УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПОСТОРОННИХ ТЕЛ, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ УБОРОЧНЫХ МАШИН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК G01R33/02 A01D75/18 

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

Известно устройство [1] для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, выбранное в качестве прототипа, которое содержит систему создания магнитного поля с неизменной полярностью по всей ширине потока технологического продукта, состоящую из постоянных магнитов, вектор намагниченности которых направлен под углом 45-90° к плоскости симметрии магнитной системы. Постоянные магниты охвачены измерительными катушками, которые присоединяются к электронному блоку оценки. Магниты закреплены на немагнитном каркасе и могут магнитно экранироваться ферромагнитным пластинчатым экраном со стороны, противоположной пространству движения технологического продукта.

Принцип действия такого устройства основан на появлении импульса э.д.с. в измерительных катушках за счет изменения потокосцепления магнитного поля катушек при движении ферромагнитных тел в пространстве действия магнитного поля постоянных магнитов. Наведенный в измерительных катушках импульс э.д.с. воспринимает электронный блок оценки, который идентифицирует этот импульс как полезный сигнал или как помехи и выдает соответствующую команду на систему управления уборочной машиной. В магнитной системе устройства магниты включены между собой согласно, то есть с чередованием полюсов N₁-S₁-N₂-S₂ по пути замыкания магнитного потока, общего для обеих симметричных частей магнитной системы. Принятое согласное включение магнитов позволяет получить при заданных и ограниченных размерах магнитной системы и измерительных катушек максимальную величину магнитной индукции в наиболее отдаленных от магнитной системы областях пространства.

Такое "дальнодействие" магнитной системы устройства [1] весьма эффективно для обнаружения движущихся ферромагнитных тел в условиях отсутствия на тех же расстояниях ферромагнитных тел, которые тоже движутся, но не подлежат обнаружению, например, ферромагнитных деталей самой уборочной машины. Такие ферромагнитные тела даже на больших расстояниях создают помехи для работы устройства, т.к. могут вызвать его ошибочное срабатывание, что и является недостатком прототипа.

В основу изобретения поставлена задача в устройстве для обнаружения ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин повысить помехоустойчивость устройства к влиянию на его работу не подлежащих обнаружению движущихся ферромагнитных предметов.

Поставленная задача реализуется в устройстве для обнаружения посторонних ферромагнитных тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащем систему постоянных магнитов неизменной полярности по всей ширине потока технологического продукта, состоящую из постоянных магнитов, намагниченных под углом 45-90° к плоскости симметрии магнитной системы, и измерительных катушек, охватывающих полюса магнитов и присоединенных к электронному блоку оценки, в котором симметричные части магнитной системы обращены друг к другу одноименными полюсами, а измерительные катушки размещены на внешней поверхности постоянных магнитов, обращенной к пространству движения технологического продукта, и охватывают один общий полюс для всех магнитов.

Поставленная задача реализуется в устройстве, в котором система постоянных магнитов размещена внутри ферромагнитного корпуса так, что сам корпус является магнитопроводом для замыкания магнитного потока постоянных магнитов со стороны, противоположной пространству, в котором движется технологический продукт.

Поставленная задача реализуется в устройстве, в котором измерительные катушки выполнены секционированными так, что каждая из секций охватывает разную ширину магнитного полюса постоянных магнитов и может подключаться к электронному блоку оценки каждая в отдельности или вместе с другими секциями.

Поставленная задача реализуется в устройстве для обнаружения посторонних ферромагнитных тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащем систему постоянных магнитов неизменной полярности по всей ширине потока технологического продукта, состоящую из постоянных магнитов, намагниченных под углом 45-90° к плоскости симметрии магнитной системы, и измерительных катушек, присоединенных к электронному блоку оценки, в котором магниты выполнены в виде прямоугольных стержней, геометрическая ось которых совпадает с осью их намагничивания, и установлены в ряд на внутренних противоположных поверхностях ферромагнитного корпуса таким образом, что эти ряды магнитов взаимодействуют между собой одноименными полюсами, при этом измерительные катушки охватывают полюса каждого ряда магнитов или один общий полюс для всех магнитов.

Поставленная задача реализуется в устройстве, в котором ферромагнитный корпус выполнен V-образной формы, противоположные грани которого сопрягаются под углом, близким к 90° .

Поставленная задача реализуется в устройстве, дополненном ферромагнитным концентратором призматической формы, расположенным между одноименными полюсами симметрично размещенных рядов магнитов, при этом измерительная катушка устанавливается на поверхности концентратора и охватывает один общий полюс для всех магнитов.

Встречное включение симметричных частей магнитной системы по схеме S₁-N₁-N₂-S₂ приводит к образованию на поверхности магнитов, обращенной к пространству движения технологического продукта, одного общего для всей магнитной системы магнитного полюса N₁-N₂, концентрации магнитного поля вблизи плоскости симметрии, которая разделяет магнитную систему и, наоборот, ослабление концентрации магнитного поля в боковых, относительно магнитов, областях пространства, где именно наиболее вероятно могут двигаться ферромагнитные тела, не подлежащие выявлению.

Концентрация магнитного потока преимущественно в области плоскости симметрии магнитной системы обуславливает более быстрое изменение магнитного потока, сцепленного с измерительными катушками, вызванное движением ферромагнитных тел. Так как импульс наведенной в измерительных катушках э.д.с. (е_к) зависит не только от величины изменения магнитного потока Δ Ф, но и от скорости его изменения за время Δ t (Δ t - время перемещения ферромагнитного тела в зоне действия магнитного поля), то и наведенная в измерительных катушках э.д.с. (е_к) возрастает за счет уменьшения отрезка времени Δ t: е_к=-Δ Ф/Δ t и при уменьшении продолжительности импульса Δ t величина е_к соответственно возрастает.

Кроме того, уменьшение времени Δ t способствует получению пикообразной (короткоимпульсной) формы наведенной в катушках э.д.с. (е_к), которая воспринимается и идентифицируется электронным блоком оценки более четко и однозначно, а значит, упрощается настройка электронного блока.

Размещение магнитной системы с измерительными катушками в ферромагнитном каркасе, который одновременно выполняет функции магнитопровода и магнитного экрана, также повышает помехоустойчивость устройства, ограждая измерительную катушку от влияния на нее флутаций посторонних магнитных полей и электромагнитных волн.

Выполнение измерительных катушек секционированными с разной шириной секций обуславливает взаимодействие любой из секций с разными магнитными потоками, соответствующими ширине секции. Секции с меньшей шириной сцеплены с меньшим магнитным потоком, который замыкается преимущественно в зоне, близкой к плоскости симметрии магнитной системы, и поэтому меньше подвергнуты воздействию помех от движущихся ферромагнитных тел, которые не подлежат обнаружению, т.к. эти тела не попадают непосредственно в область действия магнитного потока, сцепленного с данной секцией измерительной катушки. Более широкие секции охватываются большим магнитным потоком полюсов магнитов и потому более чувствительны к появлению движущихся ферромагнитных тел, в особенности на больших расстояниях и в “боковых” зонах пространства вокруг магнитной системы.

Комбинирование соединений секций с электронным блоком оценки и между собой позволяет в некоторых пределах оптимизировать измерительную катушку, состоящую из таких секций, с точки зрения ее чувствительности и помехоустойчивости.

Принципиально такого же эффекта по увеличению помехоустойчивости и чувствительности устройства можно достичь, выполнив магнитную систему устройства в виде стержней, намагниченных по своим геометрическим осям и размещенных рядами на противоположных плоскостях ферромагнитного корпуса. Угол наклона рядов магнитов к плоскости симметрии магнитной системы выбирается таким, чтобы стержневые магниты противоположных рядов взаимодействовали между собой одноименными полюсами так, чтобы угол между векторами намагниченности противоположных рядов магнитов составил бы приблизительно 90° . Применение постоянных магнитов в форме стержней позволяет использовать при их изготовлении пластинчатые магниты нормированных типоразмеров. В таком устройстве каждый ряд магнитов охватывается своей измерительной катушкой. Измерительные катушки каждого из рядов магнитов соединяются между собой согласно и присоединяются к электронному блоку оценки.

Для большей концентрации магнитного потока в зоне плоскости симметрии магнитной системы и некоторого уменьшения магнитного сопротивления магнитной системы между одноименными полюсами магнитов могут устанавливаться ферромагнитные концентраторы призматической формы.

Установка постоянных магнитов в виде стержней на противоположных поверхностях V-образного ферромагнитного корпуса наиболее технологична при изготовлении корпуса из стального стандартного уголка, что является дополнительным преимуществом такого варианта выполнения устройства.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображены:

На фиг.1 изображен поперечный разрез устройства для обнаружения ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин (в дальнейшем устройство).

На фиг.2 изображен поперечный разрез устройства с магнитной системой, размещенной внутри ферромагнитного корпуса.

На фиг.3 изображены секции измерительной катушки устройства.

На фиг.4 изображен поперечный разрез устройства, в котором магниты размещены рядами на противоположных боковых поверхностях ферромагнитного корпуса и каждый ряд магнитов охватывается своей катушкой.

На фиг.5 изображен поперечный разрез устройства, в котором магниты размещены рядами на противоположных боковых поверхностях ферромагнитного корпуса, дополненного ферромагнитными концентраторами, а измерительная катушка охватывает один общий полюс магнитов.

Устройство (фиг.1) состоит из постоянных магнитов 1, намагниченных под углом α =45-90° к плоскости симметрии магнитной системы.

Принятая полярность и направление вектора 3 намагниченности магнитов 1 обуславливает взаимодействие магнитов, расположенных по разные стороны плоскости симметрии магнитной системы, магнитными полюсами одной полярности N₁-N₂, то есть осуществляется встречное включение магнитов по схеме S₁-N₁-N₂-S₂.

Встречное включение магнитов создает такое магнитное поле, в котором магнитный поток, выходящий из полюсов магнитной системы в рабочее пространство, концентрируется преимущественно в зоне плоскости симметрии магнитной системы. Такая картина магнитного поля обуславливает соответствующее расположение измерительной катушки 2, а именно такое, чтобы катушка охватывала общий для всех магнитов одноименной полюс N (N₁+N₂→_{N). Поэтому катушка 2 располагается на поверхности магнитов 1, обращенной в сторону пространства движения технологического продукта, и плоскость намотки витков катушки 2 совпадает с плоскостью поверхности магнитов.}

Устройство может быть размещено в ферромагнитном корпусе 4, как это показано на фиг.2. Толщина стенок ферромагнитного корпуса 4 выбирается таким образом, чтобы толщина стенки обеспечивала надежное магнитное экранирование от влияния на измерительную катушку 2 внешних магнитных полей и электромагнитных волн, а также обеспечивала замыкание общего магнитного потока всей магнитной системы без существенной потери намагничивающей силы магнитов в теле ферромагнитного корпуса 4 как элемента магнитной цепи. Измерительная катушка 2 может выполняться из отдельных секций 2а и 26 (фиг.3).

Секция 2а имеет большую ширину, а секция 2б имеет меньшую ширину. Соответственно принятой ширине секций они сцеплены с разными магнитными потоками, выходящими из полюсов магнитов. Так, секция 2а сцепляется с большим магнитным потоком, замыкающимся через более широкое пространство, а секция 2б сцеплена с меньшим магнитным потоком, замыкающимся через менее широкое пространство. При этом магнитный поток, который выходит из полюсов в зоне плоскости симметрии магнитной системы, является общим для всех секций.

Выбором ширины секций измерительной катушки можно в значительной мере изменять ее чувствительность к выявлению движущихся ферромагнитных тел в разных областях пространства и тем самым в некоторых пределах, повышать избирательность устройства к восприятию полезного сигнала и сигнала помех.

Постоянные магниты 1 могут выполняться в виде стержней и устанавливаться в ряд на внутренних поверхностях ферромагнитного корпуса 4, как это показано на фиг.4. Каждый ряд магнитов 1, обращенных к плоскости симметрии магнитной системы одноименными полюсами так, что векторы намагниченности 3 магнитов направлены друг относительно друга под углом ~90° . Каждый стержневой магнит намагничен по своей геометрической оси и может изготавливаться из пластинчатых магнитов нормированных типоразмеров, что удешевляет магнитную систему. Ферромагнитный корпус 4 выполняется V-образной формы из уголка, чем улучшается технологичность изготовления такого корпуса и уменьшается его стоимость.

Каждая из измерительных катушек 2 размещается на своем ряде магнитов, а самые катушки соединяются между собою последовательно, согласно и подключаются к электронному блоку оценки.

Для некоторого уменьшения магнитного сопротивления магнитной системы устройства и большей концентрации магнитного поля в зоне плоскости магнитной симметрии в устройстве может устанавливаться ферромагнитный концентратор 5, как это показано на фиг.5. В этом случае две измерительных катушки удобно объединить в одну общую для всей магнитной системы и разместить катушку 2 на ферромагнитном концентраторе 5.

По принципу действия предложенное устройство не отличается от принципа действия аналогичных устройств и, в частности, от устройства прототипа.

Движение ферромагнитного тела в магнитном поле, созданного системой постоянных магнитов устройства, вызывает изменение во времени потокосцепления измерительных катушек и наведение в связи с этим в катушках импульса э.д.с. Импульс э.д.с. измерительных катушек подается на электронный блок оценки, идентифицируется этим блоком как сигнал, вызванный движением постороннего ферромагнитного тела, которое обнаруживается в технологическом потоке продукта. В этом случае электронный блок выдает команду на отключение (остановку) уборочной машины и таким образом защищает рабочие органы уборочной машины от попадания в них посторонних ферромагнитных тел.

Источники информации

1. Заявки на изобретение "Пристрiй для виявлення феромагнiтних стороннiх тiл, зокрема для захисту робочих органiв збиральних машин" № 20010074563 (UA) от 03.07.2001, "Устройство для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин" № 2001120755 (RU) от 25.07.2001, МПК A 01 D 75/18.

Изобретение относится к устройствам для обнаружения ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, например кормоуборочных комбайнов, полевых измельчителей и др. Устройство содержит систему постоянных магнитов неизменной полярности по всей ширине потока технологического продукта, намагниченных под углом 45-90° к плоскости симметрии магнитной системы. Измерительные катушки охватывают полюса магнитов и присоединены к электронному блоку оценки. Симметричные части магнитной системы обращены друг к другу одноименными полюсами. Измерительные катушки размещены на внешней поверхности постоянных магнитов, обращенной к пространству движения технологического продукта, охватывая один общий полюс для всех магнитов. Магниты могут быть выполнены в виде прямоугольных стержней, геометрическая ось которых совпадает с осью их намагничивания. Технический результат - повышение помехоустойчивости и чувствительности устройства. 2 с. и 4 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Устройство для обнаружения ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащее систему постоянных магнитов неизменной полярности по всей ширине потока технологического продукта, состоящую из постоянных магнитов, намагниченных под углом 45°-90° к плоскости симметрии магнитной системы, и измерительных катушек, охватывающих полюса магнитов и присоединенных к электронному блоку оценки, отличающееся тем, что симметричные части магнитной системы обращены друг к другу одноименными полюсами, а измерительные катушки размещены на внешней поверхности постоянных магнитов, обращенной к пространству движения технологического продукта, так, что охватывают один общий полюс для всех магнитов.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система постоянных магнитов размещена внутри ферромагнитного корпуса так, что сам корпус является магнитопроводом для замыкания магнитного потока постоянных магнитов со стороны, противоположной пространству, в котором движется технологический продукт.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что измерительные катушки выполнены секционированными так, что каждая из секций охватывает разную ширину магнитного полюса постоянных магнитов и может подключаться к электронному блоку оценки каждая в отдельности или вместе с другими секциями.4. Устройство для обнаружения ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащее систему постоянных магнитов неизменной полярности по всей ширине потока технологического продукта, состоящую из постоянных магнитов, намагниченных под углом 45°-90° к плоскости симметрии магнитной системы, и измерительных катушек, охватывающих полюса магнитов, и присоединенных к электронному блоку оценки, отличающееся тем, что магниты выполнены в виде прямоугольных стержней, геометрическая ось которых совпадает с осью их намагничивания, и установлены в ряд на внутренних противоположных поверхностях ферромагнитного корпуса таким образом, что эти ряды магнитов взаимодействуют между собой одноименными полюсами, при этом измерительные катушки охватывают полюса каждого ряда магнитов или один общий полюс для всех магнитов.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что ферромагнитный корпус, выполнен V-образной формы, противоположные грани которого сопрягаются под углом, близким к 90°.6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что устройство дополнено ферромагнитным концентратором призматической формы, расположенным между одноименными полюсами симметрично размещенных рядов магнитов, при этом измерительная катушка устанавливается на поверхности концентратора и охватывает один общий полюс для всех магнитов.