专利名称：摘锭速度与滚筒速度比可控的棉花采摘单元驱动装置和皮带驱动装置的制作方法
摘锭速度与滚筒速度比可控的棉花采摘单元驱动装置和皮带驱动装置技术领域
本发明大体涉及摘锭式棉花收获机，且更具体地，涉及用于这种收获机的行单元驱动装置。
背景技术：
具有摘锭式采摘单元的自动摘棉机，包括使滚筒速度与地速同步的驱动装置。在过去，摘锭速度和脱棉器速度是滚筒速度的正比(direct ratio) 0为了提高生产率，已经提高地速并因此提高滚筒速度。但是，最大摘锭速度和脱棉器速度一般保持不变。作为结果，脱棉器速度和摘锭速度与滚筒速度的比率也不得不减少，以便当收获机以高的地速运转时，不超过所述最大速度。因此，摘锭在以任何给定的速度接合棉行时进行更少的旋转， 并且脱棉器转动更慢。摘锭速度和脱棉器速度与滚筒速度的比率对采摘效率和输送能力产生负面影响，特别是在艰苦或高产棉花情况下。
共同转让的美国专利5，325，656说明了用于解决与摘锭速度和脱棉器速度相关的问题的几种技术方案。技术方案包括独立的摘锭驱动系统、用于选择不同驱动比的手动换档变速箱、和用于提供两种或两种以上的驱动比的自动变速箱。虽然独立的驱动和变速箱系统帮助克服速度比的问题，但这些系统可能是昂贵的。此外，驱动系统通常包括多个齿轮驱动装置，其可能很嘈杂并且需要持续供应润滑油。行单元箱体被精密地制造以保证被驱动组件的轴之间进行适当的齿轮啮合。发明内容
本发明提供了一种摘棉机行单元驱动装置，用于以可变的前进速度在棉花地上运动的具有摘锭滚筒结构的行单元，摘锭滚筒结构具有支撑在行单元外壳中的能够转动的摘锭和能够转动的脱棉结构。该驱动装置包括使滚筒结构以与所述前进速度大致成比例的速度围绕滚筒轴线转动的滚筒驱动装置、摘锭驱动装置和将滚筒驱动装置连接到摘锭驱动装置的可变比传动结构。控制器改变滚筒结构转速与摘锭转速的比率。滚筒驱动装置和摘锭驱动装置中的至少一个包括连续柔性驱动皮带。。
皮带驱动装置可以用于给前部和后部摘锭以及前部和后部脱棉器提供动力。动力可以通过安装在第一滚筒的轴线上的行星齿轮组传递至滚筒。通过锁定行星齿轮组上的环形齿轮，行单元以传统方式操作，其中摘锭和脱棉器的速度与滚筒速度成正例，滚筒速度又与地速同步。变速环齿轮驱动装置，诸如电动或液压马达，允许调整摘锭和脱棉器速度与滚筒速度的比率，以在宽的操作速度范围内保持采摘和脱棉效率，并在收获机以高速操作时防止摘锭和脱棉器超速。也可使用其他类型的可控驱动装置。
皮带驱动装置可以用来驱动前部和后部脱棉器，并且相同的皮带驱动装置或第二皮带驱动装置也可以提供动力给摘锭滚筒，用于降低噪音并降低驱动装置复杂性。在一个可行的实施例中，当滚筒速度随着收获机地速变化时，连接到速度控制器的变速马达驱动在行星齿轮上的环形齿轮，以保持最佳的摘锭和脱棉器速度。与用于提供独立于摘锭和脱棉器的直接驱动所需要的马达相比，更小和便宜的功率相对低的马达可用于控制环形齿轮。驱动装置可以通过添加或移除环形齿轮而在固定比系统和可变比系统之间转换，以使许多相同部件可用于行单元的高功能版本和低成本的固定比版本两者。行星齿轮比在适应使用不同尺寸的摘棉机滚筒(包括12杆和16杆滚筒)的范围内是可变的，以使部件通用性和可制造性增加并且降低成本。在可行的实施例中，皮带驱动装置可以连接在一个滚筒上的速度受控的行星齿轮和第二滚筒上的第二传动或驱动装置之间。
皮带驱动装置提供安静的操作并且不需要润滑油。皮带驱动装置和行星齿轮减少或完全消除平行中心线之间的齿轮啮合，因而减少行单元壳体中所要求的精度，以进一步提高可制造性，并且降低成本。行星齿轮组可以封闭，以进一步降低噪音和减少润滑油消^^ ο
图1是棉花收获机行单元的前透视图。
图2是用于图1的行单元的皮带驱动结构的底视图。
图3是图2的皮带驱动结构的侧视图。
具体实施方式
参照图1，其中显示的是，具有行单元外壳12和扶禾器14的棉花收获机行单元10 被支撑为在地面上向前运动F，用于接收位于棉行接收区域16中的棉株的行。支撑在外壳 12中的摘棉和脱棉结构18由驱动结构20提供动力。转动的摘锭22(图3)从进入棉行接收区域16的棉株上移除棉花。被移除的棉花由脱棉器23从摘锭22上解开，并且被朝向棉花接收装置(未显示)向后输送到门结构M内。除了在下面详细描述的驱动结构20以外， 行单元10可以是传统结构，诸如是在上述美国专利号No. 5，325，656中示出和描述的类型。 也可以使用其他行单元配置，并且仅作为示例给出本结构，以帮助描述驱动结构20的实施例。
如图1所示，主驱动轴沈通常被以受控的速度驱动，以便采摘结构进入以与行单元10的前进速度成比例的速度移动的棉行。驱动轴沈连接到位于前部摘锭滚筒组件30 和后部摘锭滚筒组件32之间的直角驱动装置28。摘锭滚筒组件包括多个摘棉杆，所述摘棉杆能够经由驱动装置观以大致与所述前进速度同步的速度围绕直立轴线30a和3 转动， 以使摘锭相对于棉行的速度趋近于零。虽然示出了特定的中央位置，但驱动装置观可以位于行单元10上的其它位置处。
如图1-3所示，上部隔箱34容纳用于摘棉和脱棉结构18的驱动部件和轴承，包括在直角驱动装置观的位于顶面板40之下的下部处连接到滑动离合器38的主驱动皮带轮 36，主驱动皮带轮36用于围绕直立轴线36a转动。主驱动皮带44围绕驱动皮带轮36、惰轮 46、能够围绕轴线3 转动的后部鼓式驱动皮带轮50、后部惰轮52、位于后部脱棉器轴55 上的后部脱棉器驱动皮带轮54、前部惰轮56、位于前部脱棉器轴59上的前部脱棉器驱动皮带轮58、以及围绕轴线30a转动的前部鼓式驱动皮带轮60牵引。通过主驱动皮带轮36和皮带44从皮带轮60驱动行星齿轮64或其它变速传动结构。
传统摘锭驱动中心齿轮68被连接为与前部鼓式皮带轮60 —起转动，并且与摘锭驱动齿轮70啮合，从而使摘锭22以依赖于驱动轴沈的转速的速度围绕摘锭22的轴线转动。当从主驱动皮带轮36开始通过皮带44驱动皮带轮60时，摘锭驱动齿轮70由中心齿轮68转动。滚筒组件30包括滚筒驱动轴72，滚筒驱动轴72经由行星齿轮支架74由皮带轮60驱动，用于围绕直立轴线30a转动。环形齿轮76与支架74上的多个行星齿轮啮合， 并且可以被沿任一转动方向驱动或被锁定以相对于皮带轮60的转速选择性地改变滚筒的转速。
如图1-3所示，环形齿轮76与惰轮78啮合，惰轮78又由选择性变速马达80通过滑动离合驱动器79而被驱动或被锁定不转动，选择性变速马达80可以是液压或电动的并且可以是无级变速。因此，通过改变马达80的转动速度和方向，可以在宽的值范围内调整摘锭转速与滚筒转速的比率。可以通过连接到马达80的控制器82沿任一转动方向改变马达转速来调整所述比率。控制器82响应于收获机地速，并调整滚筒与摘锭转速的比率，且通过控制器输出装置84控制到主驱动轴沈的驱动力，以保持滚筒速度与收获机速度的同步。当收获机减速时，滚筒速度必须要慢，以保持滚筒与进入棉行接收区域16的棉株的同步，控制器将调整输出装置84和马达80的速度以提供必要的主驱动器轴沈速度和滚筒速度，同时将摘锭转速保持在或接近用于最佳采摘效率的速度。在行单元速度较高时，控制器 82可以通过改变马达80和主驱动轴沈的速度来调整滚筒与摘锭速度比，以防止在最大期望转速之上驱动摘锭。如果需要较低成本的行单元，环形齿轮76可以被锁定不转动，并且行星齿轮驱动装置可以被操作为没有速度比调整的传统驱动装置。
如图2和3所示，主驱动皮带轮36和皮带44还驱动前部脱棉器驱动皮带轮58和脱棉器轴59，以使脱棉器转速可以与摘锭转速同步，用于高效地脱棉并用于防止脱棉器超速。即使在以高速操作行单元时，通过改变所述速度比，也可以被控制脱棉器转速，以保持脱棉器速度低于临界值。
皮带44也可以为用于后部滚筒组件32的后部驱动皮带轮50提供动力，以使后部滚筒上的摘锭22以与前部滚筒摘锭22的转速大致相同的速度围绕其轴线转动。皮带44 还可以为后部脱棉器驱动皮带轮M和相应的脱棉器轴阳提供动力，以使后部脱棉器23以与摘锭速度成比例的速度转动，并且将摘锭和脱棉器速度保持在最高速度处或低于最大速度。后部滚筒组件32还包括滚筒驱动轴92，滚筒驱动轴92由皮带轮50通过行星齿轮94 从驱动皮带轮36驱动，用于围绕直立轴线3 转动。通过围绕皮带轮96、围绕前部驱动皮带轮104以及围绕惰轮106和108牵引的皮带102，行星皮带轮96被驱动为与前部滚筒环形齿轮76 一致。支架96上的行星齿轮被驱动为与前部行星齿轮支架74上的行星齿轮大体一致，以相对于皮带轮96的转速改变滚筒速转速。可替换地，皮带轮96可以被连接为直接与后部滚筒驱动轴92 —起转动，并且前部驱动皮带轮104可以直接地连接到前部滚筒驱动轴72，以使皮带102作为滚筒驱动皮带，以从前方滚筒给后部滚筒供给动力。在直接皮带驱动布置的情况下，皮带轮96和后部滚筒驱动轴92之间的行星齿轮或者传动结构可以省略。单个变速箱可以被装入大致通过116处的虚线标出的外壳中，以进一步减少噪音和润滑油消耗。
皮带44和102可以是绳索增强型橡胶正时皮带或同步齿形带(timing belt)，其确定地接合有齿主动和从动皮带轮。行星齿轮64和行星齿轮92 (如果使用的话)可以分别地被装入在116标出的外壳中和由118处的虚线118标出的外壳中，以减少润滑油污染和消耗，且并进一步降低行单元噪声。
已经描述了优选实施例，当将会明白的是，在不偏离本发明的如在随附的权利要求中限定的范围的情况下，可以做各种修改。
权利要求
1.一种棉花收获机行单元驱动装置，用于以可变的前进速度在棉花地上运动的具有摘锭滚筒结构的行单元，摘锭滚筒结构具有支撑在行单元外壳中的能够转动的摘锭和能够转动的脱棉结构，该驱动装置包括滚筒驱动装置，位于行单元外壳中并且使滚筒结构以与所述前进速度大致成比例的速度围绕滚筒轴线转动；摘锭驱动装置；可变比传动结构，将滚筒驱动装置连接到摘锭驱动装置；和控制器，连接到所述传动结构，用于改变滚筒结构转速与摘锭转速的比率；其中，滚筒驱动装置和摘锭驱动装置中的至少一个包括连续柔性驱动皮带。
2.根据权利要求1所述的行单元驱动装置，其中，可变比传动结构包括行星齿轮，该行星齿轮具有能够围绕滚筒轴线转动的环形齿轮。
3.根据权利要求2所述的行单元驱动装置，包括连接到控制器并且选择地驱动环形齿轮以改变所述比率的变速马达。
4.根据权利要求1所述的行单元驱动装置，其中，所述连续柔性驱动皮带驱动摘锭驱动装置，并且行单元驱动装置进一步包括具有脱棉器皮带轮的脱棉器驱动装置，所述连续柔性驱动皮带围绕脱棉器皮带轮牵引，用于以与摘锭速度成比例的速度转动脱棉结构。
5.根据权利要求4所述的行单元驱动装置，其中，滚筒结构包括第一可转动滚筒和第二可转动滚筒，并且滚筒驱动装置包括连接在第一可转动滚筒和第二可转动滚筒之间的滚筒皮带。
6.一种棉花收获机行单元驱动装置，用于以可变的前进速度在棉花地上运动的具有摘锭滚筒结构的行单元，摘锭滚筒结构具有支撑在行单元外壳中的能够转动的摘锭和能够转动的脱棉结构，摘锭滚筒包括具有仅在棉行接收区域的一侧在前后方向上彼此偏移的滚筒转动轴线的第一摘锭滚筒和第二摘锭滚筒，所述摘锭滚筒包括能够围绕大致水平轴线转动的摘锭，脱棉结构包括邻近第一摘锭滚筒和第二摘锭滚筒的用于围绕直立脱棉器轴线转动的第一脱棉器和第二脱棉器，该行单元驱动装置包括可变比传动装置，具有驱动输出装置；驱动皮带结构，位于行单元外壳中并且将驱动输出装置驱动地连接到第一摘锭滚筒和第二摘锭滚筒中的至少一个；摘锭驱动装置，连接到皮带驱动结构并连接到可变比传动装置；和传动控制结构，连接至可变比传动装置以选择性改变摘锭驱动装置的速度相对于摘锭滚筒的转速的比率。
7.根据权利要求6所述的行单元驱动装置，其中，可变比传动装置包括行星齿轮，该行星齿轮具有能够围绕一个滚筒轴线转动的环形齿轮。
8.根据权利要求7所述的行单元驱动装置，其中，传动控制结构包括变速马达，该变速马达连接到控制器，并且以变速选择性地驱动环形齿轮，以改变所述比率。
9.根据权利要求8所述的行单元驱动装置，其中，驱动皮带结构驱动地连接到第一脱棉器和第二脱棉器中的至少一个，用于以与摘锭的速度成比例的速度操作所述至少一个脱棉器。
10.根据权利要求6所述的行单元驱动装置，包括将摘锭驱动装置驱动地连接到至少一个脱棉器的驱动皮带。
11.根据权利要求10所述的行单元驱动装置，其中驱动皮带驱动地连接到第一脱棉器和第二脱棉器，用于以与摘锭驱动输出装置的输出速度成比例的速度转动所述脱棉器。
12.根据权利要求6所述的行单元驱动装置，其中，驱动皮带结构包括至少一个环形皮带，所述至少一个环形皮带将所述驱动输出装置驱动地连接到第一摘锭滚筒和第二摘锭滚筒上的摘锭，并连接到第一脱棉器和第二脱棉器。
13.根据权利要求12所述的行单元驱动装置，其中，驱动皮带结构包括滚筒皮带，该滚筒皮带连接第一滚筒和第二滚筒，用于使第一滚筒和第二滚筒彼此大致一致地转动。
14.根据权利要求13所述的行单元驱动装置，其中，驱动皮带结构包括主驱动皮带，所述主驱动皮带围绕第一脱棉器驱动皮带轮和第二脱棉器驱动皮带轮牵引，用于以与摘锭的转速成比例的速度转动脱棉器。
15.根据权利要求14所述的行单元驱动装置，其中，主驱动皮带围绕位于滚筒转动轴线之间并由行单元驱动结构驱动的驱动皮带轮牵引。
16.根据权利要求14所述的行单元驱动装置，其中，主驱动皮带围绕能够围绕滚筒转动轴线转动的前部皮带轮和后部皮带轮牵引，并且其中可变比传动装置包括连接到第一摘锭滚筒和第二摘锭滚筒中的一个并且由前部皮带轮和后部皮带轮中的一个驱动的行星齿轮。
17.一种操作棉花收获机行单元驱动装置的方法，该行单元驱动装置用于以可变的前进速度在棉花地上运动的具有摘锭滚筒结构的行单元，行单元具有支撑在行单元外壳中的能够转动的摘锭和能够转动的脱棉结构，该方法包括下述步骤以依赖于行单元的前进速度的可变速度驱动滚筒结构；驱动脱棉器驱动轴，驱动脱棉器驱动轴的步骤包括由行单元外壳支撑皮带驱动装置并且从皮带驱动装置开始驱动脱棉器驱动轴和摘锭；并且其中驱动滚筒结构的步骤包括改变皮带驱动装置速度与滚筒结构速度的比率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，改变所述比率的步骤包括提供具有连接到摘锭滚筒结构的环形齿轮的行星齿轮，并且以变速驱动环形齿轮。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，提供变速驱动装置的步骤包括围绕滚筒轴线转动皮带驱动轮。
20.根据权利要求19所述的方法，包括用柔性皮带将在前部摘锭滚筒上的皮带驱动轮连接到在后部摘锭滚筒上的皮带驱动轮的步骤。
全文摘要
本发明公开一种棉花收获机行单元，包括皮带驱动装置和可变传动装置，可变传动装置用于减少噪音以及优化摘锭和脱棉器转速，同时允许摘锭滚筒结构转速随着收获机速度的变化而改变。在可行的实施例中，变速马达驱动行星齿轮组的环形齿轮以改变摘锭和脱棉器速度与滚筒速度的比率。行星齿轮组可以被封闭以还有助于降低噪音和减少润滑油消耗。可以在宽范围的滚筒转速范围内保持几乎恒定的摘锭和脱棉器速度，并且上限速度可以受到限制，以避免在部件的临界速度之上的操作。所述传动装置可以被配置为减少或完全消除离开滚筒中心线的齿轮啮合，因而降低行单元制造精度，并且可以使用功率相对低的电机，以调整摘锭和脱棉器速度与滚筒速度的比率。
文档编号A01D46/16GK102523837SQ201110325990
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月24日 优先权日2010年10月22日
发明者凯文·J·戈林, 约耳·M·施赖纳 申请人:迪尔公司