BR102016015114B1 - Sistema de diferencial de pressão de ar para uso em uma plantadeira agrícola - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR PARA USO EM UMA PLANTADEIRA AGRÍCOLA E SEU MÉTODO DE OPERAÇÃO Trata-se de um sistema de diferencial de pressão de ar (70) para o uso em uma plantadeira agrícola (10), sendo que a plantadeira (10) tem a capacidade de se deslocar em uma velocidade no solo quando rebocada. O sistema de diferencial de pressão de ar (70) inclui um aparelho de produção de diferencial de pressão de ar (84) e um controlador (71). O aparelho de produção de diferencial de pressão de ar (84) produz uma diferença de pressão de ar para o movimento controlado de sementes. O controlador (71) está em comunicação controlada com o aparelho de produção de diferencial de pressão de ar (84) para ajustar a diferença de pressão de ar do mesmo. O controlador (71) é configurado para selecionar a diferença de pressão de ar que depende da velocidade no solo da plantadeira (10).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a controles de pressão de ar usados no campo agrícola e, mais particularmente, em um sistema de controle de pressão de ar usado em plantadeiras.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As plantadeiras agrícolas são implementos comumente usados para plantar sementes no solo. Uma plantadeira agrícola pode incluir um chassi que porta um ou mais tanques de armazenamento que portam sementes, e aplicações químicas que devem ser aplicadas no campo durante a operação de plantação, um mecanismo de engate que se fixa em um trator ou outro implemento puxado por um trator, e uma barra de ferramenta para que a unidade de fileira possa ser conectada de modo que a mesma seja portada pelo chassi. A plantadeira também pode incluir um sistema pneumático portado pelo chassi que supre ar pressurizado para transportar as sementes ou outras partículas dos tanques de armazenamento até as unidades de fileiras.

[003] Cada unidade de fileira da plantadeira agrícola coloca de forma independente as sementes no campo. Tipicamente, as unidades de fileiras são lateralmente dispostas ao longo de um comprimento da barra de ferramenta de modo que, conforme a plantadeira for puxada através do campo, cada unidade de fileira plante sementes em intervalos predefinidos ao longo da trajetória que a mesma é puxada através do campo. Para plantar sementes, as unidades de fileiras realizam quatro operações principais conforme as mesmas são puxadas: abrir uma vala no solo; colocar uma semente na vala formada em intervalos apropriados; fechar a vala formada para por solo sobre a semente colocada; e acondicionar solo sobre da semente para fornecer contato de solo desejável com a semente colocada. Para abrir uma vala no solo, um sistema de disco de sulcagem, também chamado de um disco de abertura, corta no solo e gira, deslocando o solo à medida que o mesmo gira para formar a vala. Uma vez que a vala é aberta, uma semente é colocada na vala por um dispositivo de medição que recebe as sementes de um tanque(s) de armazenamento principal ou um tanque de armazenamento da unidade de fileira e utiliza, tipicamente, uma combinação de pressão de ar diferencial, para selecionar a semente, e gravidade para colocar a semente na vala em intervalos predefinidos ao longo da trajetória puxada, de modo que as sementes adjacentes na fileira não estejam tão perto umas das outras. Um ou mais discos de fechamento portados atrás dos discos de sulcagem são comprimidos no solo e, também, giram conforme uma plantadeira é puxada para substituir o solo deslocado pelos discos de sulcagem na vala ou deslocar o solo adjacente na vala para cobrir a semente colocada na vala com solo. Finalmente, uma roda de compressão portada atrás do(s) disco(s) de fechamento exerce pressão no solo que cobre a semente para comprimir o solo para baixo sobre a semente e fornecer um bom contato de solo com a semente. Pelo fato de ter múltiplas unidades de fileiras funcionando em harmonia conforme uma plantadeira é puxada através de um campo, muitas sementes podem ser eficazmente plantadas de uma maneira eficiente.

[004] A ventoinha de vácuo tem a rolo de chave no aparelho usado para plantar sementes em um campo. Dentre outras funções possíveis, esse é usado para criar uma pressão diferencial dentro de uma série de dispositivos de medição de sementes, o que resulta nas sementes aderindo em um disco de medição de modo que as mesmas possam ser precisa e consistentemente entregues através do mecanismo de plantadeira ao solo. Para esse propósito, a ventoinha tem, tipicamente, uma alta taxa de fluxo que se deve ao número de componentes de plantadeira. Na disposição da plantadeira, a ventoinha é acoplada à plantadeira que está atrás do operador de um trator usado para puxar ou sustentar o aparelho de plantação. A entrada ou lado de sucção da ventoinha é conectado aos mecanismos de medição de sementes. A velocidade rotacional da ventoinha é definida por uma seleção do operador e está, geralmente, na faixa de 3.000 a 5.000 RPM, dependendo da capacidade da ventoinha e do número de unidades de fileiras conectadas. A velocidade da ventoinha ou nível de vácuo, tendo sido selecionada, é mantida durante a operação de plantação até que o ponto de ajuste seja selecionado novamente pelo operador.

[005] Um problema relacionado à técnica anterior é que a velocidade da ventoinha ou o nível de vácuo selecionado pelo operador não é alterado, mesmo que a plantadeira mude as velocidades operacionais e execute voltas. Outro problema é que a força exigida para a transição de uma semente de uma posição estacionária para uma posição dinâmica aumenta conforme a velocidade do dispositivo de medição aumenta, proporcional à velocidade de deslocamento, e inversamente à medida que a velocidade de deslocamento diminui e isso não é compensado no estado da técnica.

[006] Consequentemente, o que é necessário na técnica é uma ventoinha de vácuo que seja responsiva a mudanças nas condições operacionais da plantadeira.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] A invenção busca fornecer um controle diferencial de pressão de ar sensível a mudanças nas velocidades de plantação e nos parâmetros de entrega de sementes.

[008] De uma forma, a invenção é direcionada a uma plantadeira agrícola que inclui um membro de armação, um sistema de transporte, um sistema de semeadura e um sistema de diferencial de pressão de ar. O sistema de transporte é acoplado ao membro de armação e o sistema de transporte permite a movimentação da plantadeira em uma velocidade no solo. O sistema de semeadura é acoplado ao membro de armação. O sistema de diferencial de pressão de ar é operacionalmente acoplado ao sistema de semeadura. O sistema de diferencial de pressão de ar inclui um aparelho de produção de diferencial de pressão de ar para produzir uma diferença de pressão de ar e um controlador. O controlador está em comunicação controlada com o aparelho de produção de diferencial de pressão de ar. O controlador é configurado para selecionar a diferença de pressão de ar que depende da velocidade no solo da plantadeira.

[009] De outra forma, a invenção é direcionada a um sistema de diferencial de pressão de ar para o uso em uma plantadeira agrícola, sendo que a plantadeira tem a capacidade de ser rebocada em uma velocidade no solo. O sistema de diferencial de pressão de ar inclui um aparelho de produção de diferencial de pressão de ar para produzir uma diferença de pressão de ar e um controlador. O controlador está em comunicação controlada com o aparelho de produção de diferencial de pressão de ar. O controlador é configurado para selecionar a diferença de pressão de ar que depende da velocidade no solo da plantadeira.

[010] De outra forma, a invenção é direcionada a um método de operação de um sistema de diferencial de pressão de ar de uma plantadeira agrícola. O método inclui as etapas de: detectar, sentir, selecionar e ajustar. A etapa de detecção detecta uma velocidade no solo da plantadeira. A etapa de sentir identifica uma diferença de pressão de ar gerada pelo sistema de diferencial de pressão de ar. A etapa de seleção seleciona um valor de diferencial de pressão de ar alvo que depende da velocidade no solo. A etapa de ajuste ajusta uma velocidade da ventoinha em um aparelho de produção de diferencial de pressão de ar para, desse modo, fazer com que a diferença de pressão de ar se aproxime do valor de diferencial de pressão de ar alvo.

[011] A presente invenção tem certas vantagens em que a medição de sementes se torna mais eficiente, resultando nos suportes de planta aprimorados.

[012] Outra vantagem da presente invenção inclui aumentar a robustez do sistema de plantação, permitindo que o mesmo estenda suas operações de velocidade no solo eficazes.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[013] As características e vantagens mencionadas acima e outras características e vantagens desta invenção, e a maneira de obtenção das mesmas, se tornarão mais evidentes e a invenção será mais bem compreendida por referência à seguinte descrição de uma realização da invenção, tomada em conjunto com os desenhos anexos, em que: - A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma plantadeira agrícola usando um sistema de diferencial de pressão de ar que tem uma realização de um sistema de controle da presente invenção; - A Figura 2 é uma vista esquemática do sistema de controle usado com a plantadeira da Figura 1; - A Figura 3 é um fluxograma que ilustra uma realização de um método de controle de vácuo realizado no controlador retratado na Figura 2; - A Figura 4 é um gráfico que mostra uma realização de uma curva operacional usada pelo método da Figura 3; e - A Figura 5 é um gráfico que mostra outra realização de uma curva operacional usada pelo método da Figura 3.

[014] Caracteres de referência correspondentes indicam partes correspondentes por todas as diversas vistas. A exemplificação definida no presente documento ilustra uma realização da invenção e tal exemplificação não deve ser interpretada de modo a limitar o escopo da invenção de maneira nenhuma.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[015] Referindo-se agora aos desenhos, e, mais particularmente, à Figura 1, é mostrada uma realização de uma plantadeira agrícola 10 de acordo com a presente invenção que geralmente inclui um chassi, que forma uma estrutura de sustentação para os componentes da plantadeira 10, que podem ser formados por um conjunto de engate 12 em uma dianteira da plantadeira 10 conectado a uma barra de ferramenta 14, rodas principais 16 portadas pelo chassi perto de uma traseira da plantadeira 10, um ou mais tanques de armazenamento 18, 20 e 22 que podem ser preenchidos com sementes ou outro material agrícola portado pelo chassi e uma pluralidade de unidades de fileiras 24 conectadas à barra de ferramenta 14 e dispostas lateralmente ao longo do comprimento da barra de ferramenta 14 de modo que as mesmas sejam portadas pelo chassi. O conjunto de engate 12 pode incluir um engate 26 configurado para ser conectado a um trator ou outro implemento agrícola (não mostrado), de modo que a plantadeira 10 possa ser puxada em uma direção para frente de deslocamento. O engate 26 pode ser integralmente formado com ou conectado a uma barra de engate 28 que é conectada à barra de ferramenta 14 por barras de escoramento 30 e um ou mais cilindros 32. Conforme pode ser observado, por toda a plantadeira 10 também pode ter várias linhas hidráulicas, pneumáticas e elétricas (não numeradas) para sustentar vários cilindros e sistemas que estão incluídos na plantadeira 10, tal como um sistema pneumático 34 conectado à barra de ferramenta 16 e um gerador elétrico 36 também conectado à barra de ferramenta 16. Um dispositivo de marcação 38 pode ser conectado a cada extremidade lateral da barra de ferramenta 14 e extensível de modo que um disco de marcação 40 do dispositivo de marcação 38 possa criar uma linha no solo conforme uma plantadeira 10 é puxada, o que ajuda o usuário no posicionamento da plantadeira 10 para criar fileiras subsequentes. Um conjunto de escada 42 pode ser montado na parte de trás da plantadeira 10 para permitir que um operador acesse os tanques de armazenamento 20, 22.

[016] Agora, referindo-se adicionalmente à Figura 2 é mostrada uma representação esquemática de um sistema de diferencial de pressão de ar 70 (por uma questão de clareza, referido no presente documento como um sistema de vácuo 70, embora um sistema de pressão positivo também seja aplicável), que tem um controlador 71, que interage com um sensor de posição de armação 72, um sensor de velocidade no solo 74 (que pode ser um GPS, um radar ou uma fonte de sinal de um veículo de reboque), um sensor de vácuo do sistema 76 e uma válvula de controle hidráulico 78. A válvula de controle hidráulico 78 altera o fluxo de fluido para um motor hidráulico 80 que aciona uma ventoinha de vácuo 82, que, em conjunto, podem ser considerados um aparelho de produção de vácuo 84. As informações de sensores 72, 74 e 76, respectivamente, deixam que o controlador 71 saiba a posição da armação, a velocidade no solo de plantadeira 10 e o nível de vácuo que o aparelho de produção de vácuo 84 está produzindo para os mecanismos semeadores da plantadeira 10.

[017] O controlador 71 também é acoplado a uma interface de usuário 86, que pode ser localizada na plantadeira 10 ou em cima de um veículo de reboque. A interface de usuário 86 permite que um operador insira informações para o controlador 71, tal como informações sobre o tipo de semente que é plantada e a seleção de perfis de vácuo para o controle do nível de vácuo que é suprido para as unidades semeadoras pelo aparelho de produção de vácuo 84.

[018] Agora, referindo-se adicionalmente à Figura 3, é mostrado um método 100 para o controle do nível de vácuo medido pelo sensor de vácuo 76, através do controle da velocidade de ventoinha 82. Na etapa 102, um operador faz seleções na interface de usuário 86 através da definição do tipo de cultura e níveis de vácuo e perfil a ser usados pela plantadeira 10 durante a operação de plantação. Os sistemas operacionais são ativados na etapa 104 para preparar a plantadeira 10 para a operação de plantação. Na etapa 106 o controlador 37 determina se o sistema de controle de vácuo 70 da presente invenção está ativado, se não, o método 100 segue para a etapa 116. Se o sistema de controle de vácuo 70 foi ativado, então, na etapa 108, o controlador 71 determina se o sensor de posição de armação 72 está indicando que a plantadeira 10 foi desacelerada com antecedência da operação de plantação, se não, então o método 100 segue para a etapa 116. Se a plantadeira foi desacelerada, então o controlador 71 determina se a velocidade no solo da plantadeira 10 excedeu uma velocidade no solo predeterminada (etapa 110), tal como 5 milhas por hora (8 km/h), se não, então o método 100 segue para a etapa 116.

[019] Agora, adicionalmente em referência às Figuras 4 e 5, são mostradas as curvas operacionais com níveis de vácuo retratados no eixo geométrico vertical e a velocidade no solo ao longo do eixo geométrico horizontal. Se a velocidade no solo da plantadeira 10 está acima do nível predeterminado (aproximadamente 4,83 km/h (3 milhas por hora) na Figura 4, e 8,05 km/h (5 milhas por hora) na Figura 5), então o nível de vácuo selecionado para a velocidade no solo indicada é alcançado pelo controlador 71 alterando o fluxo de fluido através da válvula 78 para alterar a velocidade de ventoinha 82 (etapa 82) de modo que o nível de vácuo selecionado seja alcançado. O nível de vácuo produzido pelo aparelho de produção de vácuo 84 pode estabilizar, uma vez que a velocidade no solo da plantadeira 10 atinja outro valor predeterminado de, por exemplo, 10 milhas por hora (16 km/h).

[020] A presente invenção pode usar uma mudança linear no vácuo conforme a velocidade no solo muda, conforme retratado na Figura 5, uma mudança não linear, conforme retratado na Figura 4 ou uma mudança linear em parte (não mostrada). Contempla-se que o ajuste de níveis de vácuo pode ser aperfeiçoado para alterar o nível pelas seções de unidades de fileiras, ou por cada unidade de fileira individualmente, talvez pelo uso de válvulas adicionais, não mostradas. Se a velocidade no solo permanece constante (etapa 114), então o método 100 retorna para a etapa 112.

[021] Na etapa 116, se a saída de sensor 76 é igual à definição de vácuo de base, então aquela definição é mantida na etapa 120 e o processo se repete amplamente, ao retornar para a etapa 106. Se a saída de sensor 76 indica que uma mudança está em ordem, então a válvula de controle hidráulico 78 é ajustada na etapa 118 para, desse modo, alterar o vácuo produzido pela ventoinha 82.

[022] A presente invenção aborda a questão de ajuste de uma força de ar de medidor de semente da plantadeira em relação a uma variável que opera a velocidade no solo de sistemas que dependem de ar para a entrega de sementes, tanto à base de vácuo quanto à base de pressão. Historicamente, as plantadeiras foram projetadas para operar eficazmente em uma banda estreita de faixas de velocidade. Devido a essa banda de velocidade operacional estreita, os ajustes de operador para os sistemas de medição de semente à base de ar, tanto à base de pressão quanto à base de vácuo, foram tipicamente realizados com pouca frequência e, então, tipicamente apenas se o disco de medição foi mudado ou se a semente que é plantada tivesse propriedades físicas significativamente diferentes em termos de tamanho, formato ou densidade.

[023] Os sistemas de medição de sementes têm a capacidade de plantar em altas velocidades e a integração de sensores 72-76 fornece retorno para fator de desempenho crítico, tal como qualidade de plantação de sementes, espaçamento de sementes, pressões de contato com o solo de unidades de fileira, qualidade de condução de medidor, permitindo a operação da plantadeira 10 sobre uma faixa operacional de velocidade no solo muito mais ampla à medida que atravessa o campo. Verificou-se que, na maioria dos casos, é exigido um nível de vácuo ou de pressão de ar proporcionalmente mais elevado em relação ao aumento de velocidade no solo para desempenho de medição de semente apropriado. Essa mudança está relacionada ao aumento na força exigida para fixar uma semente a um disco giratório à medida que o disco giratório aumenta em velocidade rotacional.

[024] No estado da técnica, um operador ajustaria o controle de fluxo hidráulico no trator ou mudaria uma definição de controle por meio de um dispositivo de interface montada na cabine. Para a maioria das plantadeiras modernas, essa invenção não exige uma mudança na construção conforme a maioria das plantadeiras que têm controles a bordo e os sensores necessários requisitados para implantar a presente invenção com os sistemas de ar que estão sendo discutidos. A área de mudança seria à base de software de controlador.

[025] Contempla-se, também, o uso de sensores/admissões que aprimoram adicionalmente o desempenho, tal como os valores de desempenho de entrega de sementes, e qualidade de condução da unidade de fileira. Os tipos de sementes variam em tamanho, formato, densidade e populações de plantio, portanto, a força incremental requisitada com a mudança de velocidade não poderia ser sempre a mesma. Como tal, o sistema pode saber qual tipo de cultura está sendo plantada. Esse valor é, tipicamente, um resultado de dados que o operador insere na unidade de monitor na cabine 86. O operador também pode inserir o valor alvo de força de ar recomendado com base no tipo de semente, tamanho de semente e velocidade no solo média esperada, que é, tipicamente, adquirida a partir do manual e da experiência do operador. Uma vez introduzida, o controlador a bordo 71 seleciona a curva de desempenho de velocidade no solo e força de ar (tal como aquelas representadas nas Figuras 4 e 5) a partir de uma tabela de configuração de software pré-definida para o tipo de cultura associada, que tem um valor mínimo e máximo para não exceder, independentemente da velocidade no solo.

[026] A interface de usuário de operador 86 oferece controle manual ou automático dessa função. Quando no modo manual, o operador teria que iniciar qualquer mudança associada às mudanças de velocidade no solo. Quando a presente invenção está sendo realizada no modo automático, o sistema procura o sinal de situação de trabalho de implemento. Se o sistema está fora de serviço, o último valor conhecido seria recuperado e usado. Se em serviço é detectado, o controlador 71 compara a velocidade no solo atual com o valor de força de ar atual e compara os valores para a curva de desempenho pré-definida. Se os valores não correspondem, o controlador 71 envia um sinal para ajustar o acionamento hidráulico através da alteração da válvula 78 para, desse modo, tanto para aumentar quanto diminuir a força de ar a fim de corresponder de modo aproximado os valores desejados. O sistema 70 continua a monitorar esse estado e faz quaisquer mudanças necessárias para corresponder às condições atuais.

[027] Em alguns casos e tipos de cultura, a curva de desempenho pré-definida pode não produzir o desempenho máximo. Uma melhoria do sistema 70 é também monitorar os valores de sensor de entrega de semente que estão relatando a fragmentação de semente e de múltiplas sementes, doravante no presente documento conhecidos como valores de desempenho de semente. O desempenho de medição de semente pode ser melhorado se os valores de desempenho de semente são conhecidos. Se os valores estão presentes, a operação está no modo automático, o controlador 71 ajusta a força de ar para a curva de desempenho e, então, checa os valores de desempenho de semente. Se os saltos de semente são elevados, indicando que a semente não é aderida ao disco de medição, a força de ar adicional seria fornecida até que o valor de salto de semente seja aceitável. Inversamente, se as múltiplas sementes são elevadas, indicando que mais que uma semente está sendo aderida às aberturas no disco de semente, a força de ar seria reduzida a partir de um valor de curva de desempenho até que múltiplos valores estivessem nos limites aceitáveis. As verificações estariam em andamento sempre que as máquinas estivessem no modo em serviço de operação.

[028] Embora esta invenção tenha sido descrita em relação a pelo menos uma realização, a presente invenção pode ser modificada adicionalmente dentro do escopo desta invenção. Este pedido, portanto, se destina a cobrir quaisquer variações, usos ou adaptações da invenção ao usar seus princípios gerais. Além disso, este pedido é destinado a cobrir tais desvios da presente invenção conforme abrangidos dentro da prática conhecida ou habitual na técnica à qual esta invenção pertence e que se encontram dentro dos limites das reivindicações anexas.

Claims (6)

1. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70) PARA O USO EM UMA PLANTADEIRA AGRÍCOLA (10), sendo que a plantadeira (10) tem a capacidade de se deslocar em uma velocidade no solo quando rebocada, sendo que o sistema de diferencial de pressão de ar (70) compreende: um aparelho de produção de diferencial de pressão de ar (84) para produzir uma diferença de pressão de ar; e um controlador (71) em comunicação controlada com o dito aparelho de produção de diferencial de pressão de ar (84), o dito controlador (71) sendo configurado para selecionar a diferença de pressão de ar que depende da velocidade no solo da plantadeira (10); caracterizado pelo fato de que o dito controlador (71) mantém a diferença de pressão de ar em um primeiro valor substancialmente constante até que a velocidade no solo exceda um primeiro valor predeterminado.

2. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito controlador (71) mantém a diferença de pressão de ar em um segundo valor substancialmente constante uma vez que a velocidade no solo exceda um segundo valor predeterminado.

3. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito controlador (71) ajusta a diferença de pressão de ar quando a velocidade no solo está entre o primeiro valor predeterminado e o segundo valor predeterminado.

4. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o controlador (71) ajusta a diferença de pressão de ar em uma taxa linear entre o primeiro valor e o segundo valor quando a velocidade no solo está entre o primeiro valor predeterminado e o segundo valor predeterminado.

5. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro valor é de aproximadamente 8,05 km/h (5 milhas por hora) e o segundo valor é de aproximadamente 16,9 km/h (10 milhas por hora).

6. SISTEMA DE DIFERENCIAL DE PRESSÃO DE AR (70), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o dito controlador (71) ajusta a diferença de pressão de ar em uma dentre uma taxa não linear e uma taxa linear por partes entre o dito primeiro valor e o dito segundo valor quando a velocidade no solo está entre o dito primeiro valor predeterminado e o dito segundo valor predeterminado.