Способ измерения рабочей скорости почвообрабатывающих и землеройно-транспортных машин Советский патент 1992 года по МПК E02F3/76 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактным ультразвуковым измерителям, и может быть использовано в системах автоматического управления скоростными и загрузочными режимами работы почвообрабатывающих и землеройно-транспортных машин.

Известен способ измерения действительной (рабочей) скорости движения наземных транспортных средств путем формирования зондирующего излучения с линейной частотной модуляцией, его передачи в воздушную среду в направлении поверхности грунта, приема на транспортном средстве отраженного сигнала, выявления разности частот или периодов переданного и принятого сигналов и последующего формирования выходного сигнала измерителя в зависимости от величины указанной разности, а также дополнительного воздействия на глубину частотной модуляции в зависимости от величины выходного сигнала измерителя.

В известном способе осуществляется изменение девиации частоты передатчика в зависимости от величины действительной скорости движения транспортного средства, что обеспечивает независимость результатов измерения действительной скорости от положения эффективной точки отражения зондирующего излучения на грунтовой поверхности. Благодаря этому повышается точность измерений.

Однако достижение высокой точности измерений связано с необходимостью существенного усложнения измерителя - введения блоков формирования и обработки частотно-модулированных сигналов. Это приводит к увеличению стоимости и габаритов измерителя, снижению его надежности.

Наиболее близок к предложенному способ измерения рабочей скорости бульдозерVI Ю СО

го о vi

ного агрегата путем формирования ультразвукового зондирующего излучения, его передачи в воздушную среду в направлении поверхности грунта, приема на бульдозерном агрегате-отраженного сигнала, выявления разности частот переданного и принятого сигналов и формирования выходного сигнала измерителя в зависимости от величины этой разности.

Однако ультразвуковое зондирование грунтовой поверхности через воздушную среду без компенсации изменения положения эффективной точки отражения зондирующего излучения на грунтовой поверхности приводит к низкой точности измерения действительной (рабочей) скорости за счет сноса ультразвукового луча ветром.

К значительной погрешности измерения скорости приводит также изменение скорости распространения ультразвука в зависимости от температуры и влажности воздушной среды.

Угловые колебания и вибрации трактора, особенно при его движении по неровной поверхности, приводят к расширению спектра доплеровского сигнала и дополнительному существенному снижению точности измерений.

Работа ультразвуковых приборов в воздушной среде сопровождается загрязнением рабочих поверхностей акустических преобразователей, что приводит к необходимости проведения периодического технического обслуживания измерителя - очистке приемника и передатчика ультразвука от пыли, грязи, снега и т.д.

Цель изобретения -повышениеточности измерителя рабочей скорости почвообрабатывающих и землеройно-транспортных машин.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения рабочей скорости, заключающемуся в формировании ультразвукового зондирующего излучения заданной частоты, приемеотраженного сигнала, измерении частоты отраженного сигнала, сравнении частот зондирующего излучения и отраженного сигналов, а также формировании сигнала рабочей скорости при появлении разности частот, ультразвуковое зондирующее излучение заданной частоты направляют через рабочий орган под углом, не ортогональным к направлению движения почвенного пласта, на движущийся по внешней стороне рабочего органа почвенный пласт.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ измерения.

Устройство содержит передающий 1 и приемный 2 акустические преобразователи, установленные на бульдозерном отвале 3. Аналогичным образом эти преобразователи

могут быть установлены на корпусе плуга.

Передатчик ультразвука содержит передающий акустический преобразователь 1 и высокочастотный генератор 4, приемник - приемный акустический преобразователь 2

0 и усилитель - фильтр 5.

Блок измерения доплеровского сдвига частоты может содержать последовательно соединенные преобразователь 6 частоты (блок вычитания частот) преобразователь 7

5 частоты в напряжение.

Передающий 1 и приемный 2 акустические преобразователи могут быть выполнены на основе диска или стержня из пьезокерамики, например типа ЦТС-19.

0 Возможный вариант их крепления заключа- . ется в следующем. В рабочем органе (в ребрах жесткости, если он пустотелый) сверлятся глухие отверстия, в эти отверстия устанавливается пьезокерамика и прижи5 мается пружинами к дну этих отверстий.

Для обеспечения акустического контакта пьезокерамики с рабочим органом имеющиеся неровности заполняются невысыхающей смазкой. Другим вариантом

0 крепления пьезопластин является их приклейка к поверхности рабочего органа.

Возможный вариант реализации генератора 4 - транзисторный однотактный или двухтактный автогенератор с повышающим

5 трансформатором в коллекторной цепи.

Усилитель 5 целесообразно совместить с полосовым фильтром и выполнить на операционных усилителях по стандартным схемам, например с многопетлевой обратной

0 связью.

Преобразователь частоты 6 может быть выполнен на базе цифровых или аналоговых (например, микросхемы К 140МА1, К 525ПС2)схем. Возможна его реализация на

5 основе ключей К 561КТЗ, К176КТ1.

Преобразователь 7 частоты в напряжение может быть выполнен на базе микросхемы К1108ПП1.

Пример. Пусть машина, например

0 бульдозерный агрегат, движется с рабочей скоростью v. Аналогичную скорость будет иметь и рабочий орган 3.

Стружка грунта Э, срезаемая режущей кромкой рабочего органа 3, преодолевая ло5 бовое сопротивление рыхлого грунта, движется по рабочей поверхности рабочего органа 3. Расчетные и экспериментальные данные свидетельствуют о том, что стружка грунта проходит без разрушения не менее 0,25 м своего пути, поэтому от режущей

кромки рабочего органа 3 на длине не менее 0,25 м скорость движения стружки вверх по отвалу равна рабочей скорости бульдозера v. В эту область при помощи передатчика направляется ультразвуковое зондирующее излучение с частотой fi. Это излучение рассеивается на поверхности соприкосновения стружки грунта с рабочей поверхностью отвала 3, и его определенная часть, отраженная движущейся стружкой грунта и имеющая частоту f2, принимается приемным акустическим преобразователем 2. Ес- ли направления распространения передаваемого и принимаемого сигналов совпадают, то разность частот 2V

f2-fi

cos a

где А-длина волны зондирующего излучения;

а- угол между направлением движения стружки грунта по отвалу и направлением распространения зондирующего излучения.

Преобразователь частоты б выделяет эту разность. Далее она преобразуется в напряжение и поступает на регистратор 8.

Поскольку разность частот (доплеров- ский сдвиг частоты) с точностью до постоян ных коэффициентов пропорциональна скорости перемещения стружки грунта по отвалу, а скорость перемещения стружки вблизи режущей кромки равна рабочей скорости бульдозера, величина выходного сигнала устройства, контролируемая регистратором 8, отображает рабочую скорость машины.

Если направления передачи и приема ультразвуковых сигналов не совпадают, то величина доплеровского сдвига частоты уменьшается пропорционально косинусу угла между этими направлениями, что не приводит к изменению основных процессов, происходящих в измерителе.;

Необходимый масштаб выходного сиг- нала устройства устанавливается путем из0

5

0

5

0 5

0

менения коэффициента передачи преобразователя 7 частоты в напряжение в зависимости от длины волны ультразвукового сигнала, угла между направлением движения стружки грунта и направлением распространения зондирующего излучения и величины угла между направлениями передачи и приема ультразвука.

Передача ультразвукового зондирующего излучения на поверхность грунта не через воздушную среду, а через рабочий орган позволяет исключить влияние на результат измерений сноса ультразвукового луча Ветром, нестабильности скорости распространения ультразвука в воздушной среде, продольных угловых колебаний базовой машины, что обеспечивает достижение более высокой точности измерений.

Одновременно исключается загрязнение рабочих поверхностей акустических преобразователей, попадание на них атмосферных осадков, что позволяет отказаться от периодической очистки преобразователей и тем самым снизить трудоемкость технического обслуживания измерителя скорости.

Формул а изобретения

Способ измерения рабочей скорости почвообрабатывающих и землеройно- транспортных машин, заключающийся в формировании ультразвукового зондирующего-излучения заданной частоты, приеме отраженного сигнала, измерении частоты отраженного сигнала, сравнении частот зондирующего излучения и отраженного сигналов и при появлении разности частот формировании сигнала рабочей скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, ультразвуковое зондирующее излучение заданной частоты направляют через рабочий орган под углом, не ортогональным к направлению движения почвенного пласта, на движущийся по внешней стороне рабочего органа почвенный пласт.

/5 /// ///

///

/SSSSf

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к ультразвуковым доплеровским измерителям скорости, позволяет повысить точность измерений и снизить трудоемкость технического обслуживания измерителя. Цель изобретения - повышение точности измерения. Рабочая скорость машины определяется путем измерения скорости движения почвенного пласта или стружки грунта по ее рабочему органу (например, корпусу плуга или отвалу бульдозера). Для этого приемник и передатчик ультразвука устанавливаются на задней стенке рабочего органа и ориентируются по направлению движения машины. Зондирующее излучение распространяется по металлическим деталям рабочего органа и взаимодействует с почвой (грунтом) вблизи его рабочей поверхности. 1 ил.