RU2791619C1

RU2791619C1 - Automatic tillage depth controller for agricultural machinery

Info

Publication number: RU2791619C1
Application number: RU2022105576A
Authority: RU
Inventors: Евгений Евгеньевич Кузнецов; Роман Олегович Сурин; Рафаэль Раимович Григорьев; Сергей Васильевич Щитов; Андрей Владимирович Бурмага; Андрей Александрович Кислов
Filing date: 2022-03-01
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: automatic soil tillage depth controller for agricultural machinery, in particular a frontal piercer-slit cutter, contains a transmitting antenna, a receiving antenna, an attenuator, a high-frequency amplifier, a solid-state generator, a receiving device, a synchro-sensor, combined by a common electrical circuit and included in the GPR. The synchro-sensor is installed on one of the two longitudinal tubular rods of the spatial frame of the frontal piercer-slit cutter. On the front part of the front power bumper of the tractor, a synchro-receiver is fixed, which is included in the hydraulic fluid supply system of the loading hydraulic cylinder through the fluid supply opening valve.

EFFECT: improved quality of tillage and removal of excess moisture, deeper slotting of the soil layer in order to preserve fertility and increase crop yields, increase tractor productivity through the use of a device of a simple design with high reliability, durability, ease of maintenance and operation, capable of automatic regulation depth of piercing the soil layer at low energy and metal consumption.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения и может быть использовано для регулирования глубины обработки почвообрабатывающей сельскохозяйственной техникой, имеющей для этого конструктивные возможности, в частности фронтального прокалывателя-щелереза, при помощи радиолокационного зондирования почвенного слоя, и устанавливается в целях улучшения водопроницаемости, снижения эффекта переуплотнения почв и формирования плужной подошвы, сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.The invention relates to the field of agricultural engineering and can be used to control the depth of cultivation of soil-cultivating agricultural machinery, which has structural capabilities for this, in particular a frontal slotted piercer, using radar sounding of the soil layer, and is installed in order to improve water permeability, reduce the effect of soil compaction and forming a plow pan, maintaining fertility and increasing crop yields.

Известна конструкция устройства по патенту US 5810096 А, снабженная калибровочным колесом, системой сцепного устройства, подъемным домкратом, распределительным блоком, измерительным блоком, контроллером.Known design of the device according to patent US 5810096 A, equipped with a calibration wheel, a hitch system, a lifting jack, a distribution block, a measuring block, a controller.

Недостатком устройства является невозможность своевременной качественной автоматической регулировки глубины почвенной обработки в движении агрегата, так как измерительный блок считывает данные буксования трактора, и через контроллер догружает сельскохозяйственной орудие, а не производит сканирование глубины почвенной поверхности.The disadvantage of the device is the impossibility of timely high-quality automatic adjustment of the depth of tillage in the movement of the unit, since the measuring unit reads the data of the tractor slippage, and through the controller loads the agricultural implement, and does not scan the depth of the soil surface.

Известен способ радиолокационного зондирования подстилающей поверхности, включающий газовый разрядник, передающую антенну, приемную антенну, приемный блок, аттенюатор, усилитель-ограничитель, жидкокристаллический индикатор (Патент РФ №2080622, МКИ G01S 13/95, взято за прототип).A known method of radar sounding of the underlying surface, including a gas discharger, a transmitting antenna, a receiving antenna, a receiving unit, an attenuator, a limiting amplifier, a liquid crystal display (RF Patent No. 2080622, MKI G01S 13/95, taken as a prototype).

Недостатком способа является высокая энергоемкость и металлоемкость устройства, невозможность использования на сельскохозяйственной технике из-за больших размеров элементов, входящих в его конструкцию.The disadvantage of this method is the high energy and metal consumption of the device, the inability to use on agricultural machinery due to the large size of the elements included in its design.

Технической задачей изобретения является улучшение качества почвообработки и отведения избыточной влаги, при необходимости более глубокое щелевание почвенного слоя в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора за счет использования устройства, достаточно несложной конструкции с высокой надежностью, долговечностью, обладающего удобством в обслуживании и эксплуатации, способного осуществлять автоматическое регулирование глубины прокалывания почвенного слоя при низкой энергоемкости и металлоемкости.The technical objective of the invention is to improve the quality of soil cultivation and the removal of excess moisture, if necessary, a deeper slotting of the soil layer in order to maintain fertility and increase crop yields, increase tractor productivity through the use of a device that is quite simple in design with high reliability, durability, and ease of maintenance and operation, capable of automatically regulating the depth of piercing the soil layer at low energy and metal consumption.

Техническим решением задачи является создание устанавливаемого в конструкции почвообрабатывающей машины устройства- автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, при низкой энергоемкости и металлоемкости способного осуществлять автоматическое регулирование глубины прокалывания почвенного слоя в целях улучшения качества почвообработки и отведения избыточной влаги, более глубокого щелевания почвенного слоя при необходимости, в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора.The technical solution of the problem is the creation of a device installed in the design of the tillage machine - an automatic regulator of the depth of tillage for agricultural machinery, with low energy consumption and metal consumption, capable of automatically regulating the depth of piercing the soil layer in order to improve the quality of tillage and remove excess moisture, deeper slotting of the soil layer at necessary, in order to maintain fertility and increase crop yields, improve tractor performance.

Поставленная задача достигается тем, что автоматический регулятор глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники содержит объединенные общей электрической схемой и включенные в состав георадара передающую антенну, приемную антенну, аттенюатор, усилитель высокой частоты, твердотельный генератор, приемное устройство, сельсин-датчик, установленный на одной из двух продольных трубчатых тяг пространственной рамы фронтального прокалывателя-щелереза, сельсинный приемник, закрепленный на фронтальной части переднего силового бампера трактора, включенный в гидросистему подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра через клапан открывания подачи жидкости.The task is achieved by the fact that the automatic tillage depth controller for agricultural machinery contains a transmitting antenna, a receiving antenna, an attenuator, a high-frequency amplifier, a solid-state generator, a receiving device, a selsyn sensor installed on one of the two longitudinal tubular rods of the spatial frame of the frontal piercer-slitter, a selsyn receiver fixed on the front part of the front power bumper of the tractor, included in the hydraulic fluid supply system of the loading hydraulic cylinder through the fluid supply opening valve.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, на фиг. 2 изображена структурная схема работы автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники, на фиг. 3 изображена функциональная схема автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники.In FIG. 1 shows a schematic diagram of an automatic tillage depth controller for agricultural machinery, FIG. 2 shows a block diagram of the operation of an automatic tillage depth controller for agricultural machinery, FIG. 3 shows a functional diagram of an automatic tillage depth controller for agricultural machinery.

Устройство- автоматический регулятор глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники содержит объединенные общей электрической схемой и включенные в состав георадара 1 передающую антенну, приемную антенну, аттенюатор, усилитель высокой частоты, твердотельный генератор 2, приемное устройство 3, сельсин-датчик 4, установленный на одной из двух продольных трубчатых тяг 5 пространственной рамы 6 фронтального прокалывателя-щелереза 7, сельсинный приемник 8, закрепленный на фронтальной части переднего силового бампера 9 трактора 10, включенный в гидросистему подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра 11 через клапан 12 открывания подачи жидкости.The device - automatic regulator of the depth of tillage for agricultural machinery contains a transmitting antenna, a receiving antenna, an attenuator, a high-frequency amplifier, a solid-state generator 2, a receiving device 3, a selsyn sensor 4, combined by a common electrical circuit and included in the georadar 1, mounted on one of two longitudinal tubular rods 5 of the spatial frame 6 of the frontal piercer-slitter 7, the selsyn receiver 8, fixed on the front part of the front power bumper 9 of the tractor 10, included in the hydraulic fluid supply system of the loading hydraulic cylinder 11 through the valve 12 of opening the fluid supply.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

В ходе движения трактора с передающей антенны георадара 1, с помощью твердотельного генератора 2, формируются зондирующие импульсы подстилающей поверхности земли, которые, отражаясь от уплотненного слоя почвы, возвращаются к приемной антенне георадара 1, где проходят предварительную обработку с помощью аттенюатора и усилителя высокой частоты (УВЧ) и в виде электрического сигнала передаются на вход приемного устройства 3, выполненного по супергетеродинной схеме на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса его в частотную область. Отраженные импульсы поступают на вход приемного устройства 3 с временным сдвигомDuring the movement of the tractor from the transmitting antenna of GPR 1, with the help of a solid-state generator 2, probing pulses of the underlying surface of the earth are formed, which, reflected from the compacted soil layer, return to the GPR receiving antenna 1, where they are pre-processed using an attenuator and a high-frequency amplifier ( UHF) and in the form of an electrical signal are transmitted to the input of the receiving device 3, made according to a superheterodyne circuit based on the principle of frequency conversion of the received signal - transferring it to the frequency domain. The reflected pulses arrive at the input of the receiving device 3 with a time shift

Δt_D=2D/c, _ΔtD =2D/s,

где D - расстояние до подстилающей поверхности, м.where D is the distance to the underlying surface, m.

Таким образом, измеряя Δt_D, можно судить о глубине залегания уплотненного слоя в подстилающей поверхности.Thus, by measuring Δt _D , one can judge the depth of the compacted layer in the underlying surface.

Далее электрический сигнал с выхода приемного устройства 3 супергетеродинного приемника поступает на вход сельсин-датчика (СД) 4, установленного на одной из двух продольных трубчатых тяг 5 пространственной рамы 6 фронтального прокалывателя-щелереза 7. При этом напряжение электрического сигнала трансформируется (передается) от обмотки ротора СД 4 к обмотке статора СД 4 и далее через обмотку статора сельсинного приемника 8 (СП), закрепленного на фронтальной части переднего силового бампера 9 трактора 10, в роторную обмотку СП 8 пропорционально углу рассогласования двух механически несвязанных между собой командной оси следящей системы ротора сельсин-датчика 4 и исполнительной оси ротора сельсин-приемника 8. Ось ротора сельсин-приемника 8 жестко связана с клапаном 12 открывания подачи жидкости нагружающего гидроцилиндра 11, что при повороте оси ротора сельсин-приемника 8 позволяет подавать необходимое количество гидравлической жидкости в нагружающий гидроцилиндр 11, тем самым производя активное заглубление или подъем рабочих органов на глубину, соответствующую полученному от СД 4 электрического сигнала в автоматическом режиме.Further, the electrical signal from the output of the receiving device 3 of the superheterodyne receiver is fed to the input of the synchro-sensor (SD) 4, mounted on one of the two longitudinal tubular rods 5 of the spatial frame 6 of the frontal piercer-slitter 7. In this case, the voltage of the electrical signal is transformed (transmitted) from the winding rotor SM 4 to the stator winding SM 4 and further through the winding of the stator of the selsyn receiver 8 (SP) mounted on the front part of the front power bumper 9 of the tractor 10, into the rotor winding SP 8 in proportion to the angle of mismatch of two mechanically unrelated command axis of the following system of the selsyn rotor -sensor 4 and the executive axis of the selsyn-receiver rotor 8. The axis of the selsyn-receiver rotor 8 is rigidly connected to the valve 12 for opening the fluid supply of the loading hydraulic cylinder 11, which, when the axis of the selsyn-receiver rotor 8 is rotated, allows the required amount of hydraulic fluid to be supplied to the loading hydraulic cylinder 11, thereby producing active deepening or lifting of working bodies to a depth corresponding to the electric signal received from SD 4 in automatic mode.

Питание электрических элементов предлагаемого устройства осуществляется с помощью штатного генератора Г-287Д, для корректировки и юстировки приборов и устройств схемы используются штатные аккумуляторные батареи АБ, что говорит о его низкой энергоемкости.The electrical elements of the proposed device are powered by a standard G-287D generator; regular AB batteries are used to adjust and align the instruments and devices of the circuit, which indicates its low energy consumption.

При этом приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки. Схема функциональной модели супергетеродинного приемника содержит:At the same time, superheterodyne-type receivers make it possible to successfully solve the problems of obtaining the required filtering of the received signal, providing a given gain, solving the problem of selectivity, and ease of tuning. The functional model diagram of a superheterodyne receiver contains:

- модель входного радиоимпульса;- model of the input radio pulse;

- модель входных цепей (ВЦ) и усилителя высокой частоты (УВЧ) (звено полосового фильтра Bpassl и звено Gain1);- model of input circuits (VC) and a high-frequency amplifier (UHF) (band-pass filter Bpassl and Gain1);

- модель гетеродина (Vget1);- local oscillator model (Vget1);

- модель преобразователя частоты (ПЧ) (на умножителе и звене Gain2);- model of the frequency converter (FC) (at the multiplier and link Gain2);

- модель усилителя промежуточной частоты (УПЧ) (звенья Laplace 1);- model of intermediate frequency amplifier (IFA) (links Laplace 1);

- модель амплитудного детектора (звено Е1 и звено фильтра низкой частоты LoPass1);- amplitude detector model (E1 link and LoPass1 low-frequency filter link);

- модель порогового обнаружителя (звено Е2 и звено Const1).- threshold detector model (link E2 and link Const1).

На вход УПЧ подается сигнал с выхода ПЧ, а также сигнал с выхода генератора шума (модель на элементах Vnoise1, R1, C1, Gain3). Таким образом, имитируется воздействие на УПЧ приемника внешних и собственных шумов.The signal from the output of the inverter is fed to the input of the IF, as well as the signal from the output of the noise generator (model based on the elements Vnoise1, R1, C1, Gain3). Thus, the effect of external and intrinsic noise on the IF of the receiver is simulated.

Модель входного радиоимпульса с заданными параметрами получена путем перемножения мгновенных значений ЭДС двух источников напряжения - гармонического SIN (Vnes1) и импульсного PULSE (Vogib1) со следующими значениями параметров:The input radio pulse model with given parameters is obtained by multiplying the instantaneous EMF values of two voltage sources - harmonic SIN (Vnes1) and pulsed PULSE (Vogib1) with the following parameter values:

VAMPL=1, VOFF=0, TD=0.5us, FREQ=900Meg, AC=1;VAMPL=1, VOFF=0, TD=0.5us, FREQ=900Meg, AC=1;

V1=0, V2=15.5u, TD=0.5us, TR=TF=0, PW=0.333us, PER=2.778ms, DC=1.V1=0, V2=15.5u, TD=0.5us, TR=TF=0, PW=0.333us, PER=2.778ms, DC=1.

амплитуда гармонического сигнала V_AMPL=1 В, напряжение смещения V_OFF=0 в, время задержки сигнала TD=0.5 мкс, частота сигнала FREQ=900 МГц,harmonic signal amplitude V _AMPL =1 V, bias voltage V _OFF =0 V, signal delay time TD=0.5 µs, signal frequency FREQ=900 MHz,

начальное значение импульсного сигнала V₁=0 В, амплитуда импульсного сигнала V₂=15.5 В, время задержки сигнала TD=0.5 мкс, длительность импульса PW=0.333 мкс, период повторения PER=2.778 мс.initial value of the pulse signal V ₁ =0 V, amplitude of the pulse signal V ₂ =15.5 V, signal delay time TD=0.5 μs, pulse duration PW=0.333 μs, repetition period PER=2.778 ms.

Модель гетеродина выполнена в виде источника напряжения SIN (Vget1) со следующими значениями параметров:The local oscillator model is made in the form of a voltage source SIN (Vget1) with the following parameter values:

VAMPL=1, VOFF=0, FREQ=870 МГц,VAMPL=1, VOFF=0, FREQ=870 MHz,

амплитуда синусоидального сигнала V_AMP1=1 В, напряжение смещения V_OFF=0 В, частота сигнала FREQ=870 МГц,sinusoidal signal amplitude V _AMP1 =1 V, bias voltage V _OFF =0 V, signal frequency FREQ=870 MHz,

По результатам выполненных расчетов определены и заданы значения параметров звеньев:According to the results of the performed calculations, the values of the parameters of the links are determined and set:

звено Bpass1 - Ripple=3dB, Stop=25dB, F0=840Meg, F1=896.7Meg, F2=903.3Meg, F3=960Meg; звено Gain1 - Gain=10; звено Gain2 - Gain=3.55; звено Laplace1 - значения атрибутов Num=3600*7.5e6*s, Denom=s*s+7.5e6*s+3.55e16;link Bpass1 - Ripple=3dB, Stop=25dB, F0=840Meg, F1=896.7Meg, F2=903.3Meg, F3=960Meg; link Gain1 - Gain=10; link Gain2 - Gain=3.55; link Laplace1 - attribute values Num=3600*7.5e6*s, Denom=s*s+7.5e6*s+3.55e16;

нелинейное звено детектора E1 типа ETABLE, значения атрибута TABLE в формате: (-5,5)(-0.2,0)(0.2,0)(5,5);non-linear element of detector E1 of ETABLE type, TABLE attribute values in the following format: (-5.5)(-0.2.0)(0.2.0)(5.5);

звено LoPassl - Ripple=3dB, Stop=20dB, FP=3.3Meg, FS=26.7Meg;LoPassl link - Ripple=3dB, Stop=20dB, FP=3.3Meg, FS=26.7Meg;

нелинейное звено порогового обнаружителя (звено Е2 типа ETABLE), значения атрибута TABLE в формате: (-5,0)(0,0)(1е-3,4)(5,4).non-linear link of the threshold detector (link E2 of ETABLE type), TABLE attribute values in the format: (-5.0)(0.0)(1e-3.4)(5.4).

Порог обнаружения (звено Const 1) предварительно задан на уровне 0.15 В и уточняется в процессе моделирования.The detection threshold (link Const 1) is preset at the level of 0.15 V and is refined during the simulation.

Все входящие в комплект предлагаемого устройства элементы отличаются низкой энергоемкостью и металлоемкостью, что позволило добиться компактности и высокой ресурсности при установке на сельскохозяйственной технике.All elements included in the set of the proposed device are characterized by low energy consumption and metal consumption, which made it possible to achieve compactness and high resource when installed on agricultural machinery.

Использование данного изобретения, обладающей высокой надежностью, низкой себестоимостью, материалоемкостью и энергоемкостью, удобством в обслуживании и эксплуатации, при достаточно несложной конструкции и простоте изготовления автоматического регулятора глубины почвенной обработки для сельскохозяйственной техники позволит повысить качество почвообработки и отведения избыточной влаги, при необходимости обеспечит более глубокое щелевание почвенного слоя в целях сохранения плодородия и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения производительности трактора, что приведет к сокращению энергозатрат и увеличит экономический эффект от его применения в сельском хозяйстве.The use of this invention, which has high reliability, low cost, material and energy consumption, ease of maintenance and operation, with a fairly simple design and ease of manufacture of an automatic tillage depth regulator for agricultural machinery, will improve the quality of tillage and removal of excess moisture, if necessary, provide a deeper splitting of the soil layer in order to preserve fertility and increase crop yields, increase the productivity of the tractor, which will lead to a reduction in energy costs and increase the economic effect of its use in agriculture.

Claims

Automatic soil tillage depth controller for agricultural machinery, in particular, a frontal slotted piercer, containing a transmitting antenna, a receiving antenna, an attenuator, characterized in that it contains a transmitting antenna, a receiving antenna, an attenuator, a high-frequency amplifier combined by a common electrical circuit and included in the GPR , a solid-state generator, a receiving device, a selsyn-sensor mounted on one of the two longitudinal tubular rods of the spatial frame of the frontal piercer-slitter, a selsyn receiver mounted on the front part of the front power bumper of the tractor, included in the hydraulic fluid supply system of the loading hydraulic cylinder through the fluid supply opening valve .