[发明专利]收割机根部切割器控制系统及方法

说明书

优先权

本申请涉及2011年11月9日提交的名称为“Sugar cane harvester automatic cutter height control（甘蔗收割机的切割器高度的自动控制）”的美国专利申请No.13/292,329并要求其优先权，该美国专利申请的内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明整体涉及甘蔗收割机的自动控制系统。本发明实现了甘蔗收割机的切割器高度的自动控制。

背景技术

全世界每年出产20亿吨甘蔗，其中约一半是手工收割的。当准备进行手工收割时，工人将甘蔗田点燃以烧掉甘蔗叶子并杀死所有潜伏的毒蛇。然后，收割者使用弯刀在刚好高于地面处切割甘蔗。甘蔗收割机避免了点燃甘蔗田的需要并且工作速度是手工收割者的约100倍，然而，收割机需要初期投资和操作员培训。

无论是手工还是机械，都必须在地面上方适当的高度处切割甘蔗。因为蔗糖浓度最高的地方位于甘蔗茎的底部，所以如果在太高的地方切割甘蔗茎，则会遗弃有价值的甘蔗。在太高的地方切割甘蔗茎有可能打碎甘蔗茎，致使植物易受病害。在太低的地方切割甘蔗茎（有时低于地面）会损害截根苗并使切割器刀片变钝。另外，在太低的地方切割甘蔗茎时所聚集的泥土杂质使得每吨甘蔗所能出产的粗糖量减少，并由此使得糖厂支付给农民的价钱降低。因此，只要在高于或低于最优高度的地方切割甘蔗茎，都会使甘蔗的总产糖率降低。在高了或低了仅一两厘米的地方进行切割都会产生显著的经济效益差异。

现有的一些甘蔗收割机的根部切割器高度自动控制系统依赖切割器液压力。当压力增大时检测到较低的高度，而当压力减小时检测到较高的高度。遗憾的是，这些系统工作不佳。现代化收割机的功率大，以致即使穿过泥土进行切割也不会使液压力产生显著差异。此外，最好的甘蔗（含糖量最高）比普通的甘蔗更粗且更难切割，因而需要更大的切割器压力。因此，基于切割器液压力的根部切割器高度自动控制系统不能容易地分辨如下情况：切割器刀片是处于泥土中，还是正在切割高产甘蔗。

另外，甘蔗收割机采用梢部切割器来将甘蔗叶子和甘蔗花从甘蔗茎的顶部移除。这减少了供应给糖厂的杂质材料量，并且避免了在收割之前点燃甘蔗田的需要。梢部切割器与根部切割器类似但不具有如此严格的公差，不过也必须被保持在最佳范围内。如果梢部切割器在太低的地方进行切割，则将浪费含糖的甘蔗。如果在太高的地方进行切割，则可能不必要地使供应给糖厂的杂质多。

因此，需要一种对甘蔗收割机中的根部切割器和/或梢部切割器的高度进行自动控制的可靠且精确的系统。

附图说明

图1A至图1D示出在甘蔗田的坚硬区域和柔软区域两种区域中作业的甘蔗收割机。

图2是甘蔗收割机的侧视图，示出根部切割器、农作物分离器以及农作物分离器超声波高度传感器。

图3是甘蔗收割机的正视图，示出根部切割器、农作物分离器以及农作物分离器超声波高度传感器。

图4是甘蔗收割机的后视图，示出超声波田垄高度传感器。

图5是甘蔗收割机的俯视图，示出超声波高度传感器的布置方式。

图6A和图6B分别示出处于坚硬地体和柔软地体的甘蔗收割机。

图7示出处于丘陵地体的甘蔗收割机。

图8是流程图，概要示出对甘蔗收割机进行根部切割器高度自动控制的方法。

图9示出甘蔗收割机的梢部切割器高度自动控制系统。

图10示出梢部切割器高度自动控制系统的摄像机视场、自动跟踪窗口和操作员可调节的切割器高度基准线。

图11是流程图，概要示出对甘蔗收割机进行梢部切割器高度自动控制的方法。

图12是甘蔗收割机的切割器高度自动控制系统的框图。

具体实施方式

<引言>

收割甘蔗是棘手的工作。典型的30000至40000磅的收割机大约8英尺宽，13英尺高，从前部的顶盖到后部的升降箱翼片有52英尺长。成熟的甘蔗植株大约12至14英尺高，因而收割机操作员在进行收割时看不到前方几英尺以外。收割机成行地收割甘蔗，将甘蔗茎切割成大约1英尺长的小段，并收集到由拖拉机拖拽到旁边的拖车中。从收割机中喷出的泥土和甘蔗叶子流落到地面上。

甘蔗收割机操作员必须在泥土、灰尘和低能见度的环境中进行重要的切割器高度调节。此外，田地条件不断在变化。重型机械容易在柔软地面下陷，而当地面变硬时上升。