Результат интеллектуальной деятельности: Автоматический регулятор глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано для регулирования глубины обработки почвообрабатывающей сельскохозяйственной техникой, имеющей для этого конструктивные возможности, в частности фронтального прокалывателя-щелереза, при помощи радиолокационного зондирования почвенного слоя, и устанавливается в целях улучшения водопроницаемости, снижения эффекта переуплотнения почв и формирования плужной подошвы, сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Известна конструкция устройства по патенту US 5810096 А, снабженная калибровочным колесом, системой сцепного устройства, подъемным домкратом, распределительным блоком, измерительным блоком, контроллером.

Недостатком устройства является невозможность своевременной качественной автоматической регулировки глубины почвенной обработки в движении агрегата, так как измерительный блок считывает данные буксования трактора, и через контроллер догружает сельскохозяйственной орудие, а не производит сканирование глубины почвенной поверхности.

Известен способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности, включающий газовый разрядник, передающую антенну, приемную антенну, приемный блок, аттенюатор, усилитель-ограничитель, жидкокристаллический индикатор (Патент РФ №2080622, МКИ G01S 13/95, взято за прототип).

Недостатком способа является высокая энергоемкость и металлоемкость устройства, невозможность использования на сельскохозяйственной технике из-за больших размеров элементов, входящих в его конструкцию.

Технической задачей изобретения является улучшение качества почвообработки и отведения избыточной влаги, при необходимости более глубокое щелевание почвенного слоя в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора за счет использования устройства, достаточно несложной конструкции с высокой надежностью, долговечностью, обладающего удобством в обслуживании и эксплуатации, способного осуществлять автоматическое регулирование глубины прокалывания почвенного слоя при низкой энергоемкости и металлоемкости.

Техническим решением задачи является создание устанавливаемого в конструкции почвообрабатывающей машины устройства- автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, при низкой энергоемкости и металлоемкости способного осуществлять автоматическое регулирование глубины прокалывания почвенного слоя в целях улучшения качества почвообработки и отведения избыточной влаги, более глубокого щелевания почвенного слоя при необходимости, в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора.

Поставленная задача достигается тем, что автоматический регулятор глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники содержит объединенные общей электрической схемой и включенные в состав георадара передающую антенну, приемную антенну, аттенюатор, усилитель высокой частоты, твердотельный генератор, приемное устройство, сельсин-датчик, установленный на одной из двух продольных трубчатых тяг пространственной рамы фронтального прокалывателя-щелереза, сельсинный приемник, закрепленный на фронтальной части переднего силового бампера трактора, включенный в гидросистему подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра через клапан открывания подачи жидкости.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, на фиг. 2 изображена структурная схема работы автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, на фиг. 3 изображена функциональная схема автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники.

Устройство- автоматический регулятор глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники содержит объединенные общей электрической схемой и включенные в состав георадара 1 передающую антенну, приемную антенну, аттенюатор, усилитель высокой частоты, твердотельный генератор 2, приемное устройство 3, сельсин-датчик 4, установленный на одной из двух продольных трубчатых тяг 5 пространственной рамы 6 фронтального прокалывателя-щелереза 7, сельсинный приемник 8, закрепленный на фронтальной части переднего силового бампера 9 трактора 10, включенный в гидросистему подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра 11 через клапан 12 открывания подачи жидкости.

Устройство работает следующим образом:

В ходе движения трактора с передающей антенны георадара 1, с помощью твердотельного генератора 2, формируются зондирующие импульсы подстилающей поверхности земли, которые, отражаясь от уплотненного слоя почвы, возвращаются к приемной антенне георадара 1, где проходят предварительную обработку с помощью аттенюатора и усилителя высокой частоты (УВЧ) и в виде электрического сигнала передаются на вход приемного устройства 3, выполненного по супергетеродинной схеме на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса его в частотную область. Отраженные импульсы поступают на вход приемного устройства 3 с временным сдвигом

Δt_D=2D/c,

где D - расстояние до подстилающей поверхности, м.

Таким образом, измеряя Δt_D, можно судить о глубине залегания уплотненного слоя в подстилающей поверхности.

Далее электрический сигнал с выхода приемного устройства 3 супергетеродинного приемника поступает на вход сельсин-датчика (СД) 4, установленного на одной из двух продольных трубчатых тяг 5 пространственной рамы 6 фронтального прокалывателя-щелереза 7. При этом напряжение электрического сигнала трансформируется (передается) от обмотки ротора СД 4 к обмотке статора СД 4 и далее через обмотку статора сельсинного приемника 8 (СП), закрепленного на фронтальной части переднего силового бампера 9 трактора 10, в роторную обмотку СП 8 пропорционально углу рассогласования двух механически несвязанных между собой командной оси следящей системы ротора сельсин-датчика 4 и исполнительной оси ротора сельсин-приемника 8. Ось ротора сельсин-приемника 8 жестко связана с клапаном 12 открывания подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра 11, что при повороте оси ротора сельсин-приемника 8 позволяет подавать необходимое количество гидравлической жидкости в нагружающий гидроцилиндр 11, тем самым производя активное заглубление или подъем рабочих органов на глубину, соответствующую полученному от СД 4 электрического сигнала в автоматическом режиме.

Питание электрических элементов предлагаемого устройства осуществляется с помощью штатного генератора Г-287Д, для корректировки и юстировки приборов и устройств схемы используются штатные аккумуляторные батареи АБ, что говорит о его низкой энергоемкости.

При этом приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки. Схема функциональной модели супергетеродинного приемника содержит:

- модель входного радиоимпульса;

- модель входных цепей (ВЦ) и усилителя высокой частоты (УВЧ) (звено полосового фильтра Bpassl и звено Gain1);

- модель гетеродина (Vget1);

- модель преобразователя частоты (ПЧ) (на умножителе и звене Gain2);

- модель усилителя промежуточной частоты (УПЧ) (звенья Laplace 1);

- модель амплитудного детектора (звено Е1 и звено фильтра низкой частоты LoPass1);

- модель порогового обнаружителя (звено Е2 и звено Const1).

На вход УПЧ подается сигнал с выхода ПЧ, а также сигнал с выхода генератора шума (модель на элементах Vnoise1, R1, C1, Gain3). Таким образом, имитируется воздействие на УПЧ приемника внешних и собственных шумов.

Модель входного радиоимпульса с заданными параметрами получена путем перемножения мгновенных значений ЭДС двух источников напряжения - гармонического SIN (Vnes1) и импульсного PULSE (Vogib1) со следующими значениями параметров:

VAMPL=1, VOFF=0, TD=0.5us, FREQ=900Meg, AC=1;

V1=0, V2=15.5u, TD=0.5us, TR=TF=0, PW=0.333us, PER=2.778ms, DC=1.

амплитуда гармонического сигнала V_AMPL=1 В, напряжение смещения V_OFF=0 в, время задержки сигнала TD=0.5 мкс, частота сигнала FREQ=900 МГц,

начальное значение импульсного сигнала V₁=0 В, амплитуда импульсного сигнала V₂=15.5 В, время задержки сигнала TD=0.5 мкс, длительность импульса PW=0.333 мкс, период повторения PER=2.778 мс.

Модель гетеродина выполнена в виде источника напряжения SIN (Vget1) со следующими значениями параметров:

VAMPL=1, VOFF=0, FREQ=870 МГц,

амплитуда синусоидального сигнала V_AMP1=1 В, напряжение смещения V_OFF=0 В, частота сигнала FREQ=870 МГц,

По результатам выполненных расчетов определены и заданы значения параметров звеньев:

звено Bpass1 - Ripple=3dB, Stop=25dB, F0=840Meg, F1=896.7Meg, F2=903.3Meg, F3=960Meg; звено Gain1 - Gain=10; звено Gain2 - Gain=3.55; звено Laplace1 - значения атрибутов Num=3600*7.5e6*s, Denom=s*s+7.5e6*s+3.55e16;

нелинейное звено детектора E1 типа ETABLE, значения атрибута TABLE в формате: (-5,5)(-0.2,0)(0.2,0)(5,5);

звено LoPassl - Ripple=3dB, Stop=20dB, FP=3.3Meg, FS=26.7Meg;

нелинейное звено порогового обнаружителя (звено Е2 типа ETABLE), значения атрибута TABLE в формате: (-5,0)(0,0)(1е-3,4)(5,4).

Порог обнаружения (звено Const 1) предварительно задан на уровне 0.15 В и уточняется в процессе моделирования.

Все входящие в комплект предлагаемого устройства элементы отличаются низкой энергоемкостью и металлоемкостью, что позволило добиться компактности и высокой ресурсности при установке на сельскохозяйственной технике.

Использование данного изобретения, обладающей высокой надежностью, низкой себестоимостью, материалоемкостью и энергоемкостью, удобством в обслуживании и эксплуатации, при достаточно несложной конструкции и простоте изготовления автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники позволит повысить качество почвообработки и отведения избыточной влаги, при необходимости обеспечит более глубокое щелевание почвенного слоя в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора, что приведет к сокращению энергозатрат и увеличит экономический эффект от его применения в сельском хозяйстве.