CN107873244B - 棉花收获机行单元的采摘单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于棉花收获机行单元的独立的滚筒驱动系统。棉花收获机行单元的采摘单元包括能围绕旋转轴线旋转的滚筒和用于收获棉花的多个摘锭。多个摘锭联接至滚筒。第一驱动单元以可旋转的方式驱动多个摘锭。第二驱动单元产生对驱动轴进行驱动的电动力。输出齿轮联接至驱动轴，并且滚筒驱动齿轮联接至所述输出齿伦。滚筒驱动齿轮以可旋转的方式驱动滚筒，使得输出齿轮将动力从所述驱动轴操作地传输至驱动齿轮。所述滚筒独立于所述多个摘锭而被操作地控制。

Description

棉花收获机行单元的采摘单元

技术领域

本公开涉及一种滚筒驱动系统，更具体而言，涉及一种棉花收获机行单元的独立控制的滚筒驱动系统。

背景技术

棉花收获机行单元包括用于收获棉花的若干采摘单元。每个采摘单元都包括至少一个滚筒，并且在一些单元上可能有前滚筒和后滚筒。在任何情况下，在每个滚筒上都有若干采摘杆，在每个采摘杆上有多个摘锭。每个摘锭可以为锥形并且具有用于从棉株移除棉花的倒刺表面。每个行单元包括具有用于从摘锭移除所采摘的棉花的多个脱棉器的脱棉器列。脱棉器是可以以橡胶或尿烷涂覆并且以比摘锭的速度大得多的速度以可旋转的方式驱动的盘。在传统的棉花收获机行单元中，摘锭在脱棉机的底面下面运动从而将棉花从摘锭退绕并剥离。

在传统的采棉机行单元中，设有用于以可旋转的方式驱动行单元的所有部件(即，滚筒、摘锭和脱棉器)的单个齿轮箱输入。在操作期间，滚筒速度与机器的地面速度同步，从而当机器速度增加时，滚筒速度也增加，反之亦然。在许多应用中，地面速度和滚筒之间的关系是线性的。速度传感器等检测或测量机器的地面速度，并且相应地控制单个齿轮箱输入，从而使得滚筒速度与地面速度同步。为了这样，滚筒在机器移动时旋转，而滚筒在机器闲置时不旋转。同样，当滚筒被以可旋转的方式驱动时，摘锭和脱棉机也以类似方式被驱动。

然而，在这种传统的系统中，根据滚筒速度操作地控制摘锭速度。因而，当滚筒速度下降以匹配机器的地面速度时，摘锭速度也下降。当摘锭速度下降时，摘锭的采摘效率被有效地降低。对于某些应用，例如低产量应用，操作员可能期望将地面速度增加至高于一定极限，但是这样做可能致使摘锭速度超过阈值极限。然而，在高产量应用中，操作员可能期望以较低地面速度操作而不降低摘锭速度。在传统的驱动系统中，这是不可能的，因为单个齿轮箱输入一起驱动滚筒和摘锭。因而，在某些应用中需要能够操作地彼此独立地控制滚筒速度和摘锭速度。

发明内容

在本公开的一个实施方式中，一种棉花收获机行单元的采摘单元包括：能围绕轴线旋转的滚筒；用于收获棉花的多个摘锭，所述多个摘锭联接至所述滚筒；用于以可旋转的方式驱动所述多个摘锭的第一驱动单元；用于产生电动力的第二驱动单元；由所述第二驱动单元以电气方式驱动的驱动轴；联接至所述驱动轴的输出齿轮；以及联接至所述输出齿轮并以可旋转的方式驱动所述滚筒的滚筒驱动齿轮，其中所述输出齿轮将动力从所述驱动轴操作地传输至所述滚筒驱动齿轮，其中，所述滚筒独立于所述多个摘锭而被操作地控制。

在该实施方式的一个示例中，所述采摘单元可以包括由所述第一驱动单元以可旋转的方式驱动的多个脱棉器。在第二示例中，所述第二驱动单元包括逆变器和电马达。在第三示例中，所述逆变器在采摘操作期间从所述电马达操作地接收关于扭矩和速度中任一者的输入；所述逆变器操作地将所述输入与扭矩极限阈值或速度极限阈值进行比较；并且当所述输入超过所述扭矩极限阈值或速度极限阈值时所述逆变器检测到堵塞情况或扭转过载情况。

在第四示例中，该采摘单元可以包括能围绕第二轴线旋转并与第一滚筒间隔开的第二滚筒，所述第二滚筒由所述第二驱动单元以可旋转的方式驱动。在第五示例中，所述第二滚筒机械地联接至所述第一滚筒。在第六示例中，该采摘单元可以包括：能围绕第二轴线旋转并与所述第一滚筒间隔开的第二滚筒；用于产生电动力的第三驱动单元；由所述第三驱动单元以电气方式驱动的第二驱动轴；联接至所述第二驱动轴的第二输出齿轮；以及联接至所述第二输出齿轮并以可旋转的方式驱动所述第二滚筒的第二滚筒驱动齿轮，其中所述第二输出齿轮将动力从所述第二驱动轴操作地传输至所述第二滚筒驱动齿轮；其中，所述第二滚筒独立于所述多个摘锭而被操作地控制。

在本公开的另一个实施方式中，一种操作地控制棉花收获机行单元的采摘单元的滚筒的方法包括：提供控制器、与所述控制器电连通的逆变器、滚筒、联接至所述滚筒的多个摘锭、多个脱棉器、第一驱动单元和第二驱动单元；利用所述第一驱动单元旋转所述多个摘锭和所述多个脱棉器；利用所述逆变器以电气方式控制所述第二驱动单元；借助于所述第二驱动单元以可旋转的方式驱动所述滚筒；以及独立于所述多个摘锭和所述多个脱棉器操作地控制所述滚筒。

在该实施方式的一个示例中，该方法可以包括：确定所述棉花收获机行单元的地面速度；由所述控制器向所述逆变器发送速度命令以基于所述速度命令将所述滚筒控制至滚筒速度；以及将所述滚筒的滚筒速度同步至所述棉花收获机行单元的地面速度。在第二示例中，操作地控制的步骤可以包括：以能无极变化的滚筒速度并且独立于所述多个摘锭借助于所述第一驱动单元而旋转的速度操作地控制所述滚筒。

在第三示例中，该方法可以包括：从所述第二驱动单元接收扭矩信号和速度信号；将所述扭矩信号或速度信号与阈值进行比较；并且当所述扭矩信号或速度信号超过所述阈值时检测到所述采摘单元中的堵塞棉花。在该实施方式的第四示例中，该方法可以包括：将所述逆变器和所述第二驱动单元之间的电动力切断；以及当所述扭矩信号或速度信号超过所述阈值时，向所述棉花收获机行单元的操作员传送警告。在第五示例中，该方法可以包括：将所述扭矩信号或速度信号与第二阈值进行比较，其中所述第二阈值小于所述第一阈值；以及在切断步骤之前向所述棉花收获机行单元的操作员发送警报以降低滚筒速度或扭矩。

在本公开的进一步的实施方式中，一种棉花收获机行单元包括：用于产生机械动力的发动机；用于控制所述棉花收获机行单元的操作的控制器；被构造成收获棉花的多个采摘单元，其中所述多个采摘单元中的每个采摘单元都包括：滚筒；以可旋转的方式联接至所述滚筒的多个摘锭；多个脱棉器，所述多个脱棉器被构造成将棉花从所述多个摘锭移除；以及第一输入和第二输入；驱动单元，该驱动单元操作地联接至所述第一输入，以便以可旋转的方式驱动所述多个摘锭和所述多个脱棉器；以及电驱动器，该电驱动器操作地联接至所述第二输入，以便以可旋转的方式驱动所述滚筒，其中所述电驱动器包括电马达以及与所述控制器电连通地布置的逆变器；其中所述滚筒独立于所述多个摘锭和所述多个脱棉器而被操作地控制。

在该实施方式的一个示例中，在所述滚筒上没有定位任何滑动离合器。在第二示例中，所述多个采摘单元包括第一采摘单元和第二采摘单元，所述第一采摘单元和所述第二采摘单元均包括所述电驱动器，其中所述电驱动器包括前电驱动器和后电驱动器，并且所述滚筒包括前滚筒和后滚筒；进一步其中，所述第一采摘单元和第二采摘单元这二者的所述前电驱动器操作地驱动相应的所述前滚筒，并且所述第一采摘单元和第二采摘单元这二者的所述后电驱动器操作地驱动相应的所述后滚筒。

在第三示例中，所述多个采摘单元包括第一采摘单元和第二采摘单元；所述第一采摘单元的所述滚筒包括第一前滚筒和第一后滚筒；所述第二采摘单元的所述滚筒包括第二前滚筒和第二后滚筒；所述第一采摘单元的所述电驱动器独立于所述多个摘锭操作地驱动所述第一前滚筒和所述第一后滚筒；并且所述第二采摘单元的所述电驱动器独立于所述多个摘锭操作地驱动所述第二前滚筒和所述第二后滚筒。

在该公开的另一个示例中，所述第一前滚筒和所述第一后滚筒经由第一机械联接器联接至彼此；所述第二前滚筒和所述第二后滚筒经由第二机械联接器联接至彼此；进一步其中，来自所述第一采摘单元的所述电驱动器的用于驱动所述第一前滚筒和所述第一后滚筒中的任一个滚筒的电动力经由所述第一机械联接器传输至另一个滚筒，并且来自所述第二采摘单元的所述电驱动器的用于驱动所述第二前滚筒和所述第二后滚筒中的任一个滚筒的电动力经由所述第二机械联接器传输至另一个滚筒。

在该实施方式的另一个示例中，所述多个采摘单元包括第一采摘单元和第二采摘单元；所述第一采摘单元的所述滚筒包括第一前滚筒和第一后滚筒；所述第二采摘单元的所述滚筒包括第二前滚筒和第二后滚筒；并且所述电驱动器独立于所述第一采摘单元和第二采摘单元这二者上的所述多个摘锭操作地驱动所述第一前滚筒、所述第一后滚筒、所述第二前滚筒和所述第二后滚筒。

在该实施方式的又一个示例中，所述多个采摘单元包括至少第一采摘单元和第二采摘单元；所述电驱动器包括至少第一电驱动器和第二电驱动器，所述第一电驱动器操作地控制所述第一采摘单元的所述滚筒，并且所述第二电驱动器操作地控制所述第二采摘单元的所述滚筒；进一步其中，在操作所述第一采摘单元和所述第二采摘单元期间，所述第一电驱动器的所述逆变器从所述第一电驱动器的所述电马达操作地接收第一输入并将该第一输入与扭矩极限进行比较，并且所述第二电驱动器的所述逆变器从所述第二电驱动器的所述电马达操作地接收第二输入并将该第二输入与扭矩极限进行比较；进一步其中，如果所述第一输入超过所述扭转极限，则所述第一电驱动器的所述逆变器检测到所述第一采摘单元中的堵塞棉花，并且如果所述第二输入超过所述扭矩极限，则所述第二电驱动器的所述逆变器检测到所述第二采摘单元中的堵塞棉花；进一步其中，如果在任一个采摘单元中检测到堵塞棉花，则切断所述第一采摘单元和第二采摘单元这二者的所述电马达和所述逆变器之间的电动力。

附图说明

通过参照结合附图给出的该公开的实施方式的如下描述，本公开上述方面和获得这些方面的方式将变得更清楚，并且将更好地理解本公开，其中：

图1是传统棉花收获机单元的一部分的立体图；

图2是传统采摘单元驱动系统的一部分的侧剖视图；

图3是独立控制的采摘单元驱动系统的一部分的侧剖视图；

图4是独立的滚筒驱动系统的第一实施方式的控制图解；以及

图5是独立的滚筒驱动系统的第二实施方式的控制图解。

在所有附图中，使用对应的附图标记表示对应的部分。

具体实施方式

下面描述的本公开的实施方式并不是为了穷尽该公开或将该公开限制于如下详细描述中的精确形式。相反，选择并描述这些实施方式是为了使得本领域技术人员可以认识并理解本公开的原理和实践。

参照图1，示出了传统的棉花收获机单元100。所例示的棉花收获机单元100可以包括多个采摘单元。在图3中，例如，该棉花收获机单元可以包括多达六个不同的采摘单元。其他机器可以包括不同数量的采摘单元。在任何情况下，每个单元可以包括框架115。滚筒120以可旋转的方式联接至框架115。在至少一个采摘单元中，可以有前滚筒120和后滚筒120。多行摘锭125以可旋转的方式联接至每个滚筒120。具有多个脱棉器135的脱棉器列130由轴承壳体(未示出)以可旋转的方式支撑。多个脱棉器135相邻于摘锭125定位并且被构造成将棉花从摘锭125移除。轴承壳体(未示出)可以与联接至框架115的固定壳体(未示出)螺纹接合。

在图1的传统系统中，动力进入齿轮箱并经由输出轴传输至惰轮齿轮组(未示出)。动力在滚筒和摘锭之间分割。齿轮将脱棉器连接至摘锭，从而维持脱棉器和摘锭的速度之间的关系。在该系统中，脱棉器和摘锭由同一驱动系统旋转地驱动。在图2中示出了该驱动系统的示例。

参照图2，例示了传统行单元驱动系统200的示例。在该实施方式中，该系统包括围绕第一竖直轴线214竖直取向的外部齿轮箱202。水平输入轴204沿着纵向轴线204联接至齿轮箱202，并且输入动力经由轴204传输。在一个示例中，水平轴204可以借助于液压泵和马达来液压地驱动。尽管没有示出，90°斜齿轮组可以联接至齿轮箱202内的输入轴204以将动力从轴204传输至单个输入齿轮208。输入齿轮208代表到达传统采摘单元的单个动力输入。还如图所示，齿轮箱滑动离合器组件210可以沿着竖直轴线214布置并且以任何公知方式联接至齿轮箱202。齿轮箱滑动离合器组件210可以包括基于各种扭矩载荷而沿着轴线214轴向移动输入齿轮的弹簧212。

输入齿轮208可以将动力传输至齿轮箱惰轮组件。齿轮箱惰轮组件围绕第二竖直轴线224竖直地布置，并且包括滚筒滑动离合器组件216。滚筒滑动离合器组件216借助于弹簧218被弹簧加载并且包括位于第一驱动齿轮220和第二驱动齿轮222之间的一组滑动离合器分离爪。如果发生扭矩过载或堵塞情况，则离合器滑动，从而第一驱动齿轮220在滑动离合器分离爪上沿着第二竖直轴线224轴向移动。这防止了在单元堵塞或者扭矩峰值被输入到该单元内时对行单元的各种部件造成损坏。

来自于输入齿轮208的动力在齿轮箱惰轮组件处被分成两个动力流路径。第一动力流路径经由第一驱动齿轮220传输至滚筒从动齿轮228，而第二动力流路径经由第二驱动齿轮222传输至输出齿轮232。滚筒从动齿轮228传输动力以便以可旋转的方式驱动行单元的一个或多个滚筒。齿轮228沿着第三竖直轴线240联接至另一个齿轮组。滚筒从动齿轮228被进一步联接至行单元框架或结构226的一部分，如图2所示。

输出齿轮232也沿着第三竖直轴线240轴向对齐。输出齿轮232进一步联接至毂230和轴238，如图2所示。两个附加齿轮经由传输至输出齿轮232的动力被旋转地驱动，这两个附加齿轮即为脱棉器驱动齿轮234和摘锭驱动齿轮236。因而，所有三个齿轮都以相同速度旋转。尽管没有在图2中示出，但是脱棉器驱动齿轮234驱动惰轮齿轮，该惰轮齿轮又驱动位于脱棉器轴上的脱棉器从冲齿轮。多个脱棉器于是就由脱棉器从动齿轮和脱棉器轴以可旋转的方式驱动。

摘锭驱动齿轮236操作地驱动多个摘锭以摘取棉花。在图2的传统驱动系统中，滚筒驱动齿轮228和摘锭驱动齿轮236经由滚筒滑动离合器组件216联接至彼此。实际上，滚筒驱动齿轮控制滚筒速度，而摘锭驱动齿轮控制摘锭速度。在该系统中，滚筒速度和摘锭速度都经由同一个输入即输入齿轮208来控制。

在图3中，示出了用于行单元的不同驱动系统。在该系统300中，上述滚筒滑动离合器组件被移除。而且，尽管没有在图2中示出，但是还可以移除速度传感器。在滚筒滑动离合器组件随着时间经受磨损并且速度传感器经常是高保证部件的情况下，图3的实施方式相对于图2的传统驱动系统提供了若干优点。基于该公开中的原理和教导，这些优点将变得更为清楚。

参照图3的实施方式，可以设置其中输入轴304将动力传输至行单元驱动系统的齿轮箱302。输入轴304可以相对于齿轮箱302沿着水平轴线306水平取向。类似于图2的实施方式，位于齿轮箱302内的90°斜齿轮组可以联接至轴304并将动力从输入轴304传输至输入齿轮308。齿轮箱302可以包括具有弹簧312的齿轮箱滑动离合器组件310。如图所示，齿轮箱302和输入齿轮308可以沿着第一竖直轴线314轴向对齐。

输入齿轮308可以以可旋转的方式联接至驱动齿轮318，如图3所示。驱动齿轮318是沿着第二竖直轴线316示出的唯一齿轮，并且该齿轮被设置成将动力传输至摘锭和脱棉器。如图所示，驱动齿轮318联接至输出齿轮332。输出齿轮332经由毂330和轴338以可旋转的方式联接至脱棉器驱动齿轮334和摘锭驱动齿轮336。当输出齿轮332旋转时，脱棉器驱动齿轮334和摘锭驱动齿轮336以基本相同速度旋转。而且，这些齿轮中的每个齿轮都沿着第三竖直轴线340相对于彼此竖直堆叠或间隔开，如图3所示。

沿着图3中的竖直轴线340布置的还有滚筒驱动齿轮328。然而，滚筒驱动齿轮328不是由输入齿轮308以可旋转的方式驱动。相反，可以设置用于驱动滚筒驱动齿轮328的单独驱动单元320。在该实施方式中，电马达320被示出为所述驱动单元。然而，在其他实施方式中，该驱动单元可以是液压马达或机械驱动系统。在一个示例中，滚筒驱动单元可以是独立的无级变速驱动系统。在任何情况下，驱动单元都单独输入至行单元，并且提供动力以独立于摘锭来驱动滚筒。换言之，与传统驱动系统不同，在图3的例示性实施方式中，图2的第一输入齿轮220被移除，并且滚筒速度与摘锭速度相互独立。而且，行单元具有两个输入，即输入齿轮308和驱动单元320。

驱动单元320或电马达可以包括以可旋转的方式驱动第二输入齿轮324的驱动轴322。第二输入齿轮324可以联接至或花键连接至滚筒驱动齿轮328，以便产生滚筒速度。在图3的实施方式中，驱动单元320操作地驱动滚筒驱动齿轮328。在其他实施方式中，驱动单元320可以驱动两个或更多个滚筒。在这些实施方式中，驱动单元320的大小可以定制化以向每个滚筒输送所需量的动力。

在一个示例中，驱动单元320可以操作地驱动采摘单元的前滚筒和后滚筒。在该示例中，前后滚筒经由带、链、齿轮或其他机械联接装置机械地联接至彼此。在第二示例中，单个驱动单元可以操作地驱动两个或更多个采摘单元上的一个或多个滚筒。在该示例中，可以有三个采摘单元，每个采摘单元都具有前滚筒和后滚筒。这里，单个驱动单元可以操作地驱动总共六个滚筒。该驱动单元可以直接联接之其中一个滚筒，然后其他五个滚筒可以机械地联接至彼此。在单个驱动单元操作地驱动两个或更多个滚筒的实施方式中，滑动离合器等可以布置在滚筒驱动轴上并且与滚筒驱动齿轮结合以在堵塞或过载情况下保护滚筒驱动部件。相反，当每个滚筒都有单个驱动单元时，滑动离合器可以从滚筒移除并且不必要，因为扭矩和速度可以通过驱动单元320得到控制(特别是驱动单元是电马达时)。

在另选实施方式中，滚筒驱动输入可以集成在图2中的滚筒滑动离合器组件216的位置中。尽管没有提供该集成的例示性实施方式，但是电马达可以给驱动行星齿轮组的马达轴提供电动力。例如，行星齿轮组的太阳齿轮可以联接至轴，并且动力可以从该太阳齿轮传输至托架构件，该托架构件以可旋转的方式支撑一个或多个小齿轮。行星齿轮组的环形齿轮可以固定地安装至行单元的马达壳体或框架。托架构件可以操作地驱动类似于图3中的滚筒驱动齿轮328的滚筒驱动齿轮。马达轴、行星齿轮组、滚筒驱动齿轮和类似于图3中的驱动齿轮318的驱动齿轮可以沿着第二竖直轴线316同轴地对准。然而，在该替换实施方式中，马达以可旋转的方式驱动滚筒驱动齿轮，但是不给单独的驱动齿轮提供动力。类似于图3中所示的驱动齿轮，该驱动齿轮328可以由以上描述的输入齿轮308驱动。

在以上描述的其中滚筒驱动与摘锭驱动分开的实施方式中，使用电马达允许针对不同应用独立地进行控制。不管应该是高产量还是低产量，滚筒速度都可以与地面速度同步，而且可以以期望速度操作地驱动摘锭以实现高效采摘。例如，控制器可以基于检测到的棉花收获机行单元的地面速度而命令马达速度。滚筒速度可以操作地一直控制到最大滚筒速度极限，并且这可以借助于与地面速度的线性关系实现。然而，可以不同地控制摘锭速度。例如，可能期望以不同的滚筒速度获得最大摘锭速度。

例如，机器操作员可以具有位于机器的驾驶室内的用户控制以控制摘锭速度。例如，操作员可能期望一定的最大摘锭速度，并且能够从驾驶室将速度控制为该最大摘锭速度。在另一个示例中，操作员能够以一定地面速度设置最大摘锭速度。因而，当机器达到一定地面速度(例如，3mph)时，摘锭可以以它们各自的最大速度被驱动。同样，这与滚筒速度是相独立的，这是因为给定行单元的一个或多个滚筒由单独的驱动单元(例如，电马达或液压马达)控制。

如之前描述的，独立的滚筒驱动系统可以没有任何滚筒滑动离合器。如果在行单元中存在堵塞，则可以检测马达扭矩或速度，而如果扭矩或速度到达阈值极限，控制器则可以切断马达的动力。而且，可以关于堵塞状态触发警报或者可以将警报传送至操作员。如果检测到过大扭矩载荷，则可能也是这样。电马达可以通过逆变器或控制器进行控制以限制传输到滚筒的扭矩量，以防止对滚筒或其他行单元部件造成损坏。

如上所述，当棉花堵塞时，逆变器可以检测到驱动马达所需的电流增加或马达速度下降。逆变器可以采取逆变器控制器的形式并且既用作用于控制马达操作的控制器又用作将电流转换成三相的控制器。通过控制马达，逆变器可以从马达接收输入并且将这些输入与阈值进行比较以确定堵塞情况。如下面将描述的，逆变器可以电联接至控制器局域网络(CAN总线)以与其他控制器通信。这样，其他控制器可以基于由该逆变器通过CAN传送的信息来检测堵塞情况。

除了触发警报或警告之外，独立的滚筒驱动系统允许进行堵塞或过大扭矩载荷检测。该驱动系统可以监测被吸取到电马达的电流，并且可以根据速度和动力来确定扭矩量。而且，可以发送命令以控制马达速度和扭矩。例如，控制器可以在连续地监测扭矩的同时将马达控制到最大速度。另选地，该控制器可以命令马达至一定扭矩。

在任何情况下，在操作期间，控制器可以监测扭矩并将该扭矩与扭矩阈值或极限进行比较。该阈值或极限可以被设置成使得只有在堵塞情况或过载或障碍发生时才达到该阈值或极限。因而，如果控制器检测到了超过最大预定扭矩极限的扭矩，则检测到堵塞或过载。电马达可以被关闭并且可以向操作员发送警报。在某些情况下，当扭矩达到小于最大预定扭矩极限的第二阈值时向操作员发送预警报。该预警报可以在切断马达动力之前通知给操作员以减少扭矩或速度。

如果检测到堵塞情况，则操作员可以命令电马达在向前方向和后退方向之间以交替方式操作地驱动该马达以尽力清除堵塞。在许多传统应用中，操作员可能必须从行单元手动移除堵塞的棉花，而在本公开中，提供了这样的应用，即操作员能够控制驱动单元清除堵塞的棉花。

为了本公开的目的，电驱动系统仅仅是这里想到的若干实施方式中的一个实施方式。独立控制的液压滚筒驱动系统也是可行的。在该实施方式中，可以测量液压压力来检测堵塞情况或过载，并且可以将该压力与压力阈值进行比较。对于液压系统，载荷和速度感测可以分别通过压力和速度传感器来执行。

而且，独立的机械滚筒驱动系统也是可行的。这里，动力轴可以从中央或主驱动系统传输动力。齿轮箱然后可以将该机械动力传输至行单元。其他装置也是可行的，例如包括齿轮。

现在参照图4，示出了用于控制棉花收获机行单元的独立的滚筒驱动系统的控制系统400的第一实施方式。该行单元可以包括主驱动单元诸如发动机402。发动机402可以是内燃发动机或能够产生驱动齿轮箱404、变速单元、辅助驱动单元等的机械动力的任何已知类型的发动机。齿轮箱或变速单元404可以是连续可变或无级变速装置。另选地，它可以是能够产生各种齿轮比或速度比的装置。在任何情况下，来自于发动机402的机械动力可以经由发电机或交流发电机单元406而转换成电动力。在一个示例中，单元406可以是具有整流器的交流发电机。各种电子器件408可以允许进行电压控制以控制下面将描述的多个不同采摘单元。在另选实施方式中，电子器件408可以包括逆变器，该逆变器能够将电动力从发电机单元406转换成机械动力以给齿轮404、冷却风扇和行单元的其他机械驱动装置提供后备动力。

控制系统400可以包括控制器410诸如头接口控制器(HIC)。控制器410可以与发电机或交流发电机单元406和电子器件408通过通信网络诸如CAN总线412进行电气通信。控制器410可以向电子器件408发送电压命令或从电子器件408接收电压命令。在任何情况下，电动力都可以供应至如图4所示的多个采摘单元。

在图4的例示性实施方式中，棉花收获机行单元可以包括四个采摘单元，即第一采摘单元414、第二采摘单元416、第三采摘单元418和第四采摘单元420。然而，在另一个实施方式中，可以有六个采摘单元。在又一个实施方式中，可以有两个采摘单元。本公开不限于任何数量的采摘单元，因而独立的滚筒驱动系统可以基于本公开的教导结合至任何数量的采摘单元中。

每个采摘单元可以包括摘锭和脱棉器以及前后滚筒。另选地，每个采摘单元可以仅包括单个滚筒。如以上参照图3所述，每个采摘单元可以包括用于驱动一个或多个滚筒的一个输入和用于驱动摘锭和脱棉器的第二输入。在图4的例示性实施方式中，每个采摘单元可以包括前滚筒和后滚筒。在该示例中，多个摘锭可以由前滚筒以可旋转的方式驱动，多个摘锭可以由后滚筒以可旋转的方式驱动。在任何情况下，前滚筒驱动和后滚筒驱动都与摘锭脱棉器驱动独立。

在图4中，例如，第一采摘单元414可以包括摘锭脱棉器组件422、前滚筒组件424和后滚筒组件426。为了取向的目的，“前”旨在是指朝向采摘单元的前端，而“后”旨在是指朝向采摘单元的后端。而且，为了本公开之目的，“滚筒驱动”还可以称为“滚筒组件”，反之亦然。滚筒驱动或滚筒组件可以包括滚筒和各种齿轮(诸如图3中所示的那些)或驱动滚筒所需的其他结构。如下面将描述的，滚筒组件与滚筒驱动单元分开，该滚筒驱动单元在图4和图5中被示出为电马达但是它也可以是液压马达或机械驱动单元。摘锭脱棉器组件可以包括不同的齿轮、毂和轴以及多个摘锭和脱棉器。

第二采摘单元416可以包括摘锭脱棉器组件428、前滚筒组件430和后滚筒组件432。同样，第三采摘单元418可以包括摘锭脱棉器组件434、前滚筒组件436和后滚筒组件438。另外，第四采摘单元420可以包括第四摘锭脱棉器组件440、前滚筒组件442和后滚筒组件444。

如在图3的收获机行单元中一样，每个摘锭脱棉器组件可以由机械动力单元446机械驱动。例如，发动机402可以提供机械动力给齿轮箱，该齿轮箱将动力提供给摘锭脱棉器组件。在图4中，机械动力446可以提供给机械地联接至第一摘锭脱棉器组件422的第二摘锭脱棉器组件428。这样，机械动力446通过第一流路径分别传输至第一和第二采摘单元的第一和第二摘锭脱棉器组件。同样，机械动力446可以通过第二流路径分别传输至第三和第四采摘单元的第三和第四摘锭脱棉器组件。因而，在第一和第二采摘单元之间以及在第三和第四采摘单元之间存在机械联接器。

摘锭脱棉器组件还可以由液压马达液压地驱动。例如，在图3的实施方式中，水平输入轴304可以由液压马达液压地驱动。在该示例中，摘锭脱棉器组件的驱动系统可以由控制器410通过闭环速度控制液压泵来控制。

在图4的实施方式中，滚筒驱动系统是由逆变器控制的电驱动系统。该逆变器可以是约翰迪尔CA6 56VDC逆变器。在任何情况下，该逆变器都可以通过CAN总线412与控制器410进行电气通信。控制器410可以从速度传感器或其他感测装置(未示出)检测或接收地面速度测量值，然后将滚筒速度命令通过CAN总线412发送至逆变器以控制每个滚筒组件的滚筒速度。在进一步的实施方式中，CAN桥可以操作地将一个或多个逆变器联接至控制器410以从它们接收速度命令。这样，通过以上描述的线性关系可以将滚筒速度与地面速度同步。值得注意的是，尽管滚筒速度可以与地面速度线性地同步，滚筒速度独立于摘锭速度。因而，可以相对于地面和滚筒速度可变地控制摘锭速度。

在图4中，例如，第一采摘单元414包括第一逆变器448。类似地，第二采摘单元416包括第二逆变器450，第三采摘单元418包括第三逆变器452，并且第四采摘单元420包括第四逆变器454。每个逆变器可以以类似于之前描述的方式作用。而且，每个逆变器可以包括双输出，或者它可以是每个都具有单输出的双逆变器。

在图4的实施方式中，前后滚筒可以由其自己的电马达电气地驱动。例如，在第一采摘单元414中，前滚筒424可以由第一电马达456以电气方式供以动力，后滚筒426可以由第一后马达458以电气方式供以动力。第一前马达456和第一后马达458可以与第一逆变器448电气通信。在一个方面中，导线或电缆可以将每个马达电联接至第一逆变器448。在不同的方面中，逆变器可以与每个马达无线通信。

类似于第一采摘单元，第二前滚筒430可以由第二前马达460以电气方式供以动力。第二后滚筒432可以由第二后马达462以电气方式供以动力。前马达460和后马达462都可以与第二逆变器450电联接或至少电气连通。电线或电缆可以将第二逆变器450电联接至每个第二马达，或者可以借助于无线通信进行通信。

在第三采摘单元418中，第三前滚筒436可以由第三前马达464以电气方式供以动力，并且第三后滚筒438可以由第三后马达466以电气方式驱动。在每种情况下，这些滚筒都独立于摘锭脱棉器组件434以电气方式被驱动。第三采摘单元418的前后电马达可以与第三逆变器452电联接或至少电气连通。电气通信可以借助于电缆或有线或无线进行。

在第四采摘单元420中，第四前滚筒442可以由第四前马达468以电气方式供以动力。第四后滚筒444可以由第四后马达470以电气方式供以动力。前马达468和后马达470都可以与第四逆变器454电联接或至少电气连通。电线或电缆可以将第四逆变器454电联接至每个马达，或者可以借助于无线通信进行通信。

在每个采摘单元中，各个逆变器可以借助于电气通信线路472与发电器单元406和电子器件408电联接或电连通。而且，每个逆变器可以借助于CAN总线412或任何其他通信线路与控制器410通信。每个采摘单元的逆变器可以经由命令线路474从控制器410接收命令或向控制器410发送命令。这些命令可以与从每个马达接收的输入相关。这些输入可以包括扭矩、速度、温度等。

在图4的实施方式中，电马达可以用来检测堵塞情况。例如，可以基于马达向逆变器的电流请求而检测堵塞情况或过载情况，或者可以使用扭矩或速度作为确定因素。在任何情况下，逆变器都可以被编程以将扭矩或速度与限定阈值进行比较，并且如果超过该阈值，则检测到堵塞或过载情况。另选地，逆变器可以通过CAN总线412向控制器410传送扭矩或速度，并且控制器410可以检测堵塞或过载情况。

在一个示例中，控制器410可以包括存储单元和处理器。该存储单元可以包括用于存储一种或多种算法、软件程序、查找表、图形数据、阈值等等的储存器。这里，该存储单元可以存储第一扭矩极限、第二扭矩极限、第一速度极限和第二速度极限。如果在操作过程中第一扭矩或速度极限被超过，则控制器410可以向棉花收获机行单元的操作员报送具体电马达上的扭矩或速度达到其上极限的警报。操作员然后可以采取正确动作来降低马达上的扭矩或速度。如果达到第二扭矩或速度极限，则控制器410可以向操作员发动另一个或不同的警报。另外或另选地，控制器410可以向逆变器发送信号以关闭电马达的电动力。在一些实施方式中，可以向每个逆变器发送同一信号来关闭所有电马达。这类系统允许预防性维护并且减少对各种行单元部件造成潜在损坏。

值得注意的是，在图4的实施方式中，在任何一个行单元中都没有滚筒滑动离合器。在该实施方式中，电马达向逆变器或控制器提供扭矩和速度数据，因而当达到最大或预定扭转或速度极限时，可以切断电马达的电动力，以防止可能的损坏。因此不再需要滑动离合器的扭矩限制功能，这是由于使用电马达驱动滚筒。而且，不再需要用于测量滚筒速度的速度传感器，因为电马达也能够提供该数据。

因而，在图4的例示性实施方式中，每个前滚筒由前电马达以电气方式供以动力，并且每个后滚筒由后电马达以电气方式供以动力。然而。转到图5，提供了相关实施方式，其中单个采摘单元的独立的滚筒仅由一个电马达以电气方式供以动力。为了简单起见，图4和图5的实施方式之间的附图标记类似，因为涉及不同的系统部件。

在图5中，例示了用于棉花收获机单元的控制系统500。类似于图4的控制系统400，图5中的控制系统500可以包括控制器510。棉花收获机行单元可以包括向齿轮箱、变速器或辅助驱动单元504提供机械动力的诸如内燃发动机502之类的驱动单元。发动机单元506或交流发电机单元可以将该机械动力转换成电动力，并且用于电压命令的电子器件508可以与控制器510电气连通。在一个非限制性示例中，发电机或交流发电机单元506可以是具有整流器的56VDC交流发电机。

该收获机行单元可以包括多个采摘单元。类似于图4的实施方式，图5中的多个采摘单元可以包括第一采摘单元514、第二采摘单元516、第三采摘单元518和第四采摘单元520。每个采摘单元都可以包括其自己的逆变器，该逆变器被布置成通过电气线路572与发电机单元506和电子器件508电气连通。而且，控制器510可以经由CAN总线512向每个逆变器发送各种速度命令和其他命令。

第一采摘单元514包括第一逆变器548、第一摘锭脱棉器组件522、第一前滚筒524和第一后滚筒526。第二采摘单元516包括第二逆变器550、第二摘锭脱棉器组件528、第二前滚筒530和第二后滚筒532。第一摘锭脱棉器组件522可以通过机械联接器580机械地联接至第二摘锭脱棉器组件528，如图5所示。例如来自于发动机502的机械动力546可以给摘锭脱棉器组件提供机械动力。另选地，液压泵可以给第二摘锭脱棉器组件528提供液压动力，并且第二摘锭脱棉器组件528可以通过链或带机械地联接至第一摘锭脱棉器组件522。

第三采摘单元518可以包括第三逆变器552、第三摘锭脱棉器组件534、第三前滚筒536和第三后滚筒538。第四采摘单元520包括第四逆变器554、第四摘锭脱棉器组件540、第四前滚筒542和第四后滚筒544。第三摘锭脱棉器组件534可以通过机械联接器582机械地联接至第四摘锭脱棉器组件540，如图5所示。例如来自于发动机502的机械动力546可以给摘锭脱棉器组件提供机械动力。另选地，液压泵可以给第三摘锭脱棉器组件534提供液压动力，并且第三摘锭脱棉器组件534可以通过链或带机械地联接至第四摘锭脱棉器组件540。

图5的控制系统500与图4的控制系统的不同之处仅在于为每个采摘单元设置了单个电马达。例如，第一前滚筒524和第一后滚筒526由单个电马达556以电气方式供以动力。值得注意的是，滚筒524、526独立于摘锭脱棉器组件522而被以电气方式供以动力。然而，在该示例中，第一马达556以电气方式给第一前滚筒524和第一后滚筒526这二者供以动力。对于其他采摘单元情况同样如此。例如，第二电马达558以电气方式给第二前滚筒530和第二后滚筒532这二者供以动力。第三电马达560以电气方式给第三前滚筒536和第三后滚筒538这二者供以动力。而且，第四电马达562以电气方式给第四前滚筒542和第四后滚筒544这二者供以动力。

每个逆变器可以经由电缆或导线576与每个相应的马达电联接或至少部分电连通。马达可以向逆变器发送输入，该输入采取涉及载荷(例如，扭矩)、速度、温度或其他输入的吸取电流的形式。该逆变器可以经由命令线路574向/从另一个逆变器或控制器510发送命令或接收命令。另选地，通信可以借助于CAN总线512进行。在任何情况下，通过如图5所示的每个行单元系统的单个马达可以实现相同的功能和益处。

在图5所示的例示性实施方式中，进一步示出了前后滚筒可以机械地联接至彼此。换言之，电马达可以以电气方式给前滚筒和后滚筒中的任一者供应动力，而另一个滚筒机械地联接至被电气驱动的滚筒。机械联接器(例如，电缆、带、链、轴、齿轮等)允许单个电马达以电气方式给两个滚筒同时供应动力。在图5中，例如，第一机械联接器564设置在第一前滚筒组件524和第一后滚筒组件526之间。这里，第一后滚筒组件526可以直接联接至第一电马达556，而动力可以经由第一机械联接器564传输至第一前滚筒组件524。

类似地，第二机械联接器566可以设置在第二前滚筒组件530和第二后滚筒组件532之间。第三机械联接器568可以设置在第三前滚筒组件536和第三后滚筒组件538之间。最后，第四机械联接器570可以设置在第四前滚筒组件542和第四后滚筒组件544之间。

在图5的实施方式中，可以设置滑动离合器以便防护各种行单元部件。这里，由于仅设置了一个马达驱动两个单独的滚筒，因此马达的大小可能比图4中的大。通过产生更大动力的更大马达，滑动离合器可以在行单元堵塞或发生过载情况时用作扭矩限制器。

在另一个实施方式中，可以有一个电马达用于以电气方式给第一和第二采摘单元中的滚筒供以动力，并且可以有第二电马达以电气方式给第三和第四采摘单元中的滚筒供应动力。这里，例如，第一电马达556可以以电气方式给第一后滚筒526供应动力。第一前滚筒524和第一后滚筒526可以通过机械联接器564联接至彼此，如图5所示。然而，在这里，第二逆变器550和第二电马达558可以从控制系统移除。第二前滚筒530和第二后滚筒532可以机械地联接至第一前滚筒524或第一后滚筒526。因此，来自于第一马达556的电动力可以驱动第一前后滚筒以及第二前后滚筒。在该实施方式中，对于由第三马达560和第四马达562中的任一者而不是两者提供动力的第三前后滚筒以及第四前后滚筒，情况同样如此。

尽管没有示出，但是独立的电动滚筒系统的另一个实施方式可以包括用于给棉花收获机行单元的所有前后滚筒供以动力的单个马达。换言之，不是每个采摘单元都具有其自己的电马达，在该实施方式中可以仅有一个马达给所有滚筒供以动力。以图5为例，在该实施方式中，单个马达将代替第一马达556、第二马达558、第三马达560和第四马达562。该单个马达将以电气方式给第一、第二、第三和第四采摘单元的前后滚筒供以动力。在该实施方式中，可以仅有用于单个马达的单个逆变器。

尽管已经参照至少一个实施方式描述了该公开，但是在该公开的精神和范围内可以进一步修改当前公开。该申请因此旨在覆盖该公开的利用其一般原理的任何变型、使用和修改。另外，该申请旨在覆盖偏离本公开但仍落入该公开所属领域中的已知或惯常实践内并且落入所附权利要求的范围内的那些内容。

Claims (5)

1.一种棉花收获机行单元的采摘单元，该采摘单元包括：

能围绕第一轴线旋转的第一滚筒；

用于收获棉花的多个摘锭，所述多个摘锭联接至所述第一滚筒；

用于以可旋转的方式驱动所述多个摘锭的第一驱动单元；

用于产生电动力的第二驱动单元；

由所述第二驱动单元以电气方式驱动的驱动轴；

联接至所述驱动轴的输出齿轮；以及

联接至所述输出齿轮并以可旋转的方式驱动所述第一滚筒的滚筒驱动齿轮，其中所述输出齿轮将动力从所述驱动轴操作地传输至所述滚筒驱动齿轮；

其中，所述第一滚筒独立于所述多个摘锭而被操作地控制,

其中，所述第二驱动单元包括逆变器和电马达，并且

其中：

所述逆变器在采摘操作期间从所述电马达操作地接收关于扭矩和速度中任一者的输入；

所述逆变器操作地将所述输入与扭矩极限阈值或速度极限阈值进行比较；并且

当所述输入超过所述扭矩极限阈值或速度极限阈值时所述逆变器检测到堵塞情况或扭转过载情况。

2.根据权利要求1所述的采摘单元，该采摘单元进一步包括由所述第一驱动单元以可旋转的方式驱动的多个脱棉器。

3.根据权利要求1所述的采摘单元，该采摘单元进一步包括能围绕第二轴线旋转并与所述第一滚筒间隔开的第二滚筒，所述第二滚筒由所述第二驱动单元以可旋转的方式驱动。

4.根据权利要求3所述的采摘单元，其中所述第二滚筒机械地联接至所述第一滚筒。

5.根据权利要求1所述的采摘单元，该采摘单元进一步包括：

能围绕第二轴线旋转并与所述第一滚筒间隔开的第二滚筒；

用于产生电动力的第三驱动单元；

由所述第三驱动单元以电气方式驱动的第二驱动轴；

联接至所述第二驱动轴的第二输出齿轮；以及

联接至所述第二输出齿轮并以可旋转的方式驱动所述第二滚筒的第二滚筒驱动齿轮，其中所述第二输出齿轮将动力从所述第二驱动轴操作地传输至所述第二滚筒驱动齿轮；

其中，所述第二滚筒独立于所述多个摘锭而被操作地控制。

Images