改进的犁 |
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申请号 | CN201380050301.9 | 申请日 | 2013-09-26 | 公开(公告)号 | CN104703458B | 公开(公告)日 | 2017-04-05 |
申请人 | AIRIS股份责任有限公司; | 发明人 | G·贝拉雷斯; | ||||
摘要 | 一种 犁 (100),该犁包括犁头(6),用于划开 土壤 ;犁板(7),连接到犁头(6),用来翻开被犁头划开的土 块 ;横梁(1),将犁头‑犁板组件连接到 机动车辆 (200);振动器组件,连接到犁板(7),以使犁头‑犁板组件振动; 力 传感器 (Ss),连接到横梁(1),以检测横梁(1)上的耕作力(σm); 控制器 (500),连接到力传感器(Ss)和振动器组件,以根据力传感器(Ss)检测到的力值控制振动器组件的振动,所述控制器(500)设置为从力传感器获得力值(σm),通过对振动器组件的控制来追踪最小力(σmin)。 | ||||||
权利要求 | 1.一种犁(100),其包括: |
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说明书全文 | 改进的犁技术领域背景技术[0004] 在农业机械化的国家,牵引是机械的,并且犁被安装到拖拉机上并固定到保持在轮子上的牵引钩(所谓的牵引犁)上。或者,总是由拖拉机拖拽,犁被固定在液压动力起落机构(所谓的悬挂犁,该悬挂犁从拖拉机上伸出,没有轮的支撑)上。悬挂犁大部分用在通常的劳作中,因为它们使得公路运输更为容易。 [0005] 当前类型的犁能够根据用于连接到机动车辆的系统类型(牵引犁、半悬挂犁和悬挂犁)、工具的类型(固定的单个或多个工具以及空转工具)和安装到每种犁的工作部件(工具)的调整和控制系统的类型而分组为不同类别。 [0006] 全部种类的犁设有一些通用的部件,根据它们的功能,这些通用的部件能够被分成三类:工作工具,例如犁刀(或刀)、凿子、犁头和犁板;连接、支撑和引导装置,例如横梁、水平杆;以及调整装置,该调整装置用来控制工作工具的填埋操作并且调整工作的深度和宽度。 [0008] 图2是图1中根据现有技术的传统的犁的放大图。 [0009] 根据现有技术的犁100包括: [0010] -犁头6,用来划开土壤, [0011] -犁板7,连接到犁头上,用来翻开犁头划开的土块, [0012] -横梁1,将犁头-犁板组件连接到机动车辆200上, [0013] 基本上,横梁1支撑整个耕作效果,该耕作效果通过用于在土壤6上工作的各个工具完成,这些工具是最易被磨损的部件。 [0014] 犁100通过调整装置而完整,该调整装置控制横梁以及全部工作工具的填埋和挖掘操作,并调整犁沟的深度和宽度。 [0015] 虽然被普遍使用,但是耕作还是有一些缺点的。 [0016] 使用现有技术的犁进行耕作在能量方面是很昂贵的操作,由于机动车辆具有必然的高燃油消耗。而且,作为划开的结果,由于在土壤中通过犁的工作部件产生的不良的犁沟,根据现有技术的耕作会在土壤表面留下大量的土块。因此,经常需要执行种子床的准备工作,从而延长了播种需要的时间,难以轮作作物,并由于反复移动犁而产生更高的燃料消耗并且使土壤结构恶化。 [0017] 已知对犁使用了振动器以消除(至少部分消除)上面提到的缺点振动。 [0019] EP1108349公开了致动装置,其包括连接到犁的框架(横梁)的偏心连杆变速器。连杆通过杆的方式连接到犁的刃上。刃安装在犁板的凹槽导轨中以滑动。以这样的方式,犁板的刃以大约7~8mm的行程,并以每分钟500~1200次的频率(振动)进行交替往复运动。犁板的刃通过连杆和杠杆被连接到犁的框架上。因此,刃的行程被固定并且在耕作过程中不能进行调节。 [0020] DE1557822公开了一种振动器,其包括一个静态平衡的偏心盘,而不是一个传递振动的偏心质体。事实上,所述振动器就像曲柄(偏心的)和连杆一样传递振荡。振荡的大小取决于偏心的偏心率的两倍,其保证围绕移动系统的支点的振荡。 [0021] 因此,万一被例如石头或更硬材料堵塞,EP1108349和DE1557822中公开的类型的犁可能会被卡住。 [0022] 公知使用具有偏心质体的振动器以至少部分地解决这些缺点。 [0023] DE2604415公开了设置在接近犁的犁头的支架上的振动器和弹性部件,该弹性部件减小振动并防止振动向拖拉机的框架传播。 [0024] GB519046公开了具有弹性部件(弹性支架)的连接到犁的框架上的犁板。偏心轴直接连接到犁板的结构上。该偏心轴被由皮带驱动的轮致动,从而使得犁板以高频率振动。该偏心轴能够被电动机或者拖拉机致动,并且能够提供在超声波范围内的振动。 [0025] 虽然它们并不具有固定的行程,但是DE2604415和GB519046中公开的具有偏心质体的振动器能够因为下面的事实而被损坏,即它们工作在预先定义的激励力下,该激励力不能够在犁的工作过程中根据被耕的土壤类型而变化。 发明内容[0026] 本发明的目的是消除现有技术的缺点,并且特别地减小使耕作成为最耗能的活动之一的燃料消耗。 [0027] 本发明的另一个目的是获得更碎的土块和轮廓更分明的犁沟,从而使准备种子床更容易。 [0028] 本发明的犁特点在于其包括至少一个振动器。 [0029] 该犁包括横梁和固定到所述横梁上的犁板,该犁板包括朝向机动车辆的前凹面和朝向相对于该前凹面相反方向的后面。该犁板包括上边缘和下边缘。 [0030] 所述振动器包括上端和下端,并且被固定到犁板的后面上。 [0031] 犁包括犁头,该犁头位于所述犁板的前部并且由于犁的向前移动而用于在土壤中水平划动,从而使该犁板抬起并翻开一条土壤。因此,该犁头必须深深穿入到土壤中,克服土壤产生的摩擦力。 [0032] 为了有助于组件在土壤中的穿入和犁板对土壤的翻开,所述振动器有利地设置在犁板的后面,接近下边缘,为了减小土壤和犁之间(特别是和保持与土壤接触更长的犁板之间)接触导致的摩擦力,保持与土壤长时间接触。 [0033] 明显地,必须进行振动的犁的部分是犁头和犁板。考虑到振动器必须保持在土壤外,为了不干扰到被工作的土地,振动器和犁的犁头之间的距离越短,振动就越有效率,由于从振动器传递给所述犁头的振动的更低的抑制。 [0034] 此外,振动器传递至犁的犁头和犁板的更高强度的振动对应于与被耕作土地分离的土壤的抑制摩擦效果。 [0035] 必须注意的是根据犁和土壤的种类的合适的振动频率有助于减少能量的浪费和燃料的消耗。 [0036] 因此,本发明的犁可以克服现有技术的缺点,以相同的能量水平,获得轮廓更分明的犁沟和犁头更深的穿入,以及更好地打碎土块。 [0037] 明显地,犁的犁头‐犁板组件为了传入、划开、抬起和翻开土壤所要克服的摩擦力越小,犁耕作所需要的能量就会越少。根据土壤的条件和类型,振动器的使用减少了耕作期间拖拉机10~30%的燃料消耗。 附图说明[0038] 为了解释说明,参考附图来继续说明根据本发明的改进的犁,其仅仅为了阐述,而不是为了进行限定,其中: [0039] 图1为根据现有技术的犁的侧视图,该犁安装在拖拉机上; [0040] 图2为根据图1所示的现有技术的犁的放大图; [0041] 图3为根据本发明的拖拉机和犁的后侧立体图; [0042] 图4为相对于图3的相对侧的根据本发明的犁的侧视图; [0043] 图5为根据本发明的犁的轴侧视图; [0044] 图6为通用的振动器的示意图; [0045] 图7为传统的振动器的示意图; [0046] 图8为创新的振动器的示意图; [0047] 图9为图8的振动器的不同版本的示意图; [0048] 图10为创新的振动器组件的示意图; [0049] 图11为根据本发明的自动振动系统的方框图。 具体实施方式[0050] 图3所示为连接到机动车辆200上的根据本发明的犁100。 [0051] 参考图4和图5,犁100包括横梁1、犁头6、凿子5和犁板7。虽然在附图中没有示出,但是本发明的犁还可以包括连接到横梁或直接连接到凿子的犁刀。 [0052] 横梁1包括水平部分12和垂直部分13。横梁1的水平部分12设有自由端120,使用螺栓14将横梁1的垂直部分13固定于该自由端120上。 [0053] 横梁1的垂直部分13包括:前侧130,该前侧130面向犁100向前运动的方向,以及后侧131,该后侧131面向相对于犁100向前运动的方向的相反方向。 [0054] 犁的犁板7对应于横梁的垂直部分13的所述前侧130固定,并固定在横梁的垂直部分13的所述前侧130上。 [0055] 犁板7基本上由板状钢制成并包括:前凹面,该前凹面面向犁的向前运动的方向,和后面71,该后面71与该前凹面相反。犁板7被固定到横梁的垂直部分13上并且犁板的后面71与横梁的垂直部分13的前侧130接触。 [0056] 犁板7包括上边缘710和下边缘711。 [0057] 倾斜条9将犁板7连接到水平条91上。水平条91由具有垂直工作侧的平面金属板制成,该垂直工作侧朝向犁的向前运动的方向和在与土壤方向平行的位置的下角。水平条91与凿子5连续,然后又与犁头6连续。当从上面看时,犁头6和水平条91形成在土壤中的穿入角度。 [0058] 随着犁刀和凿子5沿着犁向前移动的方向形成犁沟,水平条91的垂直壁适于靠在犁沟的垂直壁上,并且犁沟是由犁头6和犁板7的作用形成的。因此,水平条91特别适于作为在未耕作的土壤上的整个犁的导向和支撑部件以形成犁沟的基本上为直线的方向。 [0059] 犁的形状仅仅是参考性的,已知的犁的范围很大。为了提高犁的耕作效率而对犁进行振动器的应用决定了根据犁的特定类型的犁的结构上的一些变化。 [0060] 因此,倾斜条9做为犁板7和水平条91之间的加强和连接部件。 [0061] 参考图5,根据与土壤的接触,犁头6在犁板7前面相对于犁100的前进方向具有倾斜横向的位置。 [0062] 参考图4和图5,犁100包括振动器20。该振动器20是机械的并且包括具有轴的电动机,偏心质体键入在该轴上。 [0063] 振动器20的偏心质体的旋转产生振动。通过改变驱动轴的旋转速度,振动的可变频率根据犁的类型和土壤的条件是可以调整的,而振动强度可以由偏心率和偏心质体的重量来限定。 [0064] 有益地,安装在犁100上的所述振动器20产生的振动频率为1000~3000振动/分钟,优选为2000振动/分钟。振动器20的功率取决于犁100的大小,功率为0.3~2.0kW,优选为0.5kW。 [0065] 安装在犁100上并以2000振动/分钟的频率振动的振动器20的使用节省了犁100进行耕作所需要的功率的10~30%,进而节省了拖拉机在耕作期间使用的燃料的10~30%。 [0066] 安装在犁100上的振动器20包括上端21和下端22。通过螺栓23将振动器20固定在犁100的犁板7的后面71上。特别是,振动器20固定到犁板的后面71上,从而位于犁板的后面71的最低点。 [0067] 此外,振动器20设置在犁板7的倾斜条9和水平条91之间的空间内。 [0068] 为了使振动器20传递到犁板7的振动有效,犁板7的振动方向必须与犁板的工作表面基本垂直。而且,振动器20的振动必须“触及”更多大部分参与土壤的翻整的犁板的面积。 [0069] 在犁100上的振动器20的位置与传递到犁100的所述犁头6和犁板7的振动的效力紧密相关。 [0070] 特别地,如果振动器20安装到犁100上使得振动器20的下端22尽可能进地接近犁板7的后面71的下边缘711,则所述振动器20设置在距离犁100的犁头6的短距离处,并且,因此振动器20产生并传递到所述犁头6的振动并没有被很大地抑制。 [0071] 参考图3,犁100安装在拖拉机上,通常用附图标记200表示。 [0073] 特别地,如果振动器20是液压驱动的,振动器20具有一个液压发动机和液压泵,该液压泵通过拖拉机的内燃机驱动以通过具有固定或可变排量的泵为所述液压发动机提供动力。反之,如果振动器20是电力驱动的,通过将所述电缆或电源管24连接到设置在拖拉机上的电池来为振动器20提供直流电以提供动力。 [0075] 根据本发明的具有两个或多个振动器的犁的可替换实施例,该两个或多个振动器在犁的各个部分(犁头、犁板和其它部分)不同地致动。 [0076] 参考图6,通用的振动器能够表示为仅一个等效质体M(也可以用多个质体),该质体连接到旋转轴S,该旋转轴S由围绕其轴心的电动机以转速n被驱动旋转。质体M相对于具有偏心率E的旋转轴的轴线A具有偏心的重心B。 [0077] 质体的质量M以千克为单位,旋转速度n以每分钟转数(rpm)为单位并且偏心率E以米为单位。 [0078] 振动器的特性为: [0079] -f(赫兹)=n/60(激励频率) [0080] -F(N)=M·4(πf)2·E(离心激励力) [0081] 图7示出了包括具有相同质量并相对于旋转轴S的轴线A具有相同偏心率e的两个质体m,m’的传统类型的振动器20。质体m,m’连接到旋转轴S,以角度α进行有角度地移动,意味着穿过两个质体的重心和旋转轴的轴线的两条直线形成了角度α。 [0082] 因此,这样具有两个质体的振动器20,其理论上能够改变两个质体m,m’相互的角位置,即角度α,这样就改变了相等的离心力F ed的矢量和,在标量术语中,改变了代表振动器的激励力F的乘积“M*E”。当两个质体m,m’相反(处于180度)时,激励力F为零(总偏心率E=0)。当两个质体在同一相位(处于0度)时,激励力F最大(合成为由偏心率E=e定位的等效质体M=2m)。 [0083] 然而在图7的传统的振动器20中,两个质体m,m’仅能够在停止振动器或部分拆卸之后在振动器上被手动操作地移动。因此,传统振动器20的振动只能通过控制旋转轴的旋转速度n进行控制。 [0084] 激励频率f能够在传统类型的任意传统振动器上改变。 [0085] 在液压振动器(被液压发动机驱动,通过被拖拉机的动力输出装置直接移动的泵)的情况下,与振动器的旋转速度紧密关联的振动频率通过改变液压发动机的水流容量而变化。在变量泵或可变排量的液压发动机的情况下,通过对泵的工作条件的干预能够做到这点。 [0086] 在电动振动器(通过电动机驱动)的情况下,需要对交流发电机产生的电源进行处理。必须在交流发电机和电动机(换流器)之间设置电变频器。因此,通过改变电频率来改变振动器的旋转速度“n”和因此得到的激励频率“f”。 [0087] 创新的振动器被设计出来以改变激励力F,如下所示。 [0088] 图8示出了一个振动器,其中第一质体m固定到旋转轴S上并且第二质体m’相对于旋转轴旋转地安装,以改变两个质体m,m’的角距离,即连接两个质体m,m’的重心到旋转轴的轴线A的径向直线之间的角度α。振动器320包括一个改变装置300,该改变装置300适于改变两个质体m,m’的角位置“α”。改变装置300使第二质体s相对于振动器的旋转轴S旋转,以获得期望的角位置。此外,在振动器的旋转轴S旋转期间,该改变装置300将第二质体m’限制在期望的角位置上。 [0089] 据此,通过改变装置300,激励力“F”能够从零最小值变化到最大值。 [0090] 改变装置300的实施例可包括一个安装在振动器的板上的反向驱动(back driven)电动机,例如无刷电动机和行星减速齿轮,如果有的话,来传递两个质体m,m’之间的期望的相互位移。这样,振动器320在其工作期间能够在没有被卸载的情况下自动地调整。 [0091] 图9示出了可替换的实施例,其中振动器320包括成对C1,C2设置在具有轴线A的相同驱动轴上的四个偏心质体m,m’。每对质体包括固定在驱动轴上的第一质体m和相对于驱动轴旋转的第二质体m’,以这样的方式来改变两个质体之间的角度α。每对质体的第二质体m’连接到改变装置300中。 [0092] 参考图10,与使用在运动期间具有可变角位置的两个质体中的一个质体的单独的振动器不同,采用了振动器组件420,该振动器组件420包括两个传统类型的振动器20a,20b(即在运动期间具有质体的不可变角位置)。在这样的情况下,必须设置调整和控制系统400来调整和控制振动轴的旋转速度和两个振动器的质体的相互位移,以这样的方式来改变质体的相互位移并保持两个振动器的轴的相同的旋转速度。 [0093] 这样一来,两个传统振动器20a,20b的组件和调整和控制系统400,必须被看作是一个具有两个振动器20a,20b的质体的可变角位置的振动系统,其在运动中具有振动器。 [0094] 在这种情况下,每个振动器20a,20b被电动机MTa,MTb致动。两个电动机MTa,MTb是类似的,并设有位置传感器(编码器)ENa,ENb以检测质体的位置。编码器能够设置在电动机的外部或内部。每个电动机设有电源ALa,ALb,一般在交流电下,被基于编码器ENa,ENb检测到的数据的控制单元UC管理。因此调整和控制系统400包括编码器ENa,ENb、电源ALa,ALb和控制单元UC。 [0095] 电动机MTa是初级电动机或主驱动电动机和其它的电动机MTb是次级电动机或从动电动机。主驱动和从动电动机之间的协调由控制单元UC来完成,该控制单元UC可以是专用(内嵌)控制器和PLC(可编程的)控制器。电动机MTa,MTb可以是与无刷电动机不同的类型(具有内嵌编码器),或者是任意其它感应电动机(异步的、步进的或永磁的)。 [0096] 调整和控制系统400提供振动器20a,20b的旋转轴在相同方向的旋转以具有全方向的振动,或在相反方向的旋转以提供单向的振动。事实上,根据土壤的结构,犁头-犁板组件的单向振动可以在耕作效率和能量节省方面提供更好的结果。此外,单向振动的方向和激励力(与方向有关的)的标量值能够根据施加在两个振动器的质体上的位移来调整。 [0097] 因此,能够在单个振动器320上实施两步操作,该单个振动器320包括至少两个质体m,m’,该质体m,m’在运动中具有可调整的位置,或者能够在振动器组件420上实施两步操作,该振动器组件420包括两个振动器20a,20b,该振动器20a,20b设有调整和控制系统400: [0098] 1.对(单个或双振动器的)旋转速度n的操作,包括激励频率f的和随后的激励力F的变化; [0099] 2.对单个或双振动器的两个质体之间的角位置的操作,具有随后的激励力F的变化。 [0100] 第一和第二操作可以单独实施,或者为了具有积合效应,第一作用不充分时,两个作用可以以级联模式-第一和第二作用实施。 [0101] 如图11所示,本发明的拖拉机包括控制器500以提供对振动器组件20,320,420的自动控制。图11示出了振动器320,可以理解的是任意类型的振动器也是可以使用的。 [0103] 自动控制的目的是获得在犁的犁头-犁板组件上最有效的振动结果(振动激励的效果),为了获得耕作期间的能量节省,具有对犁的最小的牵引力。 [0105] 参考图4和图11,拖拉机必须包括力传感器Ss,例如应变仪,应用于犁的横梁1,以检测耕作力的平均值“σm”。如所提到的,耕作力依赖于不同的耕作参数,包括土地条件和土壤阻力。 [0106] 控制系统获得的结果的优化是基于理想的振动值来获得最小的耕作力以及因此达到能量节省,该能量节省通过在犁100上应用振动器320而获得。 [0107] 因此控制器500获得追踪最小的力σmin的力的平均值σm。通过对振动器组件(单个或两个)的操作来追踪最小的力σmin,也就是说,通过对振动器的旋转速度n和振动器的质体之间的角度α的操作来追踪。 [0108] 可选地,犁包括功率传感器Sp例如电力计(在电动振动器的情况下),或者另外类型的传感器(在液压或气动振动器的情况下),该功率传感器Sp连接到振动器320上以检测振动器320的功率吸收值Pa。在这样的情况下,控制器500也获得功率吸收值Pa,追踪振动器的功率吸收和横梁上的力之间的比值的最大期望值(p/σ)max。 [0110] 由于振动传感器Sv的存在,除了基本的力传感器Ss,控制器500将所述传感器检测到的数值与振动和力之间比值的最大期望值(a/σ)max进行比较,其可以设置在控制器500的设置点上。 |