ДАТЧИК ПРЕССОВАЛЬНОЙ КАМЕРЫ
BALING CHAMBER SENSOR

Настоящее изобретение относится к сельскохозяйственному пресс-подборщику. Настоящее изобретение предпочтительно относится к сельскохозяйственному пресс-подборщику для квадратных тюков, который предназначен для сбора материала сельскохозяйственных культур, собираемых после жатвы, формирования пластов сельскохозяйственного материала из собранного материала сельскохозяйственных культур и прессования из пластов квадратных тюков.
Сельскохозяйственные пресс-подборщики обычно содержат две основные части, используемые при формировании тюков и являющиеся камерой предварительного сжатия и прессовальной камерой. Материал сельскохозяйственных культур собирается и проталкивается в камеру предварительного сжатия, где формируется пласт материала сельскохозяйственных культур. Камера предварительного сжатия связана с прессовальной камерой таким образом, что пласт из материала сельскохозяйственных культур может быть периодически перемещен в прессовальную камеру. В прессовальной камере возвратно-поступательно движется плунжер, сжимая за счет этого квадратный тюк из последовательно подаваемых пластов.
Перемещение плунжера осуществляется посредством основного вала, приводимого в действие двигателем. Вследствие этого двигатель может быть частью сельскохозяйственного пресс-подборщика или частью тягача (трактор), соединенного с сельскохозяйственным пресс-подборщиком через вал отбора мощности.
Камера предварительного сжатия выполнена с возможностью приема собранного материала сельскохозяйственных культур. Для этого в камере предварительного сжатия предусмотрено входное отверстие. В камере предварительного сжатия дополнительно предусмотрено выходное отверстие в направлении прессовальной камеры. Между входным отверстием и выходным отверстием образован канал, в котором материал сельскохозяйственных культур может собираться в пласт материала сельскохозяйственных культур. Камера предварительного сжатия содержит механизм толкания пластов, выполненный для выталкивания пласта материала сельскохозяйственных культур, сформированного в камере предварительного сжатия, через выходное отверстие камеры предварительного сжатия в прессовальную камеру. Таким образом, пласт материала сельскохозяйственных культур выталкивается в прессовальную камеру, после которой плунжер может проталкивать материал сельскохозяйственных культур вперед в прессовальную камеру, таким образом, выталкивая самый последний поступивший пласт в прессовальную камеру, делая ее частью квадратного тюка.
Для выталкивания пласта в прессовальную камеру камера предварительного сжатия содержит механизм выталкивания пласта. Известны различные виды механизмов для выталкивания пластов, среди которых пальцы, захватывающие пласт сзади и выталкивающие пласт через выходное отверстие, или группу транспортерных лент, между которыми формируется пласт, и эти транспортерные ленты приводятся в действие, чтобы вытолкнуть пласт через выходное отверстие.
Синхронизация перемещения плунжера и движения выталкивания пласта осуществляется обычно посредством механической связи приводного механизма плунжера и приводного механизма выталкивании пласта. Подобная механическая связь обеспечивает надлежащую синхронизацию, поскольку механизм выталкивания пласта приводится в действие с помощью перемещения плунжера механическим путем, он не может перемещаться без синхронизации.
Недостаток известных сельскохозяйственных пресс-подборщиков заключается в том, что механизмы для определения длины тюков являются сложными и ненадежными.
В патенте США 5,783,816 показано устройство для измерения тюков, в котором используются колеса для измерения веревок, используемых в сельскохозяйственных пресс-подборщиках для обертывания тюка. Колесо для измерения включает в себя множество зубьев и используется вместе с генератором оптического луча и детектором оптического луча. Веревка оборачивается вокруг колеса и поворачивает колесо, когда она натягивается за счет перемещения тюка. Устройство по патенту США 6,708,478 регулирует длину тюка с использованием датчиков, которые определяют движение вперед и назад измерительного колеса за счет материала сельскохозяйственных культур, находящегося внутри прессовальной камеры. Кроме того, в заявке на патент Австралии 2010201429 раскрыто использование, например, оптического датчика, прикрепленного к круглому диску или колесу, которое контактирует с тюком.
Недостаток этих решений заключается в том, что для определения действительного перемещения тюка используется косвенное измерение. Поскольку сельскохозяйственные пресс-подборщики работают в экстремальных условиях (высокие и низкие температуры, высокие давления…), косвенные измерения могут быть неточными и ненадежными.
Для этого предложено настоящее изобретение в сельскохозяйственном пресс-подборщике, содержащем прессовальную камеру и камеру предварительного сжатия, при этом камера предварительного сжатия выполнена с возможностью сбора материала сельскохозяйственных культур и формирования периодическим образом пласта из упомянутого материала сельскохозяйственных культур, выталкивания пласта к прессовальной камере в первый сегмент прессовальной камеры, причем прессовальная камера содержит плунжер, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в прессовальной камере, тем самым сжимая пласты материала сельскохозяйственных культур в тюк, при этом непосредственно смежно материалу сельскохозяйственных культур в прессовальной камере предусмотрен по меньшей мере один оптический датчик длины тюка для измерения длины проходящего мимо тюка путем обнаружения поверхности материала сельскохозяйственных культур в прессовальной камере.
Оптический датчик прост для интегрирования в прессовальную камеру и доказывает свою надежность при измерении длины тюка в прессовальной камере. Оптический датчик демонстрирует только незначительное отклонение, в частности, если происходит измерение длины неровных поверхностей, что является типичным для тюка. Последовательные измерения используются, чтобы определить расстояние между изменениями поверхностей при последовательных измерениях для определения действительного расстояния, пройденного материалом сельскохозяйственных культур в прессовальной камере. Поэтому оптический датчик обеспечивает надежную производительность, и длина тюка может быть определена правильно. Кроме того, оптический датчик обычно предусматривают для работы без физического контакта с измеряемым объектом. Поскольку сельскохозяйственные пресс-подборщики работают в экстремальных условиях (высокие и низкие температуры, высокие давления …), отсутствие физического контакта подтверждает повышение надежности измерительной системы.
Предпочтительно, по меньшей мере один оптический датчик длины тюка расположен в плоскости, которая перпендикулярна плоскости внутренней стенки прессовальной камеры и на расстоянии от упомянутой плоскости внутренней стенки прессовальной камеры. Оптические датчики пригодны для измерения длины проходящего мимо предмета, например, на основе времени полета или на основе принципа Доплера. За счет размещения оптического датчика непосредственно смежно проходящему мимо тюку длина тюка может быть измерена с высокой точностью.
Оптический датчик длины тюка предпочтительно является лазерным датчиком. Лазерные датчики имеют меньшую восприимчивость к пыли. Пыль часто находится повсеместно в прессовальной камере, и эта пыль может затруднять видимость в прессовальной камере. Поскольку измерение оптическим датчиком основано на видении, видимость должна быть приемлемой. Испытания доказали, что лазерный датчик менее уязвим к воздействию пыли, и это приводит в конечном итоге к хорошему результату, даже в запыленных окружающих средах. Таким образом, в датчике предпочтительно используется технология лазерной допплеровской велосиметрии. Эта технология позволяет с высокой точностью проводить измерения длины проходящего мимо предмета, в данном случае тюка. Эта технология также подходит для применения при измерении неровных поверхностей.
В альтернативном варианте, оптический датчик длины тюка является камерой, которая снимает последовательные изображения тюка. Эти последовательные снимки затем сравниваются друг с другом для определения расстояния перемещения тюка в течение периода времени между сравниваемыми изображениями.
Прессовальная камера предпочтительно снабжена узловязальной системой, причем узловязальная система выполнена для оборачивания вокруг тюка в продольном направлении по меньшей мере одной петлей из шпагата, при этом другой из по меньшей мере одного оптического датчика длины тюка расположен на шпагате для измерения длины тюка посредством измерения длины шпагата. Когда тюк выходит из прессовальной камеры, материал сельскохозяйственных культур стремится к расширению за счет упругости материала сельскохозяйственных культур. Петля шпагата вокруг тюка ограничивает это расширение. Посредством измерения длины шпагата с помощью датчика может быть определена точная длина тюка, после того как тюк вышел из прессовальной камеры и после того как материал сельскохозяйственных культур расширился. Эта длина может значительно отклоняться от длины тюка внутри прессовальной камеры, что обусловлено расширением. Посредством измерения длины шпагата может быть с высокой точностью определена длина тюка как конечного продукта.
Обеспечение датчика для измерения длины шпагата и датчика для непосредственного измерения длины тюка позволяет определить отклонение между длиной тюка в прессовальной камере и окончательной длиной тюка. На основе этого знания процесс тюкования может быть дополнительно отрегулирован и оптимизирован.
Другой упомянутый датчик из по меньшей мере одного оптического датчика длины тюка предпочтительно содержит датчик для каждой петли шпагата, расположенный с возможностью измерения длины соответствующего шпагата. На практике вокруг одного тюка выполняют множество петлей шпагата. Эти петли выполняют в различных поперечных положениях. Путем измерения длины каждого шпагата может быть определено отклонение поперечной длины тюка. Таким образом, известна полная окончательная форма тюка. Сильное отклонение в длине разных шпагатов на тюке указывает на плохо сформированный тюк. Эта информация может быть использована для регулировки процесса.
Предпочтительно, по меньшей мере один датчик длины тюка жестко установлен на раме прессовальной камеры. Таким образом, простые и дешевые оптические датчики могут быть установлены в стратегических местах в прессовальной камере. Это обеспечивает дешевый, простой и надежный способ для измерения длины тюка.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на чертежи, иллюстрирующие некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. На чертежах:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе первого примера прессовальной камеры;
Фиг.2 представляет собой схематичный вид сверху второго примера камеры прессования тюков;
Фиг.3 представляет собой схематичный вид в перспективе третьего примера камеры прессования тюков;
Фиг.4 иллюстрирует отклонение в форме тюка по сравнению с измеренной длиной шпагата.
На чертежах одна и та же ссылочная позиция используется для одного и того же или аналогичного элемента.
На фиг.1 показана прессовальная камера для сельскохозяйственного пресс-подборщика для квадратных тюков. Прессовальная камера содержит плунжер 2, который выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения 3, за счет этого формируя и выталкивая тюк в направлении заднего конца прессовальной камеры. Прессовальная камера содержит вход, с которым соединена камера 4 предварительного сжатия, так что пласты материала сельскохозяйственных культур могут быть сформированы в камере предварительного сжатия и вытолкнуты 5 в прессовальную камеру. Первый сегмент прессовальной камеры выполнен с возможностью приема пласта материала 6 сельскохозяйственных культур. Плунжер, возвратно-поступательно перемещаясь в прессовальной камере, толкает пласт материала 6 сельскохозяйственных культур в прессовальную камеру, формируя таким образом квадратный тюк 7. Прессовальная камера дополнительно снабжена оптическими датчиками 8, 9 длины тюка.
Оптический датчик длины тюка установлен на стенке прессовальной камеры или на раме прессовальной камеры таким образом, что он находится непосредственно смежно материалу сельскохозяйственных культур в прессовальной камере при работе прессовальной камеры.
Оптический датчик тюка является датчиком, который не требует контакта с материалом сельскохозяйственных культур для осуществления измерения. Контактные датчики, такие как датчики типа звездочки, протыкают тюк, поэтому измерение зависит от плотности тюка, и этот недостаток может быть преодолен с помощью оптического датчика. Для этого датчик, содержащий оптическое средство измерения, расположен в плоскости, которая перпендикулярна внутренней стенке прессовальной камеры и находится на расстоянии от указанной плоскости. За счет этого расстояние между плоскостью датчика и плоскостью стенки прессовальной камеры зависит от рабочих характеристик датчика. Таким образом, оптический датчик обращен непосредственно на материал сельскохозяйственных культур, который перемещается внутри прессовальной камеры, чтобы отслеживать и определять действительное перемещение материала сельскохозяйственных культур внутри прессовальной камеры. Ни один из контактных оптических датчиков измерения обычно не имеет технических характеристик, которые указывали бы расстояние между измеряемым объектом и оптической поверхностью датчика. Кроме того, расширение материала сельскохозяйственных культур через отверстие, в котором расположен оптический датчик, влияет на расстояние. Обычно расстояние между оптической поверхностью датчика и плоскостью внутренней стенки прессовальной камеры составляет от 1 до 5 см, более предпочтительно около 3 см.
Оптический датчик будет обнаруживать заданную поверхность материала сельскохозяйственных культур тюка в прессовальной камере в месте расположения оптического датчика. Когда тюк проталкивается дальше в направлении заднего конца прессовальной камеры, оптический датчик будет обнаруживать некоторое количество характерных поверхностей материала из сельскохозяйственных культур. При сравнении этих последовательных входных сигналов может быть вычислено действительное расстояние, которое прошел материал сельскохозяйственных культур внутри прессовальной камеры.
В альтернативном варианте оптический датчик является камерой, которая снимает последовательные изображения тюка. Эти последовательные изображения могут быть сравнены друг с другом для определения расстояния перемещения тюка в течение периода времени между сравниваемыми изображениями. Из этой информации может быть определена скорость тюка.
На фиг.1 показаны два датчика. Первый оптический датчик 8 длины тюка предусмотрен на верхней поверхности прессовальной камеры. Второй оптический датчик 9 длины тюка расположен на нижней поверхности прессовальной камеры. Дополнительные оптические датчики могут быть предусмотрены на боковой стенке прессовальной камеры. Кроме того, расположение оптического датчика в продольном направлении пресс-подборщика может быть изменено. Например, оптический датчик может быть расположен смежно открытому концу прессовальной камеры.
На фиг.2 показан вид сверху прессовальной камеры 1. На фиг.2 показан плунжер 2 и показано, как образована верхняя стенка прессовальной камеры 1 множеством продольно продолжающихся балок. Согласно примеру, приведенному на фиг.2, предусмотрено пять балок 10. В отверстиях между смежными балками могут быть установлены оптические датчики длины тюка. На фиг.2 установлено пять датчиков 8А, 8В, 8С и 8D. Преимущество установки оптических датчиков длины тюка между смежными балками заключается в том, что положение датчиков в вертикальном направлении и в продольном направлении может быть свободно выбрано. Таким образом, может быть найдено оптимальное месторасположение для датчиков. Кроме того, наличие множества датчиков, расположенных по ширине прессовальной камеры, обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что отклонения тюка могут быть замечены на ранней стадии процесса формирования тюка. Например, когда материала сельскохозяйственных культур присутствует больше с левой стороны прессовальной камеры, чем с правой стороны, тюк будет иметь большую плотность с левой стороны прессовальной камеры. В результате длина тюка с левой стороны прессовальной камеры будет в конечном счете больше, чем длина тюка на правой стороне, за счет этого приводя в итоге к кривому тюку. Например, такое отклонение может быть определено путем измерения разницы в длине между измерениями датчиков 8а и 8d.
На фиг.3 показан дополнительный пример прессовальной камеры 1. В примере по фиг.3 верхняя стенка прессовальной камеры образована четырьмя балками 10. Между этими четырьмя балками 10 предусмотрены узловязальные системы. Для ясности узловязальные системы показаны на фиг.3 только частично. Поэтому часть, которая не имеет отношения к настоящему изобретению, не показана. Узловязальные системы выполнены с возможностью оборачивания петли шпагата в продольном направлении вокруг тюка, который формируется в прессовальной камере. Для этого каждая узловязальная система содержит механизм подачи шпагата. На фиг.3 показаны три механизма подачи шпагата, причем каждый содержит шпагат 13А, 13В, 13С и направляющую 14 для позиционирования шпагата. Оптические датчики 11А, 11В, 11С длины тюка предусмотрены на каждом шпагате 13А, 13В, 13С соответственно, для измерения длины тюка посредством измерения длины шпагата. Преимущество использования оптического датчика длины для измерения длины шпагата по отношению к другим датчикам длины заключается в том, что оптический датчик не чувствителен или по меньшей мере менее чувствителен к перенастройке. При эксплуатации в прессовальной камере шпагаты не всегда перемещаются плавно. Оптический датчик длины способен измерять правильно даже тогда, когда шпагат перемещается с высокими пиками ускорения (перемещение с толчками).
Преимущество измерения длины тюка посредством измерения длины шпагата заключается в том, что длина шпагата будет определять конечную длину тюка, когда тюк вышел из прессовальной камеры. А именно упругость материала сельскохозяйственных культур будет стремиться расширить тюк, после того как он покинул прессовальную камеру. Петли шпагата предотвращают дальнейшее расширение тюка после точки, где шпагат полностью растянут. Путем измерения множества длин шпагата по ширине тюка отклонение в форме тюка может быть обнаружено рано в процессе формирования тюка. На фиг.3 дополнительно показан оптический датчик 12, расположенный на боковой стенке прессовальной камеры.
На фиг.4 показан тюк 15, который имеет криволинейную внешнюю форму, в соответствии с которой правая сторона тюка длиннее, чем левая сторона тюка. На фиг.4 показан соответствующий график, на котором на горизонтальной оси указана ширина В тюка, а на вертикальной оси показана измеренная длина Х каждого шпагата. Таким образом, измерены четыре длины шпагата и обозначены 13АL, 13ВL, 13СL и 13DL. График показывает, как измеренная длина увеличивается, начиная от левой стороны к правой стороне. Это измерение выполнено в прессовальной камере оптическими датчиками длины тюка, как это показано на предыдущих чертежах. Результатом отклонения длины является кривой тюк 15. Поскольку длина петель шпагата 13А, 13В, 13С и 13D увеличивается слева направо, вследствие этого и длина тюка увеличивается слева направо, тем самым приводя в результате к кривому тюку. Определяя отклонение длины тюка оптическими датчиками длины тюка, оператор пресс-подборщика может вмешиваться и корректировать установки пресс-подборщика для того, чтобы противодействовать отклонению.
Предпочтительно комбинируют оптические датчики длины тюка, при этом некоторые из датчиков предусматривают для измерения длины шпагата, а другие датчики размещают для непосредственного измерения длины тюка. На основе этих измерений оператор может регулировать контроль параметров.
Оптический датчик длины тюка предпочтительно является лазерным датчиком. Лазеры известны как хорошо выдерживающие пыльную окружающую среду устройства. В лазерных датчиках предпочтительно используется технология лазерной допплеровской велосиметрии, которая представляет собой технологию использования допплеровского сдвига частоты в лазерном луче для измерения линейного или колебательного движения поверхности. Такие лазерные центры известны как надежные и точные в промышленных средах.