具有飞轮制动控制的农业打包机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农业打包机的领域，所述农业打包机用于通过压缩农业农作物物料来 生产方包。更具体地，本发明涉及具有重型飞轮（例如，700kg)的大型打包机。
【背景技术】
[0002] 绝大多数的打包机自身没有发动机，而是被牵引车拖拉并且通过将牵引车的动力 输出（PTO)轴联接到打包机的输入轴而被供以动力。打包机还具有飞轮和变速箱，所述飞 轮连接到输入轴，所述变速箱驱动打包机中的各种机构以从场地捡拾农作物，以便将农作 物形成方包并且将麻线和/或箔缠绕在方包上。
[0003] 在PTO轴与飞轮之间典型地布置有单向离合器以允许飞轮转动得快于PTO轴。打 包机输入轴可以操作地与牵引车PTO断开，例如，用于将打包机从一个场地运输到另一个 场地。
[0004] 在打包机中，尤其在所谓的"大型方形打包机"或"高密度打包机"中，需要较大且 较重的飞轮，以便克服由打包机变速箱所遭遇的峰值载荷，例如，当形成方包时，当打包机 的柱塞在打包室中压缩农作物物料时，打包机变速箱遭遇到峰值载荷。通过使用具有较大 惯性且以较高速度（例如，1000 rpm)运行的飞轮，用于峰值载荷的峰值能量可以通过飞轮 输送，所述飞轮在每个压缩期间略微减慢并且在两次压缩之间通过牵引车PTO再次加速。 然而，当起动打包机时，飞轮的较大惯性产生问题。当PTO轴以变成在正常操作期间驱动 打包机所需的速度被牵引车发动机驱动时，PTO轴会不能提供对于使飞轮达到其稳定速度 (例如，1000 rpm)所需的较高转矩。结果，当打包机被套在牵引车上并且其飞轮被连接到牵 引车PTO轴时，由于当打包机起动时PTO轴上的较高载荷，牵引车发动机会停转，或者安全 机构会使PTO与牵引车发动机脱开。
[0005] 在EP1974601中所提到的解决该问题的方案是当起动打包机飞轮时使用液压马 达来补充由PTO轴所提供的转矩。在可与牵引车PTO的动力相当的动力下，该解决方案因 为需要有力的液压马达而不是十分令人满意。
[0006] 在W02011060995中公开了另一个解决该问题的方案，其中说明了具有变速箱的 牵引车，所述牵引车允许打包机在两个阶段中起动。在第一阶段中，飞轮使用变速箱的第一 传动比被加速到第一速度，并且在第二阶段中，飞轮使用变速箱的第二传动比被加速到第 二速度。该技术的缺点在于，需要具有变速箱的牵引车。
【发明内容】
[0007] 本发明的实施例的目的是提供一种具有较好的起动行为的打包机，并且提供一种 用于较好地起动所述打包机的方法。
[0008] 本发明的实施例的目的也是提供一种具有较好的起动行为的牵引车和打包机组 合物。
[0009] 上述目的通过根据本发明的实施例的方法和设备来实现。
[0010] 在第一方面，本发明提供一种农业打包机，所述农业打包机包括：用于与动力输出 联接的轴和连接到轴的飞轮；柱塞，所述柱塞经由曲柄连接到飞轮，柱塞适于在允许在打包 室中添加农作物物料的附近位置与适用于在打包室中压缩农作物物料的远侧位置之间执 行往复运动；制动系统，所述制动系统适于依据制动控制信号提供用于使飞轮减速的制动 力；至少一个传感器，所述至少一个传感器用于提供传感器数据，所述传感器数据指示打包 机的至少一个运动部件；和制动控制系统，所述制动控制系统连接到至少一个传感器以用 于接收传感器数据，并且所述制动控制系统连接到制动系统以用于提供制动控制信号，制 动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法用于确定制动控制信号以用 于使曲柄停在预定的发动位置范围内。
[0011] 这种打包机的一个优点在于，打包机能够使其曲柄在合适的发动位置中停止，从 所述合适的发动位置保证随后的起动。这允许具有较大且较重的飞轮的打包机比过去能够 与较不有力的牵引车组合使用。因为避免了打包机的停转，所以使用该打包机是更加高效 的、更加快速的且更加安全的。
[0012] 在现有技术的解决方案中额外的马达用于解决起动问题，与现有技术的解决方案 形成对比，本发明的解决方案是基于制动系统，所述制动系统听起来会非常矛盾，并且从而 应该令人惊讶。
[0013] 通过使用本发明的制动系统，可以避免这种额外的（有力的）起动马达。另外，制 动系统也可以仍然在运输期间用于保持打包机的运动部件，这是更安全的。
[0014] 处理系统可以例如是可编程数字处理器，例如，CPU或数字信号处理器DSP，等等。
[0015] 打包机可以包括一个或多个传感器。能够有不同的配置，例如，速度传感器、绝对 或相对位置传感器、接近传感器和它们的组合。算法可以取决于正使用的传感器，可以在模 拟或数字电路中执行，并且可以是基于持续的时间、轮询的基础或中断的基础。
[0016] 假使存在有多于一个的传感器，则可以提供至少两个算法，所述至少两个算法中 的仅一个是活跃的。例如，只要两个算法功能正确，将使用一个优选的算法，并且如果传感 器之一被破坏，则将使用备份算法。
[0017] 算法可以是基于打包机的至少一部分的数学模型。模型可以假定，打包机的运动 部件的所有动能处于曲柄中，并且曲柄在每次转动中穿过摩擦区和穿过压缩区。
[0018] 在农业打包机的实施例中，预定的发动位置范围可以是从使柱塞到达其远侧位置 的曲柄位置开始沿着向前方向设置至少90°的角距离为止的曲柄的角位置的范围，所述角 距离优选地是至少120°，更优选地是至少150°，甚至更优选地是至少180°。
[0019] 通过使曲柄停止在这样的预定位置中，即，在下一次起动时曲柄可以在到达其远 侧位置（与最高压力相对应）之前从所述预定位置转动超过至少90° (或120°或更大）， 则飞轮（和打包机的其它运动部件）可以获得足够的动能以"幸免于"第一压缩。这样，会 显著地降低或者甚至完全消除在起动期间打包机停转的风险。
[0020] 当然，通过在运输期间将打包机的运动部件保持在固定位置中，当打包机到达下 一个场地时的打包机的初始位置与当打包机停止在先前的场地上时的位置相同。
[0021] 在农业打包机的实施例中，算法可以适于基于传感器数据确定用于施加制动力的 起始时间。
[0022] 然而，能够有不同的算法，在所有算法之中，确定用于激活制动系统的合适时刻， 以便使曲柄停在所需的位置范围内。
[0023] 在农业打包机的实施例中，传感器数据可以指示曲柄速度和曲柄位置，并且算法 可以适于将当角速度已经降低到阈值速度以下时的时间确定为起始时间，并且曲柄位置已 经达到阈值角度。
[0024] 这可以执行为两步处理法：首先，在角速度已经下降到预定阈值以下之前，监测角 速度（不必着眼于角位置）；然后，当曲柄处于预定角位置中或已经经过预定角位置时，确 定时间实例（不必着眼于角速度），或者这可以从数学意义上阐述：首先，当（ω〈ωΜΛ)时 监测开始制动的时刻；然后，当（θ > Θ )时监测开始制动的时刻。
[0025] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括位于阈值角度处的接近传感 器，并且处理系统可以连接到时钟单元。算法可以适于将传感器数据转化成角速度。
[0026] 在该实施例中，可以使用单个接近传感器。当曲柄经过预定位置（例如，传感器的 位置）时，确定时间。可以基于两个时间实例之间的时间差确定（平均）角速度（用于算 法的第一步骤）。在（平均）速度已经下降到给定值以下的条件下，开始制动的时刻可以确 定为当曲柄经过预定位置时的时刻。
[0027] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括绝对位置传感器，所述绝对 位置传感器适于提供指示曲柄的角位置的数据，并且算法可以适于将传感器数据转化成角 速度。
[0028] 在该实施例中，可以使用单个绝对位置传感器。（对于算法的第一步骤所需要的） 速度可以作为绝对位置的时间导数被导出。绝对位置自身可以在算法的第二步骤中使用。
[0029] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括相对位置传感器，所述相对 位置传感器适于提供指示曲柄的相对角位置的数据，并且算法可以适于将传感器数据转化 成角速度。算法可以适于确定压缩区并且适于将与压缩区的结束相对应的时间确定为起始 时间。
[0030] 在该实施例中，可以使用单个相对位置传感器。（对于算法的第一步骤所需要的） 速度可以作为相对位置的时间导数被导出。曲柄的位置信息可以通过监测速度例如通过检 查速度的斜度而导出，用于检测何时曲柄处于所谓的"压缩区"中。合适的时刻可以例如在 曲柄已经经过压缩区之后是短暂的。
[0031] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括速度传感器，所述速度传感 器适于提供指示曲柄的角速度的数据，并且算法可以适于确定压缩区并且适于将与压缩区 的结束相对应的时间确定为起始时间。
[0032] 在该实施例中，可以使用单个速度传感器。这与先前的实施例非常类似，除了从传 感器直接获得速度信息以外，从而不必计算时间导数，这会更易于执行并且会需要更低的 处理能力。
[0033] 在第二方面，本发明提供一种用于使农业打包机的曲柄停在预定的发动位置范围 内的方法，所述打包机包括：轴和连接到轴的飞轮；柱塞，所述柱塞经由曲柄连接到飞轮， 柱塞适于在可以在打包室中添加农作物物料的附近位置与在打包室中压缩所添加的农作 物物料的远侧位置之间执行往复运动；制动系统，所述制动系统适于依据制动控制信号提 供用于使飞轮减速的制动力；至少一个传感器，所述至少一个传感器用于提供传感器数据， 所述传感器数据指示打包机的至少一个运动部件；制动控制系统，所述制动控制系统连接 到至少一个传感器以用于接收传感器数据，并且所述制动控制系统连接到制动系统以用于 提供制动控制信号，制动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法用于提 供制动控制信号以用于使曲柄停在预定的发动位置范围内。该方法包括以下步骤：a)基于 传感器数据确定起始时间；b)在所确定的起始时间处施加制动力。
[0034] 通过在合适的时刻借助合适的例如预定的常力开始制动，可以确保曲柄将停在合 适的位置范围内。
[0035] 在方法的实施例中，传感器数据指示曲柄速度和曲柄位置，并且步骤a)包括：将 当角速度已经降低到阈值速度以下时的时间确定为起始时间，并且其中，曲柄位置处于阈 值角度中或已经经过阈值角度。
[0036] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括位于阈值角度处的接近传感器，并且处 理系统连接到时钟单元；并且方法的步骤（a)包括以下步骤：c)从时钟单元获得时间值； d) 将传感器数据转化成角速度。
[0037] 在实施例中，可以使用可编程处理器，例如，具有嵌入式计时器单元的微控制器或 数字信号处理器（DSP)。在市场上可得到具有不同的速度等级（处理器单元的时钟频率） 和不同的存储容量（例如，闪存、EEPROM、RAM)的这样的处理器。
[0038] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括绝对位置传感器，所述绝对位置传感器 适于提供指示曲柄的角位置的数据，并且方法的步骤（a)包括步骤：c)将传感器数据转化 成角速度数据。
[0039] 例如，如果传感器数据是绝对或相对位置信息，则速度数据可以计算为传感器数 据的时间导数。例如，如果传感器数据是当曲柄经过预定位置时的时间戳，则（尽管平均） 角速度可以基于两个相继的时间戳之间的时间差来计算。
[0040] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括相对位置传感器，所述相对位置传感器 适于提