УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПОСТОРОННИХ ТЕЛ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ УБОРОЧНЫХ МАШИН Российский патент 2003 года по МПК G01R33/02 A01D75/18 

Изобретение относится к устройствам для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, например кормоуборочных комбайнов, полевых измельчителей и др.

Известные устройства для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочной машины, содержащие систему создания магнитного поля по всей ширине потока технологического продукта уборочной машины, включающую постоянные магниты, установленные в ряд перпендикулярно потоку технологического продукта, при этом по крайней мере часть магнитов охвачена измерительными катушками, соединенными между собой последовательно и подключенными к блоку оценки [1]-[6].

Принцип действия таких устройств основан на появлении импульса эдс в приемных катушках за счет изменения потокосцепления магнитного поля катушек при движении ферромагнитных тел в пространстве действия магнитного поля постоянных магнитов.

В известных устройствах-аналогах [1], [2], [3] изменение полярности полюсов постоянных магнитов совпадает с направлением движения потока технологического продукта (перпендикулярно оси вала уборочной машины).

При этом по всей ширине потока продукта величина вектора магнитной индукции на одинаковых расстояниях от поверхности полюсов магнитов приближается к постоянной величине, а векторы магнитной индукции замыкаются в плоскостях, перпендикулярных вальцу. Такая топология магнитного поля системы постоянных магнитов разрешает получить максимально равномерную чувствительность по всей ширине потока продукта. Тем не менее, при ограниченном (конструктивными соображениями) размере диаметра вальца, внутри которого расположена магнитная система с измерительными катушками, ограничивается соответственно и ширина одного полюса (или ширина двух разноименных чередующихся полюсов) по направлению следования продукта. Так как ширина полюсов магнитов определяет степень затухания (уменьшения) величины магнитной индукции по мере отдаления от поверхности полюсов (и вальца), то и чувствительность устройства [1], [2], [3] по высоте прослойки продукта соответственно уменьшается.

В устройствах-аналогах [4], [5], [6] увеличение зоны чувствительности по высоте потока технологического продукта в сравнении с устройствами [1], [2], [3] достигается за счет увеличения ширины полюсов постоянных магнитов, полярность которых чередуется по оси вала, то есть векторы магнитной индукции замыкаются преимущественно перпендикулярно направлению потока продукта. Так как, по обыкновению, длина вала намного больше его диаметра, то этим самым становится возможным увеличить ширину полюсов магнитов и, соответственно, увеличить чувствительность устройства по высоте прослойки продукта. Тем не менее, такая система магнитов, увеличивая высоту "выброса" магнитного поля над поверхностью вальца, неминуемо при этом, во-первых, усиливает взаимодействие магнитов с ферромагнитными конструктивными деталями кормоуборочных машин (что вносит дополнительные помехи в измерительные катушки), а во-вторых, принципиально обуславливает неравномерность величины магнитной индукции по оси вала и соответствующую неравномерность чувствительности устройства по этой самой оси. Для уменьшения взаимодействия магнитов с ферромагнитными деталями, расположенными в торцах вала, часть полюса постоянных магнитов в торце вала не охватывается измерительными катушками [5], чем неминуемо уменьшается как использование самих магнитов, так и чувствительность устройства в зонах следования продукта, близких к торцам вала.

Наиболее близким по технической сути из всех перечисленных устройств - аналогов [1]-[6] есть устройство 1, которое и принимается в качестве прототипа.

Магнитная система прототипа [1] состоит из двух рядов постоянных магнитов чередующейся полярности N-S в направлении движения продукта и расположенных вдоль оси вальца уборочной машины. При ограниченных размерах диаметра вальца ограничивается и расстояние между магнитными осями полюсов разной полярности, обусловленное длиной хорды вальца вдоль поверхности полюсов, обращенных к потоку движущегося продукта. Увеличение расстояния между полюсами N-S требует соответствующего увеличения длины хорды, а увеличение длины хорды обуславливает отдаление поверхности полюсов от поверхности вальца и, соответственно, увеличение расстояния от поверхности магнитов к движущимся ферромагнитным телам.

Таким образом, интенсивность магнитного поля системы постоянных магнитов прототипа в меру удаления от поверхности резко уменьшается в связи с ограниченным расстоянием между полюсами N-S, а значит, соответственно, ограничивается и чувствительность устройства к распознаванию посторонних ферромагнитных тел по высоте прослойки продукта.

В основу изобретения поставлена задача создания такого устройства для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, обеспечивающая увеличение чувствительности по высоте прослойки потока технологического продукта при заданных размерах магнитной системы, при одновременном достижении равномерной чувствительности по всей ширине продукта.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащем систему создания магнитного поля неизменной полярности и интенсивности по всей ширине потока технологического продукта, включающую один сплошной или составной постоянный магнит, охваченный одной или несколькими катушками, включенными между собой последовательно и соединенными с электронным блоком оценки, постоянные магниты намагничены относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, а измерительные катушки расположены таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов.

В торцевой зоне устройства магнитное поле постоянных магнитов экранируется ферромагнитными пластинами от взаимодействия с ферромагнитными деталями уборочной машины.

Часть магнитов со стороны, противоположной зоне распознавания ферромагнитных посторонних тел устройства, измерительными катушками не охватывается.

Измерительные катушки расположены на ферромагнитной пластине, установленной в плоскости раздела полярности магнитов.

По всей длине устройства магнитное поле магнитов экранируется пластинчатым экраном со стороны, противоположной зоне распознавания ферромагнитных посторонних тел.

Вследствие использования в устройстве согласно изобретению постоянных магнитов, намагниченных относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, при расположении катушек таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов, существенным образом увеличивается расстояние между разноименными полюсами магнитов при тех же заданных (ограниченных) конструктивными соображениями размерах магнитной системы устройства. Так, в предложенном устройстве расстояние между одноименными полюсами (N-S) магнитной системы по пути замыкания их магнитных силовых линий значительно больше такого же расстояния в прототипе, что разрешает соответственно увеличить высоту "выброса" магнитного поля в зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, а значит, и увеличить чувствительность устройства к распознаванию ферромагнитных тел по высоте прослойки при сохранении равномерной чувствительности устройства по всей ширине потока продукта.

В устройстве согласно изобретению часть магнитов со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, измерительными катушками может не охватываться, чем уменьшается внесение помех в измерительную катушку ферромагнитными телами, движущимися в недетектированном пространстве. Ферромагнитные пластины, установленные в торцевой зоне устройства и со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, ослабляют наведение эдс помех, что содействует увеличению чувствительности устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - схематический разрез нижнего подающего вальца полевого измельчителя с вмонтированным устройством для выявления ферромагнитных посторонних тел;
на фиг. 2 - рисунок системы создания магнитного поля с использованием одной измерительной катушки, охватывающей весь магнит;
на фиг. 3 - рисунок системы создания магнитного поля с использованием двух измерительных катушек, соединенных последовательно;
на фиг. 4 - случай размещения измерительной катушки на магнитопроводе, соединяющем составной магнит в одно целое;
на фиг. 5 - вариант магнитной системы, где часть магнита с противоположной зоне выявления посторонних тел стороны катушками не охватывается;
на фиг.6 - схематический разрез вальца с вмонтированным устройством для выявления посторонних ферромагнитных тел и магнитным экраном по всей длине устройства с противоположной зоне выявления стороны;
на фиг.7 - рисунок системы создания магнитного поля с магнитными экранами по торцам;
на фиг. 8 - диаграмма распознавания М по ширине В системы создания магнитного поля соответственно ширине Е подачи технологического продукта.

Устройство для выявления ферромагнитных посторонних тел, включающее магнитную систему 1, охваченную измерительной катушкой 2, закрепляется с помощью кронштейна 3 на валу 4 внутри нижнего подающего вальца 5, изготовленного из немагнитной нержавеющей стали или пластмассы. Система создания магнитного поля может быть охвачена одной или несколькими (в частном случае - двумя) измерительными катушками (фиг. 2 и 3). Измерительная катушка 2 может также размещаться на магнитопроводе 8 в виде тонкой ферромагнитной пластины, соединяющей составной магнит в единое целое (фиг.4). Магнит 1 может охватываться измерительной катушкой частично со стороны зоны выявления посторонних ферромагнитных тел за счет отделения части магнита 9, чем уменьшается внесение помех в измерительную катушку элементами уборочной машины (фиг.5). Ослабление эдс помех достигается также установкой магнитных экранов 10 и 11 вдоль вала 4 и по торцам магнитной системы соответственно (фиг.6, 7).

Работает устройство следующим образом. При появлении постороннего ферромагнитного тела в зоне действия системы создания магнитного поля в измерительных катушках 2 за счет изменения потокосцепления возникает импульс эдс, величина которого зависит от расстояния постороннего ферромагнитного тела от катушек, от массы и формы этого тела. Полученный сигнал поступает в блок оценки, который выдает команду на остановку подачи системы полевого измельчителя. Равномерность магнитного поля по ширине подачи технологического продукта разрешает получить равномерный профиль распознавания 12 (фиг.8) по отношению к аналогу [6] (диаграмма 14), а увеличение расстояния между полюсами разрешает повысить чувствительность устройства по отношению к прототипу (диаграмма 13, фиг.8).

Список использованных материалов
1. Патент США 3889249.

2. Патент США 3896608.

3. Патент ЕР 0666021.

4. Патент ЕР 0988782.

5. Патент Украины 5751.

6. Патент Украины 26843.

Использование: для защиты рабочих органов кормо- и зерноуборочных машин от попадания ферромагнитных тел. Технический результат - увеличение чувствительности по высоте прослойки потока технологического продукта при заданных размерах магнитной системы при одновременном достижении равномерной чувствительности по всей ширине продукта. Магнитные полюса одинаковой полярности расположены вдоль всей ширины потока технологического продукта в середине вальца и охвачены измерительными катушками, воспринимающими возмущения магнитного поля постоянных магнитов ферромагнитными телами, движущимися относительно магнитов, причем постоянные магниты намагничены относительно плоскости раздела их полярности под углом α = 45-90^o, а измерительные катушки расположены так, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов. 4 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для распознавания посторонних ферромагнитных тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащее систему создания магнитного поля неизменных полярности и интенсивности по всей ширине потока технологического продукта, включающую один сплошной или составной постоянный магнит, охваченный одной или несколькими катушками, включенными между собой последовательно и соединенными с электронным блоком оценки, отличающееся тем, что постоянные магниты намагничены относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, при этом измерительные катушки расположены таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в торцевой зоне устройства магнитное поле постоянных магнитов экранируется ферромагнитными пластинами от взаимодействия с ферромагнитными деталями уборочной машины. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть магнитов со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, измерительными катушками не охватывается. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительные катушки расположены на ферромагнитной пластине, установленной в плоскости раздела полярности магнитов. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по всей его длине магнитное поле магнитов экранируется пластинчатым экраном со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел.