УПРАВЛЕНИЕ УСИЛИЕМ ПРИКАТЫВАЮЩЕГО КАТКА И ЗАДЕЛОЧНОГО КОЛЕСА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ
CONTROLLING FORCE OF COMPACTING WHEEL AND SEALING WHEEL OF PNEUMATIC SEEDER

Область техники
Изобретение носится к приспособлениям и узлам для размещения семян посредством пневматической сеялки.
Уровень техники
Установлено, что для обеспечения требуемой глубины борозды и уплотнения почвы к сеялке должно быть приложено достаточное прижимающее усилие. Если приложено чрезмерное прижимающее усилие, особенно в мягких или влажных почвах, почва может быть излишне уплотнена, что может отрицательно повлиять на способность прорастающих семян пробиться через почву. Если приложено недостаточное прижимающее усилие, особенно в твердой или сухой почве, сеялка может перемещаться вверх и из почвы, что приводит к недостаточной глубине борозды. Известно применение вспомогательного прижимающего усилия к диску для борозды пневматических сеялок, но диск для борозды не является единственной частью сеялки, которая влияет на уплотнение почвы. После диска для борозды пневматические сеялки содержат уплотняющее устройство (например, прикатывающий каток) и заделочное колесо. Это устройство содержит пружины для прикладывания фиксированного прижимающего усилия к устройству.
Пример изобретения поясняется чертежами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан известный узел пневматической сеялки, вид сбоку;
на фиг. 2 – прижимающие исполнительные механизмы, приспособленные для приведения в действие несущего рычага уплотняющего устройства и приведения в действие несущего рычага заделочного колеса согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 3 – схематично показан вариант выполнения схемы обратной связи с замкнутым контуром для управления прижимающим усилием уплотняющего устройства или заделочного колеса;
на фиг. 4 – схематично показан распределитель для системы управления прижимающим усилием согласно варианту выполнения;
на фиг. 5A - 5C показано протекание текучей среды и работа распределителя и прижимающего исполнительного механизма, в котором используют давление текучей среды из клапана управления давлением для сообщения желаемого прижимающего усилия Fd уплотняющему устройству или заделочному колесу, согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 6A - 6C показано протекание текучей среды и работа распределителя и прижимающего исполнительного механизма, в котором используют соленоид для придания желаемого прижимающего усилия Fd уплотняющему устройству или заделочному колесу согласно варианту осуществления изобретения;
на фиг. 7 – схематично показана часть схемы обратной связи с замкнутым контуром по фиг. 3, в котором клапан управления давлением заменен на управляемый вручную клапан регулировки давления, согласно другому варианту выполнения;
на фиг. 8 – вариант выполнения датчика заделывания канавки и опорного датчика, расположенных на высевающей секции пневматической сеялки;
на фиг. 9 – вариант выполнения уплотнителя Keeton для семян, выполненный с возможностью работы в качестве датчика заделывания канавки, при этом показана протягиваемая проволока, связанная с устройством, расположенным в корпусе уплотнителя Keeton для семян;
на фиг. 10 – вариант выполнения датчика заделывания канавки, в котором используют датчик давления, связанный с задним концом протягиваемой проволоки;
на фиг. 11 – вариант выполнения датчика заделывания канавки с расположенными вертикально друг над другом протягиваемыми проволоками;
на фиг. 12 – вариант выполнения опорного датчика, вид сбоку в вертикальном разрезе в увеличенном масштабе;
на фиг. 13 – опорный датчик по фиг. 7 согласно варианту выполнения, вид сзади в вертикальном разрезе;
на фиг. 14 – система для реализации операционного управления узлом заделочного колеса и узлом прикатывающего катка на основе сигналов, генерируемых посредством устройства заделывания канавки согласно варианту выполнения;
на фиг. 15 – блок-схема для реализации операционного управления и обратной связи для оператора на основе опорного датчика и датчика заделывания канавки согласно варианту выполнения.
Краткое описание
В описаны системы и устройства для управления прижимающим усилием уплотняющего устройства и/или заделочного колеса пневматической сеялки.
Осуществление изобретения
Все документы, процитированные здесь, включены в полном объеме посредством ссылки. В случае противоречия определения в этом описании и в процитированном документе, то следует учитывать определение из этого изобретения.
В этом документе описаны приспособления для посева семян, например, пневматические сеялки.
На фиг. 1 показана известная высевающая секция пневматической сеялки. Посевное приспособление 10 прикреплено к раме 11 посредством кронштейна 12. Несущий рычаг 20 с возможностью поворота соединен с кронштейном 12 посредством оси 21 у первого конца 20-1-1 первой части 20-1 несущего рычага. Первая часть 20-1 несущего рычага у второго конца 20-1-2, который противоположен первому концу 20-1-1, соединена с диском 30 для борозды и рычагом 34 копирующего колеса, например, посредством оси 32. Копирующее колесо 31 соединено с рычагом 34 в месте, противоположном оси 32. Вторая часть 20-2 несущего рычага ответвляется от первой части 20-1 несущего рычага и проходит от первой части 20-1 несущего рычага. Несмотря на то, что обычно несущий рычаг 20 выполняют в виде единой детали, несущий рычаг 20 может быть выполнен из двух отдельных частей 20-1 и 20-2. Прикладывающее усилие устройство 23 с возможностью поворота соединено с кронштейном 12 в оси 22 у первого конца 23-1 и соединено со второй часть 20-2 несущего рычага у второго конца 23-2 у соединения 24 на второй части 20-2 несущего рычага. Вторая часть 20-2 несущего рычага содержит две оси 41 и 42. Несущий рычаг 50 уплотняющего устройства с возможностью поворота соединен со второй частью 20-2 несущего рычага у оси 41 у первого конца 50-1 и соединен с уплотняющим устройством 51 у второго конца 50-2. Несущий рычаг 60 заделочного колеса с возможностью поворота соединен со второй частью 20-2 несущего рычага посредством оси 43 поворота у первого конца 60-1 и соединен с заделочным колесом 61 у второго конца 60-2. Заделочное колесо 61 может быть соединено с несущим рычагом 60 посредством оси 62.
Желательно управлять прижимающим усилием на уплотняющем устройстве и заделочном колесе, согласно вариантам осуществления изобретения.
В одном из вариантов осуществления изобретения, который показан на фиг. 2, силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства с возможностью поворота соединен со второй частью 20-2 несущего рычага посредством оси 42 у первого конца 55-1 и соединен с несущим рычагом 50 уплотняющего устройства у второго конца 55-2. Силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса с возможностью поворота соединен со второй частью 20-2 несущего рычага посредством оси 41 у первого конца 65-1 и соединен с несущим рычагом 60 заделочного колеса у второго конца 65-2.
В одном из вариантов осуществления изобретения силовому исполнительному механизму 55 уплотняющего устройства и/или силовому исполнительному механизму 65 заделочного колеса не нужно использовать существующие оси 41 и 42. Один или оба механизма из силового исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства и силового исполнительного механизма 65 заделочного колеса могут быть с возможностью поворота прикреплены у альтернативной оси, такой как ось 44.
Уплотняющее устройство 51 может быть любым устройством, которое прикладывает усилие к семенам, чтобы подталкивать их в борозду. В одном варианте осуществления изобретения уплотняющее устройство 51 является прикатывающим катком, как показано на фиг. 1. В других вариантах осуществления изобретения уплотняющее устройство 51 является уплотнителем для семян (например, как описано в патенте США № 5,425,318).
Прикладывающее усилие устройство 23 может быть любым устройством, которое прикладывает и/или уменьшает усилие между рамой 11 и диском 30 для борозды через вторую часть 20-2 несущего рычага. Примерами являются, помимо прочего, пружины, гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры или система рычагов с электрическим приводом. Усилие передается от второй части 20-2 несущего рычага на первую часть 20-1 несущего рычага и далее на диск 30 для борозды.
Каждый механизм из силового исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства и/или силового исполнительного механизма 65 заделочного колеса независимо являются гидравлическими цилиндрами, пневматическими цилиндрами или системой рычагов с электрическим приводом.
Каждый исполнительный механизм 55, 65 обменивается данными с контрольным устройством 300.
Система рычагов с электрическим приводом может быть электродвигателем, который приводит в действие винт для увеличения или уменьшения длины прикладывающего усилие устройства 23 или силовых исполнительных механизмов 55 или 65.
Посевное приспособление 10 может дополнительно содержать один или несколько датчиков нагрузки. Датчик 33-1 нагрузки копирующего колеса может быть расположен у соединения несущего рычага 20 и копирующего колеса 31.
Датчик 33-2 нагрузки также может быть расположен на рычаге 34 у конца, который противоположен оси 32. В качестве альтернативы, датчик 33-1 нагрузки может быть расположен у соединения рычага 34 копирующего колеса 32 у оси 32. Датчик 53-1 нагрузки уплотняющего устройства может быть расположен у соединения несущего рычага 50 уплотняющего устройства и уплотняющего устройства 51, или датчик 53-2 нагрузки может быть расположен у любого места на самом рычаге 50. Датчик 63-1 нагрузки заделочного колеса может быть расположен у соединения несущего рычага 60 заделочного колеса и заделочного колеса 61, или датчик 63-2 нагрузки может быть расположен у любого места на самом рычаге 60. Датчики 33, 53 и 63 нагрузки обменивается данными с контрольным устройством 300.
Каждый датчик из датчика 33 нагрузки диска для борозды, датчика 53 нагрузки уплотняющего устройства и датчика 63 нагрузки заделочного колеса независимо используют для контроля любого устройства, которое может измерять нагрузку в месте его расположения и передавать измеренные значения нагрузки. В одном варианте осуществления изобретения датчик нагрузки является штифтом измерения нагрузки, как описано в патенте США № 8,561,472. В других вариантах осуществления изобретения датчик нагрузки является тензодатчиком.
Прикладывающее усилие устройство 23 также может прикладывать достаточное усилие ко второй части 20-2 несущего рычага для противодействия силам, приложенным ко второй части 20-2 несущего рычага со стороны силового исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства и/или силового исполнительного механизма 65 заделочного колеса, что нужно для поддержания действия определенного усилия на диск 30 для борозды.
В одном варианте осуществления изобретения силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства и/или силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса приводятся в действие гидравлическим образом. Примеры гидравлического приведения в действие и управления могут быть найдены в патентах США № 8,550,020; 8,634,992; 8,924,102; 9,144,189; 9,173,339; и 9,288,937.
На фиг. 3 схематично показан вариант осуществления системы 100 управления прижимающим усилием, которая содержит схему 110 обратной связи с замкнутым контуром, которая взаимодействует с силовым исполнительным механизмом 55 уплотняющего устройства или силовым исполнительным механизмом 65 заделочного колеса. В этом документе приведено описание системы или для силового исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или для силового исполнительного механизма 65 заделочного колеса, при этом одна и та же система может быть использована с любым из указанных механизмов. Хотя описание ведется для цилиндров двойного действия, вместо них могут быть использованы цилиндры одностороннего действия, которые управляют прижимающим усилием.
В одном из вариантов осуществления изобретения динамическая система 100 использует гидравлическую систему трактора, который тянет пневматическую сеялку и, следовательно, предпочтительно, содержит электрогидравлическую схему 110 обратной связи с замкнутым контуром и гидравлический цилиндр 200 двойного или одностороннего действия.
Тем не менее, динамическая система 100 таким же образом может быть приспособлена для использования с пневматическими исполнительными механизмами, работающими вместе с любой соответствующей электропневматической схемой обратной связи с замкнутым контуром.
В этом документе под термином «фактическое прижимающее усилие, соответственно, уплотняющего устройства или заделочного колеса» Fa понимается собственная масса, временная масса и вспомогательное прижимающее усилие, которые передаются на почву через, соответственно, уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61 высевающей секции 10 пневматической сеялки.
Под собственной массой уплотняющего устройства или заделочного колеса понимают усилие, которое приложено к земле массой высевающей секции 10 и которое передано, соответственно, через уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61, и любое усилие, приложенное посредством прикладывающего усилие устройства 23, которое действует через, соответственно, уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61.
Под временной массой высевающей секции пневматической сеялки понимают массу семян, средства от насекомых и/или удобрения, которые транспортируют посредством высевающей секции 10 пневматической сеялки и которые перемещают на землю, соответственно, через уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61.
В настоящем документе под термином «вспомогательное прижимающее усилие» понимают нагрузку, которая отличается от собственной массы и временной массы и которая приложена к уплотняющему устройству 51 или заделочному колесу 61 для действия на уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61 вниз или вверх относительно рамы 11 для достижения желаемого уплотнения или прижатия почвы, соответственно, под уплотняющим устройством 51 или заделочным колесом 61.
Следует понимать, что вспомогательное прижимающее усилие может увеличивать или уменьшать прижимающее усилие Fa.
Необходимо учитывать, что, если выдвигается силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства, то на уплотняющее устройство 51 будут давить вниз относительно рамы 11, что приведет к увеличению вспомогательного прижимающего усилия и соответствующему увеличению фактического прижимающего усилия Fa уплотняющего устройства 51. Если выдвигается силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса, то заделочное колесо 61 будут отводить от рамы 11, что приведет к уменьшению вспомогательного прижимающего усилия и соответствующему уменьшению фактического прижимающего усилия Fa заделочного колеса 61.
Аналогично, если втягивается силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства, то уплотняющее устройство 51 будут тянуть вверх относительно рамы 11, что приведет к уменьшению вспомогательного прижимающего усилия и соответствующему уменьшению фактического прижимающего усилия Fa уплотняющего устройства 51. Если втягивается силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса, то заделочное колесо 61 будут толкать ближе к раме 11, что приведет к увеличению вспомогательного прижимающего усилия и соответствующему увеличению фактического прижимающего усилия Fa заделочного колеса 61.
Сигнальные линии 124 передают электрические сигналы между модулем 112 управления, датчиками 53 или 63 нагрузки, клапаном 114 управления давлением и распределителем 140.
Линии для текучей среды сообщаются рабочей жидкостью между источником 130 текучей среды, клапаном 114 управления давлением, распределителем 140 и исполнительным механизмом 55 уплотняющего устройства или исполнительным механизмом 65 заделочного колеса.
Предпочтительно источник 130 текучей среды представляет собой резервуар для гидравлической жидкости трактора, который тянет сеялку.
Необходимо учитывать, что, если динамическая система 100 является электропневматической системой, то источник текучей среды может быть воздушным компрессором, емкостью для сжатого воздуха или любым другим источником воздуха.
В общем, посредством модуля 112 управления, оператор способен установить желаемое прижимающее усилие Fd, которое, в одном варианте осуществления изобретения, соответствует давлению на выходе клапана 114 управления давлением.
Предпочтительно модуль 112 управления также позволяет оператору видеть фактическое прижимающее усилие Fa высевающих секций 10, которое определяют посредством датчиков нагрузки 53 или 63.
Распределитель 140 позволяет текучей среде течь в отдельный силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства или силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса и из указанных механизмов в ответ на любую разбалансировку между желаемым прижимающим усилием Fd, которое действует у одного конца распределителей 140, и фактическим прижимающим усилием Fa, которое действует у другого конца распределителей 140.
Таким образом, динамическая система 100 независимо и динамически регулирует вспомогательное прижимающее усилие для каждого уплотняющего устройства 51 или заделочного колеса 61, так как в ходе операций по посеву каждое уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61 испытывают индивидуальные условия нагружения.
Регулировка прижимающего усилия имеет место без необходимости в сложной и дорогостоящей схеме централизованной обработки или программном обеспечении, которые бы понадобилось в противном случае для одновременного отслеживания и сравнения желаемого прижимающего усилия Fd с фактическим прижимающим усилием Fa во всех уплотняющих устройствах 51 или заделочных колесах 61 и для дальнейшей передачи сигналов для независимого управления силовым исполнительным механизмом 55 уплотняющего устройства или силовым исполнительным механизмом 65 заделочного колеса в каждом уплотняющем устройстве 51 или заделочном колесе 61.
Несмотря на то, что, предпочтительно для каждого уплотняющего устройства 51 или заделочного колеса 61 предусмотрен отдельный датчик 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчик 63 нагрузки заделочного колеса, оператор может отслеживать фактическое прижимающее усилие копирующего колеса для каждого ряда, может быть целесообрзно предусмотреть датчики нагрузки только для определенных высевающих секций, например, для внешних высевающих секций и одной или двух внутренних высевающих секций.
Необходимо учитывать, несмотря на то, чтобы желательно каждое уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61 содержало распределитель 140, один распределитель 140 может быть использован для управления течением текучей среды к силовому исполнительному механизму 55 уплотняющего устройства или силовому исполнительному механизму 65 заделочного колеса нескольких высевающей секций 10 пневматической сеялки.
Аналогично, один силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства или силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса может быть использован для управления вспомогательным прижимающим усилием для нескольких высевающих секций.
Клапан 114 управления давлением сообщается с источником 130 текучей среды посредством линий 122а для текучей среды и сообщается с распределителем 140 посредством линий 122b для текучей среды.
Также он электрически связан с модулем 112 управления посредством сигнальных линий 124а. Оператор способен установить желаемое выходное давление клапана 114 управления давлением посредством модуля 112 управления.
Подходящий клапан управления давлением содержит пропорциональные клапаны с электромагнитным управлением, такие как модель № PV72-21, поставляемая компанией HydraForce, Inc., Линкольншир, Иллинойс, или уменьшающий/сбрасывающий давление клапан типа сервоуправляемый золотник, модель PDR08P-01 от компании Hydac, Глейндейл Хайтс, Иллинойс.
Датчик 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчик 63 нагрузки заделочного колеса расположены так, чтобы, предпочтительно, вырабатывать электрический сигнал, соответствующий фактическому прижимающему усилию Fa.
Модуль 112 управления принимает сгенерированный сигнал от датчика 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчика 63 нагрузки заделочного колеса посредством сигнальных линий 124b и, предпочтительно, показывает оператору фактическое прижимающее усилие Fa копирующего колеса, которое соответствует сгенерированному сигналу.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения датчик 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчик 63 нагрузки заделочного колеса представляют собой датчик деформаций, такой как схема с мостом Уитстона, который установлен в любом подходящем месте, из которого может быть с удовлетворительной точностью определено фактическое прижимающее усилие Fa.
Предпочтительно модуль 112 управления встроен в существующее контрольное устройство сеялки, которое имеет пользовательский интерфейс, такой как сенсорный экран, клавиатура или другое средство ввода, посредством которого оператор может выбрать или ввести желаемое прижимающее усилие Fd.
Предпочтительно модуль 112 управления также встроен в существующее контрольное устройство сеялки, которое обеспечивает экран дисплея или другой визуальный дисплей, посредством которого оператор может видеть и отслеживать фактическое прижимающее усилие Fa копирующего колеса для высевающих секций.
В одном из вариантов осуществления изобретения модуль 112 управления встроен в систему контроля сеялки 20/20™, которая поставляется компанией Precision Planting, Inc., Тремонт, Иллинойс, и которая описана в патентном документе US2010/0010667.
Специалистам в рассматриваемой области ясно, как модифицировать контрольное устройство сеялки 20/20™ или любое другое контрольное устройство сеялки для встраивания дополнительных программы и схемы, которые необходимы для того, чтобы позволить оператору вводить желаемое прижимающее усилие Fd копирующего колеса для управления выходом клапана 114 управления давлением, а также принимать и отображать фактическое прижимающее усилие Fa как прижимающее усилие, определенное посредством датчика 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчика 63 нагрузки заделочного колеса.
В качестве альтернативы, что ясно специалистам в рассматриваемой области, модуль 112 управления может быть отдельной системой, которая содержит необходимые схемы для управления выходным давлением клапана 114 управления давлением, которое соответствует желаемому прижимающему усилию Fd, и/или для отображения фактического прижимающего усилия Fa высевающих секций.
Независимо от того, встроен ли модуль 112 управления в существующую систему контроля сеялки или модуль 112 управления является отдельным блоком, предпочтительно, чтобы он был установлен в кабине трактора в месте, где оператор может видеть и взаимодействовать с пользовательским интерфейсом в ходе операций посева.
Как показано на фиг. 4 и 5А-5С, распределитель 140 в одном варианте осуществления изобретения является трехпозиционным распределителем, который аналогичен модели № PTS16-12, поставляемой компанией Eaton Corporation, Иден-Прери, Миннесота.
Распределитель 140 может включать в себя корпус 142, который содержит осевое сквозное отверстие 144 и увеличенное расточенное отверстие 146.
Несколько каналов проходят поперек, через боковую стенку 148 корпуса 142, входят в осевое сквозное отверстие 144 и, предпочтительно, содержат впускное отверстие 150, первое и второе отверстия 152, 154 для возврата текучей среды и первое и второе отверстия 156, 158 исполнительного механизма.
Вставка 160 с возможностью перемещения расположена в корпусе 142. Вставка 160 содержит вал 162 и увеличенную головку 164. Увеличенная головка 164 расположена в расточенном отверстии 146. Пружина 166 смещает головку 164 вставки влево, если смотреть на фиг. 4. Вал 162 содержит два разнесенных в продольном направлении цилиндрических кольца 168. Цилиндрические кольца 168 определяют поднятые поверхности, которые, когда они выровнены с первым и вторым каналами 156, 158 исполнительного механизма, как показано на фиг. 4, эффективно блокируют течение текучей среды в каналы и из каналов и предотвращают прохождение текучей среды от одной стороны цилиндрического кольца до другой. Таким образом, как показано на фиг. 5А - 5С, перемещение вставки 160 в сквозном отверстии 144 представляет собой функционирование трехпозиционного клапана. Распределитель 140 дополнительно содержит крышку 170 головки и концевую крышку 172.
Крышка 170 головки содержит осевой концевой канал 174, который сообщается с осевым расточенным отверстием 176.
Блок 178 с возможностью перемещения расположен в осевом расточенном отверстии 176 и упирается в головку 164 вставки, на которую действует пружина.
Концевая крышка 172 содержит осевое отверстие 180, через которое проходит дальний конец вала 162 вставки. Для уплотнения крышки 170 головки и концевой крышки 172 относительно корпуса 142 предусмотрены уплотнительные кольца 182.
При работе, как показано на фиг. 3, 4 и 5А - 5С, линии 122b для текучей среды передают текучую среду от клапана 114 управления давлением до осевых концевых каналов 174 распределителей 140 при давлении, которое соответствует желаемому прижимающему усилию Fd.
Другой набор линий 122с для текучей среды передает находящуюся под давлением текучую среду от источника 130 текучей среды до впускного отверстия 150 каждого распределителя 140.
Другой набор линий 122d для текучей среды передает текучую среду между отверстиями 152, 154 для возврата текучей среды назад к источнику 130 текучей среды.
Другой набор линий 122е для текучей среды передают текучую среду между первым и вторым отверстиями 156, 158 исполнительного механизма на каждую сторону поршня 202 в исполнительном механизме 55 уплотняющего устройства или исполнительном механизме 65 заделочного колеса каждой высевающей секции 10.
Как показано на фиг. 5А, если желаемое прижимающее усилие Fd совпадает с фактическим прижимающим усилием Fa, переданным рычагом 136 (т.е. Fd = Fa), то предпочтительно цилиндрические кольца 168 на валу 162 вставки выровнены с первым и вторым каналами 156, 158 исполнительного механизма, таким образом, предотвращая течение текучей среды к исполнительному механизму 55 уплотняющего устройства или исполнительному механизму 65 заделочного колеса или течение текучей среды от исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса.
Как показано на фиг. 5В, если желаемое прижимающее усилие Fd больше фактического прижимающего усилия Fa, переданного посредством рычага 136 (т.е. Fd > Fa), то вал 162 вставки будет подвинут вправо, открывая сообщение между впускным отверстием 150 для текучей среды и вторым отверстием 158 исполнительного механизма и открывая сообщение между первым отверстием 156 исполнительного механизма и первым отверстием 152 для возврата текучей среды, таким образом, позволяя текучей среде протекать в поршневой конец исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса и протекать наружу через стержневой конец исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса, давя на поршень 202 вниз, таким образом, увеличивая фактическое прижимающее усилие Fa.
Когда фактическое прижимающее усилие Fa увеличилось достаточно для восстановления равновесия с желаемым прижимающим усилием Fd, вал 162 вставки возвратится в положение, показанное на фиг. 5А.
Как показано на фиг. 5С, если желаемое прижимающее усилие Fd меньше фактического прижимающего усилия Fa, переданного посредством рычага 136 (т.е. Fd < Fa), то вал 162 вставки будет подвинут влево, открывая сообщение между впускным отверстием 150 для текучей среды и первым отверстием 156 исполнительного механизма и открывая сообщение между вторым отверстием 158 исполнительного механизма и вторым отверстием 154 для возврата текучей среды, таким образом, позволяя текучей среде течь в стержневой конец исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса и протекать наружу через поршневой конец исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса, воздействуя на поршень 202 вверх, таким образом, уменьшая фактическое прижимающее усилие Fa.
Когда фактическое прижимающее усилие Fa уменьшилось достаточно для восстановления равновесия с желаемым прижимающим усилием Fd, вал 162 вставки возвратится в положение, показанное на фиг. 5А.
Следует понимать, что вместо системы, которая использует клапан 114 управления давлением для передачи желаемого прижимающего усилия Fd на распределитель 140, любое подходящее электрическое или электромеханическое устройство может быть использовано для передачи желаемого прижимающего усилия Fd на распределитель 140.
Например, как показано на фиг. 6А - 6С, для передачи желаемого прижимающего усилия Fd на головку 164 вставки может быть использован соленоид 400.
В таком варианте осуществления изобретения модуль 112 управления пошлет электрический сигнал на соленоид 400, чтобы сердечник 402 соленоида переместился в соответствии с желаемым прижимающим усилием Fd, что в свою очередь действует на головку 164 вставки, вызывая соответствующее перемещение вставки 160 для открывания и закрывания отверстий, как описано и показано при рассмотрении фиг. 5А - 5В.
Также следует понимать, что термин «распределитель» 140 не нужно рассматривать как устройство, ограниченное описанным и проиллюстрированным в настоящем документе вариантом выполнения, а наоборот его нужно понимать как подразумевающий любое устройство или комбинацию устройств, которая позволяет текучей среде протекать в исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства или исполнительный механизм 65 заделочного колеса и/или из исполнительного механизма 55 уплотняющего устройства или исполнительного механизма 65 заделочного колеса, когда фактическое прижимающее усилие Fa перестает быть сбалансированным с желаемым прижимающим усилием Fd.
Так как в ходе операций посева уплотняющее устройство 51 или заделочное колесо 61 могут изредка сталкиваться с камнями или другими препятствиями, что может стать причиной возникновения больших ударных нагрузок, предпочтительно распределитель 140 установлен так, чтобы он избегал повреждения от этих ударных нагрузок.
Например, предпочтительно, чтобы распределитель 140 был установлен с подпружиниванием, чтобы позволить распределителю 140 смещаться в продольном направлении, если обрывающаяся сила, действующая со стороны рычага 136 на вставку 160 приводит к тому, что головка 164 вставки доходит до конца относительно крышки 170 головки.
При снятии обрывающейся силы, установка с подпружиниванием возвращает распределитель 140 в его нормальное положение.
В одном из вариантов осуществления изобретения модуль 112 управления взаимодействует с Глобальной системой позиционирования (GPS) и выполнен с возможностью получения доступа к карте предписываемых желаемых прижимающих усилий, что нужно для установки и/или изменения желаемого прижимающего усилия Fd при перемещении пневматической сеялки по полю.
Карта предписываемых прижимающих усилий может быть основана на типах почвы, подъемах, приемах механической обработки, ирригационных планах или других параметрах, которые характерны для конкретного места и которые установлены оператором до работы.
В таком варианте осуществления изобретения модуль 112 управления может быть использован для определения разных желаемых прижимающих усилий Fd для каждой высевающей секции или групп высевающих секций, чтобы более точно следовать карте предписываемых прижимающих усилий.
Например, если расположения самой правой высевающей секции и самой левой высевающей секции на сеялке соответствуют разным предписываемым желаемым прижимающим усилиям Fd, основанным на типе почвы или другом заранее определенном факторе, то предпочтительно, чтобы модуль 112 управления был способен установить соответствующее желаемое прижимающее усилие Fd для каждой высевающей секции 10 пневматической сеялки.
Кроме того, предпочтительно, чтобы модуль 112 управления был выполнен с возможностью определения и отображения процента контакта с землей, как описано в международной патентной публикации № WO2009/042238, которую подала та же компания, которая подает эту заявку.
Предпочтительно модуль 112 управления выполнен так, чтобы предоставлять оператору возможность выбора желаемого минимального процента контакта с землей, в дополнение или взамен ввода конкретного желаемого прижимающего усилия Fd.
В таком варианте осуществления изобретения желаемое прижимающее усилие Fd соответствует желаемому минимальному проценту контакта с землей.
Динамическая система 100 может регулировать вспомогательное прижимающее усилие до тех пор, пока фактическое прижимающее усилие Fa по сравнению с желаемым прижимающим усилием Fd не приведет к желаемому минимальному проценту контакта с землей за период выборки.
Таким образом, термин «желаемое прижимающее усилие Fd» нужно понимать как включающий в себя усилие, которое может быть выражено числовым значением или процентом контакта с землей.
Необходимо учитывать, что, когда пневматическая сеялка поднимается, несущий рычаг 50 уплотняющего устройства и несущий рычаг 60 заделочного колеса поворачиваются вниз, в результате чего датчик 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчик 63 нагрузки заделочного колеса будут измерять нулевое или практически нулевое фактическое прижимающее усилие Fa, что, в свою очередь, приведет к протеканию текучей среды к исполнительному механизму 55 уплотняющего устройства или исполнительному механизму 65 заделочного колеса.
Для предотвращения возникновения такого результата, предпочтительно, чтобы контрольное устройство 300 положения транспортировки было электрически связано с клапаном 310, который расположен вдоль линии 122с подачи текучей среды.
Когда контрольное устройство 300 определяет, что пневматическая сеялка находится в положении транспортировки, клапан 310 закрывают, чтобы предотвратить протекание текучей среды из источника 130 текучей среды во впускные отверстия 150 для текучей среды распределителей 140 высевающих секций 10.
Предпочтительно клапан 310 является двухпозиционным, нормально открытым, электромагнитным клапаном.
В качестве альтернативы, вместо отдельного клапана 310, расположенного в линии 122с подачи текучей среды, контрольное устройство 300 положения транспортировки может быть электрически связано с клапаном 114 управления давлением, так что, когда пневматическая сеялка поднимается в положение транспортировки, контрольное устройство 300 положения транспортировки направляет сигнал, побуждающий закрыться клапан 114 управления давлением.
При таком событии, силовой исполнительный механизм 55 уплотняющего устройства или силовой исполнительный механизм 65 заделочного колеса автоматически «поднимаются», пытаясь восстановить равновесие нагрузок Fd и Fa путем предоставления текучей среды возможности течь через распределитель 140 так, как показано на фиг. 5С или 6С, так как Fd будет равно нулю, когда клапан 114 управления давлением закрыт.
Когда датчик 53 нагрузки уплотняющего устройства или датчик 63 нагрузки заделочного колеса измеряют нулевое значение, а копирующие колеса подняты над почвой, так что Fd = Fa, распределитель 140 возвращается в положение, которое показано на фиг. 5А или 6А, и предотвращает протекание текучей среды к исполнительному механизму 55 уплотняющего устройства или силовому исполнительному механизму 65 заделочного колеса.
Более того, следует понимать, что клапан 114 управления давлением и модуль 112 управления могут быть объединены в один управляемый вручную клапан регулировки давления, или клапан 114 управления давлением может быть заменен клапаном регулировки давления прямого действия.
В таком варианте осуществления изобретения предпочтительно, чтобы управляемый вручную клапан регулировки давления содержал метки или маркеры, касающиеся каждой установки давления для силы противодействия.
В том же варианте осуществления изобретения выходное управляющее давление, соответствующее желаемому прижимающему усилию Fd, также будет установлено вручную.
Такой вариант осуществления изобретения показан на фиг. 7, на котором проиллюстрирован участок схемы 110 обратной связи с замкнутым контуром, в котором модуль 112 управления и клапан 114 управления давлением заменены управляемым вручную клапаном 400 регулировки давления.
Клапан 400 содержит контроллер 402, такой как диск набора или рукоятка, и имеет настройки 404, соответствующие желаемому прижимающему усилию Fd и указанные в фунтах силы, как показано, или в любых других желаемых единицах измерения.
На фиг. 8 показан датчик 1000 заделывания канавки, выполненный с возможностью определения, достаточно ли заделочное колесо 61 заделывает почвой открытую канавку 999 для семян, и/или определения величины уплотнения почвы над семенами в канавке 999 для семян. Датчик заделывания канавки более полно описан в патентном документе PCT/US2017/032426. Датчик 1000 заделывания канавки содержит проволоку, веревку или другой подходящий вытянутый элемент (здесь и далее называемый «протягиваемой проволокой» 1002), который выполнен с возможностью его протягивания в канавке 999 для семян. В целом, когда открытую канавку 999 для семян и протягиваемую проволоку 1002 закрывают почвой посредством заделочного колеса 61 в ходе операции посева, датчик 1000 заделывания канавки измеряет или определяет, была ли канавка для семян надлежащим образом закрыта почвой, что делают путем измерения величины усилия, необходимого для протягивания проволоки через почву, или путем измерения величины деформации, тянущего усилия или натяжения в проволоке или путем измерения величины давления почвы, которое действует на проволоку.
Для надлежащего измерения или определения, надлежащим ли образом канавка для семян закрыта почвой, конец протягиваемой проволоки может заканчиваться рядом с вертикальной осью 1001, проходящей через центр заделочного колеса 61, или может заканчиваться на несколько дюймов позади вертикальной оси 1001.
Протягиваемая проволока 1002 может поддерживаться любой подходящей структурой, которая позволяет протягивать задний конец протягиваемой проволоки 1002 в канавке 999 для семян. Как показано на фиг. 8, одно такое приспособление 292 может быть уплотнителем для семян, таким как уплотнитель Keeton для семян, который известен в технике и поставляется компанией Precision Planting, LLC, 23207 улица Таунлайн, Тремонт, Иллинойс 61568.
На фиг. 9 показан вариант осуществления приспособления 292, являющегося уплотнителем Keeton для семян, который выполнен с возможностью функционирования в качестве датчика 1000 заделывания канавки. В этом варианте осуществления изобретения пластиковый корпус 1004 уплотнителя 292 Keeton для семян содержит полость 1006, которая выполнена в корпусе. Задний конец протягиваемой проволоки 1002 проходит наружу сзади корпуса 1004 через отверстие 1008. Передний конец протягиваемой проволоки 1002 может быть связан с устройством 1010 (таким, как датчик деформаций, датчик на эффекте Холла или потенциометр), который расположен в полости 1006. Сигналы, выработанные устройством 1010, передают на контрольное устройство 300 посредством сигнальных проводов 1014.
Во время использования, когда высевающая секция 10 пневматической сеялки перемещается вперед, заделочное колесо 61 закрывает открытую канавку 999 для семян путем толкания ее стенок назад на расположенные семена и протягиваемую проволоку 1002. Когда протягиваемую проволоку 1002 тянут через почву закрытой канавки для семян, устройство 1010 измеряет деформацию протягиваемой проволоки 1002 или величину тянущего усилия или натяжение, которое приложено к протягиваемой проволоке 1002. Необходимо учитывать, что, если канавка 999 для семян закрыта оптимальным образом, с хорошим контактом семян и почвой, устройство 1010 измерит большую деформацию, натяжение или тянущее усилие по сравнению с ситуацией, когда канавка для семян плохо закрыта. Аналогично, устройство 1010 может определить, если заделочное колесо 61 чрезмерно уплотняет почву или неадекватно укладывает почву, в зависимости от деформации, натяжения или тянущего усилия, необходимого для протягивания протягиваемой проволоки 1002 через закрытую канавку.
В отличие от измерения тянущего усилия или натяжения в проволоке, на фиг. 10 показан вариант осуществления изобретения, в котором датчик 1012 давления, такой как пьезорезистивный или пьезоэлектрический датчик, связан с задним концом протягиваемой проволоки 1002 для измерения давления, приложенного к датчику 1012 со стороны окружающей почвы, которую толкают в канавку 999 для семян посредством заделочного колеса 61. Давление, определенное датчиком 102, передают на контрольное устройство 300 посредством сигнальных проводов 1014. Необходимо учитывать, что, чем больше почвы толкают в канавку 999 для семян посредством заделочного колеса 61, тем больше почвы покрывает датчик 1012, в результате чего вырабатывают большее значение давления. Наоборот, если заделочное колесо в сборе не толкает достаточного количества почвы в канавку для семян для надлежащего закрывания семян, датчик 1012 измерит меньшее давление.
На фиг. 11 показан другой вариант осуществления изобретения, в котором несколько протягиваемых проволок 1002A, 1002B, 1002C расположены вертикально друг над другом, при этом каждая проволока связана с соответствующим устройством 1010A, 1010B, 1010C (например, датчиком деформаций, датчиком на эффекте Холла или потенциометром), который расположен в полости 1006, что необходимо для обеспечения перспективного профиля заделывания канавки. Несмотря на то, что на фиг. 11 показано три протягиваемых проволоки, может присутствовать только две расположенные друг над другом протягиваемые проволоки или может присутствовать более трех расположенных друг над другом протягиваемых проволок. Дополнительно, необходимо учитывать, что каждая из расположенных друг над другом протягиваемых проволок 1002 может быть снабжена описанным выше датчиком давления, или одна или более из расположенных друг над другом протягиваемых проволок 1002 могут быть снабжены датчиком давления, а другие проволоки связаны с устройством 1010, расположенным в полости 1006.
Как показано на фиг. 14, сигналы, генерируемые датчиком 1000 заделывания канавки, могут быть переданы посредством сигнальных проводов 1014 на контрольное устройство 300, которое может быть запрограммировано для преобразования и отображения на экране устройства отслеживания фактического усилия, натяжения или давления, которые измеряют посредством датчика 1000 в канавке 999 для семян, в сравнении с желаемым диапазоном для усилия, натяжения или давления. Если отображаемое желаемое усилие, натяжение или давление находится вне желаемого диапазона, то прижимающее усилие для заделочного колеса 61 может быть отрегулировано. Регулировка прижимающего усилия заделочного колеса может быть осуществлена вручную посредством регулировки положения обычной винтовой пружины в соответствии с дискретными значениями предварительного натяга. В качестве альтернативы, если заделочное колесо 61 снабжено узлом исполнительного механизма 256 заделочного колеса для канавки, которое описано выше, оператор может вручную привести в действие узел исполнительного механизма 256 заделочного колеса для канавки, если необходимо увеличить или уменьшить величину прижимающего усилия, которое приложено заделочными колесами 61, чтобы усилие, натяжение или давление, измеренное датчиком 1000 заделывания канавки, оставалось в желаемом диапазоне. В качестве альтернативы, контрольное устройство 300 может быть запрограммировано для автоматического приведения в действие узла исполнительного механизма 256 заделочного колеса для канавки с целью увеличения или уменьшения прижимающего усилия для заделочного колеса 61, в зависимости от того, определяет ли датчик 1000 заделывания канавки, что усилие натяжение или давление для протягиваемой проволоки (проволок) 1002 падает ниже или превышает заранее определенные минимальное и максимальное пороговые значения усилия натяжения или давления. В еще одном варианте осуществления изобретения вместо регулировки прижимающего усилия заделочного колеса 61 посредством обычной винтовой пружины или исполнительного механизма, могут регулировать угол заделочных колес для увеличения или уменьшения напора заделочных колес. Например, как известно, для увеличения или уменьшения угла заделочных колес относительно направления перемещения или относительно вертикали может быть предусмотрен исполнительный механизм или механическое регулировочное устройство (не показано), чтобы регулировать количество почвы, толкаемой заделочными колесами в канавку для семян. Если для регулировки угла заделочных колес предусмотрен исполнительный механизм угла заделочных колес, оператор может привести в действие исполнительный механизм вручную или контрольное устройство 300 может быть запрограммировано для автоматического приведения исполнительного механизма в действие для регулировки напора заделочных колес, в зависимости от усилия, натяжения или давления, которые определяют посредством датчика 1000 заделывания канавки.
Опорный датчик 1100 (фиг. 11, 12 и 13) может быть предусмотрен для «калибровки» датчика 1000 заделывания канавки для учета условий, которые могут влиять на свойства коэффициента сопротивления почвы, в том числе для учета таких факторов, как скорость сеялки, глубина канавки, механическое строение почвы, влажность почвы, плотность почвы и тип системы заделывания. Как наилучшим образом показано на фиг. 12 и 13, опорный датчик 1100 содержит протягиваемый элемент 1102, который расположен с возможностью протягивания через почву снаружи канавки 999 для семян. Протягиваемый элемент 1102 поддерживается рычагом 1104, который с возможностью регулировки расположен относительно копирующего колеса 1106 с возможностью изменения глубины проникновения протягиваемого элемента 1102 относительно поверхности почвы. Рычаг 1104 снабжен датчиком 1110 деформаций для определения деформации, существующей в рычаге 1104 при протягивании протягиваемого элемента 1102 через почву. Сигнальные провода 1114 передают изменение электрического сопротивления в датчике 1110 деформаций на контрольное устройство 300. Контрольное устройство 300 запрограммировано для сопоставления изменения электрического сопротивления с определенной деформацией в рычаге 1104, которое дальше сопоставляют с сигналами, выработанными посредством датчика 1000 заделывания канавки, для определения диапазона усилия, натяжения или давления, которые датчик 1000 заделывания канавки должен определять в случае надлежащего заделывания канавки для семян посредством заделочного колеса 61.
На фиг. 14 схематично показана система 500, в которой используют датчики 1000 заделывания канавки и опорные датчики 1100 для предоставления оператору обратной связи и управления заделочным колесом 61 высевающей секции 10 пневматической сеялки. На этапах 510 и 512 на фиг. 15 опорный датчик 1100 определяет деформацию (посредством датчика 1110 деформаций), существующую в рычаге 1104. На этапе 512 сопоставляют деформацию, существующую в рычаге 1104, для определения диапазона усилия, натяжения или давления, которые должны определять в случае, когда канавку для семян заделывают надлежащим образом посредством заделочного колеса 61. На этапе 514 датчик 1000 заделывания канавки определяет усилие, натяжение или давление, приложенное почвой к протягиваемой проволоке (проволокам) 1002. На этапе 516 усилие, натяжение или давление, приложенное почвой к протягиваемой проволоке (проволокам) 1002 датчика 1000 заделывания канавки может быть отображено оператору на контрольном устройстве 300 в кабине трактора, при этом отображение осуществляют в сравнении с диапазоном усилия, натяжения или давления, которые датчик 1000 заделывания канавки должен определять в случае надлежащего заделывания канавки для семян посредством заделочного колеса 61. На этапе 518 на основе сравнения характерного диапазона усилия, натяжения или давления, которые определены посредством датчика 1000 заделывания канавки, принимают решения по управлению. На этапе 520 могут осуществлять управление заделочным колесом 61 посредством контрольного устройства 300, которое вырабатывает сигналы для приведения в действие одного или нескольких соответствующих исполнительных механизмов 256, 266, и/или на этапе 522 на экране устройства отслеживания оператору могут быть отображены соответствующие рекомендации.