力指示器向/从传动系50传递动力，每个动力指示器提供表示与柱塞30的压缩循环期间的动力使用相关联的参数的输出信号。(一个或多个)动力指示器大体上提供表示与柱塞30的压缩循环相关联的参数的输出信号，并且更具体地提供表示与主捆包室26内的柱塞30相关联的参数的输出信号，和/或与在捆包室26内的农作物材料切片的形成相关联的参数。

为此，电处理电路62与一个或多个传感器64、64'连接，所述传感器提供指示柱塞30的位置或载荷和/或农作物切片变量的输出信号。与柱塞相关联的感测参数的例子可以包括：柱塞的位置、速度和/或载荷；与所述齿轮箱相关联的位置、速度和/或载荷；飞轮的速度；飞轮的位置；和/或附连到柱塞的曲柄臂的位置。在图3所示的实施例中，传感器64邻近飞轮44定位以例如通过使用接近传感器、光学传感器等确定飞轮44的旋转位置。飞轮44的位置又可以用于建立主捆包室26内的柱塞30的位置。替代地，传感器64'可以配置成感测与主捆包室26内的农作物切片形成相关联的变量。农作物切片形成变量的例子可以包括：农作物材料的水分含量；农作物材料的给定切片的厚度；和/或针对农作物材料的每个切片的处于最大压缩的柱塞的位置变化。替代地，与农作物切片形成相关联的参数甚至可以由用户输入，例如正在收割的农作物材料的特定类型。其它输入参数也可以用于控制APS 52的操作。

现在参考图4，显示图1-3中所示的APS 52的控制示意图。APS 52可以被认为限定液压飞轮，其基于连接在蓄能器56和罐66之间的过中心(over-center)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和蓄能器56之间。止回阀70也连接到罐66以便避免泵/马达54、58的气穴现象。压力换能器72用于管理泵/马达54、58的排量。基本上，在典型的工作循环期间，当打捆机10的即时动力低于平均动力时泵/马达54、58用作对蓄能器56充能的真实泵(图5)。在另一方面，当柱塞30处于压缩行程时，泵/马达54、58用作将液压动力转换成可以提供给传动系50的机械动力的马达。以该方式，典型的峰值动力可以避免并且从牵引器提供的PTO动力总是接近平均动力。泵尺寸与蓄能器56中的最大压力和泵/马达54、58的操作速度有关。由于与传动系50联接的附加齿轮箱74，泵速度可以增加，例如从1000RPM(在工作条件下的典型PTO速度)直到大约2680RPM。与在较低速度条件下操作时所需的较大泵相比，该较高速度允许使用具有较高液压效率和较快响应时间的较小泵。

在打捆机10的操作期间，柱塞30在主捆包室26内的压缩循环期间来回往复运动。在图5的图形中所示的大型方捆打捆机的实施例中，当柱塞30来回往复运动时(由顶部大致正弦曲线80指示)，大型打捆机的PTO轴处所需的动力可以在最小动力要求一直到最小动力要求的约四倍之间(例如，在约55到215kW之间)波动。然而，由水平虚线82指示的平均动力仅仅是最小动力要求的约两倍(例如，107kW)。在另一方面，由液压泵/马达54、58提供给传动系50的动力(由底部大致正弦曲线84指示)大体上抵消PTO轴处所需的动力波动。因此，在PTO轴处所需的合成动力由刚好在平均动力线82上方的大致水平线86指示。

在上述APS 52的实施例中，假定系统是液压系统，其具有连接在PTO联接器48和飞轮44之间的泵/马达54、58。然而，APS 52和传动系50之间的连接的实际位置可以变化。例如，参考图3，泵/马达54'、58'(以虚线显示为可选的附连位置)也可以接合在飞轮44的周边处形成的花键或齿轮齿(未显示)。作为另一例子，泵/马达可以与齿轮箱42的输入轴90连接。因此，显而易见的是，无论沿着传动系50的长度在哪里收集动力，APS 52可以与传动系50联接以便以如上所述的方式向/从传动系50传递动力。

尽管已关于至少一个实施例描述了本发明，但是本发明可以在本公开的精神和范围内进一步修改。所以本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、使用或适应性修改。此外，本申请旨在涵盖属于本发明所属领域中的公知常识或习惯做法并且落入附带权利要求的限制内的本公开的这样的偏离。

Claims (15)

1.一种农业打捆机(10)，其包括：

-主捆包室(26)；

-通过压缩循环在所述主捆包室(26)内可往复移动的柱塞(30)；

-与所述柱塞(30)的运动相关联的飞轮(44)；和

-与所述飞轮(44)相关联并且与牵引单元的动力输出(PTO)可联接的传动系(50)；

其特征在于与所述传动系(50)联接的辅助动力系统(52)，所述辅助动力系统(52)包括：

-动力指示器(64、64')，其提供表示与所述柱塞(30)的压缩循环期间的动力使用相关联的参数的输出信号；

-用于从所述传动系(50)接收动力和/或将动力传递到所述传动系(50)的动力装置(54、58)；以及

-与所述动力指示器(64、64')和所述动力装置(54、58)联接的电处理电路(62)，所述电处理电路(62)可操作地用于接收每个所述输出信号并且根据所述输出信号控制所述动力装置(54、58)的操作。

2.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述动力指示器(64)包括至少一个传感器(64、64')，每个所述传感器(64、64')可操作地用于感测与压缩循环相关联的参数。

3.根据权利要求2所述的农业打捆机(10)，其中每个所述传感器(64、64')可操作地用于感测：

-所述柱塞(30)的位置、速度和/或载荷；

-与齿轮箱(42)相关联的位置/速度/载荷；

-所述飞轮(44)的位置和/或速度；或

-附连到所述柱塞(30)的曲柄臂(40)的位置。

4.根据前述权利要求中任一项所述的农业打捆机(10)，其中所述电处理电路(62)配置成根据输出信号控制所述动力装置(54、58)的操作以从所述传动系(50)接收动力并且生成动力。

5.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其还包括与所述动力装置(54、48)联接并且储存来自所述动力装置的动力的动力储存装置(56)。

6.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述电处理电路(62)配置成根据输出信号控制所述动力装置(54、58)的操作以将动力传递回到所述传动系(50)。

7.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述电处理电路(62)位于所述打捆机(10)和/或所述牵引单元上。

8.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述柱塞(30)在压缩冲程和返回冲程期间在所述主捆包室(26)中可往复移动，并且其中所述辅助动力系统(52)配置成用于在返回冲程的一部分期间从所述传动系(50)接收动力。

9.根据权利要求8所述的农业打捆机(10)，其中所述辅助动力系统(52)配置成用于在压缩冲程的一部分期间将动力传递到所述传动系(50)。

10.根据权利要求9所述的农业打捆机(10)，其中所述辅助动力系统(52)配置成用于在所述柱塞(30)上的峰值载荷之前针对压缩冲程的一部分将动力传递到所述传动系(50)。

11.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述辅助动力系统(52)配置成用于从所述传动系(50)接收动力，储存动力，并且将储存动力传递回到所述传动系(50)。

12.根据权利要求11所述的农业打捆机(10)，其中所述动力装置(54、58)包括用于从所述传动系(50)接收动力并且生成动力的动力生成装置(54)，以及用于将动力传递回到所述传动系(50)的动力反馈装置(58)，并且还包括用于储存生成动力的动力储存装置(56)。

13.根据权利要求12所述的农业打捆机(10)，其中所述动力储存装置(56)包括液压蓄能器(56)，并且其中所述动力生成装置(54)包括用作与所述液压蓄能器(56)联接的液压泵(54)的液压机，并且当将储存动力从所述液压蓄能器(56)传递回到所述传动系(50)时，所述动力反馈装置(58)由用作马达的所述液压机得到。

14.根据权利要求12所述的农业打捆机(10)，其中所述动力储存装置(56)包括电容器或电池，并且其中所述动力生成装置(54)包括用作电动马达的电机，并且当将储存动力传递回到所述传动系(50)时，所述动力反馈装置(58)由用作发电机的电机得到。

15.根据权利要求1所述的农业打捆机(10)，其中所述传动系(50)包括在其输入端处的PTO联接器(48)，并且所述辅助动力系统(52)在所述PTO联接器(48)和所述飞轮(44)之间与所述传动系(50)联接。