УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ АДАПТЕРА ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ ПОЧВЫ

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а точнее к устройствам цифрового управления адаптера для поверхностного упрочнения почвы.
Известен культиватор-гребнеобразователь [RU 2124824 А01В 49/02, А01В 33/02, А01В 13/02], содержащий раму, на которой последовательно смонтированы фрезбарабан, шарнирно установленный гребнеобразователь. Профилированный каток, приводимый во вращение от гидромотора, связанного с гидросистемой трактора посредством дроссель-регулятора, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления, отличающийся тем, что дополнительно снабжен датчиком скорости движения, датчиком частоты вращения профилированного катка и датчиком глубины погружения катка, причем выходы этих датчиков соединены с соответствующими входами блока управления.
Недостатками данного устройства являются:
1. отсутствие датчика крутящего момента на валу активного катка;
2. невозможность настройки устройства в процессе работы.
Наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели относится устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка [RU 169705 А01В 29/00], содержащее раму с копирующими колесами, за которым установлен прикатывающий каток, ось которого взаимодействует с гидромотором, жестко закрепленным на опоре и через регулятор присоединен к гидросистеме трактора, при этом прикатывающий каток имеет датчик частоты вращения, привод барабана-ротора, бортовой компьютер, отличающееся тем, что за прикатывающим катком установлено с возможностью его свободного вращения колесо, на котором жестко закреплен первый диск, по наружному периметру которого выполнены прорези на равном расстоянии друг от друга, при этом ось колеса закреплена через подшипники на раме, на которой жестко закреплены напротив первого диска первый датчик Холла, а прикатывающий каток соединен с гидромотором через цепную передачу, на одной из ветвей которой с возможностью взаимодействия с ней установлен датчик крутящего момента, жестко закрепленный на раме и выполненный в виде натяжителя цепи, в которой между тягой и корпусом натяжителя закреплена упругая пластина, в центральной части которой установлен тензодатчик, а на оси гидромотора жестко закреплен второй диск с прорезями, выполненными на равном расстоянии друг от друга, и напротив него, на раме, жестко закреплен второй датчик Холла, сигналы с первого и второго датчиков Холла, с датчика крутящего момента поступают на входы блока управления, первый выход которого соединен с входом регулятора и через вход-выход - с бортовым компьютером полевого компьютера.
Недостатками данного устройства являются:
1. невозможность поддержания заданного качества упрочнения почвы в пределах поля вследствие изменяющихся почвенных условий;
2. невозможность подключения устройства к агрегату и его управления по протоколу ISOBUS, являющийся в настоящее время широко распространенным международным протоколом обмена данных, для возможности агрегатирования с любыми современными тракторами;
3. низкая точность оценки крутящего момента на основе измерения натяжения цепи в механизме привода катка.
Задача полезной модели - повышение качества функционирования адаптера для поверхностного упрочнения почвы с учетом случайного, в вероятностно-статистическом смысле, характера входных процессов, характеризующих условия его функционирования и унификация его использования с тракторами различных производителей по протоколу ISOBUS.
Указанная задача достигается тем, что устройство цифрового управления режимом работы адаптера для поверхностного упрочнения почвы содержит раму, копирующие колеса, за которыми на валу, установленном в подшипниках на раме, расположен активный прикатывающий каток, приводимый от гидромотора-редуктора, также закрепленного на раме, причем частота вращения гидромотора-редуктора регулируется с помощью дроссель-регулятора, являющегося элементом гидросистемы трактора и управляемого электромеханическим преобразователем. На валу катка между ним и гидромотором-редуктором установлен магнитоупругий датчик крутящего момента и с противоположной стороны оптический датчик частоты вращения активного прикатывающего катка. Датчик поступательной скорости адаптера представлен в виде приемника Glonass-GPS сигнала, установленного на крыше трактора и передающего сигнал о значении скорости в бортовой компьютер трактора. Сигналы с датчика частоты вращения и датчика крутящего момента поступают на входы блока цифрового управления устройства, соединенного унифицированным разъемом с бортовым компьютером трактора и взаимодействующего с ним по протоколу ISOBUS. Из бортового компьютера трактора информация о поступательной скорости подается в блок цифрового управления устройства. Выход бортового компьютера трактора, также, связан с электромеханическим преобразователем, управляющим дроссель-регулятором гидросистемы трактора.
Новые существенные признаки:
1. выход бортового компьютера трактора связан с электромеханическим преобразователем, управляющим в автоматическом режиме дроссель-регулятором гидросистемы трактора;
2. на валу катка между ним и гидромотором-редуктором установлен магнитоупругий датчик крутящего момента, обеспечивающий высокую надежность и точность измерения в условиях функционирования, относящихся к тяжелым;
3. для повышения качества функционирования адаптера в устройстве цифрового управления используется метод получения оперативной оценки параметра контроля и управления - плотности почвы в поверхностном слое, основанный на измерении значений крутящего момента на валу активного катка, их статистической обработки методом скользящего среднего и сравнения с настроечным значением.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными обеспечивают технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат
Технический результат, заключающийся в повышении качества функционирования адаптера для поверхностного упрочнения почвы, достигается за счет поддержания скользящего среднего значения крутящего момента на валу прикатывающего катка в пределах заданного допуска на настроечное значение, определяемое при первом проходе агрегата, введения обратной связи между частотой вращения активного катка и поступательной скорости адаптера для автоматического управления им.
Экспериментальными исследованиями активных прикатывающих катков в различных почво-климатических условиях было установлено, что случайные процессы плотности почвы в поверхностном слое и момент на валу активного катка, работающего в режиме буксования в пределах от 12% до 18%, имеют высокую взаимную корреляционную связь, поэтому информационным параметром плотности почвы в поверхностном слое используется ее косвенный показатель в виде крутящего момента на валу активного катка. Максимальная степень упрочнения поверхностного слоя почвы для данного поля соответствует степени буксования активного катка, при которой крутящий момент на его валу принимает максимальное значение. Настроечное значение крутящего момента для конкретных почвенных условий определяется при первом проходе адаптера с помощью блока цифрового управления. В дальнейшем устройство поддерживает заданное качество функционирования адаптера за счет оперативного измерения значений крутящего момента на валу активного катка, их статистической обработки методом скользящего среднего и сравнения с настроечным значением.
При выходе скользящего среднего значения крутящего момента за пределы допуска блок цифрового управления подает сигнал в бортовой компьютер трактора, который с помощью электромеханического преобразователя управляет дроссель-регулятором, который корректирует поток рабочей жидкости к гидромотору-редуктору, вследствие чего изменяется частота вращения активного катка, возвращая скользящее среднее значение крутящего момента в поле допуска.
На фиг. 1 схематично изображено устройство автоматического управления режимом работы адаптера для поверхностного упрочнения почвы.
На фиг. 2 схематично изображен вид устройства сзади.
Устройство автоматического управления режимом работы адаптера для поверхностного упрочнения почвы содержит раму 1, копирующие колеса (на фиг. не показаны), за которыми на валу 2, установленном в подшипниках на раме 1, расположен активный прикатывающий каток 3, приводимый от гидромотора-редуктора 4, также закрепленного на раме 1, причем частота вращения гидромотора-редуктора 4 регулируется с помощью дроссель-регулятора 5, являющегося элементом гидросистемы трактора и управляемого электромеханическим преобразователем. На валу катка 2 между ним и гидромотором-редуктором 4 установлен магнитоупругий датчик крутящего момента 8 и с противоположной стороны оптический датчик частоты вращения 9 активного прикатывающего катка. Датчик поступательной скорости 10 адаптера представлен в виде приемника Glonass-GPS сигнала, установленного на крыше трактора, и передающего сигнал о значении скорости в бортовой компьютер 11 трактора. Сигналы с датчика частоты вращения 9 и датчика крутящего момента 8 поступают на входы блока цифрового управления 7 устройства, соединенного унифицированным разъемом с бортовым компьютером 11 трактора и взаимодействующего с ним по протоколу ISOBUS. Из бортового компьютера 11 трактора информация о поступательной скорости подается в блок цифрового управления 7 устройства. Выход бортового компьютера 11 трактора, так же, связан с электромеханическим преобразователем 6, управляющим дроссель-регулятором 5 гидросистемы трактора.
Работает устройство в двух режимах: настройка и управление. В режиме настройки устройство автоматически производит выбор максимального значения крутящего момента, которое принимается за установочное. Для этого, при пробном заезде на участке поля, длиной 20 м, через каждые L=5 м производится автоматическое ступенчатое изменение степени буксования активного катка 3 от 12% до 18% с шагом 2% и вычисление на каждом участке среднего значения крутящего момента с целью выбора его максимального значения. Исследованиями установлено, что статистическая достоверность данных при работе почвообрабатывающих машин, в т.ч. прикатывающих катков, обеспечивается при оценке не менее 100 измерений, поэтому путь, пройденный агрегатом между двумя соседними измерениями, равен Δl=L/100=0,05 м. Для дальнейшей работы в память блока цифрового управления 7 вносятся установочное значение крутящего момента и массив данных, полученный на участке с максимальным крутящим моментом, в качестве базового для расчета скользящего среднего в режиме управления.
i
ср
ср
В режиме управления блок цифрового управления 7 непрерывно контролирует датчики частоты вращения прикатывающего катка 9 и поступательной скорости адаптера 10, вычисляя степень буксования катка 3. При этом, каждые 0,05 м пути блок цифрового управления 7 выполняет опрос датчика крутящего момента 8 о текущей величине крутящего момента M и записывает его в памяти, как сотое значение, стирая одновременно первое значение предыдущего массива и вычисляя скользящее среднее М. Процесс вычисления скользящего среднего М в любой момент отсчета характеризуется следующим выражением:
где n - количество значений крутящего момента, записываемых каждые 0,05 м пути работы устройства, с ее начала.
ср
В случае выхода скользящего среднего значения крутящего момента М за пределы принятого допуска блок цифрового управления 7 автоматически по протоколу ISOBUS передает сигнал в бортовой компьютер 11 трактора, который управляет дроссель-регулятором 5 с помощью электромеханического преобразователя 6, возвращая случайный процесс скользящего среднего в поле допуска.