СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ УБОРКИ И СИЛОСОВАНИЯ КОРМОВОГО МАТЕРИАЛА
METHOD AND SYSTEM FOR HARVESTING AND ENSILING OF FEED MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу производства кормового материала, в особенности силосного кормового материала, а также к системе машин для осуществления способа и, в частности, к устройству управления такой системой машин.
Уровень техники
Для уборки растительного материала, предназначенного на корм для животных, обычно используются полевые измельчители, которые уже на поле измельчают растительный материал, такой как кукуруза, свекла и подобные материалы. Полученную измельченную массу транспортируют в силосохранилище и там уплотняют, например, посредством повторных проходов по ней сельскохозяйственного трактора. Уплотнение и заключительная обертка растительного материала воздухонепроницаемой пленкой должны снижать до минимума контакт растительного материала с кислородом воздуха и таким образом создавать подходящие условия для молочнокислого брожения, которое консервирует растительный материал и предотвращает рост плесневых грибков и других вредных организмов.
Для обеспечения качества полученного таким образом силосного кормового материала большое значение имеет быстрая обработка растительного материала, которая сокращает до минимума контакт с кислородом воздуха. Плохая координация технологической цепочки обработки, при которой производительность уборки оказывается выше производительности уплотнения, приводит к тому, что измельченный растительный материал лежит у силосохранилища в отвале в контакте с кислородом воздуха до того, как он может быть уплотнен.
В большинстве современных уборочных транспортных средств при эксплуатации на поле двигатель постоянно работает на полной мощности и регулируемым является только распределение мощности на ходовой механизм и на измельчительный аппарат. Потребление мощности измельчительным аппаратом зависит от длины резания, требуемой для дальнейшей обработки растительного материала, и от массового потока растительного материала, который, в свою очередь, пропорционален плотности растительности на поле и скорости движения уборочной машины. Поэтому массовый расход растительного материала в уборочной машине не является произвольно регулируемой величиной. Если снизить производительность уборки путем уменьшения числа используемых уборочных транспортных средств, можно обеспечить поставку к силосохранилищу измельченного растительного материала с той же скоростью, с которой он может быть уплотнен. Однако в этом случае обычно наступают периоды, когда уплотнительному транспортному средству нечего делать или оно работает непроизводительно, что ненужным образом повышает стоимость производства кормов.
Из патентного документа DE 102008020497 A1 известно уборочное транспортное средство, в котором водителю предоставляется возможность в процессе работы на поле изменять мощность двигателя путем переключения между различными характеристическими кривыми. Так, в тех ситуациях, когда расход убранной массы невелик или она отсутствует, а направление всей мощности двигателя на ходовой механизм невозможно или нецелесообразно, в особенности при маневрах на краю поля, водитель может снижать мощность двигателя и за счет этого экономить топливо. Однако при эксплуатации на уборке водитель такого транспортного средства стремится работать как можно более производительно, то есть по возможности в кратчайшее время убрать как можно большую площадь, и поэтому эксплуатировать двигатель на наибольшей целесообразной мощности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание способа и средств, которые обеспечивают возможность экономичного производства силосных кормов высокого качества.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в способе, при котором с помощью, по меньшей мере, одного уборочного транспортного средства убирают растительный материал на поле, растительный материал транспортируют к силосохранилищу и уплотняют с помощью уплотнительного устройства, в особенности уплотнительного транспортного средства, содержащем этапы:
a) сравнивают производительность уплотнения уплотнительного устройства с производительностью уборки, по меньшей мере, одного уборочного транспортного средства;
b) настраивают производительность уборки, по меньшей мере, одного уборочного транспортного средства в соответствии с производительностью уплотнения уплотнительного устройства.
В соответствии с изобретением таким образом скорость, с которой растительный материал подается к силосохранилищу, настраивают в соответствии с производительностью уплотнения. За счет этого предотвращается ненужный контакт растительного материала с кислородом воздуха перед уплотнением, а также недостаточное уплотнение, которое может иметь место, когда пытаются за один раз уплотнить слишком большие количества растительного материала или когда уплотнение производят не с требуемой тщательностью. Далее, благодаря настройке в соответствии с производительностью уплотнения производительности уборки, по меньшей мере, одной уборочной машины обеспечивается улучшение технологической цепочки уборки в аспекте логистики, так как предотвращаются ситуации с образованием пробок перед силосохранилищем.
Предпочтительно настройку производительности уборки осуществляют посредством генерирования команды для повышения или снижения производительности уборки уборочного транспортного средства, когда имеется значительное отклонение производительности уборки по сравнению с производительностью уплотнения. Если производительность уборки, - в определенных пределах, - соответствует производительности уплотнения, производительность уборки сохраняют, то есть в данном случае настройка не производится.
Предпочтительно производительность уборки настраивают, по меньшей мере, на не равную нулю величину, то есть уборочная машина всегда выдает продукцию, по меньшей мере, больше нулевой, чтобы обеспечивать непрерывный процесс уборки.
Для того, чтобы обеспечивать экономичное потребление топлива при производстве кормовой продукции, настройка производительности уборки должна содержать настройку мощности приводного двигателя уборочного транспортного средства.
Обеспечивается особенно эффективная эксплуатация, когда настройка мощности содержит переключение между различными рабочими режимами двигателя, которые различаются своими характеристическими кривыми зависимости мощности от числа оборотов двигателя, как это описано, в частности, в патентном документе DE 102008020497 A1.
В целесообразном примере осуществления определение (оценку) производительности уборки проводят на основе количества подлежащего уплотнению растительного материала у силосохранилища, при этом настройку производительности уборки проводят в случае, когда устанавливают тенденцию продолжительного изменения этого количества.
В простейшем случае это определение может основываться на оптическом восприятии, в особенности на фотографическом восприятии объема количества растительного материала с помощью камеры. Когда при этом, например, выясняется, что свежая порция растительного материала поступит раньше, чем будет полностью уплотнен доставленный ранее материал, из этого можно сделать вывод, что производительность уплотнения недостаточна, и производительность уборки должна быть снижена. Дополнительно могут учитываться другие данные, такие как текущий расход растительного материала в уборочном транспортном средстве, а также более ранние по времени величины расхода растительного материала.
Целесообразно устанавливать камеру на уплотнительном транспортном средстве, чтобы при его движениях воспринимать количество подлежащего уплотнению растительного материала с различных направлений и за счет этого иметь лучшую возможность определения его объема.
Если по своей природе относительно плотная убранная масса, такая как измельченная кукуруза или свекла, пригодна для того, чтобы выгружать ее у силосохранилища рядом с уже уплотненным материалом и оттуда перемещать в силосохранилище и уплотнять посредством уплотнительного транспортного средства, то на измельченную траву этот случай не распространяется. Здесь обычно свежий подлежащий уплотнению материал укладывают слоем из грузового транспортного средства непосредственно на уже уплотненный материал в силосохранилище, чтобы уплотнять его на месте. В этом случае определение объема подлежащей уплотнению убранной массы фотографическим путем затруднено, так как толщина слоя не поддается надежному восприятию. Однако вместо этого может определяться протяженность поверхности, покрытой подлежащим уплотнению растительным материалом.
В целесообразном примере осуществления растительный материал может расцениваться как уплотненный, когда по покрытой им поверхности уплотнительным транспортным средством совершено заданное число проездов.
Для того, чтобы обеспечивать уплотнение растительного материала с небольшими затратами времени и топлива, пригодную для проезда по ней поверхность силосохранилища можно подразделять на множество участков поверхности и для каждого участка поверхности учитывать (регистрировать) число проездов по нему, так что могут быть идентифицированы участки поверхности с редкими проездами, по которым предпочтительно нужно сделать проезды, чтобы добиться равномерного уплотнения по всей поверхности силосохранилища.
Когда подлежащий уплотнению растительный материал разгружают у силосохранилища порциями, вес каждой порции предпочтительно должен быть сообщен на устройство управления, осуществляющее описанный выше способ. Это позволяет обеспечить способность устройства управления определять количество находящейся у силосохранилища подлежащей уплотнению убранной массы, как это было описано выше, на основе ее объема или поверхности в соотношении с воспринимаемым в уборочной машине массовым потоком убранной массы.
Поскольку на практике силосохранилище, к которому транспортируют растительный материал, удалено от поля уборки, как правило, дополнительно, по меньшей мере, к одному уборочному транспортному средству и уплотнительному транспортному средству используют, по меньшей мере, одно грузовое транспортное средство, на которое перегружают растительный материал для транспортировки к силосохранилищу. В этом случае целесообразно, когда устройство управления определяет также производительность транспортировки, сравнивает производительность уплотнения с производительностью транспортировки и настраивает производительность транспортировки, когда она значительно отклоняется от производительности уплотнения, например, посредством задания скорости транспортировки. За счет этого может устраняться временное бездействие уплотнительного транспортного средства или растительный материал может транспортироваться медленно с экономией энергии, чтобы задерживать его прибытие к силосохранилищу, когда там еще есть достаточно материала для обработки.
Далее, предметом изобретения является устройство управления для выполнения описанного способа, содержащее средства для сравнения производительности уплотнения и интерфейс связи для передачи, по меньшей мере, одной команды для повышения или снижения производительности уборки на уборочном транспортном средстве.
Следующим предметом изобретения является компьютерный программный продукт со средствами кодирования программы, которые придают способность компьютеру, предпочтительно бортовому компьютеру уплотнительного транспортного средства, выполнять описанный способ или работать в качестве устройства управления.
Краткий перечень чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения будут ясны из последующего описания примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:
фиг.1 схематично изображает ситуацию использования изобретения,
фиг.2 изображает блок-схему взаимодействующих компонентов транспортных средств по фиг.1 в соответствии с изобретением,
фиг.3 схематично представляет изображение на индикаторном устройстве уборочного или грузового транспортного средства,
фиг.4 схематично представляет изображение на индикаторном устройстве уплотнительного транспортного средства.
Осуществление изобретения
На фиг.1 схематично показана типичная ситуация использования настоящего изобретения. Уборочное транспортное средство, здесь полевой измельчитель 1, находится в процессе уборки растительности 2 на поле. Полевой измельчитель 1 сопровождает грузовое транспортное средство 3, - здесь трактор 4 с прицепом 5. С помощью разгрузочной трубы 6 полевой измельчитель 1 непрерывно перегружает измельченный растительный материал в прицеп 5.
Когда грузовая вместимость грузового транспортного средства 3 полностью исчерпана, оно едет к наземному силосохранилищу 7. К этому моменту времени на поле должно находиться в готовности второе грузовое транспортное средство, чтобы занять положение под разгрузочной трубой 6, так что полевой измельчитель 1 мог бы продолжать работу без остановок в то время, когда нагруженное грузовое транспортное средство 3 находится в пути к наземному силосохранилищу 7.
Наземное силосохранилище 7 известным образом содержит бетонную плиту, на которой прикреплены друг к другу под прямым углом три стенки 8. Грузовое транспортное средство 3 сваливает груз в отвал 9 рядом с наземным силосохранилищем 7, а уплотнительное транспортное средство, - здесь трактор с погрузочным ковшом, - забирает растительный материал из отвала 9, распределяет его в пространстве между стенками 8 и при этом проезжает по уже выгруженному в нем растительному материалу. При этом получают плотное, по существу свободное от воздушных включений содержимое силосохранилища. После заполнения силосохранилища 7 растительный материал может быть покрыт воздухонепроницаемым образом и оставлен для молочнокислого брожения.
В дальнейшем описании принято, что бортовой компьютер уплотнительного транспортного средства 10 действует в качестве центрального устройства 11 управления (см. фиг.2) для способа по изобретению. Однако очевидно, что некоторые из описываемых ниже задач могут также решаться бортовым компьютером 12 уборочного транспортного средства 1 или грузового транспортного средства 3.
Каждый раз при доставке порции растительного материала к силосохранилищу 7 устройство 11 управления получает по радио-интерфейсу 13 данные о массе порции. Эти данные могут поступать, например, от бортового компьютера грузового транспортного средства 3 и указывать номинальную грузоподъемность прицепа 5. Однако предпочтительно бортовой компьютер 12 уборочного транспортного средства 1 связан с датчиком 15 для восприятия массового потока растительного материала в уборочном транспортном средстве 1, и этот бортовой компьютер 12 определяет вес порции путем интегрирования массового потока по времени, требуемому для загрузки прицепа 5, и передает результат по радио на устройство 11 управления. Поскольку расстояние между уборочным транспортным средством 1 и уплотнительным транспортным средством 10 может быть больше дальности действия радио-интерфейсов, может быть предусмотрено, что они связываются друг с другом посредством открытой мобильной радиосвязи.
Устройство 11 управления связано с камерой 14, установленной на уплотнительном транспортном средстве 10, чтобы принимать от нее изображения отвала 9. В то время, как уплотнительное транспортное средство 10 движется по наземному силосохранилищу 7, чтобы уплотнять в нем убранную массу, камера воспринимает отвал 9 в различных перспективах, так что устройство 11 управления на основе различных изображений отвала 9 может вычислить его пространственную форму или его объем. На основе знания о массе порции, из которой состоит отвал 9, устройство 11 управления определяет плотность растительного материала в отвале 9. На основе этой плотности устройство 11 может в каждый текущий момент времени оценить остаточную массу отвала 9, даже когда часть содержащегося в нем материала забрана, распределена и уплотнена в силосохранилище 7. Таким путем возможно определение производительности уплотнения.
Важная задача устройства 11 управления состоит в том, чтобы сравнивать производительность уборки уборочного транспортного средства 1 с производительностью уплотнения уплотнительного транспортного средства 10, чтобы в случае необходимости иметь возможность приведения их в соответствие. Согласно простому примеру осуществления может быть, например, предусмотрено, что устройство 11 управления определяет массу отвала 9 каждый раз непосредственно перед доставкой новой порции и устанавливает, что производительность уборки выше производительности уплотнения, когда эта масса возрастает от одной порции к другой.
Другая возможность состоит в том, чтобы на основании доставляемых от камеры 14 изображений отвала 9 определять массу, убывающую из отвала 9 за счет ее перемещения в силосохранилище 7, и эту массу делить на время, которое требуется уплотнительному транспортному средству для распределения этого материала в силосохранилище 7 и уплотнения. Полученная таким образом производительность уплотнения может непосредственно сравниваться с производительностью уборки, измеряемой уборочным транспортным средством 1 и передаваемой через радио-интерфейсы 13 на устройство 11 управления. В случае одновременного использования нескольких уборочных транспортных средств производительность уплотнения сравнивается с суммой производительностей уборки.
Когда сравнение производительности уборки и производительности уплотнения показывает, что производительность уплотнения отстает от производительности уборки, устройство 11 управления посылает через радио-интерфейсы 13 на бортовой компьютер 12 уборочного транспортного средства 1 команду на снижение производительности уборки. В этой команде может быть указана мера снижения; она может быть также жестко задана, причем в последнем случае команду посылают так часто, как это требуется, чтобы производительность уборки настроить в соответствии с производительностью уплотнения.
Бортовой компьютер 12 может быть выполнен с возможностью непосредственно управлять мощностью двигателя уборочного транспортного средства на основе такой команды.
Альтернативно может быть предусмотрено, что бортовой компьютер 12 управляет на основе команды только индикаторным устройством на панели приборов уборочного транспортного средства 1. На фиг.3 показан пример изображения на индикаторном устройстве 16. Переменная по длине полоса 17 на шкале 18 показывает текущий воспринятый датчиком 15 массовый поток растительного материала. Когда полоса 17 занимает всю шкалу 18, это соответствует максимальному потоку растительного материала, достижимому в уборочном транспортном средстве 1. Метка 19 на шкале 18 показывает указанный в команде устройства 11 управления поток растительного материала, который должен быть настроен, чтобы настроить производительность уборки в соответствии с производительностью уплотнения. Внимание водителя к поступлению такой команды может привлекаться, например, путем акустического сигнала, путем мигания метки 19 или подобным образом. За водителем уборочного транспортного средства 1 остается возможность принятия решения о последствиях команды и ответственность за решение. Посылаемые от устройства 11 управления команды позволяют водителю в каждый момент времени точно регулировать мощность двигателя уборочного транспортного средства 1 таким образом, что уборка производится не быстрее, чем может уплотняться убранная масса, доставляемая к силосохранилищу 7. За счет этого может быть снижено до минимума время между уборкой растительного материала 2 и его уплотнением в силосохранилище 7.
Когда растительность уже убрана и находится на грузовом транспортном средстве 3 в пути к силосохранилищу 7, устройство 11 управления может посредством соответствующих команд на грузовое транспортное средство 3 дать команду о том, чтобы его скорость движения управлялась таким образом, что порция доставляется к силосохранилищу 7 точно тогда, когда предыдущий материал обработан и может немедленно начаться уплотнение новой порции. Также для водителя грузового транспортного средства 3 с помощью индикаторного изображения, подобного изображению по фиг.3, может указываться его текущая скорость движения и заданная скорость движения в соответствии с командой устройства 11 управления. Поскольку водитель грузового транспортного средства 3, особенно при движении по дорогам общего пользования, не всегда может в полной мере выполнять пожелания устройства 11 управления по скорости движения, вместо скорости или дополнительно к ней на грузовое транспортное средство 3 может сообщаться также желаемое время прибытия к силосохранилищу 7. Возможен вариант, при котором устройство 11 управления на основе постоянно получаемых данных местоположения грузового транспортного средства, - например, данных глобальной системы определения положения (GPS), наблюдает за путем грузового транспортного средства от поля к силосохранилищу 7 и непрерывно актуализирует желаемую скорость движения грузового транспортного средства 3 на этом пути.
Кроме того, устройство 11 управления использует данные глобальной системы определения положения (GPS), чтобы определять положение уплотнительного транспортного средства 10 и отображать его на индикаторном устройстве 20 по отношению к силосохранилищу 7, как это показано на фиг.4. На основе непрерывно принимаемых данных глобальной системы определения положения (GPS), при определенных условиях с поддержкой путем мониторинга перемещений рулевого колеса уплотнительного транспортного средства 10, устройство 11 управления отслеживает путь уплотнительного транспортного средства 10 в силосохранилище и указывает его на индикаторном устройстве 20. При этом цвет участка поверхности силосохранилища зависит от того, как часто по нему проезжали со времени последнего распределения свежей убранной массы на поверхности силосохранилища. На изображении на фиг.4 еще видны отдельные следы колес в результате возвратно-поступательного проезда по поверхности, причем области 21 однократного проезда обозначены простой штриховкой, а области 22 двойного проезда обозначены перекрестной штриховкой. Таким образом, водитель может в любой момент узнать на индикаторном устройстве 20, куда он должен направлять уплотнительное транспортное средство 10, чтобы добиться достаточного и равномерного уплотнения, то есть одинакового среднего числа проездов по всей поверхности силосохранилища 7.
Согласно следующему решению по развитию изобретения бортовой компьютер 11 уплотнительного транспортного средства 10 может активно вмешиваться в его рулевое управление, чтобы на основе собранных данных о предыдущих перемещениях уплотнительного транспортного средства 10 целенаправленно направлять его в те области поверхности силосохранилища, по которым проезжали еще недостаточно часто, чтобы обеспечить их достаточное уплотнение.
По достижении заданного среднего числа проездов по всей поверхности, иногда за исключением предварительно заданного остаточного процента, внимание водителя может быть привлечено, например, посредством акустического сигнала, к тому, что наступило время забрать из отвала свежую убранную массу и переместить ее в силосохранилище 7. После выполнения этого число проездов по всей поверхности силосохранилища 7 устанавливается и начинается снова.
Для определенных видов убранной массы, в особенности для измельченной травы, может быть целесообразно выгружать убранную массу из грузового транспортного средства не в отвал 9 рядом с силосохранилищем 7, а распределять непосредственно из грузового транспортного средства 3 на поверхности силосохранилища 7. Поскольку при этом не существует отдельного от силосохранилища 7 отвала, производительность уплотнения не может быть определена на основе его размеров. Однако определение производительности уплотнения возможно уже до полного уплотнения поданной порции. Для этого вначале непосредственно перед разгрузкой порции в силосохранилище 7 с помощью камеры 14 воспринимают, какие области поверхности силосохранилища покрыты свежей убранной массой, и определяют площадь этих свежепокрытых областей. Затем, как это было описано применительно к фиг.4, отслеживают путь, проделанный уплотнительным транспортным средством 10 в силосохранилище 7, и определяют долю готовой уплотненной площади, то есть площади, по которой сделано заданное число проездов, на определенной перед этим поверхности свежепокрытых областей. Из соотношения этих площадей и массы последней порции, переданной до этого от грузового транспортного средства или от уборочного транспортного средства на устройство 11 управления, может быть определена производительность уплотнения, а результат может быть сравнен с производительностью уборки.
Перечень условных обозначений
1
Уборочное транспортное средство, полевой измельчитель
2
Растительность
3
Грузовое транспортное средство
4
Трактор
5
Прицеп
6
Разгрузочная труба
7
Наземное силосохранилище
8
Стенка
9
Отвал
10
Уплотнительное транспортное средство
11
Устройство управления
12
Бортовой компьютер
13
Радио-интерфейс
14
Камера
15
Датчик массового потока
16
Индикаторное устройство
17
Полоса
18
Шкала
19
Метка
20
Индикаторное устройство
21
Область, по которой совершен однократный проезд
22
Область, по которой совершен двойной проезд.