专利名称：饲料收割机的自动磨刀系统的制作方法
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本发明涉及材料切割机的旋转刀的自动磨刀系统，尤其涉及饲料收割机的旋转刀的自动磨刀系统。
就现行生产的饲料收割机而论，为了磨快刀架上的刀，操作员必须手动降下磨石，使其靠近刀，直到他觉察到磨石和正在旋转的刀发生接触为止。因此磨刀的质量、精度和均匀性均取决于操作员的技术和经验。现已提出了某些具有不同自动化程度的磨刀系统，但没有一个系统利用了微处理机技术，因此，已提出的这些系统的功能受到了限制。
在Rouch的第4，495，734号美国专利(颁发时间1985年1月29日)中描述了这样一个系统。Rouch的系统包括一个带有磨石托架的磨刀装置，磨石托架包括一个双动活塞和一个控制阀。该控制阀由一个杠杆操作，该杠杆在其行程的相对两端和两个支座相接。磨石通过一个和棘轮相连的轴而向刀架径向移动，棘轮啮接到两个分开的支座上。但是，所提出的这个系统并没有包括在磨刀操作完成时能自动把刀架与磨石脱离的装置。这种系统由于要求有一个双动气缸和一个液压阀，所以很昂贵。再有，由于和液压管路相接的阀和气缸重复的往复运动，因此这种设计可能会使液压管路遭受由此而产生的应力。
还提出了另一种磨刀系统，该系统中的磨石是由受各种限位开关控制的马达移动的。但在这种系统中，磨石和刀架的接触是在一个电路由于刀架上的刀和埋入磨石的导线之间的接触而接通时被检测到的。按这样一种设计，导线必须和活动的磨石相连，因此这些导线可能会受到因磨石的反复运动引起的反复弯曲的应力的作用。再有，如果在这样一个系统中有一根导线断开，该系统就不会再检测到磨石/刀架的接触，磨石就会越过起始的接触点继续被驱向刀架，因此可能会产生灾难性的实际损伤。
因此期望有一种采用微处理机技术并且因此避免已有技术产品和所提议系统中缺点的饲料收割机自动磨刀系统。
本发明的一个目的是提供一种自动的饲料收割机磨刀系统，它使用了一个微处理机或一个编程的数字计算机。
本发明的另一个目的是提供一种成本低廉同时又能精确和均匀磨刀的系统。
本发明的第三个目的是提供一种能根据某种故障条件自动终止磨刀操作并且将磨石与刀架脱开的系统。
本发明的第四个目的是提供一种能依赖于已经执行过的磨石横向运动的次数自动改变磨石径向运动量的系统。
本发明实现了这些目的以及其它的目的，其中一些马达和一些相对于饲料收割机的刀架沿径向和横向移动磨石的机构相连。磨石和刀架之间的接触是由碰击声传感器检测的。限位开关检测磨石在运动期间何时抵达某些位置。磁拾取传感器检测刀架的旋转。通过一个由操作员调节的调节设备，操作员可选择将要执行的磨石横向运动次数。控制单元包括一个数字计算机或微处理机，对其编程从而能自动地使马达将磨石移动到和刀架相接触的位置、磨石横向来回扫描(sweep)所希望的次数、同时使磨石逐渐沿径向进一步向刀架移动不同的距离，然后在磨刀完成时将磨石从刀架处移开、返回到一个停驻位置。还对微处理机编程，从而能通过对各种故障条件的自动响应防止机器的损伤。
图1是传统的饲料收割机的视图，部分剖开以显露传统的机械式定切刀调整机构。
图2是一个传统的刀架外壳的右后透视图，一个检修门处在打开位置，以显露出按本发明改进的磨石托架机构的几个部分。
图3是一个饲料收割机刀架和供料滚辊驱动系统的简化示意图。
图4a是本发明的电子学控制系统的简化示意图。
图4b-4d是图4a的电子学控制系统的详细示意电路图。
图4e是一个电路图，表示本发明的马达继电器和马达。
图5是本发明的定切刀调整机构的分解图。
图6是本发明磨石垂直定位马达及其连接关系的分解图。
图7是本发明的磨石扫描(sweep)装置的分解图。
图8是一个透视图，表示磨石扫描装置的绳索是如何围绕各个滑轮相连的。
图9是该磨石扫描机构一部分的分解透视图。
图10a-10c是由本发明的控制单元执行的“主流程”(MAINPATH)算法的逻辑流程图。
图11是由控制单元执行的“向内扫描”(SWEEPIN)子程序的逻辑流程图。
图12是“升高磨石”(RAISESTONE)子程序的逻辑流程图。
图13a-13d是“读碰击声传感器”(READKNOCKSENSOR)子程序的逻辑流程图。
图14a-14e是“磨刀”(KNIFESHARPEN)子程序的逻辑流程图。
图15是“降低磨石”(LOWERSTONE)子程序逻辑流程图。
图16是“刀架每分钟转数”(CUTTERHEADRPM)子程序逻辑流程图。
图17是“终止工作”(TERMINATEFUNCTION)子程序逻辑流程图。
图18是“定切刀脱开”(STEPSHEARBARAWAY)子程序的逻辑流程图。
图19a-19e是“定切刀调节”(SHEARBARADTUST)子程序的逻辑流程图。
现在参照图1，传统的饲料收割机10(例如由Deere公司制造的自驱动型或手推型的饲料收割机)包括一个旋转刀架12、在刀架12上有多个刀。刀架12紧靠一个固定的刀或定切刀14旋转从而能在它们之间切割庄稼。这样一种传统饲料收割机还包括左和右机械式定切刀调节机构16、18，它们可通过旋转螺栓17、19手动操作以调节定切刀14和刀架刀之间的间距。这里就不描述调节机构16、18的细节了，因为这种机构是众所周知的并且在第4，190，209号美国专利(已转让给本受让人)中作过详细的介绍。
现在参照图2，这样一种传统饲料收割机还包括一个磨石20、一个手动操作的机械式磨石调节机构22、和一个磨石托架24，机构22能使磨石移向刀架上的刀处离开，托架24是可手动操作的，使磨石横向扫过这些刀。这种传统的磨石调节和磨石托架机构是众所周知的并且在第4，189，895号美国专利(也转让给本受让人)中作过详细的介绍。
现在参照图3，该饲料收割机10包括一个发动机1100，发动机1100经伞齿轮箱1102驱动一个液体静力泵1104和一个伺服液压泵1106。齿轮箱1102还经过一个电子学控制、液压驱动的主离合器1110驱动传送带1108。传送带1108带动饲料收割机刀架12和吹风机1112。这种对刀架12的驱动还经过一个常用的电动离合器1114连到供料辊齿轮箱1116，齿轮箱1116驱动供料辊1118、1120。将一个单向液压换向器马达1122耦合到齿轮箱1116，以便在磨刀期间反向驱动刀架12。马达1122是以泵1106的液压为动力的，这个液压是经螺线管控制的阀1124加到马达1122上的。螺线管控制的阀1126控制流体在泵1106和主离合器1110之间的流通。反向旋转开关38连到阀1124和1126，因此在磨刀期间操作员能根据需要驱动开关38断开主离合器1110、挂上离合器1114、使马达反向驱动刀架。开关38最好装在一个控制面板上(未示出)。
现在参照图4a-4d，一种用于自动控制定切刀14的位置和用于自动磨快刀架上刀的控制系统，包括一个与各种将要描述的传感器和马达相连的微处理机U4(例如由Motorola制造的68705R3微处理机或其适当的替型)。一种常用的磁拾取型旋转速度传感器32检测刀架12的旋转速度，并且最好靠近刀架驱动齿轮(未示出)安装，由此即给微处理机U4供给一个代表刀架旋转速度的信号。由磁拾取传感器32得到的信号最好由一个包含低通滤波器的电路33调节处理以减少电磁干扰(EMI)影响，向微处理机U4提供0至5伏的方波。
在一种传统的饲料收割机中，定切刀是牢固地和可滑动地连到一个台座上(未示出)。台座焊到一个支撑件(未示出)上，支撑件自台座开始向下延伸到一个焊接到饲料收割机的一个框架部分(未示出)的末端。按照本发明，将两个市场上可购到的碰击声传感器34、36装在该支撑件的螺孔(未示出)内，彼此间隔开几个吋。只要碰击声传感器安装的位置能使它们探测到刀架上的刀与磨石20和定切刀14之间的碰击，碰击声传感器的具体位置并非关键。在定切刀14或磨石20与刀架12的旋转刀啮接时，碰击声传感器就给微处理机U4供应信号。
碰击声传感器34、36最好经同样的信号处理电路35连到该微处理机上。每一个电路35都包括一个低通EMI滤波器、一个峰值电压探测电路C1，电路C1向分开的低阈和高阈比较器C2、C3的输入端馈送代表碰击传感器波形包迹的0-3伏的电压。当C2的(一)输入端大于1伏左右时，C2的输出为低，当C3的(一)输入端大于3伏左右时，C3的输出为低。通过比较各个比较器的输出，由微处理机U4执行的一个程序(见图16)就能够分析出磁拾取传感器34、36的状态。
连接反向旋转开关38来给微处理机U4提供一个指示刀架12何时反向旋转的信号。
磨石上限位开关40检测磨石20处于它的自刀架12径向向外运动的极限。磨石扫描内限位开关42和磨石扫描外限位开关44检测磨石20何时处于它的水平扫描运动的终点。有关开关38、40和42的进一步细节，下面再进行描述。
开关38-44最好经同样的电路与微处理机U4相连，该电路包括一个EMI噪声滤波器和一个电压筘位电路，在开关闭合时该筘位电路给微处理器U4加的电压约为5.6伏。
微处理器U4还接受来自调节定切刀控制开关46、磨刀控制开关48、终止开关49、以及磨刀循环控制电位器50的输入，所有这些开关和电位器最好都装在一个操作人员容易接近的控制板上(未示出)。此外，最好在微处理器U4和开关46、48、49、电位器50的连接线内接入铁氧体小珠EMI抑制器(未示出)。
微处理器U4对一组4个可发光的显示器件52(例如发光二极管)提供输出信号，最好将它们装在一个控制板上(未示出)，从而即可为操作员提供一个磨石在磨刀操作期间来回扫描时的位置指示。发光二极管52还可被用来显示微处理机的故障代码或信息，这一点下面再予以介绍。在这种情况下，发光二极管可按与不同错误代码对应的不同方式被点亮。另一方面，错误代码可以在常用的数学式的数字显示设备上(未示出)作为数字被显示出来。
微处理器U4还要通过继电器驱动器RD1-RD8和继电器K1-K6将输出信号提供给左和右定切刀调节马达54、56，磨石定位马达58和磨石扫描马达60。现在参照图4e，定切刀调节马达54、56由熔丝F3进行保护，磨石定位马达58由熔丝F1进行保护，磨石扫描马达由熔丝F2进行保护。微处理机U4经噪声滤波和电压筘位电路以及与非门U8(见图4a)检测熔丝F1-F3的状态。
定切刀调节马达54、56是左和右定切刀调节机构62的一部分，在图5中示出了它们当中的一个。马达54、56最好是高扭矩、低速齿轮马达，例如由VonWeiseGearCompany制造的VW62型齿轮马达。齿轮马达54、56的输出轴耦合到一个常用的联动轴套64，以便驱动作为常用的手动定切刀调节机构部件的刀调节螺栓17、19。该机构62包括一个支架68，支架68连到齿轮马达54、56的外壳和一个管组件70的一端。管组件70容纳螺栓17、19，并且有一个下支架72，下支架72在螺栓17、19的下端的地方用螺丝固定到饲料收割机的框架(未示出)上。
磨石定位(磨石上升/磨石下降)马达58是磨石定位机构80的一部分，如图6所示。马达58最好是直列式齿轮马达，如由VonWeiseGearCompany出售的VW80型。机构80包括一个联轴器82，联轴器82固定到齿轮马达58的输出轴上并且与常用的手动操作的磨石/出定位机构的输入轴84的一端啮接。支架86用螺栓连接到齿轮马达58的外壳上以及常用的磨石定位机构的外壳88上。最好，耦合器82和轴84的固定常规的手动操作曲柄臂的相对的一端啮接。按这种方式，如果马达58从轴84的那一端脱开，即可通过手动转动轴84，按手动方式向上/向下定位磨石20。
图7示出了磨石扫描机构90，它包括带切口的前板和后板92、94，前板和后板92、94在靠近常用的磨石托架机构24处被固定到饲料收割机的框架上。前板和后板在它们的二个端部用螺栓一起固定在圆柱形垫柱相对的二侧上，这些垫柱按可旋转方式支撑定滑轮95、96、97、98、99和100。板92、94按可滑动方式支撑一个动滑轮托架，该托架包括在垫柱105、106、107、108和109的相对端处用螺栓连在一起的前件102和后件104。导板102、104由导引部件101、103按可滑动方式支撑，导引部件101、103分别在切口91、93的下方用螺栓连接到板92、94上。垫柱105-109按可滑动方式分别装在板92、94的切口91、93中。垫柱107按可旋转方式支撑一对滑轮110、112。索绳固定支架114被固定使其能和后件104一道运动，因此即可把索绳116的相对端固定到支架114上。磨石扫描马达60是一种直线冲程执行机构，例如WarnerElectricCo.销售的PartNo.9220-103-008，它有一个外壳120，外壳120固定到板92的一端，该执行机构的活塞112用销子销在“U”型架123上，“U”型架123用螺栓固定到支架部件102和104。
如图8所示，索绳124穿绕过滑轮95-100以及110、112，其终端固定到固定支架114上。将索夹126固定到索绳124的最下边的跨度上。
现在参照图9，将一个连接支架130用螺栓固定到磨石托架24上。支架130支撑一对有孔的板132和一个有螺纹的套管134。现在参照图8和9，索绳夹126装在板132之间，板132的孔容纳夹126相对两端的索绳124。借助于图7的扫描机构90并且借助于图8和图9的结构，磨石扫描马达60的有限行程使磨石托架24穿过刀架12的整个宽度扫描。可将传统的手动磨石扫描杆(未示出)旋入套管134，这样一来只要从“U”型架123上断开执行机构的活塞122，磨石20就可以手动方式来回扫描。
磨石的扫描内限位开关42和扫描外限位开关44可装在饲料收割机的一个框架或盖板部分(未示出)，其安装位置要使滑轮托架处于允许的横向运动的极限终端时该位置能和件104或滑轮托架的固定支架114啮接上。磨石上升限位开关最好装在一个框架或盖板部分(未示出)从而能在向外移动磨石托架24并且在托架24离开刀架12尽可能远时和磨石托架24啮接。
微处理机U4被编程以执行由在缩微胶片附录中提出的计算机程序表描述的一个算法或计算机程序。现在参照由图10至图19提出的逻辑流程图描述这一程序的操作。
现在参照图10a、10b和10c，微处理机U4执行一个“主流程”(MAINPATH)程序200，该程序200在步骤202引入。然后，在步骤204进行初始化(将所有标志请为0)并且接通电源继电器KO(见图4a)。然后，步骤206把开关46、48和电位器50的状态存入一个存贮器。
步骤208判断磨石是否在它的原始静止位置或“内”位置，“内”位置被定义为在磨石扫描电机60全部被退回并且限位开关42被触发时磨石20的的位置。如果不在这个位置，步骤210指引该程序至下面参照图11描述的“向内扫描”(SWEEPIN)子程序。
然后，步骤212判断磨石是否在它的“停驻”(全部提起)的位置(限位开关40触发)。如果不在，步骤214调用一个“升高磨石”子程序(见图12)。否则，程序进展至步骤216，步骤216把一个软件定时器(定时器1)的定时时间预置成1秒左右并且清除定时器标记。
步骤218至224的作用是，在磁拾取传感器32的信号没有在1秒的时间间隔内获得一个逻辑1的值时产生一个故障代码。步骤226、228、222的作用是，如果来自磁拾取传感器32的信号没有在1秒的时间间隔内获得一个逻辑0的值，则产生一个故障代码。如果磁拾取信号没触发，那么就意味着，或者刀架没旋转、或者存在某些电路问题。步骤230调用“读碰击声传感器”(READKNOCKSENSOR)子程序，以后参照图13a-13d再予以描述。步骤234判断碰击声传感器是否正在探测一个碰击噪声。如果是，则步骤236和238显示一个故障信号，该信号表明因为磨石由于经步骤212和214已从刀架12脱开所以机器上放松的零件正在振动。
如果碰击声传感器没有探测到一个碰击声，则程序进展至步骤240，判断操作员是否通过暂时压下开关48已经选择了磨刀操作。如果是，则步骤242引导程序至“磨刀”(KNIFESHARPEN)子程序，该子程序将参照图14a-14e进行描述。步骤244判断操作员是否已经通过闭合开关46选择了定切刀调节操作。如果是，则步骤246引导程序至“定切刀调节”(SHEARBARADJUST)子程序，下面将参照图19a-19e描述该子程序。然后程序前进至步骤248，步骤248断开电源继电器KO，然后返回到步骤202。
现在参照图11，在步骤301进入“向内扫描”(SWEEPIN)子程序。步骤302判断开关42是否被触发以表示磨石扫描马达60是否全被撤回。如果是，则程序前进至步骤324，并且返回到“主流程”程序。如果磨石扫描马达60没有完全撤回，则程序前进至步骤304，步骤304使一个定时器预置成一个和例如15秒的时间间隔相对应的数值并且清除一个定时器标记。然后，在步骤306，该15秒的定时器被启动。在步骤308，继电器K4(示于图4e中)被激励使扫描马达60撤回。
步骤310检查马达熔丝F1、F2、和F3的状态。如果这些熔丝中的任何一个断开了，则程序前进至步骤312使扫描马达60断开，然后至步骤314，步骤314产生一个扫描马达故障代码，作为步骤316的结果该故障代码被显示出来。如果在步骤310，这些熔丝完整无缺，则程序前进至步骤318，步骤318再次判断磨石是否是在它的终端极限位置。如果不在，则程序前进至步骤320，步骤320判断15秒定时器是否已经到时间了。如果15秒定时器定时时间到，则程序再次前进至如前所述的步骤312、314和316。如果15秒定时器定时时间未到，则程序转移，回到以前描述过的步骤310。如果在步骤318磨石处于其终端极限位置，则程序前进至步骤322，使扫描马达60断开，然后至步骤324，返回到“主流程”程序。
现在参照图12，在步骤402进入“升高磨石”(RAISESTONE)子程序400。然后，步骤404通过检查开关40的状态判断磨石20是否在它的停驻位置。如果磨石20已完全被升高，则程序向前跳到步骤424，使磨石定位马达58断开，然后至步骤426，返回到“主流程”程序。
如果磨石20还没有被完全提升到它的停驻位置，则程序自步骤404前进至步骤406，步骤406使一个定时器预置成一个与1 1/2 分钟左右的时间相对应的数值，并且清除一个定时器标记。然后，步骤410激励继电器K6并且接通磨石定位马达58，使磨石按向上的方向离开刀架12。
程序然后前进至步骤412，检查马达保护熔丝的状态。如果熔丝的状态不正常，则该子程序前进到步骤414，断开磨石定位马达58，然后至步骤416和418，显示出一个故障信息。如果在步骤412马达保护熔丝的检查完好，则子程序前进至步骤420，再次判断磨石20是否处在它的全部提升的停驻位置。如果不是，则子程序前进到步骤422，步骤422判断1.5分钟定时器定时时间是否已经到了。如果定时时间到了，子程序再次前进至以前描述过的步骤414、416和418。如果定时时间未到，则该子程序循环回到以前描述过的步骤412。另一方面，如果在步骤420磨石20已经被升高到它的暂停驻位置，则步骤420导引该子程序至步骤424，再一次使马达58断开，然后至步骤426，将该子程序返回到“主流程”程序。
现在参照图13a-13d，在步骤502进入“读碰击声传感器”(READKNOCKSENSOR)子程序500，然后步骤504将四个8位软件计数器(左低(LL)、左高(LH)、右低(RL)和右高(RH))初始化成256，并且清除一个碰击声传感器标记(FLAG1)。然后，步骤506将齿轮齿数(例如36)装入一个齿轮齿计数器，齿轮的齿数可以由磁拾取传感器32在刀架12旋转2圈期间检测到的。接着，步骤508将一个数(例如23)装入一个循环计数器来调整该子程序的定时时间，从而即可以以期望的重复速率(例如每隔1毫秒)读出碰击声传感器34和36。
步骤510-524形成了一个循环，该循环在步骤510和514检查磁拾取传感器32的输出，如果该输出是高则在步骤512清除一个磁拾取标记，如果该输出是低则在步骤518将该磁拾取标记置成1。如果齿轮齿计数器已经向下计到0(说明刀架已经转了2圈)，则步骤520从这个循环退出至下面将要描述的步骤568。否则，这个循环要继续重复读出碰击声传感器直到循环计数器(在步骤522递减)等于零时为止，由此，步骤524引导该子程序至该子程序由步骤524-538组成的部分。
步骤524-538使得在操作员还没有选择自动磨刀方式、如果来自左碰击声传感器36的信号超过一个低阈值(例如1伏)时，发光二极管指示器52当中的一个闪亮。步骤540-554使得在操作员还没有选择自动磨刀方式、如果来自右碰击声传感器34的信号超过该低阈值时，发光二极管指示器52当中的另一个闪亮。
步骤556-560在来自左碰击声传感器36的信号一旦超过一个高阈值(例如2伏)时递减左高碰击声传感器的计数器(LH)。步骤562-566在来自右碰击声传感器34的信号一旦超过该高阈值时递减右高碰击声传感器计数器(RH)。这样，计数器LL、LH、RL、和RH就始终保持与碰击声传感器34和36信号超过分开的低和高阈值时的时间成正比。然后，该子程序循环返回步骤508并且继续重复步骤508-566，直到步骤520判断出刀架12已经转完了2圈时为止，由此该子程序前进至步骤568。
步骤568-574判断计数器LL、LH、RL、或RH当中的任何一个是否已经被递减到一个诸如225这样的一个数值(表明碰击传感器当中的至少一个已经在刀架转2圈所需的至少部分时间里探测到了碰击)。如果是，则步骤576将碰击标记置1，表明碰击声传感器34和36正在探测碰击，然后将该子程序引导至步骤578。如果不是，当该子程序前进至步骤578时，该碰击标记保持被清除(作为步骤504的结果)。
如果来自左碰击声传感器36的信号超过了高阈值，但低阈值却没有被左或右碰击声传感器36、34超过，则步骤578-586产生并显示一个故障信息。如果来自右碰击声传感器34的信号超过了高阈值，但低阈值却没有被左或右碰击声传感所超过，则步骤588-593产生并显示故障信息。在步骤582、586、591或593产生了故障代码后，该子程序前进至步骤594，断开两个定切刀马达54和56，然后至步骤595，调用“升高磨石”子程序(图12)，然后至步骤596，调用“向内扫描”子程序(图11)，然后至步骤597，显示所产生的特殊故障代码。如果没有故障代码产生，则子程序前进至步骤598，返回到引入“读碰击声传感器”子程序地方。
现在参照图14a和14b，在步骤601进入“磨刀”(KNIFESHARPEN)子程序。然后，在步骤602，该程序判断刀架是否在反向旋转。如果不是，则步骤603和604阻止自动磨刀的进行，并且产生和显示一个故障信息。如果刀架正在反向旋转，则适合于进行磨刀，并且程序前进至步骤606，调用刀架速度测量(“刀架RPM”(CUTTERBARRPM))子程序，以后将参照图16描述该子程序。然后，程序前进至步骤608，读出操作员通过调整电位器50设置的磨刀循环数。通过调整电位器50，操作员可以从0-32个磨刀循环中进行选择。然后，在步骤610，将一个位置定时器预置成4分钟。应该注意的是，该位置定时器和在本系统中提到的其它定时器都是由中断技术周期性递减的软件定时器，在逻辑流程图中没有示出中断技术，但它对微处理机领域的技术人员来说是众所周知的。然后，程序前进到步骤612，给4个发光二极管52中的一个供电，从而表示磨石扫描马达60被完全撤回。然后，程序前进到步骤614，使磨石定位马达60向刀架刀移动，降低磨石20。
接着，步骤616调用先前参照图13a-13d描述过的“读碰击声传感器”子程序。然后，步骤618判断碰击声传感器是否已经探测到碰击。如果没有探测到任何碰击声(由步骤576中碰击标记＝1表示)，则程序前进至步骤622，检查磨石定位马达熔丝状态。如果熔丝电流不正常，则步骤624引导程序至步骤630-633，调用“升高磨石”子程序、调用“向内扫描”子程序，并且显示一个磨石定位马达故障信息。如果磨石定位马达电流正常，则步骤624引导该程序至步骤626，读出位置定时器，然后至步骤628，如果位置定时器定时时间已到再次引导该程序至步骤630-633。如果在步骤628位置定时器定时时间还未到，则再次引导该程序回到步骤616。
如果在步骤618判断出，碰击声传感器正在探测碰击声，则可以将这解释为磨石已和刀架刀接触上了，并且该程序前进至步骤620，断开磨石定位马达58并且接通扫描马达60，从而开始穿过刀架扫描磨石。从步骤620开始，程序前进至步骤621，将一个扫描定时器预置成一个12秒的数值，该数值相应于一次完整的磨石横向扫描所需要的预期的最大时间。程序然后前进至步骤634，判断磨石是否正在向外扫描。如果磨石正在向外扫描，则程序前进至在图14c中所示的步骤636，否则，程序前进至图14d中所示的步骤678。
随着磨石向外扫描，程序前进至步骤636，通过检查限位开关44的状态判断是否已经抵达“外”的极限位置。如果还没有抵达该“外”极限位置，则程序前进至步骤638，判断扫描定时器定时时间是否已到。如果还未到，则磨石将继续在“向外”的方向扫描，并且程序前进至步骤646-652，顺序点亮适当的发光二极管52以提供磨石运动的可见指示。在适当的发光二极管被点亮后，程序前进至将要参照图14e描述的步骤654。
另一方面，如果扫描定时器定时时间到，就是说磨石被向外扫描的时间已经超过了12秒，在这种情况，步骤638引导程序至步骤640，断开所有的马达54、56、58、和60。然后，步骤641-644调用“向外扫描”(SWEEPIN)子程序、调用“升高磨石”(RAISESTONE)子程序，并且显示一个向外扫描故障信息。
现在再次回来参看步骤636，如果已经获得了向外扫描的极限位置，这就是说磨石已向外扫描到它的最大程度，并且开关44已经被触发。在这种情况下，步骤636引导程序至步骤666，断开扫描马达60。然后，程序前进至步骤668，点亮发光二极管52当中的适当的一个，从而提供出磨石已被扫描到它的“向外”位置的一个可见指示。然后，程序前进至步骤670，调用下面将要针对图15描述的“降低磨石”(LOWSTONE)子程序。简言之，“降低磨石”子程序使磨石定位马达58把磨石20降低一段时间(因此即降低磨石一段距离)，这段时间取决于已经执行了多少磨刀循环。在磨石已被“降低磨石”子程序降低后，程序前进至步骤672，递减磨刀循环计数器。然后，程序前进至步骤674，让磨石扫描马达60在向里方向反向扫描磨石。然后，步骤676再一次将扫描定时器预置成12秒的数值，最后，程序前进到步骤654。
现在参照图14d，如果磨石20没有正在向外方向扫描，则程序从步骤634被引向步骤678。步骤678通过检查限位开关42的状态判断磨石是否处于向“内”位置。如果磨石20不在“内”极限位置，则程序被引向步骤680，判断扫描定时器定时时间是否已到。如果还未到，则程序前进至步骤685-689，激励适当的一些发光二极管52，表明磨石在向内扫描时的磨石进展情况，由此，随着磨石继续向内扫描，程序前进至步骤654。
另一方面，如果步骤680判断出，扫描定时器定时时间已到，这就是说从磨石开始向内扫描起已经超过了12秒，则步骤680引导程序至步骤681，断开所有马达，然后至步骤682，调用“升高磨石”子程序，然后再至步骤683和684，显示一个向内扫描故障信息。
再次参看步骤678，如果已经抵达向内扫描的极限位置，则步骤678引导程序至步骤690，断开扫描马达60。然后，步骤692点亮一个适当的发光二极管，表明磨石已经完全被向内扫描。然后，步骤694调用“降低磨石”子程序，使磨石再次被降低某一个距离或时期。然后，程序前进至步骤696，递减磨石循环计数器。然后，步骤697接通扫描马达60，从而又向外扫描磨石，然后步骤698再次给扫描定时器预置成12秒的数值，在此之后随着磨石的向外扫描程序再次前进至步骤654。
现在参照图14e，在步骤654进入“磨刀”子程序的这一部分，它判断扫描马达电流是否正常。如果不正常，则程序前进至步骤657-660，调用“升高磨石”子程序，调用“向内扫描”子程序，并且显示向外扫描故障信息。如果扫描马达电流正常，则步骤654引导程序至步骤656，判断扫描定时器定时时间是否已到。如果已到，则步骤656再次引导程序至先前描述过的步骤657-660。另一方面，如果扫描定时器定时时间未到，则说明移动磨石(向外或向内扫描)的时间不到12秒，步骤656将引导程序至步骤662，判断是否已经完成了预期的磨刀循环数。这个数是由操作员通过调整电位器50设定并在步骤608读出的数目。如果还没有完成这个预期的磨刀循环数，则步骤662将该程序返回到先前描述过的、示于图14b中的步骤634。另一方面，如果已经完成了该预期的磨刀循环数，则步骤662引导程序至步骤663-665，调用“向内扫描”子程序、调用“升高磨石”子程序，然后返回到“主流程”。
现在参照图15，在步骤702进入“降低磨石”(LOWERSTONE)子程序。在步骤704，给一个定时器装入一个与一段时间(例如0.26秒)相对应的数值，在这段时间内马达58必须被激励以使机构22的输入轴84旋转1/2圈左右，由此即可使磨石20向刀架12降低。然后，步骤706比较磨刀循环计数器和一个等于6的数值。如果磨刀循环计数器数值大于6，这就是说有待完成的磨石横向扫描次数大于6，并且步骤706引导程序至步骤716，开始该计数器的向下计数，在此之后，步骤718接通磨石定位马达58，以便使磨石向刀架方向向下移动。然后，程序前进至步骤720，检查定位马达熔丝的状态。如果该熔丝状态不正常，则程序前进至步骤722-726，断开磨石定位马达58，并且显示一个磨石定位马达的故障信息。另一方面，如果磨石定位电机熔丝正常完好，则步骤720引导程序至步骤728，判断该定时器定时时间是否已到。如果还未到，则程序被再次引回到步骤720。否则，步骤728引导该程序向前到步骤730。
现在再次参看步骤706，如果有待完成的磨刀循环数等于或小于6，则程序前进至步骤708。如果有待完成的磨刀循环数等于6，则步骤708引导程序至步骤712，用一个和0.13秒相对应的数值(相当于输入轴84转1/4圈)装入降低磨石定时器，然后程序前进至以前描述过的步骤716-736。
另一方面，如果有待完成的磨刀循环数小于6，则步骤708引导程序直至步骤710。如果有待完成的磨刀循环数等于5，则步骤710引导程序至步骤714，则用一个和0.06秒相对应的数值(相当于输入轴84转1/8圈)装入该降低磨石定时器，从这时开始，程序前进到以前描述过的步骤716-736。如果有待完成的磨刀循环数小于5，则步骤710引导程序至步骤730，断开磨石定位马达58。然后，程序前进到步骤732和734，使磨石在一个扫描的终点暂停5秒然后再沿另一个方向扫描回去。最后，步骤736返回该程序至“主流程”。
这样，如果假定磨石20最初被升到脱离刀架12的停驻位置，并且假定磨石扫描马达60已经完全撤回至向“内”位置，则“磨刀”和“降低磨石”子程序一般按下述方式配合运行。
首先，磨石20被马达58降低，直到碰击声传感器34、36探测到由于在磨石20和刀架12的刀之间的碰击作用而产生的碰击信号时为止。然后，磨石20被马达60横向扫描穿过刀架的宽度至其“外”位置。然后，马达58被接通0.26秒以便将磨石20降低一个相应的距离，在此之后，磨石静止约5秒。然后，磨石20反向扫描穿过刀架的宽度至“内”位置。在每一次扫描的终端，磨石20都被降低0.26秒的时间，直到在总扫描循环数(通过调节电位器50设定，最大为32)中仅差6次尚待完成时为止。
在仅还有6次循环尚待完成时，马达58被激励只有例如0.13秒的时间，这样一来，磨石下降的距离仅为磨石降低0.26秒时下降距离的一半。在仅有5次扫描尚待完成时，马达58被激励的时间仅为0.06秒，从而使磨石下降了一个相应的更小的距离。最后，在完成了倒数第5次扫描后，磨石20不再进一步降低，只穿过刀架12来回被扫描而不进一步降低。但是，在每一次横向扫描的终端磨石20还开停留5秒钟，这样就可以在刀架的整个宽度上实现均匀的磨刀。在已经完成了所有的磨刀扫描时，磨石通过扫描马达60被自动向内扫回，然后由马达58完全提升到它的停驻位置。
如果在某些期望的时间内磨石没有抵达其“内”和“外”的位置极限，或者如果碰击声传感器没有探测到碰击，这些子程序还能自动地将磨石扫描回去并将磨石升高。
现在参照图16，“刀架RPM”(CUTTERHEADRPM)子程序800通过分析来自磁拾取传感器32的输出并对在步骤804中预置一个定时器所建立的1/2秒时间间隔内旋转通过磁拾取传感器的。刀架驱动齿轮(未示出)上的齿数进行计数来确定刀架12的rpm(每分钟转数)，步骤810-818的作用是在每一个齿通过该磁拾取传感器时递增计数器，步骤820-832的作用是(在1/2秒的时间间隔结束时)返回到“主流程”，或者如果被测的刀架rpm在某些限值之外，产生并显示一个故障信息。
现在参照图17，“终止”(TERMINATE)子程序850的作用是响应于终止开关49的操作员发出的闭合指示，断开所有的马达54、56、58、和60。如果在开关49闭合时系统碰巧处于自动磨刀方式，则步骤858-862将使扫描马达60向内扫描磨石20，并且使磨石20升高到它的停驻位置，而后返回到“主流程”。
现在参照图18，“定切刀离开”(STEPSHEARBARWAY)子程序900(“由定切刀调节”(SHEARBARADJUST)子程序调用)包括步骤902-924，它的作用是，根据在步骤908确定的一个“前进侧”标记的值，或者使左定切刀马达54激励(步骤910)，或者使右定切刀马达56激励(步骤912)，(1/2秒时间间隔)。这个1/2秒时间间隔相当于螺栓17或19(图1)的180°旋转。“前进侧”标记起始为0，随后由“定切刀调节”子程序控制，这一方面下面再予介绍。步骤914和916的作用是根据马达56中的哪一个被激励，激励不同的发光二极管52。
在螺栓17或19已经旋转了1/2秒后，步骤918引导程序至步骤920，断开两个马达54和56，然后至步骤922，断开两个发光二极管(通过步骤914或916被激励的)。然后，步骤924将程序返回到“定切刀调节”子程序。
现在参照图19a-19e，在步骤1002进入“定切刀调节”子程序1000。然后，如果控制单元被装在一辆汽车上，没有自动定切刀调节的选择装置，则步骤1004引导程序至步骤1006，使程序返回到“主流程”程序的步骤248，在这里断开所有的能源。如果已经装上定切刀调节选择装置，则步骤1004引导程序至步骤1008，调用先前对照图16描述过的“刀架RPM”子程序。然后，程序前进至步骤1010，给一个定切刀返回计数器预置一个数值50。下一步，在步骤1012，给一个计数器预置一个和50秒对应的数值，并且启动该计数器。这个50秒的时间间隔对应于定切刀调节螺栓17和19转50圈。
然后，步骤1014检查前进侧标记的数值。这个标记在“主流程”程序的步骤204开始被清成或置成0。这个标记的值在步骤1044发生了变化，从而交替地驱动左和右定切刀调节马达54和56。如果前进侧标记＝0，则程序从步骤1014前进至步骤1016，检查左侧被调节标记的数值。如果左定切刀马达54还未被调节，则这个标记为0，并且程序前进至步骤1018，接通左定切刀马达54，使定切刀14的左侧移向刀架。然后，步骤1020使发光二极管52中的一个激励，从而向操作员指明，左定切刀马达正在被驱动。另一方面，如果在步骤1016左侧被调节的标记＝1，那么这就意味着，左侧定切刀已被调节，并且该程序直接前进到步骤1044。
现在回过来参看步骤1014，如果前进侧标记＝1，这就是说右侧定切刀将被调节，并且程序从步骤1014前进到步骤1022，检查右侧被调节的标记。如果右侧已被调节，则步骤1022再次引导程序至步骤1044。如果右侧还未被调节，则程序从步骤1022前进至步骤1024，接通右定切刀马达56，从而移动定切刀14的右侧，移向刀架12，并且步骤1026激励了一个不同的发光二极管52，从而向操作员指明，定切刀14的右侧正被调节。
从步骤1020或1026开始，程序前进到步骤1028，判断在步骤1012确立的50秒时间间隔是否已过。如果没有，则步骤1028引导程序至步骤1046，调用“读碰击声传感器”子程序，然后至步骤1048。如果碰击声传感器34、36还没有探测到碰击，则步骤1048再次将该子程序返回到步骤1028。如果已经探测到碰击，则步骤1048引导该子程序至步骤1050，断开两个定切刀马达54、56，再至步骤1052，关闭该定时器，并且再到步骤1054，熄灭这两个外部发光二极管，然后再至下面将要描述的步骤1056。
再次参看步骤1028，如果50秒时间间隔已到，则程序被引向步骤1030，断开两个定切刀马达，然后至步骤1032，关闭该定时器，然后至步骤1034，熄灭两个发光二极管，然后程序前进到步骤1036-1042，接连调用以前针对图18描述过的“定切刀离开”子程序50次。然后，程序前进到步骤1044，从1到0或从0到1改变进展侧标记(根据可能存在的情况而定)，在此之后，程序返回到步骤1010，直到碰击声传感器探测到碰击或者50秒时间间隔已到时为止，由此使左定切刀马达54被断开，然后对定切刀的右侧重复这一过程。
这样，该子程序这一部分的作用就是交替地向着刀架12移动定切刀14的左侧和右侧50秒时间，直到探测到碰击时为止(假定碰击是由定切刀和刀架之间的接触产生的)。如果探测到碰击，则步骤1048使马达54和56被断开，程序最终前进到步骤1056。
步骤1056把一个定时器预置到一个和50秒对应的值并使它启动。如果左侧正被调节，则步骤1058引导程序至步骤1060-1068。步骤1060-1068的作用是从刀架返回定切刀的左侧，直到不再探测到碰击时为止，由此即断开两个马达54和56。如果定切刀14的左侧被移开50秒仍然还探测到碰击，则步骤1062引导程序至步骤1080-1086，断开马达54、56，产生和显示左或侧(根据适当情况)故障代码。步骤1070-1078和1080-1086的作用相似，是针对定切刀14的右侧的。
从步骤1068或1078，程序将前进到步骤1088，调用“定切刀离开”子程序。于是，定切刀14的每一侧都从刀架返回，直到碰击停止时为止。并且同一侧还拉回某个附加的距离。如果“第一通行”标记是0(和它开始时一样)，则步骤1089将引导程序至1090，再次调用“定切刀离开”子程序，进一步增加在定切刀14和刀架20之间的间隙。如果“第一通行”标记是1(由于以前执行了步骤1097的结果)，则定切刀和刀架的间隙就被保持在这个较小的尺寸，并且程序前进至步骤1091。
如果左侧正被调节，则步骤1091引导该程序至步骤1094，将“左侧被调节”的标记置成1，从而表明，定切刀的左侧已被调节。如果右侧还未被调节，则步骤1095引导程序至步骤1044，改变“前进侧”标记，从而使右侧将在下一步被调节。如果定切刀的右侧已被调节，则步骤1091将引导程序至步骤1092，使“右侧被调节的”标记等于1。然后，如果左侧还未被调节，则步骤1093将程序返回到步骤1044，然后到1010，从而使左侧在下一步得到调节。
如果定切刀的两侧仅被调节到较大的间隙(通过步骤1090的作用)，则程序或从步骤1093或从1095前进至步骤1096，并且因为“第一通行”标记要等于0，所以步骤1096将引导程序至步骤1097，将“第一通行”标记置成1，并且至步骤1098，清除“被调节侧”标记，并且将该子程序返回到步骤1004。这样，步骤1089在下次通过该子程序期间将使定切刀的被调节侧和刀架之间保持该较小的间隙，在此之后，定切刀的另一侧也被调节到这个较小的间隙。
在定切刀的两侧都被调节到较小间距(例如0.009吋)后，即完成了定切刀调节，步骤1096将导引程序至步骤1099，将程序返回到“主流程”程序，由此断开所有马达。
尽管本发明是结合一个特殊实施例描述的，但根据以上所述应该理解，许多变形、改动和变化对本专业技术人员来说都是显而易见的。因此，本发明将包括落在所附权利要求书的范围和构思中的所有这样一些变形、改变和变化。
权利要求
1.在一种材料切割机中，该切割机具有装有多个刀的一个可旋转刀架和一个磨石，一个磨石定位系统包括和磨石相连的定位装置，用于向着刀架移动磨石和自刀架移开磨石；传感器装置，用于检测由磨石和刀之间的碰击产生的声信号；一个控制单元，用于控制定位装置的驱动，该控制单元包括用于自动使定位装置向着刀架移动磨石、并且用于响应于检测代表磨刀和刀架刀之间接触的声信号的传感器装置从而自动限制定位装置操作的装置。
2.根据权利要求1所述的发明，进一步包括和磨石相连的扫描装置，用于穿过刀架横向移动磨石，该控制单元进一步包括在终止定位装置的驱动后用于自动启动扫描装置操作的装置。
3.根据权利要求1所述的发明，其中传感器装置包括一个第一碰击声传感器和一个第二碰击声传感器;以及该控制单元包括用于将第一和第二碰击声传感器产生的信号与单独的低和高阈值水平相比较、并且如果来自一个碰击声传感器的信号超过高阈值而来自另一个碰击声传感器的信号小于低阈值、用于自动使定位装置移动磨石离开刀架的装置。
4.根据权利要求1所述的发明，进一步包括在来自传感器装置的信号超过一个第一阈值时用于改变一个第一计数器中一个数值的装置;在来自传感器装置的信号超过一个第二阈值时用于改变一个第二计数器中的一个数值的装置;如果第一和第二计数器中的任一个达到了某一数值、用于产生一个代表磨石和刀之间的接触的信号的装置。
5.根据权利要求4所述的发明，进一步包括一个旋转传感器，用于检测刀架的旋转，该控制单元包括一个计数器;一个用于被传感器装置检测的信号超过某一水平时改变计数器的内容的装置;以及用于在刀架的预定旋转数目期间当计数器的内容达到某一数值时产生一个代表磨石和刀架之间的接触的信号的装置。
6.根据权利要求1所述的发明，其中控制单元包括用于在定位装置向刀架移动磨石至少某一时间间隔、而传感器装置又没有检测到磨石和刀架之间接触的条件下，自动终止定位装置操作的装置。
7.在一种材料切割机中，该切割机具有一个可旋转的、带有多个刀的刀架和一个磨石，一个自动磨刀架系统包括定位装置，用于径向向刀架移动磨石并从刀架径向移开磨石;和磨石相连、并且可横向来往穿过刀架移动的扫描装置;以及一个控制单元，用于控制定位和扫描装置的驱动，移动磨石进行刀磨，该控制单元包括根据扫描装置横向移动磨石的次数、自动改变定位装置的驱动的装置。
8.根据权利要求7所述的自动磨刀系统，其中的控制单元进一步包括用于在扫描装置完成了磨石的横向运动时、自动使定位装置向刀架移动磨石的装置。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步还包括用于在扫描装置启动磨石的横向运动之前阻止磨石运动某一时间间隔的装置。
10.根据权利要求7所述的发明，进一步包括用于产生和显示指示磨石在横向运动期间的前进情况的、操作员可觉察信号的装置。
11.根据权利要求7所述的系统，进一步包括用于产生和显示指示磨石所在位置的、操作员可觉察信号的装置。
12.在一种材料切割机中，该切割机具有携带多个刀的一个可旋转刀架、一个用于磨刀的磨石，和一个用于自动向刀架移动磨石并且用于自动移动磨石横向穿过刀架的控制系统，在控制系统中的改进进一步包括用于使磨石在刀架的两个终端暂停某一时间间隔以实现均匀磨刀的装置。
13.在一种材料切割机中，该切割机具有一个带有多个刀的可旋转的刀架和一个磨石，一个自动磨刀系统包括用于向刀架径向移动磨石和使磨石自刀架径向离开的定位装置;一个传感器，用于检测刀架的旋转速度;和磨石相连的扫描装置，用于移动磨石横向穿过刀架;一个控制单元，和传感器相连，并且和定位与扫描装置相连，用于自动控制定位与扫描装置的驱动以便磨快刀架上的刀，该控制单元包括响应于传感器的装置，用于在刀架的旋转速度落在某个范围之外的条件下自动阻止自动磨刀操作。
14.根据权利要求13所述的发明，其中磨刀系统进一步还包括定位装置，用于向刀架移动磨石和使磨石自刀架离开;以及控制单元包括在已经执行了预定数目的横向磨石运动后，用于自动使定位装置自刀架移开磨石至一个停驻位置的装置。
15.根据权利要求13所述的发明，其中的控制单元进一步包括用于监测该磨刀系统的一次操作的运行时间的装置;以及在运行时间超过极限时间的条件下、用于自动使磨石自刀架移开到一个停驻位置的装置。
全文摘要
一种诸如饲料收割机之类的材料切割机，包括一个用于自动控制磨石运动以磨快旋转刀架上的刀的系统。马达径向移动磨石至刀架和离开刀架，并且横向穿过刀架。磨石和刀架之间的接触是由碰击声传感器检测的。这些马达由一个编程的微处理机控制。
文档编号G05B19/416GK1036494SQ89101889
公开日1989年10月25日 申请日期1989年3月28日 优先权日1988年3月28日
发明者斯坦利·杰罗姆·约翰逊 申请人:迪尔公司