АВТОМАТИЗАЦИЯ ТП В ПОЛЕВОДСТВЕ

2.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Основную долю ТП в полеводстве (предпосевная подготовка семян, клубней, обработка почвы, посев, уход за растениями, уборка урожая) выполняют мобильные сельскохозяйственные аг­регаты (МСА). К ним относятся самоходные комбайны и совме­щенные с трактором различные прицепные машины (орудия): почвообрабаты-вающие, посевные, для внесения удобрений, про­реживания всходов СХ культур, дождевальные, уборочные и др.

Повышенные требования, предъявляемые к качеству и эффективности ТП в полеводстве, а также высокая конкурентоспособ­ность МСА диктуют необходимость решения проблемы повыше­ния их технико-экономического и экологического уровней.

МСА работают в сложных и различных почвенно-климатических условиях при многообразии случайных возмущений, различ­ных неопределенностей, которые приводят к нарушениям энерге­тического и технологического режимов работы машин. Так, пере­грузки и недогрузки в работе дизельного двигателя МСА приводят к перерасходу топлива, снижениям ресурса двигателя, производи­тельности и качества работы, а также к резкому увеличению отри­цательного воздействия мобильных агрегатов на оператора (води­теля), почву и растения, атмосферу. Колебания скорости движе­ния МСА снижают качество выполнения ТП, увеличивают потери технологического продукта, а буксование колес отрицательно воз­действует на структуру верхнего слоя почвы, снижает расход топ­лива и общий тяговый КПД мобильного агрегата.

Оператор одновременно с управлением МСА непрерывно контролирует ход ТП, техническое состояние агрегата, а также обес­печивает безопасность его движения. В реальных условиях работы водитель практически не в состоянии своевременно принять пра­вильное решение (создать управляющие воздействия) при воспри­ятии и обработке огромного потока взаимозависимой информации, превышающей его физиологические возможности. Особенно это сказывается при работе современных МСА на повышенных скоростях. Ручное управление такими агрегатами недостаточно эффективно, а потенциальные возможности их не используются в полном объеме в связи с ограничениями, вносимыми «человечес­ким фактором».

Неизбежным и кардинальным направлением повышения тех­нико-экономического и экологического уровней мобильных агре­гатов является автоматизация контроля и управления технологи­ческими, энергетическими и эксплуатационными режимами их работы МСА при минимальном участии человека.

В то же время создание эффективных средств автоматизации, большого разнообразия МСА представляет собой непростую задачу, связанную и со специфическими особенностя­ми их функционирования. Это работа их на открытом про­странстве в условиях изменяющихся в широких пределах темпера­туры и влажности, запыленности и загазованности, наличия зна­чительных вибраций, шумов, а также отсутствие на МСА стабиль­ного источника электрической энергии, низкая квалификация обслуживающего персонала. Перечисленные факторы предъявля­ют повышенные требования к надежности средств автоматизации мобильной техники, простоте их эксплуатации и обслуживания.

Рассмотрим известные и перспективные системы автоматичес­кого контроля и управления работой МСА.

 

2.1.2. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ (САК) РАБОТЫ МСА

2.1.2.1. САК работы посевных агрегатов обеспечивают контроль частоты высева семян и количества тех­нологического материала (семян, удобрений) в бункерах машин.

Функциональная схема таких систем (рисунок 1) включает набор датчиков Д₁...Д_п контролируемых параметров установленных на посевном агрегате (объекте САК), блок усиления и преобразования сигна­лов датчиков (БУП) датчиков, монитор для оператора (установленный в кабине трактора или самоходного комбайна).

Рисунок 1 - Общая функциональная схема САК работы посевного агрегата

 

Датчики основных контролируемых параметров (уровней се­мян, удобрений в бункерах сеялки и частоты высева семян) имеют фотоэлектрический принцип действия и состоят из оптически связанных между собой фотоприемника (например, фоторезисто­ра, фотодиода) и светового излучателя (например, светодиода или лампы накаливания). Системы АК имеют режим «Проверка», при котором генерируется импульсная последовательность, имитирующая сигналы датчиков при нор­мальном протекании технологического процесса высева семян.

Электрическая схема устройства САК зерновой сеялки показана на рисунке 2. Устройство имеет 12 идентичных каналов обра­ботки сигналов датчиков частоты высева семян. Каждый из кана­лов преобразования сигналов датчиков (световых излучателей 1 и фотодиодов 2) содержит усилитель 3, емкость 4 с электронным ключом 5, световой индикатор (светодиод) 7. Электронное реле 6 и блок звуковой сигнализации 8.

При работе зерновой сеялки семена (поступающие из ее высе­вающих дисков) периодически прерывают световой поток между световым излучателем 1 и фотодиодом 2, на выходе которого вы­рабатываются электрические импульсы, поступающие на вход усилителя 3 соответствующего канала контроля (семяпровода) и далее на электронный ключ 5 с емкостью 4. Если период следования импульсов мень­ше времени заряда емкости (конденсатора), то электрон­ный ключ 5 соответствующе­го канала закрыт и его свето­вой индикатор 7 не будет све­титься.

Рисунок 2 - Электрическая схема устройства САК зерновой сеялки

 

Если же произойдет сбой или нарушение (техно­логии высева семян) работы высевающего аппарата, то подача импульсов с фотодиодов 2 прекращается или их частота резко снижается. При этом емкость 4 заряжается до необходимого уровня напряжения, электронный ключ 5 срабатывает и включает соответствующий конкретному семяпроводу световой индика­тор 7. Оператору с блока звуковой сигнализации 8 подается при этом прерывистый сигнал.

Датчики уровня технологического материала в бункере сеялки устанавливают в его нижней части. Если, например, уровень за­полнения бункера семенами (удобрением) превышает место (вы­соту) установки датчика, то световой поток его излучателя не по­падает на соответствующий фотодиод 2 и выходной ток последне­го будет минимален. Если же этот уровень ниже места установки датчика, то на фотодиод попадает световой поток, что вызывает существенное возрастание силы тока (в цепи фотодиода) и его увеличение усилителем 3 до порога включения электронного реле 6 и светового указателя 7 минимального уровня семян «С» (удобрений «У»).

Устройство (на рисунке 2) в виде электронного блока выполнено в герметичном корпусе, закрепленном на сеялке и имеющем элек­трические разъемы для подключения датчиков и источника элект­рической энергии (аккумулятора МСА).

Т.о., оператор, находясь в кабине трактора (комбай­на), получает достоверную информацию о наличии семян или удобрений в бункерах, а также о нарушениях работы конкретных семяпроводов высевающих аппаратов.

Такие САК существенно сокращают сроки сева и по­вышают его качество.

2.1.2. 2. САК положения рабочих органов (русел) кукурузоуборочных агрегатов (комбайнов) предназначены для обеспечения контроля положения русел (относительно рядков стеблей кукуру­зы) прицепных кукурузоуборочных комбайнов как в светлое, так и в темное время суток.

Функционально-технологическая схема САК приведена на рисунке 3 (а-б).

При движении кукурузоуборочного агрегата по рядкам кукурузы рамка копира 8 датчика, установлен­ного на делителе среднего мыса жатки, находится в междурядье. Если приемные русла жатки комбайна отклоняются от рядков стеблей или же сами рядки имеют искривления, то копир датчика, касаясь стеблей кукурузы, отклоняется, что вызывает поворот свя­занного с ним посредством тросика и шкива якоря индуктивного преобразователя (выполненного по схеме дифференциального трансформатора). Якорь поворачивается на угол, пропорциональ­ный отклонению копира. Возникающий при этом электрический сигнал поступает на усилительно-преобразующий блок (УПБ) че­рез последовательно соединенные чувствительный элемент (ЧЭ), измерительные преобразователи (ИП) и далее на устройство ото­бражения информации (УОИ), на лицевой панели которого расположены световые индикаторы. Число их включения пропорци­онально значению отклонения копира, а направление световой полосы (зеленого цвета) относительно постоянно светящейся по­лосы (красного цвета) соответствует значению и направлению отклонения русел комбайна от требуемой траектории движения, определяемой расположением рядков кукурузы.

 

 

Рисунок 3 - Функционально-технологическая схема САК положения русел кукурузоуборочного комбайна

1 – устройство отображения информации; 2 – усилительно-преобразующий блок;

3 – копир; 4 – демпфирующее устройство; 5 – шкив; 6 – ограничитель поворота;

7 – передающий преобразователь; 8 – рамка копира; 9 – контрольная метка;

10 – тросовый привод; 11 – ось поворота; 12 – натяжной винт; 13 – пластина;

14 – основание.

 

Используя такую информацию, оператор может оперативно устранять возникающие отклонения, воздействуя на рулевой меха­низм трактора и изменяя положение комбайна относительно ряд­ков растений. Чувствительный элемент датчика положения русел комбайна относительно рядков растений представляет собой рам­ку копира (рисунок 3, в), которая может под воздействием растений кукурузы поворачиваться относительно основания 14. Рамка с ог­раничителем поворота 6 связана тросовым приводом 10 со шки­вом 5 передающего преобразователя 7 датчика и посредством пла­стины 13 соединена с демпфирующим устройством 4. Ось поворо­та 11 рамки копира является базой ориентации машины. Измене­ние ее положения относительно центра междурядья приводит к повороту рамки.

Исходное (нейтральное) положение поворотной рамки копира и связанного с ней шкива передающего преобразователя устанав­ливается натяжными винтами 12 крепления тросика на пластине 13 рамки копира. Это положение определяется по совпадению контрольной метки 9 на корпусе с указателем, расположенным на его валу.

 

2.1.3. САУ ПОЛОЖЕНИЕМ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МСА позволяют повысить качество и эффективность вы­полнения ТП, а также улучшить условия работы оператора. В частности:

1. Автоматическое управление глубиной вспашки предназначено для стабилизации глубины вспашки (хода плугов, лемехов и дру­гих рабочих органов). Практическое применение нашли силовой, высотный и комбинированный способы стабилизации глубины вспашки.

Силовой способ основан на том, что тяговое сопро­тивление плуга зависит от глубины вспашки. При увеличении (уменьшении) тягового сопротивления специальная пружина, уста­новленная между трактором и плугом, сжимается (разжимается) и перемещает шток и поршень управляющего гидрозолотника. При этом последний перераспределяет (под давлением от насоса) поток масла (гидравлической жидкости) в соответствующие полости сило­вого гидроцилиндра, который осуществляет выглубление (заглубле­ние) лемехов плуга до заданного тягового усилия. Такой способ по­зволяет также стабилизировать нагрузку трактора и обеспечивать экономичную работу его двигателя. Силовой способ эффективен в работе преимущественно на однородных по составу почвах при по­стоянной скорости движения трактора, т.е. когда тяговое усилие трактора пропорционально глубине хода лемехов плуга.

Высотный способ применяют для неоднородных почв (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Схема устройства для управления глубиной вспашки

1 – плуг; 2 – опорное колесо; 3 – пружина; 4 – гидрозолотник

В устройстве перед плугом 1 устанавливают опор­ное колесо (датчик глубины) 2, механически соединенное со што­ком гидрозолотника 4. При изменении глубины вспашки шток пе­ремещается и окна а и б гидрозолотника открываются. Через них масло под давлением поступает в гидроцилиндр, который регули­рует высоту плуга, восстанавливая необходимую глубину его хода.

Комбинированный спо­соб объединяет принципы и устрой­ства силового и высотного способов управления глубиной хода рабочих ор­ганов МСА.

2. Автоматическое управление высотой среза кормовых трав, ку­курузы и другой зеленой массы применяют на сенокосилках и си­лосоуборочных комбайнах. Высоту среза растений устанавливают минимально допустимой, что повышает сбор зеленой массы. Для этого используют полозковый щуп 2, копирующий рельеф поля (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5 - Схема устройства для управле­ния высотой среза:

1 – режущий аппарат; 2 – полозковый шуп; 3 – пружина; 4 – предохранительное устройство; 5 – гидрозолотник; 6 – силовой гидроцилиндр

 

К поверхности поля щуп 2 прижимается пружиной 3. Если высота среза зеленой массы соответствует заданной, то окна а и б гидрозолотника 5 закрыты, а поршень силового гидроцилин­дра 6 и режущий аппарат 1, жестко связанный с поршнем, нахо­дятся на постоянной высоте от поверхности поля. При изменении рельефа поля полозковый щуп 2 открывает окна а и б гидрозолот­ника 5 и при помощи силового гидроцилиндра 6 восстанавливает­ся заданная высота режущего аппарата 1, после чего окна гидрозо­лотника закрываются, поскольку щуп возвращается в исходное положение. Предохранительное устройство 4 предотвращает по­ломки золотника при наезде полозкового щупа на препятствия.

3. САУ рабочими органами прореживателей сахарной свеклы предназначены для обработки (сре­зания) пропашных культур свеклоуборочными и другими комбай­нами. Схема СУ секцией прореживателя типа ПСА на рисунке 6.

Для обнаружения растений применяют электроконтактные и оптичес­кие (цветоконтрастные) датчики. При движении МСА вдоль ряд­ков растений электроконтактный датчик 7, касаясь растения, за­мыкает через него электрическую цепь «источник питания — по­чва». Наличие силы тока определенного значения в цепи контакт­ного электрода служит для электронных блоков системы ПСА сигналом обнаружения растения. Расстояние от датчика 7 обнаружения растения до поверхности почвы может варьировать от 20 до 90 мм. Оптический цветоконтрастный датчик формирует электри­ческий сигнал при попадании растений свеклы в зону его обзора. Такой датчик обнаруживает растения свеклы как на фоне земли, так и на фоне распространенных сорняков.

Датчик положения ножа состоит из индукционной катушки, закрепленной на корпусе испол­нительного механизма (ножа), и ферромагнитного шунта 6, установленного на держателе ножа 3, который может совершать маятниковые движения.

Рисунок 6 - Функционально-технологическая схема СУ секцией прореживателя типа ПСА: 1 – опорное колесо; 2 – поворотный гидродвигатель; 3 – прореживающий нож;

4 – листьеотгибатель; 5 – инукционная катушка; 6 – ферромагнитный шунт; 7 – электрокон­тактный датчик обнаружения растений; 8 – рама прореживающей секции; 9 – изолятор; 10 – золотниковый гидрораспределитель; 11 – электромагнитный привод золотника; 12 – датчик ориентации

 

При выходе ножа из одного крайнего положения шунт проскакивает мимо индукционной катушки, в цепи которой формируется импульс­ный сигнал, свидетельствующий об изменении положения про­реживающего ножа. Команды на привод последнего формируют­ся в блоке управления (БУ) на основании совместной обработки сигналов от датчиков обнаружения растений и положения но­жа. При поступлении команды из БУ электромагнитный при­вод золотника перемещает шток золотникового гидрораспределителя 10, вследствие чего поворотный гидродвигатель 2 воздей­ствует на прореживающий нож 3. При этом вырезаются растения в рядке по ширине захвата ножа, который, перемещаясь, пропа­лывает пространство за обнаруженным растением. При обнару­жении следующего растения процесс повторяется. При смеще­нии прореживающих секций от оси рядка датчик 12 ориентации секций формирует сигнал на монитор, при этом загорается соот­ветствующий светодиод. Если оператор своевременно не откор­ректирует положение МСА относительно рядков, то включается звуковой сигнал.

Схема устройства САУ прореживателями сахарной свеклы – на рисунке 7.

Электри­ческие цепи датчиков обнаружения растений и положения ножей подключены к блоку входному (БВ) через электрические разъемы X₆ и Х₇, а электромагниты золотниковых гидрораспределителей (12 шт.) – к блоку управления исполнительными механизмами (БУ ИМ) через разъемы Х₄ и Х₅. Сигналы электроконтактных дат­чиков подаются в БВ на входы операционных усилителей, каждый из которых обеспечивает преобразование значения сопротивле­ния электрической цели «щуп – земля» соответствующего датчи­ка в напряжение. Оно сравнивается компараторами (элементами сравнения) с эталонными значениями напряжения, соответствующими верхнему и нижнему значениям сопротивления цепи «щуп – земля», при которых с высокой достоверностью иденти­фицируется касание щупом ростка свеклы. Микропроцессор­ный блок (МПБ) осуществляет обработку сигналов датчиков и выдачу результатов на монитор и БУ ИМ. Блок питания (БП) обеспечивает напряжениями соответствующих уровней все уз­лы устройства.

 

Рисунок 7- Схема устройства САУ прореживателями сахарной свеклы

 

 

4. Автоматическое управление положением фрезы используют при обработке приствольных полос в садах, для отвода фрезы от стволов деревьев (кустов).

 

Рисунок 8 - Схема устройства для управле­ния положением фрез:

1, 7 – фрезы; 2 – гидроцилиндр; 3 – гидрозолотник; 4 и 5 – контакты;

6 – пружина; 8 – шуп; 9, 10 – выключатели

 

Отвод фрезы 1 (рисунок 8) осуществляет гидроцилиндр 2 при соприкосновении щупа 8 с деревом или кус­том. Щуп поворачивается по ходу часовой стрелки и замыкает контакты 5. В результате этого срабатывает электромагнит УА1, открывая окна а и б гидрозолотника, через которые масло под дав­лением поступает в верхнюю полость гидроцилиндра 2. Шток поршня поворачивает фрезу 7 до тех пор, пока не разомкнётся ко­нечный выключатель 10 и замкнется выключатель 9. При этом электромагнит УА1 отключается, окна а и б гидрозолотника 3 зак­рываются поршнями под действием пружин, фиксируя фрезу в отведенном состоянии. После обхода фрезой препятствия щуп 8 под действием пружины 6 возвращается в исходное состояние и замыкает контакты 4, что приводит к срабатыванию электромаг­нита УА2 и открыванию окон а и б золотника. При этом масло поступает через окно б в нижнюю полость силового гидроцилиндра 2, а фреза занимает рабочее положение, при котором размы­кается конечный выключатель 9 и окна гидрозолотника перекры­ваются его поршнями.

 

5. Автоматическое управление положением остова зерноуборочно­го комбайна при работе на склонах позволяет сохранять параллель­ность хедера комбайна относительно поверхности почвы, а так­же горизонтальность положения его молотильного барабана и очи­стительных устройств.

При работе комбайна без автоматики на поперечных склонах (с уклоном более 8°) технологи­ческая масса скапливается на наклонной стороне комбайна, вследствие чего нарушается ТП обмолота зерна (увеличиваются до 30 % недомолот и повреждаемость зерна), а также нередки случаи забивания молотильных барабанов хлебной массой. Для выравни­вания остова комбайна на склонах его корпус устанавливают на параллелограммной ходовой части 4 (рисунок 9), которую оборудуют гидросистемой управления.

Рисунок 9 - Схема устройства для выравнивания остова комбайна:

1 – корпус комбайна; 2 – демпфирующее устройство; 3 – маятник;

4 – ходовая часть; 5 – золотник

 

При наклоне корпуса 1 комбайна, на­пример влево, его массивный маятник 3 также отклоняется влево и открывает окна а и б золотника 5. Масло от насоса под давле­нием поступает через окно а в верхнюю полость силового гидро­цилиндра. При этом его поршень и шток, жестко связанный с параллелограммной ходовой частью 4 комбай­на, поворачивает его остов до гори­зонтального положения, при котором поршни гидрозолотника под действи­ем вертикального маятника перекры­вают окна гидрозолотника и фиксиру­ют положение силового гидроцилиндpa. Демпфирующие устройства 2 исключают ложные срабатывания САУ при кратковременных толчках и отклонениях остова комбайна от горизонтального положения.

2.1.4. САУ РЕЖИМАМИ РАБОТЫ МСА позволяют оптимизировать технологические, энергетические и экс­плуатационные параметры функционирования МСА. В частности:

1. Автоматическое управление загрузкой рабочих органов убороч­ных комбайнов способствует повышению качества и эффективнос­ти ТП, уменьшению потерь технологического продукта и расхода топлива, а также улучшению условий труда операторов. Такое управление (рис. 10) осуществляют автоматическим ре­гулированием скорости (в зависимости от загрузки рабочих орга­нов машин) поступательного движения комбайнов (зерно-, свекло-, картофелеуборочных), посредством изменения передаточного отношения трансмиссии (гидрообъемной, вариаторной) 2, пере­дающей вращающий момент от вала двигателя (гидравлического, дизельного) 1 комбайна на привод ведущих колес 3.

Рисунок 10 - Схема устройства для управления загрузкой комбайна:

1 – вал двигателя; 2 – трансмиссия; 3 – веду­щие колеса; 4 – входной рабочий орган;

5 – контакты; 6 – гидрозолотник; 7 – силовой гидроцилиндр; УА1, УЛ2 – электромагниты

 

Например, при увеличении (относительно заданного) количества технологи­ческой массы (хлебной, корнеклубнеплодной), поступающей на входные рабочие органы 4 комбайна, полозковый датчик толщи­ны слоя такой массы замыкает свои контакты 5 и включает элект­ромагнит УА1, сердечник которого, перемещая вверх шток с порш­нем гидрозолотника 6, открывает его окна для подачи в силовой гидроцилиндр и слива из него масла. При этом масло от насоса под давлением через верхнее окно поступает в верхнюю полость силового гидроцилиндра 7, поршень которого вместе со штоком передвигается вниз. В результате чего увеличивается передаточное отношение трансмиссии и комбайн снижает скорость движения, что вызывает уменьшение (до оптимальной) подачи технологической массы в уборочный комбайн. Соответствующее изменение по­ложения щупа вызовет размыка­ние контактов 5 датчика толщи­ны слоя, после чего поршни гид­розолотника 6 под действием пружин перекроют его окна. При уменьшении (относительно за­данного) количества технологи­ческой массы, поступающей на входные рабочие органы комбайна, принцип работы СУ идентичен. При этом выключается электромагнит УА2, масло от насоса через нижнее окно гидро­золотника поступает в нижнюю полость гидроцилиндра 7, уменьшается передаточное отношение трансмиссии и комбайн увеличи­вает скорость движения, что вызывает увеличение (до оптималь­ной) подачи технологической массы в комбайн.

2. Автоматическое управление загрузкой и чистотой зерновой массы в потоке осуществляется путем предварительного и оконча­тельного сепарирования на воздушно-решетной зерно­очистительной машине (ЗОМ) (рисунок 11).

Рисунок 11 - Функциональная (а) и параметрическая (б) схемы ВР ЗОМ:

ПБ – приемный бункер; ШУ – шиберное устройство; G_BX и G_ВЫХ – масса зерна на

входе и на выходе; ψ _вх и ψ _вых – чистота зерна на входе и на выходе; П – потери зерна

 

Зерновая масса из бункера с помощью питателя подается в воз­душный канал первой аспирации (отсасывания воздуха), где лег­кие примеси воздушным потоком отделяются и выводятся из зоны машины. Затем зерновая масса поступает на решетный сепаратор, состоящий из четырех колеблющихся решет, которые расположе­ны наклонно и попарно одно над другим. Верхние (сортироваль­ные) решета просеивают зерна основной культуры, а крупные примеси скатываются и удаляются из ЗОМ. Нижние (подсевные) решета выделяют из потока мелкие примеси, также потом удаляе­мые из ЗОМ, а зерна основной культуры, скатываясь, проходят через воздушный канал второй аспирации, освобождаются от ос­тавшихся мелких примесей и очищенные покидают машину.

Выходные параметры ЗОМ характеризуются производительно­стью G_ВЫХ, чистотой ψ _вых и содержанием потерь П полноценного зерна в отходах. При этом основными управляющими воздействи­ями, поступающими на ЗОМ как объект управления, будут изме­нение подачи G_ВХ зерна и скорости v_ВХ движения воздуха в аспирационных каналах. К числу возмущений, действующих на ЗОМ, следует отнести влажность w_вх и чистоту входа ψ _вх поступающей зерновой массы.

Целевая функция системы оптимального управления воздуш­но-решетной ЗОМ соответствует максимуму G_ВЫХ (в зависимости от текущих значений G_ВЫХ, ψ _вых, ψ _вх, w_вх, П и времени t при ограни­чении на допустимые уровни чистоты ψ _вх и потерь П зерна.

Контролировать потери зерна можно с помощью индикатора, выполненного в виде пьезоэлемента, наклеенного на изолирован­ную специальную мембрану. При попадании зерен на мембрану пьезоэлемент вырабатывает электрические сигналы, амплитуда и длительность которых зависят от силы удара отдельных зерен. Ин­дикатор имеет выходы на визуальный прибор, а также на световую и звуковую сигнализации.

Загрузка воздушно-решетной ЗОМ вторичной очистки может быть стабилизирована работой САУ, исполнительный механизм (ИМ) которой воздействует на шиберное устройство (ШУ) промежуточного бункера (ПБ) зер­на. Загрузку ЗОМ измеряют расходомером РЗ зерновой массы (рисунок 12), лоток которого перемещает плунжер дифференциаль­ного трансформаторного датчика расхода (ДР).

Рисунок 12 - Функциональная схема регулирования загрузки и чистоты продукта

 

Принцип действия САУ чистотой зерновой мас­сы следующий. Обрабатываемое зерно поступает в ЗОМ из ПБ через ШУ и РЗ. САУ стаби­лизирует загрузку машины зерновой массой на уровне, установлен­ном задатчиком (ЗД). Периодически, через определенные проме­жутки времени, программное устройство (ПУ) включает анализатор чистоты зерна, содержащий пробоотборник (ПО), весоизмеритель­ное устройство (ВУ) и сепаратор (СП). ПО отбирает из зернового потока (на выходе из машины) пробу, после чего она поступает на ВУ. При достижении фактической массы пробы, равной заданной, включается в работу СП. При этом чистое зерно взвешивается ВУ и результат сравнивается с заданным значением, соответствующим кондиционному зерну. Если масса пробы ниже (выше) заданной, то загрузка машины соответственно увеличивается (уменьшается) пу­тем коррекции ЗД требуемого уровня задания САУ ЗОМ. Описанный алгоритм коррекции оптималь­ной загрузки периодически повторяется по командам ПУ.

 

3. Автоматическое управление направлением движения МСА по­зволяет повысить эффективность и качество выполнения ТП, улучшить условия работы оператора.

Устройства для автоматического направления движения (вож­дения) тракторов разрабатывают с момента их создания. В России в 1911 г. впервые О. Конджером и В. Корбеттой был предложен «автоматически действующий руль для пахотных тракторов».

Работа МСА включает три основных этапа: выезд в поле и воз­вращение в хозяйство, движение по рабочей длине гона (поля), повороты в конце гона. Наибольшие затраты времени и объем выполняемых работ определяются нахождением МСА на поле (гоне), поэтому рассмотрим основные методы управления направ­лением МСА по рабочей длине гона. К таким методам можно от­нести: копирование, программное вождение, дистанционное уп­равление, естественное и искусственное ориентирование.

Метод копирования может быть использован в большинстве видов полевых работ: вспашке, посеве, культивации, уборке. Действие системы автовождения по копиру показано на рисунке 13.

Рисунок 13 - Схема устройства для вождения МСА по копиру:

1 – гидрозолотник; 2 – поршень; 3 – кон­такты; 4 – копир; 5 – пружина; 6 – рычаг

 

Копир 4 при движении МСА скользит по дну бороз­ды. Если копир отклоняется, например влево, то замыкается ле­вый контакт 3 и срабатывает электромагнит УА1, питание на который подается от аккумулятор­ной батареи МСА. При этом рычаг 6 передвигает поршни 2 гидрозолотника 7 тоже влево и открываются его окна а и б. Масло под давлением, создава­емым гидравлическим насосом, поступает через окно а к лево­му силовому гидроцилиндру, шток которого воздействует на левую рулевую тягу. Вследствие этого трактор (комбайн) начинает поворачиваться влево до раз­мыкания контактов 3, при этом электромагнит УА1 отключается и пружиной 5 поршни 2 гидрозолотника 1 возвращаются в исходное положение. При отклонении же копира вправо срабатывает элект­ромагнит УА2, который открывает окна а и б гидрозолотника, и масло через окно б под давлением поступает на правый силовой гидроцилиндр, шток которого воздействует на правую рулевую тягу, и МСА поворачивается вправо до размыкания контактов 3, при этом электромагнит УА2 отключается и пружиной 5 поршни 2 гидрозолотника 1 возвращаются в исходное положение.

При программном автовождении траектория движения задается специальным программным устройством, при этом необходимо иметь высокую точность соблюдения траекто­рии движения, что предопределяет сложность создания соответ­ствующих технических средств. На практике целесообразно ис­пользование программного вождения совместно принципом ко­пирования (по длине гона управляют от копирующего устройства, а на поворотах — от программного).

При дистанционном управлении оператор уп­равляет одним или несколькими МСА по проводным или беспро­водным (радиоканалу) линиям связи.

Методы, использующие естественные и искусственные ориентиры, наиболее эффективны при строго заданных маршрутах движения. В качестве естествен­ных ориентиров используют рядки растений, края хлебостоя, вал­ки скощенной массы, борозды картофеля, шпалерную проволоку на виноградниках, магнитное поле Земли. Для искусственных ориентиров специально на полях прокладывают электрические провода, кабели, организуют лазерные лучи, делают метки из удобрений и т. п. На практике нашел применение метод вождения по электромагнитному полю, со­здаваемому проводами (искусст­венно проложенными под верх­ним слоем почвы), по которым пропускают высокочастотные то­ки (рисунок 14). Последние вокруг провода создают электромагнитное поле, воспринимаемое специальными датчиками, установленными на МСА. Провода закладывают на глубину до 0, 7 м вдоль гона, на концах которого прокладывают поперек отдельный провод, излу­чающий электромагнитное поле другой (относительно первой) час­тоты, который служит ориентиром для разворота МСА.

Рисунок 14 - Схема уст­ройства для автоматического вождения трактора по проволоке:

1 – проволока; 2 – датчик; 3 – гидравличес­кий золотник; 4 – пружины.

Устройство поддерживает определенное расстояние датчика 2 от проволоки 1. При изменении этого рас­стояния сигнал отдатчика в зависимости от знака отклонения по­ступает через усилитель У на электромагниты УЛ1 или УЛ2 гидравлического золотника 3. Золотник управляет силовыми гидро­цилиндрами рулевых тяг (фиксаторов) трактора (комбайна).

4. САУ направлением движения кормоуборочной машины обеспечивает ориентацию кормоуборочной машины в процессе ее движения на рабочем гоне та­ким образом, что выкапывающие рабочие органы располагаются вдоль рядков убираемых корней. Это является необходимым ус­ловием надежного извлечения корней из почвы. Без управления направлением движения машина будет по разным причинам от­клоняться от линии рядков и нормальный уборочный процесс невозможен. Технологическая и конструктивная схемы СУ приведены на рисунке 15.

Рисунок 15 – Схемы СА вождения самоходной корнеуборочной машины:

а — принципиальная; б — исполнительною механизма

 

Органом управления направлением движения машины являются передние управляемые колеса 6, поло­жение которых, соответствующее прямолинейному движению ма­шины, считается средним. По отношению к этому положению оп­ределяется реальный угол поворота управляемых колес δ, измене­ние положения которых осуществляется с помощью гидравличес­кого исполнительного механизма 5. Отклонение машины от линии рядков корней определяется датчиком системы управления.

Датчик системы автоматического вождения состоит из копиру­ющего механизма, выполненного в виде двух (располагающихся в междурядьях) связанных между собой балансирной тягой 14 перьев-копиров 9. Размах каждого пера равен ширине междуря­дья. Шарниры 17 являются базой ориентации. Изменение их по­ложения относительно центра междурядья приводит к повороту стрел-копиров 12 и соответствующему поперечному перемеще­нию балансирной тяги 14, которое с помощью рычажного меха­низма 13, 15 преобразуется в пропорциональное смещение маши­ны от линии рядков перемещением h_д штанги 16.

При искривлении линии рядков, например вправо (по ходу движения), перья копирующего механизма поворачиваются отно­сительно базы ориентации против часовой стрелки (на рисунке 15 показано штриховыми линиями). Это вызывает поворот рычага 15 по часовой стрелке. При отсутствии воздействия на рулевое коле­со 8 с усилителем 10 со стороны оператора штанга 11 неподвижна. Поэтому поворот рычага 15 ведет к повороту дифференциального рычага 13 относительно шарнира 0₁ и перемещению влево штан­ги 16. Рычажные механизмы 15, 13 выполняют функции передаю­щего преобразователя датчика.

Гидравлический исполнительный механизм системы управле­ния состоит из золотникового гидрораспределителя 1 с блоком 7 гидрозамковых клапанов и гидроцилиндра 5 (рисунок 15, б). Выход­ным воздействием исполнительного механизма является переме­щение гидроцилиндра h_ц или пропорциональный ему угол δ пово­рота управляемых колес. Гидрораспределитель 1 имеет подвиж­ные относительно друг друга корпус 22 и золотник 21. Золотник соединен со штангой 16 датчика, и перемещение золотника вдоль корпуса распределителя при неподвижном гидроцилиндре равно перемещению штанги датчика.

При смещении золотника 21 относительно среднего положе­ния рабочих окон (например, под воздействием датчика) влево ра­бочие окна открываются справа и происходит соединение левого выходного канала гидрораспределителя с напорной магистралью, а правого канала – со сливной. Плунжер 19 гидрозамков под од­носторонним действием давления слева перемещается вправо, от­крывая первый шариковый клапан 20 и подключая тем самым штоковую полость Б гидроцилиндра 5 к соединенному со сливом правому выходному каналу гидрораспределителя. Одновременно под действием напора открывается левый шариковый клапан гид­розамка, соединяя бесштоковую полость А гидроцилиндра с левым его выходным каналом. При этом масло поступает из напорной магистрали в бесштоковую полость а гидроцилиндра, а из штоковой полости Б – на слив (в бак гидросистемы). Под действием пе­репада давлений гидроцилиндр со штоком 18 перемещается в сто­рону полости А, поворачивая рычаг рулевых трапеций 4 и соответ­ственно управляемые колеса 6 по часовой стрелке.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Автоматизация башенных водокачек.
2. Автоматизация бухгалтерского учета. «1С: Бухгалтерия»
3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ДОКУМЕНТООБОРОТА
4. Автоматизация землеустроительного проектирования
5. Автоматизация оценки эффективности инвестиционных проектов
6. Автоматизация процесса биологической очистки сточных вод
7. Автоматизация процессов механической очистки сточных вод
8. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
9. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА И ПЕРЕРАБОТКИ КОРМОВ
10. Автоматизация работы (макросы)
11. Автоматизация сельскохозяйственного производства
12. Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения