УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ АГРОХИМИКАТОВ
DEVICE FOR DIFFERENTIATED APPLICATION OF LIQUID AGROCHEMICALS

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к машинам для внесения жидких средств химизации в почву.
Известно устройство для дифференцированного внесения удобрений, содержащее гидропневморезервуар, разделенный на отсеки для разных по составу удобрений эластичными перегородками и снабженный отсеком для нагнетания сжатого воздуха с возможностью осевого перемещения эластичных перегородок с равномерной концентрацией напряжений по всему периметру перегородок и полным использованием грузоподъемности машины, штангу в виде системы шарнирных параллелограммов, способных по заданной программе обработки поля автоматически сжиматься, растягиваться и поворачиваться вокруг своей оси без изменения рабочей ширины захвата машины с обеспечением заданного распределения доз удобрений по всей площади обрабатываемого поля, рабочие органы, распределяющие удобрения, - дефлекторные форсунки с автоматическим изменением расхода удобрений через каждую форсунку в зависимости от потребной дозы на каждом элементарном участке поля, перемешивающее устройство в виде комбинации реактивной и механических мешалок, обеспечивающее заданное технологическое качество перемешивания различных по составу удобрений и микроэлементов. Наряду с обычной гидравлической системой машина снабжена пневмосистемой для подачи удобрений к дозаторам, а также гидропневмоавтоматикой, управляемой от прибора управления и позволяющей автоматически обеспечивать заданные технологические режимы внесения удобрений при переходе с одного элементарного участка обрабатываемого поля на другой (Патент Российской Федерации №2149532, А01С 17/00, дата начала действия 1998.09.23).
Недостатком данного устройства является невысокая точность дозирования удобрений на каждом элементарном участке поля, что обусловлено отсутствием обратной связи по фактической величине дозы, а регулирование ее величины путем изменения проходного сечения форсунок и регулирования гидропневматических дозаторов не обеспечивает заданной точности в силу нестабильности гидравлических характеристик каналов распределения удобрений и реологических свойств смесей удобрений. Устройству свойственны и ошибки в распределении удобрений по поверхности элементарных участков, связанные с изменением характеристик факела распыления удобрений форсунками при изменении расхода удобрений, компенсация этих изменений за счет растягивания и разворота шарнирных параллелограммов штанги, на которой установлены форсунки, не обеспечивает заданной точности поверхностного распределения удобрений в силу неточного знания фактических характеристик распыления удобрений. Дополнительным недостатком устройства является его высокая сложность. Кроме того, данное устройство не позволяет осуществить дифференциацию смесей компонентов питательных элементов на локальных участках, так как оборудовано одним общим смесителем компонентов. Указанные недостатки не позволяют эффективно осуществлять дифференцированное внесение смесей компонентов удобрений данным устройством и затрудняют его промышленное освоение.
Известно более совершенное устройство дифференцированного внесения жидких минеральных удобрений, наиболее близкое к предложенному по своей технической сущности и достигаемому результату, в котором рабочие органы устройства содержат индивидуальные объемные дозаторы смешиваемых компонентов, оборудованные собственными регуляторами доз, при этом дозаторы выполнены в виде поршневых пар со свободно перемещающимися в цилиндрах поршнями, разделяющими объемы цилиндров на мерные и силовые, причем мерные объемы дозаторов подключены через первые управляемые запорные клапаны к питательным трубопроводам смешиваемых компонентов удобрений, соединенным с нагнетательными патрубками насосов переменной подачи, и через вторые управляемые запорные клапаны подключены к всасывающим входам инжекционных форсунок, силовые объемы дозаторов подключены к дополнительным напорным трубопроводам компонентов удобрений, подключенным к первым выходам управляемых трехходовых перепускных клапанов, вторые выходы которых соединены с входными горловинами отсеков для компонентов резервуара жидких удобрений, выходные горловины которых соединены с всасывающими патрубками насосов переменной подачи, нагнетательные патрубки которых соединены с входами трехходовых перепускных клапанов, исполнительные механизмы первых управляемых запорных клапанов подключены к выходам регуляторов доз, к входам которых подключены датчики положения поршней дозаторов и задающие выходы общего прибора управления, пневмовходы инжекционных форсунок соединены с общим трубопроводом сжатого воздуха, соединенного через управляемый запорный клапан с пневмосистемой, причем исполнительные механизмы управляемых клапанов инжекционных форсунок, трехходовых клапанов и запорного клапана трубопровода сжатого воздуха подключены к управляющему выходу бортового компьютера (Патент Российской Федерации №2321201, МПК 2006.01: А01С 23/00, дата начала действия 11.04.2006).
Недостатками данного устройства является высокая сложность и недостаточная надежность в работе, связанная с наличием в нем большого числа электромагнитных клапанов, работающих в агрессивной и абразивной среде агрохимикатов под высоким рабочим давлением. При большом числе переключений шаровые поверхности рабочих органов клапанов быстро изнашиваются, что при высоком рабочем давлении приводит к протечкам рабочих растворов и уменьшению надежности работы всего устройства.
Заявляемое устройство решает задачу упрощения конструкции и повышения надежности работы для любого химического состава и числа одновременно вносимых агрохимикатов.
Заявляемое устройство для дифференцированного внесения жидких агрохимикатов, как и прототип, включает в себя гидрорезервуар для агрохимикатов с числом рабочих отсеков, равным числу смешиваемых компонентов, широкозахватную штангу для распределения удобрений, рабочие органы, закрепленные на штанге, в виде инжекционных форсунок, гидросистему, управляемую от общего прибора управления, позволяющего автоматически обеспечивать заданные технологические режимы внесения удобрений при переходе с одного элементарного участка обрабатываемого поля на другой, индивидуальные дозаторы компонентов на каждой форсунке, выполненные в виде поршневых пар, мерные объемы которых оборудованы датчиками положения и регуляторами доз.
Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что поршневые пары индивидуальных дозаторов компонентов оборудованы линейными электрическими сервоприводами с встроенными датчиками положения, управляющие входы которых соединены с выходами регуляторов доз, входы которых связаны с датчиками положения сервоприводов и общим управляющим устройством, при этом мерные объемы индивидуальных дозаторов соединены с подающими трубопроводами через первые обратные клапаны, обеспечивающие пропуск рабочих растворов от гидрорезервуара, и с всасывающими входами инжекционных форсунок через вторые обратные клапаны, обеспечивающие выпуск рабочих растворов в форсунки.
Достигаемое от использования изобретения упрощение конструкции обеспечивается тем, что поршневые пары индивидуальных дозаторов компонентов, оборудованные линейными электрическими сервоприводами, сами используются в качестве насосов, всасывающих в свои мерные объемы требуемые дозы агрохимикатов. Это позволяет полностью исключить из устройства насосы переменной подачи, все запорные и перепускные клапаны, а также силовую напорную линию, требуемую для перестановки поршневых пар.
Повышение надежности работы устройства достигается тем, что оно не содержит трубопроводов высокого давления, перекрываемых запорными клапанами, а питательные трубопроводы дозаторов работают на всасывающих линиях низкого давления, перекрываемых обратными клапанами, конструкции которых испытывают меньшую нагрузку и могут выполняться из менее прочных, но более устойчивых к химической коррозии материалов.
На фиг.1 представлена продольная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг.2 - поперечная схема агрегатирования устройства с трактором, на фиг.3 - принципиальная технологическая схема устройства, на которой выделен один рабочий орган со всеми элементами системы управления.
Устройство является прицепным и агрегатируется с трактором 1 (фиг.1, 2). Оно содержит гидрорезервуар 2 с жидкими агрохимикатами или другими минеральными удобрениями. Гидрорезервуар 2 закреплен на раме 3, оборудованной ходовыми колесами 4. В торцевой части рамы 3 закреплена распределительная штанга 5, вдоль которой через равные промежутки установлены рабочие органы 6. Гидрорезервуар 2 разделен на несколько отсеков по числу смешиваемых питательных компонентов (на представленной схеме - на три отсека). Каждый из отсеков резервуара 2 посредством трубопроводов 7 (фиг.3) соединен с входами первых обратных клапанов 8, выходы которых соединены с мерными объемами 9 индивидуальных дозаторов 10. Кроме того, мерные объемы 9 соединены с входами вторых обратных клапанов 11, выходы которых соединены трубопроводами 12 с всасывающими входами инжекционных форсунок 13. Индивидуальные дозаторы 10 оборудованы рабочими поршнями 14, штоки 15 которых жестко сопряжены с толкателями 16 линейных электрических сервоприводов 17. Управляющие входы линейных сервоприводов 17 соединены с выходами регуляторов доз 18. Входы регуляторов доз 18 связаны с встроенными датчиками обратной связи сервоприводов 17 (на чертеже не показаны) и задающими выходами общего управляющего устройства 19, в качестве которого может использоваться бортовой компьютер. К сигнальным входам общего управляющего устройства 19 подключены датчик пространственных координат 20 (приемник спутниковой глобальной позиционной системы) и датчик скорости перемещения машины 21. Машина оборудована пневмосистемой, содержащей компрессор 22, воздушный ресивер 23, соединенный пневмопроводом 24 через запорный клапан 25 с пневмовходами инжекционных форсунок 13. Исполнительный механизм 26 запорного клапана 25 подключен к управляющему выходу общего управляющего устройства 19.
Устройство для дифференцированного внесения жидких агрохимикатов работает следующим образом.
0
0
0
0
Перед началом работы в памяти общего управляющего устройства 19 фиксируется программа D(x, y) внесения агрохимикатов по всем элементарным участкам с пространственными координатами (х, y), на которые через равные промежутки δх, δy разбивается вся площадь обслуживаемого поля. В начальный момент времени, когда машина находится в точке поля с произвольной пространственной координатой поля (x, y), для указанных координат элементарных участков общим управляющим устройством 19 в соответствии с программой внесения удобрений D(x, y) вырабатываются задания на соотношения между компонентами и величины доз на указанных элементарных участках, которые поступают в форме задающих сигналов на входы регуляторов доз 18. На момент формирования задания поршни 14 индивидуальных дозаторов 10 находятся в крайнем нижнем положении, что соответствует нулевым объемам дозаторов. Это приводит к появлению на выходе регуляторов доз 18 управляющих сигналов, которые поступают на управляющие входы линейных сервоприводов 17, которые перемещают поршни 14 до наступления баланса сигналов задания и датчиков положения сервоприводов 17, когда сигналы управления регуляторов доз 18 обнуляются, что соответствует установлению в дозаторах 10 заданных доз. В момент перемещения поршней 14 дозаторов 10 вверх происходит образование вакуума в мерных объемах 9 дозаторов 10, что приводит к одновременному открытию первых обратных клапанов 8 и перекрытию вторых обратных клапанов 11. За счет такого срабатывания обратных клапанов 8, 11 происходит заполнение мерных объемов 9 дозаторов 10. В связи с тем, что в начальной координате поля машина не движется и сигнал датчика скорости 21 отсутствует, то сразу за обнулением управляющих сигналов регуляторов доз 18 на управляющие входы сервоприводов 17 подаются сигналы на внесение агрохимикатов, по которым поршни 14 дозаторов 10 перемещаются вниз до концевого срабатывания сервоприводов 17. Одновременно с подачей сигналов на сервоприводы на внесение агрохимикатов такой же сигнал подается на исполнительный механизм 26 запорного клапана 25 на пневмопроводе 24, что приводит к подаче сжатого воздуха на пневмовходы инжекционных форсунок 13. При перемещении вниз поршней 14 дозаторов 10 в мерных объемах 9 увеличивается давление, за счет которого происходит одновременное перекрытие первых обратных клапанов 8 и открытие вторых обратных клапанов 11. Такое срабатывание обратных клапанов 8, 11 приводит к высвобождению мерных объемов 9 дозаторов 10 и внесению агрохимикатов на элементарных участках площадью 1,5-2,0 кв. м. При высвобождении мерных объемов 9 дозаторов 10 рабочие растворы поступают на всасывающие входы инжекционных форсунок 13, где в их выходных соплах растворы распыляются посредством сжатого воздуха и равномерно осаждаются на растениях и почве. При отработке заданных доз всеми дозаторами поршни 14 дозаторов находятся в нижнем положении, а на выходах общего управляющего устройства 19 отсутствуют сигналы задания, что соответствует нулевому уровню сигналов на всех регуляторах доз 18 и началу движения трактора 1. При движении устройства вдоль оси у, при фиксированной координате x датчиком 21 измеряется скорость движения, сигнал которого ν поступает на вход управляющего устройства 19, где для принятого интервала пространственной дискретизации поля δy вычисляется величина интервала времени, в течение которого устройство проходит уже обработанный участок поля δt=δy/v и выходит на новый участок с координатами (x,y+δy). В течение 0,9-й доли этого интервала времени одновременно осуществляется подготовка следующей технологической операции.
i+1
Для указанных новых координат элементарных участков управляющим устройством 19 в соответствии с программой внесения удобрений вырабатываются задания на величины доз на указанных элементарных участках D(x, y), которые поступают в форме задающих сигналов на входы регуляторов доз 18, и весь цикл формирования и исполнения доз повторяется по всей ширине захвата штанги 5 устройства. При прохождении устройством всей длины гона поля вдоль координаты y происходит его разворот в противоположном направлении с одновременным смещением вдоль оси х рабочей зоны на величину захвата, и все операции для каждого элементарного участка вдоль оси y повторяются по всей длине гона. При этом новые координаты после маневра устройства определяются датчиком пространственных координат 20.