进料速度可调的树枝粉碎机及树枝粉碎机的进料调速方法与流程

本发明涉及一种树枝粉碎机，尤其涉及一种进料速度可调的树枝粉碎机；本发明还涉及一种树枝粉碎机的进料调速方法，属于园林机械技术领域。

背景技术

为了适应市场需求，现在树枝粉碎机向大型化，智能化发展。目前国内市场上粉碎机能切削最大35公分直径的树干，其中较为先进的产品都装有专门的控制器，对发动机负荷进行监控，使进料装置通过自动退料消除发动机过载，保证整机在复杂工况下连续可靠的运行。目前主流的大型树枝粉碎机主要是通过独立进料辊将树枝强制送进到切削装置内，但是进料辊的进料速度往往不可调节或只能靠单独手动调节进料辊转速。当进料辊的速度过慢，粉碎小树枝时，则粉碎机的粉碎效率低；当进料辊的速度过快，粉碎大树枝时，重载会导致发动机频繁过载，也就是说树枝粉碎机不能根据负载的情况进行实时调节强制进料速度，发动机易过载并需暂停进料等待卸载，所以存在不能连续工作的缺陷，影响工作效率。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种进料速度可调的树枝粉碎机，粉碎效率高，且可以防止发动机超负荷运行。

为解决以上技术问题，本发明的一种进料速度可调的树枝粉碎机，包括位于进料槽与粉碎室之间的进料辊，所述粉碎室中设有由发动机驱动的刀辊，所述粉碎室的出口连接有出料风送管，所述进料辊由液压马达驱动，所述液压马达的两油口分别与电磁换向阀的a口和b口相连，所述电磁换向阀的t口通过过滤器与油箱相连，所述电磁换向阀的p口与电液比例流量阀的出口相连，电液比例流量阀的入口与油泵的出口相连，所述油泵由所述发动机驱动，所述油泵的入口与油箱相连；所述电磁换向阀为中位机能为m型的三位四通电磁换向阀，所述三位四通电磁换向阀及电液比例流量阀的线圈分别与粉碎机控制器的相应输出端相连；所述刀辊的轴端安装有刀辊转速编码器，所述刀辊转速编码器的信号线接入所述粉碎机控制器的刀辊转速信号输入端。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：发动机启动后，一方面驱动粉碎室中的刀辊高速旋转以切削树枝，另一方面驱动油泵泵出高压油，经电液比例流量阀和电磁换向阀送入液压马达。粉碎机工作时，电磁换向阀的左线圈得电，电磁换向阀的p口与a口导通，b口与t口导通，液压马达正转，进料辊正转进料，t口回油经过滤器过滤后回油箱。电磁换向阀处于中位时，a口和b口不通，p口与t口导通，液压马达停止工作。当进料发生卡阻时，电磁换向阀的右线圈得电，电磁换向阀的p口与b口导通，a口与t口导通，液压马达反转，进料辊反转解卡。电液比例流量阀控制液压油的油量，即控制液压马达的转速。刀辊转速编码器将刀辊的转速反馈给粉碎机控制器，如果切削负荷重，则刀辊转速低，粉碎机控制器驱动电液比例流量阀减小流量，使液压马达的转速下降，进料辊减慢进料。切削负荷轻，则刀辊转速高，粉碎机控制器驱动电液比例流量阀增大流量，使液压马达的转速上升，进料辊加快进料。如此实现了根据刀辊的切削负荷，调节进料辊的进料速度，既提高了切削效率，又不会使发动机过载。

作为本发明的改进，所述发动机设有探测其机油温度的发动机温度传感器，所述发动机温度传感器的信号线与所述粉碎机控制器的温度信号输入端相连。发动机温度传感器将发动机的机油温度信号送入粉碎机控制器，如果发动机由于长时间连续工作导致过热，则会导致发动机的机油温度升高，则需要减少工作强度，当机油温度已超过设定温度，则电液比例流量阀减小流量，降低进料辊转速；一定时间后，如果机油仍超温，则粉碎机控制器使电磁换向阀的左右两侧均失电，电磁换向阀处于中位时，液压马达停止工作。

作为本发明的进一步改进，所述发动机设有探测其机油压力的发动机压力开关，所述发动机压力开关的信号线与所述粉碎机控制器的压力信号输入端相连。如果发动机负荷过大，导致转速下降，则油泵的转速也随之下降，以及其它原因例如泄漏等故障，发动机的机油压力会降低，发动机的机油压力偏低时，粉碎机控制器使电磁换向阀的左右两侧均失电，电磁换向阀处于中位时，液压马达停止工作；与刀辊转速编码器的信号形成双重保护触发信号。

作为本发明的进一步改进，所述油泵的出口连接有溢流阀，所述溢流阀的出口与所述过滤器的入口相连。当油泵出口的油压过高，超过设定值时，则溢流阀打开，经过滤器向油箱回油，保护液压系统。

作为本发明的进一步改进，所述粉碎机控制器包括微处理器、mos管驱动电路和pwm电流驱动电路，所述微处理器采用stm32f103rct6单片机，mos管驱动电路包括mos管q4和mos管q7，mos管q4的漏极与电磁换向阀的左线圈1ya的一端相连，左线圈1ya的另一端接+12v，mos管q4的源极接地，mos管q4的栅极与三极管q5的集电极相连，三极管q5的发射极接+12v，三极管q5的基极与三极管q6的集电极相连，三极管q6的发射极接地，三极管q6的基极与单片机的pb1端口相连；mos管q7的漏极与电磁换向阀的右线圈2ya的一端相连，右线圈2ya的另一端接+12v，mos管q7的源极接地，mos管q7的栅极与三极管q8的集电极相连，三极管q8的发射极接+12v，三极管q8的基极与三极管q9的集电极相连，三极管q9的发射极接地，三极管q9的基极与单片机的pb11端口相连。粉碎机工作时，单片机的pb1端口输出高电平，三极管q6及三极管q5依次导通，将mos管q4导通，使左线圈1ya得电，电磁换向阀的p口与a口导通，b口与t口导通，液压马达正转，进料辊正转进料，t口回油经过滤器过滤后回油箱。当进料发生卡阻时，刀辊转速急剧下降，单片机接收到刀辊转速编码器后，单片机的pb11端口输出高电平，三极管q9及三极管q8依次导通，将mos管q7导通，使右线圈2ya得电，电磁换向阀的p口与b口导通，a口与t口导通，液压马达反转，进料辊反转解卡。当单片机的pb1端口及pb11端口均未输出高电平时，左线圈1ya和右线圈2ya均失电，电磁换向阀处于中位时，a口和b口不通，p口与t口导通，液压马达停止工作。

作为本发明的进一步改进，pwm电流驱动电路包括mos管q10、三极管q11和运算放大器u1b，三极管q11的基极与单片机的pb13端口相连，三极管q11的发射极接地，三极管q11的集电极与mos管q10的栅极相连，mos管q10的源极接+12v，mos管q10的漏极与电液比例流量阀的一端相连，比例流量阀的另一端与运算放大器u1b的同相输入端相连，运算放大器u1b的输出端与单片机的pa2端口相连。刀辊转速编码器将刀辊的转速反馈给单片机，如果切削负荷重，则刀辊转速偏低，单片机的pb13端口将脉宽调制信号发送至三极管q11的基极，三极管q11控制mos管q10的导通，减小电液比例流量阀的电流以提高液压油流量，使液压马达的转速下降，进料辊减慢进料；电液比例流量阀的实际电流由运算放大器u1b检测放大后，通过pa2端口反馈给单片机。如果切削负荷轻，则刀辊转速高，则增加电液比例流量阀的电流以提高液压油流量，使液压马达的转速上升，进料辊加快进料。

作为本发明的进一步改进，刀辊转速编码器的脉冲输出a端与单片机的pc7端口相连，刀辊转速编码器的脉冲输出b端与单片机的pc8端口相连，刀辊转速编码器的脉冲输出z端与单片机的pc9端口相连；油箱浮子信号线的一端接地，另一端通过电阻r59与稳压管u4相连且通过电阻r62与运算放大器u5a的同相输入端相连，运算放大器u5a的反相输入端通过电阻r60接地，运算放大器u5a的输出端与单片机的pa1端口相连。刀辊转速编码器的a端和b端输出相差90度的脉冲，通过a、b两相判断正反转；z相信号在编码器旋转一圈产生一个脉冲，将刀辊转速信号发送给单片机，单片机据此判断切削装置是否过载。油箱浮子处于不同的高度，在运算放大器u5a的同相输入端产生对应的电压值，经运算放大器u5a放大后，提供给单片机的pa1端口。油箱的油位偏低或偏高，液压马达及发动机将停止运转。

作为本发明的进一步改进，停止开关ta的一端接地，另一端通过二极管d5和电阻r20与单片机的pa3端口相连；启动开关qa的一端接地，另一端通过二极管d4和电阻r12与单片机的pa5端口相连；发动机温度传感器的一端接地，另一端通过电阻r11接+3.3v，且通过电阻r14与单片机的pa7端口相连；发动机压力开关的一端接地，另一端通过二极管d19和电阻r39与单片机的pa8端口相连。停止开关ta接通，单片机的pa3端口输入低电平，单片机使电磁换向阀失电关闭，电液比例流量阀调到默认值，液压马达及发动机停止运转。按下启动开关qa，单片机的pa5端口输入低电平，单片机使电磁换向阀工作在左工位，电液比例流量阀的开度增大，液压马达及发动机投入工作。发动机温度传感器将探测到的发动机的机油温度信号转换成电压信号，输入pa7端口；发动机的机油压力偏低时，发动机压力开关闭合，单片机的pa8端口输入低电平。

作为本发明的进一步改进，单片机的pb0端口通过电阻r17与三极管q3的基极相连，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极与led报警灯的一端相连，led报警灯的另一端通过电阻r13接+12v；单片机的pa9端口与485通讯模块的di端口相连，单片机的pa10端口与485通讯模块的ro端口相连，单片机的pc12端口与485通讯模块的de及re端口相连，485通讯模块的a端及脉冲输出b端分别与显示屏相连。当机油温度、压力、油位等出现异常时，单片机的pb0端口输出高电平，三极管q3导通，led报警灯亮起。单片机通过485通讯模块实现与显示屏的人际交互。

本发明的另一个目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种树枝粉碎机的进料调速方法，既能保持较高的粉碎效率，又可以防止发动机超负荷运行。

为解决以上技术问题，本发明的树枝粉碎机的进料调速方法，其特征在于，依次包括如下步骤：⑴粉碎机控制器首先判断发动机的机油压力是否正常，如机油压力偏低，则进料辊停止；如机油压力正常进入下一步骤；⑵粉碎机控制器继续判断发动机的机油温度是否超出设定值，如机油不超温则进入下一步骤；如机油超温则降低进料辊转速，间隔一定时间后如果仍然超温，则进料辊停止；⑶粉碎机控制器继续判断刀辊的转速是否符合预设范围，如果刀辊转速偏高，则增大电液比例流量阀的流量以提高进料辊转速；如果刀辊转速偏低，则减小电液比例流量阀的流量以降低进料辊转速；如果刀辊出现极低转速或转速为零，则切换电磁换向阀使液压马达反向转动，使进料辊反向转动。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：如果切削负荷过重，一方面刀辊转速会下降，另一方面发动机的转速也会下降，油泵的转速同步下降，造成发动机的机油压力不足，本发明的粉碎机控制器不仅判断刀辊转速编码器提供刀辊转速信号，还判断发动机压力开关提供的机油压力信号，形成双重保护。当发动机瞬时过载时，刀辊转速立刻下降，粉碎机控制器立刻控制进料辊降速；当发动机由于长时间连续工作导致过热，则会导致发动机的机油温度升高，则需要减少工作强度，当机油温度已超过设定温度，则电液比例流量阀减小流量，也降低进料辊转速，如此也形成双重保护。

附图说明

图1为本发明进料速度可调的树枝粉碎机的立体图。

图2为本发明进料速度可调的树枝粉碎机的控制原理框图。

图3为本发明进料速度可调的树枝粉碎机的液压原理图。

图4为本发明进料速度可调的树枝粉碎机的电气原理图。

图5为图4中微处理器的放大图。

图6为图4中微处理器信号输入端的放大图。

图7为图4中mos管驱动电路的放大图。

图8为图4中pwm电流驱动电路和通讯显示电路的放大图。

图9为图4中存储单元和报警单元的放大图。

图中：1.进料槽；2.进料辊；3.粉碎室；4.发动机；5.出料风送管；6.液压马达；7.油泵；8.电液比例流量阀；9.电磁换向阀；10.刀辊转速编码器；11.过滤器；12.溢流阀；13.粉碎机控制器；14.发动机温度传感器；15.发动机压力开关。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明进料速度可调的树枝粉碎机包括位于进料槽1与粉碎室3之间的进料辊2，粉碎室3中设有由发动机4驱动的刀辊，粉碎室3的出口连接有出料风送管5，进料辊2由液压马达6驱动，液压马达6的两油口分别与电磁换向阀9的a口和b口相连，电磁换向阀9的t口通过过滤器11与油箱相连，电磁换向阀9的p口与电液比例流量阀8的出口相连，电液比例流量阀8的入口与油泵7的出口相连，油泵7由发动机4驱动，油泵7的入口与油箱相连；电磁换向阀9为中位机能为m型的三位四通电磁换向阀9，三位四通电磁换向阀9及电液比例流量阀8的线圈分别与粉碎机控制器13的相应输出端相连；刀辊的轴端安装有刀辊转速编码器10，刀辊转速编码器10的信号线接入粉碎机控制器13的刀辊转速信号输入端。

发动机4启动后，一方面驱动粉碎室3中的刀辊高速旋转以切削树枝，另一方面驱动油泵7泵出高压油，经电液比例流量阀8和电磁换向阀9送入液压马达6。粉碎机工作时，电磁换向阀9的左线圈得电，电磁换向阀9的p口与a口导通，b口与t口导通，液压马达6正转，进料辊2正转进料，t口回油经过滤器11过滤后回油箱。电磁换向阀9处于中位时，a口和b口不通，p口与t口导通，液压马达6停止工作。当进料发生卡阻时，电磁换向阀9的右线圈得电，电磁换向阀9的p口与b口导通，a口与t口导通，液压马达6反转，进料辊2反转解卡。

电液比例流量阀8控制液压油的油量，即控制液压马达6的转速。刀辊转速编码器10将刀辊的转速反馈给粉碎机控制器13，如果切削负荷重，则刀辊转速低，粉碎机控制器13驱动电液比例流量阀8增大流量，使液压马达6的转速提高，进料辊2加快进料。切削负荷轻，则刀辊转速高，粉碎机控制器13驱动电液比例流量阀8减小流量，使液压马达6的转速下降，进料辊2减慢进料。如此实现了根据刀辊的切削负荷，调节进料辊2的进料速度，既提高了切削效率，又不会使发动机4过载。

发动机4设有探测其机油温度的发动机温度传感器14，发动机温度传感器14的信号线与粉碎机控制器13的温度信号输入端相连。发动机温度传感器14将发动机4的机油温度信号送入粉碎机控制器13，如果发动机4由于长时间连续工作导致过热，则会导致发动机4的机油温度升高，则需要减少工作强度，当机油温度已超过设定温度，则电液比例流量阀8减小流量，降低进料辊2的转速；一定时间后，如果机油仍超温，则粉碎机控制器13使电磁换向阀9的左右两侧均失电，电磁换向阀9处于中位时，液压马达6停止工作。

发动机4还设有探测其机油压力的发动机压力开关15，发动机压力开关15的信号线与粉碎机控制器13的压力信号输入端相连。如果发动机4的负荷过大，导致转速下降，则油泵7的转速也随之下降，以及其它原因例如泄漏等故障，发动机4的机油压力会降低，发动机4的机油压力偏低时，粉碎机控制器13使电磁换向阀9的左右两侧均失电，电磁换向阀9处于中位时，液压马达6停止工作；发动机压力开关15与刀辊转速编码器10的信号形成双重保护触发信号。

油泵7的出口连接有溢流阀12，溢流阀12的出口与过滤器11的入口相连。当油泵7出口的油压过高，超过设定值时，则溢流阀12打开，经过滤器11向油箱回油，保护液压系统。

如图4至图9所示，粉碎机控制器包括微处理器、mos管驱动电路和pwm电流驱动电路，微处理器采用stm32f103rct6单片机，mos管驱动电路包括mos管q4和mos管q7，mos管q4的漏极与电磁换向阀9的左线圈1ya的一端相连，左线圈1ya的另一端接+12v，mos管q4的源极接地，mos管q4的栅极与三极管q5的集电极相连，三极管q5的发射极接+12v，三极管q5的基极与三极管q6的集电极相连，三极管q6的发射极接地，三极管q6的基极与单片机的pb1端口相连；mos管q7的漏极与电磁换向阀9的右线圈2ya的一端相连，右线圈2ya的另一端接+12v，mos管q7的源极接地，mos管q7的栅极与三极管q8的集电极相连，三极管q8的发射极接+12v，三极管q8的基极与三极管q9的集电极相连，三极管q9的发射极接地，三极管q9的基极与单片机的pb11端口相连。

粉碎机工作时，单片机的pb1端口输出高电平，三极管q6及三极管q5依次导通，将mos管q4导通，使左线圈1ya得电，电磁换向阀9的p口与a口导通，b口与t口导通，液压马达6正转，进料辊正转进料，t口回油经过滤器过滤后回油箱。

当进料发生卡阻时，刀辊转速急剧下降，单片机接收到刀辊转速编码器10后，单片机的pb11端口输出高电平，三极管q9及三极管q8依次导通，将mos管q7导通，使右线圈2ya得电，电磁换向阀9的p口与b口导通，a口与t口导通，液压马达6反转，进料辊反转解卡。

当单片机的pb1端口及pb11端口均未输出高电平时，左线圈1ya和右线圈2ya均失电，电磁换向阀9处于中位时，a口和b口不通，p口与t口导通，液压马达6停止工作。

pwm电流驱动电路包括mos管q10、三极管q11和运算放大器u1b，三极管q11的基极与单片机的pb13端口相连，三极管q11的发射极接地，三极管q11的集电极与mos管q10的栅极相连，mos管q10的源极接+12v，mos管q10的漏极与电液比例流量阀8的一端相连，比例流量阀的另一端与运算放大器u1b的同相输入端相连，运算放大器u1b的输出端与单片机的pa2端口相连。

刀辊转速编码器10将刀辊的转速反馈给单片机，如果切削负荷重，则刀辊转速偏低，单片机的pb13端口将脉宽调制信号发送至三极管q11的基极，三极管q11控制mos管q10的导通，减小电液比例流量阀8的电流以提高液压油流量，使液压马达6的转速下降，进料辊减慢进料；电液比例流量阀8的实际电流由运算放大器u1b检测放大后，通过pa2端口反馈给单片机。如果切削负荷轻，则刀辊转速高，则增加电液比例流量阀8的电流以提高液压油流量，使液压马达6的转速上升，进料辊加快进料。

刀辊转速编码器10的脉冲输出a端与单片机的pc7端口相连，刀辊转速编码器10的脉冲输出b端与单片机的pc8端口相连，刀辊转速编码器10的脉冲输出z端与单片机的pc9端口相连；油箱浮子信号线的一端接地，另一端通过电阻r59与稳压管u4相连且通过电阻r62与运算放大器u5a的同相输入端相连，运算放大器u5a的反相输入端通过电阻r60接地，运算放大器u5a的输出端与单片机的pa1端口相连。

刀辊转速编码器10的a端和b端输出相差90度的脉冲，通过a、b两相判断正反转；z相信号在编码器旋转一圈产生一个脉冲，将刀辊转速信号发送给单片机，单片机据此判断切削装置是否过载。油箱浮子处于不同的高度，在运算放大器u5a的同相输入端产生对应的电压值，经运算放大器u5a放大后，提供给单片机的pa1端口。油箱的油位偏低或偏高，液压马达6及发动机4将停止运转。

停止开关ta的一端接地，另一端通过二极管d5和电阻r20与单片机的pa3端口相连；停止开关ta接通，单片机的pa3端口输入低电平，单片机使电磁换向阀9失电关闭，电液比例流量阀8调到默认值，液压马达6及发动机4停止运转。

启动开关qa的一端接地，另一端通过二极管d4和电阻r12与单片机的pa5端口相连；按下启动开关qa，单片机的pa5端口输入低电平，单片机使电磁换向阀9工作在左工位，电液比例流量阀8的开度增大，液压马达6及发动机4投入工作。

发动机温度传感器14的一端接地，另一端通过电阻r11接+3.3v，且通过电阻r14与单片机的pa7端口相连；发动机温度传感器14将探测到的发动机4的机油温度信号转换成电压信号，输入pa7端口。

发动机压力开关15的一端接地，另一端通过二极管d19和电阻r39与单片机的pa8端口相连；发动机4的机油压力偏低时，发动机压力开关15闭合，单片机的pa8端口输入低电平。

粉碎机控制器还包括fm24cl04b存储器，存储器的scl端口与单片机的pb6端口相连，存储器的sda端口与单片机的pb7端口相连。存储器可以存储粉碎机运行时间参数，控制器经485通讯，通过显示屏显示运行时长。

单片机的pb0端口通过电阻r17与三极管q3的基极相连，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极与led报警灯的一端相连，led报警灯的另一端通过电阻r13接+12v；单片机的pa9端口与485通讯模块的di端口相连，单片机的pa10端口与485通讯模块的ro端口相连，单片机的pc12端口与485通讯模块的de及re端口相连，485通讯模块的a端及脉冲输出b端分别与显示屏相连。当机油温度、压力、油位等出现异常时，单片机的pb0端口输出高电平，三极管q3导通，led报警灯亮起。单片机通过485通讯模块实现与显示屏的人际交互。

本发明的树枝粉碎机的进料调速方法，依次包括如下步骤：⑴粉碎机控制器13首先判断发动机4的机油压力是否正常，如机油压力偏低，则发动机压力开关15闭合，进料辊2停止；如机油压力正常进入下一步骤；⑵粉碎机控制器13继续判断发动机温度传感器14提供的发动机机油温度是否超出设定值，如机油不超温则进入下一步骤；如机油超温则降低进料辊2转速，间隔一定时间后如果仍然超温，则进料辊2停止；⑶粉碎机控制器13继续判断刀辊的转速是否符合预设范围，如果刀辊转速偏高，则增大电液比例流量阀8的流量以提高进料辊转速；如果刀辊转速偏低，则减小电液比例流量阀8的流量以降低进料辊转速；如果刀辊出现极低转速或转速为零，则切换电磁换向阀9使液压马达6反向转动，使进料辊2反向转动。

如果切削负荷过重，一方面刀辊转速会下降，另一方面发动机4的转速也会下降，油泵7的转速同步下降，以及其它原因例如泄漏等故障，造成发动机4的机油压力不足，本发明的粉碎机控制器13不仅判断刀辊转速编码器10提供刀辊转速信号，还判断发动机压力开关提供的机油压力信号，形成双重保护。

当发动机4瞬时过载时，刀辊转速立刻下降，粉碎机控制器13立刻控制进料辊2降速；当发动机4由于长时间连续工作导致过热，则会导致发动机4的机油温度升高，则需要减少工作强度，当机油温度已超过设定温度，则电液比例流量阀8减小流量，也降低进料辊2转速，如此也形成双重保护。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。