本發明涉及農用壓捆機，更特別地，涉及用于為這樣的壓捆機提供動力的系統。

背景技術：

比如壓捆機的農用收割機械被用來整合以及包裝農作物材料，以便有助于農作物材料的儲存和處理以供以后使用。在干草的情況下，通常使用割草機-調節器切割和調節農作物材料以在太陽下進行料堆（windrow）干燥。在秸稈的情況下，農用聯合收割機將非谷粒農作物材料從聯合收割機的后方排出，限定要被壓捆機拾取的秸稈（比如小麥或燕麥秸稈）。所切割的農作物材料通常被耙在一起并且被干燥，并且比如大型方捆壓捆機或圓捆壓捆機的壓捆機跨過料堆并且沿料堆行進以拾取農作物材料并且將它形成為捆。

在大型方捆壓捆機上，在壓捆機的前方的拾取單元從田地收集所切割的、所鋪放的農作物材料。拾取單元包括拾取輥，并且可選擇地可包括其它構件，比如側擋板、分支螺旋、擋風板等等。

打包機單元用來使農作物材料從拾取單元運動至導管或預壓縮室。打包機單元在預壓縮室內形成農作物團，其被接著傳遞至主壓捆室。（為了討論的目的，將把預壓縮室內裝載的農作物材料稱為“團（wad）”，并且將把在主壓捆室內被壓縮之后的裝載的農作物材料稱為“片（flake）”）。通常，這樣的打包機單元包括打包機齒或叉，以使農作物材料從拾取單元運動至預壓縮室中。代替打包機單元，還為已知的是，使用將農作物材料切成更小的片的轉子切割器單元。

填充機單元將裝載的農作物材料團從預壓縮室傳遞至主壓捆室。通常這樣的填充機單元包括填充機叉，其用來依照主壓捆室內的柱塞的往復動作使農作物材料團從預壓縮室運動至主壓捆室。

在主壓捆室中，柱塞將農作物材料團壓縮成片以形成捆，并且同時，使所述捆朝向壓捆室的出口逐漸地前進。柱塞朝向以及遠離壓捆機的排出端來回地往復運動。柱塞可包括很多輥，其從柱塞的側部側向地向外延伸。在柱塞的每一側上的輥容置于形成于壓捆室的側壁中的相應的柱塞槽內，其中所述柱塞槽在往復運動期間引導柱塞。

當已經添加足夠的片并且捆達到完整（或者其它預定）尺寸時，啟動若干個打結器，其在捆仍然處于主壓捆室中時圍繞捆纏繞麻線、繩索或類似物并且對麻線、繩索或類似物進行打結。麻線被切斷并且所形成的捆在形成新捆時從壓捆機的后部彈出。

在如上所述的柱塞的壓縮循環期間，柱塞在它前進至主壓捆室中時運動通過壓縮沖程，其中柱塞上的最高負載在每個壓縮沖程結束時發生。隨著壓捆機變得越來越大，在壓縮沖程期間柱塞上的峰值負載同樣變得越來越大。補償這些更高的峰值負載的一種方式是使用與驅動柱塞的齒輪箱聯接的更大的飛輪。當柱塞到達壓縮沖程的結尾時，更重的飛輪的動量有助于在壓縮沖程結束時使柱塞通過峰值負載。若飛輪不夠重，則較高的負載被通過傳動系傳遞返回至底座單元，這可能導致底座單元上的發動機的加載減速。然而，太大的飛輪也是不理想的，因為通常需要具有更大的馬力（horsepower:HP）標定的底座單元來起動以及驅動形成壓捆機的傳動系的一部分的飛輪。

US 2010/0108413描述了一種壓捆機，其具有驅動地連接于主驅動系統內的慢速驅動系統（jog drive system）。當需要壓捆機內的構件運動以進行維修或調節時，該慢速驅動系統充當壓捆機中的各種性能系統的動力源。慢速驅動系統包括慢速馬達，其可呈液壓馬達、電動馬達或者用于使壓捆機的飛輪緩慢地旋轉并因此使所有性能系統前進的其它合適的驅動機構的形式。慢速馬達可連接至牽引機的液壓系統、至牽引機的電力系統或者可設置有其它動力輸入源。可以預知的是，該慢速驅動系統在需要對壓捆機進行維修或調節時協助操作員，并且由于慢速驅動系統僅僅能夠使飛輪緩慢地旋轉而不會對柱塞的運行有影響。

在EP 1 974 601中，預知一種類似的輔助驅動裝置，其充當作用于壓捆機的主驅動裝置的起動裝置并且其能夠充當壓捆機的唯一的驅動裝置或者充當在起動壓捆機的過程的第一階段中協助主驅動裝置的驅動裝置。在起動過程期間，主驅動裝置將通過飛輪裝置加速至比輔助驅動裝置更高的速度，于是輔助驅動裝置停止對起動過程的剩余部分具有任何影響。該輔助驅動裝置用來克服有時難以起動壓捆機的問題并且將僅僅在該起動階段期間進行協助，在該起動階段之后它停止具有任何影響。

在技術領域中需要一種農用壓捆機，其在壓捆機的運行期間適應較大的間歇負載。

技術實現要素：

本發明提供一種具有輔助動力系統（APS）的農用壓捆機，所述輔助動力系統從壓捆機的可旋轉地運動的或可線性地運動的構件獲取動力并且儲存所述動力以供后續使用。

本發明在一種形式中涉及一種農用壓捆機，其包括：飛輪；傳動系，所述傳動系與所述飛輪相關聯并且能與牽引單元的動力輸出裝置（PTO）聯接；以及活動構件，其由所述傳動系直接地或間接地驅動并且能以線性方式和/或旋轉方式運動。所述農用壓捆機的特征在于，與所述活動構件聯接的輔助動力系統。所述輔助動力系統被構造成從所述活動構件接收動力以及儲存所述動力。

本發明的一個優點是，從由壓捆機的傳動系直接地或間接地驅動的至少一個活動構件獲取動力。

另一個優點是，可在柱塞工作循環的非峰值負載周期期間獲取/收獲動力。

又一個優點是，所儲存的動力可用于各種目的，比如被傳送返回至傳動系以平掉傳動系上的負載要求，或者用來為比如燈、風扇、馬達、處理器等等的輔助構件提供動力。

再一個優點是，來自一個或多個活動構件的能量被以所儲存的能量的形式捕獲，并且因此避免壓捆機上的熱量生成。

附圖說明

通過結合附圖參考對本發明的實施例的以下描述，本發明的以上所提到的以及其它的特征和優點以及獲得它們的方式將變得更加顯而易見并且將更好地理解本發明，其中：

圖1為示出大型方捆壓捆機的內部工作方式的立體剖視圖，所述大型方捆壓捆機可包括本發明的APS；

圖2為圖1中所示的傳動系、齒輪箱以及APS的立體圖；

圖3為示出本發明的APS的一個簡化的實施例的方塊圖；

圖4為本發明的APS的一個實施例的控制原理圖；

圖5為在壓捆機的壓縮循環期間所需的動力、由APS所輸入的液壓動力、以及由于由APS所輸入的動力而得到的PTO動力的圖解；

圖6為示出本發明的APS的另一個簡化的實施例的方塊圖；以及

圖7為示出本發明的APS的又一個簡化的實施例的方塊圖。

在這些視圖中，相對應的附圖標記表示相對應的部件。在本文中所闡述的范例示例說明本發明的實施例，并且這樣的范例不應當被解釋為以任何方式限制本發明的范圍。

具體實施方式

現在參考附圖，更特別地，參考圖1，示出示出大型方捆壓捆機10的內部工作方式的立體剖視圖。壓捆機10以兩階段進給系統運行。使用拾取單元12將農作物材料從料堆提升至壓捆機10中。拾取單元12包括具有齒16的旋轉式拾取輥14，所述齒16使農作物朝向打包機單元18向后運動。可選擇的一對分支螺旋（示出其中的一個，但是未標記）設置于拾取輥14上方以使農作物材料側向地向內運動。打包機單元18包括打包機齒20，其將農作物推動至預壓縮室22中以形成農作物材料團。打包機齒20使農作物纏繞在一起并且在預壓縮室22內壓緊農作物。預壓縮室22和打包機齒20充當農作物壓縮的第一階段。一旦預壓縮室22中的壓力達到預定檢測值，填充機單元24就使農作物團從預壓縮室22運動至主壓捆室26。填充機單元24包括填充機叉28，其將農作物團直接地插入于柱塞30的前方，柱塞30在主壓捆室26內往復運動并且將農作物團壓縮成片。填充機叉28在材料團已經運動至主壓捆室26中之后返回至它們最初的靜止狀態。柱塞30將農作物團壓縮成片以形成捆，并且同時，使捆朝向主壓捆室26的出口32逐漸地前進。主壓捆室26和柱塞30充當農作物壓縮的第二階段。當已經添加足夠的片并且捆達到完整（或者其它預定）尺寸時，啟動打結器34，其在捆仍然處于主壓捆室26中時圍繞捆纏繞麻線并且對麻線進行打結。針36將下部的麻線帶至打結器34并且接著進行打結過程。麻線被切斷并且所形成的捆在形成新捆時從排出槽38彈出。

柱塞30經由曲柄臂40與齒輪箱42連接。齒輪箱42由飛輪44驅動，飛輪44繼而經由驅動軸46與動力輸出裝置（PTO）聯接器48連接。PTO聯接器48與牽引單元（比如牽引機（未示出））的后方處的PTO齒條可拆卸地連接。PTO聯接器48、驅動軸46以及飛輪44共同限定將旋轉動力提供至齒輪箱42的傳動系50的一部分。飛輪44具有足夠的質量以在牽引單元將動力施加至驅動軸46時使柱塞30通過壓縮沖程。在不具有飛輪的情況下，當在運行期間（比如在壓縮沖程結束時和/或在填充機單元沖程期間）壓捆機需要峰值動力時，將較大的機械負載（沖量）放置于牽引單元上。一般而言，隨著壓捆機變得越來越大，飛輪的尺寸也變得越來越大。更大的飛輪繼而也通常需要使用具有更高的馬力標定的牽引單元，以在運行期間維持輸入至驅動軸46的動力，并且因為需要更高的動力來從靜態位置起動飛輪的旋轉。

現在結合地參考圖1-3，壓捆機10還包括輔助動力系統（APS）52，其在機械動力分布意義上并且不一定在幾何意義上與飛輪44并聯地聯接到傳動系50。APS 52通常起從傳動系50接收動力、儲存所述動力、以及將所儲存的動力傳送返回至傳動系50的作用。

APS 52通常包括：用于從傳動系50接收動力以及生成動力的動力生成裝置54，與動力生成裝置54聯接的并且儲存來自動力生成裝置54的動力的動力儲存裝置56，以及用于將所儲存的動力傳送返回至傳動系的動力反饋裝置58。在圖3中所示的方塊圖中，動力生成裝置54以及動力反饋裝置58被構造成可以以不同的功能運行的同一個單元，比如液壓泵/馬達或電動馬達/發電機。當被構造成液壓泵/馬達時，動力儲存裝置56可呈一個或多個液壓蓄能器的形式。替代地，當被構造成電動馬達/發電機時，動力儲存裝置56可呈一個或多個超級電容器和/或電池的形式。對于這種類型的雙重功能，動力儲存裝置56以容許動力的雙向流動（如通過雙頭箭頭60所表示的）的雙向方式與動力生成裝置54/動力反饋裝置58連接。

替代地，動力生成裝置54和動力反饋裝置58可為單獨的、分立的單元，其均與傳動系50和動力儲存裝置56聯接。例如，動力生成裝置54可呈液壓泵的形式，并且動力反饋裝置58可呈單獨的液壓馬達的形式，其中的每一個與傳動系50機械地聯接并且與呈蓄能器（未具體地示出）的形式的動力儲存裝置液壓地聯接。而且，動力生成裝置54可呈電動馬達的形式，并且動力反饋裝置58可呈單獨的發電機的形式，其中的每一個與傳動系50機械地聯接并且與呈超級電容器和/或電池（未具體地示出）的形式的動力儲存裝置56電力地聯接。

圖3中所示的動力儲存裝置56還可被構造成不同于一個或多個液壓蓄能器、超級電容器和/或電池。例如，動力儲存裝置56可被構造成另外的機械飛輪，其從傳動系50接收動力/將動力傳送至傳動系50。動力生成裝置54和動力反饋裝置58可被構造成無級變速器（CVT），并且所述另外的飛輪將以某種方式能夠在非峰值負載周期期間接收和儲存動力以及在峰值負載周期期間將動力傳遞返回至傳動系50以供使用。

在下文中為了討論的目的，將假定的是，動力生成裝置54和動力反饋裝置58呈被構造成液壓泵/馬達的單一的單元的形式。泵/馬達54、58與電處理電路62聯接并且受電處理電路62的控制，電處理電路62可呈電子控制單元（ECU）或模擬處理器的形式。電處理電路62可為壓捆機10上的專用ECU，或者也可為壓捆機10上的用于其它目的的ECU的一部分。替代地，電處理電路62還可為牽引壓捆機10的牽引單元上的ECU，并且可以以有線或無線方式與泵/馬達54、58以及壓捆機10上的其它構件聯接。

電處理電路62控制泵/馬達54、58的運行，以使得在壓捆機10上的峰值負載周期之前以及期間將動力傳送至傳動系50，以及在壓捆機10上的非峰值負載周期期間從傳動系50接收動力。更具體地，根據柱塞30在主壓捆室26內的位置、和/或與壓捆室26內的農作物材料片的形成相關聯的變量將動力傳送至傳動系50/從傳動系50傳送動力。為此，電處理電路62與一個或多個傳感器64連接，所述一個或多個傳感器64提供表示柱塞30的位置和/或農作物片的變量的輸出信號。在圖3中所示的實施例中，傳感器64鄰近于飛輪44設置，以比如通過使用近距離傳感器、光學傳感器等等確定飛輪44的旋轉位置。飛輪44的位置繼而可用來確立柱塞30在主壓捆室26內的位置。替代地，傳感器64可被構造成檢測與主壓捆室26內的農作物片的形成相關聯的變量。農作物片的形成的變量的示例可包括農作物材料的水分含量、給定的農作物材料片的厚度和/或柱塞在針對每一農作物材料片的最大壓縮處的位置變化。替代地，甚至可以由使用者輸入與農作物片的形成相關聯的變量，比如所收割的農作物材料的特定類型。其它輸入變量也可用于控制APS 52的運行。

現在參考圖4，示出圖1-3中所示的APS 52的控制原理圖。可將APS 52看作限定液壓飛輪，其基于連接于蓄能器56與箱66之間的可逆轉（over-center）可變排量泵/馬達54、58。為了避免任何超壓，將壓力釋放閥68安裝于泵/馬達54、58與蓄能器56之間。止回閥70也連接至箱66，以便避免泵/馬達54、58的氣穴現象。使用壓力傳感器72來管理泵/馬達54、58的排量。基本上，在典型的工作循環期間，當壓捆機10的即時動力低于平均動力時（圖5），泵/馬達54、58充當裝載蓄能器56的真正的泵。另一方面，當柱塞30處于壓縮沖程中時，泵/馬達54、58充當將液壓動力轉變成可被提供至傳動系50的機械動力的馬達。按這種方式，可避免典型的峰值動力并且從牽引機所提供的PTO動力總是接近于平均動力。泵的尺寸為蓄能器56中的最大壓力以及泵/馬達54、58的運行速度的函數。由于與傳動系50聯接的另外的齒輪箱74，可以使泵的速度增加，例如，從1000RPM（在工作狀態期間的典型的PTO速度）至大約2680RPM。與在以更低的速度條件運行時所需的更大的泵相比，該更高的速度容許使用具有更高的液壓效率以及更快的響應時間的更小的泵。

根據本發明的另一個方面，除了傳動系50之外，APS 52可連接至壓捆機10的一個或多個活動構件100并且由所述一個或多個活動構件100驅動（圖6和7）。壓捆機10包括間斷地或連續地運動的其它很多活動構件100。這些活動構件中的某些以旋轉方式運動，比如主動軸或從動軸，而其它的活動構件以線性方式運動，比如柱塞30，它在主壓捆室26內往復運動。APS 52可從這些各種各樣的活動構件100收獲能量并且儲存所述能量以用于特定的目的，比如將動力傳遞返回至傳動系50或者為壓捆機10上的輔助構件（比如燈、風扇、馬達等等）提供動力。

在圖6中所示的實施例中，假定活動構件100為壓捆機10上的可旋轉軸，如通過方向箭頭102所表示的。所述可旋轉軸可位于壓捆機10上的各種位置處，比如與填充機單元24相關聯的可旋轉軸100A，與打包機單元18相關聯的可旋轉軸100B，與拾取單元12（圖1）相關聯的可旋轉軸100C，或者由農作物流/捆/農作物材料驅動的可旋轉軸100E（比如與主壓捆室26的底部中的星形輪相關聯的軸）。壓捆機10還可包括其它類型的可旋轉軸，其連續地或者間斷地旋轉，并且用來驅動APS 52。

當被構造成可旋轉軸100時，APS 52可包括呈液壓馬達和/或電動馬達的形式的可旋轉的動力生成裝置54，其用來生成動力，該動力被接著儲存于動力儲存裝置56中。當動力生成裝置54為液壓馬達時，則可將動力儲存裝置構造成一個或多個液壓蓄能器。當動力生成裝置54為電動馬達時，則可將動力儲存裝置56構造成一個或多個超級電容器和/或電池。

在圖7中所示的實施例中，假定活動構件100為壓捆機10上的線性地運動構件100D，比如在主壓捆室26內往復運動的柱塞30，如通過方向箭頭104所表示的。

當被構造成可線性地運動的構件100時，APS 52可包括呈液壓缸組件106的形式的可線性地運動的動力生成裝置54，所述液壓缸組件106具有在雙向缸110內往復運動的活塞108。加壓流體通過流體線路112流動至液壓蓄能器62。止回閥114防止加壓流體在活塞108的返回沖程期間流動返回至缸組件106中。儲存于蓄能器62中的加壓液壓流體可用于各種目的，比如使用馬達58經由線路116將動力傳遞返回至傳動系50，或者經由線路118為比如燈、風扇、馬達等等的輔助構件提供動力。

活動構件100還可以以旋轉以及平移兩種方式運動，比如驅動柱塞30的曲柄臂40。APS 52可被構造成收獲曲柄臂40的旋轉和/或平移（亦即，線性）運動，以使得可以生成和儲存動力。

在壓捆機10的運行期間，傳動系50驅動齒輪箱42，其繼而使用曲柄臂40驅動柱塞30。柱塞30在壓縮循環期間在主壓捆室26內來回地往復運動。傳動系50還直接地或間接地驅動壓捆機10上的其它活動構件100。APS 52可與一個或多個所選擇的活動構件100聯接并且由所述一個或多個所選擇的活動構件100驅動，如上所述，所述一個或多個活動構件100可為可旋轉地運動的或可線性地運動的構件。使用來自活動構件100的動力驅動比如液壓泵、電動馬達和/或液壓缸的動力生成裝置54。在活動構件100的運動期間可在任何時候收獲所述動力。在一個實施例中，在柱塞30的非峰值負載周期期間收獲動力并且定時成與柱塞30的工作循環配合，如以上參考圖3-5所描述的。在液壓動力和/或電力被儲存于適當地構造的動力儲存裝置56中之后，所述動力隨后可接著用于壓捆機10上的各種目的。例如，動力反饋裝置58可用來將動力傳遞返回至傳動系50，以平掉壓捆機10的動力要求，或者動力可用來為比如燈、風扇、馬達等等的輔助構件提供動力。

雖然已經參考至少一個實施例描述了本發明，然而可在本發明的精神和范圍內進一步修改本發明。本申請因此意欲涵蓋本發明的、使用它的一般原理的任何變形、用途、或改編形式。此外，本申請意欲涵蓋本發明的、在本發明所屬領域中的已知的或習慣的實踐范圍內的這樣的變更，并且其落入所附權利要求的范圍內。