CN114408256B - 棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机及方法 - Google Patents

棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机及方法。棉花打捆成形机包括壳体、输送装置、压棉装置、拨棉辊开松装置、棉花收集释放装置、切网装置、缠网送网装置、成形装置和液压装置。本发明可根据实际需求打出任意直径的棉花捆，采取丝杠螺母控制成形皮带张紧力的打捆方式，使棉花捆的芯部更加坚实，可以获得质量均匀、高密度的棉花捆，而且在缠网送网、切网、卸捆的过程中全自动化，实现棉花收获机不停机打捆作业。

Description

棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机及方法
技术领域
本发明属于棉花收获设备技术领域，具体涉及一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机及方法。
背景技术
棉花是我国重要的经济作物之一。国外发达国家多采用采摘-棉花收集-压垛运输的收获工艺，也有部分地区配备打捆装置，通过打捆获取棉花捆，便于运输，这就是采摘-棉花收集-打捆运输的收获工艺，目前通过专用采棉机就可以实现棉花采收打捆一体化。采棉机主要有翻斗箱式采棉机、方模式采棉机、圆模式采棉机，国外采棉机多采用方模式采棉机、圆模式采棉机，国内多采用翻斗箱式采棉机、方模式采棉机。翻斗箱式采棉机工作时需要配备专用打模机、托运设备等才可以正常工作，且成本较高，方模式采棉机不能连续作业，收获效率较低。圆模采棉机相比翻斗箱式采棉机、方模式采棉机而言，具有采棉和棉花成形一次完成，可以连续作业，效率高；棉模的储运更加方便，不需要配备专门的打垛设备；有效防止棉花含有杂质、受潮等问题。国内多采用翻斗箱式采棉机、方模式采棉机，翻斗箱式采棉机工作时需要配备专用打模机、托运设备等才可以正常工作，成本较高；方模式采棉机不能连续作业，收获效率较低，圆模采棉机的广泛应用及自动化、智能化是未来采棉机的发展趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种高密度不停机棉花打捆成形机及方法，获得质量均匀、高密度的棉花捆，有利于提高棉花收获、运输效率。同时本发明可以在缠网送网、切网、卸捆的过程中全自动化，并实现棉花收获机不停机打捆作业，提高棉花收获效率及自动化水平；可以根据实际需求打出任意直径的棉花捆，以满足不同条件下棉花捆的装卸运输。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机，包括壳体1、输送装置2、压棉装置3、拨棉辊开松装置4、棉花收集释放装置5、切网装置6、缠网送网装置7、成形装置8和液压装置9。
所述壳体1按作业工序依次分为集棉仓、压棉输送仓12和打捆成形仓13。
所述集棉仓的顶端设有棉花入口111；所述打捆成形仓13为通过液压装置9控制开启和关闭开合结构，分为前固定仓131和后开合仓132；所述液压装置9上设有压力传感器91，用于检测后开合仓132向后开启的张力。
所述棉花收集释放装置5包括直流电动推杆51、光电传感器52和集棉仓门53；所述集棉仓门53能够水平滑动地设置在集棉仓的中部，将集棉仓分隔为上集棉仓11和下集棉仓14；所述直流电动推杆51与集棉仓门53连接，控制集棉仓门53的关闭与开启；所述光电传感器52设置在上集棉仓11的侧壁上，用于感知上集棉仓11内棉花的高度。
所述拨棉辊开松装置4包括设置在下集棉仓14中的第一输棉导板41、挡板42、拨棉步进电机43、拨棉辊44和第二输棉导板45。
所述第一输棉导板41倾斜地布置在集棉仓门53下方，用于将从上集棉仓11掉落的棉花输送至拨棉辊44上；所述挡板42固接在第一输棉导板41低端的相对侧的下集棉仓14的侧壁上；所述拨棉辊44设置在第一输棉导板41的低端与挡板42之间；所述第二输棉导板45倾斜地布置在拨棉辊44的下方，用于将从拨棉辊44掉落的棉花输送至输送装置2上。
所述拨棉辊44上设有多排沿拨棉辊44周向均匀布置的拨棉齿钉排，每排拨棉齿钉排包括多个沿拨棉辊44轴线等间距的拨棉齿钉46。
所述挡板42上设有多个与拨棉齿钉排的拨棉齿钉46一一对应的间隙，所述间隙与拨棉齿钉46相配合，将棉花开松并均匀地拨落至第二输棉导板45上。
所述拨棉步进电机43的动力输出轴与拨棉辊44的转轴通过联轴器连接。
所述输送装置2包括依次水平布置在压棉输送仓12内的第一输棉带21和第二输棉带22，用于将棉花输送至打捆成形仓13。
所述第一输棉带21位于拨棉辊44的下方，通过第一输棉电机驱动；所述第二输棉带22位于第一输棉带21的后部下方，通过第二输棉电机驱动。
所述压棉装置3包括水平并列布置在第一输棉带21的后部上方的的多个喂棉罗拉，用于碾压第一输棉带21上运输的棉花，将棉花碾压为厚度均匀的带状。
所述缠网送网装置7和切网装置6布置在第二输棉带22的上方；所述缠网送网装置7包括第一送网辊701、第二送网辊702、网捆706、送网传动链707、送网主动链轮708、送网直流电机709和送网从动链轮710。
缠绕有网705的网捆706可拆卸地安装在压棉输送仓12的上部，所述第一送网辊701和第二送网辊702并列且间隔一定距离地布置在网捆706的下方，第一送网辊701的辊轴上设有第一传动齿轮711，第二送网辊702的辊轴上设有第二传动齿轮712和送网主动链轮708，所述第一传动齿轮711与第二传动齿轮712相互啮合，所述送网主动链轮708通过送网传动链707与固接在送网直流电机709的动力输出轴上的送网从动链轮710连接；所述网705从第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔穿过；所述第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔距离小于网705的厚度。
所述切网装置6包括动刀607、静刀609和曲柄滑块机构。
所述静刀609和动刀607分别设置在第一送网辊701和第二送网辊702的正下方，静刀609的两端固接在压棉输送仓12的左右侧板上，动刀607上的装有电热丝608，动刀607可控地通过曲柄滑块机构与静刀609接触，完成切网作业。
所述成形装置8包括下支撑辊802、张紧辊805、上支撑辊809、成形皮带810、成形辊811和张紧辊驱动机构。
所述上支撑辊809、下支撑辊802、张紧辊805以及多个成形辊811安装在打捆成形仓13的左右侧板上，其中，所述上支撑辊809和下支撑辊802上下间隔地布置于前固定仓131的前部，张紧辊805通过张紧辊驱动机构可上下移动地布置于前固定仓131的中部；多个成形辊811呈圆周分布地布置于前固定仓131的后部和后开合仓132内，构成一圆柱形打捆成形空间，所述打捆成形空间的入口位于第二输棉带22的末端；所述成形皮带810绕上支撑辊809的上方、下支撑辊802的下方、张紧辊805的上方后包覆于打捆成形空间的外侧；所述成形辊811设有成形辊链轮，各成形辊811的成形辊链轮通过成形传动链条连接，并通过成形驱动电机驱动同步旋转；棉花捆成形过程中，通过张紧辊驱动机构调节张紧辊805的高度，控制打捆成形空间内棉花捆的直径；所述成形皮带810的表面设有皮带张紧力传感器814，用于检测成形皮带810张紧力的大小。
所述拨棉辊44上设有四排拨棉齿钉排；所述拨棉齿钉46的长度为100mm，拨棉齿钉排中相邻的两个拨棉齿钉46之间的间距为60mm。
所述压棉装置3包括第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33；第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33均为直径为150mm的圆柱；所述第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33通过链传动与第一输棉电机连接。
所述网捆706的下方、第一送网辊701和第二送网辊702的上方设有第一缠网辊703和第二缠网辊704，使得所述网705绕第二缠网辊704的下方和第一缠网辊703的上方后垂直地从第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔穿过。
所述曲柄滑块机构包括切网主动轴601、切网电机602、切网主动链轮603、切网从动轴604、曲柄605、切网滑块606、连杆610、切网从动链轮611、切网传动链条612和滑块导轨。
两个滑块导轨水平地分别固接在压棉输送仓12的左右侧板上；所述切网滑块606可自由滑动地设置在滑块导轨上；所述动刀607固接在切网滑块606上；所述切网电机602的动力输出轴与切网主动轴601连接，所述切网主动链轮603固接在切网主动轴601上，并通过切网传动链条612与固接在切网从动轴604上的切网从动链轮611连接；所述曲柄605以一定偏心距固接在切网从动链轮611的轮面上；所述连杆610一端与曲柄605铰接，另一端与滑块606铰接。
所述棉花打捆成形机进一步包括棉花捆直径显示模块，用于实时显示打捆成形空间内棉花捆的直径。
所述张紧辊驱动机构包括两组设置在张紧辊805左右两端的丝杠滑块组件；每组丝杠滑块组件均包括下限位传感器801、丝杠螺母803、张紧滑块804、丝杠806、上限位传感器807、丝杠步进电机808、左侧导轨813、右侧导轨812、上安装板818和下安装板819。
所述丝杠806通过固接在前固定仓131侧壁的上安装板818和下安装板819竖直布置；所述丝杠步进电机808的动力输出轴与丝杠806的一端固接；所述左侧导轨813和右侧导轨812固接在前固定仓131的侧壁上，位于丝杠806的左右两侧；所述张紧滑块804与安装在丝杠806上的丝杠螺母803固接，并可沿竖直方向自由滑动地设置在左侧导轨813和右侧导轨812上；所述张紧辊805的两端分别固接在两组丝杠滑块组件的张紧滑块804上；所述上限位传感器807和下限位传感器801设置在丝杠806的上下两端。
所述棉花打捆成形机进一步包括PLC控制系统，所述PLC控制系统接收光电传感器52、上限位传感器807、下限位传感器801、皮带张紧力传感器814、压力传感器91的信号，控制直流电动推杆51、第一输棉电机、第二输棉电机、送网直流电机709、切网直流电机602、成形驱动电机、液压装置9的动作以及丝杠步进电机808的启停和正反方向旋转。
一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形方法，包括如下步骤：
S1、喂棉；
棉花经采棉机气力输棉装置输送到上集棉仓11内，当光电传感器52感应到棉花堆积至一定高度时，向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统启动直流电动推杆51，将集棉仓门53开启，棉花在重力作用下进入到下集棉仓14内；拨棉辊开松装置4将棉花拨到第一输棉带21上，在第一输棉带21和压棉装置3的共同作用下，将棉花均匀地拨至第二输棉带22，输送到成形装置8的入口处；
S2、打捆成形；
在棉花未进入打捆成形空间的入口前，张紧辊805处于丝杠806最顶端的初始位置，成形驱动电机驱动成形辊811转动，成形皮带810与第二输棉带22反向转动；棉花随第二输棉带22进入打捆成形空间的入口后与成形皮带810接触，在第二输棉带22和成形皮带810的相互作用下，棉花被压缩成棉花捆816并逐渐变大，成形皮带810逐步被张紧；当皮带张紧力传感器814检测的压力达到设定值时，皮带张紧力传感器814向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制丝杠步进电机808正向旋转一定时间后停止，使张紧辊805下降一定距离，进而使成形皮带810的张紧力减小，成形皮带810和第二输棉带22继续压缩进入打捆成形空间的棉花；在成形皮带810再次达到预设张紧力时，PLC控制系统再次根据皮带张紧力传感器814发出的信号控制丝杠步进电机808正向旋转一定时间后停止，如此循环往复，直至张紧辊805到达丝杠806的最底端，触碰到下限位传感器801后，PLC控制系统控制丝杠步进电机808停止运转；成形皮带810和第二输棉带22继续压缩进入打捆成形空间的棉花，棉花捆816对各成形辊811的挤压作用持续增大，直至压力传感器91检测的压力达到设定值时，压力传感器91向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制直流电动推杆51，将集棉仓门53关闭，拨棉步进电机43和第二输棉电机停止工作；
S3、缠网切网；
PLC控制系统控制送网直流电机709间歇式工作，将网705间歇地送入打捆成形空间，在第二输棉带22和成形皮带810的相互作用下，网705被紧实地包覆于棉花捆816的外侧；缠网完成后，PLC控制系统控制送网直流电机709停止工作，同时启动电热丝608和曲柄滑块机构，动刀607与静刀609接触，完成切网作业；随后，PLC控制系统控制第二输棉电机和成形驱动电机停止工作；
S4、卸捆、复位；
PLC控制系统控制液压装置9执行伸出动作，将成形后的棉花捆816从打捆成形仓13中取出；出仓后，液压装置9收回，关闭后开合仓132；同时丝杠步进电机808开始反向运转，张紧辊805回复至丝杠806最顶端的初始位置，重复步骤S1～S4；
步骤S1～S4过程中，采棉机气力输棉装置不停机持续工作。
所述步骤S2中，通过棉花捆直径显示模块实时显示打捆成形空间内棉花捆816的直径，棉花捆816的直径通过张紧辊驱动机构调控，棉花捆实时直径d与张紧辊驱动机构的关系式如下：
Figure BDA0003493235660000081
式中，M为丝杠步进电机808的总脉冲数，单位为个；S为丝杠806的导程，单位为m；D为棉花捆816的最大直径，单位为m；x是丝杠步进电机808的细分值，单位为m；L为丝杠806的总长度，单位为m。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采取丝杠螺母控制成形皮带张紧力的打捆方式，使棉花捆的芯部更加坚实，可以获得质量均匀、高密度的棉花捆，同时配备了均匀输棉装置，使得棉花能够均匀顺畅喂入，也有利于提高棉花捆的密度；同时相比传统棉花圆模打捆机，可以根据需要打出不同直径的棉花捆，便于人工或机械等不同条件下棉花捆的堆垛、运输。
本发明中的棉花打捆成形机相比现有技术中翻斗箱式采棉机、方模式采棉机而言，采棉和棉花成形一次完成，可以连续作业，效率高，棉模的储运更加方便，不需要配备专门的打垛设备，有效防止棉花含有杂质、受潮等问题。
同时本发明可实现棉花收获机收获棉花过程中连续作业，即在棉花捆缠网与卸捆时间段内，收获机收获的棉花暂时储存在集棉仓内，在收获机不停下的条件下实现打捆作业。PLC控制系统通过控制直流电机推杆、直立电机推杆、拨棉步进电机、行程开关、丝杠步进电机、输棉步进电机、切网直流电机、液压装置等元件以及元件的动作执行时间，实现在棉花圆模送网和卸捆的过程中全自动化连续打捆作业，可提高棉花收获效率和棉花收获机械的自动化和智能化水平。
附图说明
图1为本发明的棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机的结构示意图；
图2为本发明的集棉仓的内部结构示意图；
图3为本发明的拨棉辊44的结构示意图；
图4为本发明的缠网送网装置7和切网装置6的结构示意图；
图5为本发明的成形装置8的结构示意图；
图6为本发明的张紧辊驱动机构的结构示意图；
图7a～图7c为本发明的棉花捆816成形过程示意图；
图8为本发明的打捆成形仓13的开仓状态示意图。
其中的附图标记为：
1、壳体
11、上集棉仓 111、棉花入口
12、压棉输送仓 13、打捆成形仓
131、前固定仓 132、后开合仓
14、下集棉仓
2、输送装置
21、第一输棉带 22、第二输棉带
3、压棉装置
31、第一喂棉罗拉 32、第二喂棉罗拉
33、第三喂棉罗拉
4、拨棉辊开松装置
41、第一输棉导板 42、挡板
43、拨棉步进电机 44、拨棉辊
45、第二输棉导板 46、拨棉齿钉
5、棉花收集释放装置
51、直流电动推杆 52、光电传感器
53、集棉仓门
6、切网装置
601、切网主动轴 602、切网直流电机
603、切网主动链轮 604、切网从动轴
605、曲柄 606、切网滑块
607、动刀 608、电热丝
609、静刀 610、连杆
611、切网从动链轮 612、切网传动链条
7、缠网送网装置
701、第一送网辊 702、第二送网辊
703、第一缠网辊 704、第二缠网辊
705、网 706、网捆
707、送网传动链 708、送网主动链轮
709、送网直流电机 710、送网从动链轮
711、第一传动齿轮 712、第二传动齿轮
8、成形装置
801、下限位传感器 802、下支撑辊
803、丝杠螺母 804、张紧滑块
805、张紧辊 806、丝杠
807、上限位传感器 808、丝杠步进电机
809、上支撑辊 810、成形皮带
811、成形辊 812、右侧导轨
813、左侧导轨 814、皮带张紧力传感器
815、成形传动链条 816棉花捆
818、上安装板 819、下安装板
9、液压装置
91、压力传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示，一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形机，包括壳体1、输送装置2、压棉装置3、拨棉辊开松装置4、棉花收集释放装置5、切网装置6、缠网送网装置7、成形装置8、液压装置9和PLC控制系统。
所述壳体1按作业工序依次分为集棉仓、压棉输送仓12和打捆成形仓13；
所述集棉仓的顶端设有棉花入口111；如图8所示，所述打捆成形仓13为通过液压装置9控制开启和关闭开合结构，分为前固定仓131和后开合仓132。所述液压装置9上设有压力传感器91，用于检测后开合仓132向后开启的张力。
如图1和图2所示，所述棉花收集释放装置5包括直流电动推杆51、光电传感器52和集棉仓门53。所述集棉仓门53能够水平滑动地设置在集棉仓的中部，将集棉仓分隔为上集棉仓11和下集棉仓14；所述直流电动推杆51与集棉仓门53连接，控制集棉仓门53的关闭与开启。所述光电传感器52设置在上集棉仓11的侧壁上，距离集棉仓的棉花入口111的边缘300～400mm，用于感知上集棉仓11内棉花的高度。
当上集棉仓11内的棉花高度超过光电传感器52的位置，光电传感器52感知后将信号传输至PLC控制系统，PLC控制系统启动直流电动推杆51，将集棉仓门53开启，棉花在重力作用下进入到下集棉仓14内。
所述拨棉辊开松装置4包括设置在下集棉仓14中的第一输棉导板41、挡板42、拨棉步进电机43、拨棉辊44和第二输棉导板45。
所述第一输棉导板41倾斜地布置在集棉仓门53下方，用于将从上集棉仓11掉落的棉花输送至拨棉辊44上；所述挡板42固接在第一输棉导板41低端的相对侧的下集棉仓14的侧壁上；所述拨棉辊44设置在第一输棉导板41的低端与挡板42之间；所述第二输棉导板45倾斜地布置在拨棉辊44的下方，用于将从拨棉辊44掉落的棉花输送至输送装置2上。
如图3所示，所述拨棉辊44上设有多排沿拨棉辊44周向均匀布置的拨棉齿钉排，每排拨棉齿钉排包括多个沿拨棉辊44轴线等间距的拨棉齿钉46。
优选地，所述拨棉辊44上设有四排拨棉齿钉排。
所述拨棉齿钉46的长度为100mm，拨棉齿钉排中相邻的两个拨棉齿钉46之间的间距为60mm。
所述挡板42上设有多个与拨棉齿钉排的拨棉齿钉46一一对应的间隙，所述间隙与拨棉齿钉46相配合，将棉花开松并均匀地拨落至第二输棉导板45上。
所述拨棉步进电机43的动力输出轴与拨棉辊44的转轴通过联轴器连接，为拨棉辊44提供动力。
所述输送装置2包括依次水平布置在压棉输送仓12内的第一输棉带21和第二输棉带22，用于将棉花输送至打捆成形仓13；
所述第一输棉带21位于拨棉辊44的下方，通过第一输棉电机驱动；所述第二输棉带22位于第一输棉带21的后部下方，通过第二输棉电机驱动。
所述压棉装置3包括水平并列布置在第一输棉带21的后部上方的的多个喂棉罗拉，用于碾压第一输棉带21上运输的棉花，将棉花碾压为厚度均匀的带状，有利于后期棉花成形打捆，保证棉花捆的均匀性。
优选地，所述压棉装置3包括第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33；第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33均为直径为150mm的圆柱。
所述第一喂棉罗拉31、第二喂棉罗拉32和第三喂棉罗拉33通过链传动与第一输棉电机连接。
所述缠网送网装置7和切网装置6布置在第二输棉带22的上方。如图4所示，所述缠网送网装置7包括第一送网辊701、第二送网辊702、网捆706、送网传动链707、送网主动链轮708、送网直流电机709和送网从动链轮710。
缠绕有网705的网捆706可拆卸地安装在压棉输送仓12的上部，所述第一送网辊701和第二送网辊702并列且间隔一定距离地布置在网捆706的下方，第一送网辊701的辊轴上设有第一传动齿轮711，第二送网辊702的辊轴上设有第二传动齿轮712和送网主动链轮708，所述第一传动齿轮711与第二传动齿轮712相互啮合，所述送网主动链轮708通过送网传动链707与固接在送网直流电机709的动力输出轴上的送网从动链轮710连接；所述网705从第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔穿过。
所述第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔距离小于网705的厚度。
优选地，所述网捆706的下方、第一送网辊701和第二送网辊702的上方设有第一缠网辊703和第二缠网辊704，使得所述网705绕第二缠网辊704的下方和第一缠网辊703的上方后垂直地从第一送网辊701与第二送网辊702之间的间隔穿过。
所述切网装置6包括动刀607、静刀609和曲柄滑块机构。
所述静刀609和动刀607分别设置在第一送网辊701和第二送网辊702的正下方，静刀609的两端固接在压棉输送仓12的左右侧板上，动刀607上的装有电热丝608，动刀607可控地通过曲柄滑块机构与静刀609接触，完成切网作业。
优选地，所述曲柄滑块机构包括切网主动轴601、切网电机602、切网主动链轮603、切网从动轴604、曲柄605、切网滑块606、连杆610、切网从动链轮611、切网传动链条612和滑块导轨(附图中未绘出)。
两个滑块导轨水平地分别固接在压棉输送仓12的左右侧板上；所述切网滑块606可自由滑动地设置在滑块导轨上；所述动刀607固接在切网滑块606上。所述切网电机602的动力输出轴与切网主动轴601连接，所述切网主动链轮603固接在切网主动轴601上，并通过切网传动链条612与固接在切网从动轴604上的切网从动链轮611连接。所述曲柄605以一定偏心距固接在切网从动链轮611的轮面上；所述连杆610一端与曲柄605铰接，另一端与滑块606铰接。
如图5所示，所述成形装置8包括下支撑辊802、张紧辊805、上支撑辊809、成形皮带810、成形辊811和张紧辊驱动机构。
所述上支撑辊809、下支撑辊802、张紧辊805以及多个成形辊811安装在打捆成形仓13的左右侧板上，其中，所述上支撑辊809和下支撑辊802上下间隔地布置于前固定仓131的前部，张紧辊805通过张紧辊驱动机构可上下移动地布置于前固定仓131的中部；多个成形辊811呈圆周分布地布置于前固定仓131的后部和后开合仓132内，构成一圆柱形打捆成形空间，所述打捆成形空间的入口位于第二输棉带22的末端；所述成形皮带810绕上支撑辊809的上方、下支撑辊802的下方、张紧辊805的上方后包覆于打捆成形空间的外侧。所述成形辊811设有成形辊链轮，各成形辊811的成形辊链轮通过成形传动链条连接，并通过成形驱动电机驱动同步旋转。棉花捆成形过程中，通过张紧辊驱动机构调节张紧辊805的高度，控制打捆成形空间内棉花捆的直径。
优选地，所述成形皮带810的表面设有皮带张紧力传感器814，用于检测成形皮带810张紧力的大小，当张紧力超过设定值，皮带张紧力传感器814向PLC控制系统发出信号。
如图6所示，所述张紧辊驱动机构包括两组设置在张紧辊805左右两端的丝杠滑块组件；每组丝杠滑块组件均包括下限位传感器801、丝杠螺母803、张紧滑块804、丝杠806、上限位传感器807、丝杠步进电机808、左侧导轨813、右侧导轨812、上安装板818和下安装板819。
所述丝杠806通过固接在前固定仓131侧壁的上安装板818和下安装板819竖直布置；所述丝杠步进电机808的动力输出轴与丝杠806的一端固接。所述左侧导轨813和右侧导轨812固接在前固定仓131的侧壁上，位于丝杠806的左右两侧；所述张紧滑块804与安装在丝杠806上的丝杠螺母803固接，并可沿竖直方向自由滑动地设置在左侧导轨813和右侧导轨812上；所述张紧辊805的两端分别固接在两组丝杠滑块组件的张紧滑块804上。所述上限位传感器807和下限位传感器801设置在丝杠806的上下两端，用于向PLC控制系统发送张紧辊805到达极限位置时的信号。
所述PLC控制系统接收光电传感器52、上限位传感器807、下限位传感器801、皮带张紧力传感器814、压力传感器91的信号，控制直流电动推杆51、第一输棉电机、第二输棉电机、送网直流电机709、切网直流电机602、成形驱动电机、液压装置9的动作以及丝杠步进电机808的启停和正反方向旋转。
如图8所示，前固定仓131的后部上端与后开合仓132的前部上端相互铰接；液压装置9控制后开合仓132的开启和关闭，液压装置9的顶端安装压力传感器91，可以实时检测后开合仓132向后的张力。
优选地，所述棉花打捆成形机进一步包括棉花捆直径显示模块，用于实时显示打捆成形空间内棉花捆的直径。
本发明的一种高密度不停机棉花打捆成形方法，包括如下步骤：
S1、喂棉；
棉花经采棉机气力输棉装置输送到上集棉仓11内，当光电传感器52感应到棉花堆积至一定高度时，向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统启动直流电动推杆51，将集棉仓门53开启，棉花在重力作用下进入到下集棉仓14内；拨棉辊开松装置4将棉花拨到第一输棉带21上，在第一输棉带21和压棉装置3的共同作用下，将棉花均匀地拨至第二输棉带22，输送到成形装置8的入口处。
S2、打捆成形；
如图7a～图7c所示，在棉花未进入打捆成形空间的入口前，张紧辊805处于丝杠806最顶端的初始位置，成形驱动电机驱动成形辊811转动，成形皮带810与第二输棉带22反向转动；棉花随第二输棉带22进入打捆成形空间的入口后与成形皮带810接触，在第二输棉带22和成形皮带810的相互作用下，棉花被压缩成棉花捆816并逐渐变大，成形皮带810逐步被张紧；当皮带张紧力传感器814检测的压力达到设定值时，皮带张紧力传感器814向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制丝杠步进电机808正向旋转一定时间后停止，使张紧辊805下降一定距离，进而使成形皮带810的张紧力减小，成形皮带810和第二输棉带22继续压缩进入打捆成形空间的棉花；在成形皮带810再次达到预设张紧力时，PLC控制系统再次根据皮带张紧力传感器814发出的信号控制丝杠步进电机808正向旋转一定时间后停止，如此循环往复，直至张紧辊805到达丝杠806的最底端，触碰到下限位传感器801后，PLC控制系统控制丝杠步进电机808停止运转；成形皮带810和第二输棉带22继续压缩进入打捆成形空间的棉花，棉花捆816对各成形辊811的挤压作用持续增大，直至压力传感器91检测的压力达到设定值时，压力传感器91向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制直流电动推杆51，将集棉仓门53关闭，拨棉步进电机43和第二输棉电机停止工作；
S3、缠网切网；
PLC控制系统控制送网直流电机709间歇式工作，将网705间歇地送入打捆成形空间，在第二输棉带22和成形皮带810的相互作用下，网705被紧实地包覆于棉花捆816的外侧；缠网完成后，PLC控制系统控制送网直流电机709停止工作，同时启动电热丝608和曲柄滑块机构，动刀607与静刀609接触，完成切网作业；随后，PLC控制系统控制第二输棉电机和成形驱动电机停止工作；
S4、卸捆、复位；
PLC控制系统控制液压装置9执行伸出动作，将成形后的棉花捆816从打捆成形仓13中取出；出仓后，液压装置9收回，关闭后开合仓132；同时丝杠步进电机808开始反向运转，张紧辊805回复至丝杠806最顶端的初始位置，重复步骤S1～S4；
步骤S1～S4过程中，采棉机气力输棉装置不停机持续工作。
优选地，所述步骤S2中，通过棉花捆直径显示模块实时显示打捆成形空间内棉花捆816的直径，棉花捆816的直径通过张紧辊驱动机构调控，棉花捆实时直径d与张紧辊驱动机构的关系式如下：
Figure BDA0003493235660000181
式中，M为丝杠步进电机808的总脉冲数，单位为个；S为丝杠806的导程，单位为m；D为棉花捆816的最大直径，单位为m；x是丝杠步进电机808的细分值，单位为m；L为丝杠806的总长度，单位为m。
由于田间实际情况与运输条件的不同，需要控制卸出后棉花捆816的直径大小，实时计算棉花捆816的直径的基本原理如下：
初始条件下，张紧辊805在丝杠806的最顶端，此时，棉花捆816的直径是0mm；在张紧辊805随丝杠螺母803向下运动的过程中，打捆成形空间内的成形皮带810长度逐渐增大，皮带张紧力传感器814每达到设定值一次，丝杠步进电机808正向运转3秒，然后停止，直至皮带张紧力传感器814再次达到设定值；当张紧辊805到达丝杠806的最底端时，棉花捆816的直径达到最大值D。
当丝杠螺母803向下运动时，丝杠步进电机808的总脉冲数M会增加；当丝杠螺母803向上运动时，丝杠步进电机808的总脉冲数M减少。理想状况下，棉花捆816的直径与打捆成形空间内的成形皮带810的长度有一线性关系：
Figure BDA0003493235660000182
式中，L为丝杠806的总长度，单位为m；D为棉花捆816的最大直径，单位为m；d为棉花捆816的实时直径，单位为m；l为当前时刻丝杠螺母803向下移动距离，单位为m。
丝杠步进电机808选用型号86EBP181ALC-TK0步进电机。当前时刻丝杠螺母803向下移动距离l可表示为：
Figure BDA0003493235660000191
式中，l为当前时刻丝杠螺母803向下移动距离，单位为m；S为丝杠806的导程，单位为m；x为丝杠步进电机808的细分值，单位为m；M为丝杠步进电机808总脉冲数，单位为个；
棉花捆816的实时直径d可表示为：
Figure BDA0003493235660000192
/>
式中，d为棉花捆816的实时直径，单位为m；l为当前时刻丝杠螺母803向下移动距离，单位为m；L为丝杠806的总长度，单位为m；D为棉花捆816的最大直径，单位为m；M为丝杠步进电机808总脉冲数，单位为个；S为丝杠806的导程，单位为m；x为丝杠步进电机808的细分值，单位为m。
在此原理下，当棉花捆直径显示模块上显示的棉花捆816的实时直径达到要求时，可通过PLC控制系统提前结束棉花喂入，进行缠网切网作业，打出满足运输条件需要的的棉花捆。

Claims (3)

1.一种棉花捆直径可调的高密度不停机棉花打捆成形方法，其特征在于，所述方法基于棉花打捆成形机并包括如下步骤：
S1、喂棉；
棉花经采棉机气力输棉装置输送到上集棉仓(11)内，当光电传感器(52)感应到棉花堆积至一定高度时，向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统启动直流电动推杆(51)，将集棉仓门(53)开启，棉花在重力作用下进入到下集棉仓(14)内；拨棉辊开松装置(4)将棉花拨到第一输棉带(21)上，在第一输棉带(21)和压棉装置(3)的共同作用下，将棉花均匀地拨至第二输棉带(22)，输送到成形装置(8)的入口处；
S2、打捆成形；
在棉花未进入打捆成形空间的入口前，张紧辊(805)处于丝杠(806)最顶端的初始位置，成形驱动电机驱动成形辊(811)转动，成形皮带(810)与第二输棉带(22)反向转动；棉花随第二输棉带(22)进入打捆成形空间的入口后与成形皮带(810)接触，在第二输棉带(22)和成形皮带(810)的相互作用下，棉花被压缩成棉花捆(816)并逐渐变大，成形皮带(810)逐步被张紧；当皮带张紧力传感器(814)检测的压力达到设定值时，皮带张紧力传感器(814)向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制丝杠步进电机(808)正向旋转一定时间后停止，使张紧辊(805)下降一定距离，进而使成形皮带(810)的张紧力减小，成形皮带(810)和第二输棉带(22)继续压缩进入打捆成形空间的棉花；在成形皮带(810)再次达到预设张紧力时，PLC控制系统再次根据皮带张紧力传感器(814)发出的信号控制丝杠步进电机(808) 正向旋转一定时间后停止，如此循环往复，直至张紧辊(805)到达丝杠(806)的最底端，触碰到下限位传感器(801)后，PLC控制系统控制丝杠步进电机(808)停止运转；成形皮带(810)和第二输棉带(22)继续压缩进入打捆成形空间的棉花，棉花捆(816)对各成形辊(811)的挤压作用持续增大，直至压力传感器(91)检测的压力达到设定值时，压力传感器(91)向PLC控制系统发出信号，PLC控制系统控制直流电动推杆(51)，将集棉仓门(53)关闭，拨棉步进电机(43)和第二输棉电机停止工作；
S3、缠网切网；
PLC控制系统控制送网直流电机(709)间歇式工作，将网(705)间歇地送入打捆成形空间，在第二输棉带(22)和成形皮带(810)的相互作用下，网(705)被紧实地包覆于棉花捆(816)的外侧；缠网完成后，PLC控制系统控制送网直流电机(709)停止工作，同时启动电热丝(608)和曲柄滑块机构，动刀(607)与静刀(609)接触，完成切网作业；随后，PLC控制系统控制第二输棉电机和成形驱动电机停止工作；
S4、卸捆、复位；
PLC控制系统控制液压装置(9)执行伸出动作，将成形后的棉花捆(816)从打捆成形仓(13)中取出；出仓后，液压装置(9)收回，关闭后开合仓(132)；同时丝杠步进电机(808)开始反向运转，张紧辊(805)回复至丝杠(806)最顶端的初始位置，重复步骤S1～S4；
步骤S1～S4过程中，采棉机气力输棉装置不停机持续工作；
所述棉花打捆成形机包括壳体(1)、输送装置(2)、压棉装置(3)、拨棉辊开松装置(4)、棉花收集释放装置(5)、切网装置(6)、缠网送网装置(7)、成形装置(8)和液压装置(9)；
所述壳体(1)按作业工序依次分为集棉仓、压棉输送仓(12)和打捆成形仓(13)；
所述集棉仓的顶端设有棉花入口(111)；所述打捆成形仓(13)为通过液压装置(9)控制开启和关闭开合结构，分为前固定仓(131)和后开合仓(132)；所述液压装置(9)上设有压力传感器(91)，用于检测后开合仓(132)向后开启的张力；
所述棉花收集释放装置(5)包括直流电动推杆(51)、光电传感器(52)和集棉仓门(53)；所述集棉仓门(53)能够水平滑动地设置在集棉仓的中部，将集棉仓分隔为上集棉仓(11)和下集棉仓(14)；所述直流电动推杆(51)与集棉仓门(53)连接，控制集棉仓门(53)的关闭与开启；所述光电传感器(52)设置在上集棉仓(11)的侧壁上，用于感知上集棉仓(11)内棉花的高度；
所述拨棉辊开松装置(4)包括设置在下集棉仓(14)中的第一输棉导板(41)、挡板(42)、拨棉步进电机(43)、拨棉辊(44)和第二输棉导板(45)；
所述第一输棉导板(41)倾斜地布置在集棉仓门(53)下方，用于将从上集棉仓(11)掉落的棉花输送至拨棉辊(44)上；所述挡板(42)固接在第一输棉导板(41)低端的相对侧的下集棉仓(14)的侧壁上；所述拨棉辊(44)设置在第一输棉导板(41)的低端与挡板(42)之间；所述第二输棉导板(45)倾斜地布置在拨棉辊(44)的下方，用于将从拨棉辊(44)掉落的棉花输送至输送装置(2)上；
所述拨棉辊(44)上设有多排沿拨棉辊(44)周向均匀布置的拨棉齿钉排，每排拨棉齿钉排包括多个沿拨棉辊(44)轴线等间距的拨棉齿钉(46)；
所述挡板(42)上设有多个与拨棉齿钉排的拨棉齿钉(46)一一对应的间隙，所述间隙与拨棉齿钉(46)相配合，将棉花开松并均匀地拨落至第二输棉导板(45)上；
所述拨棉步进电机(43)的动力输出轴与拨棉辊(44)的转轴通过联轴器连接；
所述输送装置(2)包括依次水平布置在压棉输送仓(12)内的第一输棉带(21)和第二输棉带(22)，用于将棉花输送至打捆成形仓(13)；
所述第一输棉带(21)位于拨棉辊(44)的下方，通过第一输棉电机驱动；所述第二输棉带(22)位于第一输棉带(21)的后部下方，通过第二输棉电机驱动；
所述压棉装置(3)包括水平并列布置在第一输棉带(21)的后部上方的多个喂棉罗拉，用于碾压第一输棉带(21)上运输的棉花，将棉花碾压为厚度均匀的带状；
所述缠网送网装置(7)和切网装置(6)布置在第二输棉带(22)的上方；所述缠网送网装置(7)包括第一送网辊(701)、第二送网辊(702)、网捆(706)、送网传动链(707)、送网主动链轮(708)、送网直流电机(709)和送网从动链轮(710)；
缠绕有网(705)的网捆(706)可拆卸地安装在压棉输送仓(12)的上部，所述第一送网辊(701)和第二送网辊(702)并列且间隔一定距离地布置在网捆(706)的下方，第一送网辊(701)的辊轴上设有第一传动齿轮(711)，第二送网辊(702)的辊轴上设有第二传动齿轮(712)和送网主动链轮(708)，所述第一传动齿轮(711)与第二传动齿轮(712)相互啮合，所述送网主动链轮(708)通过送网传动链(707)与固接在送网直流电机(709)的动力输出轴上的送网从动链轮(710)连接；所述网(705)从第一送网辊(701)与第二送网辊(702)之间的间隔穿过；所述第一送网辊(701)与第二送网辊(702)之间的间隔距离小于网(705)的厚度；
所述切网装置(6)包括动刀(607)、静刀(609)和曲柄滑块机构；
所述静刀(609)和动刀(607)分别设置在第一送网辊(701)和第二送网辊(702)的正下方，静刀(609)的两端固接在压棉输送仓(12)的左右侧板上，动刀(607)上的装有电热丝(608)，动刀(607)可控地通过曲柄滑块机构与静刀(609)接触，完成切网作业；
所述成形装置(8)包括下支撑辊(802)、张紧辊(805)、上支撑辊(809)、成形皮带(810)、成形辊(811)和张紧辊驱动机构；
所述上支撑辊(809)、下支撑辊(802)、张紧辊(805)以及多个成形辊(811)安装在打捆成形仓(13)的左右侧板上，其中，所述上支撑辊(809)和下支撑辊(802)上下间隔地布置于前固定仓(131)的前部，张紧辊(805)通过张紧辊驱动机构可上下移动地布置于前固定仓(131)的中部；多个成形辊(811)呈圆周分布地布置于前固定仓(131)的后部和后开合仓(132)内，构成一圆柱形打捆成形空间，所述打捆成形空间的入口位于第二输棉带(22)的末端；所述成形皮带(810)绕上支撑辊(809)的上方、下支撑辊(802)的下方、张紧辊(805)的上方后包覆于打捆成形空间的外侧；所述成形辊(811)设有成形辊链轮，各成形辊(811)的成形辊链轮通过成形传动链条连接，并通过成形驱动电机驱动同步旋转；棉花捆成形过程中，通过张紧辊驱动机构调节张紧辊(805)的高度，控制打捆成形空间内棉花捆的直径；所述成形皮带(810)的表面设有皮带张紧力传感器(814)，用于检测成形皮带(810)张紧力的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过棉花捆直径显示模块实时显示打捆成形空间内棉花捆(816)的直径，棉花捆(816)的直径通过张紧辊驱动机构调控，棉花捆实时直径d与张紧辊驱动机构的关系式如下：
Figure FDA0003933601800000051
式中，M为丝杠步进电机(808)的总脉冲数，单位为个；S为丝杠(806)的导程，单位为m；D为棉花捆(816)的最大直径，单位为m；x是丝杠步进电机(808)的细分值，单位为m；L为丝杠(806)的总长度，单位为m。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拨棉辊(44)上设有四排拨棉齿钉排；所述拨棉齿钉(46)的长度为100mm，拨棉齿钉排中相邻的两个拨棉齿钉(46)之间的间距为60mm；
所述压棉装置(3)包括第一喂棉罗拉(31)、第二喂棉罗拉(32)和第三喂棉罗拉(33)；第一喂棉罗拉(31)、第二喂棉罗拉(32)和第三喂棉罗拉(33)均为直径为150mm的圆柱；所述第一喂棉罗拉(31)、第二喂棉罗拉(32)和第三喂棉罗拉(33)通过链传动与第一输棉电机连接；
所述网捆(706)的下方、第一送网辊(701)和第二送网辊(702)的上方设有第一缠网辊(703)和第二缠网辊(704)，使得所述网(705)绕第二缠网辊(704)的下方和第一缠网辊(703)的上方后垂直地从第一送网辊(701)与第二送网辊(702)之间的间隔穿过；
所述曲柄滑块机构包括切网主动轴(601)、切网电机(602)、切网主动链轮(603)、切网从动轴(604)、曲柄(605)、切网滑块(606)、连杆(610)、切网从动链轮(611)、切网传动链条(612)和滑块导轨；
两个滑块导轨水平地分别固接在压棉输送仓(12)的左右侧板上；所述切网滑块(606)可自由滑动地设置在滑块导轨上；所述动刀(607)固接在切网滑块(606)上；所述切网电机(602)的动力输出轴与切网主动轴(601)连接，所述切网主动链轮(603)固接在切网主动轴(601)上，并通过切网传动链条(612)与固接在切网从动轴(604)上的切网从动链轮(611)连接；所述曲柄(605)以一定偏心距固接在切网从动链轮(611)的轮面上；所述连杆(610)一端与曲柄(605)铰接，另一端与滑块(606)铰接；
所述棉花打捆成形机进一步包括棉花捆直径显示模块，用于实时显示打捆成形空间内棉花捆的直径；
所述张紧辊驱动机构包括两组设置在张紧辊(805)左右两端的丝杠滑块组件；每组丝杠滑块组件均包括下限位传感器(801)、丝杠螺母(803)、张紧滑块(804)、丝杠(806)、上限位传感器(807)、丝杠步进电机(808)、左侧导轨(813)、右侧导轨(812)、上安装板(818)和下安装板(819)；
所述丝杠(806)通过固接在前固定仓(131)侧壁的上安装板(818)和下安装板(819)竖直布置；所述丝杠步进电机(808)的动力输出轴与丝杠(806)的一端固接；所述左侧导轨(813)和右侧导轨(812)固接在前固定仓(131)的侧壁上，位于丝杠(806)的左右两侧；所述张紧滑块(804)与安装在丝杠(806)上的丝杠螺母(803)固接，并可沿竖直方向自由滑动地设置在左侧导轨(813)和右侧导轨(812)上；所述张紧辊(805)的两端分别固接在两组丝杠滑块组件的张紧滑块(804)上；所述上限位传感器(807)和下限位传感器(801)设置在丝杠(806)的上下两端；
所述棉花打捆成形机进一步包括PLC控制系统，所述PLC控制系统接收光电传感器(52)、上限位传感器(807)、下限位传感器(801)、皮带张紧力传感器(814)、压力传感器(91)的信号，控制直流电动推杆(51)、第一输棉电机、第二输棉电机、送网直流电机(709)、切网直流电机(602)、成形驱动电机、液压装置(9)的动作以及丝杠步进电机(808)的启停和正反方向旋转。
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