УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МАШИНЫ Российский патент 1996 года по МПК A01D41/12 

Предполагаемое изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и предназначено, в частности, для контроля частоты вращения валов зерноуборочного комбайна.

Известно устройство контроля частоты вращения рабочих органов зерноуборочного комбайна, содержащее импульсные генераторы, к управляющим входам которых подключены выходы датчиков частоты вращения, элемент сигнализации, элемент или, амплитудный детектор и ключевые элементы (СССР, а.с. N 106967, кл. А 01 Д 41/12, 1984 г.).

Недостаток известного устройства ограниченные эксплуатационные возможности, т. к. известное устройство не позволяет определить абсолютное значение частоты вращения контролируемого вала. Следует указать, что при настройке зерноуборочного комбайна на заданный режим работы регулируют частоту вращения молотильного барабана и вентилятора очистки. В этом случае при каждой регулировке требуется измерение частоты вращения молотильного барабана и вентилятора очистки. Известное устройство позволяет осуществить только пороговый контроль частоты, однако этого не достаточно при перестройке режима работы комбайна. Это и ограничивает эксплуатационные возможности известного устройства.

Известно другое устройство контроля вращения рабочих органов сельскохозяйственной машины, содержащее счетчик импульсов с индикатором на выходе, датчик частоты вращения, импульсный генератор эталонной частоты (СССР, а.с. N 1375171, кл. А 01 D 41/12, 1988 г.).

Известному устройству присущи недостатки, указанные выше.

Цель предполагаемого изобретения расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет применения его для настройки режимов работы зерноуборочного комбайна.

Для достижения указанной цели в устройство введены умножитель частоты и блок управления, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, второй вход блока управления соединен с первым выходом импульсного генератора эталонной частоты, первый выход блока управления подключен к первому входу умножителя частоты, а второй выход блока управления соединен с установочным входом счетчика импульсов, при этом второй вход умножителя частоты соединен с вторым выходом импульсного генератора эталонной частоты, а выход умножителя частоты соединен с тактовым входом счетчика импульсов. Умножитель частоты содержит счетчик импульсов, элемент И, элемент ИЛИ-НЕ и триггер, первый вход которого является входом умножителя частоты, а второй вход триггера, объединенный с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, является вторым входом умножителя частоты, выход триггера соединен с установочным входом счетчика импульсов и вторым входом элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с тактовым входом счетчика импульсов, при этом выходы счетчика импульсов через элемент И соединены с установочным входом триггера. Датчик частоты вращения содержит импульсный источник света, фотоприемник и последовательно соединенные усилитель импульсов, детектор и ключевой усилитель, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя импульсов через разделительный конденсатор. Импульсный генератор эталонной частоты выполнен в виде генератора с кварцевой стабилизацией частоты и делителя частоты, вход которого подключен к выходу генератора с кварцевой стабилизацией частоты. Блок управления содержит триггер, счетчик импульсов с дешифратором на выходе, элемент И, элемент ИЛИ и инвертор, вход которого является первым входом блока управления, а тактовый вход счетчика импульсов является вторым входом блока управления, выход элемента И является первым выходом блока управления, а выход элемента ИЛИ вторым выходом этого блока.

Эти признаки отличают предположенное устройство от выбранного нами прототипа и обеспечивают его соответствие критерию "Новизна". При описании вышеприведенных аналогов проведен анализ на соответствие нашего предложения критерию "Существенные отличия". Проанализированы общие, частные существенные признаки предложения. Сходные с ними признаки известных перечисленных решений в совокупности с остальными не позволяют получить положительного эффекта, подобно предложенному. Следовательно, наше решение соответствует критерию "Существенные отличия".

На фиг. 1 приведена схема устройства контроля частоты вращения рабочих органов сельскохозяйственной машины. На фиг. 2 показана структурная схема датчика частоты вращения.

Устройство содержит счетчик 1 импульсов, к выходу которого подключен цифровой индикатор 2 (дешифратор двоичного кода в семисегментный код входит в состав счетчика 2). Импульсный генератор 3 эталонной частоты выполнен на основе генератора 4 с кварцевой стабилизацией частоты и делителя 5 частоты следования, импульсов генератора 4. Датчик 6 частоты вращения содержит импульсный источник света, образованный светодиодом 7 и импульсным генератором 8 (фиг. 2). Фотоприемник 9 через конденсатор 10 подключен к входу усилителя 11 импульсов. К выходу усилителя 11 через амплитудный детектор 12 подключен ключевой усилитель 13. Фотопара из элементов 7 и 9 взаимодействует с светоотражающей полоской 14, наклеенной на контролируемый вал 15. Полоска 14 выполнена по отношению к валу 15 из цветоконтрастного материала, например из белой бумаги или лейкопластыря. Выход датчика 6 соединен с первым входом блока 16 управления. Второй вход блока 16 соединен с первым выходом генератора 3. В блок 16 входят триггер 17, счетчик 18 импульсов с дешифратором на выходе, выполненном на элементе И 19, элемент ИЛИ 20, элемент И 21, цепь из конденсатора 23 и резистора 24 вместе с элементом 20, образующие схему установки исходного состояния.

Цепь из конденсатора 25 и резистора 26 вместе с элементом 21 образует стробируемый формирователь коротких импульсов. Первый выход блока 16 соединен с первым входом умножителя 27 частоты, а второй выход блока 16 подключен к установленному входу счетчика 1. Элементы блока 16 соединены между собой в соответствии с фиг. 1.

Умножитель 27 содержит счетчик 28 импульсов с элементом И 29 на выходе, элемент ИЛИ-НЕ 30, и триггер 31. Элементы соединены между собой в соответствии с фиг. 1. Выход умножителя 27 подключен к тактовому входу счетчика 1. Питание устройства производится от автономного источника 32, встроенного в устройство контроля. Включение питания производится кнопкой 33 (шины питания функциональных узлов не показаны).

Устройство контроля работает следующим образом. Для начала измерений датчик 6 располагают так, чтобы расстояние между контролируемым валом 15 и рабочей поверхностью фотопары из элементов 7 и 9 составляло 60-80 мм, что обеспечивает уверенную регистрацию отраженных световых импульсов. Нажатием кнопки 33 подают питающее напряжение +Е на все функциональные узлы устройства. При этом элементы 20, 23, 24 формируют короткий импульс, которым счетчик 1 триггер 17 и счетчик 18 устанавливаются в нулевое состояние. Генеpатор 4 формирует эталонные импульсы прямоугольной формы с высокой частотой 32768 Гц), а на выходе делителя 5 формируются эталонные импульсы с частотой 1 Гц. Генератор 8 формирует импульсы с частотой несколько десятков кГц, питающие светодиод 7. При каждом обороте вала 15 импульсы света отражаются от полоски 14 в результате чего на выходе фотоприемника 9 формируются пачки импульсов, которые усиливаются усилителем 11. Разделительный конденсатор 10 не пропускает на вход усилителя постоянную составляющую выходного сигнала фотоприемника 9, обусловленную воздействием на фотоприемник дневного света, что позволяет использовать устройство в полевых условиях. После детектирования усиленных пачек импульсов детектором 12 и усиления продетектированных импульсов ключевым усилителем 13 на выходе датчика 6 получают прямоугольный импульс с частотой вращения вала 15.

В основу работы устройства контроля положено соотношение

где
n число оборотов в минуту вала 15;
m число импульсов на выходе датчика 6 за эталонный интервал времени Δt.

С точки зрения удобства аппаратурной реализации устройства и приемлемого времени контроля выбрано D628,05022158,10t 4 cек.

В этом случае выражение (1) принимает вид
n 15 x m (2)
В соответствии с выражением (2) коэффициент умножения частоты импульсов умножителем 27 выбран равным 15.

Первым импульсом с выхода датчика 6 в триггер 17 записывается "1", а счетчик 18 подготавливается к счету эталонных импульсов с частотой 1 Гц.

В результате этого на выходе третьего разряда счетчика 18 формируется измерительный интервал в виде положительного импульса, длительностью 4 сек. Этот импульс подготавливает элемент 21 к формированию коротких импульсов из выходных импульсов датчика 6. Элементы 25 и 26 выбраны так, чтобы длительность сформированных импульсов равнялась 2-3 периодам импульсов на выходе генератора 4.

Первый импульс на выходе элемента 21, сформированный после начала измерительного интервала, устанавливает триггер 31 в "1" в результате чего элемент 30 начинает пропускать на вход счетчиков 1 и 28 эталонные импульсы от генератора 4. После прохождения 15 импульсов на выходе элемента 29 формируется "1", которой триггер 31 устанавливается в соответствие "0" и счет импульсов прекращается. Следующим импульсом с выхода элемента 21 триггера 31 вновь устанавливается в "1" и описанный процесс счета повторяется до тех пор, пока на первый вход элемента 21 воздействует измерительный интервал 4 сек. Таким образом в счетчике 1 накапливается число, равное произведению числа 15 и числа импульсов, прошедших от датчика 6 за интервал 4 сек. В соответствии с выражением (2) это число характеризует число оборотов контролируемого вала в минуту.

После окончания измерительного интервала счет импульсов заканчивается, а на индикаторе 2 высвечивается число, хранящееся в счетчике 1. Вывод результатов измерения продолжается в течение 4-х секунд, по истечению которых на выходе элемента 19 формируется "1", который через элемент 20 счетчика 1 и 18 устанавливаются в нулевое состояние и начинается новый цикл счета импульсов от датчика 6, который также длится 4 сек. Затем в течение 4-х секунд результаты контроля вновь выводятся на индикатор 2. Такой процесс продолжается циклически до тех пор пока нажата кнопка 33, а датчик 6 взаимодействует с валом 15.

После завершения измерений кнопку 33 отпускают и устройство выключается.

В НПО ВИСХОМ проведены лабораторные испытания макетного образца описанного устройства контроля. Макет был реализован с использованием интегральных микросхем серии 176 и 561. В качестве цифрового индикатора использован жидкокристаллический индикатор типа ИЖЦ 5-4/8. Датчик частоты вращения реализован с использованием светодиода АЛ107Б, фотодиода ФДК 263 транзисторов КТ3102, КТ3156 и микросхем КР1006ВИ1 и К548УН1А. В качестве источника питания использовалась батарея "Крона". Макет выполнен в металлическом корпусе с габаритными размерами 200 х 45 х 75 мм, на торце которого смонтирован датчик частоты вращения. Лабораторные испытания подтвердили надежную работу устройства контроля в условиях как дневного освещения, так и при искусственном освещении и показали целесообразность использования предложенного устройства для оперативного контроля частоты вращения валов сельскохозяйственных машин, а также других машин, где такой контроль необходим.

Использование: сельскохозяйственная техника. Сущность изобретения: датчик частоты вращения по отраженному сигналу от полоски формирует импульсы, частота которых соответствует частоте вращения контролируемого вала. Посредством блока управления и умножителя частоты сигнала с датчика частоты вращения преобразуется и сравнивается с сигналом с импульсного генератора эталонной частоты. По результату сравнения судят о частоте вращения вала. Данные отображаются на индикаторе. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство контроля частоты вращения рабочих органов сельскохозяйственной машины, содержащее счетчик импульсов с индикатором на выходе, датчик частоты вращения, импульсный генератор эталонной частоты, отличающееся тем, что в него введены умножитель частоты и блок управления, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения, второй вход блока управления соединен с первым выходом импульсного генератора эталонной частоты, первый выход блока управления подключен к первому входу умножителя частоты, а второй выход блока управления соединен с установочным входом счетчика импульсов, при этом второй вход умножителя частоты соединен с вторым выходом импульсного генератора эталонной частоты, а выход умножителя частоты соединен с тактовым входом счетчика импульсов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что умножитель частоты содержит счетчик импульсов, элемент И, элемент ИЛИ НЕ и триггер, первый вход которого является входом умножителя частоты, а второй вход триггера, объединенный с первым входом элемента ИЛИ НЕ, является вторым входом умножителя частоты, выход триггера соединен с установочным входом счетчика импульсов и вторым входом элемента ИЛИ НЕ, выход которого соединен с тактовым входом счетчика импульсов, выходы которого через элемент И соединены с установочным входом триггера. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчик частоты вращения содержит импульсный источник света, фотоприемник и последовательно установленные усилитель импульсов, детектор и ключевой усилитель, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя импульсов через разделительный конденсатор. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что импульсный генератор эталонной частоты выполнен в виде генератора с кварцевой стабилизацией частоты и делителя частоты, вход которого подключен к выходу упомянутого генератора. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит триггер, счетчик импульсов с дешифратором на выходе, элемент И, элемент ИЛИ и инвертор, выход которого является первым входом блока управления, а тактовый вход счетчика импульсов является вторым входом блока управления, выход элемента И является первым выходом блока управления, а выход элемента ИЛИ - вторым выходом этого блока.