切割装置的运行状态分析方法和切割装置与流程

本发明涉及一种用于分析诸如联合收割机之类的收割机器的切割装置的运行状态的方法和切割装置。

背景技术：

在当今的收割机中，对收割机的各个部件的运行状态进行分析变得越来越重要。为了提高收割性能，例如，目的是在不冒农作物流阻塞风险的情况下最大化收割机的行进速度。为此目的，例如，确定当前的农作物流是关键的，以便根据农作物种植密度(bestandsdichte)将其调节到尽可能大的值。确定农作物流所需的传感器通常位于布置在收割机的下游部件中，用于处理切割的农作物，或者布置在收割机的输送系统中。

为了在收割过程期间尽早获取诸如农作物流速的运行状态的测量值，us2016/0084987a1建议在联合收割机的附件中安装传感器，以确定产量及其可变性。传感器可以是例如旋转切割工具的扭矩传感器。使用通过这些传感器获得的数据，可以产生地理地图，该地理地图对于农作物的每个地理位置记录田地中的农作物密度。然后，该数据可用于调整种子和肥料的施用，以及在再次收割时调整或控制动力。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于分析收割机器的切割装置的运行状态的方法和切割装置，其特别适用于往复式收割刀。

该目的通过一种用于分析用于收割农作物的切割装置的运行状态的方法来实现，该切割装置具有至少一个在行程方向上以往复方式驱动的收割刀，并且该收割刀具有与切割装置的反向切割刃相互作用的切割刃，具有以下方法步骤：

检测代表收割刀的行程位置的信号，

根据行程位置，检测代表用于驱动收割刀的刀力的信号，以及

根据行程位置，基于代表刀力的信号的评估确定农作物和/或切割系统的特性。

在该上下文中，狭义上的切割装置的运行状态应等同于农作物和/或切割系统的特性，并且还可以包括这些之外的切割装置的其它特性。该切割系统包括收割刀和承载反向切割刃的部件，诸如收割指状件或固定或移动的反向刀之类。原则上，也可以设想，承载收割指状件的指状件杆相对于收割刀移动。

刀力可以是驱动收割刀所需的总力，即例如可以是通过驱动收割刀的驱动器与收割刀本身之间的力传感器所测量的力。然而，在本发明的意思中，术语“刀力”也可以指单独的刀力分量，比如摩擦力和切割力的总和，其中，由于收割刀的惯性力和自然振动，可以忽略该刀力分量。

表示收割刀的行程位置的信号例如可以来自收割刀或随收割刀来回移动的部件上的位置传感器。还可以基于用于驱动收割刀的旋转驱动元件的旋转位置来确定行程位置。

例如，表示用于驱动收割刀的刀力的信号可以是来自用于驱动收割刀来回(往复)移动的驱动元件和收割刀之间的力传感器的测量信号。还可以设想，在用于驱动收割刀的旋转驱动元件上设置扭矩传感器，使用该扭矩传感器来确定驱动扭矩。驱动扭矩可以转换为刀力，或者直接用作代表用于驱动收割刀的刀力的信号，前提是驱动扭矩与刀力直接成比例变化。也可以从以这种方式确定的变量中得出也可以用于进一步评估的驱动功率。

在行程期间，往复的收割刀在不同的行程位置具有不同的运行特性。例如，在用于使驱动方向反向的反向范围中驱动收割刀所需的力和功率消耗不同于在其它范围中的驱动收割刀所需的力和功率消耗。还存在其中农作物被切割并且刀力相应地高的行程范围，以及其中没有切割发生并且刀力相应地低的行程位置范围。例如，在若干行程的不同切割位置范围中驱动收割刀所需的力或驱动功率可以提供用于分析切割装置的运行情况的信息。

在该方法的一个实施例中，农作物和/或切割系统特性的确定可以包括来自包括以下的群组中的一个特性：农作物种植密度、农作物类型、农作物水分、杂草成分、碰撞、切割装置的磨损情况和切割装置中的缺陷。

借助有关农作物种植密度、农作物类型和/或农作物水分的数据，位于切割装置的农作物流动方向下游的诸如脱粒单元或切碎单元之类的收割机器单元的功率消耗或所需的驱动功率可以被预测或馈送到用于调整农作物流的控制循环中。

该数据还可以用于控制收割机的行进速度。当农作物密度降低时，可以提高行进速度，而当农作物密度增加时，可以降低行进速度，以便始终确保尽可能均匀的农作物流，并从而确保在收割机器处理单元上的恒定负载。

收割刀的行程运动可以在收割刀的整个行程上分成不同的行程位置范围，其中，也可以在第一行程方向上的行程位置范围和第二行程方向上的行程位置范围之间进行区分。

具体地，如果使用具有与用于切割农作物的切割装置的反向切割刃协配的多个切割刃的收割刀，则可以规定，其中收割刀的切割刃与反向切割刃一起执行农作物切割的那些行程位置范围被限定为切割范围。

因此，通过分析在切割范围中一个接着另一个进行的刀力的测量，可以确定农作物的种植密度的变化。农作物的种植密度越高，驱动收割刀所需的力(刀力)或功率就越高，因此可以从连续切割范围中刀力的变化推导出农作物密度的变化。也可以使用用于某些农作物类型的参考数据，以便除了种植密度的变化之外，还可以确定种植密度的绝对值。

切割装置的反向切割刃通常位于反向刀的收割指状件或刀片上。其中收割刀的切割刃被引导超过或通过收割指状件或反向刀的刀片而不切割农作物的行程位置范围可以定义为超行程范围。

具体地，当使用具有上部和下部的收割指状物时，该上部和下部形成收割刀所通过的刀间隙，清理或清除了该刀间隙在该超行程范围期间已经吸入的任何未切割的农作物。

如果在超行程范围中驱动收割刀所需的刀力比先前的测量值高或与参考值相比高，则可以得出结论，在抵靠彼此移动的刀片之间或收割指状件的刀间隙中，吸入了更多的农作物成分，并因此不会被切割。这可能是由于例如农作物中的水分或待切割农作物中的诸如杂草之类的其它成分的增加。

此外，可以将其中收割刀的切割刃在两个相邻的反向切割刃或收割指状件之间移动的行程位置范围定义为与切割无关的范围。在这些区域中，既没有切割农作物，也没有清理收割指状件的刀片间隙。

如果在切割无关的范围中存在增加的功率消耗，则可能表示在切割装置中的碰撞或故障。

在确定刀力(或功率)时，可以确定在某些行程位置用于驱动收割刀的平均和/或最大刀力(或功率)。

超过某个最大极限值可能表示切割装置与诸如石头、拨禾轮拨齿或其它异物之类的无法切割的物体发生碰撞。

根据该方法的一个实施例，比较在收割刀的单个行程的不同行程位置范围中用于驱动收割刀的平均和/或最大的刀力。还可以在收割刀的单个整个行程上记录刀力曲线。对单个行程的刀力曲线的这种评估或单个行程的单独行程位置范围中的刀力的比较可以提供有关农作物特性或切割装置状况的信息。

根据另一个实施例，比较在收割刀的不同行程的相同行程位置范围中用于驱动收割刀的平均和/或最大的刀力。因此，在刀力如何在各个行程位置范围中运行的方面，将相继的不同行程相互比较。同样，可以在各个行程上确定刀力曲线，从而将相继的刀力曲线相互比较。因此可以分析刀力的时间变化。

根据该方法的另一实施例，将用于在行程位置范围中驱动收割刀的平均和/或最大刀力与该行程位置范围的参考值进行比较。作为替代或附加地，也可以将单个行程的刀力曲线与参考刀力曲线进行比较。

该目的还通过一种用于收割农作物的农用收割机器的切割装置来实现，该切割装置包括：至少一个在行程方向上往复驱动的收割刀；驱动收割刀的驱动器；用于检测代表收割刀的行程位置的信号的传感器；用于检测代表用于驱动收割刀的刀力的信号的传感器；以及用于评估和记录检测到的信号的处理单元。

通常，切割装置可以具有若干收割刀和每个收割刀的至少一个用于检测代表收割刀的行程位置的信号的传感器以及至少一个用于检测代表用于驱动收割刀的刀力的信号的传感器。

可以为每个收割刀分配单个处理单元。在一个实施例中，每个收割刀的各个处理单元可以连接到切割装置的中央处理单元以用于数据交换。

附图说明

下面使用附图更详细地解释本发明。此处示出：

图1是带有收割刀的切割装置区域中的联合收割机的示意性俯视图，

图2是带有两个收割刀的切割装置区域中的联合收割机的示意性俯视图，

图3是在切割无关的范围中处于不同行程位置的双指状件和刀片的示意性平面图，

图4是在切割范围中处于不同行程位置的双指状件和刀片的示意性平面图，

图5是在超行程范围中处于不同行程位置的双指状件和刀片的示意性平面图，

图6是在收割指状件的区域中穿过切割装置的局部纵向截面，

图7示出了用于控制收割机的发动机负载的控制回路，以及

图8示出了用于控制收割机的发动机负载的级联控制回路。

具体实施方式

图1和图2各自示出了联合收割机8形式的农用收割机的示意性俯视图，该农用收割机可以在平行于联合收割机8的中心轴线m的驱动方向f上移动。在前面区域中部分地示出了联合收割机8，联合收割机8在其前部具有用于收割农作物的切割装置1。图1和图2的切割装置1的不同之处在于，图1中的切割装置1具有一个收割刀2，而图2中的切割装置1具有两个收割刀2、2′。沿着驱动轴线a以往复方式来回驱动收割刀2、2′。驱动轴线a与中心轴线m成直角并且因此横向于驱动方向f行进。如图2所示的收割刀2、2′布置在中心轴线m的两侧上，并且可以各自被分别驱动。

如图1和图2的两个版本的收割刀2、2′各自具有刀片3，这些刀片与此处未示出的反向切割刃相互作用，以便在收割刀2、2′来回移动时进行切割运动。

根据图1的实施例的切割装置1的收割刀2连接到驱动器4，借助该驱动器来回驱动收割刀2。驱动器4可以包括例如，诸如带齿齿轮之类的变速箱、牵引驱动器或类似传动装置。驱动器4又可以经由联合收割机8的驱动马达被机械地、液压地或电气地驱动。

在切割装置1上设置有至少一个传感器5以便确定刀力。该传感器例如可以是力传感器或扭矩传感器，也可以从直接测量的测量值来推断诸如功率之类的其它测量变量。另外，在切割装置1上布置有用于确定收割刀2的行程位置的传感器6。

由传感器5和6确定的测量值被传送到用于驱动器4的处理单元7。在处理单元7中记录并评估测量值。处理单元7还可以连接到联合收割机8的控制单元9。这可以用于例如干预处理农作物的单元的驱动控制或发动机控制，例如以调整联合收割机8的行进速度。

在图2中，为每个收割刀2、2′提供驱动器4、4′、用于确定割刀力的传感器5、5′以及用于各个收割刀2、2′的行程位置的传感器6、6′。收割刀2、2′的传感器5、5′、6、6′各自分配给处理单元7、7′。如图所示，还可以提供用于切割装置1的中央处理单元10，该中央处理单元10连接到用于驱动器4、4′的两个处理单元7、7′。切割装置1的中央处理单元10又可以连接到联合收割机8的控制单元9。然而，驱动器4、4′的处理单元7、7′也可以直接连接到联合收割机的控制单元9。

数据线11可用于在各个处理单元7、7′、10与控制单元9之间的数据传输。

在切割装置1的处理单元7、7′、10之一中，在某些行程位置或行程位置范围内基于传感器5、5′、6、6′的测量值来计算或者确定用于驱动相应收割刀2、2′的刀力。为此目的，在相应的收割刀2、2′的整个行程上，将收割刀2、2′的行程运动分为不同的行程位置范围。

图3至图5在双指状件12的区域中示出了切割装置1的不同图示，该双指状件具有在驱动方向f上突出的两个指状件13、14，这两个指状件13、14布置成横向彼此间隔开。如图6所示，双指状件12还具有彼此牢固连接的上部15和下部16。在驱动方向f上观察，在切割装置的后端处，上部15和下部16经由紧固螺钉17连接到切割装置的切割器杆18。

中间部19布置在上部15和下部16之间，在中间部19和上部15的上腹板20之间形成有刀间隙21。收割刀2在刀间隙21中被引导。

收割刀2具有刀片22，在刀间隙21中引导该刀片22。在驱动轴线a上观察，刀片22在两侧上具有切割刃23、24(图3至5)，它们与指状件13、14的反向切割刃25、26相互作用，以便切割农作物。

基本上，也可以使用其它指状件，诸如仅具有一个面向前方的指状件的简单指状件或者具有多于两个指状件的多个指状件之类。同样，可以使用不具有上部而仅具有下部的指状件。另外，作为指状件的替代，也可以提供反向刀，其与收割刀类似并且配备有相应的刀片。

为了简化问题，图3至图5仅示出了双指状件12和相对于双指状件12处于不同行程位置的刀片22，为清楚起见未示出双指状件12的上部。在图3至图5的每一个中，刀片22被示出为处于两个行程位置，一个处于初始位置，在该初始位置中，刀片以实线示出，而另一个处于结束位置，在该结束位置中，刀片22以虚线示出。各个开始位置和结束位置定义了不同行程位置范围的开始和结束。

从图3至图4并且至图5，在平行于驱动轴线a的行程方向h上示出了收割刀的完整行程。图3示出了自布置在图3右侧上的转折点的第一行程范围h1，其中收割刀的移动方向以及因此所示收割刀的刀片22的移动方向被反转，即在图中反转到左边。从以实线示出了刀片22的右转折点开始，该刀片22移动到以虚线示出了刀片22的第一中间位置。在也可以称为与切割无关的范围的第一行程范围h1上，在行程方向h前方处的刀片22的切割刃23没有越过左指状件14的反向切割刃25′，因此不进行切割。

图4示出了自图4的右方所示的第一中间位置至到达左方的第二中间位置的第二行程范围h2，在第一中间位置中，刀片22用实线示出，在第二中间位置中，刀片22用虚线示出。在也可以称为切割范围的第二行程范围h2上，在行程方向h前方处的刀片22的切割刃23越过左指状件14的反向切割刃25′，因此发生切割运动。

图5示出了自图5的右方所示的第二中间位置至到达左转折点的第三行程范围h3，在第二中间位置中，刀片22用实线示出，在左转折点中，刀片22用虚线示出。在左转折点处，行程方向从向左移动变为返回向右移动。也可以被称为超行程范围的第三行程范围h3引导收割刀22越过或穿过左指状件14，而不切割农作物。

图7示出了用于控制发动机负载的常规示例性控制回路。参考值27是马达负载的名义值，而反馈28是马达负载的实际值。这两个值一起导致控制偏差29，该控制偏差被馈送到用于调节马达负载的控制器。控制器30输出设定值作为用于行进速度的(一般)控制值31。行进速度31的控制值31被馈送到用于控制行进驱动的致动器32，产生行进速度的实际值33(作为控制值)。由于作为干扰值34的所使用切割装置设置、农作物特性和切割装置的工作宽度，导致在受控系统35上的切割装置的生产量36。在停滞时间38之后，只能在切割装置下游的诸如脱粒单元之类的处理单元中确定收割机器的生产量37，因为必须首先将农作物从切割装置传输到脱粒单元。

收割机的生产量37的受控值经由主发动机的测量元件39作为实际发动机负载值28反馈。

收割机、特别是联合收割机的脱粒性能受到发动机功率的限制。为了能够应对种植密度的局部增加，必须保持马达的功率储备，以使脱粒单元不会被阻塞，但能够承受种植密度高峰。由于农作物从切割装置到脱粒单元的运输停滞时间，如图7所示，常规规则仅在农作物已经到达脱粒单元时对改变的农作物密度作出反应。在此调节收割机器的生产量。行进速度用作控制值。

图8示出了经调整的规则。该控制回路最初以与图7所述的控制回路相同的方式设计。然而，切割装置的生产量36已经在级联控制系统中返回。在此表示为测量元件40的切割装置上的上述传感器用于该目的。这些输出例如刀驱动器的所需功率41。这与刀驱动功率的名义值42被馈送到用于控制切割系统负载的控制器43。用于马达负载的控制器30不输出行进速度名义值，而是输出用于刀驱动的名义值42。用于切割系统负载的控制器43最终输出用于行进速度的名义值31。

这导致可以在种植波动影响脱粒单元之前记录种植波动并因此可以更快地做出反应的控制回路。

附图标记列表

1切割装置

2、2′收割刀

3刀片

4、4′驱动器

5、5′刀力传感器

6、6′行程位置传感器

7、7′驱动器的处理单元

8联合收割机

9联合收割机控制单元

10切割装置的处理单元

11数据线

12双指状件

13指状件

14指状件

15上部

16下部

17固定螺钉

18切割器杆

19中间部

20上腹板

21刀间隙

22刀片

23切割刃

24切割刃

25、25′反向切割刃

26、26′反向切割刃

27参考变量(名义值)

28反馈(实际值)

29控制偏差

30控制器

31用于行进速度的控制值

32致动器

33行进速度的实际值

34干扰值

35受控系统切割装置

36切割装置生产量

37收割机生产量

38停滞时间

39测量元件

40传感器

41功率实际值

42功率名义值

43控制器切割系统负载

a驱动轴线

f驱动方向

h1、h2、h3行程位置范围

m中心轴线