СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ СЕЯЛКИ Российский патент 2022 года по МПК A01C7/08 

Область техники

Варианты осуществления изобретения относятся к системе управления вентиляционной системой пневматической сеялки.

Уровень техники

Пневматические сеялки имеют основную и вспомогательную системы распределения. Семена и, опционально, удобрения поступают из бункеров в основную систему распределения и транспортируются по воздуху во вспомогательную систему распределения. Коллектор между основной и вспомогательной распределительными системами разделяет питатель так, чтобы вспомогательная распределительная система доставляла семена/удобрения в каждый ряд. Семена/удобрения транспортируются воздухом.

Для более быстрой посадки используется повышенное давление воздуха, однако при использовании повышенного давления семена/удобрения могут сильно ударяться о борозду и отскакивать. Это приводит к малой урожайности.

Одним из решений указанной проблемы является установка диффузора в башне над коллектором. Примером такого диффузора является диффузор SeedVU™, который описан в патенте US 8684366. Такой диффузор имеет регулируемый клапан для выпуска избыточного воздуха для снижения давления во вспомогательной распределительной системе. Этот диффузор ограничен необходимостью установки перед началом посадки. Диффузор не может приспосабливаться к изменяющимся условиям во время посадки, что может привести к тому, что в каждый ряд будет доставляться слишком мало или слишком много семян.

Изобретение поясняется чертежами.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана известная пневматическая сеялка;

на фиг. 2 – башенное устройство пневматической сеялки, имеющее выпускной клапан и исполнительный механизм для указанного клапана согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 3 – вспомогательная линия подачи продукта, имеющая датчики расхода согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 4А схематично показана электрическая система управления для регулирования исполнительного механизма согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 4В – электрическая система управления для регулирования исполнительного механизма согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 5 – вспомогательная линия подачи продукта, имеющая ультразвуковой датчик согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 6 – вспомогательная линия подачи продукта, имеющая ультразвуковой датчик согласно другому варианту осуществления изобретения;

на фиг. 7 – вспомогательная линия подачи продукта 122, содержащая по меньшей мере один клапан (например, 750-1, 750-2) и по меньшей мере один соответствующий исполнительный механизм (например, 724-1, 724-2) согласно варианту осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

В этом документе описана система управления с замкнутой обратной связью для башни коллектора пневматической сеялки для управления выпуском воздуха из башни коллектора пневматической сеялки.

Все ссылки, указанные в этом документе, включены в него во всей их полноте посредством ссылки. Однако в случае противоречия между определением, приведенным в этом описании, и определением, приведенным в цитируемой ссылке, это описание является главным.

На фиг. 1 показана стандартная пневматическая сеялка 100. Пневматическая сеялка 100 включает в себя тележку 110 и раму 120. Тележка 110 имеет бункер 111 и бункер 112 для хранения семян и удобрений, соответственно. Основная линия 116 подачи продукта присоединена к вентилятору 113 для подачи семян и удобрений, поступающих из дозатора 114 и дозатора 115, соответственно. Основная линия 116 подачи продукта осуществляет подачу семян и удобрений в коллекторную башню 123. Семена и удобрения распределяются через коллекторную башню 123 во вспомогательные линии 122 для подачи продукта и затем в сошники 121.

Несмотря на то, что приведенное ниже описание относится к системе управления коллекторной башней 123 одной секции пневматической сеялки 100, такая же система может быть применена к каждой секции.

На фиг. 2 показана коллекторная башня 123. Коллекторная башня 123 имеет основную линию 116 подачи продукта, обеспечивающую подачу семян и, возможно, удобрений посредством воздушного потока. Вибрационное решето 125 для семян/удобрений имеет размер ячеек, препятствующий прохождению семян и/или удобрений. Семена/удобрения падают через выпускные отверстия 124 (или выходные отверстия) и поступают во вспомогательные линии 122 подачи продукта. Над решетом 125 расположена башня 126, которая содержит клапан 127. Клапан 127 может быть клапаном любого типа, который может приводиться в действие. В одном из вариантов выполнения клапан 127 представляет собой двухстворчатый клапан. Клапан 127 приводится в действие исполнительным механизмом 128, который расположен на башне 126. Исполнительный механизм 128 выполнен с возможностью обмена сигналами с электрической системой 300 управления. При необходимости крышка 130 прикреплена с возможностью поворота к башне 126 для её закрытия в том случае, когда не проходит поток воздуха. При прохождении воздушного потока крышка 130 поднимается под действием силы воздушного потока, проходящего через башню 126, и при отсутствии воздушного потока крышка 130 закрывает башню 126.

В одном из вариантов осуществления изобретения, который показан на фиг. 2, коллекторная башня 123 дополнительно включает в себя расположенный в неё датчик 140 давления. В другом варианте выполнения датчик 140 давления расположен по меньшей мере в одной вспомогательной линии 122 подачи продукта. Датчик 140 давления выполнен с возможностью обмена сигналами с электрической системой 300 управления. Это позволяет обеспечить управление с замкнутой обратной связью клапаном 127. В другом варианте выполнения электрическая система 300 управления измеряет давление на датчике 140 давления в коллекторной башне 123 и датчике 140 давления во вспомогательной линии 122 подачи продукта и рассчитывает разницу между каждым датчиком давления. Электрическая система 300 управления может управлять на основе разности давлений.

В другом варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 3, предусмотрены первый датчик 150-1 частиц и второй датчик 150-2 частиц, расположенные последовательно по меньшей мере в одной вспомогательной линии 122 подачи продукта. Первый датчик 150-1 частиц и второй датчик 150-2 частиц могут быть расположены по отдельности или как части внутри одного блока. Первый датчик 150-1 частиц и второй датчик 150-2 частиц расположены на определенном расстоянии друг от друга с тем, чтобы форма сигнала, измеренная первым датчиком 150-1 частиц дублировалась бы вторым датчиком 150-2 частиц. Так как семена проходят через пневматическую сеялку, они не будут иметь равномерное распределение во времени. В выбранном поперечном сечении могут присутствовать одновременно одно, два, три, четыре, пять или более семян. При перемещении семян на определенное расстояние распределение семян в каждой группе может увеличиваться или уменьшаться. На небольшом расстоянии группа будет иметь равномерное распределение. Каждая группа семян будет вырабатывать различную форму сигнала в датчике частиц. Сигналы от множества групп будут создавать картину распределения в первом датчике 150-1 частиц. Затем, после обнаружения этой картины распределения во втором датчике 150-2 частиц, разница во времени между каждым из этих измерений делится на расстояние между первым датчиком 150-1 частиц и вторым датчиком 150-2 частиц для того, чтобы определить скорость перемещения семян/удобрений во вспомогательной линии 122 подачи продукта. Используя результаты измерения скорости, электрическая система 300 управления может приводить в действие исполнительный механизм 128 для изменения количества воздуха, выходящего из башни 126, для изменения скорости подачи семян/удобрений во вспомогательной линии 122 подачи продукта.

Примером датчика частиц является датчик Wavevision, поставляемый компанией Precision Planting LLC, который описан в патенте US 6208255. Первый датчик 150-1 частиц и второй датчик 150-2 частиц выполнены с возможностью обмена сигналами с электрической системой 300 управления. Это позволяет обеспечить управление с замкнутой обратной связью клапаном 127.

Хотя на фигуре показаны датчик 140 давления и датчики 150-1, 150-2 частиц, система управления с замкнутой обратной связью может иметь только один датчик.

В другом варианте осуществления изобретения, который показан на фиг. 2, может быть предусмотрен по меньшей мере один клапан (например, клапан 160), расположенный в каждом выпускном отверстии 124 (или в выходном отверстии), и может приводиться в действие исполнительный механизм 161, который выполнен с возможностью обмена сигналами с электрической системой 300 управления. Каждый исполнительный механизм 161 (или исполнительные механизмы) может иметь индивидуальное управление для дополнительной регулировки потока с помощью по меньшей мере одного клапана в каждой вспомогательной линии 122 подачи продукта. Каждая вспомогательная линия 122 подачи продукта может содержать по меньшей мере один клапан (например, 750-1, 750-2) и соответствующий исполнительный механизм (например, 724-1, 724-2), как показано на фиг. 7. Это позволяет обеспечить точную настройку подачи в каждой вспомогательной линии 122 подачи продукта независимо от других вспомогательных линий 122 подачи продукта. Датчик 140 давления, ультразвуковой датчик скорости или датчики 150-1, 150-2 частиц в каждой вспомогательной линии 122 подачи продукта могут выполнять измерения для управления каждым исполнительным механизмом 122.

Электрическая система управления

На фиг. 4А схематично показана электрическая система 300 управления согласно одному из вариантов осуществления изобретения. В электрической системе 300 управления монитор 310 выполнен с возможностью обмена сигналами с исполнительным механизмом 128, исполнительным механизмом 161, датчиком 140 давления, датчиком 170 скорости текучей среды и датчиками 150-1, 150-2 частиц. Следует понимать, что монитор 310 содержит электрический контроллер. Монитор 310 включает в себя центральный процессор (ЦП) 316, память 314 и при необходимости графический пользовательский интерфейс (ГПИ) 312, который позволяет пользователю просматривать и вводить данные в монитор 310. Монитор 310 может быть типа, описанного в патенте US 8,386,137. Например, монитор 310 может представлять собой систему контроля работы сеялки, которая включает в себя визуальное устройство отображения и пользовательский интерфейс, предпочтительно графический пользовательский интерфейс (ГПИ) с сенсорным экраном. Графический пользовательский интерфейс с сенсорным экраном предпочтительно находится в корпусе, который также включает в себя микропроцессор, запоминающее устройство и другие применяемые аппаратные средства и программное обеспечение для приема, хранения, обработки, связи, отображения и выполнения различных приложений и функций. Система контроля работы сеялки действует совместно и/или взаимодействует с различными внешними устройствами и детекторными устройствами.

На фиг. 4В показана альтернативная электрическая система 350 управления, которая включает в себя модуль 320. Модуль 320 принимает сигналы от датчика 140 давления, датчика 171 скорости текучей среды и датчиков 150-1, 150-2 частиц, которые могут подаваться в монитор 310 для вывода на графический пользовательский интерфейс 312. Модуль 320 также может подавать управляющие сигналы на исполнительный механизм 128 и исполнительный механизм 161, которые могут основываться на входном сигнале оператора в монитор 310.

Работа

Во время работы с системой управления с замкнутой обратной связью монитор 310 принимает сигнал от датчика давления, датчика скорости текучей среды и/или датчиков 150-1, 150-2 частиц. Монитор 310 использует сигнал давления, сигнал скорости текучей среды и/или сигнал, касающийся частиц для того, чтобы установить выбранное положение исполнительного механизма 128 для управляющего клапана 127 с целью регулировки количества воздуха, выходящего из башни 126. Монитор 310 отправляет сигнал в исполнительный механизм 128 для исполнения этого изменения. Он, в свою очередь, регулирует величину воздушного потока во вспомогательной линии 122 подачи продукта для подачи семян/удобрений в борозду с подходящим усилием и/или скоростью, чтобы поместить семена/удобрения в борозду без отскока семян/удобрений из борозды.

В дополнение к измерению давления или скорости частиц может быть измерена скорость текучей среды (воздуха). Ультразвуковой датчик скорости может измерять скорость текучей среды.

На фиг. 5 показан ультразвуковой датчик для обнаружения потока, проходящего через линию или трубу подачи продукта согласно одному из вариантов выполнения. Ультразвуковой датчик 500 расположен на линии 522 (например, на вспомогательной линии подачи продукта) или на трубе 522 или в непосредственной близости от линии 522 или трубы 522. Датчик (или ультразвуковой расходомер) использует акустические волны или вибрации определенной частоты (например, более 20 кГц, приблизительно 0,5 МГц). Датчик 500 использует либо смачиваемые, либо не смачиваемые преобразователи, установленные по периметру линии или трубы для обеспечения связи между ультразвуковой энергией и текучей средой, протекающей в этой линии или трубе. В одном из примеров работа датчика основана на эффекте Доплера, в котором преобразователь 504, имеющий трансмиттер, передает луч 530. Частота передаваемого луча 530 изменяется по линейному закону за счет отражения от частиц и пузырьков текучей среды, которая находится в линии 522, вырабатывая отраженную волну 540 с доплеровским сдвигом частоты, которая принимается приемником преобразователя 502. Сдвиг частоты между частотой луча 530 и частотой отражающей волны 540 может быть напрямую связан с расходом текучей среды (например, жидкости или воздуха), имеющей определенное направление 510 потока. Сдвиг частоты линейно пропорционален расходу материалов в линии или трубе и может использоваться для выработки аналогового или цифрового сигнала, который пропорционален расходу текучей среды.

При известном внутреннем диаметре (D) линии 522 или трубы 522 объемный расход (например, в литрах в минуту) равен K*V_f*D₂. В этом примере V_f – скорость потока, и K – постоянная, зависящая от размерности V_f и D.

На фиг. 6 показан ультразвуковой датчик (например, время-импульсный расходомер) для обнаружения потока, проходящего через линию или трубу подачи продукта согласно одному из вариантов выполнения. Время-импульсный расходомер (например, времяпролетный расходомер, расходомер, измеряющий время прохождения ультразвукового сигнала) измеряет разницу во времени прохождения между импульсами, передаваемыми по одному пути вдоль и против потока текучей среды (например, жидкости, воздуха). Датчик 600 имеет корпус 650 с преобразователями 602 и 604. Датчик 600 расположен на линии 622 (например, на вспомогательной линии подачи продукта) или на трубе 622 или в непосредственной близости от линии 622 или трубы 522.

В одном примере, показанном на фиг. 6, датчик работает с преобразователями 602 и 604. Каждый преобразователь, имеющий трансмиттер и приемник, поочередно передает и принимает серию импульсов ультразвуковой энергии в виде лучей 630 и 640 под углом тета (theta) (например, приблизительно 45 градусов). Разница во времени прохождения в направлениях вверх и вниз по течению (T_u-T_d), измеренная по одному и тому же пути, может использоваться для расчета потока, проходящего через линию или трубу:

V = K*D/sin2theta*1/(T₀-tau)² delta T , где

V это средняя скорость протекающей текучей среды; K это константа; D это диаметр линии или трубы; theta – угол падения ультразвуковых ударных волн; T₀ это начальное время прохождения потока; дельта T это T₂-T₁, где T₁ – время прохождения импульсных волн (луч 630) от преобразователя 602 к преобразователю 604, T₂ – время прохождения импульсных волн (луч 640) от преобразователя 604 к преобразователю 602; tau это время передачи серии импульсов через линию 622 или трубу. Скорость потока прямо пропорциональна измеренной разности между временами прохождения вверх и вниз по течению. Объемный расход измеряется путем умножения площади поперечного сечения линии или трубы на скорость потока. Объемный расход можно определить с помощью вспомогательного преобразователя 690 на основе микропроцессора или с помощью электрической системы 300 или 350 управления. Текучая среда, имеющая проточную часть 610, должна быть в разумных пределах проводником энергии звуковой волны.

Изобретение относится к системе управления вентиляционной системой пневматической сеялки. Башенное устройство для пневматической сеялки содержит основную линию подачи продукта, соединенную с коллекторной башней, имеющей множество выходных отверстий, каждое из которых соединено с вспомогательной линией подачи продукта, башню, расположенную над коллекторной башней и имеющую расположенный в ней клапан, контроллер, исполнительный механизм, соединенный с клапаном для приведения его в действие и выполненный с возможностью обмена сигналами с контроллером, и датчик, выполненный с возможностью измерения давления и/или скорости текучей среды и/или частиц и обмена сигналами с контроллером. Использование изобретения позволит снизить отскоки семян/удобрений из борозды. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Башенное устройство для пневматической сеялки, содержащее:

основную линию подачи продукта, соединенную с коллекторной башней, имеющей множество выходных отверстий, каждое из которых соединено с вспомогательной линией подачи продукта;

башню, расположенную над коллекторной башней и имеющую расположенный в ней клапан;

контроллер;

исполнительный механизм, соединенный с клапаном для приведения его в действие и выполненный с возможностью обмена сигналами с контроллером; и

датчик, выполненный с возможностью измерения давления и/или скорости текучей среды и/или частиц и обмена сигналами с контроллером.

2. Башенное устройство по п. 1, в котором датчик является датчиком давления, расположенным в коллекторной башне.

3. Башенное устройство по п. 1, в котором датчик является датчиком давления, расположенным в по меньшей мере одной вспомогательной линии подачи продукта.

4. Башенное устройство по п. 1, в котором датчик включает в себя первый датчик частиц и второй датчик частиц, расположенные последовательно по меньшей мере в одной вспомогательной линии подачи продукта.

5. Башенное устройство по п. 1, в котором датчик содержит ультразвуковой датчик, расположенный по меньшей мере в одной вспомогательной линии подачи продукта для измерения потока текучей среды.

6. Башенное устройство по п. 1, в котором в каждом выходном отверстии расположен клапан с исполнительным механизмом, при этом исполнительный механизм соединен с клапаном для приведения его в действие и выполнен с возможностью обмена сигналами с контроллером.

7. Башенное устройство по п. 1, в котором в по меньшей мере одной вспомогательной линии подачи продукта расположен клапан с исполнительным механизмом, при этом исполнительный механизм соединен с клапаном для приведения его в действие и выполнен с возможностью обмена сигналами с контроллером.

8. Башенное устройство по п. 1, в котором в по меньшей мере одной вспомогательной линии подачи продукта расположено множество клапанов с по меньшей мере одним исполнительным механизмом, при этом по меньшей мере один исполнительный механизм соединен с множеством клапанов для приведения их в действие и выполнен с возможностью обмена сигналами с контроллером.

9. Башенное устройство по п. 1, в котором основная линия подачи продукта выполнена с возможностью подачи семян и, опционально, удобрений в воздушном потоке.

10. Башенное устройство для пневматической сеялки, содержащее:

коллекторную башню, имеющую клапан и множество выходных отверстий, каждое из которых соединено с вспомогательной линией подачи;

контроллер;

исполнительный механизм, соединенный с клапаном для приведения его в действие и выполненный с возможностью обмена сигналами с контроллером; и

датчик, выполненный с возможностью измерения давления и/или скорости текучей среды и/или частиц и обмена сигналами с контроллером;

в каждом выходном отверстии расположен клапан с исполнительным механизмом, при этом исполнительный механизм присоединен к клапану для приведения его в действие и выполнен с возможностью обмена сигналами с контроллером.

11. Башенное устройство по п. 10, в котором датчик является датчиком давления, расположенным в коллекторной башне.

12. Башенное устройство по п. 10, в котором датчик является датчиком давления, расположенным в по меньшей мере одной вспомогательной линии подачи.

13. Башенное устройство по п. 10, в котором датчик включает в себя первый датчик частиц и второй датчик частиц, расположенные последовательно по меньшей мере в одной вспомогательной линии подачи.

14. Башенное устройство по п. 10, в котором датчик содержит ультразвуковой датчик, расположенный в по меньшей мере одной вспомогательной линии подачи для измерения потока текучей среды.

15. Башенное устройство по п. 10, в которой контроллер выполнен с возможностью управления с замкнутой обратной связью потоком текучей среды.

16. Башенное устройство по п. 15, в которой контроллер выполнен с возможностью получения сигнала от по меньшей мере одного датчика, чтобы использовать этот сигнал для установки выбранного положения исполнительного механизма с целью управления клапаном и регулировки количества воздуха, выходящего из башенного устройства пневматической сеялки, для того, чтобы контролировать количество воздушного потока во вспомогательных линиях подачи и транспортировать семена и/или удобрения к борозде поля с подходящим усилием и скоростью для размещения в ней.