收割机的自动行进速度控制的制作方法

文档序号:90188阅读:730来源:国知局
专利名称:收割机的自动行进速度控制的制作方法
本发明涉及一种液压推进的收割机和类似机器的行进速度控制,特别是其控制系统,它跟随发动机的啮合自动地快速率减慢收割机的速度,紧接着恢复收割机的行进速度,开始以快速率,然后以慢速率恢复,以保证控制系统的稳定性,同时又使行进速度的恢复所需时间最少。
液压推进的收割机和类似机器,其行进速度的变化与速度的变化对发动机的负载和机器的功能作用之间存在着显著的延迟,因此,一般要有速度控制。收割机上已经使用了众所周知的速度控制,当发动机开始啮合时快速地降低机器的速度,在遇到谷物的稠密度和韧度突然增加时就会发生这样情况。由于速度的变化与其对机器的负载的作用之间存在着延迟,如果允许机器的行进速度以同样的快速率恢复,那么采用这种速度控制,系统就会出现再生性不稳定性。例如,联合收割机中,收割台收割谷料的时间和谷料到达脱粒机的时间之间有显著延迟,其中谷料是发动机负载变化的主要来源。如果允许收割机的行进速度在行进速度降慢以后快速恢复和增加,由于收割台和脱粒机之间谷料传输的延长,行进速度可能增加到超过所要求的平衡速度而在发动机充分加载以前使收割台收割过量的谷料,这要用脱粒机来限制行进速度。当过量的谷料流到达脱粒机时,发动机将啮合,以致使收割机减速和这种循环的重复为了防止这种再生性的不稳定性,收割机采用的速度控制已为人们所周知,它响应发动机的啮合而快速地减慢收割机的行进速度,紧接着又使行进速度以慢速率恢复而防止再生性不稳定性和速度的骤变。那种众所周知的速度控制的恢复时间大约在因发动机啮合而其行进速度减慢以后的10-20秒的数量级。缓慢的恢复速率不仅使机器的操作手厌烦,而且也降低了收割机的产量。
按照本发明,以上论述的以往的收割机行进速度控制的缺点业已被克服。
本发明的行进速度控制自动地以快速率减慢收割机的行进速度以响应发动机的啮合,并紧接着开始快速率恢复行进速度,然后以慢速恢复以保证控制系统的稳定性,而又使行进速度的恢复所需时间最少。
本发明控制液压推进收割机行进速度,它有一个发动机用来带动一个泵,在压力下向马达供给流体,它还包括位移控制器以改变供给马达流体的流量,以响应控制信号。该速度控制器敏感发动机的速度以响应它的变化,它提供两个控制指令,其中之一是以快速率变化,而另一个则以慢速率变化。为区分这两个指令信号提供了某种装置来提供控制信号,它使收割机的行进速度以快速率降低来跟随发动机的啮合,而在恢复时开始以快速恢复,然后以接近所需行进速度的慢速度增加,以保证系统的稳定性。
在本发明的一种具体装置中,两个指令信号与发动机的速度正好成正比,而选择指令信号的装置选取指令信号时在给定时间内具有最低的幅值以便在该时间内构成控制信号。在这种装置中,由一种位移控制器改变供给马达的流体的流量以直接响应控制信号。在第2种装置中,两个指令信号与发动机的速度正好成反比,选择指令信号的装置选取指令信号时在给定时间内具有最大幅值以形成在该时间内的控制信号。这种装置产生的控制信号要优于人工输入机械式位移控制以改变主发动机流量的幅值。
该发明的这些和其它目标、优点以及验证性装置的详细说明可从以下说明和图例中充分了解。
图1是具有本发明的自动行进速度控制的系统方块图。
图2A-2C的一组曲线,是当收割机遇到短时间谷物密度增加时,分别描述了谷物密度、发动机速度和行进速度作为时间的函数。
图3A-3C是一组描述收割机遇到长时间谷物密度增加时谷物密度、发动机速度和行进速度作为时间函数的曲线。
图4是描述本发明的第2种行进速度控制装置。
图5是图1的行进速度控制用于一种改进型系统的框图;而图6是描述图1的行进速度控制的略图。
实施本发明的最佳模式如图1所示,标为10的自动机行进速度控制器用在类似收割机的系统中,它有一个发动机12,这是液压传动装置14的主要动力,包括一个可变的位移泵16,它通过传动轴18与发动机相连。泵16与主发动机20相联,它可以是固定的,也可以是改变的,通过导管22和24在压力下向主发动机20供液,主发动机驱动一个作为负载的工作台。由泵16供给主发动机20的流体的总量,马达的速度由电位移控制单元26控制,该控制单元根据与由操作手控制单元28提供的电压成正比的总量来改变泵的位移。
操作手控制单元28包括一个手动操作手柄30,它与构成电桥34的一部分的电位器32相连。当控制手柄28在所示的中央或中间位置时,位移控制单元26的电压为零,决定着零行进速度。单元26上出现的电压正比于控制手柄30从中心位移向前或向后移动来增加行进速度。还提供了一个方式选择开关36使系统的操作处于自动方式或手动方式。在手动方式,开关36与电池的全电压Vbatt相连。在所示的自动方式,开关36把操作控制单元28连接到由自动行进速度控制10输出的控制电压V2。自动速度控制器10超越由控制手柄30提供的手动输入以便在发动机开始啮合时减慢系统的行进速度,这样来限制发动机的啮合、谷粒的丢失等等。
自动速度控制器10包括一个脉冲式检测装置38或类似装置以敏感发动机12的速度。检测装置38敏感安装在由发动机驱动的传动轴上的传动齿轮的转动运动,并在线42上产生一个信号,该信号的频率正比于发动机12的速度。线42上的输入信号表示发动机的实际速度,它由行进速度控制器10监测,并对该处的速度下跌做出迅速的响应,将控制电压V2降低一个合适的量。降低后的电压V2通过选择开关送到操作手控制装置36,它按比例地降低电位移控制装置的设置,以减少泵的位移。这样,由马达20驱动的液体将快速流动,以使液压传动装置14将较小的负载加到发动机上12上。当该负载变小时,减少加在发动机12上的负载,以使发动机的速度上升,行进速度控制器10对适量的控制电压V2的增量做出响应,开始时,响应速度很快,而后,响应速度慢,这是为了保证系统的稳定性,同时使行进速度的恢复所要求的时间为最少。
为了产生控制电压V2,从检测装置38获得的输入信号加到一个频率-电压转换器44上,该转换器的输出为电压NE,它和发动机12的实际速度成比例。发动机的速度电压VE加到比例增益级46,在此,它将和一控制设置点或参考电压NS作比较。NS表示发动机的这样一种速度,在该速度下,自动控制器10将开始减小系统的行进速度,使之低于手动控制柄30所设置的值。比例增益级46的输出为电压V1,当发动机的速度电压NE等于或大于控制设置点的电压NS时,V1的幅值取极大值。当发动机的速度被控到低于控制设置点时,电压V1成比例地减少,直至为零,此时,发动机的速度为NF。
比例增益级46的输出电压V1加到一对速率限制电路48和50,速率限制电路48敏感电压V1的变化,以提供一个快速响应指令信号,该信号位于线52,其幅值与电压V1成比例,其变化速度很快。速率限制电路50敏感电压V1幅值的变化,以提供一个慢速响应指令信号,该信号位于线54上,其幅值与V1成比例,但其变化速率比线52上的信号输出的速率要慢。特别是,速率限制电路48还包括一个快速卸载(dump)电路56,它敏感电压V1的下降量,以便快速地降低线52上的指令信号。电路48也包括一个快速恢复电路58,它敏感电压V1的增量,以便快速地增加线52的电压值。速率限制电路50还包括一个慢速卸载电路60,它敏感电压V1的下降量,以便在线54上提供一个以慢速衰减的输出。电路50也包括一个慢速恢复电路62,它敏感电压V1的增量,以便在线54上提供一个以慢速增加的输出。
线52上的来自电路48的快速响应指令信号的输出和线54上的来自速率限制电路50的慢速响应指令信号的输出都加到选择电路64,该电路对快速和慢速响应指令信号进行选择以形成控制电压V2,V2即自动行进速度控制器10的输出。选择电路64选择指令信号中具有最小幅值的信号,以提供一个快速下降的电压,该电压响应发动机速度的下降,或者提供一个开始时快速增加的电压,该电压响应发动机速度的上升。当线52和54上指令信号电压相等时,控制电压则以较慢的速率增加,以保证系统的稳定性。
图2A-2C表示收割机遇到短周期谷物密度增加的情况(如图2A所示)时自动行进速度控制器10的运行情况。如图2B所示,系统在平衡状态下运行,发动机速度比控制设置点的速度NS要小,比T2时刻的速度NF要大,如图2C所示,直到T2时刻,收割机的脱粒机遇到密度增加的作物时其行进速度不变。T1和T2之间的时间间隔正是密度增加后作物从收割头到脱粒机时收割机所要求的时间。T2时刻,发动机开始加载,发动机的速度跌至NF,此时,由比例增益级46得到的输出电压V1为零。通过产生快速响应指令66,快速限制电路48响应发动机速度的下降。快速响应指令在T3时刻下跌至零。慢速限制电路50敏感发动机速度的下降,并提供一个慢速响应指令信号68,在T2至T3期间,选择电路64选择具有最低幅值的指令信号以形成控制电压V2,由图2C我们可以看到,它提供了一个与快速指令信号相应的行进速度70。根据T3时刻发动机速度的增量,速率限制电路48和50提供增加指令信号,它们加到选择电路64。在T3和T4期间,选择电路64再次选择快速响应指令以形成控制电压,以便使系统的速度开始时就迅速上升。在T4时刻,快速响应指令66上升,超过慢速响应指令68,这样,选择电路64选择慢速响应指令以形成控制电压V2。由于行进速度70在一开始时就允许迅速恢复,将更慢的恢复速率换至点78时,速度恢复所需要的时间最短。在这种情况下,两个指令信号相等,以保证系统的稳定性。
虽然,实际上选择电路64并不选择慢速卸载(dump)信号形成部分控制电压,但它却确定了恢复速度从快速变至慢速的那一个转折点。这样,对本发明的运行来说,它是至关重要的。由图3所见,当收割机遇到大片密度很高的作物时,即使收割机已经停下,由于作物的密度仍然很高,因此,发动机的速度,亦即收割机的行进速度在收割机已经停下2秒钟后才开始重新上升。这和图2所描述的情况相反。收割机在T3时刻停止之前,作物密度已经恢复正常,因而允许行进速度立即增加。图3中,由于收割机所停的时间比图2中所需的要长,因此,慢速响应指令74和快速响应指令76的切换点72与切换点78的值相比要低得多。更进一步地,将图3与图2比较,图3中所示的恢复行进速度限制到一个更低的数值。如图3所示,在T3时刻,收割机已停下后,认为有连续的高密度作物存在是合理的,这样,在收割机重新开动后,仍有可能遇到高密度的作物。进一步地,连续高密度作物的收割将产生比稀作物密度大得多的发动机负载。慢速卸载指令信号允许自动控制器10按不同于遇到短周期作物密度增加时的方式而起作用。更为特别地,当遇到长周期作物密度增加时,将产生很大的发动机负载和更长时间内的机车减速,由于慢速卸载指令信号,控制器10将提供一个控制电压,该电压将机车速度限制到一个更低的恢复值上。
图4展示了本发明的第二个具体装置,该装置用于这样一个系统,其中,过载调节器80敏感控制电压,后者超过了从控制手柄30到泵16的机械位移控制单元82的机械输入。如图1所示,提供了比例增益级84,它与增益级46具有相反的特点。特别是,相应于发动机速度电压NE和控制设置点电压NS,比例增益级产生输出电压V′1,当发动机速度电压等于或大于控制设置点电压时,V′1为零;当发动机速度低于设置点速度时,输出电压V″1随发动机速度增加而增加,直到发动机速度电压NE等于速度电压NF时,V′1达到最大值。电压NE等于速度电压NF,从比例增益级84输出的电压为V′1,其分别施加在快速率限幅电路48和慢速度限幅电路50上(参见图1)。线52上的快速响应控制信号和线54上的慢速响应控制信号施加在选通线路86上,它用来选通最高的控制信号以形成控制电压V′2。在处于自动模式时,控制电压V′2施加在过载螺线管80上,它将使手动位移控制器82的输入随着发动机速度的降低迅速地达到饱和,从而迅速地降低了送到马达20的液体流速并最终使行进速度为零。当发动机速度增加时,过载螺线管80对控制电压V′2的响应将使手动位移控制82的输入以较快的速率上升,直到快速响应控制信号等于慢速率响应控制信号为止,此时,过载螺线管将运行在低速率上。
图5所示系统中,控制手柄30给电控系统88提供输入信号,用来控制位移单元26,它与位移单元26的控制恰恰相反(见图1),特别地,手动控制柄可在线90上提供电压V3,共馈送到乘法器92上,此乘法器又将其与从自动行进速度控制器10输出的控制电压V2(见图1)相乘。乘法器92的输出电压V4加在电流驱动器94上,此驱动器又控制通过电位移控制单元上的电流,这个电流的大小与电压成正比例。系统的操作见图5,其与图1所示系统基本上是一样的,不同的是在图5所示的系统中,位移控制单元26是通过电子控制系统88来控制的,而电子控制系统88可以是以微处理器为基础的控制器。
自动行进速度控制器10(详见图6)从脉冲检测器或其它具有与发动机速度成比例的频率的器件中接收输入信号,而脉冲检测器的输出是加在频率-电压转换器44上的。频率-电压转换器的输出正比于输入信号频率的电压,从转换器44输出的速度电压通过一个5KΩ可调电位器104加在运算放大器102的非转换输入端100上(它形成比例增益级467),而5KΩ可调电位器又通过一个1.3K的电阻106接地。引擎速度电压加在输入终端100上,控制设置电压施加在转换输入终端108上,控制设置电压来自3MΩ电阻112和30KΩ电阻114组成的分压器100,而这个分压器又连在固定电位器116上。运算放大器102比较发动机速度电压和控制设置电压,当前者等于或大于后者时,运算放大器102输出为一常数最大值,当前者小于后者时,运算放大器102的输出将与灵敏度电位器118的设置点的量成正比地下降。而这个灵敏度电位器是通过620KΩ电阻120连接到运算放大器102的输出上的。
比例增益级46的输出分别施加在线122上的快速率限幅电路48和线124的慢速率限幅电路50上。快速率限幅电路48包括一个运算放大器126,其又包含一个与运算放大器102输出联接着的非转换输入终端。运算放大器126的转换输入终端联接在特定的分压器128上,这个分压器由360KΩ电阻130和510KΩ电阻132组成。运算放大器126通过一个470KΩ的电阻136与一个15μF电容134联在一起,而这个470KΩ的电阻又与由10KΩ电阻138、100KΩ电阻140和二极管142构成的串联电路并联连接,在由138、140和142构成的串联电路中,有一个10μF电容144连接在电阻138和140中间,并将其接地。电阻138,140和电容134的值确定了RC电路的时间常数,这一常数又确定了在发动机速度下降时来自速率限幅电路48的线52上的控制电压输出的下降速率。电阻136和电容134确定了另一RC时间常数,它又确定了在发动机速度电压上升时控制电压V6上升的速率。
慢速率限幅电路50包括一个运算放大器146,它又包含一个与运算放大器102输出连接的非转换输入终端。运算放大器146的转换输入终端连接在由750KΩ电阻150和1MΩ电阻152组成的分压器上,运算放大器146的输出通过一个1.5MΩ电阻156与一个22μF的电容154连接,而这个1.5Mμ的电阻又与由1.5MΩ的电阻158和二极管160构成的串联电路并联连接。由电阻160和电容154的值确定的RC常数确定了在发动机电压降低时来自慢速率限幅电路50的线54上的控制信号输出的下降速率,而由电阻156和电容154确定的RC常数则确定了在发动机速度电压上升时线54上的控制电压上升的速率。
选择电路64包括一对二极管162和164,它们的阴极分别连在线52,即快速率限幅电路48的输出和线54,即慢速率限幅电路50的输出上。二极管162和164的阳极通过15MΩ电阻连接在电源+V上,这可使线168上通过最低的信号,从而形成控制电压V2。
尽管图6中所示的自动行进速度控制器10是模拟控制方式,其也可象图5所示由微处理器构成。
权利要求
1.在使用控制信号控制马达速率的发动机驱动马达控制系统中,提供上述控制信号的速度控制系统包括敏感发动机速度变化的装置响应由上述装置敏感到的发动机速度变化并提供幅值快速度变化的第一指令信号的装置。响应由上述装置敏感到的发动机速度变化并提供幅值慢速变化的第二指令信号的装置。用来选择第一和第二指令信号以形成整个控制信号从而使马达速率随发动机速率的变小而迅速变小并且尔后使马达速率随发动机速率的变大而继续变小,以及形成控制信号,使马达速率快速增加直至第一指令信号等于第二指令信号并导致马达速率慢速上升的装置。
2.系统中有一个发动机用来驱动为马达供液的泵,还有用来响应改变提供给马达的液体流量的大小的控制信号的装置,其速率控制包括敏感发动机速度变化的装置能产生第一指令的装置,而第一指令的幅值随着上述敏感装置测得的发动机速度的变化而迅速变化,即随着发动机速度降低而迅速降低,随着发动机速度增加而迅速增加。能产生第二指令的装置,而第二指令的幅值随着上述敏感装置测得的发动机速度的变化而缓慢地变化,即随着发动机速度降低而缓慢地降低,随着发动机速度增加而缓慢地增加。能在给定时刻选择幅值最低的指令,在该时刻形成上述控制指令的装置。
3.在权利要求
2的系统中,迅速变化的指令以第一速率减小或增加,缓慢变化的指令以小于第一速率减小或增加。
4.对于带有能驱动泵并以高压向马达输入流体的发动机,并且包括能改变流向马达的流体的位移控制器和响应上述位移控制器的控制信号的装置的系统,其速度控制系统包括敏感发动机速度变化的装置能提供第一指令的装置;该指令的幅值随着上述敏感器敏感到的发动机的速度的变化而迅速改变;该第一指令的幅值随着发动机速度的降低而迅速增加,随着发动机速度的增加而迅速降低;能提供第二指令的装置;第二指令的幅值随着上述敏感装置敏感到发动机速度的变化而缓慢地变化,即随着发动机速度的降低而缓慢地增加,随着发动机速度的增加而缓慢地降低,和能选择具有最高幅值的指令以形成上述控制信号的装置。
5.在权利要求
4的系统中,迅速变化的指令以第一速率增加或降低,缓慢变化的指令以低于第一速率的第二速率增加或降低。
6.对于带有能驱动泵并以高压向马达输送流体的发动机,并且包括能对改变流体流向的控制指令响应的装置的系统,速度控制包括能敏感上述发动机的速度并由此产生信号的装置;能把上述速度信号与基准信号比较并产生输出信号的装置;当上述速度信号等于基准信号时,该输出信号幅值最大;当上述速度信号小于基准信号时,该输出信号幅值与上述速度信号成比例地降低;能响应来自上述比较装置的输出信号幅值的变化,并产生快速响应指令信号的装置,该快速响应指令信号的幅值与上述输出信号成比例,且以第一速率变化;能响应来自上述比较装置的输出信号幅值的变化,并产生缓慢响应指令的装置,该缓慢响应指令的幅值与上述输出信号成比例,且以低于第一速率的第二速率变化;能选择具有最低幅值的响应指令信号以形成上述控制指令的装置。
7.权利要求
6中的系统还包括一个能产生正比于所希望的马达速度的控制手柄;上述能改变流向马达的流体的装置包括一个能使来自选择装置的控制信号乘上控制手柄信号的装置,以及能根据上述倍乘装置的输出改变流向马达的流体流量的装置。
8.在带有能驱动泵以高压向马达输送流体的发动机,并包括能改变流向马达的流体流量的位移控制器和响应对过载的上述位移控制器的控制信号的装置系统中,其速度控制系统包括能敏感上述发动机的速度并由此产生信号的装置;能把上述速度信号与其基准信号比较并产生输出信号的装置;当上述速度信号等于基准信号时该输出信号幅值最小,当上述速度信号小于上述基准信号时,该输出信号与上述速度信号成比例地增加,并达到最大值;能响应来自上述比较装置的输出信号的幅值变化,并产生快速响应指令信号的装置;该快速响应指令信号的幅值正比于上述输出信号且以第一速率变化;能响应来自上述比较装置的输出信号的幅值的变化,并产生缓慢响应指令信号的装置;该缓慢响应指令信号的幅值与上述输出信号成正比,且以低于第一速率的第二速率变化;能选择具有最高幅值的响应信号指令以产生上述控制信号的装置。
9.采用控制马达速度的控制信号的马达控制系统中,产生控制信号的速度控制系统包括能敏感发动机速度的装置;能响应上述发动机速度的下降,并产生幅值以第一速率降低的第一指令信号的装置;能响应上述发动机速度的增高,并产生幅值以第二速率增加的第二指令信号的装置;能响应上述发动机速度增加并产生幅值以低于第一、第二速率的第三速率增加的第三指令信号的装置;从上述指令信号中选择一部分构成上述控制信号的装置,该装置根据上述发动机速度的降低选择第一指令信号形成上述控制信号的一部分;随着上述发动机速度的增加,该装置选择第二指令信号初步形成上述控制指令的一部分;当第二指令信号的幅值超过第三指令信号的幅值时,选择第三指令信号形成其余部分的控制信号;能响应发动机速度的降低,并改变第三指令的幅值,以改变指令形成装置选择第三指令形成部分指令的时间的装置。
10.权利要求
9的系统内的幅值变化装置包括对发动机速度降低响应并产生第四指令信号的装置,而第四指令信号的幅值以第四速率降低到这样一个值,它是第三指令信号随发动机速度增加而增加了的一个值,而上述第四速率是低于上述第一和第二速率的。
专利摘要
流体推进的收割机或类似机器的自动行进速度控制有一发动机,用来驱动一泵,在压力下把流体供给马达,还有一位移控制,用来改变供给马达的流体流量以响应控制信号。该速度控制敏感发动机的速度,为响应速度变化,提供两个命令信号,一个以快速率变化,另一个以慢速率变化。用来选取这两个命令信号的装置提供控制信号,它使收割机行进速度以快速率降低以响应发动机的啮合,在行进速度恢复时,初始以快速率增加直至两命令信号相等,此时改变为以较慢恢复速率以保证系统的稳定性而又使行进速度恢复所需的时间最少。
文档编号A01D69/03GK85101646SQ85101646
公开日1987年1月24日 申请日期1985年4月1日
发明者艾伦·H·迈尔斯 申请人:森斯特兰德公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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