Устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, а точнее к устройствам настройки и контроля работы прикатывающих катков.
Известен пропашной фрезерный культиватор (Патент РФ №2169446 кл. A01B 61/00, 33/02), содержащий раму, фрезбарабан, опорные колеса, механизм привода, блок управления, датчик частоты вращения фрезбарабана и датчик скорости движения агрегата, выходы которых соединены с блоком управления, культиватор снабжен подпружиненным относительно рамы гребнеобразователем, имеющем защитные кожухи, регулируемые по высоте и ширине, датчиком глубины обработки почвы, выход которого соединен с входом блока управления, и механизмом управления положением навески трактора, электрический вход которого соединен с выходом блока управления.
Недостатками пропашного фрезерного культиватора является низкое качество создания требуемой плотности почвы в заданном слое гребня, связанное с тем, что в нем отсутствует почвенный каток с регулируемой в зависимости от условий работы частотой вращения.
Известен культиватор-гребнеобразователь (Патент РФ №2124824 кл A01B 49/02, A01B 33/02, A01B 13/02), содержащий раму, на которой последовательно смонтированы фрезбарабан, шарнирно установленный гребнеобразователь, профильный каток, приводимый во вращение от гидромотора, связанного с гидросистемой трактора посредством дроссель-регулятора, электрический вход которого соединен с соответствующим выходом блока управления. Дополнительно культиватор-гребнеобразоваталь снабжен датчиком скорости движения, датчиком частоты вращения профильного катка и датчиком глубины погружения профильного 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 комбинированный ботвоуборочный агрегат (Патент РФ №2477943 кл. A01D 23/02), содержащий раму с копирующими колесами, привод барабана-ротора, устройства для обрезки и отвода ботвы. Устройство для отвода ботвы выполнено в виде транспортера, жестко закрепленного на раме и расположенного поперек движения агрегата за режущим устройством внутри кожуха, на раме за копирующими колесами установлены прикатывающие активные катки с датчиками частоты вращения, при этом оси катков через зубчатые передачи взаимодействуют с гидромоторами, жестко закрепленными на опорах, при этом гидромоторы через регулятор подсоединены к гидросистеме трактора, а позади катков на раме установлены датчики цвета, сигнал с которых поступает на бортовой компьютер, сигнал с которого через дозирующий регулятор связан с форсунками соединенными с баком для химикатов.
Недостатками данного устройства являются:
1) Отсутствие датчика крутящего момента на валу активного катка, что не позволяет контролировать качество обработки поверхностного слоя почвы
2) Невозможность настройки устройства в процессе работы
3) Отсутствие достоверных данных скорости движения агрегата
Задача полезной модели - повышение качества обработки поверхностного слоя почвы прикатывающим катком, возможность настройки устройства в процессе работы.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка, 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, 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 котором 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 его на раме жестко закреплен второй датчик Холла, сигналы с первого и второго датчиков Холла и с датчика крутящего момента поступают на входы блока управления, а первый выход которого соединен со входом регулятора и через входом-выход с бортовым компьютером.
Новые существенные признаки
1) За прикатывающим катком установлено с возможностью его свободного вращения колесо, на котором жестко закреплен первый диск
2) По наружному периметру первого диска выполнены прорези на равном расстоянии друг от друга
3) Ось колеса закреплена через подшипники на раме, на которой жестко закреплены напротив первого диска первый датчик Холла
4) 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
5) Датчик крутящего момента выполнен виде натяжителя цепи, в котором между тягой и корпусом натяжителя закреплена упругая пластина, в центральной части которой установлен тензодатчик
6) На оси гидромотора жестко закреплен второй диск с прорезями, выполненными на равном расстоянии друг от друга и напротив его на раме жестко закреплен второй датчик Холла
7) сигналы с первого и второго датчиков Холла, с датчика крутящего момента поступают на входы блока управления, а первый выход которого соединен со входом регулятора и через вход-выход бортового компьютера.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат, заключающийся в повышении качества обработки поверхностного почвенного слоя гребня, достигается за счет образования обратной связи между скоростью вращения прикатывающего катка и поступательной скоростью движения с учетом крутящего момента на валу прикатывающего катка. Качественная обработка поверхностного почвенного слоя гребня производится за счет управления частотой вращения активного катка. Степень буксования и крутящий момент на валу прикатывающего катка зависят от физикомеханических свойств обрабатываемой почвы. Требуемая частота вращения прикатывающего катка выбирается блоком управления по специальному алгоритму на основании данных полученных от датчика крутящего момента прикатывающего катка. В блоке управления производится сравнение степени буксования с заданной. При отклонении сравниваемых значений за пределы допускаемых значений блоком управления подается сигнал на электро-гидравлический регулятор, который изменяя проходное сечение дросселя изменяет поток гидравлической жидкости, поступающей от гидросистемы трактора, что приводит к изменению скорости вращения прикатывающего катка.
На фиг. 1 схематично изображено устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка
На фиг. 2 схематично изображен алгоритм работы устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка.
Устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка, содержащее раму 1 с копирующими колесами (на фиг не показаны), за которым установлен прикатывающий каток 2, ось 3 которого взаимодействует с гидромотором 4, жестко закрепленным на опоре (на фиг не показаны) и через регулятор 5 присоединен к гидросистеме трактора 6, при этом, прикатывающий каток 2 имеет датчик частоты вращения 7 в виде датчика Холла, привод барабана-ротора (на фиг не показан), бортовой компьютер 8, за активным прикатывающим катком установлено с возможностью его свободного вращения колесо 9, на котором жестко закреплен первый диск 10, по наружному периметру которого выполнены прорези 11 на равном расстоянии друг от друга, при этом, ось 12 колеса 9 закреплена через подшипники (на фиг не показаны) на раме 1, на которой жестко закреплены напротив первого диска 10 первый датчик Холла 13, а прикатывающий каток соединен с гидромотором 4 через цепную передачу 14, на одной из ветвей 15 которой с возможностью взаимодействия с ней установлен датчик крутящего момента 16, жестко закрепленный на раме 1 и выполненный в виде натяжителя цепи, в котором между подпруженной тягой 17 и корпусом натяжителя 18 закреплена упругая пластина 19, в центральной части которой установлен тензодатчик 20, а на оси гидромотора жестко закреплен второй диск 21 с прорезями 22, выполненными на равном расстоянии друг от друга и напротив его на раме жестко закреплен второй датчик Холла 7, сигналы с первого 13 и второго 7 датчиков Холла, с датчика крутящего момента 16 поступают на входы блока управления 23, а первый выход которого соединен со входом регулятора 5 и через вход-выход с бортовым компьютером 8.
Работа устройства
Прикатывание почвенного слоя гребня производится при условии максимального разрушения поверхностного слоя почвы, при котором касательные напряжения в зоне воздействия поверхности прикатывающего катка 2 с почвой максимальны. При этом крутящий момент на валу прикатывающего катка 2 принимает максимальное значение, которому соответствует степень буксования прикатывающего катка 2 обозначенная как заданная. Выбор требуемой частоты вращения прикатывающего катка 2 производится на основе измерения скорости вращения прикатывающего катка 2 первым датчиком Холла 7, скорости движения агрегата вторым датчиком Холла 13 и датчика момента 16 на валу прикатывающего катка 2. Электрические сигналы с датчиков 7, 13, 16 поступают на входы блока управления 23, где происходит вычисление требуемой частоты вращения прикатывающего катка. В ходе первоначальной настройки, производится выбор значения степени буксования, при этом блоком управления 23 производится увеличение частоты вращения прикатывающего катка 2 с минимального значения до тех пор, пока вычисленная производная крутящего момента на валу прикатывающего катка не будет равна нулю, соответствуя максимальному крутящему моменту. При этом, бортовой компьютер 23 записывает значение степени буксования δ как заданную для последующего поддержания этого значения.
где: Vk - скорость активного катка, Va - скорость агрегата.
При работе устройства блок управления 23 непрерывно контролирует датчики 7, 13, 16 и в случае отклонения значения текущей степени буксования от заданной более чем на 10% подает электрический сигнал пропорциональный величине отклонения. Электро-гидравлический регулятор 5 изменяет проходное сечение дросселя (на фиг не показан) пропорционально величине полученного сигнала, тем самым изменяя частоту вращения прикатывающего катка 2 до тех пор пока сигнал рассогласования не войдет в пределы допуска. Процедура контроля частоты вращения прикатывающего катка 2 производится каждые 5 метров пути за счет измерения датчиком 13.
Датчик крутящего момента 16, закрепленный на раме 1, установлен таким образом, что при увеличении крутящего момента на валу прикатывающего катка 2, его подпружиненная тяга 17 поворачивается по оси расположенной в корпусе 18. При этом жестко закрепленная упругая пластина 19 одной стороной на корпусе 18, а второй на подпружиненной тяге 17 изгибается, приводя к изменению электрического сопротивления жестко закрепленного на ней тензодатчика 20. Блок управления 23 на основе тарировочных характеристик вычисляет крутящий момент соответствующий электрическому сопротивлению тензодатчика 20.
Колесо 9, установленное позади прикатывающего катка 2 на шарнире (на фиг не показан), закрепленном на раме 1 при перемещении агрегата по полю вращается относительно оси 12 колеса 9. Скорость вращения колеса 9 соответствует поступательной скорости движения агрегата. Первый диск 10 с прорезями 11 жестко закреплен на колесе 9. При вращении диска 10, в датчике Холла 13 в момент прохождения рядом с ним прорези 11 первого диска 10 происходит изменение электрического сигнала, принимаемое блоком управления 23. На основании записанных в память данных о числе прорезей 11 диска 10, диаметре колеса 9 блок управления 23 производит вычисление поступательной скорости агрегата.
Второй диск 21 с прорезями 22 жестко закреплен на оси (на фиг не показана) гидромотора 4. При вращении диска 21, в датчике Холла 7 в момент прохождения рядом с ним прорези 22 второго диска 21 происходит изменение электрического сигнала, принимаемое блоком управления 23. На основании записанных в память данных о числе прорезей 22 диска 21, диаметре прикатывающего катка 2 и соотношению передаточного числа цепной передачи блок управления 23 производит вычисление скорости вращения прикатывающего катка.
Устройство настройки и контроля работы почвообрабатывающего прикатывающего катка работает в двух режимах: автоматическом и ручном. В автоматическом режиме блок управления 23 полностью контролирует частоту вращения прикатывающего катка 2. Упрощенный алгоритм работы устройства настройки и контроля работы представлен на фиг.2. В ручном режиме устройство указывает оператору текущие параметры работы прикатывающего катка 2. На основании полученных данных оператор принимает решение и производит регулировку регулятора 5, который производит регулировку скорости вращения прикатывающего катка 2 как в автоматическом режиме.