УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА УБИРАЕМЫХ КУЛЬТУР Российский патент 2013 года по МПК G01F1/00 G01G11/14 A01D41/00 

Изобретение относится к способу и устройству измерения для определения массового расхода убираемых культур, которые транспортируют с помощью транспортера, содержащему:

первое измерительное устройство для взвешивания транспортера вместе с транспортируемыми убираемыми культурами,

второе измерительное устройство для определения объема убираемых культур, транспортируемых с помощью транспортера и

компьютерное устройство, которое соединено с первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством и которое может быть задействовано для того, чтобы определять массовую плотность убираемых культур посредством измененных значений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства.

Предыдущий уровень техники

При уборке сельскохозяйственной продукции, такой как, например, зерно, существует необходимость определять соответствующий расход убираемых культур, как с привязкой к местности для использования в точном земледелии, так и с накоплением для точного расчета оплаты уборочных работ.

Были предложены измерительные устройства, которые оптически определяют объем убираемого материала (DE 19802756 А). При этом недостатком является то, что может определяться объем, но не масса или вес материала, которая существенно более значима для указанных целей, чем объем. Определение плотности материала и преобразование объема в массу хотя и возможно, но усложнено и может иметь погрешности вследствие часто и быстро изменяющихся плотностей убираемого материала.

Кроме того, было предложено определять массу убираемого материала с помощью взвешивания целиком зернового подъемника уборочного комбайна (DE 19544057 А). Такое измерение создает проблемы в случае малых расходов убираемых культур, поскольку масса убираемых культур тогда существенно меньше, чем совместно взвешиваемая масса зернового подъемника. Вследствие этого, получается плохое отношение сигнал-шум, которое дополнительно искажается за счет вибраций уборочной машины и толчков при движении последней по неровностям земли.

DE 19541167 А описывает уборочный комбайн, в котором объем убираемых культур в зерновом подъемнике определяется оптическим образом. Кроме того, за зерновым подъемником предусмотрен калибратор в форме контейнера, который оборудован весами и в который при включении количественного измерения направляется убираемая культура с конкретными временными нормативами, задаваемыми водителем, или при изменении типа убираемых культур. Калибратор служит для определения массы определенного количества убираемой культуры, объем которого также известен, так что оптически определенный объем убираемой культуры может затем преобразовываться в массу на основании значений калибратора. Недостаток в данном случае также состоит в том, что плотность убираемых культур также может кратковременно изменяться, но в неблагоприятных случаях это нельзя обнаружить или можно обнаружить только позднее с помощью калибратора, который включается только время от времени, так что все еще остается риск неправильных измеренных значений массы.

DE 4200770 А описывает измерительное устройство для определения заполняемости табачного материала, которая коррелируется с плотностью. Материал транспортируется по ленте транспортера, и высота материала над лентой транспортера определяется с помощью лазерного сенсорного устройства, тогда как объем материала определяется на основании известной скорости транспортера. В то же время лента транспортера взвешивается для определения массы материала. Затем вычисляется плотность посредством деления массы на объем для получения информации о заполняемости материала. Так как расход по существу постоянный, ввиду использования измерительного устройства на предприятии по производству сигарет, при малых расходах получаются значения массы с погрешностями, которые могут возникать вследствие взвешивания ленты транспортера вместе с материалом, не представляющие проблем для описанного применения. Однако, вследствие данных недостатков, измерительное устройство не подходит для использования в уборочных машинах.

В заключение, в DE 19808148 А, рассматриваемом в качестве аналогичного решения, описывается устройство для определения доли земляной массы в транспортируемых потоках сельскохозяйственной продукции, такой как сахарная свекла или картофель. Убираемая культура транспортируется на цепном транспортере. Объем убираемой культуры определяется посредством лазерного сканирующего устройства, отслеживающего ее поверхность, тогда как масса убираемой культуры определяется посредством взвешивания цепного транспортера. Плотность убираемой культуры вычисляется посредством деления массы на объем, и, в заключение, долю земли в убираемой культуре определяют на основании установленной известной стандартной объемной плотности. И в этом устройстве не решена та проблема, что определение массы может иметь погрешности в случае малых расходов.

Задача

Задача, лежащая в основе изобретения, заключается в обеспечении устройства измерения, которое подходит для определения массового расхода убираемых культур и которое обеспечивает достаточно точное измерение даже в случае малых расходов.

Решение

Данная задача решается в соответствии с изобретением согласно пункту 1 формулы изобретения, причем в дальнейших пунктах формулы изобретения приведены признаки, которые дополнительно развивают решение предпочтительным образом.

Устройство измерения для определения массового расхода убираемых культур, транспортируемых с помощью транспортера, содержит первое измерительное устройство, посредством которого взвешивают транспортер вместе с транспортируемой на нем убираемой культурой. Второе измерительное устройство предусмотрено для определения объема убираемой культуры, транспортируемой с помощью транспортера. Компьютерное устройство непрерывно вычисляет массовую плотность убираемой культуры на основе измеренных значений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства и сохраняет ее. В случае, если расход находится выше порогового значения, компьютерное устройство определяет массовые расходы и использует их в качестве выходного значения, причем данные массовые расходы основаны только на текущих измеренных значениях первого измерительного устройства. Данное пороговое значение может находиться в определенном процентном выражении от максимального ожидаемого массового расхода или объемного расхода, например 10%. Если расходы ниже порогового значения, то компьютерное устройство определяет массовые расходы и выводит их, причем данные массовые расходы основаны на текущих измеренных значениях второго измерительного устройства и на значении массовой плотности убираемой культуры, которое, в случае, если расход находится выше порогового значения, определяли на основании измеренных значений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства.

Таким образом, точность измерительного устройства увеличивается, так как при меньших расходах, при которых измеренные значения первого измерительного устройства, определяющего вес или массу транспортера, не достаточно точные, принимаются существенно более точные измеренные значения второго измерительного устройства. Последние пересчитываются в массовые расходы с использованием последней, достоверно определяемой массовой плотности убираемой культуры.

Второе измерительное устройство предпочтительно содержит бесконтактный дальномер, в частности лазерный дальномер, который подходит для оптического сканирования поверхности транспортера или убираемой культуры, расположенной на нем, и который сканирует поверхность транспортера в поперечном направлении к направлению транспортировки и/или в направлении транспортировки.

Рассматриваемый транспортер, может представлять собой, например, ленточный транспортер. Однако изобретение может также быть использовано с другими типами транспортеров, например, со лопастными подъемниками, объем транспортирования которых может определяться оптически, как описано в DE 19802756 А, и вес которого может определяться посредством взвешивания лопастного подъемника целиком при его подвешивании.

В промежуточном диапазоне, лежащем, например, между 10% и 50% максимального ожидаемого расхода, компьютерное устройство может выполнять проверку достоверности между результатами измерений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства и, в случае недостоверности, может выдавать предупреждение оператору или может игнорировать значения измерительного устройства, имеющего значения, которые выглядят недостоверными, и вычислять массовый расход на основании измеренных значений другого измерительного устройства.

Измерительное устройство согласно изобретению используют предпочтительно на уборочных машинах, таких как уборочные комбайны.

Пример выполнения

Пример выполнения изобретения, описанный более подробно ниже, проиллюстрирован на чертежах, на которых:

Фиг.1 показывает схематичный вид сбоку уборочного комбайна с транспортером для выгрузки очищенного зерна, причем на данный транспортер установлено измерительное устройство согласно изобретению,

Фиг.2 показывает вид сбоку транспортера с двумя измерительными устройствами, а

Фиг.3 показывает изображение транспортера спереди, а

Фиг.4 показывает блок-схему, согласно которой работает компьютерное устройство измерительного устройства.

Фиг.1 показывает самоходный уборочный комбайн 10 с несущей рамой 12, который опирается на землю посредством передних приводных и задних управляемых колес 14 и который с помощью них движется вперед. Колеса 14 приводятся во вращение с помощью приводного средства (не показано), чтобы перемещать уборочный комбайн 10, например, по полю, подлежащему уборке. Устройство извлечения убираемых культур (не показано) в виде режущего механизма или кукурузного пикера и т.п. может быть присоединено в передней торцевой области уборочного комбайна 10 для того, чтобы убирать культуры с поля и доставлять их в направлении вверх и назад с помощью наклонного лотка 18 в молотильный аппарат 20 и присоединенную к нему молотильную корзину 22. Затем, убираемые культуры доставляются через поворотный барабан 24 в соломотряс 26. Все обозначения направлений, такие как передний, задний, выше и ниже, относятся далее к направлению V движения вперед уборочного комбайна 10.

Зерно и резаная солома, которые разделяют в процессе операции обмолота, падают на подготовительный настил 28. Однако, зерно и резаная солома, которые разделяют с помощью соломотряса 26, падают на вибрационный настил 30, который направляет их на подготовительный настил 28. Подготовительный настил 28 передает зерно и резаную солому в чистящее устройство 32 с расположенными на нем экранами 34, на котором установлен вентилятор 36 для того, чтобы содействовать отделению соломы от зерна. Очищенное зерно доставляется посредством транспортера 38 в грузоподъемник 40 (см. фиг.3), который транспортирует его в зерновой бункер 42. Опрокидывающий шнек 44 возвращает не вымолоченные фрагменты початков в процесс обмолота посредством дополнительного подъемника, не показанного, иначе говоря, снова доставляет их в молотильный аппарат 20. Резаная солома выгружается с задней стороны чистящего устройства 34. Очищенное зерно из зернового бункера 42 может быть выгружено посредством разгрузочной системы поперечными шнеками и выгрузного транспортера 46.

Указанные системы приводятся в действие посредством двигателя 48 внутреннего сгорания и управляются водителем из кабины 50 водителя. Внутри несущей рамы 12 расположены различные устройства для обмолачивания, транспортировки, очистки и разделения.

Для определения урожайности с привязкой к местности, на уборочный комбайн 10 установлена антенна 52 для приема сигналов от спутниковой системы определения местоположения (например, GPS), при этом к антенне 52 присоединено компьютерное устройство 54. Кроме того, компьютерное устройство 54 соединено (беспроводным образом, например, с помощью радио или оптическим образом, или проводным соединением, например, через шину) с двумя измерительными устройствами 56, 58, которые взаимодействуют с транспортером 38. Компьютерное устройство 54 образует с измерительными устройствами 56, 58 устройство измерения для определения массового расхода убираемых культур, транспортируемых с помощью транспортера 38, и записывает массовый расход с привязкой к местности.

На фиг.2 и 3 можно видеть, что первое измерительное устройство 56 содержит по всей площади четыре динамометрических датчика в виде тензометров или других подходящих датчиков для определения веса транспортера 38. Четыре динамометрических датчика в каждом случае располагаются между несущей рамой 12 и одной из четырех установок 60, на которые опираются приводной вал и свободно синхронно вращающаяся ось 62, которые удерживают валики 64, вокруг которых движется лента 66 транспортера, на верхней стороне которой очищенная убираемая культура, переносимая из чистящего устройства 32, транспортируется в подъемник 40. Первое измерительное устройство 56 соответствующим образом определяет вес транспортера 38. Кроме того, можно установить на первое измерительное устройство 56 средство для компенсации толчков, которые могут быть вызваны, например, неровностями земли, причем такое средство может содержать, например, датчики ускорений.

Второе измерительное устройство 58 выполнено в виде лазерного устройства для измерения расстояний, сканирующего поверхность транспортера 38, в поперечном направлении. Высота убираемой культуры 68 над транспортерной лентой 66 определяется посредством времени прохождения света, излучаемого из второго измерительного устройства 58 в транспортер 38 и отражаемого от последнего снова во второе измерительное устройство 58. В данном случае, постепенно, множество измеренных значений определяется по ширине транспортерной ленты 66. Кроме того, компьютерное устройство 54 (или второе измерительное устройство 58) получает из датчика 70 скорости информацию о соответствующей скорости транспортировки транспортера 38 для того, чтобы, посредством непрерывного интегрирования определяемых значений высоты убираемой культуры 68 за один оборот транспортерной ленты 66, определять объем убираемой культуры 68, который связан с определением веса, посредством первого измерительного устройства 56. При этом можно сослаться на раскрытия DE 4200770 А и DE 19808148 А, которые также включены посредством ссылки в настоящие документы. Датчик 70 скорости может представлять собой радиолокационный датчик, взаимодействующий с нижним полотном транспортерной ленты 66, или может определять скорость вращения вала или оси 62. Скорость транспортера 38 может, в зависимости от типа культуры и/или от максимального ожидаемого расхода в каждом случае, устанавливаться непрерывно или регулироваться в зависимости от текущего расхода, так что может быть достигнуто максимальное разрешение в пределах диапазона измерений, особенно, когда скорость транспортера 38 устанавливается автоматически, чтобы достигать удовлетворительного покрытия транспортера 38 убираемой культурой 68, что обеспечивает возможность достаточно точного измерения посредством первого измерительного устройства 36. Это также позволяет определять значение плотности при низких расходах очень быстро в начале поля, при этом транспортер 38 двигается достаточно медленно.

Во время уборочной операции, компьютерное устройство 54 действует согласно блок-схеме, проиллюстрированной на фиг.4. После начала на стадии 100, на стадии 102 запрашивается вес, определяемый первым измерительным устройством 56, а датчиком 70 скорости запрашивается скорость транспортерной ленты 66. На следующей стадии 104 профиль высоты убираемой культуры 68 над транспортерной лентой 66 затем выбирается вторым измерительным устройством 58 и преобразуется посредством сигнала от датчика 70 скорости в значение измерения объема, соотнесенное с измеренным значением веса, ранее полученным первым измерительным устройством 56, как описано выше. За этим следует стадия 106, в которой массовая плотность убираемых культур вычисляется посредством деления массы, соответствующей весу, на объем. Массовая плотность и связанный вес сохраняются на следующей стадии 108.

На стадии 110 запрашивается, является ли вес большим, чем пороговое значение, которое, например, соответствует 10% максимального ожидаемого веса. Если это так, то на следующей стадии 112 применяют определенный на стадии 102 вес и скорость транспортера 38, чтобы определить массовый расход (для этого вес, измеренный в ньютонах, делят на гравитационную постоянную g = 9,81 м/с, а затем результат умножают на скорость транспортера 38 и делят на длину, измеренную в направлении транспортировки, той части транспортерной ленты 66, которая загружена убираемой культурой 68). Данный массовый расход, который может быть преобразован в выход продукта, измеряемый в кг/м² на основании скорости продвижения (измеряемой посредством непоказанного датчика) уборочного комбайна и ширины режущего механизма, сохраняется с привязкой к местности. Определенный массовый расход может также быть показан оператору и использован для автоматического регулирования скорости продвижения уборочного комбайна и/или для автоматической установки параметров молотильного или чистящего устройства. Кроме того, может быть сохранена массовая плотность.

Если, в отличие от этого, на стадии 110 обнаружено, что вес ниже или равен пороговому значению, то выполняется стадия 114. Поскольку измеренное значение первого измерительного устройства 56 тогда является недостаточно точным, принимается более точное измеренное значение второго измерительного устройства 58, которое посредством последней массовой плотности, сохраненной для достоверных измеренных значений первого измерительного устройства, преобразуется в массовый расход (для этого объем умножают на массовую плотность, измеряемую в кг/м³, и умножают на скорость транспортера 38 и делят на длину, измеренную в направлении транспортирования, части транспортерной ленты 66, которая загружена убираемой культурой 68). При этом применяется массовая плотность, которая для последнего расхода, находящегося выше порогового значения, определялась посредством измеренных значений первого измерительного устройства 56 и второго измерительного устройства 58, и сохранялась с помощью компьютерного устройства 54. Определенную, таким образом, массу и скорость используют для того, чтобы определять массовый расход. Данный массовый расход, который может быть преобразован в выход продукта, измеряемый в кг/м² на основании скорости продвижения (измеряемой посредством непоказанного датчика) уборочного комбайна и ширины режущего механизма, сохраняется с привязкой к местности. Кроме того, может быть сохранена соответствующая массовая плотность. Определенный массовый расход может также быть показан оператору и использован для автоматического регулирования скорости продвижения уборочного комбайна и/или для автоматической установки параметров молотильного и/или чистящего устройства. Затем снова следует стадия 102.

Изобретение относится к области измерительной техники и направлено на повышение точности определения массового расхода убираемых культур даже в случае малых расходов, что обеспечивается за счет того, что устройство, в котором убираемая культура транспортируется посредством транспортера, содержит первое измерительное устройство для взвешивания транспортера вместе с транспортируемой убираемой культурой, второе измерительное устройство для определения объема убираемой культуры, транспортируемой с помощью транспортера, и компьютерное устройство, которое соединено с первым измерительным устройством и вторым измерительным устройством и которое задействовано для того, чтобы определять массовую плотность убираемой культуры посредством измеренных значений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства. При этом, согласно изобретению, компьютерное устройство выполнено с возможностью задействования для того, чтобы определять массовые расходы, которые в случае расходов, находящихся выше предварительно заданного порогового значения, основываются только на текущих измеренных значениях первого измерительного устройства (56), а в случае расходов, находящихся ниже порогового значения, основываются на текущих измеренных значениях второго измерительного устройства и на значении массовой плотности убираемой культуры, которое для последнего расхода, находящегося выше порогового значения, определялось посредством измеренных значений первого измерительного устройства и второго измерительного устройства. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство измерения для определения массового расхода убираемой культуры (68), которая транспортируется посредством транспортера (38), содержащее: первое измерительное устройство (56)для взвешивания транспортера (38) вместе с транспортируемой убираемой культурой (68), второе измерительное устройство (58) для определения объема убираемой культуры (68), транспортируемой с помощью транспортера, и компьютерное устройство (54), которое соединено с первым измерительным устройством (56) и вторым измерительным устройством (58) и которое может быть задействовано для того, чтобы определять массовую плотность убираемой культуры (68) посредством измеренных значений первого измерительного устройства (56) и второго измерительного устройства (58), отличающееся тем, что компьютерное устройство (54) может быть задействовано для того, чтобы определять массовые расходы, которые, в случае расходов, находящихся выше предварительно заданного порогового значения, основываются только на текущих измеренных значениях первого измерительного устройства (56), а в случае расходов, находящихся ниже порогового значения, основываются на текущих измеренных значениях второго измерительного устройства (58) и на значении массовой плотности убираемой культуры, которое для последнего расхода, находящегося выше порогового значения, определялось посредством измеренных значений первого измерительного устройства (56) и второго измерительного устройства (58).

2. Устройство измерения (10) по п.1, отличающееся тем, что второе измерительное устройство (58) содержит дальномер, выполненный с возможностью сканирования поверхности транспортера.

3. Устройство измерения по п.2, отличающееся тем, что дальномер выполнен с возможностью сканирования поверхности в поперечном направлении и/или продольном направлении транспортера.

4. Устройство измерения по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что информация, касающаяся скорости транспортера (38), может быть доставлена в компьютерное устройство (54).

5. Устройство измерения по п.1, отличающееся тем, что транспортер (38) представляет собой ленточный транспортер.

6. Устройство измерения по п.1, отличающееся тем, что скорость транспортера (38) может изменяться.

7. Устройство измерения по п.6, отличающееся тем, что скорость транспортера (38) может изменяться в зависимости от типа культуры и/или от максимального ожидаемого расхода, но в ином случае устанавливается неизменной.

8. Устройство измерения по п.6, отличающееся тем, что скорость транспортера (38) является регулируемой в зависимости от текущего расхода, так чтобы всегда достигалось достаточное покрытие транспортера (38) убираемой культурой (68), что обеспечивает возможность достаточно точного измерения посредством первого измерительного устройства (36).

9. Устройство измерения по п.1, отличающееся тем, что компьютерное устройство (54) может быть задействовано для того, чтобы выполнять проверку достоверности между результатами измерений первого измерительного устройства (56) и второго измерительного устройства (58) и, в случае недостоверности, подать предупреждение оператору и/или проигнорировать значения измерительного устройства (56, 58), имеющего значения, которые выглядят недостоверными, и вычислять массовый расход на основании измеренных значений другого измерительного устройства (58, 56).

10. Уборочная машина (10) с устройством измерения по любому из предшествующих пунктов.

11. Способ определения массового расхода убираемой культуры, которая транспортируется посредством транспортера (38), со следующими стадиями: взвешивание транспортера (38) вместе с транспортируемой убираемой культурой (68) посредством первого измерительного устройства (56), определение объема убираемой культуры, транспортируемой транспортером (38), посредством второго измерительного устройства (58), определение и сохранение массовой плотности убираемой культуры (68) посредством измеренных значений первого измерительного устройства (56) и второго измерительного устройства (58) посредством компьютерного устройства (54), отличающийся тем, что, в случае расходов, находящихся выше порогового значения, компьютерное устройство (54) определяет массовые расходы, которые основываются только на текущих измеренных значениях первого измерительного устройства (56), и тем, что, в случае расходов, находящихся ниже порогового значения, компьютерное устройство определяет массовые расходы, которые основываются на текущих измеренных значениях второго измерительного устройства (58) и на значении массовой плотности убираемой культуры, которое для последнего расхода, находящегося выше порогового значения, определялось посредством измеренных значений первого измерительного устройства (56) и второго измерительного устройства (58).