Устройство управления электрифицированной дождевальной машиной Советский патент 1992 года по МПК A01G25/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при поливе сельскохозяйственных, культур самоходными электрифицированными дожде- вальными машинами фронтального действия (ЭДМФ) типа Кубань-М..

Целью изобретения является повышение производительности работы и равномерности полива.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства управления электрифицированной дождевальной машины: на фиг.2 - технологич еская схема ступенчатого полива; на фиг. 3 - временная диаграмма работы основных блоков устройства.

Устройство управления электрифицированной дождевальной машиной содержит генератор 1 тактовых импульсов, к выходу которого подключен делитель 2 частоты и формирователь 3 времени полного старт-стопного цикла работы Т, представляющий собой делитель частоты генератора 1, причем на выходе делителя формируются короткие микросекундные импульсы с периодом следования с. К выходу делителя 2 частоты подключен блок 4 счета текущего времени, состоящий из трех последовательно включенных двоично-десятичных счетчиков 5-7, выходы которых подключены к первым информационным входам (At - А4) блока сравнения, представляющих цифровые компараторы 8 - 10 на микросхемах К561ИП2, Выход третьего компаратора 10 блока сравнения подключен к тактовому входу статического регистра 11 сдвига. К вторым информационным входам (Bi - 64) компараторов 8-10 подключены выходы двоично-десятичных счетчиков 12 - 14 блока 15 установки поливной нормы. К информационным входам счетчиков 12,13 и 14 подключаются соответствующие выходы двоично-десятичных счетчиков Т6,17 и 18с программными кодовыми переключателями блока 19 задания поливной нормы. Кодовые переключатели счетчиков 16 - 18 блока 19 представляют набор стандартных двоично- десятичных кодовых переключателей, например, типа ПППО-ЗХПВ, коммутация контактов которых происходит в коде 1-2- 4-8.

В качестве датчика расстояния, пройденного машиной при поливе служит измерительное колесо с герконовым переключающим контактом 20, выводы которого через блок 21 защиты от дребезга контактов геркона, представляющего RS- триггер, подключенный к счетному входу двоичного счетчика 22 для контроля заданных уставок вдоль орошаемого поля. К выходам счетчика 22 подключен двоичный кодовый переключатель 23 задания требуемых уставок по полю, представляющий стандартный программный кодовый переключатель, коммутация сигналов в котором происходит в двоичном коде.

Выход двоичного кодового переключателя 23 подключен к счетному входу двоично-десятичного счетчика 12 блока 15 установки поливной нормы. Выход третьего компаратора блока сравнения подключен к тактовому входу статического регистра 11 сдвига и одновременно чере сдвоенную

кнопку Сброс 24 к R-входам обнуления двоично-десятичных счетчиков 5 - 7, С помощью .кнопки 25 Предварительная установка осуществляется запись чисел,

установленных на счетчиках 16 - 18с кодовыми переключателями на входы счетчиков 12 - 14, и обнуление счетчика 22. Выходы первый (первого двоичного разряда), второй (четвертого двоичного разряда) регистра 11

0 сдвига (на микросхеме К176ИР2) подключены соответственно к первому 26 и второму 27 узлам оптронных развязок, осуществляющих электрические развязки выходов регистра 11 и входов тиристорных ключей 28 и

5 29. Узлы 26 и 27 оптронных развязок и тири- сторные ключи 28 и 29 образуют блок формирования импульсов работы и коррекции, осуществляющий подачу на требуемое время этих импульсов на вход блока управле0 ния электродвигателями опор машины. Последний состоит из последовательно включенных узла магнитных пускателей 30 и щитового узла 31 управления. Тиристор- ные ключи 28 и 29 позволяют обеспечить

5 бесконтактную коммутацию напряжения на обмотки магнитных пускателей 30, повышая надежность работы машины.

Конструктивно предлагаемое устройство управления поливом входит в состав ши0 тового блока 31 управления дождевальной машиной.

Электропитание всех электрических блоков и электродвигателей тележек машины производится от дизель-генераторной

5 установки 32, вырабатывающей трехфазное переменное напряжение, которое после соответствующего выпрямления блоком 33 и стабилизации блоком 34 подается в качестве постоянного напряжения электропита0 ния Un на функциональные блоки устройства управления поливом.

Для сохранения записи требуемых дифференцированных поливных норм, когда происходит аварийная остановка машины в

5 процессе полива и отключение электропитания, служит автономный источник 25 питания постоянного тока, представляющий обычную аккумуляторную батарейку. Полупроводниковые диоды 36 - 42 (фиг. 1) осуще0 ствляют электрическую развязку различных функциональных блоков устройства по входу и выходу и при определенных схемных решениях могут отсутствовать.

В основу работы устройства управления

5 поливом электрической дождевальной машины типа Кубань положен принцип четырехкратного подсчета числа импульсов частотой Гц, снимаемых с выхода делителя 2 импульсов, совпадения компараторов 8 - 10 на блоках сравнения с числом на

выходе счетчиков 12-14. Этот режим работы предназначен для формирования импульсов работы ripi и коррекции nki (фиг. 2), отличающихся по длительности таким образом, чтоГ1ы Т1Р|. Этот принцип положен

в основу работы ЭДМФ Кубань-М.

Полный период с старт-стопного цикла работы этой же дождевальной машины состоит из двух импульсов: импульса работы ripi, длительность которого определяет дифференцированную поливную норму на 1-участке поля, например, тц (фиг. 2) при движении машины Вперед по полю или ГЛ21 (фиг. 2) при движении машины Назад по полю, и импульса паузы rini. длительность которого равна недостающему к длительности импульса работы времени до с. т.е. с ripi + ты.

Импульс коррекции на элементарном I- участке поля Tiki вырабатывается одновременно с импульсом работы npi и используется только при необходимости коррекции движения дождевальной машины по фронту и тогда полный цикл работы машины Т определяется зависимостью с Tik+ rink, где rinki - длительность импульса паузы при необходимости работы системы коррекции движения машины по фронту на i-участке поля.

Таким образом, коррекция движения по .фронту машины происходит при искривлении фронтальной линии водо про водящего трубопровода движущихся тележек. Когда одна из тележек машины, например, отстает, то в состав щита 31 управления машиной входят блоки ПСЛ (прибора слежения в линию машины) и от его контактов подключается таймер коррекции, одновременно отключая таймер работы, причем длительность импульса таймера коррекции всегда

т Tipi Аля ЭДМФ Кубань-М за счет

уменьшения длительности этого импульса для опережающих тележек осуществляется ускоренное движение отставшей тележки до тех пор, пока она не выровняется по фронту с остальными тележками, после чего блок ПСЛ отключает таймер коррекции и включает таймер работы и все тележки будут двигаться синхронно в линию.

Работает устройство управления электрифицированной дождевальной машиной следующим образом.

Полив с помощью электрифицированной дождевальной машины (ЭДМФ типа Кубань) осуществляется по технологии ступенчатого полива, когда полная требуемая поливная норма гптр (фиг.2) для орошения конкретной сельскохозяйственной культуры выливается за два прохода Вперед и Назад машины по орошаемому полю, но число участков разбивки поля на 5 экспериментальном участке при этом может быть произвольным и составлять несколько десятков или сотен элементарных участков. Минимально допустимая поливная норма, при которой почва будет иметь минимально

0 допустимую полевую влагоемкость, пусть будет mis. Ей будет соответствовать временная длительность импульса работы fns.- Поскольку влажность почвы колеблется, от наименьшей влагоемкости (после полива)

5 до минимально допустимой (перед поливом), то перед началом полива почва будет иметь минимально допустимую влагоемкость, и полив при первом проходе машины Вперед начинает производиться не пол0 ной поливной нормой, а только ее частью - минимально допустимой дифференцированной нормой, т.е. влаги, получаемой при выдаче машиной этой нормы должно быть достаточно растениям на время, равное вре5 мени прохождения дождевальной машины в прямом направлении Вперед и в обратном Назад до достижения начального места, откуда был начат полив, но при этом исключается сток воды и обеспечивается

0 максимальная скорость ЭДМФ к наиболее удаленным от ЭДМФ и требующим полива участкам поля. Приняв начальную поливную норму тц, которой будет соответствовать выставленная длительность таймера рабо5 ты Гц, получим, что для полного старт-стопного цикла работы для дождевальной машины - величина постоянная, с

40

Т Тцр+ Г11п... Г11р+ Т11п...

Г15р+ TlSn T21p+ T21n...T2Sp-b 2Sn,

где первая цифра индекса означает движение ЭДМФ по полю вперед (1) или-назад (2),

вторая цифра или индекс означает номер участка, а индексы р и п означают время работы или паузы.

Если орошаемое поле имеет длину L и разбито на S участков, то количество ступеней S переключения элементарных диффе- ренцированных поливных норм будет-- определяться по формуле

55

„ тц - mis I nip - fns I m 0 Amuа гь UJ

Ariip

где Am 11 - высота ординаты ступеньки приращения поливной нормы, а Дтпр-соответ- ствующее приращение времени импульса

работы, которое соответствует изменению поливной нормы на первом на первом единичном участке полива на Amu. Первый элементарный участок пути Д|ц , который проходит машина при поливе, можно вычислить по формуле

Л - L - Атпр L Ah1 S nip-Tiis

(2)

а число N, выставляемое на двоичном кодовом переключателе 23 для контроля числа оборотов, пройденного колесом расстояния можно найти по формуле

Alii

п DR

L Alupf3)

n Dk(riip-rns) v

где DR - диаметр измерительного колеса герконового датчика расстояния.

Требуемую поливную норму (фиг.2) ттр, выливаемую машиной за два прохода Впе- Назад, можно определить по формуле

5&

2 ГП11 +2 ™2i 1i 1

:WHB (4)

где WHB и ) - запас влаги в активном слое почвы при наименьшей и фактической вла- соемкостях, м3/га;

2 mil и 2 m2i соответствующие

суммы поливных норм при прямом и обратном проходах машины по 1-элементарным участкам полива орошаемого поля.

Перед началом полива, исходя из требуемой поливной нормы ттр (фиг. 2) для данной орошаемой сельскохозяйственной культуры задают начальную дифференцированную поливную норму mil на начальном первом элементарном участке полива и конечную дифференцированную поливную норму mis на S-элементарном участке полива в конце поля длиной L при движении машины Вперед по полю.

При движении машины Назад по полю необходимо обеспечить такие дифференцированные поливные нормы на каждом элементарном участке поля Alai, чтобы обеспечивалась полная поливная норма т-гр на каждом i-элементарном участке поля (фиг.2) за два прохода машины Вперед и Назад по полю, вычисляемая по формуле (4), Можно принять также приращения всех поливных норм равными, т.е. считать Дтц Ат21 °... Anriis Arri2s Am

Далее, в соответствии со спецификсн орошаемого поля назначают оптимальную величину Amu допустимого изменения дифференцированной поливной нормы и

определяют соответствующее ей изменение времени длительности таймера работы, т.е Zi ip, а также длительности импульсов тайме ров работы на элементарных участках полива i 1,... , т,е. Tipi и nps. По формуле (1)

вычисляют число ступеней S переключения поливных норм, а по формулам (2) и (3) вычисляют число уставок по полю N, выставляемое на двоичном кодовом переключателе 23 для контроля числа оборотов, пройденного измерительным колесом расстояния Alu, которое необходимо пройти машине при поливе, чтобы изменить первоначально выставленную поливную нормунаЛгт.

Перед подачей электропитания на блоки устройства управления поливом и началом полива на кодовых переключателях счетчиков 16-18 оператором выставляется величина длительности импульса работы Гпр, соответствующая начальной дифференцированной поливной норме mn на участке (фиг.2) орошаемого поля. На кодовом переключателе 18 выставляются десятки секунд, на 17 - единицы секунд, на 16 - десятые доли секунд.

На кодовом переключателе 23 выставляется число уставок N по полю. Подают электропитание на блоки, включив блоки 32

-34. Нажав кнопку-25 Предварительная установка, записывают число, соответствующее длительности импульса работы гцр, формирующего начальную дифференцированную поливную норму mn, установленную на кодовых переключателях 16 - 18, и записывают тем самым это число в память

счетчиков 12 - 14. Затем нажимают сдвоенную кнопку 24 Сброс, обнуляя счетчики 5

-7 блока 4 счета текущего времени и статический регистр 11 сдвига, после чего начинается формирование элементарных

импульсов работы гцр, паузы тцп и коррекции rnk. Устройство начинает работать с полным старт-стопным циклом работы с. В процессе полива при движении машины при совпадении числа, выставленного на кодовом переключателе 16, с числом импульсов, подсчитанных соответствующим счетчиком 12, на общей шине переключателя и резисторе R, входящем в состав конструкции переключателя и образующих

элемент Монтажное И, возникает сигнал Лог. 1 производящей запись с выхода счетчика 12 на второй информационный вход компаратора 8 блока сравнения и сдвиг сигналов на счетчик 13 и т.д.

Длительность импульсов тцр и гцп будет без изменения, пока машина при поливе не пройдет элементарный участок длиной Д|ц, т.е. измерительное колесо не сделает число полных оборотов IM, заданное на ко- довом переключателе 23.

После прохождения числа оборотов N измерительным колесом длительность элементарного импульса работы, например, на орошаемом j-м участке увеличится на Дгщ, единицу младшего разряда счетчика 12, при этом соответственно изменится дифференцированная поливная норма mn- и будет сохраняться неизменной пока измерительное колесо не пройдет участок Д121 Д|ц и не сделает снова число полных оборотов N, и т.д. до конца поля при движении машины Вперед, т.е. S Д).

После того, как машина дошла до конца поля длиной Ц она с помощью релейно-кон- тактного датчика сигнализатора конца поля, представляющего П-образ.ную металлическую стойку, зако.панную в землю, соприкасается подпружиненной штангой с микропереключателем, закрепленной на машине вблизи направляющего троса, отклоняющейся в вертикальной плоскости при соприкосновении с П-образной стойкой, происходит замыкание контакта микропереключателя, остановка машины и прекращение полива. Энергопитание с дизель-генератора 33 при этом не отключается. Оператор далее, с целью продолжения полива, нажимает на кнопки 25 и 24 на щите 31 управления, включает режим движения машины Назад, и после этого начинается формирование импульсов работы-, коррекции, паузы, как и при движении машины Вперед по полю, с соответствующим формированием дифференцированных поли-

ВНЫ)Г5НОрМ ГП21, ГП22,...,ГП23 ДО ДОСТИЖ6НИЯ

машиной начала поля, т.е. прохождения длины поля в оба конца 2L

Таким образом, в зависимости от специ-: фических условий, типа почв, рельефа, по- годных условий устанавливается поливная норма при прямом проходе машины, обеспечивающая полное впитывание почвой оросительной воды без образования стока на тяжелых почвах с постепенным ее умень- шением к концу орошаемого участка, а при обратном ходе машины - восполняется она до требуемой поливной нормы пгггр. При этом для обеспечения разницы поливных норм в ступеньках Дгл (например 2-5 м3/га) необходима большая вариация величин Аг от долей до десятков секунд. Предлагаемое устройство позволяет осуществить это следующим образом (фи,1). Генератор тактовых импульсов 1 вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой следования Гц, которые подаются на делитель 2 частоты, собранный на двоичном счетчике с коэффициентом делени Кдел-32. На выходе счетчика 2 формируются прямоугольные импульсы с частотой следования Гц, которые поступают на счетный вход первого двиично-десятичного счетчика 5 блока 4 счета текущего времени, а с выхода счетчика 5 импульсы в двоично-десятичном коде поступают на первые информационные входы (Ai - A/i) первого сравнивающего устройства 8 на микросхеме К561ИП2. Аналогично с выходов счетчиков б и 7 импульсы поступают на первые информационные входы блоков 9 и 10 сравнения. Одновременно при движении машины при полном повороте измерительного колеса происходит срабатывание герконового переключающего контакта 20, импульсы от которого поступают через блок 21 защиты от дребезга контактов на двоичный счетчик 22, с выхода которого они поступают на вход двоично-десятичного счетчика 12, и с каждым импульсом, поступающим от счетчика 22, увеличивается память счетчика 12 на единицу его младшего разряда. С выходов счетчиков 12-14 импульсы поступают на вторые информационные входы (Bi - 84) компараторов 8,9 и 10 блоков сравнения. Как только установится равенство чисел импульсов, выставленных на выходах счетчиков 12-14 блока 15 установки поливной нормы, с числом импульсов, сформированных на выходах счетчиков 5 - 7, то на выходе блока 10 сравнения появляется импульс, записывающий 1 на первом выходе статического регистра 11 сдвига и одновременно обнуляющий счетчики 5-7 для повторного счета чисел импульсов до их совпадения с заданными.

После появления 1 на первом выходе регистра 11 сдвига заканчивается формирование импульса коррекции тщ (фиг.З).

При повторном совпадении кодов импульсов на блоках 8 - 10 сравнения импульс в виде 1 вновь записывается на первый выход регистра 11 сдвига, сдвигается во второй разряд регистра и вновь обнуляет счетчики 5-7. После четвертого совпадения кодов импульсов на компараторах 8-10 вновь обнуляются счетчики 5 - 7 и устанавливается 1 на втором выходе регистра 11 сдвига (четвертый разряд). В этот момент заканчивается формирование импульса работы л pi (фиг, 3) и по входам RI счетчиков 5 -7 происходит запрет счета этими счетчиками до тех пор, пока не закончится в блоке 3 формирование полного старт-стопного цикла работы с. Короткие микросекундые импульсы с выхода блока 3 и периодом повторения Т обнуляют счетчики 5 - 7 и регистр 11, начиная новый цикл формирования Т и новое формирование импульсов работы и коррекции одновременно. С целью обеспечения работоспособности устройства и сохранения в памяти счетчиков 12,13,14 и 22 заданных чисел в соответствующих кодах при аварийной остановке машины и отключении электропита- ния в устройство веден автономный источник 35 постоянного напряжения. Так как счетчики, выполнены на микросхемах К561, К176 с очень малым-током потребления, то числа, внесенные 8 память счетчиков в 12,13,14 и 22 могут сохраняться несколько суток до полного устранения аварии машины и Повторного запуска дизель-генератора 32. После повторного запуска дизель-генератора 32, включения блоков 33 и 34 подачи электропитания на блоки устройства управления оператор нажимает только кнопку 24 Сброс, а кнопку 25 Предустановка не трогает. Происходит обнуление счетчиков 5 - 7 и счетчиков формирователя 3 и- начинается формирование импульса работы TIPI, длительность которого равна числу, записанному в счетчиках 12-14.

Таким образом, аварийные остановки и выключение энергопитания не нарушают нормальную работу устройства управления поливом и выдачи требуемых дифференцированных поливных норм на каждом элементарном участке поля. Предлагаемое устройство управления поливом позволяет реализовать на практике автоматическое поддержание требуемых дифференцированных поливных норм, обеспечить высокую равномерность полива, повышение производительности работы машины при описанной технологии ступенчатого полива, повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 10 - 15% по сравнению с известной технологией ступенчатого полива.

Формула изобретения 1. Устройство управления электрифицированной дождевальной машиной, содержащее источник питания, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с делителем частоты и с блоком формирования полного цикла работы электродвигателей опор машины, блок формирования импульсов работы и коррекции, соединенный через статический регистр с блоком формирования полного цикла работы, и

блок управления электродвигателями опор машины, соединенный с. выходом блока формирования импульсов работы и коррекции, а также блок установки поливной нормы, выполненный в виде двоичнодесятичных счетчиков с дешифраторами на выходах, блок задания поливной нормы, выполненный в виде двоично-десятичных счетчиков с кодовыми переключателями и соединенный выходами с блоком установки

поливной нормы, датчик пройденного машиной пути с блоком защиты от дребезга контактов и узлы сброса и предварительной установки, выполненные в виде кнопок для соединения двоично-десятичных счетчиков

и регистров системы с положительной клеммой источника питания, отличающее- с я тем, что, с целью повышения производительности работы дождевальной машины и равномерности полива, устройство снабжено блоком счета текущего времени, соединенным с выходом делителя частоты, блоком сравнения, соединенным с выходами блока счета текущего времени и подхлю- ченным выходом к тактовому входу

статического регистра, а входами - к блоку установки поливной нормы, а также кодовым переключателем с двоичным счетчиком на входе, включенным между выходом датчика пройденного пути и входом блока установки поливной нормы, причем блок счета текущего времени выполнен в виде двоично-десятичных счетчиков, при этом блок сравнения выполнен в виде трех компараторов, а датчик пройденного пути - в виде

измерительного колеса с переключающим контактом.

2.Устройство по п. 1,отличающее е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе, оно снабжено дополнительным автономным источником питания.

3.Устройство поп. отличающееся тем, что блок формирования импульсов работы и коррекции выполнен в виде электронных ключей, выполненных на оптронах

и тиристорах, а блок управления электродвигателями опор выполнен в виде последовательно включенных узла магнитных пускателей и щитовых узлов управления.

1I

J

Использование: мелиорация. Сущность изобретения: устройство управления электрифицированной дождевальной машиной включает последовательно включенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты тактовых импульсов и блок счета текущего времени, выполненный в виде трех двоично-десятичных счетчиков, соединенных с входами последних. Выход блока сравнения соединен с тактовым входом статического регистра сдвига, к обнуляющему входу которого подключен выход блока формирования полного старт-стопного режима работы. Питание устройства осуществляется как от дизель-генератора с блоками выпрямления и стабилизации, так и от автономного источника питания. При движении машины по полю импульсы от датчика пройденного пути через счетчик с кодовым переключателем поступают на счетный вход блока задания поливной нормы. После отсчета заданного числа импульсов, определяемого уставкой трех счетчиков от блока задания поливной нормы, с выходов дешифраторов этих трех счетчиков информация записывается в три компаратора блока сравнения, где сравнивается с информацией о текущем времени, поступающий с блока счета текущего времени, и при совпадении подается импульс в статический регистр сдвига, управляющий работой блока формирования импульсов работы и коррекции. Последний изменяет длительность работы и паузы электродвигателей опор, меняя тем самым поливную норму. Таким образом, поливная норма изменяется от участка к участку вдоль орошаемого поля, уменьшаясь при движении машины вперед до минимальной. Аналогичный процесс происходит при движении назад Общая поливная норма, выданная на каждом участке поля при движении машины вперед и назад, равна требуемой поливной норме. 2 з.п. ф- лы, 3 ил. сл с XI . сл СП 00

Ом

-l

r

8919W. I

Кнопке

M/i еьрас

ЗА/ходы f 5л. 5,6,7

Бл.Ы

Кнопке

«/г

С Бра с &ыход Bft.,

Выхой

SA -и

Выход 2 &fl. «

Блок 26 Блй 27