一种采棉机及打包控制系统的制作方法

本发明涉及农业机械智能控制系统领域，具体涉及一种采棉机及打包控制系统。

背景技术：

棉花是中国种植业生产中产业链最长的大田经济作物，其商品率高达95％以上，棉花采摘以及打包主要通过采棉机进行收割；现有的采棉机大都包括采摘机构、风力输送机构、打包机构、液压湿润润滑系统、动力系统、底盘总成、操控系统及电气系统。中国实用新型专利，其专利号为201320860292.7，名称为“一种棉花打包收获机”。该棉花打包收获机是将市场上使用的箱式采棉机的倾翻式棉箱，改进为方形棉包打包装置。这样的改进对提高生产效率理论上有一定帮助，但是还有三点缺点：其一，该棉花打包收获机需要驾驶员的主观判断去手动操作压实方包，不能达到自动打包要求。其二，该棉花打包收获机在卸下成型棉包的过程中，无法连续采收棉花。其三，采棉机的参数无法获得，无法确认棉包打包是否合格以及采棉机出现故障时，不能及时发现故障。中国发明专利，其专利号为201410530285.x，名称为“一种采棉机自动打包控制系统”。该自动打包控制系统通过绞龙正反旋转和绞龙上下动作来压实方包，绞龙的正反转设计解决了在压紧棉花过程中棉花缠绕绞龙的问题，但是棉花压紧密度不均匀，同时其不能自定义控制棉包打包尺寸大小和棉包密度。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种采棉机及打包控制系统，包括采棉机，采棉机能够实现棉花采摘和打包同时进行，该系统能使采棉机采摘的棉花实现自动打包，且自动卸棉；同时能够控制棉包的打包尺寸大小以及打包的棉包密度；实现各种棉包尺寸与棉包密度要求的打包。

本发明提供的一种采棉机，包括采摘机构、风送机构、集棉箱总成、喂入机构、打包机构、覆膜机构、托棉架、液压湿润润滑系统、动力系统、电气系统和底盘总成；所述采摘机构、风送机构、集棉箱总成、喂入机构、打包机构、覆膜机构、托棉架、液压湿润润滑系统、动力系统、电气系统均设置在底盘总成上，采摘机构用于采摘棉株上的棉花，风送机构用于将采摘机构采集的棉花输送至集棉箱总成，喂入机构连通集棉箱总成和打包机构，用于将集棉箱总成中的棉花压实并输送至打包机构中打包，覆膜机构进行覆膜，棉包制作完成逐出到托棉架；整个过程动力系统提供动力，电气系统提供控制指令。

进一步地，集棉箱总成包括集棉箱，集棉箱三段设计，包括入口箱、存储箱和出口箱，三箱依次连通，入口箱与风送机构连通；存储箱侧设有升降导轨、入口箱滑动连接于存储箱的升降导轨上，入口箱能够通过升降导轨沿存储箱上下升降。

进一步地，所述喂入机构包括搅龙、击棉辊、排棉辊和输送带；搅龙设置于入口箱中，用于棉花的压实和排棉；击棉辊和排棉辊设置于出口箱中，输送带设置于出口箱口，击棉辊使棉花左右均匀，排棉辊用于排棉，使棉花进入输送带中，输送带将棉花输送至打包机构中。

进一步地，打包机构包括第一打包箱、张紧摇臂、第一油缸、打包带、开合摇臂、第二油缸、第二打包箱和多个打包辊；第一打包箱和第二打包箱对接成一个打包箱；第一打包箱和第二打包箱之间设有开合摇臂，且开合摇臂与第二油缸连接，第二油缸驱动开合摇臂运动控制第一打包箱和第二打包箱之间的开合；第一打包箱上设有张紧摇臂和第一油缸，第一油缸的输出端与张紧摇臂连接；第一打包箱、第二打包箱和张紧摇臂上均设有打包辊，各打包辊通过打包带连接，打包辊在动力的驱动下带动打包带运转，进而实现棉花的压实打包；第一油缸驱动张紧摇臂运动，调节改变张紧摇臂上打包辊的位置，压缩或伸长打包带的尺寸，进而控制棉包的打包尺寸；覆膜机构设置于第二打包箱中，用于打包棉花的覆膜。

一种打包控制系统，基于上述打包机设置，打包控制系统包括控制器，控制器上分别连接有打包状态监测元件、打包控制执行元件、打包控制系统软件、显示器和操作平台系统；所述打包状态监测元件包括集棉箱满仓传感器、集棉箱空仓传感器、击棉辊速度传感器、排棉辊速度传感器、输送带速度传感器、打包带速度传感器、打包箱角度传感器、托棉架角度传感器、棉包尺寸角度传感器、棉包密度压力传感器、显示器和操作平台系统；所述打包控制执行元件包括击棉辊旋转电磁阀、排棉辊旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、打包带旋转电磁阀、打包箱开电磁阀、打包箱关电磁阀、覆膜动作电磁阀、托棉架上电磁阀和托棉架下电磁阀；打包控制系统软件包括：含采棉机参数检测、故障诊断、can总线的通讯的控制器软件和操作平台系统软件。

进一步地，打包控制系统的软件控制流程包括以下步骤：

步骤(1)：系统上电初始化；对控制器的输入、输出端口及通讯can总线进行系统初始化；

步骤(2)：模式选择与参数设置；选择采棉打包机的工作模式，设置打包的棉包尺寸和棉包密度参数；

步骤(3)：输入信息采集；将集棉箱满仓传感器、集棉箱满仓传感器、打包带速度传感器、输送带速度传感器、击棉辊速度传感器、排棉辊速度传感器、打包箱角度传感器、托棉架角度传感器、棉包尺寸角度传感器和棉包密度压力传感器的输出数据作为控制器的输入；

步骤(4)：若集棉箱满仓传感器检测有信号，控制器依次控制调节打包带旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、击棉辊旋转电磁阀、排棉辊旋转电磁阀，启动打包带、输送带、击棉辊和排棉辊，且在打包过程中，棉包密度压力传感器实时检测压力，若实时检测压力大于p1，通过打包带释放以增大压力；若实时检测压力小于p2，打包带释放以减小压力；确保整个棉包密度均匀；p1＝1.05*p，p2＝0.95*p；p为棉包密度设定值；

步骤(5)：若集棉箱空仓传感器检测有信号，控制器按依次控制调节排棉辊旋转电磁阀、、击棉辊旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、打包带旋转电磁阀，停止排棉辊、击棉辊、输送带和打包带；同时采摘系统和风送机构继续将棉株上的棉花采摘输送至集棉箱总成，直至集棉箱满仓传感器检测有信号，执行步骤(4)；

步骤(6)：棉包尺寸判断，判断当前棉包尺寸角度传感器采集的棉包尺寸是否大于或等于设置的棉包尺寸，若当前棉包尺寸大于等于设置棉包尺寸，控制器控制调节覆膜动作电磁阀了，控制覆膜机构进行棉包覆膜，完成打包并返回棉包打包完成信息；若当前棉包尺寸小于设置棉包尺寸，则转步骤(5)，进行循环打包；

步骤(7)：程序停止判断：控制系统断电，执行是，且结束返回系统参数；控制系统通电，执行否，返回系统上电初始化。

进一步地，集棉箱满仓传感器、集棉箱空仓传感器、打包带速度传感器、输送带速度传感器、击棉辊速度传感器、排棉辊速度传感器、打包箱角度传感器、托棉架角度传感器、棉包尺寸传感器、棉包密度传感器与控制器连接，控制器、显示器以及操作平台系统通过can总线进行数据交互。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、本发明的一种采棉机，包括采摘机构、风送机构、集棉箱总成、喂入机构、打包机构、覆膜机构、托棉架、液压湿润润滑系统、动力系统、电气系统和底盘总成；本发明采棉机通过增设集棉箱总成，将打包机构与集棉箱单独设置，使得棉花采摘与棉花打包能够同时进行，提高棉花采摘与打包效率；同时，集棉箱采用三段式设计，包括入口箱、存储箱和出口箱，三箱依次连通，入口箱与风送机构连通；存储箱侧设有升降导轨、入口箱滑动连接于存储箱的升降导轨上，入口箱能够通过升降导轨沿存储箱上下升降，方便采棉机运输模式的时候降低集棉高度；集棉箱内设置的喂入机构能够将棉花压实排棉，拓展了集棉箱的集棉容量。

二、本发明的一种打包控制系统，能够实现集棉箱内部棉花喂入到打包机构自动打包、覆膜和卸棉的全自动控制，无需驾驶员主观判断和手动操作，解决了驾驶员操作疲劳和主观判断失误的问题；通过棉包密度的压力传感器和棉包尺寸的角度传感器，自动判断棉包是否压实符合棉包密度要求、棉包尺寸是否符合要求、是否继续进行打包以及是否对棉包进行卸棉，形成一个打包闭环控制，实现打包的棉包尺寸以及棉包密度的控制，满足不同棉包尺寸密度以及棉包尺寸大小的打包。

三、本控制系统打包过程中按照打包带-输送带-击棉辊-排棉辊顺序启动，以及按照排棉辊-击棉辊-输送带-打包带顺序停止；能够实现集棉箱与打包箱的棉花喂料不拥堵和不遗漏掉落，且有利于采棉、输棉以及打包的连续进行。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本实施例一种打包控制系统的结构示意图；

图2是本实施例一种打包控制系统的控制流程图；

图3是本实施例采棉机的结构示意图；

图4是本实施例集棉箱总成和喂入机构的结构示意图；

图5是本实施例打包机构和覆膜机构的结构示意图；

其中，1、采摘机构，2、风送机构，3、集棉箱总成，3.1、入口箱，3.2、存储箱，3.3、出口箱，3.4、升降导轨，3.5、升降油缸，4、喂入机构，4.1、击棉辊，4.2、排棉辊，4.3、输送带，5、打包机构，5.1、第一打包箱，5.2、张紧摇臂，5.3、第一油缸，5.4、打包带，5.5、打包辊，5.6、第二油缸，5.7、开合摇臂，5.8、第二打包箱，6、覆膜机构，7、托棉架，8、底盘总成，9、动力系统，10、液压湿润润滑系统。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1至图5，一种采棉机包括采摘机构1、风送机构2、集棉箱总成3、喂入机构4、打包机构5、覆膜机构6、托棉架7、液压湿润润滑系统10、动力系统9、电气系统和底盘总成8；所述采摘机构、风送机构、集棉箱总成、喂入机构、打包机构、覆膜机构、托棉架、液压湿润润滑系统、动力系统、电气系统均设置在底盘总成上，采摘机构用于采摘棉株上的棉花，风送机构用于将采摘机构采集的棉花输送至集棉箱总成，喂入机构连通集棉箱总成和打包机构，用于将集棉箱总成中的棉花压实并输送至打包机构中打包，覆膜机构进行覆膜，棉包制作完成逐出到托棉架；整个过程动力系统提供动力，电气系统提供控制指令；集棉箱总成3包括集棉箱，集棉箱三段设计，包括入口箱3.1、存储箱3.2和出口箱3，三箱依次连通，入口箱3.1与风送机构2连通；存储箱3.2侧设有升降导轨3.4、入口箱滑动连接于存储箱的升降导轨上，入口箱3.1与存储箱3.2之间设有升降油缸3.5，升降油缸驱动入口箱沿升降导轨在存储箱上下升降；需要说明的是入口箱内部尺寸口径大于存储箱；所述喂入机构4包括搅龙、击棉辊4.1、排棉辊4.2和输送带4.3；搅龙设置于入口箱中，用于棉花的压实和排棉；击棉辊和排棉辊设置于出口箱中，输送带设置于出口箱口，击棉辊使棉花左右均匀，排棉辊用于排棉，使棉花进入输送带中，输送带将棉花输送至打包机构中；所述打包机构5包括第一打包箱5.1、张紧摇臂5.2、第一油缸53、打包带5.4、开合摇臂5.7、第二油缸5.6、第二打包箱5.8和多个打包辊5.5；第一打包箱和第二打包箱对接成一个打包箱；第一打包箱和第二打包箱之间设有开合摇臂，且开合摇臂与第二油缸连接，第二油缸驱动开合摇臂运动控制第一打包箱和第二打包箱之间的开合；第一打包箱上设有张紧摇臂和第一油缸，第一油缸的输出端与张紧摇臂连接；第一打包箱、第二打包箱和张紧摇臂上均设有打包辊，各打包辊通过打包带连接，打包辊在动力的驱动下带动打包带运转，进而实现棉花的压实打包；第一油缸驱动张紧摇臂运动，调节改变张紧摇臂上打包辊的位置，压缩或伸长打包带的尺寸，进而控制棉包的打包尺寸；覆膜机构6设置于第二打包箱5.8中，用于打包棉花的覆膜；托棉架7设置于底盘总成8，位于打包箱后侧，托棉架能够将打包的棉包卸棉。本发明采棉机通过增设集棉箱总成，将打包机构与集棉箱单独设置，使得棉花采摘与棉花打包能够同时进行，提高棉花采摘与打包效率；同时，集棉箱采用三段式设计，入口箱滑动连接于存储箱的升降导轨上，入口箱能够通过升降导轨沿存储箱上下升降，方便采棉机运输模式的时候降低集棉高度；集棉箱内设置的喂入机构能够将棉花压实排棉，拓展了集棉箱的集棉容量。

本发明的打包控制系统是基于采棉机设置，包括控制器，控制器上分别连接有打包状态监测元件、打包控制执行元件、打包控制系统软件、操作平台系统和显示器。

所述打包状态监测元件包括设于集棉箱顶部的集棉箱满仓传感器，集棉箱满仓传感器包括一组对射型光电开关，对射型光电开关设于入口箱中，用于检测集棉箱是否满仓；包括设于集棉箱底部的集棉箱空仓传感器，集棉箱空仓传感器包括三组对射型光电开关，三组对射型光电开关设于出口箱底部的不同位置，用于检测集棉箱是否空仓；包括位于集棉辊旋转马达的击棉辊速度传感器，集棉辊速度传感器为接近开关；包括位于排棉辊旋转马达的排棉辊速度传感器，排棉辊速度传感器为接近开关；包括位于输送带旋转马达的输送带速度传感器，输送带速度传感器为接近开关；包括位于打包带旋转马达的打包带速度传感器，打包带速度传感器为接近开关；包括位于打包机构，用于检测棉包尺寸、棉包密度、打包箱和托棉架位置的棉包尺寸角度传感器、棉包密度压力传感器、打包箱角度传感器和托棉架角度传感器；包括显示器和操作平台系统，操作平台系统包括车载电脑以及车载系统，显示器和操作平台系统均与控制器相连，所述打包控制执行元件包括击棉辊旋转电磁阀、排棉辊旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、打包带旋转电磁阀、打包箱开电磁阀、打包箱关电磁阀、覆膜动作电磁阀、托棉架上电磁阀和托棉架下电磁阀；打包控制系统软件包括：含采棉机参数检测、故障诊断、can总线的通讯的控制器软件和车载系统软件。

本发明打包控制系统控制软件流程包括以下步骤：

步骤(1)：系统上电初始化；对控制器的输入、输出端口及通讯can总线进行系统初始化；

步骤(2)：模式选择与参数设置；选择采棉打包机的工作模式，设置打包的棉包尺寸和棉包密度参数；

步骤(3)：输入信息采集；将集棉箱满仓传感器、集棉箱满仓传感器、打包带速度传感器、输送带速度传感器、击棉辊速度传感器、排棉辊速度传感器、打包箱角度传感器、托棉架角度传感器、棉包尺寸角度传感器和棉包密度压力传感器的输出数据作为控制器的输入；

步骤(4)：若集棉箱满仓传感器检测有信号，控制器依次控制调节打包带旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、击棉辊旋转电磁阀、排棉辊旋转电磁阀，启动打包带、输送带、击棉辊和排棉辊，且在打包过程中，棉包密度压力传感器实时检测压力，若实时检测压力大于p1，通过打包带释放以增大压力；若实时检测压力小于p2，打包带释放以减小压力；确保整个棉包密度均匀；p1＝1.05*p，p2＝0.95*p；p为棉包密度设定值；

步骤(5)：若集棉箱空仓传感器检测有信号，控制器按依次控制调节排棉辊旋转电磁阀、、击棉辊旋转电磁阀、输送带旋转电磁阀、打包带旋转电磁阀，停止排棉辊、击棉辊、输送带和打包带；同时采摘系统和风送机构继续将棉株上的棉花采摘输送至集棉箱总成，直至集棉箱满仓传感器检测有信号，执行步骤(4)；

步骤(6)：棉包尺寸判断，判断当前棉包尺寸角度传感器采集的棉包尺寸是否大于或等于设置的棉包尺寸，若当前棉包尺寸大于等于设置棉包尺寸，控制器控制调节覆膜动作电磁阀了，控制覆膜机构进行棉包覆膜，完成打包并返回棉包打包完成信息；若当前棉包尺寸小于设置棉包尺寸，则转步骤(5)，进行循环打包；

步骤(7)：程序停止判断：控制系统断电，执行是，且结束返回系统参数；控制系统通电，执行否，返回系统上电初始化。

集棉箱满仓传感器、集棉箱空仓传感器、打包带速度传感器、输送带速度传感器、击棉辊速度传感器、排棉辊速度传感器、打包箱角度传感器、托棉架角度传感器、棉包尺寸传感器、棉包密度传感器与控制器连接，控制器、显示器以及操作平台系统通过can总线进行数据交互，控制器实时处理后传输给显示器，在显示器上动态图像数字显示。

本发明的一种打包控制系统，能够实现集棉箱内部棉花喂入到打包机构自动打包、覆膜和卸棉的全自动控制，无需驾驶员主观判断和手动操作，解决了驾驶员操作疲劳和主观判断失误的问题；通过棉包密度的压力传感器和棉包尺寸的角度传感器，自动判断棉包是否压实符合棉包密度要求、棉包尺寸是否符合要求、是否继续进行打包以及是否对棉包进行卸棉，形成一个打包闭环控制，实现打包的棉包尺寸以及棉包密度的控制，满足不同棉包尺寸密度以及棉包尺寸大小的打包。

本打包控制系统打包过程中按照打包带-输送带-击棉辊-排棉辊顺序启动，以及按照排棉辊-击棉辊-输送带-打包带顺序停止；能够实现集棉箱与打包箱的棉花喂料不拥堵和不遗漏掉落，且有利于采棉、输棉以及打包的连续进行。

需要说明的是，本申请的采摘机构、风送机构、覆膜机构、托棉架、液压湿润润滑系统、动力系统、底盘总成和操作平台系统均为现有技术。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。