CN102239770A - 用于头部高度控制***的传感器 - Google Patents

Abstract

用于头部高度控制***的传感器。用于农业收割机的头部高度传感器(102)具有纵长传感器臂(112)、换向接头(114)、和安装到托架(106)上的旋转传感器(116)，托架固定到收割头的塑料顶点(100)。本发明根据需要提供一种精确且刚性的头部高度传感器，并且避免了现有技术装置韧性的需要。

Description

用于头部高度控制***的传感器

技术领域

本发明一般涉及农业联合收割机。具体涉及头部高度控制***。更具体地，涉及一种用于指示联合收割机的收割头的高度的传感器。

背景技术

农业联合收割机一般配备有设置在车辆前部的收割头，以在车辆穿过田地时卷入农作物、将农作物从地面分离、并传送到联合收割机车辆自身内部的脱粒、分离以及清洁***。

农业联合收割机面临的问题之一是必须将收割头尽可能地靠近地面，以收获尽可能多地农作物。同时，收割头(如果是玉米收割头)是不允许被挖进土地里的，否则会产生明显的损毁。

这一问题的解决方法已经提供一种头部高度控制***，以检测头部在地面之上的高度并将头部维持在恒定高度。当车辆穿过田地在头部和联合收割机之下的土地上升和下降时，这是自动完成的。

这些***最初是机械的，后来是机械液压的。最近以来，这些***已经使用与数字微处理器连接的电子头部高度传感器。数字微处理器可程式化，以接收来自传感器的高度信号并控制电力液压阀，该电力液压阀适当时响应地升高或降低收割头。

这些传感器的一个问题是它们处理所接收的粗处理的能力。传感器一般是触点传感器，其一端连接到头部，另一端在地面上方拖动。联合收割机和头部经常改变方向，从前进到后退到侧向转向。进一步而言，头部可以水平地向地面降下，如果在头部与地面之间没有提供空间，这则会撞坏传感器。所有这些均能引起严重损坏，除非传感器足够大且牢固(或足够小或有弹性)以避免受到伤害。

第6202395号美国专利揭露一种靠近中耕作物头部顶点的前端安装的头部高度传感器。“顶点”是被设计为几乎在地面上行进并分开相邻的两行农作物的农作物行分隔器。顶点以梳子的齿分隔头发的方式分隔成行农作物。传感器固定到顶点的下方并包括附装到旋转传感器(48)的弹性传感器臂(40)，且传感器具有与地面接合的球(46)。传感器臂通过提供一卷簧(42)做为其长度一部分而被制成为韧性的。在可选的实施方式中，同样的韧性传感器臂附装到设置在韧性传感器臂(96)与卷簧(98)之间的托架(62)上。其同样具有与地面接合的球(102)。

这种设置会遭遇几种问题。制成传感器臂(40、96)的卷簧(42、98)在田地里弯曲时，使传感器臂韧性易于在其线圈内收集植物物体。因此其不会返回至其最初形状并且不再显示地面之上的正确高度。进一步而言，球(46，102)因为其球形形状而易于收集灰尘和植物物体。更进一步而言，球是对称的，其无转向功能并且让臂的下部在地面之上向左和向右偏斜。由于臂的轴是韧性的，这横向偏斜造成具体的问题，并且因此在臂端部的球由于土壤而向左和向右偏斜时易于弯折。这造成错误的读取。

第6883299和7310931号美国专利涉及一种解决上述三个问题的头部高度传感器。首先，一些头部并没有当收割头降低到地面时用于收容传感器的凹槽。第二，比起之前，收割头更接近于地面运行，因此在收割头的底部和地面之间提供可以运行传感器的小空间。第三，当头部更接近于地面时，其有利于感测到更前方的收割头(即更靠近于收割头的前部)的高度，因此允许高度控制器尽早地感测到高度并纠正高度。为解决这些问题，设备具有带特别弯曲部的传感器臂，当收割头更靠近地面时，该传感器臂促使臂的地面接触顶点向前朝向收割头的前部移动。臂是细且韧性的并且具有锥形横切面，因此其在平地与收割头的平底部之间可以被弄扁平的。臂由聚氨酯制成，以允许其被严重弯折而不会损坏并回复至其最初形状。臂非常轻，因而其需要附加的弹簧以保持臂向下朝向地面。

所述的第’299和’931号专利的传感器装置适合于沿地面拖曳的具有平底部的平台收割头。这些专利的传感器臂避免使用所述第’395号专利的为弹性而使用的卷簧，但是所述第’299号专利的最终的弯曲韧性臂细且易于损坏。

发明内容

本发明的目的是根据需要提供一种精确且刚性的头部高度传感器，并且避免了现有技术装置韧性的需要。

根据本发明至少权利要求1教授的内容而解决了问题，引用特征的其他权利要求进一步详细阐述了更大优势的解决方案。

根据本发明的第一方面，提供一种用于农业联合收割机的收割头的头部高度传感器，该头部高度传感器包括：纵长传感器臂，该传感器臂具有上端和下端，该上端限定一孔，该孔被构造以容纳一轴；换向接头，其包括一壳体，该壳体被构造以容纳所述纵长传感器臂的上端；该壳体包括一机械止动部以阻止所述纵长传感器臂相对壳体在第一方向上超过第一行走限量的移动，该换向接头进一步包括布置在上端任一侧的一对弹簧，该对弹簧连接到壳体并连接到上端以向所述机械止动部推动所述上端，其中所述轴延伸穿过两个弹簧并穿过所述纵长传感器臂中的所述孔，并在第一端和第二端被支撑在所述壳体上；托架，其被构造以固定到塑料顶点，并且也被构造以支撑换向接头的上部用以绕一横向延伸纵轴线相对旋转运动；以及旋转位置传感器，其连接到托架并连接到换向接头，使得换向接头相对于旋转位置传感器的移动导致来自旋转位置传感器的电信号作为相对旋转的函数而改变。

该孔是椭圆形或长方形，以允许传感器臂在其下端不被折断地横向移动。传感器臂可以是刚性的。传感器臂可以包括具有孔的第一梁构件，和可调整地固定到第一梁构件以改变传感器臂整体长度的第二梁构件。第一梁构件可以包括肋条以增加第一梁构件的硬度。第二梁构件可以由钢或铸铁制成。头部高度传感器可以进一步包括将第一梁构件紧固至第二梁构件的至少一个可移除紧固件。传感器臂可以包括钢或铁平衡块，以向地面向下偏置传感器臂。头部高度传感器可以进一步包括具有前端固定有金属尖端的塑料顶点，并且头部高度传感器通过托架固定到前端。塑料顶点可以具有向下的开口空腔，该开口空腔构形当金属尖端位于地面时不受内部干扰地容纳头部高度传感器。传感器臂是不弯曲的或韧性的。在田地中运行时，第二梁构件而非第一梁构件接合地面。第一梁构件可以具有纵长刚性U形结构并由塑料制成。

附图说明

图1示出根据本发明的具有头部高度传感器的谷物收割头的顶点的立体图。

图2是图1的头部高度传感器的局部分解立体图。

图3是图1-2的头部高度传感器的传感器构件装置的局部分解图。

图4是图1-3的头部高度传感器的换向接头的局部分解图。

具体实施方式

在图1中，示出用于中耕作物收割头(玉米收割头)的塑料顶点100，同时示出安装于其前端的头部高度传感器102。塑料顶点100一般是由滚塑塑料制成，比如是聚乙烯或聚丙烯。

金属尖端104固定在塑料顶点100的前端，以在塑料顶点100滑过地面时为其提供磨损面。头部高度传感器102在金属尖端104正后方固定在塑料顶点100上。头部高度传感器102包括具有平面上表面108的托架106。此托架108固定在塑料顶点100的面向下的平面表面上且形成在塑料顶点100内的向下开口空腔110中。

头部高度传感器102包括连接到换向接头114的刚性传感器臂112，换向接头114接着连接到位置传感器116，该位置传感器116连接到托架108上。

当地面在101B水平面时，传感器102第一次接触地面。当收割头(下称塑料顶点100)下降时，头部高度传感器102相对地面逆时针枢转(如图1中所示)直至地面升高到101A水平面。在此点处，头部高度传感器102恰好开始被收纳进空腔110内。不过，由于塑料顶点100的金属尖端104接触到地面，头部及塑料顶点不能再更进一步。

即使塑料顶点的尖端落在地面之上，然而，传感器臂112在收割头与地面之间没有被压缩。传感器臂112仍能够自由逆时针旋转，如图示的最上部位置(由虚线示出)所示。传感器臂112在其最上部位置105至头高度传感器臂112的后端接触地面的最高水平面101A的下面位置之间自由枢转。传感器臂112因此可以被制成非常硬且刚性的。

现在请参考图2，刚性传感器臂112的上半部形成为第一梁构件118，该第一梁构件118是具有内肋条120的纵长直U形构件。传感器臂112的下半部形成为具有不规则钢或铁板124形式的第二梁构件122。

形成传感器臂112一部分的第一和第二梁构件118、122由螺纹紧固件126相互固定。紧固件126延伸穿过第二梁构件124上部的孔128。

紧固件126螺纹旋入传感器臂112上部的孔130内的配合螺纹内。紧固件126可选择地螺纹旋入传感器臂112下部的孔132内的配合螺纹内。

内肋条120增加第一梁构件118的硬度及刚性。第一梁构件118还具有从平面底板138向上延伸以形成第一梁构件118的U形形状的纵向延伸的侧壁134、136。由底板和两侧壁形成的U形更进一步提高第一梁构件118和刚性传感器臂112的硬度和刚性。底板138是4mm厚、27mm宽。侧壁134、136是2.3mm宽且从底板138的顶部向上延伸18mm。侧壁之间由16mm的间隙分隔，以容纳15.5mm厚的板124，板124***在两侧壁之间直到底板的深度(如果没有肋条)或者直到从底板向上延伸的任一肋条120顶部。

第一和第二梁构件的位置安排为第二梁构件在头部高度传感器102的整个运行区间均与地面接合。第一和第二梁不会相对地面被弄扁平，同样不需要被弄扁平，由于顶点向上弯折一角度使大开口空腔110容纳头部高度传感器102的上部分。头部高度传感器的臂是刚性的。在运行中，其不能在塑料顶点和地面之间被弄扁平。

第一梁构件118的底部是平面的，而非弯曲的。当第一梁构件下降到地面时，其接触地面的点向后移动，远离收割头的前部和安装在收割头上的塑料顶点，收割头被很好地保护且较少地被植物茎部阻碍。

为使其向后移动变地容易，塑料顶点底部的空腔110(图1)构形不受阻力地容纳传感臂112且不向地面压迫传感器臂112。通过以这种方式避免土地变形，允许传感器臂112制作地更厚、更重、刚性、不弯曲的，因此足够重以在无任何附加向下偏置工具的情况下沿着地面。

请参照图3，第一梁构件118的上端150支撑在换向接头114中，换向接头114包括壳体152及允许传感器臂112的下端反向旋转(即图1中的顺时针)的相关构件，以当传感器臂112在顺时针方向(图1)被拉动时减轻拉紧力和防止头部高度传感器102的损坏。

壳体152在两端支撑轴154。弹性销156插穿壳体152上的孔158，以保持轴154就位，两端由壳体152支撑。上端150上贯穿有构形以容纳轴154的孔160。这一设置支撑上端150在壳体152内绕轴154做枢转运动。两个卷簧162、164设置在上端150的相对侧。弹簧162、164支撑在从上端150的相对侧且大致平行于轴154的方向延伸的弹簧支座166、168上。

支撑在两端且上端150保持在其之间的双弹簧和轴能够比第’395号专利的悬臂轴抵御更大的力。

每一卷簧162、164具有构形分别紧抓壳体152和上端150的上弹簧端部170、下弹簧端部172，以在壳体152和上端150之间施加扭矩，因此保持第一梁构件118在相对于壳体152的预定位置中。

预定位置由延伸越过壳体152后部的机械止动部174确定。机械止动部174为上端150提供邻接面。

当第一梁构件118在逆时针方向(图3中所示)相对壳体152旋转时，上端150的柄部176抵靠机械止动部174并阻止相对于壳体152进一步逆时针旋转。

两个卷簧162、164的每一个相对于壳体152保持上端150在此预定的邻接位置。两个卷簧162、164的上弹簧端部170抵靠壳体152。两个卷簧162、164的下弹簧端部172抵靠柄部176。两个卷簧162、164位于拉伸状态，以在正常运行中确保柄部176与机械止动部174抵靠接触。

在一些运行环境中，比如当农业联合收割机停止以及反向行走时，传感器臂112的最下端能够当地面在收割头与塑料顶点100下方向前移动时刺进地面并被向前拉。当这种情况发生时，作用在传感器臂112底部的顺时针扭矩(在图3中所示)使其相对于壳体152顺时针旋转，并自机械止动部174拉开。

当这种情况发生时，两个卷簧162、164由于传感器臂112相对于壳体152的移动而被拉紧。传感器臂112绕用销钉固定到壳体152以允许此情况发生的轴154旋转。进一步而言，容纳轴154的传感器臂112的孔160在第一梁构件118的纵向长度的方向上被制成为椭圆形或长方形。当第一梁构件118被地面向前拉时，这允许传感器臂轻微地侧向(即在垂直于联合收割机前进或反向行走方向的垂直方向上)枢转。当地面向前远离机械止动部174拖曳传感器臂112时，这额外动作允许第一梁构件118被地面轻微地侧向偏转。通过允许传感器臂112不被折断地侧向移动，这额外宽松部分是有益处。

现在请参考图4，壳体152具有从其向上延伸的安装件180。安装件180是具有贯穿其中的横向延伸的孔182的平面构件。横向延伸并与轴154大致平行的轴184设置在孔182内并由止动销186用销钉固定在适当位置上。止动销186延伸穿过安装件180中的孔188，并穿过轴184中的对准孔190。中空筒或衬套形状的轴承192绕轴184的左端(图4)延伸，并相应地容纳在托架106的孔194中。孔194同样相对于塑料顶点100横向延伸。这一设置允许壳体152绕纵长轴线196旋转，该纵长轴线196是孔194、轴承192、孔182和轴184的中心轴线。

轴184的另一端支撑在中空圆筒形状的轴承198上。轴承198支撑在旋转位置传感器116的主体202中形成的孔200内。主体202用两个螺纹紧固件206、208通过螺栓连接到托架106，螺纹紧固件206、208延伸通过分别位于主体202的通穿间隙孔210、212、设置在托架106与主体202之间的垫片214、并随后穿进分别形成于托架106中的螺纹孔216、218。当紧固时，紧固件206、208压缩垫片214，并将主体202刚性固定到托架106。轴184的右端(图4)同样具有构形以容纳在旋转传感器构件222中的接合构件220。

在轴184、轴承192、198之间的公差允许当传感器臂112的下端在地面上行走随着地形的波动而上升和降低时，壳体152相对于托架106和主体202绕轴线196旋转。每当壳体152旋转，其导致传感器构件222相对于旋转位置传感器116的主体202旋转相同的量。这一旋转导致旋转位置传感器116产生指示旋转传感器构件222相对于主体的位置或位置变化的信号。由于旋转传感器构件222与壳体152完全相同地旋转，旋转位置传感器116产生的信号指示壳体152，由此同样的传感器臂112相对于托架106的旋转。

因此，旋转位置传感器116提供的信号指示塑料顶点100和地面之间的距离。电连接器224提供在壳体202上，以提供设置在旋转位置传感器116内的传感器构件与设置在收割头或农业联合收割机自身上其他位置的电子头部高度控制电路之间的电连接。

Claims (13)

1.一种用于农业联合收割机的收割头的头部高度传感器，所述头部高度传感器包括：

一纵长的传感器臂(112)，其具有一上端(150)和一下端，该上端(150)限定一孔(160)，该孔(160)被构形以容纳一轴(154)；

一换向接头(114)，其包括一壳体(152)，该壳体(152)被构形以容纳所述纵长传感器臂(112)的所述上端，所述壳体(152)包括一机械止动部(174)以阻止所述纵长传感器臂(112)相对所述壳体(152)在一第一方向超过第一行走限量的移动，所述换向接头(114)进一步包括布置在所述上端(150)的任一侧的一对弹簧(162、164)，所述对弹簧(162、164)连接所述壳体(152)并连接所述上端(150)，以向所述机械止动部(174)推动所述上端(150)，其中所述轴(154)延伸穿过两个弹簧(162、164)并穿过所述纵长传感器臂(112)中的所述孔(160)，并且在第一端和第二端支撑在所述壳体(152)上；

一托架(106)，其被构形以固定到塑料顶点(100)，并也被构形以支撑所述换向接头(114)的上部以绕一横向延伸纵长轴线(196)相对旋转移动；以及

一旋转位置传感器(116)，其连接到托架(106)并连接到换向接头(114)，使得所述换向接头(114)相对于所述旋转位置传感器(116)的移动导致来自旋转位置传感器(116)的电信号作为相对旋转的函数而改变。

2.如权利要求1所述的头度高度传感器，其中所述孔(160)是椭圆形或长方形，以允许所述传感器臂(112)在其下端横向移动而不被折断。

3.如权利要求1所述的头部高度传感器，其中所述传感器臂(112)是刚性。

4.如权利要求1所述的头部高度传感器，其中所述传感器臂(112)包括具有所述孔(160)的一第一梁构件(118)，和可调整地固定到所述第一梁构件(118)上以改变所述传感器臂(112)的整体长度的一第二梁构件(122)。

5.如权利要求4所述的头部高度传感器，其中所述第一梁构件(118)包括加强所述第一梁构件(118)硬度的肋条。

6.如权利要求4所述的头部高度传感器，其中所述第二梁构件由钢或铸铁制成。

7.如权利要求4所述的头部高度传感器，进一步包括将所述第一梁构件(118)紧固至所述第二梁构件(122)的至少一个可移除紧固件。

8.如权利要求1所述的头部高度传感器，其中所述传感器臂(112)包括钢或铁平衡块，以向地面向下偏置传感器臂(112)。

9.如权利要求1所述的头部高度传感器，进一步包括一塑料顶点，该塑料顶点具有固定有金属尖端(104)的前端，其中所述头部高度传感器通过托架(106)固定到所述前端。

10.如权利要求9所述的头部高度传感器，其中所述塑料顶点具有一向下开口空腔(110)，向下开口空腔(110)被构形以当所述金属尖端位于地面上时不受内部干扰地容纳所述头部高度传感器。

11.如权利要求1所述的头部高度传感器，其中所述传感器臂是非弯曲或有弹性的。

12.如权利要求4所述的头部高度传感器，其中在田地中作业过程中所述第二梁构件接合地面而非第一梁构件。

13.如权利要求4所述的头部高度传感器，其中所述第一梁构件具有一纵长刚性U形结构并由塑料制成。

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