МЕТАЛЛОДЕТЕКТОР ДЛЯ КОРМОУБОРОЧНОГО КОМБАЙНА Российский патент 1996 года по МПК A01D75/18 

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к устройствам защиты узлов кормоуборочного комбайна от металлических предметов, попадающих в его приемную камеру (питатель) вместе со скошенной кормомассой.

В основе всех металлодетекторов, устанавливаемых на кормоуборочных комбайнах западных фирм, а также на комбайнах, выпускаемых ПО "Гомсельмаш" (единственное предприятие СНГ, серийно производящее кормоуборочные комбайны), лежит одно и тоже устройство, разработанное американской фирмой "Sperry Rand Corporation" и впервые описанное в патенте США, кл.56-102 (А 01 D 69/10), N 3972156, 1976 г. "Speed independent static field metal detector", которое и выбрано в качестве прототипа.

Для исключения влияния довольно громоздкого датчика металлодетектора на прохождение кормомассы через питатель комбайна, а также обеспечения возможности работы комбайна с различными адаптерами (подборщиком, травяной жаткой, рядковой кукурузной, роторной жаткой и т.п.) датчик, как правило, размещается в первом нижнем вальце питателя и обеспечивает обнаружение металлических предметов (ферромагнитных), проходящих вместе с кормомассой в пространстве между первым верхним и первым нижним вальцами питателя комбайна. Поскольку принцип действия датчика основан на появлении импульса ЭДС в катушках за счет изменения магнитного поля (создаваемого постоянными магнитами датчика) при прохождении ферромагнитного предмета в его зоне действия, возникает необходимость изготовления вальца, в котором размещаeтся датчик, из немагнитного материала. Причем этот материал должен иметь высокое удельное электрическое сопротивление для уменьшения токов Фуко, наводимых в вальце при его вращении в магнитном поле, создаваемом мощными магнитами датчика. С этой точки зрения наилучшим материалом являются различные пластмассы, но их применение ограничено сравнительно низкой прочностью и износостойкостью, поэтому на большинстве комбайнов датчик металлодетектора устанавливают в вальцах, изготавливаемых из немагнитной высоколегированной нержавеющей стали. Наличие ферромагнитных включений в деталях такого вальца (имевшихся ранее в исходном материале, образовавшихся за счет изменения структуры металла при сварке деталей, появившихся за счет наклепа материала инструмента при мехобработке и т.п.), приводит к ложным срабатываниям системы защиты. Это заставляет уменьшать чувствительность датчика металлодетектора в 5.10 раз, что увеличивает опасность поломки комбайна за счет попадания достаточно крупных металлических предметов в его измельчитель.

Чувствительность металлодетектора также ограничивается наличием взаимодействия магнитного поля датчика с магнитными полями вращающихся (движущихся) узлов и агрегатов комбайна, изготовленных из обычной стали (шнек жатки или подборщика, рядом расположенные вальцы, барабан измельчителя и т.п.).

Для получения приемлемой чувствительности металлодетектора при изготовлении вальцов из немагнитной стали используют специальную технологию сварками электродами из нержавеющей стали, прогретыми до определенной температуры, после мехобработки каждой детали (резка, тoчение, гибка и т.п.) ее подвергают травлению и термообработке для устранения наклепа металла инструмента и снятия механических напряжений. При сборке вальцов в заводских условиях требуется повышенная чистота помещений, отсутствие масла и стружки на рабочем месте, не допускается транспортирование вальцов навалом или в железной таре, даже устранение окалины после сварки необходимо производить медными или титановыми молотками. И, наконец, на последней стадии изготовления вальцов из немагнитной стали их подвергают размагничиванию, помещая во внутрь катушки, подключаемой к промышленной сети 380 В, 50 Гц (Л1).

Несмотря на все описанные ухищрения даже такая сложная и дорогая технология обеспечивает лишь 70-80%-ный выход годных для работы с металлодетектором вальцов (Л2).

В ходе эксплуатации машины под действием магнитного поля датчика происходит постепенное намагничивание ферромагнитных включений, оставшихся в вальце, что заставляет оператора машины уменьшать чувствительность металлодетектора для исключения ложных срабатываний системы защиты и частых остановок машины. Инструкцией фирмы "Kemper" на кормоуборочную приставку "Champion 3000" предусмотрена необходимость минимум два раза в год снимать валец с металлодетектором, разбирать его и подвергать размагничиванию (ЛЗ). Все это существенно снижает производительность кормоуборочного комбайна и увеличивает расходы, связанные с его обслуживанием.

Целью предполагаемого изобретения является повышение реальной чувствительности металлодетектора и снижение затрат, связанных со сложной технологией изготовления вальцов и необходимостью их регулярного размагничивания во время эксплуатации комбайна.

Для достижения указанной цели в металлодетектор, содержащий расположенный в вальце датчик в виде катушки индуктивности с постоянными магнитами, фильтр нижних частот, полосовой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, пороговое устройство, устройства управления и сигнализации, дополнительно введены М последовательно включенных синхронных режекторных фильтров, М датчиков синхронизирующих импульсов, где М 1,2,3, а также устройство блокировки выходного сигнала, причем сигнальный вход первого синхронного фильтра соединен с выходом полосового усилителя, выход последнего синхронного фильтра с сигнальным входом устройства блокировки, выход которого соединен со входом порогового устройства, а выходы датчиков синхронизирующих импульсов поданы на входы синхронизации соответствующих синхронных режекторных фильтров и на тактовые входы устройства блокировки.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого металлодетектора.

Металлодетектор содержит последовательно соединенные магнитостатический датчик 1, фильтр нижних частот 2, полосовой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 3, М синхронных режекторных фильтров 4, устройство блокировки 5 и пороговое устройство 6, а также устройство сигнализации 7, устройство 8 и М датчиков синхроимпульсов 9, причем выход порогового устройства 6 соединен одновременно со входами устройства сигнализации 7 и устройства управления 8, а выход каждого датчика синхроимпульсов 9 соединен со входом синхронизации соответствующего синхронного режекторного фильтра 4 и соответствующим тактовым входом устройства блокировки 5.

Устройство работает следующим образом. При прохождении ферромагнитного предмета вместе с кормомассой в зоне действия датчика металлодетектора, расположенного в первом нижнем вальце питателя, изготовленного из немагнитного материала, в приемных катушках датчика наводится ЭДС и на выходе датчика 1 формируется импульс напряжения, который затем через фильтр нижних частот 2 поступает на вход полосового усилителя 3, осуществляющего частотную селекцию спектра полезного сигнала. Ввиду наличия в вальце ферромагнитных включений и наличия вращающихся стальных элементов конструкции комбайна в непосредственной близости от датчика 1 (вальцы питателя, механизмы передач, шнек подборщика, барабан измельчителя и т.п.) на выходе датчика 1 будут присутствовать сигналы помех, причем амплитуда сигналов помех в некоторых случаях может превышать амплитуду полезного сигнала. Значительная часть спектральных составляющих сигналов помех лежит в полосе спектра полезного сигнала, поэтому с помощью обычного полосового (частотно-избирательного) усилителя не удается эффективно от них отстроиться. Таким образом, на выходе полосового усилителя наряду с полезным сигналом будут присутствовать описанные выше помехи.

Рассматриваемые помехи имеют одну общую особенность: они являются периодическими и синхронизированы с фазами вращения порождающих их элементов конструкции. Для подавления каждой из этих помех используется свой синхронный режекторный фильтр 4, настроенный на подавление данной помехи. Последовательное включение М таких фильтров после полосового усилителя 3, где М число элементов конструкции (узлов) комбайна, порождающих помехи, обеспечит подавление всех мешающих помех. Полезный сигнал от постороннего металлического предмета, попавшего в поток кормомассы, является импульсным и асинхронным, поэтому он пройдет на выход каскада синхронных режекторных фильтров практически без изменения.

Структура синхронного режекторного фильтра и принцип его действия известны. В предлагаемой области применения удобно использовать Г-образное режекторное звено на коммутируемых конденсаторах, описанное, например, в а.с. СССР кл. Н 03 Н 19/00, N 995283. Автоматическая настройка синхронного режекторного фильтра на конкретную помеху осуществляется с помощью подачи на его синхровход последовательности импульсов, синхронных с фазой вращения элемента конструкции комбайна, создающего эту помеху. Для этой цели предлагается использовать датчик синхроимпульсов 9, связанный с соответствующим вращающимся элементом (узлом) комбайна и вырабатывающий некоторое количество синхроимпульсов за один оборот этого элемента (узла). В результате на выход последнего синхронного режекторного фильтра 4 пройдет только полезный асинхронный сигнал, а помехи от вращающихся элементов конструкции будут значительно подавлены или вообще отсутствовать.

Для предотвращения срабатывания металлодетектора во время переходных процессов в синхронных режекторных фильтрах, связанных с запуском или остановкой агрегатов комбайна, после цепочки синхронных фильтров 4 в схему введено устройство блокировки 5, функцией которого является запрещение прохождения сигнала на вход порогового устройства 6 на время переходного процесса.

Один из вариантов построения устройства блокировки 5 приведен на фиг.2.

Устройство состоит из М цепочек последовательно включенных частотных дискриминаторов 10 и одновибраторов 11, а также М входовой схемы ИЛИ 12 и ключа 13, причем выходы одновибратора 11 поданы на входы схемы ИЛИ 12, выход которой подключен к управляющему входу ключа 13.

Частотныe дискриминаторы 10 могут быть построены любым из известных способов, например, в соответствии с а.c. СССР, кл. Н 03 К 5/22 N 839041. На вход каждого из них подается последовательность импульсов с выхода датчика синхроимпульса 9. Частотный дискриминатор 10 вырабатывает на выходе уровень лог.0 или лог.1 в зависимости от того, выше или ниже входная частота заданной граничной. Диапазон частот импульсов с выхода каждого датчика синхроимпульсов 9 известен заранее, так как он определяется скоростью вращения соответствующего элемента конструкции комбайна. Если установить граничную частоту частотного дискриминатора 10 немного ниже, чем минимальная рабочая частота следования импульсов на выходе соответствующего датчика синхросигналов 9, то фронт или спад его выходного сигнала будут сигнализировать о начале переходного процесса.

Следующий за частотным дискриминатором 10 одновибратор 11 вырабатывает по любому из фронтов импульс с уровнем лог.1, длительность которого должна быть больше времени переходного процесса в соответствующем синхронном фильтре 4. Эти импульсы логически суммируются на схеме ИЛИ 12, выходной сигнал которой с уровнем лог.1 разрывает цепь прохождения сигнала через ключ 13 на время переходных процессов.

Полезный сигнал, пройдя через устройство блокировки 5, компанируется пороговым устройством 6, сигнал с выхода которого подается на устройство индикации 7, сигнализирующее о попадании постороннего предмета в питатель комбайна, и на устройство управления 8, обеспечивающее остановку вальцов питателя комбайна.

Таким образом, благодаря введению в известное устройство дополнительных элементов с соответствующими связями, заявляемое устройство позволяет:
Повысить реальную чувствительность металлодетектора.

Существенно упростить технологию изготовления вальца из немагнитной нержавеющей стали, устранив операции травления и размагничивания, при сохранении исходных характеристик металлодетектора.

Устранить трудоемкую операцию по размагничиванию вальцов в процессе эксплуатации комбайна.

Использование: сельскохозяйственная техника, в частности устройства для защиты узлов кормоуборочного комбайна. Сущность изобретения: для исключения ложного срабатывания от сигналов с индуктивного датчика при прохождении металлических предметов в его области используют последовательно включенные режекторные фильтры, которые позволяют по сигналу синхроимпульса наличие циклической составляющей на фоне общего информационного сигнала. 2 ил.

Металлодетектор для кормоуборочного комбайна, содержащий последовательно соединенные индуктивный датчик, фильтр нижних частот, полосовой усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, пороговое устройство, а также устройство сигнализации и устройство управления, входы которых соединены с выходом порогового устройства, отличающийся тем, что он снабжен M последовательно включенными синхронными режекторными фильтрами, M датчиками синхроимпульсов, где M= 1,2, а также устройством блокировки, причем сигнальный вход первого синхронного режекторного фильтра соединен с выходом полосового усилителя, выход последнего синхронного режекторного фильтра соединен с сигнальным входом устройства блокировки, выход которого соединен с входом порогового устройства, а выходы датчиков синхроимпульсов соединены с входами синхронизации соответствующих синхронных режекторных фильтров и тактовыми входами устройства блокировки.