СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ САМОХОДНОЙ МНОГООПОРНОЙ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНОЙ С СИСТЕМОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ АВАРИЙНОЙ ОСТАНОВКИ Российский патент 2023 года по МПК A01G25/09 G08B5/36 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно, к искусственному орошению полей, и может использоваться в конструкции самоходной многоопорной дождевальной машины кругового перемещения с системой сигнализации аварийной остановки при критическом нарушении прямолинейности водопроводящего трубопровода.

Самоходная дождевальная машина в общем случае состоит из водопроводящего трубопровода с разбрызгивателями, установленного на самоходных опорных тележках, снабженных электроприводом или гидроприводом колес. Круговая дождевальная машина предназначена для перемещения по обрабатываемому полю вокруг неподвижного напорного трубопровода, закрепленного посредством поворотного колена на центральной неподвижной опоре, передавая воду далее в водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями. Трубопровод, выполненный предпочтительно из тонкостенных стальных труб, состоит из секций, собранных в пролеты, каждый пролет расположен между самоходными опорными тележками и соединен с короткими трубами, закрепленными на этих тележках. Предпочтение использования тонкостенных стальных труб, как правило, оцинкованных, объясняется устойчивостью сохранения в необходимых допусках их формы при работе под нагрузкой, когда трубопровод полностью заполнен водой, а также при изменении температурного режима окружающей среды. Однако при критическом изгибе пролетов, секции которых составлены из тонкостенных стальных труб, возможен излом этих труб и выход машины из строя. Для предотвращения изгиба трубопровода многоопорной дождевальной машины в ней используется система поддержания прямолинейности трубопровода, включающая в себя систему аварийной остановки самоходной многоопорной дождевальной машины при значительном изгибе трубопровода, близком к критическому, и систему сигнализации об аварийной остановке.

Как правило, информация о состоянии самоходной многоопорной дождевальной машины и органы управления ее перемещением располагаются в главном блоке управления, выполненном в виде закрытого короба и расположенном на центральной неподвижной опоре, как показано, например, в полезной модели КНР № CN 209572712 U (публ. 05.11.2019 г.), причем устройство сигнализации также расположено на коробе.

Подобное расположение делает затруднительным поиск места аварии, тем более, что этот поиск должен начинаться от места расположения главного блока управления.

В патенте США на изобретение №4191207 (публ.04.03.1980 г.) описана система управления дождевальной машиной. Многоопорная дождевальная машина, перемещающаяся вокруг центральной неподвижной опоры на поворотном колене, содержит секционный водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями и ходовые опорные тележки, оборудованные колесами с электроприводом. Система поддержания прямолинейности трубопровода включает в себя установленный на неподвижной опоре первого конца подвижного водопроводящего трубопровода лазер, который излучает пучок коллимированного света к фотоэлектрическим мишени на другом конце трубопровода. Лазер устанавливается на центральной оси системы орошения центральной опоры (или на одном конце держателя в линейно перемещаемых системах) и продвигается вместе с концом трубы. На другом конце фотоэлектрическая мишень содержит три расположенные по горизонтали целевые зоны, указывающие соответственно номинальное опережение и состояние запаздывания конца трубы. Далее в фотоэлектрическую мишень входят две вертикально разнесенные целевые зоны, одна над горизонтальными мишенями, а другая под ними.

В каждом случае логическая система включает задержки в трактах прохождения сигнала для фильтрации более высокочастотных движений конца. Кроме того, логическая система включает в себя ступень сигнализации и отключения для отключения лазера и отключения питания каретки, если ни одна из целевых зон не освещена лазерным лучом. Эта последняя функция обеспечивает режим безотказного отключения и, кроме того, предотвращает травмы персонала, который по неосторожности может оказаться под лазерным лучом.

Недостатком описанной системы является необходимость постоянной очистки излучателя и приемника от пыли, что снижает надежность работы системы. Кроме того, дождевальные машины представляют собой агрегаты длиной до полукилометра и более, а на таком расстоянии положение приемника лазерного луча относительно излучателя будет крайне нестабильным из-за неровностей рельефа обрабатываемой территории.

Известна система управления дождевальной машиной, описанная в патенте США на изобретение №3807436 (публ. 30.04.1973 г.), где многоопорная дождевальная машина, перемещающаяся вокруг центральной неподвижной опоры на поворотном колене, содержит секционный водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями и ходовые опорные тележки, оборудованные колесами с электроприводом и расположенные между пролетами трубопровода. Система поддержания прямолинейности трубопровода включает в себя блоки управления опорными тележками, расположенные между пролетами, каждый из которых регулирует скорость электропривода колес конкретной тележки, и систему из нескольких рычагов, последовательно передающих отклонение секции трубопровода на блок управления опорными тележками. Крайний рычаг своей средней частью подвижно закреплен на оси, связанной с манжетой, охватывающей стык пролетов трубопровода. Первый конец крайнего рычага закреплен на скобе, охватывающей секцию следующего пролета трубопровода.

При отклонении секции или пролета трубопровода от своего линейного положения секция перемещает скобу вместе с первым концом крайнего рычага, второй конец которого приводит в движение систему рычагов, управляющих кулачковой пластиной, расположенной в блоке управления опорными тележками. Кулачковая пластина, в свою очередь, воздействует на контрольный выключатель и защитный выключатель, практически идентичные по своей конструкции. При критическом изгибе трубопровода кулачок воздействует на защитный выключатель, переключая его из первого стабильного состояния во второе стабильное состояние, при котором подается управляющий сигнал на отключение электропитания электроприводов опорных тележек всей дождевальной машины.

Недостатком описанной конструкции является отсутствие сигнализации о месте неисправности, что затрудняет работу оператора дождевальной машины по восстановлению ее работоспособности.

Известно система поддержания прямолинейности трубопровода многоопорной дождевальной машины с сигнализацией аварийного состояния, описанная в заявке США на изобретение № US 2012/0305682 А1 (публ. 06.12.2012 г.), в которой многоопорная дождевальная машина кругового действия, перемещающаяся вокруг центральной неподвижной опоры на поворотном колене, содержит водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями и ходовые опорные тележки, оборудованные колесами с электроприводом и расположенные между пролетами трубопровода. Система поддержания прямолинейности трубопровода включает в себя блоки управления выравниванием пролетов, расположенные между пролетами, каждый из которых регулирует скорость электропривода колес конкретной тележки, и систему из нескольких рычагов, последовательно передающих отклонение секции трубопровода на блок управления выравниванием пролетов. Крайний рычаг своим концом закреплен на манжете, дистанционно охватывающей стык секций трубопровода и закрепленной на секции следующего пролета посредством хомута и боковых кронштейнов.

При отклонении секции или пролета трубопровода от своего линейного положения манжета одной стороной перемещается к трубопроводу, приводя в движение систему рычагов, поворачивающих ось кулачка, расположенного в блоке управления выравниванием пролетов. Кулачок, в свою очередь, воздействует на контрольный выключатель и защитный выключатель, практически идентичные по своей конструкции. При выбеге конкретной тележки относительно соседней и изгибе трубопровода контрольный выключатель под воздействием кулачка переключается из первого стабильного состояния во второе стабильное состояние, при котором подается управляющий сигнал на отключение или изменение скорости электропривода колес тележки до выравнивания трубопровода, после чего контрольный выключатель переключается обратно в первое стабильное состояние, отключая управляющий сигнал. Скорость вращения электропривода колес тележки изменяется, опорная тележка останавливается, ускоряется или замедляется до выравнивания секций и пролетов трубопровода. При критическом изгибе трубопровода кулачок воздействует на защитный выключатель, переключая его из первого стабильного состояния во второе стабильное состояние, при котором подается управляющий сигнал на отключение электропитания электроприводов опорных тележек всей дождевальной машины и подачу тревожного сигнала.

Управляющие сигналы передаются через антенны, установленные на каждой опорной тележке, на контроллер, расположенный в зоне действия сигналов от антенн, по сути являющиеся радиосигналами, а также в зоне приема сигнала от блока GPS, посредством которого определяются координаты самоходных опорных тележек дождевальной машины.

Надежность описанной системы поддержания прямолинейности трубопровода дождевальной машины представляется недостаточной, поскольку она основана на передаче радиосигнала на контроллер, который может быть непреднамеренно выведен из зоны приема радиосигнала или оказаться в зоне повышенных помех приему радиосигнала. Отсутствие своевременного сигнала на отключение электропитания электроприводов опорных тележек всей дождевальной машины может привести к существенно более значительной аварии дождевальной машины, чем просто ее остановка.

Наиболее близким решением, взятым за прототип, является способ управления многоопорной дождевальной машиной с сигнализацией аварийного состояния, описанный в заявке США на изобретение №US 2007/0162209 А1 (публ. 12.07.2007 г.), в которой многоопорная дождевальная машина кругового действия, перемещающаяся вокруг центральной неподвижной опоры на поворотном колене, содержит водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями и ходовые опорные тележки, оборудованные колесами с электроприводом и расположенные между пролетами трубопровода.

Изобретение относится к корректирующему управлению подвижно-шарнирными оросительными системами, состоящими из соединенных друг с другом пролетов трубопровода, которые несут ходовые опорные тележки, где расположение этих опорных тележек относительно друг друга осуществляют с помощью блока управления выравниванием пролетов, установленного в центре каждой опорной тележки и регулирующего скорость электропривода колес конкретной тележки, и систему из нескольких рычагов, последовательно передающих отклонение секции пролета трубопровода на блок управления выравниванием пролетов. Блок управления состоит из переключающего кулачка, соединенного с системой рычагов, микропереключателей, которые могут срабатывать при этом, а именно, рабочего выключателя, и выключателя безопасности, и контактора. Каждый из этих блоков управления содержит интеллектуальное устройство управления, которое связывается с центральным пультом управления на центральной неподвижной опоре через систему CAN-BUS и отправляет на него сигналы состояния или, соответственно, получает и выполняет от него инструкции. Система последовательной шины CAN (локальная сеть контроллеров) способна выполнять многозадачность, т.е. несколько участников CAN могут обращаться к BUS одновременно. Сообщение с более высоким приоритетом (по идентификатору) принимается без задержки. Каждая из контрольных точек, именуемая «CAN-узлами», таким образом, может быть включена или выключена с помощью центрального пульта управления.

Входы этих CAN-узлов активируются микропереключателями и эта информация передается по CAN-BUS на центральный пульт управления. Кроме того, информация от центрального пульта управления передается на CAN-узел по CAN-BUS и подается на приводные двигатели электропривода колес конкретной тележки или, соответственно, на сигнальные лампы. Преимущества этой системы по сравнению с другими системами состоят в том, что каждый узел CAN может управляться централизованно. Это открывает новые возможности для управления многоопорной дождевальной машиной кругового действия, для определения максимального количества работающих опорных тележек и для выравнивания опорных тележек, которые одновременно вводятся в работу. Новая возможность согласования всей системы со всеми опорными тележками через центральный пульт означает, что все передвижные вышки не имеют углового отклонения, т.е. чтобы вся многоопорная дождевальная машина кругового действия была выровнена центральным пультом управления по прямой линии, идущей от центральной неподвижной опоры до последней опорной тележки.

Это необходимо для нормальной работы многоопорной дождевальной машиной кругового действия, так как слишком большое угловое отклонение между двумя опорными тележками вызывает отключение дождевальной машины и вызывает вывод сигнала ошибки, сообщающего о причине ошибки и точное положение ошибки (на каком узле CAN). Такую информацию можно получить только через узел CAN, установленный на каждой опорной тележки, который передает эту информацию на центральный пульт управления.

Технической проблемой данного технического решения является недостаточная визуальная информированность о месте расположения самоходной опорной тележки, блок управления которой подал управляющий сигнал, являющийся причиной остановки всей дождевальной машины. Учитывая тот факт, что дождевальные машины представляют собой агрегаты длиной до полукилометра и более, необходимость понимания места аварии имеет большое значение для ее ликвидации, особенно в темное время суток. Особенно это важно при осуществлении действий по восстановлению геометрии трубопровода дождевальной машины до рабочего состояния.

Указанная техническая проблема решается способом управления самоходной многоопорной дождевальной машиной с системой сигнализации аварийной остановки, в которой водопроводящий трубопровод, состоящий из секций, собранных в пролеты, установлен на самоходных опорных тележках с электроприводом колес, электрически связанным с центральной панелью управления, с каждой тележкой связан локальный блок управления электроприводом колес тележки с системой воздействия на предохранительный выключатель цепи безопасности, управляющий отключением силовой электрической части дождевальной машины при аварийном нарушении геометрии трубопровода, в котором выключатель цепи безопасности локального блока управления снабжают группой контактов, которые переключают на цепь сигнализации при аварийном нарушении геометрии трубопровода, при котором с центральной панели управления в режиме диагностики принудительно включают цепь безопасности для срабатывания цепи сигнализации в локальном блоке управления, расположенном на самоходной опорной тележке с критическим изгибом геометрии трубопровода, а в режиме восстановления геометрии трубопровода выбирают направление движения дождевальной машины в сторону восстановления геометрии трубопровода и запитывают электропривод самоходных опорных тележек принудительной подачей питания в цепь безопасности до полного восстановления геометрии трубопровода и восстановления электрической цепи безопасности, при этом одновременно включают сигнализацию в локальном блоке управления, расположенном на самоходной опорной тележке с критическим изгибом геометрии трубопровода, причем при восстановлении геометрии трубопровода цепи аварийной сигнализации обесточивают, сигнализируя о полном восстановлении геометрии трубопровода.

В качестве самоходной многоопорной дождевальной машины используют преимущественно дождевальную машину кругового действия с центральной неподвижной опорой.

Центральную панель управления располагают, как правило, на центральной неподвижной опоре.

В центральной панели управления могут быть установлены блок включения цепи безопасности с нефиксируемым кнопочным выключателем и блок выбора направления движения машины или режима диагностики, а также преобразователь питания, запитывающий цепь безопасности.

В качестве самоходной многоопорной дождевальной машины могут использовать линейную дождевальную машину.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности восстановления геометрии трубопровода дождевальной машины при его аварийном изгибе путем организации сигнализации о месте аварии с последующим управлением перемещением самоходных опорных тележках до восстановления геометрии трубопровода дождевальной машины до рабочего состояния.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «новизна». Совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в сельском хозяйстве при искусственном орошении полей, поэтому оно соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Заявляемое изобретение представлено на следующих рисунках.

На фиг. 1 показана самоходная многоопорная дождевальная машина кругового перемещения.

На фиг. 2 изображена электрическая схема включения электропривода самоходной многоопорной дождевальной машины в нормальном рабочем режиме.

На фиг. 3 приведена электрическая схема включения электропривода самоходной многоопорной дождевальной машины в аварийном режиме при выбеге или отставании одной из тележек.

На фиг. 4 представлена электрическая схема включения электропривода самоходной многоопорной дождевальной машины в режиме диагностики.

На фиг. 5 показана электрическая схема включения электропривода самоходной многоопорной дождевальной машины в режиме восстановления геометрии трубопровода.

На рисунках показаны следующие позиции.

1 - цепь безопасности;

2 - локальный блок управления на соответствующей опорной тележке:

2.1 - на первой тележке;

2.2 - на второй тележке;

2.N - на N-ной тележке;

3 - лампа аварийной сигнализации;

3.1 - цепь аварийной сигнализации;

4 - выключатель цепи безопасности локального блока управления;

5 - центральная панель управления;

6 - цепь питания электродвигателей электропривода колес;

7 - электродвигатели электропривода колес;

8 - блок выбора направления движения машины или режима диагностики:

8.1 - положение режима диагностики;

8.2, 8.3 - положения направлений движения машины;

9 - блок включения цепи безопасности;

9.1 - нефиксируемый кнопочный выключатель цепи безопасности;

10 - преобразователь питания, запитывающий цепь безопасности;

11 - центральная неподвижная опора;

12 - водопроводящий трубопровод с разбрызгивателями;

13 - самоходная опорная тележка;

14 - электропривод колес;

15 - колеса.

Самоходная многоопорная дождевальная машина преимущественно кругового действия, перемещающаяся вокруг центральной неподвижной опоры 11 на поворотном колене (фиг. 1), содержит водопроводящий трубопровод 12 с разбрызгивателями, состоящий из секций, собранных в пролеты, установленный на самоходных опорных тележках 13 с электроприводом 14 колес 15. Электропривод 14 электрически связан с центральной панелью 5 управления, расположенной, как правило, на центральной неподвижной опоре 11. Предпочтительно в центральной панели 5 управления установлен блок 9 включения цепи 1 безопасности с нефиксируемым кнопочным выключателем 9.1 и блок 8 выбора направления движения машины (позиции 8.2 и 8.3) или режима диагностики (позиция 8.1). Кроме того, в центральной панели 5 управления, как правило, располагают преобразователь 10 питания, запитывающий цепь 1 безопасности (фиг. 2). С каждой тележкой 13 связан локальный блок 2 управления электроприводом 14 колес 15 тележки 13 с системой воздействия на рабочий выключатель (не показан), обеспечивающий включение/отключение цепей 6 питания электродвигателей 7 электропривода 14 в нормальном рабочем режиме перемещения тележки 13, и на предохранительный выключатель 4 цепи 1 безопасности, управляющий отключением силовой электрической части дождевальной машины при аварийном нарушении геометрии трубопровода 12.

Выключатель 4 цепи 1 безопасности локального блока 2 управления снабжают группой контактов, которые переключают на цепь 3.1 сигнализации с лампой 3 аварийной сигнализации при аварийном нарушении геометрии трубопровода 12 (фиг. 3). Для устранения аварийного нарушения геометрии трубопровода 12 с центральной панели 5 управления в режиме диагностики нефиксируемым кнопочным выключателем 9.1 принудительно включают цепь 1 безопасности для срабатывания цепи 3.1 сигнализации в локальном блоке управления (в описываемом примере в блоке 2.1), расположенном на самоходной опорной тележке 13 с критическим изгибом геометрии трубопровода 12 (фиг. 4). Далее, после ликвидации ситуации, приведшей к неисправности, в режиме восстановления геометрии трубопровода 12, выбирают направление движения дождевальной машины в сторону восстановления геометрии трубопровода 12 и запитывают электропривод 14 самоходных опорных тележек 13 принудительной подачей питания нефиксируемым кнопочным выключателем 9.1 в цепь 1 безопасности до полного восстановления геометрии трубопровода 12 и восстановления электрической цепи 1 безопасности (фиг. 5). При этом одновременно включают цепь 3.1 сигнализации в локальном блоке управления (в описываемом примере в блоке 2.1), расположенном на самоходной опорной тележке 13 с критическим изгибом геометрии трубопровода 12, причем при восстановлении геометрии трубопровода 12 цепи 3.1 аварийной сигнализации обесточивают переключением предохранительного выключателя 4 цепи 1 безопасности, сигнализируя о полном восстановлении геометрии трубопровода 12.

Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники будут способны разработать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от объема приложенной формулы изобретения. Сам по себе тот факт, что определенные критерии перечислены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает, что комбинация этих критериев не может быть использована для получения положительного эффекта.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ состоит в управлении дождевальной машиной с системой сигнализации аварийной остановки, где дождевальная машина содержит трубопровод (12), установленный на самоходных тележках (13) с электроприводом (14) колес (15). Электропривод (14) связан с центральной панелью (5) управления, в которой установлен блок (9) включения цепи (1) безопасности с нефиксируемым кнопочным выключателем (9.1) и блок (8) выбора направления движения машины или режима диагностики. С каждой тележкой (13) связан локальный блок (2) управления электроприводом (14) колес (15). Выключатель (4) цепи (1) безопасности локального блока (2) управления снабжают группой контактов, которые переключают на цепь (3.1) сигнализации с лампой (3) аварийной сигнализации при аварийном нарушении геометрии трубопровода (12). В режиме диагностики выключателем (9.1) принудительно включают цепь (1) безопасности для срабатывания цепи (3.1) сигнализации в локальном блоке (2) управления. В режиме восстановления геометрии трубопровода (12) выбирают направление движения дождевальной машины в сторону восстановления геометрии и запитывают электропривод (14) тележек (13) принудительной подачей питания выключателем (9.1) в цепь (1) безопасности до полного восстановления геометрии трубопровода (12) и восстановления электрической цепи (1) безопасности, одновременно включая цепь (3.1) сигнализации в блоке (2) управления, расположенном на тележке (13) с критическим изгибом геометрии трубопровода (12). При восстановлении геометрии трубопровода (12) цепи (3.1) аварийной сигнализации обесточивают переключением предохранительного выключателя (4) цепи (1) безопасности, сигнализируя о полном восстановлении геометрии трубопровода (12). Обеспечивается повышение эффективности восстановления геометрии трубопровода дождевальной машины при его аварийном изгибе. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ управления самоходной многоопорной дождевальной машиной с системой сигнализации аварийной остановки, в которой водопроводящий трубопровод, состоящий из секций, собранных в пролеты, установлен на самоходных опорных тележках с электроприводом колес, электрически связанным с центральной панелью управления, с каждой тележкой связан локальный блок управления электроприводом колес тележки с системой воздействия на предохранительный выключатель цепи безопасности, управляющий отключением силовой электрической части дождевальной машины при аварийном нарушении геометрии трубопровода, отличающийся тем, что выключатель цепи безопасности локального блока управления снабжают группой контактов, которые переключают на цепь сигнализации при аварийном нарушении геометрии трубопровода, при котором с центральной панели управления в режиме диагностики принудительно включают цепь безопасности для срабатывания цепи сигнализации в локальном блоке управления, расположенном на самоходной опорной тележке с критическим изгибом геометрии трубопровода, а в режиме восстановления геометрии трубопровода выбирают направление движения дождевальной машины в сторону восстановления геометрии трубопровода и запитывают электропривод самоходных опорных тележек принудительной подачей питания в цепь безопасности до полного восстановления геометрии трубопровода и восстановления электрической цепи безопасности, при этом одновременно включают сигнализацию в локальном блоке управления, расположенном на самоходной опорной тележке с критическим изгибом геометрии трубопровода, причем при восстановлении геометрии трубопровода цепи аварийной сигнализации обесточивают, сигнализируя о полном восстановлении геометрии трубопровода.

2. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что в качестве самоходной многоопорной дождевальной машины используют дождевальную машину кругового действия с центральной неподвижной опорой.

3. Способ управления по п. 2, отличающийся тем, что центральную панель управления располагают на центральной неподвижной опоре.

4. Способ управления по п. 3, отличающийся тем, что в центральной панели управления установлен блок включения цепи безопасности с нефиксируемым кнопочным выключателем и блок выбора направления движения машины или режима диагностики, а также преобразователь питания, запитывающий цепь безопасности.

5. Способ управления по п. 1, отличающийся тем, что в качестве самоходной многоопорной дождевальной машины используют линейную дождевальную машину.