УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СЕЛЬХОЗМАШИНЫ
DEVICE FOR AUTOMATIC REGULATION OF TECHNOLOGICAL PROCESSES OF AGRICULTURAL MACHINERY

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может найти применение при оснащении посевных агрегатов устройствами измерения и регулирования нормы высева семян и внесения твердых гранулированных минеральных удобрений.
Известно устройство для измерения нормы высева семян сеялками (1), включающее датчик высева, датчик числа оборотов колеса сеялки, распределитель импульсов, счетчик семян, микропроцессор с задатчиком, блок сигнализации, состоящий из дешифратора и цифровой лампы.
Недостатком известного устройства является отсутствие одного датчика высева, который бы фиксировал все семена, проходящие через датчик, а также возможность регулирования нормы высева семян и внесения твердых минеральных удобрений.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство (2) для автоматического регулирования технологического процесса сельхозмашины, включающее два импульсных датчика, счетчик, блок управления, формирователь управляющих сигналов исполнительным механизмом. Известное устройство имеет фотоэлектрический датчик высева, частота импульсов на выходе которого пропорциональна числу семян, высеваемых в единицу времени, датчик оборотов колеса сеялки, реверсивный счетчик, к входам параллельной записи которого подключен задатчик параллельного кода, на счетный вход подключен сигнал датчика высева через логическую схему блока управления, на вход обнуления счетчика подается сигнал от датчика оборотов колеса сеялки через триггер и дифференцирующую цепь, формирователь управляющих сигналов, соединенный с входом исполнительного механизма.
Недостатками известного устройства являются:
- Норма высева задается задатчиком параллельного кода и поддерживается постоянной за все время высева;
- регулирование нормы высева производится лишь пропорционально скорости движения агрегата, что не является актуальным в виду того, что в современных сеялках зависимость скорости вращения высевающего аппарата (нормы высева) от скорости движения агрегата (частоты вращения колеса сеялки) связана жесткой механической связью через редуктор;
- фотоэлектрический датчик высева регистрирует часть пролетающих через него семян и частота импульсов на его выходе несет информацию лишь о том, больше это нормы или меньше;
- поскольку при постоянной скорости движения количество семян, регистрируемое датчиком в единицу времени, является величиной случайной, колеблющейся относительно средней величины, то при наличии задержек за счет пролета семян и инерционности исполнительного механизма это приводит к неустойчивой работе (возбуждению) системы.
Техническая задача заключается в улучшении эксплуатационных характеристик машинно-тракторного агрегата и повышении урожайности при посеве различных культур путем дифференцированного воздействия на систему почва-растение.
Техническая задача достигается тем, что устройство для автоматического регулирования технологического процесса сельхозмашины, содержащее два импульсных датчика, счетчик, блок управления, формирователь управляющих сигналов исполнительным механизмом, согласно изобретению снабжено дополнительно n импульсными фотоэлектрическими датчиками измерения нормы высева семян и n датчиками измерения нормы внесения твердых минеральных удобрений, двумя суммирующими схемами сигналов датчиков, терминалом операторского контроля, навигатором, дополнительным исполнительным механизмом, регулирующим положением заслонки высевающего аппарата с формирователем управляющих сигналов, при этом счетчик выполнен в виде двухканального модуля счетного ввода, блок управления выполнен в виде контроллера управления технологическим процессом высева семян и внесения твердых минеральных удобрений с флэш-памятью, фотоэлектрический датчик снабжен вторым каналом оптического контроля с встречно направленным световым потоком, где минус источника питания соединен с двумя последовательно соединенными излучателями, резистором и плюсом источника питания, а оптически связанные с излучателями два последовательно включенных фотоприемника подсоединены к минусу питания и к плюсу питания через нагрузочный резистор, а также к входу импульсного усилителя через дифференцирующую цепь, выходы усилителей измерения нормы высева семян и нормы внесения удобрений подключены через дифференцирующие цепи и диоды к первой и второй суммирующей схеме «ИЛИ», соответственно, выходы схем «ИЛИ» подключены к счетным входам модуля частотного ввода, а к входу управления частотным вводом подключен выход датчика оборотов колеса сеялки, выход модуля частотного ввода соединен с контроллером управления технологическим процессом сельхозмашины, программа работ которого занесена во флэш-память, контроллер соединен с навигатором, терминалом операторского контроля и двумя формирователями управляющих сигналов исполнительными механизмами управления нормой высева и нормой внесения твердых минеральных удобрений.
Кроме того, суммарное количество высеваемого материала, регистрируемое n датчиками, равно количеству высеваемого материала, проходящего через один датчик за единицу времени, определяемого одним оборотом колеса сеялки, а для увеличения точности измерения в каждом датчике использованы две укорачивающие дифференцирующие цепочки разнесения сигналов во времени на входе и выходе импульсного усилителя, в результате чего регулирование нормы высева семян и внесение твердых минеральных удобрений производится дифференцированно в соответствии с программой, записанной на флэш-карте, и текущими координатами, получаемыми с навигатора.
Сравнение заявляемого устройства с прототипом показывает, что новым является то, что снабжено дополнительно n импульсными фотоэлектрическими датчиками измерения нормы высева семян и n датчиками измерения нормы внесения твердых минеральных удобрений, двумя суммирующими схемами сигналов датчиков, терминалом операторского контроля, навигатором, дополнительным исполнительным механизмом, регулирующим положение заслонки высевающего аппарата, с формирователем управляющих сигналов, при этом счетчик выполнен в виде двухканального модуля счетного ввода, блок управления выполнен в виде контроллера управления технологическим процессом высева семян и внесения твердых минеральных удобрений с флэш-памятью, фотоэлектрический датчик снабжен вторым каналом оптического контроля с встречно направленным световым потоком, где минус источника питания соединен с двумя последовательно соединенными излучателями, резистором и плюсом источника питания, а оптически связанные с излучателями два последовательно включенных фотоприемника подсоединены к минусу питания и к плюсу питания через нагрузочный резистор, а также к входу импульсного усилителя через дифференцирующую цепь, выходы усилителей измерения нормы высева семян и нормы внесения удобрений подключены через дифференцирующие цепи и диоды к первой и второй суммирующей схеме «ИЛИ», соответственно, выходы схем «ИЛИ» подключены к счетным входам модуля частотного ввода, а к входу управления частотным вводом подключен выход датчика оборотов колеса сеялки, выход модуля частотного ввода соединен с контроллером управления технологическим процессом сельхозмашины, программа работ которого занесена во флэш-память, контроллер соединен с навигатором, терминалом операторского контроля и двумя формирователями управляющих сигналов исполнительными механизмами управления нормой высева и нормой внесения твердых минеральных удобрений.
Кроме того, суммарное количество высеваемого материала, регистрируемое n датчиками, равно количеству высеваемого материала, проходящего через один датчик за единицу времени, определяемого одним оборотом колеса сеялки, а для увеличения точности измерения в каждом датчике использованы две укорачивающие дифференцирующие цепочки разнесения сигналов во времени на входе и выходе импульсного усилителя, в результате чего регулирование нормы высева семян и внесение твердых минеральных удобрений производится дифференцированно в соответствии с программой, записанной на флэш-карте, и текущими координатами, получаемыми с навигатора.
Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Заявляемое устройство отвечает критерию «изобретательский уровень, так как не является очевидным для специалиста и позволяет достичь результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно улучшение эксплуатационных характеристик машинно-тракторного агрегата и повышение урожайности при посеве различных культур путем дифференцированного воздействия на систему почва-растение.
Предлагаемое изобретение отвечает критерию «промышленная применимость», так как может использоваться в сельском хозяйстве при оснащении посевных агрегатов устройствами измерения и регулирования нормы высева семян и внесения твердых гранулированных минеральных удобрений. Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства для автоматического регулирования технологического процесса сельхозмашины, на фиг.2 - способ регистрации семян и удобрений датчиками.
Устройство содержит: импульсные датчики измерения нормы высева семян ДС1…ДСn, импульсные датчики измерения нормы внесения удобрений ДУ1…ДУn, представляющие собой последовательно соединенные ограничительные сопротивление R1 и оптические излучатели VD1, VD2, световыми потоками связанные с последовательно соединенными фототранзисторами VT1, VT2, подключенными к нагрузке R2 и входам усилителей AD1 через дифференцирующие цепи C1, R1. Выходы усилителей через дифференцирующие цепи С2, R4 и диод VD3 подключены к схемам суммирования сигналов датчиков с помощью схемы «ИЛИ» нормы высева семян 1 и удобрений 2, выходы которых подключены к счетным входам модуля частотного ввода 3, а на вход управления счетным вводом подается сигнал с датчика частоты вращения колеса ДВр, контроллера управления технологическим процессом дифференцированного высева семян и внесения твердых минеральных удобрений 4, программа работ которого в цифровом виде заносится с флэш-памяти 5, представляющей собой оцифрованную карту поля в глобальной системе координат с дозами нормы высева семян и внесения твердых минеральных удобрений по соответствующим координатам, видеотерминала 6, подключенного к контроллеру по RS485 интерфейсу, навигатора 7, формирователей управляющих сигналов 8, 11 исполнительными механизмами, представляющими собой шаговые двигатели 9, 12, определяющие положение заслонки 10, 13, причем навигатор и формирователи управляющих сигналов соединены с контроллером по RS232 интерфейсу.
Устройство работает следующим образом.
Каждый датчик высева семян ДС1…ДСn и внесения удобрений ДУ1…ДУn регистрирует часть семян, пролетающих через датчик. На фиг.2 лишь заштрихованная часть площади сечения участвует в регистрации высеваемого материала. Для того чтобы регистрировать все пролетающие семена через один датчик, надо чтобы площадь, регистрируемая фотоприемниками нескольких датчиков, равнялась площади сечения одного датчика. Так как на одном датчике разместить более двух каналов регистрации практически невозможно (световые потоки направляются встречно, как показано на фиг.2 стрелками), то берется несколько датчиков и расстояние h между световыми потоками выбирается таким, чтобы
где n - количество датчиков;
l - длина светового потока от излучателя до приемника;
d - диаметр светового потока;
D - диаметр проходного отверстия датчика.
В этом случае n датчиков будут регистрировать столько же семян, сколько их пролетает через один датчик в единицу времени, определяемой проходом сеялки за один оборот колеса. Количество семян, которое необходимо регистрировать при заданной норме высева, определяется формулой
где m - количество семян, регистрируемое n датчиками;
2
Q - заданная норма высева (г/м);
Н - ширина сеялки (м);
L - путь, пройденный сеялкой за один оборот колеса (м) и фиксируемый датчиком вращения ДВр;
N - количество каналов высева (сошников) в сеялке;
р - средний вес одного семени в граммах, определяемый измерением веса тысячи семян.
Просуммировав сигналы датчиков высева семян с помощью схемы «ИЛИ» 1 и сигналы датчиков внесения удобрений с помощью схемы 2, с выходов этих схем сигналы с датчиков в виде частоты подаются на модуль частотного ввода 3, где производится подсчет количества семян и количества гранул удобрений за промежуток времени, пройденный сеялкой за один оборот колеса по сигналу с датчика ДВр. Частотная информация о количестве высеваемого материала модулем частотного ввода 3 преобразуется в цифровую и по RS485 интерфейсу передается в контроллер управления технологическим процессом высева 4, куда поступает информация о программе работ по дифференцированному высеву семян и внесению твердых минеральных удобрений с флэш-памяти 5 и видеотерминала операторского контроля 6. Программа работ представляет собой в цифровом виде таблицу координат элементарных участков поля и значения нормы высева семян и нормы внесения удобрений на каждом из этих участков. При проведении посева информация о текущих координатах посевного агрегата поступает с навигатора 7 по RS232 интерфейсу. Контроллер 4 находит в таблице значения нормы высева и нормы внесения удобрений, соответствующие текущим координатам, и по RS232 интерфейсу передает команды на формирователи управляющих сигналов 8, 11, которые дают соответствующие команды шаговым двигателям 9, 12, изменяющих положение заслонок 10, 13, регулирующих норму высева семян и внесения твердых минеральных удобрений. Видеотерминал операторского контроля 6 производит регистрацию и коррекцию технологического процесса посева.
Источники информации
1. А.с. СССР №938788, МПК 7 А01С 7/00, 1980.
2. А.с. СССР №17046665, МПК 7 7/00, 1990 (прототип).