本發明涉及農業打捆機，并且更特別地，涉及用于為這樣的打捆機提供動力的系統。

背景技術：

諸如打捆機的農業收割機用于固結和打包農作物材料從而便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，割草壓扁機典型地用于切割和壓扁農作物材料以便用于在陽光下堆垛干化。在秸稈的情況下，農業聯合收割機從限定將由打捆機拾取的秸稈(例如小麥或燕麥秸稈)的聯合收割機的后部排出非谷物農作物材料。切割的農作物材料典型地被耙摟和干燥，并且諸如大型方捆打捆機或圓捆打捆機的打捆機跨越料堆并且沿著料堆行進以拾取農作物材料并將其形成為捆包。

在大型方捆打捆機上，在打捆機的前部的拾取單元從地面收集切割和堆積的農作物材料。拾取單元包括拾取輥，并且可選地可以包括其它部件，例如側護板、短螺旋鉆、擋風板等。

打包機單元用于將農作物材料從拾取單元移動到管道或預壓縮室。打包機單元在預壓縮室內形成一捆農作物，然后將其轉移到主捆包室。(為了討論的目的，預壓縮室內的農作物材料的裝料將稱為“捆”，并且在主捆包室內壓縮之后的農作物材料的裝料將被稱為“薄片”)。典型地這樣的打包機單元包括打包機叉或叉以將農作物材料從拾取單元移動到預壓縮室中。代替打包機單元，也已知使用將農作物材料切成更小塊的轉子切割機單元。

填充機單元將裝料中的農作物材料的捆從預壓縮室轉移到主捆包室。典型地這樣的填充機單元包括填充機叉，其用于隨著主捆包室內的柱塞的往復運動將農作物材料的捆從預壓縮室移動到主捆包室。

在主捆包室中，柱塞將農作物材料的捆壓縮成薄片以形成捆包，并且同時朝著捆包室的出口逐漸推進捆包。柱塞朝著和遠離打捆機的排出端來回地往復運動。柱塞可以包括從柱塞的側部橫向向外延伸的多個輥。在柱塞的每一側的輥接收在形成于捆包室的側壁中的相應柱塞槽內，其中柱塞槽在往復運動期間引導柱塞。

當已加入足夠的薄片并且捆包達到完全(或其它預定)尺寸時，致動多個打結機，當捆包仍在主捆包室中時所述打結機圍繞捆包包繞并且捆綁繩、索等。當形成新捆包時，繩被切割并且形成的捆包作為新捆包從打捆機的后部排出。

在如上所述的柱塞的壓縮循環期間，當柱塞前進到主捆包室中時，柱塞移動通過壓縮沖程，在每個壓縮沖程結束時柱塞上的最高載荷發生。隨著打捆機變得越來越大，在壓縮沖程期間柱塞上的峰值載荷同樣變得越來越大。補償這些較高峰值載荷的一種方式是使用與驅動柱塞的齒輪箱聯接的較大飛輪。當柱塞到達壓縮沖程的終點時，較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載荷。如果飛輪不夠重，則高載荷通過傳動系傳遞回到牽引單元，這可以導致牽引單元機載的發動機拖檔(lagging down)。然而，太大的飛輪也是非期望的，原因是它典型地需要具有較大馬力(HP)額定值的牽引單元來啟動和驅動形成打捆機的傳動系的一部分的飛輪。

本領域中需要一種農業打捆機，其在柱塞的壓縮沖程期間適應大的峰值載荷。

技術實現要素：

本發明提供一種具有輔助動力系統的農業打捆機，其在非峰值載荷期間從打捆機的傳動系收集動力并且在峰值載荷期間將動力傳遞回到傳動系以供使用。

本發明在一種形式中涉及一種農業打捆機，其包括主捆包室，通過壓縮循環在所述主捆包室內可往復移動的柱塞，與所述柱塞的運動相關聯的飛輪，以及與所述飛輪相關聯并且與牽引單元的動力輸出(PTO)可聯接的傳動系。所述農業打捆機的特征在于與所述傳動系聯接的輔助動力系統。所述輔助動力系統包括提供表示與所述柱塞的壓縮循環期間的動力使用相關聯的參數的輸出信號的動力指示器，用于從所述傳動系接收動力和/或將動力傳遞到所述傳動系的動力裝置，以及與所述動力指示器和所述動力裝置聯接的電氣處理電路。所述電氣處理電路可操作地用于接收輸出信號并且根據所述輸出信號控制所述動力裝置的操作。

本發明的優點在于動力在非峰值載荷期間從打捆機收集并且在峰值載荷之前和期間傳遞回到傳動系。

另一優點在于具有較小HP額定值的牽引單元可用于驅動打捆機。

另一優點在于打捆機可以配備有較小飛輪。

另一優點在于需要較低的PTO動力：達到40％，這取決于打捆機的占空比。

另一優點在于減少燃料消耗，原因是可以使用較小牽引單元。

另一優點在于APS為操作者帶來更大的舒適度，原因是峰值脈沖載荷不通過傳動系傳遞回到牽引單元。

附圖說明

通過參考結合附圖進行的本發明的實施例的以下描述，本發明的上述和其它特征和優點以及實現它們的方式將變得更加明顯，并且將更好地理解本發明，其中：

圖1是顯示可以包括本發明的APS的大型方捆打捆機的內部工作方式的透視剖視圖；

圖2是圖1中所示的傳動系、齒輪箱和APS的透視圖；

圖3是顯示本發明的APS的簡化實施例的框圖；

圖4是本發明的APS的實施例的控制示意圖；以及

圖5是打捆機的壓縮循環期間的所需動力、由APS輸入的液壓動力和由于APS輸入的動力產生的合成PTO動力的圖示。

在幾個視圖中相應的附圖標記始終表示相應的部件。本文中闡述的范例舉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，并且更特別地參考圖1，示出顯示大型方捆打捆機10的內部工作方式的透視剖視圖。打捆機10在兩級送料系統上操作。使用拾取單元12將農作物材料從料堆提升到打包機10中。拾取單元12包括具有尖齒16的旋轉拾取輥14，所述尖齒朝著打包機單元18向后移動農作物。可選的一對短螺旋鉆(其中的一個被顯示，但未編號)位于拾取輥14上方以橫向向內移動農作物材料。打包機單元18包括打包機尖齒20，其將農作物推入預壓縮室22中以形成農作物材料的捆。打包機尖齒20將農作物纏繞在一起并且在預壓縮室22內打包農作物。預壓縮室22和打包機尖齒20用作用于農作物壓縮的第一級。一旦預壓縮室22中的壓力達到預定感測值，填充機單元24將農作物的捆從預壓縮室22移動到主捆包室26。填充機單元24包括填塞機叉28，其直接在柱塞30的前面推動農作物的捆，所述柱塞30在主捆包室26內往復運動并且將農作物的捆壓縮成薄片。在材料的捆已移動到主捆包室26中之后，填充機叉28返回到其初始靜止狀態。柱塞30將農作物的捆壓縮成薄片以形成捆包，并且同時朝著主捆包室26的出口逐漸推進捆包。主捆包室26和柱塞30用作用于農作物壓縮的第二級。當已加入足夠的薄片并且捆包達到完全(或其它預定)尺寸時，打結機34被致動，當捆包仍在主捆包室26中時所述打結機圍繞捆包包繞并且捆綁繩。針36將下部繩上拉到打結機并且然后發生捆綁過程。當形成新捆包時，繩被切割并且形成的捆包從排出槽38排出。

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，所述飛輪又經由驅動軸46與動力輸出(PTO)聯接器48連接。PTO聯接器48在諸如牽引器(未顯示)的牽引單元的后部處與PTO花鍵可拆卸地連接。PTO聯接器48、驅動軸46和飛輪44一起限定將旋轉動力提供給齒輪箱42的傳動系50的一部分。飛輪44具有足夠的質量以在動力由牽引單元施加到驅動軸46時使柱塞30通過壓縮沖程。在沒有飛輪的情況下，在操作期間當打捆機需要峰值動力時，例如在壓縮沖程結束時和/或在填充機單元沖程期間，在牽引單元上施加大機械載荷(沖擊)。一般而言，隨著打捆機變得越來越大，飛輪的尺寸也變得越來越大。較大的飛輪也通常需要使用具有較高馬力額定值的牽引單元，從而在操作期間保持對驅動軸46的輸入動力，并且原因是需要較高的動力以從停止位置開始飛輪的旋轉。

現在共同參考圖1-3，打捆機10還包括輔助動力系統(APS)52，其在機械動力分配意義上并且不必在幾何意義上與飛輪44并行地與傳動系50聯接。APS 52大體上用于從傳動系50接收動力，儲存動力，并且將儲存動力傳遞回到傳動系50。

APS 52大體上包括用于從傳動系50接收動力并且生成動力的動力生成裝置54，與動力生成裝置54聯接并且從其儲存動力的動力儲存裝置56，以及用于將儲存動力傳遞回到傳動系的動力反饋裝置58。動力生成裝置54和動力反饋裝置58均一般被獨立地或一起稱為動力裝置，原因是它們均取決于APS 52如何配置來傳遞動力。例如，在圖3所示的框圖中，動力生成裝置54和動力反饋裝置58配置為可以以不同功能性操作的相同單元，例如液壓泵/馬達或電動馬達/發電機。當配置為液壓泵/馬達時，動力儲存裝置56可以采取一個或多個液壓蓄能器的形式。替代地，當配置為電動馬達/發電機時，動力儲存裝置56可以采取一個或多個超級電容器和/或電池的形式。使用該類型的雙重功能性，動力儲存裝置56以雙向方式與動力生成裝置54/動力反饋裝置58連接，所述雙向方式允許動力的雙向流動，如雙箭頭60所示。

替代地，動力生成裝置54和動力反饋裝置58可以是獨立的和分立的單元，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可以采取液壓泵的形式，并且動力反饋裝置58可以采取獨立液壓馬達的形式，其均與傳動系50機械地聯接并且與呈蓄能器(未具體顯示)的形式的動力儲存裝置液壓地聯接。而且，動力生成裝置54可以采取電動馬達的形式，并且動力反饋裝置58可以采取獨立發電機的形式，其均與傳動系50機械地聯接并且與呈超級電容器和/或電池(未具體顯示)的形式的動力儲存裝置56電聯接。

圖3中所示的動力儲存裝置56也可以不同于一個或多個液壓蓄能器、超級電容器和/或電池被配置。例如，動力儲存裝置56可以配置為從/向傳動系50接收/傳遞動力的附加機械飛輪。動力生成裝置54和動力反饋裝置58可以配置為無級變速器(CVT)，并且附加飛輪將以某種方式能夠在非峰值載荷周期期間接收和儲存動力并且在峰值載荷周期期間將動力傳遞回到傳動系50以供使用。

為了在下文中討論的目的，將假定動力生成裝置54和動力反饋裝置58采取配置為液壓泵/馬達的單個單元的形式。泵/馬達54、58與電處理電路62聯接并受其控制，所述電處理電路可以采取電子控制單元(ECU)或模擬處理器的形式。電處理電路62可以是打包機10機載的專用ECU，或者也可以是用于其它目的打捆機10機載的ECU的一部分。替代地，電處理電路62也可以是牽引打捆機的牽引單元機載的ECU，并且可以以有線或無線方式與泵/馬達54、58和打捆機10機載的其它部件聯接。

電處理電路62以這樣的方式控制泵/馬達54、58的操作，使得在打捆機10上的峰值載荷周期之前和期間將動力傳遞到傳動系50，并且在打捆機10上的非峰值載荷周期期間從傳動系50接收動力。更具體地，根據一個或多個動力指示器向/從傳動系50傳遞動力，每個動力指示器提供表示與柱塞30的壓縮循環期間的動力使用相關聯的參數的輸出信號。(一個或多個)動力指示器大體上提供表示與柱塞30的壓縮循環相關聯的參數的輸出信號，并且更具體地提供表示與主捆包室26內的柱塞30相關聯的參數的輸出信號，和/或與在捆包室26內的農作物材料切片的形成相關聯的參數。

為此，電處理電路62與一個或多個傳感器64、64'連接，所述傳感器提供指示柱塞30的位置或載荷和/或農作物切片變量的輸出信號。與柱塞相關聯的感測參數的例子可以包括：柱塞的位置、速度和/或載荷；與所述齒輪箱相關聯的位置、速度和/或載荷；飛輪的速度；飛輪的位置；和/或附連到柱塞的曲柄臂的位置。在圖3所示的實施例中，傳感器64鄰近飛輪44定位以例如通過使用接近傳感器、光學傳感器等確定飛輪44的旋轉位置。飛輪44的位置又可以用于建立主捆包室26內的柱塞30的位置。替代地，傳感器64'可以配置成感測與主捆包室26內的農作物切片形成相關聯的變量。農作物切片形成變量的例子可以包括：農作物材料的水分含量；農作物材料的給定切片的厚度；和/或針對農作物材料的每個切片的處于最大壓縮的柱塞的位置變化。替代地，與農作物切片形成相關聯的參數甚至可以由用戶輸入，例如正在收割的農作物材料的特定類型。其它輸入參數也可以用于控制APS 52的操作。

現在參考圖4，顯示圖1-3中所示的APS 52的控制示意圖。APS 52可以被認為限定液壓飛輪，其基于連接在蓄能器56和罐66之間的過中心(over-center)可變排量泵/馬達54、58。為了避免任何過壓，減壓閥68安裝在泵/馬達54、58和蓄能器56之間。止回閥70也連接到罐66以便避免泵/馬達54、58的氣穴現象。壓力換能器72用于管理泵/馬達54、58的排量。基本上，在典型的工作循環期間，當打捆機10的即時動力低于平均動力時泵/馬達54、58用作對蓄能器56充能的真實泵(圖5)。在另一方面，當柱塞30處于壓縮行程時，泵/馬達54、58用作將液壓動力轉換成可以提供給傳動系50的機械動力的馬達。以該方式，典型的峰值動力可以避免并且從牽引器提供的PTO動力總是接近平均動力。泵尺寸與蓄能器56中的最大壓力和泵/馬達54、58的操作速度有關。由于與傳動系50聯接的附加齒輪箱74，泵速度可以增加，例如從1000RPM(在工作條件下的典型PTO速度)直到大約2680RPM。與在較低速度條件下操作時所需的較大泵相比，該較高速度允許使用具有較高液壓效率和較快響應時間的較小泵。

在打捆機10的操作期間，柱塞30在主捆包室26內的壓縮循環期間來回往復運動。在圖5的圖形中所示的大型方捆打捆機的實施例中，當柱塞30來回往復運動時(由頂部大致正弦曲線80指示)，大型打捆機的PTO軸處所需的動力可以在最小動力要求一直到最小動力要求的約四倍之間(例如，在約55到215kW之間)波動。然而，由水平虛線82指示的平均動力僅僅是最小動力要求的約兩倍(例如，107kW)。在另一方面，由液壓泵/馬達54、58提供給傳動系50的動力(由底部大致正弦曲線84指示)大體上抵消PTO軸處所需的動力波動。因此，在PTO軸處所需的合成動力由剛好在平均動力線82上方的大致水平線86指示。

在上述APS 52的實施例中，假定系統是液壓系統，其具有連接在PTO聯接器48和飛輪44之間的泵/馬達54、58。然而，APS 52和傳動系50之間的連接的實際位置可以變化。例如，參考圖3，泵/馬達54'、58'(以虛線顯示為可選的附連位置)也可以接合在飛輪44的周邊處形成的花鍵或齒輪齒(未顯示)。作為另一例子，泵/馬達可以與齒輪箱42的輸入軸90連接。因此，顯而易見的是，無論沿著傳動系50的長度在哪里收集動力，APS 52可以與傳動系50聯接以便以如上所述的方式向/從傳動系50傳遞動力。

盡管已關于至少一個實施例描述了本發明，但是本發明可以在本公開的精神和范圍內進一步修改。所以本申請旨在涵蓋使用其一般原理的本發明的任何變化、使用或適應性修改。此外，本申請旨在涵蓋屬于本發明所屬領域中的公知常識或習慣做法并且落入附帶權利要求的限制內的本公開的這樣的偏離。