具有飞轮制动控制的农业打包机的制作方法

具有飞轮制动控制的农业打包机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农业打包机的领域，所述农业打包机用于通过压缩农业农作物物料来 生产方包。更具体地，本发明涉及具有重型飞轮（例如，700kg)的大型打包机。
【背景技术】
[0002] 绝大多数的打包机自身没有发动机，而是被牵引车拖拉并且通过将牵引车的动力 输出（PTO)轴联接到打包机的输入轴而被供以动力。打包机还具有飞轮和变速箱，所述飞 轮连接到输入轴，所述变速箱驱动打包机中的各种机构以从场地捡拾农作物，以便将农作 物形成方包并且将麻线和/或箔缠绕在方包上。
[0003] 在PTO轴与飞轮之间典型地布置有单向离合器以允许飞轮转动得快于PTO轴。打 包机输入轴可以操作地与牵引车PTO断开，例如，用于将打包机从一个场地运输到另一个 场地。
[0004] 在打包机中，尤其在所谓的"大型方形打包机"或"高密度打包机"中，需要较大且 较重的飞轮，以便克服由打包机变速箱所遭遇的峰值载荷，例如，当形成方包时，当打包机 的柱塞在打包室中压缩农作物物料时，打包机变速箱遭遇到峰值载荷。通过使用具有较大 惯性且以较高速度（例如，1000 rpm)运行的飞轮，用于峰值载荷的峰值能量可以通过飞轮 输送，所述飞轮在每个压缩期间略微减慢并且在两次压缩之间通过牵引车PTO再次加速。 然而，当起动打包机时，飞轮的较大惯性产生问题。当PTO轴以变成在正常操作期间驱动 打包机所需的速度被牵引车发动机驱动时，PTO轴会不能提供对于使飞轮达到其稳定速度 (例如，1000 rpm)所需的较高转矩。结果，当打包机被套在牵引车上并且其飞轮被连接到牵 引车PTO轴时，由于当打包机起动时PTO轴上的较高载荷，牵引车发动机会停转，或者安全 机构会使PTO与牵引车发动机脱开。
[0005] 在EP1974601中所提到的解决该问题的方案是当起动打包机飞轮时使用液压马 达来补充由PTO轴所提供的转矩。在可与牵引车PTO的动力相当的动力下，该解决方案因 为需要有力的液压马达而不是十分令人满意。
[0006] 在W02011060995中公开了另一个解决该问题的方案，其中说明了具有变速箱的 牵引车，所述牵引车允许打包机在两个阶段中起动。在第一阶段中，飞轮使用变速箱的第一 传动比被加速到第一速度，并且在第二阶段中，飞轮使用变速箱的第二传动比被加速到第 二速度。该技术的缺点在于，需要具有变速箱的牵引车。

【发明内容】

[0007] 本发明的实施例的目的是提供一种具有较好的起动行为的打包机，并且提供一种 用于较好地起动所述打包机的方法。
[0008] 本发明的实施例的目的也是提供一种具有较好的起动行为的牵引车和打包机组 合物。
[0009] 上述目的通过根据本发明的实施例的方法和设备来实现。
[0010] 在第一方面，本发明提供一种农业打包机，所述农业打包机包括：用于与动力输出 联接的轴和连接到轴的飞轮；柱塞，所述柱塞经由曲柄连接到飞轮，柱塞适于在允许在打包 室中添加农作物物料的附近位置与适用于在打包室中压缩农作物物料的远侧位置之间执 行往复运动；制动系统，所述制动系统适于依据制动控制信号提供用于使飞轮减速的制动 力；至少一个传感器，所述至少一个传感器用于提供传感器数据，所述传感器数据指示打包 机的至少一个运动部件；和制动控制系统，所述制动控制系统连接到至少一个传感器以用 于接收传感器数据，并且所述制动控制系统连接到制动系统以用于提供制动控制信号，制 动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法用于确定制动控制信号以用 于使曲柄停在预定的发动位置范围内。
[0011] 这种打包机的一个优点在于，打包机能够使其曲柄在合适的发动位置中停止，从 所述合适的发动位置保证随后的起动。这允许具有较大且较重的飞轮的打包机比过去能够 与较不有力的牵引车组合使用。因为避免了打包机的停转，所以使用该打包机是更加高效 的、更加快速的且更加安全的。
[0012] 在现有技术的解决方案中额外的马达用于解决起动问题，与现有技术的解决方案 形成对比，本发明的解决方案是基于制动系统，所述制动系统听起来会非常矛盾，并且从而 应该令人惊讶。
[0013] 通过使用本发明的制动系统，可以避免这种额外的（有力的）起动马达。另外，制 动系统也可以仍然在运输期间用于保持打包机的运动部件，这是更安全的。
[0014] 处理系统可以例如是可编程数字处理器，例如，CPU或数字信号处理器DSP，等等。
[0015] 打包机可以包括一个或多个传感器。能够有不同的配置，例如，速度传感器、绝对 或相对位置传感器、接近传感器和它们的组合。算法可以取决于正使用的传感器，可以在模 拟或数字电路中执行，并且可以是基于持续的时间、轮询的基础或中断的基础。
[0016] 假使存在有多于一个的传感器，则可以提供至少两个算法，所述至少两个算法中 的仅一个是活跃的。例如，只要两个算法功能正确，将使用一个优选的算法，并且如果传感 器之一被破坏，则将使用备份算法。
[0017] 算法可以是基于打包机的至少一部分的数学模型。模型可以假定，打包机的运动 部件的所有动能处于曲柄中，并且曲柄在每次转动中穿过摩擦区和穿过压缩区。
[0018] 在农业打包机的实施例中，预定的发动位置范围可以是从使柱塞到达其远侧位置 的曲柄位置开始沿着向前方向设置至少90°的角距离为止的曲柄的角位置的范围，所述角 距离优选地是至少120°，更优选地是至少150°，甚至更优选地是至少180°。
[0019] 通过使曲柄停止在这样的预定位置中，即，在下一次起动时曲柄可以在到达其远 侧位置（与最高压力相对应）之前从所述预定位置转动超过至少90° (或120°或更大）， 则飞轮（和打包机的其它运动部件）可以获得足够的动能以"幸免于"第一压缩。这样，会 显著地降低或者甚至完全消除在起动期间打包机停转的风险。
[0020] 当然，通过在运输期间将打包机的运动部件保持在固定位置中，当打包机到达下 一个场地时的打包机的初始位置与当打包机停止在先前的场地上时的位置相同。
[0021] 在农业打包机的实施例中，算法可以适于基于传感器数据确定用于施加制动力的 起始时间。
[0022] 然而，能够有不同的算法，在所有算法之中，确定用于激活制动系统的合适时刻， 以便使曲柄停在所需的位置范围内。
[0023] 在农业打包机的实施例中，传感器数据可以指示曲柄速度和曲柄位置，并且算法 可以适于将当角速度已经降低到阈值速度以下时的时间确定为起始时间，并且曲柄位置已 经达到阈值角度。
[0024] 这可以执行为两步处理法：首先，在角速度已经下降到预定阈值以下之前，监测角 速度（不必着眼于角位置）；然后，当曲柄处于预定角位置中或已经经过预定角位置时，确 定时间实例（不必着眼于角速度），或者这可以从数学意义上阐述：首先，当（ω〈ωΜΛ)时 监测开始制动的时刻；然后，当（θ > Θ )时监测开始制动的时刻。
[0025] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括位于阈值角度处的接近传感 器，并且处理系统可以连接到时钟单元。算法可以适于将传感器数据转化成角速度。
[0026] 在该实施例中，可以使用单个接近传感器。当曲柄经过预定位置（例如，传感器的 位置）时，确定时间。可以基于两个时间实例之间的时间差确定（平均）角速度（用于算 法的第一步骤）。在（平均）速度已经下降到给定值以下的条件下，开始制动的时刻可以确 定为当曲柄经过预定位置时的时刻。
[0027] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括绝对位置传感器，所述绝对 位置传感器适于提供指示曲柄的角位置的数据，并且算法可以适于将传感器数据转化成角 速度。
[0028] 在该实施例中，可以使用单个绝对位置传感器。（对于算法的第一步骤所需要的） 速度可以作为绝对位置的时间导数被导出。绝对位置自身可以在算法的第二步骤中使用。
[0029] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括相对位置传感器，所述相对 位置传感器适于提供指示曲柄的相对角位置的数据，并且算法可以适于将传感器数据转化 成角速度。算法可以适于确定压缩区并且适于将与压缩区的结束相对应的时间确定为起始 时间。
[0030] 在该实施例中，可以使用单个相对位置传感器。（对于算法的第一步骤所需要的） 速度可以作为相对位置的时间导数被导出。曲柄的位置信息可以通过监测速度例如通过检 查速度的斜度而导出，用于检测何时曲柄处于所谓的"压缩区"中。合适的时刻可以例如在 曲柄已经经过压缩区之后是短暂的。
[0031] 在农业打包机的实施例中，至少一个传感器可以包括速度传感器，所述速度传感 器适于提供指示曲柄的角速度的数据，并且算法可以适于确定压缩区并且适于将与压缩区 的结束相对应的时间确定为起始时间。
[0032] 在该实施例中，可以使用单个速度传感器。这与先前的实施例非常类似，除了从传 感器直接获得速度信息以外，从而不必计算时间导数，这会更易于执行并且会需要更低的 处理能力。
[0033] 在第二方面，本发明提供一种用于使农业打包机的曲柄停在预定的发动位置范围 内的方法，所述打包机包括：轴和连接到轴的飞轮；柱塞，所述柱塞经由曲柄连接到飞轮， 柱塞适于在可以在打包室中添加农作物物料的附近位置与在打包室中压缩所添加的农作 物物料的远侧位置之间执行往复运动；制动系统，所述制动系统适于依据制动控制信号提 供用于使飞轮减速的制动力；至少一个传感器，所述至少一个传感器用于提供传感器数据， 所述传感器数据指示打包机的至少一个运动部件；制动控制系统，所述制动控制系统连接 到至少一个传感器以用于接收传感器数据，并且所述制动控制系统连接到制动系统以用于 提供制动控制信号，制动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法用于提 供制动控制信号以用于使曲柄停在预定的发动位置范围内。该方法包括以下步骤：a)基于 传感器数据确定起始时间；b)在所确定的起始时间处施加制动力。
[0034] 通过在合适的时刻借助合适的例如预定的常力开始制动，可以确保曲柄将停在合 适的位置范围内。
[0035] 在方法的实施例中，传感器数据指示曲柄速度和曲柄位置，并且步骤a)包括：将 当角速度已经降低到阈值速度以下时的时间确定为起始时间，并且其中，曲柄位置处于阈 值角度中或已经经过阈值角度。
[0036] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括位于阈值角度处的接近传感器，并且处 理系统连接到时钟单元；并且方法的步骤（a)包括以下步骤：c)从时钟单元获得时间值； d) 将传感器数据转化成角速度。
[0037] 在实施例中，可以使用可编程处理器，例如，具有嵌入式计时器单元的微控制器或 数字信号处理器（DSP)。在市场上可得到具有不同的速度等级（处理器单元的时钟频率） 和不同的存储容量（例如，闪存、EEPROM、RAM)的这样的处理器。
[0038] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括绝对位置传感器，所述绝对位置传感器 适于提供指示曲柄的角位置的数据，并且方法的步骤（a)包括步骤：c)将传感器数据转化 成角速度数据。
[0039] 例如，如果传感器数据是绝对或相对位置信息，则速度数据可以计算为传感器数 据的时间导数。例如，如果传感器数据是当曲柄经过预定位置时的时间戳，则（尽管平均） 角速度可以基于两个相继的时间戳之间的时间差来计算。
[0040] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括相对位置传感器，所述相对位置传感器 适于提 供指示曲柄的相对角位置的数据，并且方法的步骤（a)包括以下步骤：c)将传感器 数据转化成角速度数据；d)确定角速度数据中的压缩区；e)将与压缩区的结束相对应的时 间确定为起始时间。
[0041] 在方法的实施例中，至少一个传感器包括速度传感器，所述速度传感器适于提供 指示曲柄的角速度的数据，并且方法的步骤（a)包括步骤：d)确定角速度数据中的压缩区； e) 将与压缩区的结束相对应的时间确定为起始时间。
[0042] 在第三方面，本发明提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品当在处理系 统上执行时提供用于执行上述方法中的任一个方法的指令。
[0043] 在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。来自从 属权利要求的特征可以根据需要而不仅仅如权利要求书中所明确阐述的那样与独立权利 要求的特征结合以及与其它从属权利要求的特征结合。
[0044] 本发明的这些和其它方面将参照以下将说明的一个或多个实施例而变得显而易 见并且被阐明。
【附图说明】
[0045] 将借助以下附图进一步阐明本发明，其中：
[0046] 图1是根据现有技术的经典的牵引车和可拖拉的打包机的侧视图；
[0047] 图2是图1的打包机的一部分的放大图，其中，曲柄处于对于起动而言不适宜的位 置E中；
[0048] 图3是图1的打包机的一部分的放大图，其中，曲柄处于对于起动而言适宜的位置 C中；
[0049] 图4示出在起动时空打包机的飞轮的转动速度和相对应的动能的示例；
[0050] 图5是如可以在侧视图中所示的根据本发明的实施例的打包机中使用的、飞轮和 制动盘组件的实施例的不意图；
[0051] 图6是图5的飞轮和制动盘组件的前视图，还示出制动衬块的位置；
[0052] 图7和图8是包括变速箱和安装在变速箱的输入轴上的飞轮在内的变速箱组件以 及安装到飞轮的制动盘和安装到变速箱的制动钳的实施例的等距视图；
[0053] 图9是包括牵引车（右）和打包机（左）的系统的示意图，打包机包括制动控制 器，所述制动控制器用于使飞轮以根据本发明的实施例的可控方式停止；
[0054] 图10示出曲柄的运动的图示，其指示有根据如可以在本发明的实施例中使用的 打包机的数学模型的摩擦区和压缩区；
[0055] 图11示出在飞轮的制动激活期间曲柄从角位置Θ 1运动到角位置Θ 2的图示；
[0056] 图12示出用于根据本发明的实施例的、具有位置传感器和速度传感器的打包机 的可控的制动作用的示例；图12(a)示出随时间的变化的曲柄角速度，图12(b)示出随时间 的变化的曲柄角位置，图12(c)示出用于使曲柄停在预定的发动位置范围内而施加的制动 力；
[0057] 图13示出图12的一部分的放大图；
[0058] 图14示出用于根据本发明的实施例的、具有接近传感器的打包机的可控的制动 作用的示例；图14(a)示出计算出的曲柄角速度，图14(b)示出随时间的变化的曲柄的角位 置，图14(c)示出用于使曲柄停在预定的发动位置范围内而施加的制动力；
[0059] 图15示出用于根据本发明的实施例的、仅具有速度传感器的打包机的可控的制 动作用的示例；图15 (a)示出曲柄角速度，图15 (b)示出用于使曲柄停在预定的发动位置范 围内而施加的制动力；
[0060] 图16示出图15的一部分的放大图；
[0061] 图17示出处理系统，所述处理系统包括用于执行根据本发明的实施例的方法的 方面的指令。
[0062] 附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了例示的目的，元件中的某些的尺 寸可以被夸张，而不按比例绘制。
[0063] 权利要求中的任何附图标记应当不解释为限制本发明的范围。
[0064] 在不同的附图中，相同的附图标记指示相同的或类似的元件。
【具体实施方式】
[0065] 将参照特定的实施例和参照某些【附图说明】本发明，但是本发明不限于此，而是仅 由权利要求限制。所述的附图仅是示意性的而非限制性的。在附图中，为了示出的目的，元 件中的某些的尺寸可以被夸张，而不按比例绘制。尺寸和相对尺寸不与本发明的实践的实 际减小相对应。
[0066] 此外，在本说明书和权利要求书中，术语第一、第二和类似术语用于在类似的元件 之间进行区分，而不必用于说明时间上、空间上、等级上或任何其它方式的顺序。将应理解， 如此使用的术语可在适当的情况下互换，并且本文所述的本发明的实施例能够以除了本文 所述的或所示的顺序以外的其它顺序操作。
[0067] 此外，在本说明书和权利要求书中，术语上方、下方和类似术语用于说明的目的， 而不必用于说明相对的位置。将应理解，如此使用的术语可在适当的情况下互换，并且本文 所述的本发明的实施例能够以除了本文所述的或所示的取向以外的其它取向操作。
[0068] 将应注意到，在权利要求中所使用的术语"包括"应当不解释为被限制为以后列举 的装置；该术语不排斥其它元件或步骤。因而，该术语被解释为具体说明存在有如所涉及到 的阐述的特征、整体、步骤或部件，但是不排除存在有或添加有一个或多个其它特征、整体、 步骤或部件或它们的组。因而，表述"包括装置A和B在内的设备"的范围应当不限于仅由 部件A和B构成的设备。这意味着，相对于本发明，设备的仅相关的部件是A和B。
[0069] 贯穿本说明书，涉及的"一个实施例"或"实施例"意味着，参照所述实施例说明的 特定特征、结构或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书，在各个 地方出现的短语"在一个实施例"或"在实施例中"不必全部涉及到但是可以涉及到同一个 实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以如本领域的技术人员将从本公开显而易见的任 何适当的方式组合在一个或多个实施例中。
[0070] 类似地，将应理解，在本发明的示例性实施例的说明中，本发明的各种特征有时在 本发明的单个实施例、附图或说明中被分组在一起，用于使本公开流畅和帮助理解本发明 的各种方面中的一个或多个的目的。然而，本公开的方法不解释为反映以下意向，即，所要 求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确陈述的特征更多的特征。而是，如以下权利 要求所反映的，本发明的方面表现出少于以上公开的单个实施例的所有特征。因而，遵循详 细说明书的权利要求书由此被明确地合并到该详细的说明书中，每项权利要求都自身立足 于本发明的单独的实施例。
[0071] 此外，如本领域的技术人员将应理解，虽然本文所述的某些实施例包括在其它实 施例中所包含的某些特征而非其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明 的范围内，并且形成不同的实施例。例如，在以下权利要求书中，所要求保护的实施例中的 任一个可以以任何组合使用。
[0072] 在本文提供的说明中，阐述了多个具体的细节。然而，将应理解，本发明的实施例 可以在没有这些具体的细节的情况下实行。在其它实例中，还没有详细地示出公知的方法、 结构和技术，以便不模糊本说明书的理解。
[0073] 在本发明的实施例中参照打包机的输入轴或飞轮或曲柄的"正常方向"或"向前方 向"的情况下，涉及到在方包的正常生产期间的飞轮的转动方向。
[0074] 在本发明的实施例中参照"打包机的正常操作"的情况下，打包机的状态意味着飞 轮转动以用于生产方包。
[0075] 在本发明的实施例中参照打包机的输入轴或飞轮或曲柄的"反转方向"或"向后方 向"的情况下，涉及到与正常方向相反的转动方向。
[0076] 在本发明的实施例中参照"对农作物物料冲击的柱塞"的情况下，涉及到当由压缩 的农作物物料施加在柱塞上的反作用力高于某一阈值例如高于25kN时的时刻。
[0077] 在本发明的实施例中参照"高密度方包"的情况下，意味着参照具有高于约100kg/ m3例如高于190kg/m3的密度的方包。
[0078] 在本发明的实施例中参照"盘式制动器"的情况下，参照用于在轮运动的同时使轮 的转动减慢或停止的设备。在该应用中，参照制动钳类型的盘式制动器以及制动鼓类型的 盘式制动器。制动钳类型的盘式制动器包括制动盘和制动钳，制动钳包括两个制动衬块，所 述两个制动衬块待被加压到制动盘的两侧。
[0079] 在本技术领域中已知可以经由牵引车PTO拖拉和供以动力的类型的农业打包机。 参照附图，图1示出农业打包机70的示例，所述农业打包机70包括框架25,所述框架25配 备有向前延伸的舌状物26,所述舌状物26在其前端处具有钩套装置（未示出），用于将打 包机70联接到拖拉的牵引车17。随着打包机70在场地上行进，捡拾组件27例如在被牵引 车拉动的同时将成排的农作物物料从场地提升起来，并且将成排的农作物物料输送到向后 且向上弯曲的装料形成进料器导管28的前端中。导管28在其上端部处与高架的前后延伸 的打包室80连通，在所述打包室80中通过循环操作的填充机构29装载农作物物料。连续 操作的包装机构24在进料器导管28的下前端处将物料连续地进给和包装到导管28中，从 而促使农作物物料的装料在导管28被填充机构29定期接合和向上插入打包室80中之前 占据和呈现导管28的内部构造。包装机构24可以由转子机构代替，所述转子机构也将物 料连续地进给和包装到导管28中。进料器导管28可以配备有用于判定是否已经形成完整 的装料和用于响应于此来操作填充机构29的装置（未示出）。填充机构29的每次作用都 将农作物物料的"装料"或"薄片"从导管28引入室80中。
[0080] 柱塞13在打包室80内至少在打包室80的第一部件内沿着前后方向往复运动。经 由进料器导管28进给的生物量由此被压紧，例如，被压缩或另外被处理，从而在农业打包 机70的上述操作中形成方包。形成了也已知为"矩形方包"的长方体形方包。所形成的方 包可以继而通过柱塞13的往复运动向前运动以沿着打包室80朝向卸料口串联地和递增地 移动，由此方包可以最终被驱逐出。打包机70还可以包括诸如打结器机构的部件，所述打 结器机构用于用例如麻线或类似的线性物体自动地系住完成的方包以使其自支撑，例如， 用于航运和储存。一旦被系住，则方包从打包室80的卸料口排放到具有溜槽形式的排放部 31，用于在地面水平附近温柔地降下方包，所述溜槽总体上由31指示。
[0081] 用于生产高密度方包的大型打包机70尤其矩形打包机70具有飞轮2,所述飞轮2 具有较大的直径（例如，在75cm至130cm的范围内，例如，IlOcm)和较重的重量（例如，在 300kg至1000 kg的范围内，例如，700kg)，用于获得较高的惯性质量和能量当量。当一个场 地的所有农作物物料被压紧成方包时，打包机70例如通过脱离或禁用牵引车PTO而暂时停 止，使得飞轮2将减慢，直到飞轮2停止为止，并且诸如捡拾的相关功能和/或包装机构和 /或填充机构随同飞轮2 -起不起作用。打包机70继而进入另一个场地，通常此时仍然有 某些农作物物料留在打包室80中。当打包机70到达待收割的下一个场地时，打包机70需 要再次起动，但是已经发现，尤其就具有较大且较重的飞轮2的大型打包机70而言，由于飞 轮2的较高惯性，会出现问题，尤其当仍然有某些农作物物料留在打包室80中时，这可以是 由于打包机70在不同场地之间没有一直被清空的情况。
[0082] 本发明人已经发现，当飞轮2不"幸免于"第一次柱塞冲击时，即，当柱塞13在打 包室80中的农作物物料的第一次压缩期间在起动之后立刻停转而不能完成整个第一次柱 塞循环时，出现起动问题。在图2中示出这种 起动位置的示例，其示出曲柄6和柱塞13恰 好在打包机70起动之前的初始状态。在图2的示例中，曲柄6位于相对于当柱塞13处于 其打包室80内的远侧位置8时曲柄6将呈现的位置成大约45°的角距离Θ 1处。当打包 机70从曲柄6和柱塞13的该初始状态起动时，在柱塞13冲击或到达农作物物料18例如 打包室80中的秸杆之前，飞轮2不能获得足够的速度和能量，并且牵引车发动机停转或安 全机构从牵引车发动机脱开PTO 15,导致打包机70发生起动故障。
[0083] 在测试期间，本发明人也注意到，当关停打包机70而使其自由地减慢时，飞轮2和 曲柄6趋向于自动地转动到不适宜的状态，例如，因为作用在较重曲柄臂6上的重力，接近 于分别与约90°或约45°的角Θ 1相对应的图2中的曲柄位置A或E。
[0084] 本发明人还发现，当打包机70从适宜的曲柄位置例如图3中的曲柄位置C起动 时，已经发现，打包机70的起动从不失败。在图3的位置C中，曲柄6示出相对于在使飞轮 2沿着向前方向F转动之后在柱塞13处于其打包室80内的远侧位置8之前曲柄6将呈现 的位置成约300°的角距离的角Θ 2。
[0085] 该行为被进一步研宄，并且如图4中所示，测量特定的空打包机70的飞轮2和特 定的牵引车17组合的起动行为，其中，起动有时会失败。技术人员可以容易地做出用于其 它牵引车17和打包机70组合的类似曲线，当然倘若牵引车17在最佳的条件下具有足够的 动力来起动打包机70的话。在图4的特定情况下，空打包机70在其曲柄6处于位置A的 情况下起动，但是也可以使用其它起动位置，并且测量和绘制飞轮2的角速度ω (t)，如图4 中所示。在水平轴上示出曲柄6相对于其起动位置的相对角位置Θ。在左竖直轴上示出 飞轮2的角速度ω (t)，而在右竖直轴上示出飞轮2的相对应的动能。注意到，由于变速箱 传动比，飞轮2对于每次曲柄转动而言转动多次。仅示出在起动之后的曲柄6的第一次完 全旋转，所述第一次完全旋转与飞轮2的多次旋转相对应，例如，预定次数是在从18次旋转 至28次旋转的范围内。如可以参见图4,在曲柄6已经转动超过30°之后，在起动之后的 飞轮2的动能El是约10kJ，并且飞轮2的角速度ω 1是约llOrpm。当曲柄6已经转动超 过270°时，飞轮2的动能E2是约115kJ，并且飞轮2的角速度ω2是约380rpm。确切的数 字是不重要的，但是从该示例清楚的是在第一次冲击之前打包机70具有的时间越多，角速 度越大。在图4中所示的示例中，角速度比ω 2/ω 1是约380/110 = 3. 45,但是由于动能 (对于纯转动运动而言）与角速度的平方成比例，动能比Ε2/Ε1是约115/10 = 11. 5。该示 例示出，在柱塞13第一次将农作物物料18冲击到打包室80内之前，如与从不适宜的位置 起动比较，通过从适宜的起动位置（也称为"发动位置"）起动，飞轮2的动能可以而增大了 11. 5(多于十）倍，所述适宜的起动位置例如是图3中的曲柄位置C，所述不适宜的起动位 置例如是图3中的曲柄位置Α。注意到，至少对于曲柄6的第一次旋转而言，图4中所示的 动能曲线是以角Θ基本单调地增大。因而，Θ的值越大，则在"第一次冲击"之前，g卩，在柱 塞13到达其在打包室80中的远侧位置8之前，飞轮2具有的动能将越多。
[0086] 本发明的原理是提供一种打包机70,其中，在柱塞13第一次冲击打包室80中的 农作物物料18之前，或更准确地说，在柱塞13到达其远侧位置8 (参见图3)之前，由于打 包室中的农作物物料18的量会是可变化的量并且甚至会没有量，飞轮2已经得到足够的动 能。这通过以下方式获得：并非让飞轮2在关停时通过自身减慢，在该情况下曲柄6可以停 在任何位置中，而是将可控的制动力施加到飞轮2,这使得飞轮2和曲柄6将停在预定（适 宜）的发动位置范围内。
[0087] 预定的发动位置范围被限定为从使柱塞13到达其远侧位置8的曲柄位置开始沿 着向前方向F测量有至少90°且最大360°的角距离为止的曲柄6的角位置Θ的范围， 所述范围优选地是至少120°，优选地是至少150°，优选地是至少180°，优选地是至少 210°，优选地至少240°，优选地是至少270°，优选地是至少300°。角距离位置越大，飞 轮2在柱塞冲击之前将具有的能量越多。
[0088] 通过下一次从该适宜的发动位置起动，降低或者甚至完全消除起动问题的风险， 这是因为如以上在图4中所示等到当柱塞13到达农作物物料18时，飞轮2将已经得到足 够的动能来压缩农作物物料18和继续转动，换言之，飞轮2已经"幸免于"第一冲击。在第 一次压缩期间，飞轮2将损失其动能的一部分（例如，依据打包室80中的农作物物料18的 量和状态，损失的动能在0至75kJ的量级），但是由于从预定的发动位置起动，不论在第一 次压缩期间的能量损失如何，将保持足够量的动能，使得飞轮2将继续转动。飞轮2将典型 地在第一次压缩期间减速，直到当柱塞13已经达到其远侧位置8时的时刻为止，并且继而 飞轮2将再次加速以增加其用于下一次压缩的动能。由于曲柄6在第二次压缩之前已经几 乎完全旋转，曲柄6不但将恢复在第一次冲击期间的能量损失，而且将进一步加速等，并且 曲柄6在下一次旋转期间继续加速，直到飞轮2已经达到其公称速度（例如，1000 rpm)为 止。
[0089] 为了使飞轮2和曲柄6停在预定的发动位置范围内，打包机70被添加有制动系统 (例如，盘式制动系统40)以用于使飞轮2停止，并且添加有制动控制系统47以用于施加适 当的制动力。盘式制动器40可以以任何已知的方式被促动，例如，机械地、液压地、气动地 或电磁地被促动。
[0090] 在下文中，将参照图5至图9说明飞轮制动系统的第一示例。然后，将通过图10 和图11示出和说明打包机70在关停期间的动力学行为的数学模型。最后，将通过图12至 图16示出和说明某些实际的示例。
[0091] 飞轮盘式制动器布置：
[0092] 在图5和图6中示意性地示出飞轮和盘式制动器布置的示例。图5中所示的盘式 制动系统40是制动钳类型的盘式制动器。该制动钳类型的盘式制动器包括制动盘41和制 动钳51，所述制动钳51包括两个盘爪42,每个爪都具有制动衬块58,用于接触制动盘41的 侧面。盘式制动系统40在本技术领域中是公知的，并且因此在此不必进一步说明。也可以 使用其它类型的盘式制动器，例如，制动鼓类型的盘式制动器。注意到，图5和图6仅是示 意图，这些图未按比例绘制，而是仅示出本发明的原理。图7和图8示出变速箱组件的示例 的3D-CAD制图，所述变速箱组件包括变速箱46、飞轮2、安装到飞轮2的制动盘41和安装 到变速箱46的制动钳51，所述制动钳51布置成用于与制动盘41接合。制动钳类型的盘式 制动系统40具有以下优点，即，因为制动力与通过制动系统例如通过制动伺服装置放置在 制动衬块58上的压力成比例，可以更好地控制制动。图9是打包机70的示意图，所述打包 机70包括图5的飞轮和盘式制动器布置和制动控制器47。用于制动的命令可以通过本地 输入设备44或任选地通过连接到牵引车控制器14的远程输入设备45给出，所述牵引车控 制器14可连接到制动控制器47。在图9的示例中的制动钳51是经由液压管线54和控制 阀53流体地联接到打包机70的液压系统49的液压制动钳。可以包括两个或更多个活塞 的制动钳51也称为"多活塞"。制动力可经由控制阀53调节，所述控制阀53通过制动控制 器47控制，所述制动控制器47可以是集成的打包机控制器（未示出）的一部分。制动控 制器47可以例如是电子控制器，其适于使制动钳51在预定的制动力下起作用或不起作用， 所述预定的制动力可以是恒力或变力。连接到制动控制器47的还有至少一个传感器43， 其用于确定打包机70的参数，例如，曲柄6的角速度、飞轮2的角速度、曲柄6的角位置、飞 轮2的角位置、柱塞13的位置、柱塞13的速度。至少一个传感器43也可以是接近传感器， 例如，磁性传感器或感应传感器或IR传感器，用于感测何时曲柄6或柱塞13经过预定的位 置。
[0093] 数学模型：
[0094] 打包机70在关停期间的动力学行为可以借助数学公式说明，所述数学公式可以 被制动控制器47使用，用于预测打包机70的行为，以便确定用于开始制动的合适制动力和 /或合适时间，使得打包机70开始停在预定的发动位置范围内。当打包机70从牵引车PTO 15断开并且自由地运行时，能量不注入打包机70中，并且在打包机70减慢的同时可将以下 表达能量守恒的公式应用于打包机70 :
[0095] E动能+E压缩+E雜+E制动=常数（1)
[0096] 当不施加制动时
[0097] 首先考虑到不施加制动的情况，从而假定Eftra= 0。如图10中所示，在曲柄6的每 次转动中，最初存在于系统中（主要存在于飞轮2中）的动能Eaig的一部分通过打包室80 中的农作物物料18的压缩被转化成热，并且另一部分通过摩擦转化成热，它们分别指示为 Emt!和Ewf。通过在两个时间实例处推定公式（1)，其中，曲柄6已经完成一次全转动，并且 假定在第一角度范围内（例如，从90°至0° )发生压缩和假定在第二角度范围内（例如， 从360°至90° )发生摩擦，则公式⑴变成：
[0098] Δ E动能=E压缩+E摩擦 ⑵
[0099] 该公式可以分成两个部分：
[0100] ΛE动能I = E压缩 （3)，（对于在90°至0°的范围内的Θ而言）
[0101] ΔΕ动能2 = E雜 （4)，（对于在36〇°至9〇°的范围内的Θ而言）
[0102] 通过进一步假定打包机70的所有运动部件（例如，飞轮2、变速箱46、轴3、曲柄6、 柱塞13,等等）的惯性在以与曲柄相同的速度转动的假想飞轮中被集中，我们可以这样写：
[0103] E动能（t) = kl · ω2(?) (5)
[0104] kl是用于特定的打包机70的常数，并且可以经实验确定，
[0105] ω (t)是曲柄（和假想飞轮的）的角速度，并且等于曲柄角的时间导数，ω (t)= d Θ ⑴ /dt〇
[0106] 数学模型进一步基于以下假设，即，经过每个循环的压缩能和摩擦能都可以通过 以下公式被近似得到：
[0107] E压缩=k21+k22 · ω (tQ) (6)，tQ是压缩开始的时间，
[0108] E摩擦=k31+k32 · ω U1) (7)，心是压缩结束的时间，
[0109] k21和k22是与打包室80中的农作物物料18的量和可压缩性有关的系数，这些系 数会连续地改变，但是假定仅缓慢地改变，以便使上一次转动的系数可以用于推定出用于 下一次转动的压缩能Ems。在执行每次压缩之后，系数可以被更新以用于接下来的预测。
[0110] k31和k32是与打包机70的摩擦有关的系数，这些系数依据打包机70的磨损而假 定具有非常大的时间常数（例如，周、月、年）。
[0111] -旦这些系数已知（例如，经实验确定），可以通过使用这些公式预测在下一次曲 柄转动中将损失多少动能。更具体地，可以计算是否留下足够的动能来用于"幸免于"下一 次转动。
[0112] 当施加制动时
[0113] 当从时间L开始到时间12为止向飞轮2施加制动力Fwa⑴时，由于制动力而转 化成热的动能Eaig等于：
[0114]
[0115] k4是与制动系统有关的常数，并且可以经实验确定。Fftra (t)是施加到制动盘41 的制动力，F制动（t)可以是常数，或会随时间而改变。
[0116] 由于公式 是相当抽象的，接下来将说明两个简化的示例，以便得以对制动方法更 深刻理解。
[0117] a)打包机在较短时间段内使用恒定制动力Fl略微降低速度：
[0118] 如果Fftra (t)是常力F1，并且在从时间tl开始至时间t2为止的较短时间段内施 加该力，飞轮2的速度ω略有降低，但是没有开始停止。假定W(t)可以在tl和t2之间 通过平均角速度而被近似得到，则公式（8)变成：
[0119]
[0120] 从公式（9)可以看到，在该情况下制动能Eftra与制动力Fl成比例、与制动时间At =t2-tl成比例并且与平均角速度.S成比例。
[0121] b)打包机使用恒定制动力F2而停止：
[0122] 如果(t)是在飞轮2已经停止之前施加到盘式制动系统40的常力F2,假定摩 擦能Ewf相对于制动能Eftra是可忽略的，并且假定在制动期间不发生压缩（例如，通过使制 动仅在从约360°至约90°的角范围内起作用），则《(t)可以通过以下近似得到：
[0123] ω (t) = ( ω〇-α · t) (l〇a)，ω〇是恰好在制动之如的角速度，
[0124] α = ω 〇/ Δ t (IOb)，α是恒定减速度，Δ t是所需的时间。
[0125] 在公式⑶中满足该表达式，并且使用（10b)，得出：
[0126] E制动=k4 · F2 · [ω0 · (t2_tl)_a · (t2_tl)2/2]，
[0127] E制动=k4 · F2 · ω 〇 · [ Δ t- Δ t/2]，或
[0128] E制动=k4 · F2 · ω〇 · Δ t/2 (11)
[0129] 由于在该情况下飞轮2的总动能Eaig将通过制动而转化成热，Eftra也等于在开始 制动如的动能，从而：
[0130] E 制动=1?1·ω〇2 (12)，
[0131] 该公式示出，制动能与At无关，并且从而对于有力且短促的制动以及柔和且较 久的制动而g是相同的。
[0132] 通过将（11)拟合到（I2)，得出：
[0133] k4 · F2 · ω〇 · At/2 = kl · ω〇2 (13)，或
[0134] F2 · At = (2 · kl/k4) · ω〇 (14)
[0135] 从等式（14)可以看到，对于常力F2而言，φ恸时间At与恰好在制动之前的初始 角速度Otl成比例。因而，为了保持制动时间At较小，有利的是从较小的ω ^例如尽可能 低的Oci开始制动。
[0136] 还可以看到，对于给定的速度％而言，制动时间At可以通过选择较大F2而减 小，这是由于At遵循（14):
[0137] At = (2 · kl/k4) · 〇0/F2 (15)
[0138] 其中，At可以通过选择足够大的制动力F2而是根据需要那么小。
[0139] 在该时间段At期间，曲柄6将转动经过等于由公式（10)所给出的整数的角度， 即，制动角Θ Mg3 = ω〇 · (At/2)，该公式与公式（15)结合而得出：
[0140] Θ 制动=ω〇 · (kl/k4) · 〇〇/F2,或
[0141] Θ 制动=(ω。2 · klV(k4 · F2) (16)
[0142] 从公式（16)可以看到，对于任何初始速度％而言，力F2可以被选择成使得制动 角可以是根据需要那么小。这证明了能够使曲柄6停在任何所需位置中，从而也停在 预定的发动位置范围内。例如，在本发明的实施例中，在压缩之后立即开始制动，即，当曲柄 6处于角位置360°中时立即开始制动，这与柱塞13处于其远侧位置8中相对应，但是本发 明不限于此，也可以选择用于开始制动的其它曲柄位置，例如，350°、340°，等等，而且在 柱塞13已经达到其远侧位置之前，例如，10°、20°，等等。
[0143] 图11示出这样的示例，即，其中，F2和ω。选择成使得Θ = 90° (参见公式 16)，并且其中，当曲柄6处于θ1= 340°的角位置中时开始制动，以便使曲柄6将在Θ 2 = 250°处停止，所述曲柄位置也是用于下一次打包机起动的曲柄位置。这仅是示例，并且可 以选择其它值。
[0144] 在以上说明中，恒定的制动力Fl和F2用于进一步解出公式，以便使公式可以被容 易地理解，但是并非绝对必要的是制动力F制动是常力。因而，在实践中，制动力F制动可以例 如以步进的方式（通过在两个或更多个常力之间选择）或以分段线性的方式或根据更加复 杂的函数（例如，非线性斜坡函数）而随时间改变。
[0145] 还注意到，在以上说明中，制动作用不与压缩作用同时发生以便简化公式，但是也 并非绝对要求这样。因而，在实践中，也可以在压缩期间发生制动作用。现在将通过附图示 出并且更加详细地说明若干实施例。
[0146] 示例 1 :
[0147] 在第一示例中，打包机70包括：第一传感器43a (参见图9)，其用于随时间的变化 测量角速度ω :ω (t)，例如，转速计或速度传感器；和第二传感器43b，其用于随时间的变 化测量曲柄的角位移：Θ (t)。第一传感器43a和第二传感器43b不必位于曲柄6自身上， 而是也可以位于例如与曲柄6同步运行的飞轮2上或轴3上。在该情况下，诸如轴3的角 位置Θ或角速度ω的传感器信号可以通过应用倍增因数N而被容易地转化成曲柄6的角 位置和角速度，所述倍增因数N是轴3的转速与曲柄6的转速的比。图12和图13示出曲 柄的角速度ω (t)和角位置Θ (t)随时间的图表。
[0148] 在该示例中，传感器43提供连续时间信号ω⑴和Θ⑴。在时间h之前，打包 机70被积极地驱动以用于生产方包，并且曲柄转动速度是基本恒定的并且等于Oci，例如， 约43rpm(与飞轮2的1000 rpm相对应），参见图12(a)。
[0149] 实际上，曲柄角速度不是真正的常数，而是周期性地减小，例如，在打包室80中的 农作物物料18的每次压缩（例如，当曲柄6介于90°和0°之间时）期间以2. 5rpm(与用 于飞轮2的约60rpm的下降相对应）减小，并且曲柄角速度再次通过牵引车PTO(例如，当 曲柄介于360°与90°之间时）增大，如在图12(a)的细节A中所示。
[0150] 当打包机70在时间tQ处例如通过与牵引车PTO断开而关停（图12)时，打包机 70的运动部件（例如，飞轮2、变速箱46、轴3、曲柄6、柱塞13,等等）开始减慢，但是在打包 机70已经完全停止之前，曲柄6将仍然执行若干次旋转，柱塞13将仍然执行若干次压缩。 在农作物物料18的每次压缩期间，可以看到角速度的下降Λ ω。速度降低Λ ω典型地随 着速度ω自身减小而增大。在这些由于压缩所引起的速度降低之间，角速度例如由于摩擦 也逐渐地降低，如在图12 (a)的细节B中所示，其中由于压缩所引起的速度降低是相当剧烈 的。片刻后，曲柄6的角速度将在时间tl处减小到ω 1，参见图13。
[0151] 图13示出图12的右部分的放大部分。考虑到曲柄在tl和t3之间的一个完全转 动，由此Θ从360°变成90°并且继而进一步变成0°，并且其中，相对应的速度降低由于 摩擦而从ω 1变成ω 2并且由于压缩而从ω 2变成ω 3。在tl和t2之间损失的摩擦能E 摩擦可以从公式（4)和公式（5)计算为：E摩擦tl_t2 = kl · (ω /-ω/)，并且在t3和t4之间的 摩擦能可以以类似的方式计算为：EwftM4= kl · (ω 32-ω42)。通过将公式（6)拟合到这些 计算出的值，可以继而计算系数k31和k32,并且在每个时间段（即，每个曲柄旋转）中可以 更新系数k31和k32。或者，这些系数可以是预定的常数，它们可以从诸如闪存的非易失性 存储器重新取回并且不被更新。在实施例中，k32可以假定等于零。
[0152] 对于在时间段t2_t3中压缩农作物物料18所需的能量可以以类似的方式从公式 (3)和公式（5)计算为：E摩擦t2_t3 = kl · (ω 22-ω32)，并且在t4和t5之间的压缩能可以计 算为疋雜^5=1^1*(?42-?52)，等等。通过将公式（4)拟合到所测量到的值，可以计算系 数k21和k22,并且任选地在每个时间段中更新系数k21和k22。实际上，这些系数对于连 贯的旋转将不显著地改变（例如，因为仅少量的农作物被添加在打包室中），或换言之，上 一次旋转的压缩能是对下一次旋转所需的压缩能的较好推定，这可以用于预测用于接下来 的时间段（即，曲柄转动）的相对应的角速度损失。
[0153] 现在，为了使曲柄6停在预定的发动位置范围内，例如，为了使曲柄6停在270°至 360°的范围内，制动控制器47执行以下算法：对于每次旋转而言至少检查一次打包机70 是否仍然具有足够的动能以用于"幸免于"下一次旋转。临界时刻是打包机70的动能EaIg变得小于或等于对于下一次旋转所需的压缩能Ems和摩擦能Ewf的总和。如果打包机70 不是故意地停下来，则打包机70将在下一次旋转期间停转，在此称为"临界旋转"。在打包 机仍然具有足够动能的同时并且在打包机仍然能够停在预定的发动位置中的同时，该算法 通过制动而避免上述状况。例如，制动控制器47可以在打包机70自由地运行的同时监测 速度，直到在"临界旋转"之前的一次旋转但是最后一次旋转为止，并且制动控制器47继而 施加制动，例如，当曲柄6超过360°位置时。然而，如果制动力可以被准确地控制（在幅度 和/或时间方面），则能够使用合适的制动力在其它曲柄角度下开始制动。
[0154] 在示例中，制动力是恒定的并且等于F2,而且仅当曲柄6已经达到预定的角位置 例如如图13(b)中的黑圆圈所指示的270°时，开始施加制动力。在曲柄减速时，曲柄依据 恰好在制动之前的速度（在该情况下略小于ω 5)并且依据力F2将在时间段At期间略微 进一步转动。在该示例中，力F2被选择成足够大以用于使打包机70停在如图13(b)中的 黑方块所指示的约200°的角位置中。
[0155] 注意到，当曲柄在270°处时激活制动仅是示例，（为了说明的目的而选择，以便 使t6不与t5 -致），但是考虑到在完全停止之前在制动期间所需的角度Θ ，也可以使 用用于开始制动的其它角度，例如，280°、290°、300°、310°、320°、330°、340°或甚至 更高。在F2和ω。使得Θ _= 90°的图11的示例中，将意味着，当在曲柄角340°处开 始制动时，曲柄将停在340° - 90° = 250°处。
[0156] 或者，甚至可以在比340°例如早了 30°的角度处更好地开始制动，从而使制动 与压缩局部地同时发生。假定相同的90°，则这将意味着，曲柄将停在30° - 90。+360。= 300。处。
[0157] 在又一个可替代方案中，制动控制器47也可以决定使打包机70停在"临界旋转" 之前的第二次旋转处。在该情况下，将由制动系统消散的热越多（参见公式12)，除非制动 力增大以外，将需要的制动角越大。在图13(b)中示出示例，其中，120°，在 曲柄位置360° (由黑三角指示）处开始制动，并且曲柄6停在360° -120° = 240° (由 黑菱形指示）。在图13(a)中用虚线示出相对应的角速度降低。
[0158] 注意到，在图13(c)的示例中制动力Fwa在时间实例t6之前假定为零（即，不施 加制动），但是并非绝对要求这样。并非让打包机70在时间h处从其初始速度开始到打包 机70的动能已经（几乎）达到其等于（E摩擦+E压缩）的临 界值为止自由地运行，如以上所解 释，而是允许例如在时间实例tl之前更早地施加制动力Fl (或F2)，如在图12 (c)中用虚线 指示。然而，该任选的额外制动作用将不使打包机70减慢太快，即，动能应当保持在临界值 以上。例如，通过在监测角速度的同时施加常力F1，并且通过当角速度已经达到远远高于临 界值ωΜΛ (阈值速度）的某一值以幸免于最后一次转动时释放制动力，本领域的技术人员 可以选择合适的制动力Fl和/或合适的制动时间段以避免该状况。
[0159] 示例 2 :
[0160] 在示例1的变型中，并非计算上一次旋转的Ewf和Eral和预测用于下一次旋转的E 和Erat以及检查打包机是否仍然具有足够大的动能以用于幸免于下一次旋转，而是算法 可以将动能与预定阈值能E_比较。例如，在最坏的农作物条件下，任选地通过考虑到安全 裕度，可以在特定打包机70的测试和校准期间确定该阈值能的值。注意到，根据公式（5)， 检查动能Eaig是否小于或等于预定阈值Ewtt，这等效于检查角速度ω是否小于或等于预定 阈值ω阈值。注意到，考虑到用于k21、k22、k31、k32和开始制动时的ω的实际值，该E阈值 的值也可以从公式（6)和公式（7)计算。示例2的算法将让打包机70逐渐地减慢，直到角 速度ω⑴已经达到阈值速度ω_为止，然后将一直等到曲柄处于预定的角位置例如由图 13(b)的黑圆圈所指示的270°中以用于开始制动为止，并且然后将以预定的力施加制动。 至于例如1，考虑到用于9制动的值，也可以使用诸如300°、330°、360°、30°、60°的起动 角度。在示例1和示例2中的起动位置可以是固定的预定值或可以例如通过使用查阅表由 算法确定，在所述查阅表中可以依据角速度选择不同的起始角度。用于查阅表的值可以在 设计期间或在校准阶段期间被存储在存储器中。
[0161] 示例 3:
[0162] 在图14中所示的第三示例中，，打包机70包括位于曲柄角270°处的接近传感器 43,所述接近传感器43当曲柄经过270°的角位置时给出信号。制动控制器47包括处理 器，其连接到时钟单元和连接到存储器。当曲柄6第一次经过传感器43时，传感器43给出 信号，并且处理器从时钟单元获得第一时间值tl并且将该时间值存储在存储器中。当曲柄 下一次经过传感器43时，从时钟单元获得第二时间值t2,并且该时间值也被存储在存储器 中。然后，时间差计算为：
[0163] At = t2~tl
[0164] 并且（平均）角速度计算为：
[0165] ?δ=2*π/Δ?：，其中，π 是约 3. 1416
[0166] 图14给出该数据和该算法的机能的图示。图14(a)示出如通过该算法所得到的、 随着时间的变化的曲柄角速度《(t)的逐步逼近法。在时间tl之前，打包机被积极地驱 动，并且曲柄6以其标称速度Otl转动。在时间％处，打包机70例如通过与牵引车PTO 15 断开而被关停。曲柄6(以及飞轮和轴等）的角速度将逐渐地减慢。只要如此计算出的角 速度大于预定阈值ωΜΛ，这在图14中是在tl、t2、t3、…、t4、t5处的情况，就不施加制动 力。然而，当如此计算出的角速度ω小于或等于预定阈值〇^1时，这在图14中是在t6处 出现，则预定制动力F2被施加到制动系统40。在该示例中，其中，接近传感器位于270°的 曲柄位置处，在t6之后尽可能快地施加制动力F2。制动作用的开始在图14(b)由黑圆圈 指示。制动力将使打包机70的运动部件（例如，飞轮2、轴3、变速箱46、曲柄6,等等）减 慢，所述运动部件在图14(b)的示例中在如由黑方块指示的180°的曲柄角位置处完全停 止，虽然传感器43将不能核实该位置（这是由于在该示例中接近传感器仅可以检测何时曲 柄处于270°的位置附近），但是这通过设计（通过在曲柄处于270°的位置中之后立即施 加制动力F2并且已知曲柄的角速度低于，将保证停止转动）保证。清楚的是，制动力 F2越大，打包机70的运动部件的惯性越小，打包机70将越早完全停止。本领域的技术人 员可以依据打包机70的特征例如通过设计、通过常规测试、通过计算（参见上面的数学部 分）或简单地通过尝试错误法确定这种制动力F2。
[0167] 用于曲柄的角速度的阈值《"4优选地尽可能低，例如，约4. 3rpm(与用于飞轮2 的约IOOrpm相对应），用于保持制动能Efwa和制动角Θ _尽可能小，但是必须大到足以防 止打包机70将在农作物物料18压缩期间停转。换言之，阈值〇"4应当确定成使得打包机 70仍然具有足够的动能以"幸免于"包括摩擦和压缩在内的下一次完全转动，如对于示例 1和示例2所述的。该值可以经实验确定。也会考虑到安全裕度（例如，20%或30%或更 大）。
[0168] 注意到，检查角速度,?.是否小于或等于预定阈值ωΜΛ等效于检查在来自传感器 43的连续信号之间的时间差At是否大于或等于预定阈值Atiwi。使用该准则，制动控制 器47将不必计算平均角速度，而是仅必需检测何时在来自传感器43的连续信号之间的时 间差变得大于Atimi。这可以简化实施方案。
[0169] 在第三示例的变型中，传感器43可以位于另一个曲柄位置处，例如，在270°与 360°之间，例如，在280°或290°或300°或310°或320°或330°或340°或350°处。 在这些位置中的任一个中，由于曲柄角与越过其在打包室中的远侧位置8时的柱塞位置相 对应，可以在t6(即，假设满足速度已经下降到给定阈值以下的条件，当曲柄经过传感器时 的时刻）之后尽可能快地施加制动力F2。
[0170] 或者，传感器43也可以位于例如10°或20°或30°的角度或甚至会更大的角度 处，值得注意的是防止柱塞13在到达其远侧位置8之前停止。这可以通过（至少最初地） 施加足够小的力F2或通过在时间t6与施加制动力的时刻之间使用时间延迟来实现。时间 延迟可以是预定的恒定延迟，或是与角速度相对应的时间延迟，例如，时间延迟可以经由查 阅表获得，所述查阅表的值在校准阶段期间被确定。可以任选地从时间延迟减去用于执行 以上计算所需的时间。
[0171] 在另一个变型方案中，传感器可以例如定位在330°的的位置处，由公式16 使用ωΜΛ计算，并且选择330°以用于添加30°的安全裕度。在该情况下，假设满足 Λ t> Λ 的条件，将不需要时间延迟，并且可以在出现传感器信号之后尽可能快地施加制 动。
[0172] 注意到，在图14(c)中的制动力!^间假定在时间实例t6之前是零，但是并非绝对 要求这样。并非让打包机70从其初始速度Utl开始到打包机70已经（几乎）达到阈值ωw值为止自由地运行，而是允许在时间实例t6之前施加制动力Fl (或F2)，如在图14(c)中用 虚线指示。然而，与其它示例类似，该任选的额外制动作用将不使打包机70减慢太快，即， 若是减慢太快，则打包机将在压缩期间停转。同样地，可以通过在角速度ω已经下降到比 ωΜΛ大的预定第二阈值ωΜΛ2 (未示出）以下之前施加第一制动力Fl而容易地避免该情 况。本领域的技术人员可以容易地选择合适的制动力Fl和/或合适的制动时间以及合适 的弟一·阐值ω W值2。
[0173] 示例 4:
[0174] 在图15和图16中示出该示例，并且其机能与示例1和示例2相当类似，除了打包 机70将仅具有速度传感器43a而没有位置传感器43b以外。如以前，如果该传感器被安装 在曲柄6上，则传感器将直接提供（连续时间）曲线ω (t)，如果传感器被安装在例如飞轮 2上，则可以通过应用倍增因数N而获得该曲线。在第一步骤中，算法将一直等到（并且/ 或者任选地施加第一制动力Fl)动能Eaig到达阈值Ewtt (如在示例1中）为止，所述阈值E 是预定常数或在每个阶段中基于角速度差被算出，或算法将一直等到角速度已经达到阈 值ω w值（如在示例2中）为止。
[0175] 在第二步骤中，算法通过施加力Ffwa来确定用于开始制动作用的合适时间。但是 因为缺乏位置传感器，所以使用其它机制来用于确定合适的时刻。在该示例中所使用的原 理是通过观察角速度来检测压缩区zA、zC等和摩擦区zB等。确实，因为在压缩区中的角速 度《(t)的斜率明显高于在摩擦区中的角速度的斜率，所以这些区可以被容易地检测到。 这可以例如通过计算角速度的时间导数来计算。由于总是在基本相同的曲柄角位置处发生 压缩（参见图10)，曲柄的角位置可以从角速度曲线导出。因而，在第二步骤中，算法将一直 等到经过压缩区（即，在图16中如由黑圆圈所指示的t5之后），并且继而施加制动力，直到 打包机已经完全停止为止（在图16中如由黑方块指示）。
[0176] 在该示例的变型（图16中未示出）中，对于每个压缩区而言，算法可以确定时间 (t2-t3)和（t4-t5)等，并且在完全经过最后一个压缩区之前（即，稍微在t5之前）可以稍 微开始制动。这与例如30°或60°的曲柄位置处的开始制动相对应，如上所述。
[0177] 注意到，示例4的算法也可以根据需要在如示例1和示例2中的具有速度传感器 和位置传感器的打包机70中使用，例如，万一位置传感器将出现故障。
[0178] 应当注意到，在打包室80将是空打包室的稀有情况下，该稀有情况将仅可能在新 收获季节开始、在修理之后等当恰巧第一次使用打包机70时出现，因为在打包室80中没有 农作物物料，所以示例4的算法将不能检测到压缩区zA、zC。在这种情况下，由于对于空打 包机70而言将没有起动问题，所以算法可以安全地决定使曲柄6停在任何角位置中。
[0179] 示例 5 :
[0180] 在第五示例中，打包机70具有相对位置传感器而没有速度传感器。在这种情况 下，速度曲线ωα)可以通过确定相对位置的时间导数容易地从角位置信号导出。可以使 用与示例4相同的算法。
[0181] 示例 6 :
[0182] 在第六示例中，打包机70具有绝对位置传感器而没有速度传感器。在这种情况 下，速度曲线ω (t)可以通过确定其时间导数而从角位置信号导出，假设与示例1具有相同 的ω⑴曲线和Θ⑴曲线，从而可以使用与示例1相同的算法。或者，也可以使用与示例 4中所述的算法相同的算法。
[0183] 在以上示例中，假定根据公式16的制动角小于一次完全转动，在所述一次完 全转动中对制动力没有上限而仅有下限。但是这并非绝对要求这样，并且用于使飞轮停止 的最终制动作用也可以持续长于一次完全转动。在该情况下，为了保证曲柄6停在预定的 发动位置范围内，制动力Fftpa需要处于下限与上限之间，或制动力可以被不连续地施加而 是被中断，或者二者都可。
[0184] 本发明的上述方法实施例可以在例如图17中所示的处理系统1中实施。图17示 出处理系统1的一种配置，其包括联接到存储器子系统5的至少一个可编程处理器10,所述 存储器子系统5包括至少一种形式的存储器，例如，RAM、ROM，等等。将应注意到，处理器10 或多个处理器可以是通用处理器或专用处理器，并且可以用于包含在设备中，所述设备例 如是具有执行其它功能的其它部件的芯片。因而，本发明的一个或多个方面可以在数字电 子电路中或在计算机硬件、固件、软件或它们的组合中实施。处理系统1可以包括存储子系 统12,其具有至少一个输入端口（例如，磁盘驱动器和/或CD-ROM驱动器和/或DVD驱动 器）。在某些实施方案中，显示系统、键盘和定点设备可以被包含为用户界面子系统9的一 部分，以便为用户提供手动输入信息。也可以包括用于输出数据的端口。可以包括更多的 元件，例如，网络连接、各种设备的接口，等等，但是它们在图17中未示出。处理系统1的各 种元件可 以以各种方式联接，包括经由图17中所示的总线子系统11联接，所述总线子系统 11用于简化为单个总线，但是本领域的技术人员将应理解包括至少一个总线的系统。存储 器子系统5的存储器可以有时保持一组指令的全部或一部分（在示出为4的任一情况下）， 所述一组指令是当在处理系统1上执行时实施本文所述的方法实施例的步骤。因而，虽然 例如图17中所示的处理系统1是现有技术，但是包括用于实施用于使农业打包机70的曲 柄6停在预定位置范围内的方法方面的指令在内的系统不是现有技术，并且因此图17没有 标签为现有技术。
[0185] 本发明还包括计算机程序或计算机程序产品，所述计算机程序或计算机程序产品 当在计算设备上执行时提供根据本发明的方法中的任一方法的功能性。这种计算机程序产 品可以明白地在载体介质中实施，所述载体介质承载机器可读的代码以用于被可编程处理 器执行。因而，本发明还涉及一种承载计算机程序产品的载体介质，所述计算机程序产品当 计算装置上执行时提供用于执行如上所述的方法中的任一方法的指令。术语"载体介质"指 的是参与向用于执行的处理器提供指令的任何介质。这种介质可以采取许多形式，包括但 不限于，非易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，例如，作为大容量 存储器的一部分的存储设备。普通形式的计算机可读介质包括CD-ROM、DVD、软盘或软驱、 存储键、磁带、存储器芯片或墨盒或可供计算机读取的任何其它介质。各种形成的计算机可 读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到用于执行的处理器。计算机程 序或计算机程序产品可以被承载在电载体信号上。计算机程序产品也可以经由网络中的载 波传输，所述载波例如是LAN、WAN或因特网。传输介质可以采取声波或光波的形式，例如， 在无线电波和红外数据通讯期间所产生的那些。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，涉及 包括计算机内的总线在内的线。
[0186] 附图标记
[0187] 1处理系统
[0188] 2 飞轮
[0189] 3 轴
[0190] 4存储器
[0191] 5存储器子系统
[0192] 6 曲柄
[0193] 7附近位置
[0194] 8远侧位置
[0195] 9用户界面子系统
[0196] 10处理器
[0197] 11总线子系统
[0198] 12存储子系统
[0199] 13 柱塞
[0200] 14牵引车控制器
[0201] 15 牵引车 PTO
[0202] 17牵引车
[0203] 18农作物物料
[0204] 24包装机构
[0205] 25 框架
[0206] 26向前延伸的舌状物
[0207] 27捡拾组件
[0208] 28进料器导管
[0209] 29填充机构
[0210] 31排放部
[0211] 40制动系统
[0212] 41制动盘
[0213] 42 盘爪
[0214] 43传感器
[0215] 44 (打包机的）输入装置
[0216] 45 (牵引车的）输入装置
[0217] 46变速箱
[0218] 47制动控制器
[0219] 49液压系统
[0220] 51制动钳
[0221] 53控制阀
[0222] 54 管路
[0223] 58制动衬块
[0224] 70打包机
[0225] 80打包室
[0226] Θ角位置或角距离
[0227] E动能动力学动能
[0228] ω角速度
[0229] α角加速度
[0230] F正常/向前方向
[0231] R向后/反转方向
[0232] ζΑ压缩区A
[0233] ζΒ摩擦区B
[0234] EA区A中的能量降低
[0235] R后视图
[0236] S侧视图
[0237] F前视图
【主权项】
1. 农业打包机（70)，其包括： -用于与动力输出（15)联接的轴（3)和连接到所述轴（3)的飞轮（2); -柱塞（13)，所述柱塞经由曲柄（6)连接到所述飞轮（2)，所述柱塞（13)能够在允许在 打包室（80)中添加农作物物料的附近位置（7)与能够在打包室（80)中压缩农作物物料的 远侧位置（8)之间执行往复运动； -制动系统（40)，所述制动系统能够依据一个或多个制动控制信号提供用于使所述飞 轮⑵减速的制动力（F2); -至少一个传感器（43)，所述至少一个传感器用于提供传感器数据，所述传感器数据 指示所述打包机的至少一个运动部件； _制动控制系统（47)，所述制动控制系统连接到所述至少一个传感器（43)以用于接收 所述传感器数据，并且所述制动控制系统连接到所述制动系统（40)以用于提供所述一个 或多个制动控制信号，所述制动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法 用于确定所述一个或多个制动控制信号以用于使所述曲柄（6)停在预定的发动位置范围 内。2. 根据权利要求1所述的农业打包机（70)， 其中，所述预定的发动位置范围是从使所述柱塞（13)到达其远侧位置（8)的所述曲 柄（6)的位置开始沿着向前方向（F)设置至少90°的角距离为止的所述曲柄（6)的角位 置（0)的范围，所述角距离优选地是至少120°，更优选地是至少150°，甚至更优选地是 至少180°。3. 根据权利要求1或2所述的农业打包机（70)， 其中，提供所述算法以用于基于所述传感器数据确定用于施加所述制动力（F2)的起 始时间（t6)。4. 根据权利要求3所述的农业打包机（70)， 其中，所述传感器数据指示曲柄速度（《)和曲柄位置（0)，并且其中，所述算法能够 将当所述角速度已经降低到阈值速度（《_!)以下时的时间确定为所述起始时间（t6)，并 且其中，所述曲柄位置已经达到阈值角度（9 ??)。5. 根据权利要求4所述的农业打包机（70)， 其中，所述至少一个传感器包括位于阈值角度（0 ??)处的接近传感器， 并且其中，所述处理系统连接到时钟单元； 并且其中，所述算法能够将所述传感器数据转化成角速度（《)。6. 根据权利要求4或5所述的农业打包机（70)， 其中，所述至少一个传感器包括绝对位置传感器，所述绝对位置传感器能够提供指示 所述曲柄的角位置（0)的数据， 并且其中，所述算法能够将所述传感器数据转化成角速度（《)。7. 根据权利要求4至6中任一项所述的农业打包机（70)， 其中，所述至少一个传感器包括相对位置传感器，所述相对位置传感器能够提供指示 所述曲柄的相对角位置（0 )的数据， 并且其中，所述算法能够将所述传感器数据转化成角速度（《)， 并且其中，所述算法能够确定压缩区（zC)并且能够将与所述压缩区（zC)的结束相对 应的时间确定为所述起始时间（t6)。8. 根据权利要求4至7中任一项所述的农业打包机（70)， 其中，所述至少一个传感器包括速度传感器，所述速度传感器能够提供指示所述曲柄 的角速度（《)的数据， 并且其中，所述算法能够确定压缩区（zC)并且能够将与所述压缩区（zC)的结束相对 应的时间确定为所述起始时间（t6)。9. 用于使农业打包机（70)的曲柄（6)停在预定的发动位置范围内的方法，所述打包机 (70)包括： -轴⑶和连接到所述轴（3)的飞轮⑵； -柱塞（13)，所述柱塞经由曲柄（6)连接到所述飞轮（2)，所述柱塞（13)能够在打包室 (80)中能够添加农作物物料的附近位置（7)与在打包室（80)中压缩农作物物料的远侧位 置（8)之间执行往复运动； -制动系统（40)，所述制动系统能够依据一个或多个制动控制信号提供用于使所述飞 轮⑵减速的制动力（F2); -至少一个传感器（43)，所述至少一个传感器用于提供传感器数据，所述传感器数据 指示所述打包机（70)的至少一个运动部件； _制动控制系统（47)，所述制动控制系统连接到所述至少一个传感器（43)以用于接收 所述传感器数据，并且所述制动控制系统连接到所述制动系统（40)以用于提供所述一个 或多个制动控制信号，所述制动控制系统包括处理系统，所述处理系统设有算法，所述算法 用于提供所述一个或多个制动控制信号以用于使所述曲柄（6)停在预定的发动位置范围 内， 所述方法包括以下步骤： a) 基于所述传感器数据确定起始时间（t6); b) 在所确定的起始时间（t6)处施加制动力（F2)。10. 根据权利要求9所述的方法， 其中，所述传感器数据指示曲柄速度（《)和曲柄位置（0)，并且其中，步骤a)包括： 将当所述角速度已经降低到阈值速度以下时的时间确定为所述起始时间（比），并 且其中，所述曲柄位置处于阈值角度（9 ??)中或已经经过所述阈值角度（9 ??)。11. 根据权利要求10所述的方法， 其中，所述至少一个传感器包括位于所述阈值角度（0??)处的接近传感器，并且其 中，所述处理系统连接到时钟单元； 并且其中，所述方法的步骤（a)包括以下步骤： c) 从所述时钟单元获得时间值； d) 将所述传感器数据转化成角速度（《)。12. 根据权利要求10或11所述的方法， 其中，所述至少一个传感器包括绝对位置传感器，所述绝对位置传感器能够提供指示 所述曲柄的角位置（0)的数据， 并且其中，所述方法的步骤（a)包括以下步骤： c)将所述传感器数据转化成角速度数据（《)。13. 根据权利要求10至12中任一项所述的方法， 其中，所述至少一个传感器包括相对位置传感器，所述相对位置传感器能够提供指示 所述曲柄的相对角位置（0 )的数据， 并且其中，所述方法的步骤（a)包括以下步骤： c) 将所述传感器数据转化成角速度数据（《)， d) 确定所述角速度数据中的压缩区（zc); e) 将与所述压缩区（zc)的结束相对应的时间确定为所述起始时间（t6)。14. 根据权利要求10至13中任一项所述的方法， 其中，所述至少一个传感器包括速度传感器，所述速度传感器能够提供指示所述曲柄 的角速度（《)的数据， 并且其中，所述方法的步骤（a)包括以下步骤： d) 确定所述角速度数据中的压缩区（zc); e) 将与所述压缩区（zc)的结束相对应的时间确定为所述起始时间（t6)。15. -种计算机程序产品，所述计算机程序产品当在处理系统上执行时提供用于执行 根据权利要求9至14中的任意一项所述的方法的指令。
【专利摘要】农业打包机(70)包括：轴(3)；连接到轴(3)的飞轮(2)；经由曲柄(6)连接到飞轮(2)的柱塞(13)；制动系统(40)，其适于提供用于使飞轮(2)减速的制动力(F2)；至少一个传感器(43)，其用于提供传感器数据，所述传感器指示打包机的至少一个运动部件；和制动控制系统(47)，其包括处理系统，所述处理系统例如是处理器，所述处理器设有算法，所述算法用于基于打包机的数学模型使曲柄(6)停在预定的发动位置范围内。
【IPC分类】A01D69/10, A01F15/08, A01D69/00
【公开号】CN104883871
【申请号】CN201480003803
【发明人】X·G·J·M·邦特, S·德里克, F·德蒙, R·M·K·迪马雷, P·王德威尔德
【申请人】Cnh工业比利时股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月18日
【公告号】WO2014128100A1