CN109107745B - 树枝粉碎机的智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种树枝粉碎机的智能控制方法，包括如下步骤：粉碎机控制器实时监控发动机的转速和当前转速下发动机的负载率；当发动机在当前转速下的负载率低于100%时，则控制发动机在经济油耗区间下工作，进料辊正常进料；当发动机在当前转速下的负载率达到100%，则加大发动机油门，使其满功率输出；当发动机满功率输出后，如果发动机在当前转速下的负载率下降，且转速稳定，则控制发动机重新回到经济油耗区间工作；当发动机满功率输出后，发动机的负载率达到100%使发动机转速下降，如果发动机转速未下降至一定阈值，则进料辊正常进料；如果发动机转速已下降至一定阈值，则进料辊停止进料。该方法的粉碎效果更好，效率更高，发动机更省油且更加智能化。

Description

树枝粉碎机的智能控制方法

技术领域

本发明涉及一种树枝粉碎机，尤其涉及一种树枝粉碎机的智能控制方法，属于园林机械控制方法技术领域。

背景技术

随着国家对环境保护和城市绿化的重视，人们对修剪后的树干树枝的处理需求愈发强烈。树枝粉碎机的出现，给予树干树枝的处理工作以极大的便利性，节省了大量的人力物力，提高了工作效率。随着园林绿化等市场越来越大，小型树枝粉碎机作业效率低的缺点凸显出来，也越来越不能满足市场的需求。中大型树枝粉碎机应运而生，它极大地减轻了工人的工作强度，同时效率显著提高。

进料系统是中大型树枝粉碎机的关键系统之一，如何提高粉碎机的进料效率是该领域一直关注的课题。文献号为US5988539A的美国专利涉及一种木料粉碎机，它主要由以下几个主要部件组成：发动机、液压系统、切削部件、横向进给部件和进料辊部件。这种类型粉碎机的主要工作原理是，切削部件上装有刀片，发动机通过皮带带动刀盘部件高速旋转，木料通过固定低速旋转的进料辊带动进入一个较低的壳体，又通过一个可移动的进料辊进入旋转刀盘部件后，被切成木屑。液压系统中有一个液压泵与发动机连接，液压泵输出液压油来驱动液压马达，从而与液压马达连接的进料辊可以低速旋转。尽管该专利涉及的木料粉碎机在进料不是很多的情况下可以正常运转，但存在一个明显的缺点。当大量的木料进入粉碎机后，旋转切削部件处的负载率就会急剧增加，从而会导致刀盘处停转堵料。同时发动机与切削部件通过皮带相连，从而会导致发动机熄火停转。

文献号为US6830204B1的美国专利涉及一种有自动退料系统的木料粉碎机，该粉碎机包含一个横向进给部件和一个旋转切削部件，可自动退料的进料部件位于横向进给部件和用于切削木料的旋转切削部件之间。这个自动退料系统包括一个可操控的控制系统，它连接着至少一个进料辊，进料辊可根据切削部件降低的速度信号或过高的负载信号自动退料，这种可自动退料的粉碎机解决了因为负载急剧增加导致粉碎机堵料和发动机熄火的问题。但该专利涉及的这种控制方法，不能监测到发动机的状态，不能做到发动机与切削系统很好的匹配；另外这种控制方法太简单笼统，不能达到很好的粉碎效果。

文献号为US7011258B2的美国专利涉及一种带有智能进料的粉碎机的控制方法，粉碎机包括一个发动机、切削部件、进料辊、液压系统和一个进料台。主要控制方法如下：在第一段时间监测发动机的速度；在稍后的第二段时间监测发动机速度；利用分别在第一段时间和第二段时间得到的发动机速度计算发动机速度的降速；利用计算得到的发动机降速预测将来第一段时间发动机的速度，如果预测得到的发动机速度低于下降的阈值，则在第二段时间停止进料辊，且同时监测发动机速度来计算发动机的加速。利用计算得到的加速值来预测在将来第二段时间的发动机速度，如果发动机转速仍然低于进料辊停止的阈值，则进料辊反转；如果预测的速度高于进料辊停止的阈值，则进料辊正转，正常进料。该控制方法可以实现粉碎机智能进料的功能，但单纯靠一个转速传感器来监控发动机转速的做法不能很好地监控发动机的状态。如果转速传感器监测的速度有误差或者干扰，则不能让发动机达到一个最佳的工作状态，同时影响粉碎机整体性能。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有控制方法存在的不足，提供一种树枝粉碎机的智能控制方法，粉碎效果更好，效率更高，发动机更省油且更加智能化。

为解决以上技术问题，本发明的一种树枝粉碎机的智能控制方法，包括如下步骤：粉碎机控制器实时监控发动机的转速和当前转速下发动机的负载率；当发动机在当前转速下的负载率低于100%时，则控制发动机在经济油耗区间下工作，进料辊正常进料；当发动机在当前转速下的负载率达到100%，则加大发动机油门，使其满功率输出；当发动机满功率输出后，如果发动机在当前转速下的负载率下降，且转速稳定，则控制发动机重新回到经济油耗区间工作；当发动机满功率输出后，发动机的负载率达到100%使发动机转速下降，如果发动机转速未下降至一定阈值，则进料辊正常进料；如果发动机转速已下降至一定阈值，则进料辊停止进料。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：当粉碎机刚投入切削树枝时，发动机工作在小油门下，由于发动机需要为切削系统、出料风送机构和液压系统等所有整机上的机构提供动力，因此小油门大约需要维持在80%油门，在小油门下如果切削的是小树枝使发动机未达满负载，则控制发动机在经济油耗区间下工作，低油耗运行。如果遇到大树枝，小油门下发动机已满负载，则加大油门至100%，实现满功率输出。100%油门下如果负载出现下降，则回到小油门状态，使发动机回到经济油耗区间下工作。100%油门下如果已达满负载，则转速会有一定下降，发动机转速下降未达到一定阈值，则进料辊正常进料，进行持续切削；发动机转速下降达到一定阈值，说明刀盘箱中的树枝比较多，负荷过大，因此停止进料，让切削系统将进料辊与切刀之间的树枝切掉，避免引发堵塞。本发明的控制方法克服了传统控制方法的缺点，解决了在切削系统处测机器负载或转速，与发动机的负载率或转速不同步的不足；同时克服了只靠转速来控制粉碎机的工作状态，不能精确控制发动机性能的不足。本发明使发动机和粉碎机整机很好地匹配起来，根据负载的大小匹配发动机的工作状态，使发动机尽可能在经济油耗区间下工作；出现堵塞迹象时暂停进料，避免因堵塞造成停车，整机的粉碎效果变得更好，效率更高。

作为本发明的改进，当进料辊停止进料状态下，若发动机的负载率仍为100%且转速继续下降，则控制进料辊反转，直到发动机转速开始上升时控制进料辊停止；当进料辊停止进料状态下，发动机的负载率下降，如果发动机转速未上升，则控制进料辊反转，直到发动机转速开始上升时控制进料辊停止；当进料辊停止进料状态下，发动机的负载率下降，如果发动机转速上升至一定阈值，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。出现堵塞迹象，停止进料后，发动机负载率下降，说明堵塞已缓解，发动机转速上升至一定阈值，说明堵塞已完全消除，因此控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。如果发动机仍满负载且转速继续下降，说明树枝在刀盘箱中已出现较严重的卡滞，因此控制进料辊反转退料，使卡滞的树枝出现松动，直到发动机转速开始上升，说明卡滞已消除，此时进料辊停止反转。

作为本发明的进一步改进，进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率未下降，则进料辊继续进行下一轮反转。通常进料辊反转几秒钟即可使卡滞的树枝出现松动，可以根据树枝的性质设定每次反转两秒、三秒、五秒或更长时间；如果发动机的负载率未下降，说明卡滞未消除，进料辊再次反转几秒钟，如此可进行多次反转，直至卡滞被消除。

作为本发明的进一步改进，进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率下降，但发动机的转速未上升，则进料辊继续进行下一轮反转。进料辊每次反转数秒后，如果发动机的负载率虽下降，但发动机的转速未上升，说明卡滞仍未消除，进料辊继续进行下一轮反转，直至卡滞被消除。

作为本发明的进一步改进，进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率下降，且发动机的转速上升至一定阈值，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。发动机的负载率下降且发动机的转速上升至一定阈值，说明卡滞已完全被消除，因此控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。

作为本发明的进一步改进，发动机启动怠速后，首先将发动机带上负载，再将发动机油门加大至小油门，然后判断是否已触发急停装置，如果未触发，则按下复位启动按钮，使智能进料系统启动，将树枝送入切削系统进行粉碎。此为粉碎机投入切削前的前置动作，首先使发动机在无负载状态下启动怠速，然后将发动机带上负载，例如张紧传动皮带、离合装置结合等，再将发动机油门加大至80%油门，然后判断是否已触发急停装置，防止意外情况危及安全；操作者排除故障，按下复位启动按钮后，智能进料系统才启动，可以确保操作者的安全。

作为本发明的进一步改进，发动机为电控发动机，电控发动机控制器能够精确计算当前转速和当前转速下的负载率；能够为粉碎机控制器实时传输发动机的各种信息或状态；能够接收粉碎机控制器的指令实时控制发动机油门。电控发动机的运转由电控发动机控制器即ECU来控制，可以直接读取准确的转速、负载率等众多信息，还可以执行粉碎机控制器的指令对发动机进行精确控制，使发动机和整机很好的匹配起来。

作为本发明的进一步改进，当树枝尺寸超过粉碎机进料口的尺寸，或枝杈特别大无法进入粉碎机时，智能进料系统控制进料辊反转数秒，将树枝退出。对于大于粉碎机进料口的树枝，或特别大的枝杈在粉碎前需要进行切割分解，避免造成粉碎机停工；一旦出现大树枝被卡在进料口处无法前进，智能进料系统自动控制进料辊反转数秒，实现退料。

作为本发明的进一步改进，进料辊正转，将树枝送入切削系统进行粉碎的同时，粉碎机控制器监控控制进料辊正反转的液压系统换向阀的状态，如果有异常情况，则在显示屏上显示故障状态。如果系统命令进料辊正转进料或反转退料，进料辊未能执行，则故障都会在显示屏上显示，使操作者迅速掌握情况并作出处置。

作为本发明的进一步改进，智能进料系统中进料辊的正转、停止或反转状态，均在显示屏中显示并实时更新；当急停装置被触发时，智能进料系统将停止工作，进料口上方的指示灯闪烁，显示屏中显示智能进料系统正处于紧急停止状态，需要重新手动按下复位启动按钮，智能进料系统才能再次正常工作。操作者可以通过显示屏实时掌握进料辊的正转、停止或反转状态，出现紧急情况，停止进料的同时进行报警，操作者确认故障已消除，需要重新手动按下复位启动按钮确认，才能再次进料，可以确保操作者的人身安全和粉碎机的设备安全。

附图说明

图1为本发明树枝粉碎机的智能控制方法的流程图。

图2为图1上半部的放大图。

图3为图1下半部的放大图。

具体实施方式

粉碎机智能进料系统主要包括：电控发动机，包括发动机壳体、电控发动机控制器和线束，用于给切削部件和液压系统提供动力，给粉碎机控制器提供发动机信息。

发动机是整机的动力源，通过传动皮带带动着切削部件高速旋转。当进料辊将树枝输送到刀盘箱，切削部件的高速旋转可将树枝切碎成木屑。电控发动机的运转由电控发动机控制器来控制。电控发动机控制器可以实时检测到发动机各个部件的状态，机油温度，水温、发动机转速、喷油量和发动机准确的负载率等。同时，粉碎机控制器还可以通过总线来控制发动机的油门，电控发动机控制器还可以将发动机的各种状态信息通过总线传送给整机控制器，这样发动机就可以和整机很好的匹配起来。另外，电控发动机还可以达到更高的排放标准，更环保。

切削系统包括刀盘，刀片，箱体等。切削系统中的刀盘装在箱体里，在刀盘上有两把刀片，切削系统通过皮带与电控发动机相连。发动机带动刀盘高速旋转，从而将输送来的树枝切碎，并将木屑通过排料口排出。

液压系统包括液压泵、换向阀、液压马达和油滤等。液压系统中的液压泵装在电控发动机上，通过管路与换向阀和液压马达相连。粉碎机控制器控制换向阀上的电磁线圈的通断来实现液压马达的正转和反转。同时液压马达与进料辊相连，进而可以改变进料辊的转动方向。

进料辊与液压马达相连，在液压马达的带动下实现转动方向的改变或停止。当进料辊正转时，通过自身的重力或外加的重力，带动由进料台送来的树枝进入切削系统，将树枝粉碎。

进料台是为了方便工人将树枝送入粉碎机设计的，用于向进料辊输送树枝。

整机控制系统包括整机控制器、正转按钮、空挡按钮、反转按钮等。在整机控制系统中，整车控制器一方面用于整车的监控，监控各个子系统的状态有没有异常，另外主要是控制智能进料系统运行。当正转按钮按下时，进料辊正转，带动由进料台送来的树枝进入切削系统。当空挡按钮按下时，进料辊停止进料。当反转按钮按下时，进料辊带动树枝从切削系统中退出。

急停装置包括安装在粉碎机进料口四周的紧急停止杆或紧急停止按钮，在出现突发意外安全情况时，不论是推拉紧急停止杆还是按下紧急停止按钮，进料辊都会停止进料，确保人身安全，防止意外情况发生。解锁紧急停止按钮后，按下复位启动按钮，再次按下正转按钮，进料系统才能正常工作。

显示屏用于显示整机的各种信息和状态，比如发动机的各种信息、整机各个部件的状态等。如果整机某个部件出现故障，会及时显示出来，提醒操作员排除故障。使用一段时间后，如果整机有些部件需要保养，比如发动机需要更换机油机滤，更换空滤，切削系统的刀片需要更换等，都会显示出来，提醒操作员及时保养。

下面结合附图1至图3对本发明控制方法的具体实施进行详细描述。附图1至图3中所描述的本发明的具体实施方案仅为说明本发明使用，并不构成对本发明的限制。

本发明粉碎机智能进料系统的控制方法，依次包括如下步骤：

S1.开始工作，旋转钥匙开关给整机上电，查看显示屏机器油量状态，如果油量偏低，及时将油量加满；

S2.启动发动机，怠速运行；

S3.发动机带上负载，例如将传动皮带张紧，切削系统及出料系统启动；

S4.发动机油门加大至小油门，使发动机达到可以正常粉碎树枝的工作状态；由于发动机需要为切削系统、出料风送机构和液压系统等所有整机上的机构提供动力，因此小油门大约需要维持在80%油门。

S5.判断是否已触犯急停装置，防止意外情况危及安全，进料口上方的红色指示灯闪烁，说明急停装置已触发，显示屏中也显示智能进料系统正处于紧急停止状态，操作者要观察机器周围有没有引发安全事故的情况出现，如果有，则要消除安全隐患。

S6.操作者确认无意外情况或故障已排除后，按下绿色的复位启动按钮，正式准备进入粉碎作业，进料口上方的红色指示灯常亮，表明机器可以正常运行。

S7.智能进料系统启动，操作者可以将树枝通过进料台送到进料辊处，通过进料辊的旋转，带动树枝进入切削系统，将木料进行粉碎。

S8.判断小油门下发动机是否满负载，当切削的是小树枝，使发动机在当前转速下的负载率低于100%时，则控制发动机在经济油耗区间下工作，进料辊正常进料。

S9.如果遇到大树枝，小油门及当前转速下，发动机已达到满负载，则加大发动机油门至100%，使其满功率输出。

S10.当发动机满功率输出后，判断100%油门下发动机是否满负载，如果发动机在当前转速下的负载率下降，且转速稳定，则控制发动机重新回到经济油耗区间工作。

S11.100%油门下发动机已达满负载，使发动机转速下降，则判断发动机转速是否下降到阈值，如果发动机转速未下降至一定阈值，则进料辊正常进料，进行持续切削。

S12.如果发动机转速已下降至一定阈值，说明刀盘箱中的树枝比较多，负荷过大，则进料辊停止进料，让切削系统将进料辊与切刀之间的树枝切掉，避免引发堵塞。

S13.进料辊停止进料后，判断发动机负载率是否下降，若发动机的负载率仍为100%且转速继续下降，说明树枝在刀盘箱中已出现较严重的卡滞，则进入步骤S16。

S14. 进料辊停止进料后，发动机的负载率下降，说明堵塞已缓解，则判断发动机转速是否上升，如果转速仍未上升，说明堵塞未完全消除，则进入步骤S16。

S15.如果负载率下降且转速上升，则判断转速是否上升到阈值，如果发动机转速上升至一定阈值，说明堵塞已完全消除，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。

S16.进料辊反转数秒后停止，通常进料辊反转几秒钟即可使卡滞的树枝出现松动，可以根据树枝的性质设定每次反转两秒、三秒、五秒或更长时间。

S17.进料辊每次反转数秒停止后，判断发动机负载率是否下降，如果发动机的负载率未下降，说明卡滞未消除，则回到步骤S16，进料辊再次反转几秒钟，如此可进行多次反转，直至卡滞被消除。

S18.进料辊反转数秒停止后，如果发动机的负载率下降，则判断发动机转速是否上升，如果发动机的转速未上升，说明卡滞仍未消除，则回到步骤S16，进料辊继续进行下一轮反转，直至卡滞被消除。如果发动机的转速上升，则进入步骤S19。

S19.判断转速是否上升到阈值，如果发动机的转速上升至一定阈值，说明卡滞已完全被消除，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。

发动机为电控发动机，电控发动机控制器能够精确计算当前转速和当前转速下的负载率；能够为粉碎机控制器实时传输发动机的各种信息或状态；能够接收粉碎机控制器的指令实时控制发动机油门。电控发动机的运转由电控发动机控制器即ECU来控制，可以直接读取准确的转速、负载率等众多信息，还可以执行粉碎机控制器的指令对发动机进行精确控制，使发动机和整机很好的匹配起来。

当树枝尺寸超过粉碎机进料口的尺寸，或枝杈特别大无法进入粉碎机时，智能进料系统控制进料辊反转数秒，将树枝退出。对于大于粉碎机进料口的树枝，或特别大的枝杈在粉碎前需要进行切割分解，避免造成粉碎机停工；一旦出现大树枝被卡在进料口处无法前进，智能进料系统自动控制进料辊反转数秒，实现退料。

进料辊正转，将树枝送入切削系统进行粉碎的同时，粉碎机控制器监控控制进料辊正反转的液压系统换向阀的状态，如果有异常情况，则在显示屏上显示故障状态。如果系统命令进料辊正转进料或反转退料，进料辊未能执行，则故障都会在显示屏上显示，使操作者迅速掌握情况并作出处置。

智能进料系统中进料辊的正转、停止或反转状态，均在显示屏中显示并实时更新，操作者可以通过显示屏实时掌握进料辊的正转、停止或反转状态。

当出现紧急情况，急停装置被触发时，智能进料系统将停止工作，进料口上方的指示灯闪烁，进行报警，显示屏中显示智能进料系统正处于紧急停止状态。操作者确认故障已消除，需要重新手动按下复位启动按钮，智能进料系统才能再次正常工作，以确保操作者的人身安全和粉碎机的设备安全。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

粉碎机控制器实时监控发动机的转速和当前转速下发动机的负载率；

当发动机在当前转速下的负载率低于100%时，则控制发动机在经济油耗区间下工作，进料辊正常进料；

当发动机在当前转速下的负载率达到100%，则加大发动机油门，使其满功率输出；

当发动机满功率输出后，如果发动机在当前转速下的负载率下降，且转速稳定，则控制发动机重新回到经济油耗区间工作；

当发动机满功率输出后，发动机的负载率达到100%使发动机转速下降，如果发动机转速未下降至一定阈值，则进料辊正常进料；如果发动机转速已下降至一定阈值，则进料辊停止进料。

2.根据权利要求1所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：当进料辊停止进料状态下，若发动机的负载率仍为100%且转速继续下降，则控制进料辊反转，直到发动机转速开始上升时控制进料辊停止；

当进料辊停止进料状态下，发动机的负载率下降，如果发动机转速未上升，则控制进料辊反转，直到发动机转速开始上升时控制进料辊停止；

当进料辊停止进料状态下，发动机的负载率下降，如果发动机转速上升至一定阈值，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。

3.根据权利要求2所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率未下降，则进料辊继续进行下一轮反转。

4.根据权利要求2所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率下降，但发动机的转速未上升，则进料辊继续进行下一轮反转。

5.根据权利要求2所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：进料辊每次反转数秒后停止，如果发动机的负载率下降，且发动机的转速上升至一定阈值，则控制进料辊正常进料，发动机回到经济油耗区间工作。

6.根据权利要求1所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：发动机启动怠速后，首先将发动机带上负载，再将发动机油门加大至小油门，然后判断是否已触发急停装置，如果未触发，则按下复位启动按钮，使智能进料系统启动，将树枝送入切削系统进行粉碎。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：发动机为电控发动机，电控发动机控制器能够精确计算当前转速和当前转速下的负载率；能够为粉碎机控制器实时传输发动机的各种信息或状态；能够接收粉碎机控制器的指令实时控制发动机油门。

8.根据权利要求6所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：当树枝尺寸超过粉碎机进料口的尺寸，或枝杈特别大无法进入粉碎机时，智能进料系统控制进料辊反转数秒，将树枝退出。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：进料辊正转，将树枝送入切削系统进行粉碎的同时，粉碎机控制器监控控制进料辊正反转的液压系统换向阀的状态，如果有异常情况，则在显示屏上显示故障状态。

10.根据权利要求6所述的树枝粉碎机的智能控制方法，其特征在于：智能进料系统中进料辊的正转、停止或反转状态，均在显示屏中显示并实时更新；当急停装置被触发时，智能进料系统将停止工作，进料口上方的指示灯闪烁，显示屏中显示智能进料系统正处于紧急停止状态，需要重新手动按下复位启动按钮，智能进料系统才能再次正常工作。

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