ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ОРУДИЯ
DETERMINING FLOW OF BULK MATERIAL OF AGRICULTURAL IMPLEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к пневматическим сеялкам, а более конкретно - к датчикам массового расхода для таких сеялок.
Уровень техники
Пневматические сеялки включают в себя дозирующее устройство, которое регулирует то количество семян и удобрений, которое распределяется в воздушной струе. Воздушная струя передает семена и/или удобрения в дополнительную стойку, которая разделяет поток материалов на воздушные струи для отдельных рядов с целью подачи в борозды, выполненные в почве с помощью сошника. Современные дозирующие устройства дозируют семена или гранулированные удобрения на объемной основе. Для того чтобы добиться приемлемой степени точности дозирования, дозирующее устройство должно быть откалибровано в соответствии с плотностью дозируемого материала. Методика калибровки, которая, как правило, включает этап ручного взвешивания, может быть затратной по времени и в зависимости от уровня мастерства оператора может быть неточной и приводить к снижению производительности. Когда передается более чем один материал, в процессе калибровки одновременно можно дозировать только один из материалов, а при попытке обеспечить калибровочную систему, которая может работать в движении, возникают дополнительные трудности.
Раскрытие изобретения
Для исключения этапа ручной калибровки датчик удельного массового расхода помещают в воздушную струю пневматической сеялки или аналогичного орудия, которое перемещает материалы, такие как семена и удобрения. Датчик удельного массового расхода уменьшает запаздывания калибровки и обеспечивает более точные скорости высева и внесения удобрений, даже когда семена и удобрения объединяются в одной воздушной струе.
В одном варианте осуществления изобретения датчик удельного массового расхода расположен в дополнительной стойке, используемой для разделения потока семян и/или удобрений по отдельным рядам. Дозированные материалы отскакивают рикошетом от датчика, изменяют направление, а затем попадают в воздушные струи отдельных рядов. Датчик выдает сигнал, указывающий на усилие материала относительно датчика, которое зависит, главным образом, от массы материала и скорости. Процессор вычисляет удельный массовый расход из сигнала усилия. Процессор также принимает, по меньшей мере, один дополнительный сигнал, указывающий на нежелательный шум и/или помеху или другую переменную величину, которая может неблагоприятным образом воздействовать на расчетный удельный массовый расход. Дополнительный сигнал используют для обеспечения корректирующего сигнала и вычисления более точного удельного массового расхода. Факторы, например, колебания скорости воздуха, вибрация орудия, вибрации, вызванные потоком воздуха, перепад давления воздуха и колебания дифференциального давления могут быть определены одним или более измерительными преобразователями, соединенными с процессором. В одном варианте осуществления может быть использован датчик скорости потока воздуха, поскольку скорость воздуха воздействует на скорость семян/удобрений в дополнительной стойке и усилие соударения с датчиком массового расхода. Сигнал скорости потока воздуха используют для обеспечения коррекции сигнала датчика усилия для введения поправки на скорость воздуха и более точного отражения массового расхода.
Может быть использован один датчик или множество датчиков по количеству дополнительных стоек. Если количество датчиков меньше, чем количество дополнительных стоек, то один датчик действует как модуль доступа для других дополнительных распределительных стоек.
Некоторые конфигурации орудий влекут за собой смешивание семян и удобрений в одной воздушной струе и в дополнительной стойке. Для отделения указания массового расхода семян от указания массового расхода удобрений процессор использует программно-реализованный алгоритм для временного увеличения скорости дозирования одного из материалов. Затем вычисляется изменение удельного массового расхода. С использованием изменения удельного массового расхода и изменения скорости дозаторов определяется коэффициент калибровки, из которого может быть вычислена приблизительная скорость отдельных материалов. Методика обеспечивает возможность калибровки в движении множества дозаторов и может при необходимости обеспечивать подобную калибровку без необходимости полной остановки одного из материалов.
В тех конфигурациях орудий, которые влекут за собой смешивание семян и удобрений в одной воздушной струе и в дополнительной стойке, детекторное устройство может быть установлено под каждым дозатором для выдачи отдельной информации, относящейся к массовому расходу семян и удобрений. Дополнительное детекторное устройство массового расхода выдает сигналы для введения поправки и/или подтверждения точности первого датчика массового расхода и обеспечивает возможность более точной калибровки в движении множества дозаторов. Многие факторы влияют на точность измерения расхода, и обеспечение дополнительного детекторного устройства в ином положении, чем положение первого датчика, может значительно улучшить работу.
За счет выдачи одного или более сигналов помех или потока воздуха в дополнение к сигналу датчика массы от отражательной пластины, которая обращена к основному массовому потоку, процессор может сводить к нулю отрицательные воздействия колебаний потока воздуха и/или давления, вибраций и различных других внешних факторов. Например, в одном варианте осуществления изобретения вибрационный датчик соединен с отражательной пластиной датчика массы. Во время коротких прерываний потока материала из устройства дозирования процессором могут быть определены усредненные сигналы вибрации из-за движения потока воздуха и орудия, и данные сигналы могут быть вычтены из сигнала датчиков общего массового расхода, получаемого, когда материал движется в системе, для обеспечения более точного указания массового расхода.
Дополнительное детекторное устройство массового расхода может представлять собой погружной датчик массового расхода, такой как датчик центростремительного или кориолисового усилия, или может быть использован непогружной датчик, такой как оптический датчик. В определенных условиях подобные датчики могут быть использованы независимо для достижения необходимых уровней точности. В более трудных условиях определения дополнительное детекторное устройство массового расхода может быть расположено под устройствами дозирования для введения поправки и/или подтверждения точности датчика массового расхода.
В одном варианте осуществления изобретения система управления с обратной связью использует удельный массовый расход для регулирования скорости дозирования с целью достижения необходимого расхода. Например, способ точного обеспечения расхода включает следующие этапы:
1. программирование необходимого удельного массового расхода для семян и/или удобрений;
2. регулирование контроллера для установления устройства дозирования на номинальный удельный массовый расход с использованием приблизительного стандартного значения калибровки дозатора;
3. обеспечение цикла калибровки; и
4. использование информации из цикла калибровки для уточнения значения калибровки и повторного регулирования скорости дозирования до точной скорости дозирования.
За счет устранения необходимости ручной калибровки скорости дозирования автоматизируются и улучшаются скорость калибровки и точность дозирования.
Эти и другие задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области из нижеследующего описания, приведенного со ссылкой на чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид сбоку орудия для посева и/или внесения удобрений для подачи одного или более материалов в землю.
Фиг.2 представляет собой схематичный вид распределительного устройства для орудия, показанного на фиг.1, при этом устройство включает в себя датчик массового расхода и устройство обработки и управления.
Фиг.3 представляет собой диаграмму блок-схемы для процессора, показанного на фиг.2, для регулирования расхода подаваемого материала.
Фиг.4 представляет собой диаграмму, аналогичную диаграмме, показанной на фиг.3, но включающую алгоритм вычисления отдельного расхода при перемещении, по меньшей мере, двух различных материалов.
Фиг.5 представляет собой увеличенный схематичный вид датчика массового расхода гранулированных материалов в распределительном устройстве орудия, показанного на фиг.1.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Со ссылкой на фиг.1 показано орудие 10 для посева и внесения удобрений, включающее бункеры 12 и 14 для вмещения материалов, подлежащих распределению в почве. Бункеры 12 и 14 установлены на раме 16, поддерживаемой ходовыми колесами 18 для движения вперед по земле буксирующей машиной (не показана), прицепляемой к передней сцепке 20. Орудие 24 для земляных работ включает раму 26, поддерживаемую ходовыми колесами 28 и прицепленную к задней части рамы 16 сцепкой 30.
Пневматическая система 34 включает вентилятор 36, соединенный с рамой 16 и направляющий воздух в направлении назад через трубопроводное устройство 38 для подачи материалов. Устройство 40 дозирования материалов подает материалы из бункеров 12 и 14 через диффузорное устройство 42 и 44 в трубопроводное устройство 38 для подачи материалов. Затем материал перемещается в направлении назад в воздушной струе в дополнительные распределительные стойки 50. Каждая стойка 50 включает расположенную на самом верху распределительную головку 52, расположенную на наиболее верхнем конце вертикальной распределительной трубы 54. Головка 52 равномерно разделяет поток материала во множество дополнительных распределительных трубопроводов 58. Каждый распределительный трубопровод 58 подает материал в борозду, выполненную одним или более сошниками 60, прикрепленными к раме 26 в разнесенных в поперечном направлении точках, а прицепное уплотняющее или заделывающее колесо 62, соединенное с каждым сошником 60, уплотняет почву поверх материала, помещаемого в борозду.
Устройство 40 дозирования материалов включает бесступенчатые приводы 72 и 74 дозаторов (фиг.2), соединенные с устройствами 76 и 78 дозирования материалов, расположенными в нижней части бункеров 12 и 14. Когда приводы 72 и 74 вращают устройства 76 и 78 дозирования, материалы из бункеров 12 и 14 подаются через диффузор 42 и диффузор 44 в трубопроводное устройство 38, которое, в свою очередь, передает материалы в распределительную стойку 50. Контроллер 80 скорости подачи, соединенный с бесступенчатыми приводами 72 и 74 дозаторов, принимает сигналы скорости на входе 82, указывающие на поступательную скорость орудия, и регулирует скорости приводов дозаторов для поддержания выбранного расхода при изменении поступательной скорости. Устройство 86 ввода соединено с контроллером 80 для ввода требуемого удельного массового расхода материалов и установки номинального удельного массового расхода устройства 40 дозирования. Устройство 86 может включать в себя систему на основе GPS (система глобально позиционирования) или другую автоматическую систему для выдачи в процессор 90 требуемых скоростей дозирования. Процессор 90 выдает входные данные регулирования скорости в контроллер 80 в 92 и 94. Оператор и/или контроллер скорости подачи использует сигнал скорости и входные данные из процессора 90 для регулирования приводов 72 и 74 для поддержания требуемого расхода.
Датчик 100 удельного массового расхода расположен в дополнительной распределительной стойке 50, используемой для разделения потока семян и/или удобрений по отдельным рядам. Дозированные материалы отскакивают рикошетом от датчика 100 и изменяют направление. Затем воздушные струи отдельных рядов в трубопроводах 58 подают материал в борозду. Датчик 100 выдает сигнал на входе в процессор 90, указывающий усилие материала относительно датчика, которое зависит от массы материала. Процессор 90 вычисляет удельный массовый расход из сигнала усилия, получаемого на входе 102.
Процессор 90 также принимает один или более дополнительных сигналов на входах 104 и 106, указывающих на нежелательный шум и/или помеху или другую переменную величину, которая может неблагоприятно воздействовать на рассчитываемый удельный массовый расход. Процессор 90 использует дополнительный сигнал или сигналы на входах 104 и 106 для выдачи корректирующего сигнала и вычисления более точного удельного массового расхода. Для дополнительного улучшения точности, особенно для семян с низкой массой, наподобие канолы, дополнительные сигналы указания расхода могут быть выданы детекторным устройством 108 производительности дозатора, расположенным до первого датчика 100 и включающим выходы 110, соединенные с входом процессора 90. Как показано, детекторное устройство 110 включает датчики расхода, расположенные на выходах устройств 76 и 78 дозирования. Примером дополнительного датчика является оптический датчик или другой обычный детектор расхода семян на выходе устройства 40 дозирования для определения семян и выдачи входного сигнала в процессор 90, указывающего массу семян или массовый расход первого материала из бункера 12. Из массового расхода семян (или массового расхода А) и вычисления общего массового расхода на основании сигнала от ударного датчика 100 (массовый расход А+В) может быть вычислен массовый расход удобрений или второго материала из резервуара 14 [массовый расход В=(массовый расход А+В)-(массовый расход А)].
В варианте осуществления, показанном на фиг.2, вход 104 соединен с вибрационным датчиком 114, установленным на ударном датчике 100 или в непосредственной близости от него. Во время коротких перерывов потока материла из устройства 40 дозирования из сигнала на входе 104 процессором 90 могут быть определены усредненные сигналы вибрации из-за воздушного потока и движения орудия. Затем усредненные сигналы вибрации вычитаются из сигнала датчика общего массового расхода, получаемого при перемещении материала по системе, так что достигается более точное указание массового расхода.
В варианте осуществления, показанном на фиг.2, пневматический датчик 116, расположенный в положении, в котором отсутствуют помехи, на вертикальной трубе 54, выдает пневматический сигнал на вход 106. Датчик 116 может выдавать процессору 90 указания скорости воздуха и/или давления воздуха. Например, скорость воздуха в трубе 54 влияет на скорость материала или материалов в дополнительной стойке 50, что, в свою очередь, влияет на ударное усилие об датчик 100 массового расхода. Сигнал скорости на входе 106 используется для выдачи коррекции сигнала датчика усилия на входе 102 для введения поправки на скорость воздуха и более точного отражения массового расхода. Сигнал от датчика 116 может быть также использован для введения поправки на другие изменения, связанные с атмосферными условиями, например изменения давления воздуха в распределительной головке 52.
Может быть использован один датчик 100 или множество датчиков 100 по количеству дополнительных стоек 50. Если количество датчиков меньше, чем количество дополнительных стоек, то один датчик действует как модуль доступа для других дополнительных распределительных стоек 50.
В некоторых конфигурациях орудий семена и удобрения помещают в бункерах 12 и 14 отдельно и смешивают в одной воздушной струе и в дополнительной распределительной стойке 50. Для отделения указания массового расхода семян от указания массового расхода удобрений процессор 90 использует программно-реализованный алгоритм для временного увеличения скорости дозирования одного из материалов посредством изменения скорости одного из приводов 72 и 74. Затем процессор 90 вычисляет изменение удельного массового расхода, обусловленное изменением скорости. Используя изменение удельного массового расхода и изменение скорости дозаторов, процессор 90 вычисляет коэффициент калибровки, из которого может быть вычислена приблизительная скорость отдельных материалов. Методика обеспечивает возможность калибровки в движении множества дозаторов и может при необходимости обеспечивать подобную калибровку без необходимости полной остановки одного из материалов.
За счет выдачи одного или более сигналов помех или потока воздуха в дополнение к сигналу датчика массы от отражательной пластины, которая обращена к основному массовому потоку, процессор может сводить к нулю отрицательные воздействия колебаний потока воздуха и/или давления, вибраций и различных других внешних факторов. Например, в одном варианте осуществления изобретения вибрационный датчик 120 (фиг.5) соединен с датчиком 100. Во время коротких прерываний потока материала из устройств 76 и 78 дозирования процессором 90 могут быть определены усредненные сигналы вибрации из-за движения потока воздуха и орудия. В процессе подачи материала процессор 90 вычитает усредненные сигналы вибраций из сигнала датчиков общего массового расхода, получаемые датчиком 100, для выдачи более точного указания массового расхода.
Могут быть использованы различные типы датчиков 100. Как показано на фиг.5, датчик 100 включает датчик 130 нагрузки дискового типа, соединенный с дискообразной отражательной пластиной 132 наверху вертикальной трубы 54. Диаметр отражательной пластины 132 приблизительно равен диаметру трубы 54, так что, по существу, весь материал, подаваемый через трубу 54, ударяет пластину перед выходом через распределительные трубопроводы 58. Хотя отражательная пластина 132 показана в виде плоскости, также могут быть использованы другие формы поверхности, включая изогнутые и/или конусообразные поверхности (см. пунктирные линии, обозначенные позицией 132с на фиг.5), которые могут способствовать более равномерному распределению материалов по трубопроводам 58.
Во время работы процессор 90 начинает процедуру калибровки в 138 (фиг.3) и инициирует датчик 100 массового расхода в 140. Затем процессор 90 вычисляет удельный массовый расход в 142 из сигналов от различных детекторов. Затем вычисленный расход сравнивается с предварительно установленным требуемым расходом в 144. Если вычисленный расход соответствует предварительно установленному, калибровочный цикл прекращается в 146 на заданный период времени, после которого калибровочный цикл снова начинается. Если расход не соответствует требуемому расходу, скорости дозирующих приводов 72 и 74 изменяются в 148, и удельный массовый расход вычисляется повторно в 150 до тех пор, пока расход не совпадет с требуемым в 144.
Для отделения указания массового расхода материала в бункере 12 от указания массового расхода материала в бункере 14 процессор 90 использует программно-реализованный алгоритм, схематично показанный на фиг.4, для временного увеличения скорости дозирования одного материала посредством изменения скорости одного из приводов 72 и 74. Затем вычисляется новый удельный массовый расход, из которого процессор 90 определяет удельный массовый расход отдельных материалов из бункеров 12 и 14. Затем при необходимости относительные скорости дозаторов регулируются для обеспечения общей скорости дозирования с правильными скоростями отдельных материалов.
Как показано на фиг.4, процедура калибровки начинается в 158, а датчик 100 массового расхода инициируется в 160. Удельный массовый расход объединенных материалов из бункеров 12 и 14 вычисляется в 162, и расход сравнивается с предварительно выбранным количественным показателем в 164. Если общий расход не попадает в пределы выбранного диапазона, скорость дозатора регулируется в 168 и повторно вычисляется в 170 до тех пор, пока общий расход не попадет в пределы необходимого диапазона. Когда в 164 определено, что расход находится в пределах необходимого диапазона, скорость дозатора для одного из дозаторов 76 и 78 материалов временно увеличивается в 174, и определяется новый удельный массовый расход в 176. Для заданных расходов и масс материалов изменение удельного массового расхода, обусловленное известным изменением скорости дозатора одного из материалов в 174, должно обеспечить заданное изменение удельного массового расхода. Новый удельный массовый расход сравнивается в 180 с вновь определенным количественным показателем расхода, который зависит от изменения скорости дозатора в 174. Если изменение расхода не соответствует изменению расхода, вычисленному процессором 90 для заданного увеличения скорости одного из дозаторов материалов в 174, скорость дозатора для этого дозатора регулируется в 182 и снова вычисляется удельный массовый расход в 184 после регулирования до тех пор, пока рассчитанный расход не будет соответствовать определяемому количественному показателю расхода, в зависимости от изменения скорости дозатора. Когда процедура регулирования, показанная на фиг.4, выполнена, и требуемая норма или соотношение материалов из бункеров 12 и 14 достигнуты для дозаторов 76 и 78 для увеличенной скорости дозатора одного из материалов в 174, процессор 90 вызывает прекращение условия повышенной скорости, установленного в 174, и возвращает управление алгоритму, показанному на фиг.3. Периодически процессор 90 инициирует программу калибровки, показанную на фиг.4, для обеспечения необходимых соотношений материалов, подаваемых в почву. Процедура калибровки может быть инициирована для изменения условий, например для изменения скоростей дозаторов, которые происходят, например, когда при изменении полевых условий должна измениться поступательная скорость.
В варианте осуществления изобретения система управления с обратной связью использует удельный массовый расход для регулирования скорости дозирования с целью достижения необходимого расхода. Например, способ точного обеспечения расхода включает следующие этапы:
1. программирование процессора 90 на необходимый удельный массовый расход для семян и/или удобрений (или других химических веществ);
2. регулирование процессора 90 и контроллера 80 для установления устройства дозирования на номинальный удельный массовый расход с использованием приблизительного стандартного значения калибровки дозатора;
3. обеспечение цикла калибровки и
4. использование информации из цикла калибровки для уточнения значения калибровки и повторного регулирования скорости дозирования до точной скорости дозирования.
За счет устранения необходимости в ручной калибровке скорости дозирования автоматизируется и улучшается скорость калибровки дозирования и точность.
После описания предпочтительного варианта осуществления становится понятно, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.