一種棉花打頂機(jī)及其打頂控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種棉花機(jī)械，尤其是一種棉花打頂機(jī)，同時涉及其及其打頂控制方法，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]棉花打頂是指按農(nóng)藝要求切掉棉花頂心的“一葉一心”或“兩葉一心”。漏切或者過切都將影響未來的棉花產(chǎn)量。
[0003]檢索發(fā)現(xiàn)，為了解決棉花人工打頂勞動強(qiáng)度大、效率低、工作環(huán)境惡劣的問題，申請?zhí)枮?00910113205.X的中國發(fā)明專利公開了一種仿形棉花打頂機(jī)，包括懸掛牽引架、機(jī)架、傳動機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)打頂?shù)?，機(jī)架上設(shè)有測高感應(yīng)器，該測高感應(yīng)器包含向下的浮動擺桿和感應(yīng)滑板，機(jī)架另一端設(shè)有與機(jī)架鉸接的打頂?shù)都?，所述打頂?shù)对O(shè)置于打頂?shù)都艿亩瞬?，打頂?shù)都芘c機(jī)架之間設(shè)有打頂?shù)陡域?qū)動機(jī)構(gòu)，打頂?shù)都芘c浮動擺桿設(shè)有連桿和行程開關(guān)。雖然與原有技術(shù)相比，該發(fā)明具有可以針對地形情況對不同高度的棉花測量并仿形等優(yōu)點，但是由于接觸式擺桿傳感器測量柔軟而有彈性的棉花頂芽會產(chǎn)生誤差，加之用行程開關(guān)將打頂高度分為兩檔，高度浮動精度不夠，且單圓盤刀劃切不夠可靠。
[0004]此外，申請?zhí)枮?01010148027.7的中國發(fā)明專利公開了一種棉花打頂機(jī)，包括機(jī)架、動力機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和打頂?shù)?，其特點是機(jī)架上設(shè)有懸掛架，懸掛架下懸吊有懸浮式仿形機(jī)構(gòu)，該懸浮式仿形機(jī)構(gòu)包含伸縮架，伸縮架懸吊于懸掛架下，伸縮架下部設(shè)有滑行靴板，所述滑行靴板與懸掛架之間設(shè)有平衡機(jī)構(gòu)，平衡機(jī)構(gòu)包含由滑輪和拉繩組成的滑輪機(jī)構(gòu)，拉繩的一端與滑行靴板連接，拉繩的另一端設(shè)有平衡錘，所述的打頂?shù)对O(shè)置于滑行靴板上。與原有技術(shù)相比，該發(fā)明通過懸吊于懸掛架下的伸縮架和滑行靴板直接對棉株的高低進(jìn)行仿形，但是由于打頂?shù)侗旧碛幸欢ㄙ|(zhì)量，加上與打頂?shù)顿|(zhì)量近似的配重，而棉花頂芽柔軟，難以推動浮動機(jī)構(gòu)使之及時升降仿形，并且打頂?shù)兑彩菃蔚?，不夠可靠?br>[0005]此外，現(xiàn)有技術(shù)打頂機(jī)的缺乏進(jìn)行速度的聯(lián)動控制，因此當(dāng)行進(jìn)速度較快時，容易出現(xiàn)漏打的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出一種仿形控制靈巧準(zhǔn)確、打頂操作可靠穩(wěn)定的棉花打頂機(jī)。
[0007]為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明棉花打頂機(jī)的基本技術(shù)方案為:包括懸掛在行走機(jī)械后的機(jī)架以及安置在所述機(jī)架上的割刀裝置、升降裝置和自動控制裝置；
所述割刀裝置包括一對分別安裝在對應(yīng)垂向刀軸下端的割刀，兩刀軸分別與支撐在機(jī)架上的一對相互嚙合齒輪形成周向約束的軸向移動副，所述齒輪之一與割刀驅(qū)動電機(jī)帶動的皮帶盤同軸固連；
所述升降裝置包括安置在機(jī)架上的升降伺服電機(jī)，所述升降伺服電機(jī)通過升降驅(qū)動齒輪與垂向齒條嚙合，所述垂向齒條的上端與所述刀軸頂部的水平連接板固定連接，所述連接板的兩側(cè)分別與兩刀軸的頂部構(gòu)成軸向約束的可旋轉(zhuǎn)支撐；
所述自動控制裝置包括安置在行走機(jī)械上的行走測速傳感器和安置在所述機(jī)架前上方的棉株測高傳感器，所述測速傳感器以及棉株測高傳感器的信號輸出端分別通過智能控制電路接所述升降伺服電機(jī)的受控端，用以根據(jù)測速和測距信號確定升降伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)測高信號確定升降伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角。
[0008]工作時，測高傳感器采集的棉株高度以及測速傳感器采集的行進(jìn)速度信號輸入自動控制裝置的智能控制電路后，該電路將根據(jù)棉株高度信號控制升降伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)使割刀按需升降至合適高度，同時根據(jù)前后兩次棉株高度信號的時間間隔和行進(jìn)速度信號的關(guān)系控制升降伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而使升降速度與行進(jìn)速度相配，保證割刀可以及時抵達(dá)需打頂棉花植株合適位置，實現(xiàn)靈巧準(zhǔn)確的仿形運動，為避免遺漏創(chuàng)造良好條件。接著，棉花植株經(jīng)過雙割刀之間被切斷，因此打頂可靠穩(wěn)定。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的完善是，所述升降伺服電機(jī)通過與之同軸的升降驅(qū)動齒輪與約束在機(jī)架升降導(dǎo)軌中的垂向齒條傳動嗤合。
[0010]本發(fā)明更進(jìn)一步的完善是，所述割刀為盤刀，所述盤刀具有徑向延伸且周向均布的刀齒，兩盤刀的刀齒呈犬牙交錯狀。
[0011 ] 本發(fā)明再進(jìn)一步的完善是，所述機(jī)架由多個相同的機(jī)架單元組合而成。
[0012]本發(fā)明還進(jìn)一步的完善是，所述自動控制裝置由智能控制電路構(gòu)成，所述智能控制電路含有測高的光柵以及測速的光電編碼器，各傳感器的信號輸出端分別接智能控制器件的各對應(yīng)輸入端，所述智能控制器件的控制輸出端分別通過伺服驅(qū)動器芯片接對應(yīng)的升降伺服電機(jī)的受控端，并通過驅(qū)動芯片分別接對應(yīng)的割刀驅(qū)動電機(jī)。
[0013]本發(fā)明棉花打頂機(jī)的打頂控制方法為，智能控制器件按以下基本步驟進(jìn)行相應(yīng)控制:
步驟一、接收來自測高傳感器的棉株高度信號和來自測速傳感器的行進(jìn)速度信號；步驟二、計算此次棉株高度信號反映的棉株高度與前次棉株高度信號確定的當(dāng)前切刀高度的差值，若差值大于預(yù)定閾值，則進(jìn)行下一步；否則返回上一步；
步驟三、根據(jù)此次棉株高度信號與前次棉株高度信號的時間間隔及此次行進(jìn)速度信號反映的行進(jìn)速度，算出待打頂棉株距離；
步驟四、根據(jù)高度差值和棉株距離求得升降伺服電機(jī)對應(yīng)割刀升降高度的轉(zhuǎn)角以及最低轉(zhuǎn)速；
步驟五、輸出轉(zhuǎn)角及大于最低轉(zhuǎn)速的控制信號，驅(qū)動升降伺服電機(jī)帶動割刀到達(dá)打頂高度；
步驟六、根據(jù)行進(jìn)速度和進(jìn)行時間以及棉株距離判斷是否已到位打頂，如否則返回上一步；如是則進(jìn)行下一步；
步驟七、判斷是否收到打頂結(jié)束信號，如否則返回步驟一；如是則停機(jī)。
【附圖說明】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0015]圖1為本發(fā)明一個實施例的安裝使用狀態(tài)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明一個實施例的自動控制裝置框圖。
[0017]圖3為本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為圖1的A向示圖，(b)為圖1的B向拆掉回轉(zhuǎn)電機(jī)后的示圖，C為圖1的B向拆掉回轉(zhuǎn)電機(jī)后的局部剖視圖。
[0018]圖4為圖3的俯視圖。
[0019]圖5為圖3升起狀態(tài)的側(cè)視圖。
[0020]圖6為圖3降下狀態(tài)的側(cè)視圖。
[0021]圖7為圖3實施例的切刀裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖8為圖7的仰視圖。
[0023]圖9為圖3實施例的自動控制裝置電路原理圖。圖中D-1.割刀步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器件、D-2.升降伺服電機(jī)驅(qū)動器件、D-3.ARM控制板卡、D-4.電源組接口、D-5.光柵傳感器接口、D-6.速度傳感器接口。
[0024]圖10為圖3實施例的自動控制過程邏輯框圖。
【具體實施方式】
[0025]本實施例的棉花打頂機(jī)如圖1所示，作為行走機(jī)械的拖拉機(jī)I后懸掛機(jī)架2。如圖3、圖4所示，機(jī)架2由多個(本實施例為三個)相同的機(jī)架單元2-1左右組合而成，每個機(jī)架單元2-1分別安置有割刀裝置3、升降裝置4和自動控制裝置5。
[0026]割刀裝置3如圖7所示，一對盤刀(也可以是甩刀或其它切刀)3-1分別安裝在對應(yīng)的垂向刀軸3-6的下端。盤刀3-1如圖8所示，具有徑向延伸且周向均布的刀齒，兩盤刀的刀齒呈犬牙交錯狀，因此可以在旋轉(zhuǎn)過