Устройство для контроля и управления качеством обработки почвы фрезой

 

Использование: сельское хозяйство в области сельскохозяйственного машиностроения. Сущность изобретения: устройство для контроля и управления качеством обработки почвы фрезой содержит раму 1, опорные колеса 2, фрезбарабан 3, с гидравлическим приводом, состоящим из гидронасоса 5, бака 4, гидромагистралей 6, 10, предохранительного клапана 7, гидромотора 9 и электроуправляемого дроссель-регулятора 8, блок управления и датчики частоты вращения 11 и 12, соответственно, опорного колеса 2 и фрезбарабана 3. Устройство дополнительно снабжено датчиком глубины обработки 13 и датчиком крутящего момента 14, установленным на валу фрезбарабана 3, а блок управления выполнен в виде блока 15 обработки информации и управления с универсальным 8-разрядным микропроцессором 16, к входу которого подключена цепь начальной установки 17, а его выходы соединены с системной магистралью 18 посредством буфера 19 и схемы формирования управляющих сигналов 20, кроме того к системной магистрали 18 подключены блоки постоянной 21 и оперативной 25 памяти, дешифратор устройств 22, программируемый таймер 23 и порт ввода-вывода информации 24. А индикатор 26, динамическая головка 28 и клавиатура 27 соединены с системной магистралью 18 через контроллер индикации 29, контроллер звуковой сигнализации 31 и контроллер клавиатуры 30, соответственно. Причем к входам порта ввода-вывода информации 24 подсоединены выходы датчиков частоты вращения 11 и 12, глубины обработки почвы 13 и крутящего момента 14 на валу фрезбарабана 3, а его выход соединен с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятора 8. Применение данного устройства дает возможность повысить качество обработки почвы и надежность почвообрабатывающей машины. 1 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к почвообрабатывающим машинам.

Известно устройство (авт. св. N 1210683), содержащее раму, опорные колеса, фрезбарабан, гидравлический привод фрезбарабана состоящий из гидромотора, электроуправляемого дроссель-регулятора с предохранительным клапаном, датчики частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана, блок сравнения этих частот, входы которого соединены с выходами указанных датчиков, при этом выходы блока сравнения соединены с соответствующими входами электроуправляемого дроссель-регулятора, который включен последовательно с гидронасосом, причем выход предохранительного клапана электроуправляемого дроссель-регулятора соединен со сливной гидромагистралью.

Недостатком данной машины является низкое качество обработки почвы, связанное с тем, что управление частотой вращения фрезбарабана осуществляется по мгновенным значениям частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана без учета глубины обработки почвы, значительно влияющей на качество крошения, а также низкая надежность машины из-за невозможности предотвращать механические повреждения ее рабочих органов и своевременно выявлять нарушения в гидравлической схеме привода фрезбарабана.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для контроля и управления фрезой почвообрабатывающей машины (патент N 1757492), содержащее раму, опорные колеса, фрезбарабан, гидравлический привод фрезбарабана, включающий в себя два гидронасоса, бак, гидромагистрали, электроуправляемые дроссель-регулятор с предохранительным клапаном и переключатель потока, блоком управления, первый выход которого соединен с входом электроуправляемого переключателя потока, датчики частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана, причем выходы датчиков и второй выход блока управления соединены с соответствующими входами блока сравнения выход которого связан с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятора.

Недостатком данной машины является низкое качество обработки почвы, связанное с тем, что управление частотой вращения фрезбарабана осуществляется без учета глубины обработки почвы, значительно влияющей на качество крошения, а также низкая надежность машины из-за невозможности предотвращать механические повреждения ее рабочих органов и своевременно выявлять нарушения в гидравлической схеме привода фрезбарабана.

Задача изобретения повышение качества обработки почвы и повышение надежности почвообрабатывающей машины.

Задача достигается тем, что устройство для контроля и управления качеством обработки почвы фрезой, содержащее раму, опорные колеса, фрезбарабан, гидравлический привод фрезбарабана, содержащий гидронасос, бак, гидромагистрали, предохранительный клапан и электроуправляемый дроссель-регулятор, блок управления, датчики частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана дополнительно снабжено датчиком глубины обработки, датчиком крутящего момента, установленного на валу фрезбарабана, а блок управления выполнен в виде блока обработки информации и управления с универсальным 8-разрядным микропроцессором, к входу которого подключена цепь начальной установки, а его выходы соединены магистралью посредством буфера и схемы формирования управляющих сигналов, кроме того к системной магистрали подключены блоки постоянной и оперативной памяти, дешифратор устройств, программируемый таймер и порт ввода-вывода информации, а индикатор, динамическая головка и клавиатура соединены с сиcтемной магистралью через контроллер индикации, контроллер клавиатуры соответственно, причем к входам порта ввода-вывода информации подсоединены выходы датчиков частоты вращения, глубины обработки и крутящего момента, а его выход соединен с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятора.

Новые существенные признаки: 1. Датчик глубины обработки, установленный на раме почвообрабатывающей машины; 2. Датчик крутящего момента, установленный на валу фрезбарабана; 3. Блок обработки информации и управления, включающий в себя универсальный 8-разрядный микропроцессор, к входу которого подключена цепь начальной установки, а его выходы соединены с системной магистралью посредством буфера и схемы формирования управляющих сигналов, кроме того к системной магистрали подключены блоки постоянной и оперативной памяти, дешифратор устройств, программируемый таймер и порт ввода-вывода информации, а индикатор, динамическая головка и клавиатура соединены с системной магистралью через контроллер индикации, контроллер звуковой сигнализации и контроллер клавиатуры соответственно, причем к входам порта-вывода информации подсоединены выходы датчиков частоты вращения, глубины обработки и крутящего момента, а его выход соединен с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятора.

Перечисленные новые существенные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат, заключающийся в а) образовании при обработке заданной агротехническими требованиями структуры почвы; б) повышении надежности почвообрабатывающей машины, достигается за счет в) образования обратной связи между заданными параметрами качества крошения почвы и толщиной почвенной стружки, отделяемой фрезой, при работе почвообрабатывающей машины в изменяющихся почвенных условиях. Толщина почвенной стружки определяется на основании измерения показателей технологического процесса фрезы датчиком глубины обработки и датчиками частоты вращения фрезбарабана и опорного колеса. Вычисление фактического значения качества крошения почвы и его сравнение с заданным производится в блоке обработки информации и управления. При отклонении фактического значения качества крошения от заданного в блоке обработки информации и управления вырабатывается сигнал на автоматическую поднастройку почвообрабатывающей машины; г) установки на валу фрезбарабана датчика крутящего момента и датчика частоты вращения, выходы которых соединены с соответствующим входом блока обработки информации и управления. Постоянное измерение крутящего момента на валу фрезбарабана и сравнения фактического его значения с допустимым позволяет исключить перегрузку и поломку рабочих органов машины при работе в тяжелых почвенных условиях, т. к. в случае превышения допустимого значения крутящего момента блоком обработки информации и управления оператору, работающему с почвообрабатывающей машиной, подается звуковой сигнал и соответствующая надпись на индикаторе. Кроме того, установка вышеуказанных датчиков и их подключение к блоку обработки информации и управления позволяет выявлять нарушения в гидравлической схеме почвообрабатывающей машины, т. к. при утечке рабочей жидкости, подсосе воздуха и т. п. происходит уменьшение частоты вращения фрезбарабана n(t) без увеличения крутящего момента М(t). В этом случае производные процессов n(t) и M(t) имеют отрицательные значения n'(t) <0, M'(t) <0. Во время работы фрезы непрерывно вычисляются производные процессов n'(t) и M'(t). При совпадении отрицательных значений производных обоих процессов на индикаторе появляется соответствующая надпись, сопровождаемая звуковым сигналом, а на электроуправляемый дроссель-регулятор поступает соответствующий сигнал, по которому прекращается подача рабочей жидкости в гидромотор.

Повышение надежности почвообрабатывающей машины за счет установки датчика крутящего момента, что позволит исключить перегрузку рабочих органов машины и своевременно выявлять нарушения в ее гидравлической схеме.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где представлено его схематическое изображение.

На раме 1, опирающейся на опорные колеса 2, установлен фрезбарабан 3 с гидравлическим приводом. Гидравлический привод состоит из бака 4, гидронасоса 5, к которому подсоединена нагнетательная магистраль 6, на которой последовательно расположены предохранительный клапан 7, электроуправляемый дроссель-регулятор 8 и гидромотор 9. Слив масла из гидромотора 9, предохранительного клапана 7 и электроуправляемого дроссель-регулятора 8 производится в сливную магистраль 10. На опорном колесе 2 и на фрезбарабане 3 установлены датчики частоты вращения 11 и 12. На раме 1 установлен датчик глубины обработки 13. Датчик крутящего момента 14 расположен на валу фрезбарабана между гидромотором 9 и фрезбарабаном 3. Выходы всех вышеуказанных датчиков соединены с выходом блока обработки информации и управления 15 с микропроцессором 16, к входу последнего подключена цепь начальной установки 17, а его выходы соединены с системой магистралью 18 посредством буфера 19 и схемой формирования управляющих сигналов 20. К системной магистрали 18 подсоединены блок постоянной памяти 21, дешифратор устройств 22, программируемый таймер 23, порт ввода-вывода информации 24 и блок оперативной памяти 25. Индикатор 26, клавиатура 27 и динамическая головка 28 соединены с системной магистралью 18 через контроллер индикации 29, контроллер клавиатуры 30, и контроллер звуковой сигнализации 31 соответственно. Выход блока обработки информации и управления соединен с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятора 8.

Устройство работает следующим образом. При включении вала отбора мощности трактора масло, нагнетаемое в систему с помощью гидронасоса 5, приводит во вращение фрезбарабана 3. По сигналу из блока обработки информации и управления 15 на электроуправляемый дроссель-регулятор 8 предварительно устанавливается объем масла, поступающего в гидромотор 9 для обеспечения требуемого качества крошения при заданной глубине обработки h и скорости движения агрегата V. Все показатели технологического процесса вводятся в блок обработки информации и управления 15 с клавиатуры 27 и дублируются на индикаторе 26. При заглублении фрезы и движении агрегата датчики частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана 11 и 12 регистрируют скорость движения агрегата V(t) и частоту вращения фрезбарабана n(t). Датчик глубины 13 регистрирует глубину обработки почвы h(t), а датчик крутящего момента 14 крутящий момент на валу фрезбарабана M(t). Все сигналы от вышеперечисленных датчиков поступают в блок обработки информации и управления 15 через порт ввода-вывода информации 24 в блок оперативной памяти 25. Далее по программе, хранящейся в блоке постоянной памяти 21, и данным, поступающих от датчиков, микропроцессором 16 вычисляется длина почвенной стружки, образуемой при работе фрезы, с интервалом времени Δt по формуле: , где z число ножей; R радиус фрезбарабана; h глубина обработки почвы; λ = ωR/v кинематический показатель фрезы; V скорость движения агрегата;
ω частота вращения фрезбарабана.

Полученные значения заносятся в блок оперативной памяти 25, после чего определяется качество крошения почвы (процентное содержание частиц почвы размером менее 10 мм) по экспериментально установленному уравнению регрессии:
e = a + bδ, (2),
где а и b коэффициенты уравнения.

В частности, для тепличной фрезы при работе в режиме фрезерования было получено следующее уравнение:
ε = 108,1 - 262,2δ,
с коэффициентом взаимной корреляции r_εδ = 0,81.
После прохода агрегатом 10 м пути производится статистическая обработка значений качества крошения почвы и сравнение полученных значений с агротехническими требованиями. В случае нарушения технологического процесса (более 30% значений находятся за пределами установленного допуска) вырабатывается соответствующий сигнал на электроуправляемый дроссель-регулятор 8, который изменяет проходное сечение дросселя пропорционально величине полученного сигнала, тем самым изменяя частоту вращения фрезбарабана 3. После автоматической поднастройки фрезы процедура расчета повторяется через каждые 10 м пройденного пути.

С помощью датчика крутящего момента 14 фиксируются нарушение нормального функционирования фрезерного агрегата, вызванного либо превышением допустимых нагрузок на рабочие органы фрезы, либо неисправностями в гидравлической схеме. В первом случае при превышении крутящего момента M(t) максимально допустимого значения М(доп) M(t)>M(доп) на индикаторе 26 появляется соответствующая надпись о необходимости изменения режима работы фрезы (изменение скорости движения и т. п. ), сопровождаемая звуковым сигналом. Во втором случае (утечка рабочей жидкости, подсос воздуха и пр.) происходит уменьшение частоты вращения фрезбарабана n(t) без увеличения крутящего момента M(t). В этом случае производные процессов n(t) и М(t) имеют отрицательные значения n'(t)<0, M'(t)<0. Во время работы фрезы непрерывно вычисляются производные процессов n'(t) и M'(t). При совпадении отрицательных значений производных обоих процессов на индикаторе 26 появляется соответствующая надпись, сопровождаемая звуковым сигналом, а на электроуправляемый дроссель-регулятор 8 поступает соответствующий сигнал, по которому прекращается подача рабочей жидкости в гидромотор 9.

Формула изобретения

Устройство для контроля и управления качеством обработки почвы фрезой, содержащее раму, опорные колеса, фрезбарабан, гидравлический привод фрезбарабана, состоящий из гидронасоса, бака, гидромагистралей, предохранительного клапана и электроуправляемого дроссель-регулятора, блок управления и датчики частоты вращения опорного колеса и фрезбарабана, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком глубины обработки почвы и датчиком крутящего момента, установленным на валу фрезбарабана, а блок управления выполнен в виде блока обработки информации и управления с универсальным 8-разрядным микропроцессором, к входу которого подключена цепь начальной установки, а его выходы соединены с системной магистралью посредством буфера и схемы формирования управляющих сигналов, кроме того, к системной магистрали подключены блоки постоянной и оперативной памяти, дешифратор, программируемый таймер и порт ввода-вывода информации, а индикатор, динамическая головка и клавиатура соединены с системной магистралью через контроллер индикации, контроллер звуковой сигнализации и контроллер клавиатуры соответственно, причем к входам порта ввода-вывода информации подсоединены выходы датчиков частоты вращения, глубины обработки почвы и крутящего момента, а его выход соединен с соответствующим входом электроуправляемого дроссель-регулятор.

РИСУНКИ

Рисунок 1