DE602004011373T2

DE602004011373T2 - Erntemaschine

Info

Publication number: DE602004011373T2
Application number: DE602004011373T
Authority: DE
Inventors: Christophe Debain; Bernard Benet; Michel Berducat; Peter Dr. Pirro
Original assignee: Centre National du Machinisme Agricole du Genie Rural des Eaux et des Forets CEMAGREF; Deere and Co
Current assignee: Centre National du Machinisme Agricole du Genie Rural des Eaux et des Forets CEMAGREF; Deere and Co
Priority date: 2004-12-18
Filing date: 2004-12-18
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2024-12-19
Also published as: EP1671530A1; DE602004011373D1; EP1671530B1; CA2530201C; CA2530201A1; US20060191251A1; ATE383743T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Erntemaschine mit einer Häckseleinrichtung zum Schneiden von Erntegut auf kurze Längen, einer Erntegutzuführanordnung zum Zuführen des Ernteguts zur Häckseleinrichtung, einer Antriebsanordnung zum Antreiben der Erntegutzuführanordnung und der Häckseleinrichtung, wobei die Antriebsanordnung mindestens eine verstellbare Komponente zum Antrieb der Erntegutzuführanordnung und/oder der Häckseleinrichtung mit einer variablen Geschwindigkeit enthält, um die Länge zu ändern, auf die das Erntegut geschnitten wird, einer Steuervorrichtung, die mit der verstellbaren Komponente und mit einem Erntegutparametersensor zum Messen mindestens eines Parameters des gerade geernteten Guts verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung dahingehend wirkt, die verstellbare Komponente automatisch so zu steuern, dass die Länge, auf die das Erntegut durch die Häckseleinrichtung geschnitten wird, eine Funktion des erfassten Erntegutparameters ist.
Stand der Technik
In der Landwirtschaft eingesetzte Feldhäcksler werden zum Schneiden und Aufnehmen von Erntegut, zum Beispiel Gras oder Getreide, verwendet, das normalerweise als Futter für Vieh verwendet wird. Zur Förderung der Verdaulichkeit des Futters ist die Schnittlänge des Ernteguts von großer Bedeutung. Bei derzeitigen Feldhäckslern werden Mittel zur Einstellung der Schnittlänge der Häckselvorrichtung verwendet, wobei Hydraulikmotoren, die entweder stufenlos oder schrittweise verstellbar sind, oder Schaltgetriebe verwendet worden sind.
Die EP 1 360 891 A schlägt vor, die Schnittlänge in einem Feldhäcksler in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeits- oder Nährstoffgehalt des Ernteguts zu steuern, der mit einem optischen Sensor gemessen wird, welcher im nahen Infrarotbereich arbeitet. Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Körneranteil optisch gemessen und zur Bestimmung der Schnittlänge verwendet wird. Die EP 1 396 184 A schlägt vor, die Schnittlänge in einem Feldhäcksler in Abhängigkeit von der Kompressibilität des Ernteguts zu steuern.
Es wurde vorgeschlagen, landwirtschaftliche Produkte mit Kameras und Bildverarbeitungssystemen zu untersuchen, um verschiedene Erntegutparameter zu ermitteln. Die EP 0 916 082 beschreibt eine Bildanalyse einer Futterprobe zum Gewinn von Informationen über den Nährstoffgehalt des Futters. Die US 5 309 374 A schlägt eine Bildanalyse zur Erfassung der Masse oder Form von geernteten Produkten vor. Die US 6 119 442 A betrifft einen Mähdrescher, bei dem gedroschenes Erntegut von einer Kamera beobachtet wird. Das Bild wird verarbeitet, um beschädigte Körner zu erfassen und den Dreschmechanismus dementsprechend so zu steuern, dass Kornbeschädigung automatisch reduziert wird.
Ein Problem bei Feldhäckslern besteht darin, dass die tatsächliche Schnittlänge nicht immer einer theoretischen Schnittlänge entspricht, die aus der Geschwindigkeit, mit der das Erntegut der Häckseleinrichtung zugeführt wird, und der Geschwindigkeit der Häckseleinrichtung und der Anzahl von um ihren Umfang verteilten Messern berechnet werden kann, da es zum Beispiel zu Schlupf kommen kann, wenn das Erntegut einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt hat. Die Schnittlänge kann somit von Ernteguteigenschaften wie zum Beispiel Feuchtigkeit und von der Sorte des Ernteguts, abhängig sein.
Aufgabe der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht in der Verbesserung einer Erntemaschine mit einer Häckseleinrichtung, so dass die erreichte Schnittlänge einer gewünschten Schnittlänge näher entspricht.
Dies wird durch die Lehre der Ansprüche 1 und 6 erreicht. Die abhängigen Ansprüche führen Merkmale an, die die Lösung auf vorteilhafte Weise verbessern.
Die Erntemaschine umfasst eine Erntegutzuführanordnung zum Zuführen des Ernteguts zu einer Häckseleinrichtung. Die Häckseleinrichtung und/oder die Erntegutzuführanordnung werden mit einer variablen Geschwindigkeit angetrieben, die durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuervorrichtung mit einem Sensor verbunden ist, der Informationen über einen granulometrischen Parameter des gehäckselten Ernteguts liefert. Die Steuervorrichtung ist zur Steuerung der Geschwindigkeit der Häckseleinrichtung und/oder der Erntegutzuführanordnung betreibbar, so dass mindestens ein granulometrischer Parameter (oder mehrere davon), insbesondere die Größe (zum Beispiel die Länge, die Fläche oder das Volumen) der gehäckselten Erntegutpartikel, der mit dem Sensor gemessen wird, einem gewünschten granulometrischen Parameter entspricht. Letzterer kann durch einen Bediener eingegeben oder von einem mit dem Erntegut zusammenwirkenden zweiten Sensor automatisch erstellt werden. Der zweite Sensor kann zum Beispiel die Feuchtigkeit des Ernteguts, seinen Nährstoffgehalt, seine Kompressibilität oder seinen Körneranteil messen.
Ein Vorteil der Lehre der Erfindung besteht darin, dass die tatsächliche Schnittlänge der gewünschten Schnittlänge näher entspricht, und zwar unabhängig von der Sorte und den physikalischen Eigenschaften des gehäckselten Ernteguts. Die Erfindung kann insbesondere in einem Feldhäcksler mit einer Häckseltrommel als Häckseleinrichtung oder in einem Mähdrescher mit einem Strohhäcksler als Häckseleinrichtung verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Sensor zur Messung der Größe des gehäckselten Ernteguts eine Kamera, die auf das Erntegut stromabwärts der Häckseleinrichtung blickt. Ein elektronisches Bildsignal, das eine durch die Kamera gelieferte zweidimensionale Bildinformation enthält, wird durch ein Bildverarbeitungssystem verarbeitet, um eine granulometrische Information, wie zum Beispiel die mittlere Größe oder Parameter, die die Gesamtverteilung des gehäckselten Ernteguts darstellen, zu extrahieren. Diese Informationen werden der Steuervorrichtung zugeführt. Eine andere mögliche Ausführungsform umfasst ein Sieb mit Löchern verschiedener Größe und eine Einrichtung zur Erfassung der Erntegutpartikel, die durch das jeweilige Loch passieren. Von Zeit zu Zeit können Erntegutproben auf das Sieb gegeben werden. Die Anzahl von Erntegutpartikeln, die durch die verschiedenen Löcher passieren, wird gezählt, und eine mittlere Größe der Partikel wird ermittelt. Des Weiteren können durch eine Kameravorrichtung granulometrische Informationen nach dem Siebvorgang gegeben werden.
Wenn eine Kamera zur Erfassung der Erntegutgröße in situ direkt über (oder unter oder neben) dem Strom verwendet wird, liegt ein potentielles Problem in der relativ hohen Geschwindigkeit des Ernteguts. Eine erste mögliche Ausführungsform verwendet eine Hochgeschwindigkeits-Schwarz-Weiß- oder -Farb-Kamera, die mit einem elektronischen Blitz synchronisiert ist, um Lichtblitze auf das Erntegut im Betrachtungswinkel der Kamera zu liefern. In diesem Fall kann die Belichtungszeit durch die Verschlussleistung(-geschwindigkeit) der Kamera gesteuert werden und ist unabhängig von der Zeitdauer der Lichtquelle. Um das Erfordernis der Verwendung einer Kamera mit sehr hoher Verschlussgeschwindigkeit zu vermeiden, verwendet eine zweite Ausführungsform eine gebräuchlichere Kamera und steuert die Zeitdauer des elektronischen Blitzes oder ein Stroboskop.
Wie bei herkömmlichen Fotokameras beleuchtet der Blitz die Erntegutprobe für eine recht kurze Zeit, sodass ein scharfes Bild erhalten wird.
Ausführungsform der Erfindung
Die Figuren zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die unten ausführlicher beschrieben wird.
1 ist ein schematischer Aufriss einer Erntemaschine von der linken Seite, mit der die vorliegende Erfindung zur Verwendung besonders geeignet ist.
2 ist eine schematische Seitenansicht eines Sensors, der zur Messung der Größe von gehäckseltem Erntegut geeignet ist.
3 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Bewirkung einer automatischen Einstellung der Schnittlänge.
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, wird eine selbstfahrende Erntemaschine 10 in Form eines Feldhäckslers mit einem Hauptrahmen 12, der auf Vorder- und Hinterrädern 14 und 16 gestützt wird, gezeigt. Die Erntemaschine 10 wird von einer Fahrerkabine 18 aus betrieben, von der aus eine Pickup-Vorrichtung 20 für geerntetes Material sichtbar ist. Das von der Pickup-Vorrichtung 20 für geerntetes Material vom Boden aufgenommene Erntegut, zum Beispiel Getreide, Gras oder dergleichen, wird mittels vier vorderer Presswalzen 30, 32, 34, 36 zu einer Häckseleinrichtung 22 in Form einer Häckseltrommel oder eines Schneidkopfs bewegt, die bzw. der das Erntegut in kleine Stücke schneidet und zu einer Fördereinheit 24 sendet. Das Material passiert von der Erntemaschine 10 über einen Auswurfkanal 26, der um eine aufrechte Achse verstellt werden kann, zu einem Seitenanhänger. Zwischen der Häckseleinrichtung 22 und der Fördereinheit 24 ist eine Körnernachbehandlungseinrichtung angeordnet, die zwei zusammenwirkende Walzen 28 enthält, die zur tangentialen Zuführung des beförderten Materials zur Fördereinheit 24 wirken.
In 2 wird der Erntegutparametersensor 38 näher gezeigt. Der Sensor 38 ist in einem am Auswurfkanal 26 angebrachten lichtdichten Schutzgehäuse 40 angebracht. Im Gehäuse 40 sind ein Blitzlicht 42 und eine elektronische Kamera 44 vorgesehen. Die Kamera 44 weist ein Objektiv 46 auf, das durch eine Öffnung 48 in das Innere des Auswurfkanals 26 sieht, so dass ein Bild der durch den Auswurfkanal 26 strömenden gehäckselten Erntegutpartikel 50 erhalten wird. Eine andere mögliche Ausführungsform umfasst einen Ringblitz um das Kameraobjektiv herum oder ein Blitzlicht auf beiden Seiten der Kamera 44, wobei sich Letztere in einer senkrecht zum Öffnungsfenster 48 verlaufenden Ebene befindet. Das Blitzlicht 42 ist dahingehend betreibbar, aufeinander folgende Blitze zum Beispiel in Intervallen von 500 ms oder weniger, mit einer sehr kurzen Zeitdauer (10 μs oder weniger), die mit der Kamera 44 gekoppelt sind, auf die gehäckselten Erntegutpartikel 50 im Betrachtungswinkel des Objektivs 46 abzugeben. Obgleich dies nicht gezeigt wird, kann an der Unterseite des Auswurfkanals 26 unter der Öffnung 48 eine Abdeckung vorgesehen werden, um den Eintritt von Licht von der Peripherie zu vermeiden oder zu verringern. In der Öffnung 48 kann eine durchsichtige Scheibe vorgesehen werden, die vorzugsweise sehr kratzfest ist und zum Beispiel aus Saphirglas besteht.
Die Kamera 44 liefert ein elektronisches Signal, das eine zweidimensionale Bildinformation enthält, an ein digitales Bildverarbeitungssystem 82 (3), das einen Mikroprozessor oder eine Mikrosteuerung enthält. Das Bildverarbeitungssystem 82 kann dahingehend betrieben werden, die Bildinformation zu verarbeiten, und leitet Daten über granulometrische Eigenschaften der Erntegutpartikel 50 unter Berücksichtigung des Betrachtungswinkels zwischen der Kamera 44 und der Strömungsrichtung der gehäckselten Erntegutpartikel 50 ab. Die granulometrischen Daten enthalten Informationen über die Partikelgröße, wie zum Beispiel die mittlere Länge der gehäckselten Erntegutpartikel 50. Es kann unter Verwendung einer erwarteten Schnittlänge, die von der Geschwindigkeit der Walzen 30–36 und der Häckseleinrichtung 22 abgeleitet wird, eine Unterscheidung zwischen der Länge und der Breite der Partikel 50 getroffen werden. Somit wird die Länge als die eine der beiden Messungen der Partikel 50 betrachtet, die am besten zur erwarteten Schnittlänge passt. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Länge einfach als die Größe der Partikel 50 in Strömungsrichtung im Auswurfkanal 26 betrachtet. Das Bildverarbeitungssystem 82 steuert des Weiteren das Blitzlicht 42 und weist es an, nach Beendigung der Verarbeitung eines zuvor aufgenommenen Bildes einen Blitz abzugeben, und ein Kondensator des Blitzlichts ist genügend aufgeladen, so dass ein Blitz bereitgestellt werden kann.
Des Weiteren gestattet die vorliegende Erfindung die Steuerung der Schnittlänge des gehäckselten Ernteguts bezüglich einer gewünschten Schnittlänge und die derartige Einstellung der Schnittlänge, dass die gewünschte Schnittlänge erhalten wird. Die Schnittlänge des aus dem Auswurfkanal 26 ausgeworfenen gehäckselten Ernteguts hängt von der Drehgeschwindigkeit der vorderen Presswalzen 30–36, von der Geschwindigkeit der Häckseleinrichtung 22 und von der Anzahl von an der Häckseleinrichtung 22 befestigten Klingen oder Messern ab. 3 zeigt eine ausführliche Darstellung der Antriebseinheit für die Häckseleinrichtung 22 und die vorderen Presswalzen 30–36 und die Vorrichtung zur automatischen Einstellung der Schnittlänge.
Ein Verbrennungsmotor 42, der mit konstanter Drehzahl betrieben wird, wenn er sich im Erntemodus befindet, treibt einen Transmissionsriemen 46 über eine Riemenscheibe 44 an, die eine ausrückbare Kupplung enthält. Der Transmissionsriemen 46 treibt wiederum eine Riemenscheibe 48 an, die mit der Häckseleinrichtung 22 verbunden ist. Die Häckseleinrichtung 22 enthält eine massive Welle 50, die ein Zahnrad 52 antreibt, das mit einem Hohlrad 54 eines Planetengetriebes 56 in Eingriff steht. Das Planetengetriebe 56 enthält ein Sonnenrad 58, das mit einem Hydraulikmotor 60 verbunden ist. Planetenräder 62 des Planetengetriebes 56 sind über einen Planetenträger mit einem Zahnrad 64 verbunden, das über ein zusätzliches Zahnrad 66 die unteren, vorderen Presswalzen 30, 32 antreibt, und treiben über zusätzliche Zahnräder 68 und 70 die oberen, vorderen Presswalzen 34, 36 in einer der Richtung der unteren, vorderen Presswalzen entgegengesetzten Richtung an. Aufgrund dieser Konfiguration wird die Häckseleinrichtung 22 mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit angetrieben. Die Drehgeschwindigkeit der vorderen Presswalzen 30–36 hängt von der Drehgeschwindigkeit und der Richtung des Hydraulikmotors 60 ab. Der Letztere dient als einstellbare Komponente zum Antrieb einer Erntegutzuführkomponente (der Walzen 30–36) mit einer variablen Geschwindigkeit.
Der Hydraulikmotor 60 ist über eine Ventileinheit 72 mit einer druckbeaufschlagten Hydraulikfluidquelle 74 und mit einem Hydraulikfluidversorgungsbehälter 76 verbunden. Die Ventileinheit 72 ist mit einer Steuervorrichtung 78 elektrisch verbunden, die zur derartigen Steuerung der Ventileinheit 72 betätigt werden kann, dass sich der Hydraulikmotor 60 mit einer durch die Steuereinheit 78 spezifizierten Drehgeschwindigkeit und Richtung dreht. Die Steuereinheit 78 ist somit zur kontinuierlichen Einstellung der Schnittlänge des ausgeworfenen Materials geeignet.
Des Weiteren ist die Steuereinheit 78 mit einer Eingabeeinrichtung 80 zur Eingabe einer gewünschten Schnittlänge verbunden. Die Steuereinheit 78 vergleicht im Betrieb die durch den Bediener über die Eingabeeinrichtung 80 eingegebene gewünschte Schnittlänge mit der durch das Bildverarbeitungssystem 82 bereitgestellten gemessenen Schnittlänge und verstellt die Drehzahl des Motors 60 mittels der Ventileinheit 72 derart, dass die gewünschte Schnittlänge und die gemessene Schnittlänge zumindest in etwa gleich sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Modifikationen der Erfindung möglich sind. Zum Beispiel wäre es möglich, irgendeine Art von (zweitem) Sensor zur Erfassung der Ernteguteigenschaften, zum Beispiel der Feuchtigkeit, statt des Eingabemittels 80 oder zusätzlich dazu zu verwenden, um eine gewünschte Schnittlänge in Abhängigkeit von den Ernteguteigenschaften festzulegen. Vorzugsweise kann der Bediener zwischen einem automatischen und einem manuellen Modus schalten. Solch ein zweiter Sensor zur Erfassung der Feuchtigkeit könnte ein Mikrowellensensor, ein kapazitiver Sensor, ein optischer Sensor oder ein Leitfähigkeitssensor sein. Als Alternative dazu könnte der Proteingehalt des gehäckselten Ernteguts durch einen zweiten Sensor gemessen werden, der im nahen Infrarotbereich arbeitet und zur Erstellung einer gewünschten Schnittlänge verwendet wird. Wenn mehrere Sensoren verwendet werden, die verschiedene Parameter des gehäckselten Ernteguts messen, dann leitet die Steuereinheit 78 einen Schnittlängenwert ab, der der Kombination der gemessenen Parameter am nächsten entspricht. Des Weiteren kann der Erntegutparametersensor 38 an einer Stelle an der Erntemaschine 10 zwischen der Häckseleinrichtung 22 und der drehbaren Stütze des Auswurfkanals 26 an der Karosserie der Erntemaschine 10 angeordnet sein.

Claims

Erntemaschine (10) mit einer Häckseleinrichtung (22) zum Schneiden von Erntegut auf kurze Längen, einer Erntegutzuführanordnung zum Zuführen des Ernteguts zur Häckseleinrichtung (22), einer Antriebsanordnung zum Antreiben der Erntegutzuführanordnung und der Häckseleinrichtung (22), wobei die Antriebsanordnung mindestens eine verstellbare Komponente zum Antrieb der Erntegutzuführanordnung und/oder der Häckseleinrichtung (22) mit einer variablen Geschwindigkeit enthält, um die Länge zu ändern, auf die das Erntegut geschnitten wird, einer Steuervorrichtung (78), die mit der verstellbaren Komponente und mit einem Erntegutparametersensor (38) zum Messen mindestens eines Parameters des gerade geernteten Guts verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (78) dahingehend wirkt, die verstellbare Komponente automatisch so zu steuern, dass die Länge, auf die das Erntegut durch die Häckseleinrichtung (22) geschnitten wird, eine Funktion des erfassten Erntegutparameters ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erntegutparametersensor (38) dahingehend wirkt, einen granulometrischen Parameter des gehäckselten Ernteguts zu messen.
Erntemaschine (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erntegutparametersensor (38) dahingehend wirkt, die Größe des gehäckselten Ernteguts zu messen.
Erntemaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erntegutparametersensor (38) eine Kamera (44) umfasst, die auf das gehäckselte Erntegut stromabwärts der Häckseleinrichtung (22) blickt und ein elektronisches Eingangssignal einem Bildverarbeitungssystem (82) zuführt, das dahingehend wirkt, aus dem Eingangssignal den granulometrischen Parameter der gehäckselten Erntegutpartikel (50) abzuleiten.
Erntemaschine (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erntegutparametersensor (38) ein Blitzlicht (42) zur Beleuchtung der Erntegutpartikel (50) im Beobachtungsbereich der Kamera (44) mit aufeinander folgenden Blitzen umfasst.
Erntemaschine (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blitzlicht (42) dahingehend wirkt, Blitze mit kontrollierter Blitzdauer bereitzustellen, und mit der Kamera (44) synchronisiert ist.
Verfahren zum Steuern einer Erntemaschine (10) mit einer Häckseleinrichtung (22) zum Schneiden von Erntegut auf kurze Längen, einer Erntegutzuführanordnung zum Zuführen des Ernteguts zur Häckseleinrichtung (22), einer Antriebsanordnung zum Antreiben der Erntegutzuführanordnung und der Häckseleinrichtung (22), wobei die Antriebsanordnung mindestens eine verstellbare Komponente zum Antrieb der Erntegutzuführanordnung und/oder der Häckseleinrichtung (22) mit einer variablen Geschwindigkeit enthält, um die Länge zu ändern, auf die das Erntegut geschnitten wird, einer Steuervorrichtung (78), die mit der verstellbaren Komponente und mit einem Erntegutparametersensor (38) zum Messen mindestens eines Parameters des gerade geernteten Guts verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (78) die verstellbare Komponente automatisch so steuert, dass die Länge, auf die das Erntegut durch die Häckseleinrichtung (22) geschnitten wird, eine Funktion des erfassten Erntegutparameters ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Erntegutparametersensor (38) einen granulometrischen Parameter des gehäckselten Ernteguts misst.