BR112014003001B1

BR112014003001B1 - Sensor para medição de produção colhida por uma máquina de colheita

Info

Publication number: BR112014003001B1
Application number: BR112014003001-4A
Authority: BR
Inventors: Michael D. Strnad; Justin L. Koch
Original assignee: Precision Planting Llc
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2020-09-29
Also published as: US10527474B2; AU2020289729A1; US20200264025A1; AU2022201344B2; EP2742324A1; AU2020289729B2; CA2844298A1; UA115654C2; US10677628B2; US9506786B2; WO2013023142A1; AR090390A1; AU2012294255B2; US20220205824A1; AU2016204086B2; BR112014003001A2; EP2742324B1; EP2742324A4; AU2016204086A1; ZA201401086B

Abstract

aparelho, sistemas e métodos de monitoração de produtividade. a presente invenção refere-se a um aparelho, sistemas e métodos são proporcionados para monitoração de produtividade durante a colheita de grãos.

Description

ANTECEDENTES

[0001] A monitoração da produtividade ao vivo ou em tempo real durante a colheita da safra é conhecida na técnica. Um tipo de monitor de produtividade comercialmente disponível usa um sensor de fluxo de massa do tipo impacto, tal como aquele divulgado na patente dos Es-tados Unidos N° 5.343.761, que é aqui incorporada em sua totalidade através de referência. Embora esses monitores, em geral, sejam capazes de indicar a taxa relativa de fluxo de massa na combine (máquina combinada para ceifar e debulhar - ceifeira - debulhadora) durante a colheita, eles são conhecidos por serem substancialmente imprecisos. Como o interesse e o investimento do mercado em práticas agrícolas específicas do local (por exemplo, aplicações de plantio e de entrada de safra de taxa variável) tem aumentado, a necessidade para medições precisas da produtividade com localizações rastreadas por GPS tem se tornado mais significativa.

[0002] Como tal, há uma necessidade de aparelho, sistemas e métodos de medição, precisamente, de taxa de fluxo de massa de grãos durante a colheita.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0003] A FIG. 1 é uma vista em alçado lateral de uma combine convencional.

[0004] A FIG. 2 ilustra um elevador de grãos limpos convencional com uma pá de produtividade do tipo impacto convencional.

[0005] A FIG. 3 é uma vista ampliada da porção superior do alojamento de elevador de grãos da FIG. 2, ilustrando planos preferidos para remoção de uma porção do alojamento de elevador de grãos e abrir furos no alojamento de elevador para instalação de uma unidade sensora de produtividade.

[0006] A FIG. 4A ilustra a mesma porção do elevador de grãos limpos da FIG. 3 com uma modalidade da unidade sensora de produtividade instalada.

[0007] A FIG. 4B ilustra o grão à medida que ele está sendo lançado dos lances (flights) de elevador contra a unidade sensora de produtividade instalada.

[0008] A FIG. 5 é uma vista de topo em perspectiva da modalidade de unidade sensora de produtividade da FIG. 4A.

[0009] A FIG. 6 é uma vista em perspectiva de fundo da unidade sensora de produtividade da FIG. 5;

[00010] A FIG. 7A é uma vista em alçado frontal da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00011] A FIG. 7B é uma vista em alçado posterior da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00012] A FIG. 8A é uma vista de topo da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00013] A FIG. 8B é uma vista de fundo da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00014] A FIG. 9A é uma vista de topo parcial ampliada da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00015] A FIG. 9B é uma vista de fundo parcial ampliada da unidade sensora de produtividade da FIG. 5.

[00016] A FIG. 10 é uma vista seccional transversal parcial da unidade sensora de produtividade como visto ao longo das linhas 10-10 da FIG. 8B.

[00017] A FIG. 10 é uma vista seccional transversal parcial da unidade sensora de produtividade como visto ao longo das linhas 11-11 da FIG. 8A.

[00018] A FIG. 12 é uma vista parcial ampliada das áreas envoltas por um círculo na FIG. 11.

[00019] A FIG. 13 é uma vista seccional transversal da unidade sensora de produtividade ao longo das linhas 13 - 13 da FIG. 8A.

[00020] A FIG. 14 é uma vista ampliada da área envolta por um círculo da FIG. 13, ilustrando a deflexão da placa de sensor.

[00021] A FIG. 14B é uma vista ampliada da área envolta por um círculo da FIG. 14A.

[00022] A FIG. 15 ilustra esquematicamente um sistema de monitoração de produtividade.

[00023] A FIG. 16 ilustra uma modalidade de um processo para fabricação do alojamento de sensor de produtividade da FIG. 5.

[00024] A FIG. 17 ilustra uma modalidade de um processo para instalação da unidade sensora de produtividade da FIG. 5 em um alojamento de elevador de grãos limpos.

[00025] A FIG. 18 é uma vista posterior recortada de um alojamento de elevador de grãos limpos incorporando uma modalidade do sensor de altura de grãos.

[00026] A FIG. 19 ilustra uma modalidade de um processo para geração de um mapa de produtividade.

[00027] A FIG. 20 ilustra uma modalidade de um processo para ca- libração de um sensor de produtividade usando um sinal de sensor de altura de grãos.

[00028] A FIG. 21 ilustra uma vista em alçado lateral de uma porção superior de um elevador de grãos limpos com outra modalidade de uma unidade sensora de produtividade.

[00029] A FIG. 22A ilustra uma vista em alçado lateral de um elevador de grãos limpos com uma vista lateral de ainda outra modalidade de uma unidade sensora de produtividade.

[00030] A FIG. 22B é uma vista lateral ampliada da unidade sensora de produtividade da FIG. 22A

[00031] A FIG. 22C é outra vista lateral da unidade sensora de produtividade da FIG. 22A ilustrando perfis de velocidade de grão dentro de um alojamento de elevador de grãos limpos.

[00032] A FIG. 23 é um gráfico de um sinal de sensor de produtividade

[00033] A FIG. 24 ilustra um processo para a determinação da taxa de fluxo de massa, taxa de fluxo volumétrico e peso de teste de grão. DESCRIÇÃO

Combine convencional e sensor de produtividade

[00034] Fazendo referência aos desenhos, em que numerais de referência designam partes idênticas ou correspondentes por todas s diversas vistas, a FIG. 1 ilustra uma combine convencional 300. Em operação, à medida que o operador na cabine 312 aciona a combine 300 através do campo, a safra que estava sendo colhida é puxada através da cabeça 315 para o canal alimentador 316, onde o grão é separado do outro material vegetal colhido. O grão separado é levantado por um elevador de grãos limpos 30 antes de ser descarregado em uma área de coleta 318. O grão é, então, levantado da área de coleta 318 por um trado fonte 350 e é descarregado em um recipiente de armazenamento incorporado na combine, tal como um tanque de grãos 320. O grão, subsequentemente, é transportado por um trado em cruz 322 para um trado de descarga 330, que descarrega o grão em um carrinho de grãos, vagão, caminhão ou outro veículo para o transporte para posterior processamento ou armazenamento.

[00035] A FIG. 2 ilustra, esquematicamente, o elevador de grãos limpos 30 dentro do alojamento de elevador 20 da combine 300. O elevador 30 é acionado em torno de uma roda dentada superior 35-1 e uma roda dentada inferior 35-2. O elevador 30 inclui lances 32, que coletam grão de uma área inferior indicada, geralmente, pelo numeral de referência 14. Os lances 32 conduzem o grão até a altura do eleva- dor 30. À medida que os lances 32 giram além da roda dentada superior 35-1, o grão é lançado em direção à pá do tipo impacto 40, montada dentro do alojamento de elevador 20 na área designada, em geral, pelo numeral de referência 16. O grão bate na superfície da pá 40 antes de cair na área de coleta 318. A pá 40, em geral, é instrumentada (por exemplo, com medidores de tensão) para proporcionar um sinal relacionado com a força de impacto do grão. Esse sinal, então, é transmitido para um monitor de produtividade para processamento onde a força de impacto está correlacionada com a massa do grão que é mostrado para o operador, tipicamente em bushels por acre.

Aparelho sensor de produtividade, fabricação e instalação

[00036] A FIG. 5 é uma vista em perspectiva de uma modalidade de uma unidade sensora de produtividade 100, descrita em maiores detalhes mais tarde. Voltando às FIGS. 3 e 4A, a unidade sensora de produtividade 100, de preferência, é instalada na ou perto da extremidade de topo do elevador de grãos limpos por meio da remoção de uma seção do alojamento de elevador 20. Conforme ilustrado melhor na FIG. 3, um plano Pv se estende através do centro C da roda dentada superior 35-1 e através do centro da roda dentada inferior 35-2 (FIG. 2). A unidade sensora de produtividade 100 inclui uma virola de fixação traseira 140 que se estende para trás de um plano PI. A virola de fixação traseira 140, de preferência, inclui furos 149 (FIG. 5) alinhados ao longo de um plano A para recebimento de parafusos 142. A unidade sensora de produtividade 100 inclui uma virola de fixação dianteira 150 que se estende para frente do plano P2. A virola de fixação dianteira 150, de preferência, inclui furos 159 (FIG. 5) alinhados ao longo de um plano B para recebimento de parafusos 152. Saliências 162, de preferência, são dispostas abaixo de cada furo na virola de fixação dianteira 150. As virolas de fixação 140, 150 são ainda ilustradas nas FIGS. 7A e 7B, que ilustram a unidade sensora de produtividade 100 d da parte dianteira e da parte traseira, respectivamente.

[00037] A FIG. 17 ilustra um processo designado, em geral, pelo numeral de referência 1700 para instalação da unidade sensora de produtividade 100. Na etapa 1710, o operador, de preferência, corta uma abertura no alojamento de elevador 20 (por exemplo, usando um maçarico de acetileno) estendendo-se entre dois planos P2 e P1 (FIG. 3) estendendo-se através do alojamento de elevador para frente e para trás, respectivamente, do plano Pv. A abertura, de preferência, tem uma largura (na página na vista da figuraS) dimensionada para receber a unidade sensora de produtividade 100. O opera\dor, então, remove a porção 22 (FIG. 3) do alojamento 20 dentro da abertura. Na etapa 1720, o operador, de preferência, abaixa a unidade sensora de produtividade 100 na abertura. Na etapa 1730, o operador, de preferência, guia os parafusos 152 através dos furos na virola de fixação dianteira 150. Os parafusos 152 são, de preferência, auto-perfurantes. Na etapa 1740, o operador, de preferência, aciona os parafusos 152 no alojamento de elevador 20, assim, prendendo a virola de fixação dianteira 150 ao alojamento de elevador. Na etapa 1750, o operador, de preferência, guia os parafusos 142 através dos furos na virola de fixação traseira 140. Os parafusos 142, de preferência, são auto-perfurantes. Na etapa 1760, o operador, de preferência, aciona os parafusos 142 no alojamento de elevador 20, assim, prendendo a virola de fixação traseira 140 no alojamento de elevador. Deve ser apreciado que as etapas de processo 1700 podem ser realizadas do lado de fora do alojamento de elevador 20, de modo que não é requerido que o operador desmonte o alojamento de elevador para instalar a unidade sensora de produtividade 100.

[00038] Deve ser apreciado que a instalação da unidade sensora de produtividade 100 pode ser realizada por meio de processos modificados. Por exemplo, outras modalidades do alojamento de elevador 20, de preferência, são fabricadas com uma abertura para recebimento da unidade sensora de produtividadeWO, de modo que o corte de uma abertura no alojamento de elevador é desnecessário.

[00039] Voltando à FIG. 5, a unidade sensora de produtividade 100 é ilustrado de uma vista em perspectiva de topo. A unidade sensora de produtividade 100 inclui um alojamento de sensor 110. A unidade sensora de produtividade 100, de preferência, inclui sensores esquerdo e direito 200-1, 200-2, respectivamente. Uma tampa (não mostrada), de preferência, é montada, removivelmente, no alojamento de sensor 110 em uma extremidade superior do mesmo para proteção dos sensores 200. Os sensores 200 são montados no alojamento de sensor 110.

[00040] Os sensores 200 são montados em uma extremidade dianteira em uma placa de sensor 120. Fazendo referência à FIG. 6, que ilustra uma vista em perspectiva de fundo da unidade sensora de produtividade 100, a placa de sensor 120 tem uma superfície de sensor 122. A superfície de sensor 122 está disposta entre uma superfície de pré-sensor 112 e uma superfície de pós-sensor 132. A superfície de pré-sensor 112 e a superfície de pós-sensor 132. A superfície de pré- sensor 112 e a superfície de pós-sensor 132 compreendem superfícies inferiores do alojamento de sensor 110. Fazendo referência à FIG. 8B, uma largura Ws da superfície de sensor 122 é, de preferência, aproximadamente, metade da largura dos lances de elevador 32.

[00041] Fazendo referência à FIG. 13, as superfícies 112, 122, 132, de preferência, são concêntricas em torno do centro C da roda dentada superior 35-1. As superfícies 112, 122, 132, de preferência, têm raios iguais de curvatura. Os planos P e Q intersectam o centro da roda dentada superior 35-1 e uma extremidade dianteira 121 e uma extremidade traseira 123 (FIG. 14A), respectivamente, da superfície de sensor 122. O plano P, de preferência, é, aproximadamente, coplanar com o plano de elevador Pv (FIG. 3) de modo que uma extremidade dianteira 121 (FIG. 14A) da 122 está localizada próximo ao plano de elevador Pv. O plano de elevador Pv, de preferência, intersecta a superfície de sensor 122. Os planos P e Q definem um ângulo A. O ângulo A, de preferência, é pequeno o bastante para que a extremidade dianteira 121 e a extremidade traseira 123 da superfície 122 fiquem próximas do plano do plano de elevador Pv. O ângulo A, de preferência, é menor do que a medição radial máxima (medida em torno do ponto C) de cada pilha de grãos contíguos 50 deslizando ao longo da superfície de sensor 122 (por exemplo, pilha de grãos 50-4 na FIG. 4B) em taxas de fluxo operacionais (por exemplo, em uma taxa de fluxo de massa de grãos de 25 quilogramas por segundo). O ângulo A, de preferência, tem 15 graus.

[00042] Continuando a referência à FIG. 13, a superfície 112 se estende para trás até um plano de transição 148 que fica apoiado no alojamento de elevador 20. Deve ser apreciado que o plano de transição 149 é a localização em que qualquer grão que tenha sido lançado dos lances 32 contra o interior do alojamento de elevador 20 experimentará uma transição entre contatar o interior do alojamento de elevador e contatar a superfície de pré-sensor 112. Deve ser apreciado ainda que o fluxo de grão contra as superfícies podem experimentar uma perturbação, se o grão encontrar uma folga entre o plano de transição 148 e o alojamento de elevador 20 ou se a superfície de pré-sensor 112 não for coplanar com a superfície interior do alojamento de elevador. Deve ser apreciado ainda que essa perturbação é, então, reduzida, progressivamente à medida que o grão continua a circular contra a superfície 112. O plano O representa uma posição angular no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio do que essa perturbação será suficientemente reduzida antes do plano P, de modo que a perturbação não tem impacto significativo sobre o sinal gerado pelos sensores 200. O plano N represente um plano contrário ao dos ponteiros do relógio do qual grão não é lançado contra a superfície interior do alojamento de elevador 20 (ou a superfície de pré-sensor 112) em taxas de fluxo esperadas. O plano de transição 148, de preferência, no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio do plano O. O plano de transição 148, de preferência, tem o sentido contrário ao dos ponteiros do relógio do plano N. O plano de transição 148, de preferência, é contrário ao dos ponteiros do relógio do plano O. O plano de transição 148, de preferência, são 45 graus contrários ao dos ponteiros do relógio da extremidade traseira 123 (FIG. 14A) da superfície de sensor 122.

[00043] A FIG. 16 ilustra um processo designado, em geral, pelo numeral de referência 1600 para fabricação do alojamento de sensor 110 e da placa de sensor 120. Na etapa 1619, o alojamento de sensor 110 e a placa de sensor 120 são feitos, de preferência, de ferro fundi-do dúctil como uma fundição integral. Na etapa 1620, a superfície inferior da fundição integral é tratada, de preferência, para aperfeiçoar as propriedades do material da superfície exposta ao fluxo de grão em operação, Por exemplo, um processo de pulverização térmica, tal como revestimento de óxi-combustível de alta velocidade (HVOF) de carboneto de tungsténio, de preferência, é aplicado para aperfeiçoar a resistência da superfície inferior ao desgaste resultante do fluxo de grão. Na etapa 1630, a placa de sensor 120 é cortada do alojamento de sensor 110. Deve ser apreciado que, à luz da presente exposição, a fundição e o tratamento da placa de sensor 120 junto com o alojamento de sensor 110 resulta em propriedades de desgaste similares das superfícies 112, 122, 132 (FIG. 6).

[00044] Fazendo referência às FIGS. 8A e 8B, a unidade sensora de produtividade 100 é ilustrada em vistas de topo e de fundo, respectivamente. Voltando às FIGS. 9A e 9B, a unidade sensora de produtividade é ilustrada, igualmente de vistas de topo e de fundo, respectivamente e ampliadas para ilustrar melhor uma pequena folga 126, de preferência, disposta entre a placa de sensor 120 o alojamento de sensor 110. A folga 126, de preferência, é menor do que a largura mínima do grão a ser colhido (por exemplo, menor do que 5 centésimos de uma polegada) com a combine 300 de modo que o grão é substancialmente excluído de entrar na folga 126. Adicionalmente, a folga 126 é, de preferência, vedada com gel elástico (não mostrado) tal como um gel dielétrico resistente, disponível de Dow Corning, em Midland, Michigan.

Aparelho sensor

[00045] Os sensores 200 está ilustrados em detalhes nas FIGS. 10 - 12. Fazendo referência às FIGS. 10 e 11, cada sensor 200, de preferência,, inclui um suporte de painel 210 montado no suporte de painel 210. O painel de circuito impresso 230, de preferência, inclui um sen-sor de efeito Hall 232 em comunicação elétrica com um circuito de processamento para recebimento de um sinal do sensor de efeito Hall. Em outras modalidades, o sensor de efeito Hall 232 é substituído com outros tipos de sensores de deslocamento como são conhecidos na técnica. Uma mola superior 212 é montada, de preferência, em uma extremidade traseira, no suporte de painel 210. Uma mola inferior 214 é montada, de preferência, em uma extremidade traseira no suporte de painel 210. A mola superior 212 é montada, de preferência, em uma extremidade dianteira em um suporte de ímã superior 222. A mola inferior 214 é montada, de preferência, em uma extremidade dianteira em um suporte de ímã inferior 224. A mola 212 e a mola 214, de preferência, são substancialmente paralelas. Deve ser apreciado que as molas 212, 214 compreendem uma disposição paralela de braço de suporte para suportar a placa de sensor 120. As molas 212 de cada sensor 200, de preferência, são substancialmente coplanares. Igualmente, as molas 214 de cada sensor 200 são, de preferência, substancialmente coplanares. Um ímã superior 242, de preferência, é montado no suporte de ímã superior 222. Um ímã inferior 244 é montado, de preferência, no suporte de ímã inferior 224. Conforme melhor ilustrado na FIG. 11. As molas 212, 214 e o suporte de painel 210 são montados, de preferência, no alojamento de sensor 110 por meio de parafusos rosqueados no alojamento de sensor. As molas 212, 214 e os suportes de ímã 222, 224, de preferência, são montados na placa de sensor 120 por parafusos rosqueados na placa de sensor.

[00046] Conforme ilustrado na FIG. 12, os ímãs 242, 244 têm polos semelhantes 252, 254, respectivamente, os quais, de preferência, faceiam um ao outro. Os ímãs 242, 244, de preferência, têm tamanho e resistência substancialmente equivalentes, de modo que o campo magnético é, aproximadamente, ao longo de um plano Pm equidistante dos ímãs 242, 244. O plano Pm, de preferência, intersecta o sensor de efeito Hall 232 quando a placa de sensor 120 não está sendo defle- tida para cima pelo fluxo de grão.

Operação

[00047] Em operação, conforme ilustrado melhor na FIG. 4B, o elevador de grãos limpos 30 coleta pilhas de grãos individuais 50 perto de uma extremidade inferior e lança as pilhas de grãos para a frente. À medida que as pilhas de grãos 50 se deslocam em torno em torno do topo do transportador, eles se deslocam radialmente para fora da roda dentada superior 35-1 e deslizam ao longo da unidade sensora de produtividade 100.

[00048] A FIG. 4B ainda ilustra a forma aproximada das pilhas de grãos 50 em diversos estágios enquanto pilhas de grãos são conduzidas em torno da extremidade superior do elevador 30. As pilhas de grãos 50-1 d 50-2 se apoiam nos lances 32. A pilha de grãos 50-3 começou a se deslocar em torno do topo do elevador 30 e foram parcialmente deformadas em um modo radialmente para fora pela aceleração centrífuga.

[00049] Em uma região no sentido dos ponteiros do relógio do plano Pv, pilhas de graus, tais como a pilha de grãos 50-4 foram ainda deformadas e transformadas, de modo que elas foram liberadas do lance 32 e deslizam ao longo da unidade sensora de produtividade 100. Desse modo, a extremidade dianteira 121 (FIG. 14A) da superfície de sensor 122 está localizada, de preferência, próximo ao plano de elevador Pv.

[00050] Em uma região angularmente no sentido dos ponteiros do relógio de um plano R intersectando o centro C da roda dentada 35-1, a pilha de grãos 50-5 começa a perder sua forma contígua enquanto o grão é disperso. Desse modo (como visto melhor na FIG. 13, o plano Q, denotando a extremidade dianteira 121 (FIG. 14A) da superfície de sensor 122 é, de preferência, contrário ao dos ponteiros de relógio do plano R de modo que o grão passando ao longo da superfície de sensor 122 tem uma forma contígua.

[00051] Deve ser apreciado que o fluxo de grão através das superfícies 112, 122, 132 exerce forças radialmente para fora contra aquelas superfícies. As superfícies 112, 132 são substancialmente não de- fletidas por essas forças. Contudo, conforme melhor ilustrado nas FIGS. 14A, que é uma vista ampliada da área envolta por um círculo da FIG. 13 e 14B, que é uma vista ampliada da área envolta por um círculo da FIG. 14A, a superfície 122 é defletida ligeiramente para cima por uma distância d de uma posição não defletida (indicada pelo nu-meral de referência 122-1) e sua posição defletida. Deve ser apreciado também que a deflexão da superfície 122 resulta de translação de toda a placa de sensor 120, porque a placa de sensor, de preferência, compreende uma fundição de aço sólida, a superfície 122 é suficientemente resistente e dura de modo que a própria superfície 122 não é substancialmente deformada pelo contato com o grão que passa. Além disso, devido à disposição em paralelo de 212, 214, a deflexão da superfície 122 é, de preferência, substancialmente pela simples translação (isto é, substancialmente, sem rotação), de modo que cada ponto ao longo da superfície 122 é defletido para cima por, substancialmente, a mesma distância. A deflexão máxima D da pá é, de preferência, aproximadamente, 5 milésimos de polegada. Deve ser apreciado que a deflexão ilustrada D é exagerada nas FIGS. 14A e 14B para fins ilustrativos. Adicionalmente, a posição não defletida da extremidade dianteira 121 da superfície 122 é, de preferência, maior do que uma extremidade traseira da superfície 112 por uma distância muito pequena (por exemplo, menos do que 10 milésimos de polegada) para assegurar que o grão não enfrentará uma superfície horizontal quando da movimentação da extremidade traseira da superfície 112 para a superfície de sensor 122. Similarmente, conforme ilustrado na FIG. 14A, a posição completamente defletida da extremidade traseira 123 de superfície 122 é, de preferência, menor do que a extremidade dianteira da superfície 132 por uma distância muito pequena (por exemplo, menos do que 10 milésimos de polegada) para assegurar que o grão não encontra uma superfície horizontal quando se movendo da extremidade traseira 123 da superfície 122 para a superfície de sensor 132, mesmo quando a superfície 122 está completamente defletida para cima. Deve ser apreciado que a posição da superfície 132 em relação à superfície 122 é exagerada na FIG. 14A para fins ilustrativos.

[00052] Devido ao tamanho, de preferência, pequeno da folga 126 (FIG. 11), o deslocamento para cima de preferência pequeno da superfície 122 (FIG. 14A) da deflexão, de preferência, pequena da superfície 122 em operação e ao curvatura de preferência, comum das superfícies 112 e 122 (visto melhor na FIG. 13), as superfícies 112 e 122, de preferência, compreendem uma superfície quase contínua e, de preferência, permitem o fluxo de grão substancialmente continuo através de ambas as superfícies durante a operação. Similarmente, devido ao tamanho de preferência, pequeno da folga 126 (FIG. 11), o deslocamento para cima de preferência, pequeno da superfície 132 em relação à superfície 122 em ambas as posições, defletida e não defleti- da, da superfície 122 (FIG. 14A), a deflexão substancialmente pequena da superfície 122 em operação e a curvatura de preferência, comum das superfícies 122 e 132 (visto melhor na FIG. 13), as superfícies 122 e 132, de preferência, compreendem uma superfície quase contínua e, de preferência, permitem o fluxo de grão substancialmente contínuo através de ambas as superfícies durante a operação. Desse modo, deve ser apreciado que as superfícies 112, 122 e 132, de prefe-rência, compreendem uma superfície quase contínua e, de preferência, permitem um fluxo de grão substancialmente contínuo através de todas as três superfícies durante a operação.

[00053] Voltando à FIG. 11, a deflexão para cima D é permitida pela deformação das molas 212, 214 do sensor 200. A fim de permitir apenas uma deformação máxima muito pequena D da superfície 122, a taxa de mola efetiva das molas 212, 214 é, de preferência, aproxima-damente, 20 libras por duas centenas de uma polegada. A frequência natural da unidade sensora de produtividade 100 é, de preferência, maior do que dez vezes a frequência máxima em que as pilhas de grãos 50 contatam a superfície de sensor 112. A frequência natural da unidade sensora de produtividade 100 é, de preferência, aproximadamente, 400 hertz.

[00054] Retornando à FIG. 12, à medida que a placa de sensor 120 é defletida para cima, os ímãs 242, 244 se defletem para cima, de modo que o sensor de efeito Hall 232 é exposto a um campo magnético mais forte. Desse modo, à medida que a deflexão da placa de sensor 120 aumenta, um sinal gerado pelo sensor de efeito Hall 232 aumenta. Deve ser apreciado que, como o plano Pm, representando o campo magnético zero (conforme discutido aqui em outra parte com relação à FIG. 12) intersecta o sensor de efeito Hall 232 no estado não defletido, o sinal gerado elo 232 muda de quase zero para um valor não zero mediante a deflexão da placa de sensor 120. Isso resulta em pulsos mais claramente delineados no sinal, tornando o sinal mais condutivo para processamento.

Sistemas de medição de produtividade.

[00055] Um sistema de medição de produtividade 400 é ilustrado na FIG. 15 com relação a combine 300. O sistema de medição de produtividade 400, de preferência, inclui uma unidade sensora de produtividade 100. Conforme discutido aqui em outra parte, a unidade sensora de produtividade 100, de preferência, é montada no alojamento de elevador de grãos limpos acima do elevador de grãos limpos. O sistema de medição de produtividade 400, de preferência, ainda inclui um sensor de altura de grãos 410, um sensor de umidade 420, um receptor de posicionamento global 430, uma interface gráfica de usuário 440 e um painel de processamento 450.

[00056] O sensor de altura de grãos 410, de preferência, compreende um sensor configurado e disposto para medir a altura do grão que está sendo levantado pelo elevador de grãos limpos. O sensor de altura de grãos 410, de preferência, é montado nos lados do alojamento de elevador de grãos limpos 20 adjacente à localização onde pilhas de grãos 50 são levantadas verticalmente antes de alcançarem o topo do elevador de grãos limpos 30. O sensor de altura de grãos, de preferência, é disposto abaixo do centro C da roda dentada superior 35-1, de modo que as pilhas de grãos 50 não foram deformadas pelo giro dos lances 32 em torno da roda dentada superior 35-1. Em uma modalidade, conforme ilustrado na FIG. 18, o sensor de altura de grãos 410, de preferência, compreende um transmissor óptico 412 configurado para emitir um feixe 416 em direção a um receptor 414 disposto oposto às pilhas de grãos 50 que passam. O receptor 414, de preferência, está em comunicação elétrica com o painel de processamento 450. Em algumas modalidades, o sensor de altura de grãos 410 pode com- preender um sensor de altura de grãos comercialmente disponível, tal como aquele usado no Monitor de Produtividade 8000, disponível de Loup Electronics, em Lincoln, Nebraska. Deve ser apreciado que o sensor de altura de grãos 410 não é necessário para operação do sistema de medição de produtividade 400 ou da unidade sensora de pro-dutividade 410.

[00057] O sensor de umidade 420, de preferência, compreende um sensor disposto para medir a umidade do grão que está sendo levantado pelo elevador de grãos limpos 30. Por exemplo, em algumas modalidades, o sensor de umidade 420 compreende um sensor de umidade capacitivo, tal como aquele divulgado na patente dos Estados Unidos N° 6.285.198, a exposição da qual é aqui incorporada através de referência em sua totalidade. O sensor de umidade 420, de preferência, é montado no lado do alojamento de elevador de grãos limpos 20, adjacente à localização onde as pilhas de grãos 50 são levantadas verticalmente antes de alcançarem o topo do elevador de grãos limpos 30. O sensor de umidade 420, de preferência, está em comunicação elétrica com o painel de processamento 450.

[00058] O receptor de posicionamento global 430, de preferência, compreende um receptor configurado para receber um sinal do sistema de posicionamento global (GPS) ou sistema de referência geográfica similar. O receptor de posicionamento global 430, de preferência, é montado no topo da combine 300. O receptor de posicionamento global 430 está em comunicação elétrica com o painel de processamento 450.

[00059] O painel de processamento 450, de preferência, compreende uma unidade central de processamento (CPU) e uma memória para processamento e armazenamento de sinais dos componentes de sistema 410, 420, 100, 430 e transmissão de dados para a interface gráfica de usuário 440.

[00060] A interface gráfica de usuário 440, de preferência, compreende uma unidade central de processamento (CPU), uma memória e interface interativa de exibição, operável para aceitar instruções e dados do operador. A interface gráfica de usuário 440, de preferência, é montada no interior da cabine 312 da combine 300. A interface gráfica de usuário 440, de preferência, está em comunicação elétrica com o painel de processamento 450.

Métodos de mapeamento de produtividade

[00061] A FIG. 19 ilustra um método designado, em geral, pelo numeral de referência 1900 para gerar um mapa de produtividade usando o sistema de medição de produtividade 400. Na etapa 1910, a unidade sensora de produtividade 100 gera um sinal de monitor de produtividade, que, de preferência, é registrado e tem o carimbo de tempo pelo painel de monitor de produtividade 450. Na etapa 1915, o receptor de posicionamento global 430 (ou um sensor de velocidade, tal como um sensor de efeito Hall montado em eixo, como é conhecido na técnica) de preferência, relata a velocidade de colheita da combine 300 para o painel de monitor de produtividade 450, que, de preferência, registra e põe o carimbo de tempo nos dados de velocidade. Na etapa 1920, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, calcula a produtividade do local, por exemplo, através de cálculo da taxa de fluxo de massa do grão e derivando a produtividade do local da taxa de fluxo de massa de grão usando, por exemplo, a velocidade da combine 300 e a largura da cabeça 315. Na etapa 1930, o receptor de posicionamento global 430, de preferência, relata os dados de posição (por exemplo, as coordenadas de posicionamento global) correspondentes à posição da combine 300 para o painel de monitor de produtividade 450, que, de preferência, registra e faz o carimbo de tempo para os dados de posição. Na etapa 1940, o sensor de umidade 420, de preferência, relata a umidade de grão corrente para o painel de monitor de produtividade 450, que, de preferência, calcula uma produtividade de local corrigida com base na umidade de grão. Na etapa 1945, o painel de monitor de produtividade 420, de preferência, associa posições registradas com produtividades de local corrigidas, registradas em tempo correspondente. Na etapa 1950, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, relata a produtividade do local e a localização correspondente para a interface gráfica de usuário 440 e a interface gráfica de usuário 440 gera um mapa incluindo uma representação gráfica da produtividade de local corrigida na localização.

Métodos de calibração de monitor de produtividade

[00062] A FIG. 20 ilustra um processo designado, em geral, pelo numeral de referência 2000 para calibrar um sensor de produtividade com o sensor de altura de grãos 410. Na etapa 2010, o 410 gera um sinal relacionado com a quantidade de grãos nos lances 32, sinal que é, de preferência, registrado pelo painel de monitor de produtividade 450. Em outras modalidades, a etapa 2010 é realizada usando outro sensor configurado para medir a quantidade de grãos que estão sendo processados pela combine 300. Na etapa 2020, a unidade sensora de produtividade 100 gera um sinal de monitor de produtividade relacionado com a força do grão contra uma superfície sensora, sinal que é, de preferência, registrado pelo painel de monitor de produtividade 450. Em algumas modalidades, a etapa 2020 é realizada usando uma unidade sensora de produtividade, tal como uma unidade sensora de produtividade 100. Em outras modalidades, a etapa 2020 é realizada usando uma pá sensora de produtividade do tipo impacto (por exemplo, a pá de produtividade do tipo impacto 40, ilustrada na FIG. 2). Na etapa 2030, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, aplica um deslocamento de tempo ao sinal de monitor de produtividade ou ao sinal de altura de grãos correspondente ao tempo entre as medições do sensor de altura de grãos e da unidade sensora de pro- dutividade. Na etapa 2040, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, compara uma característica do sinal de sensor de pro-dutividade com a mesma característica do sinal de altura de grãos (por exemplo, comparando a soma do sinal de sensor de produtividade com a soma do sinal de altura de grãos através de períodos correspondentes). Na etapa 2050, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, determina um fator de correção com base na comparação (por exemplo, pela divisão da soma do sinal de altura de grãos pela soma do sinal de sensor de produtividade através de períodos correspondentes). Na etapa 2060, o painel de monitor de produtividade 450, de preferência, aplica o fator de correção ao sinal de sensor de produtividade (por exemplo, pela multiplicação do fator de correção pelo sinal de sensor de produtividade) e relata o sinal de sensor de produtividade corrigido para a interface gráfica de usuário 440.

Métodos de medição de taxa de fluxo volumétrico e peso de teste

[00063] Os sistemas de medição de produtividade aqui divulgados, de preferência, são configurados para determinar a taxa de fluxo volumétrico de grãos através do elevador de grãos limpos 30 com base no sinal gerado pelo sensor de produtividade durante operações de colheita.

[00064] Voltando à FIG. 23, um gráfico representativo 2300 ilustra um sinal 2310 gerado pelo sensor de produtividade enquanto pilhas de grãos 50 batem na superfície do sensor. Uma tensão de base Vb representa o sinal emitido quando nenhum grão contata a superfície do sensor. Um valor médio do sinal através do tempo é representado pela tensão média Vave. Um período Tp do sinal pode ser medido pela medição do retardo de tempo entre os primeiros cruzamentos da tensão média Vave. Uma largura de pulso Pw do sinal pode ser medida pela medição do retardo de tempo entre os primeiros e os segundos cruzamentos da tensão medida Vave. Deve ser apreciado à luz da presente exposição que, como as pilhas de grãos em cada flight são comprimidas em uma forma contígua substancialmente distinta contra o sensor de produtividade, o sinal 2310 inclui pulsos distintos tendo largura de pulso mensurável Pw. A largura de pulso Pw está relacionada com a taxa de fluxo volumétrico do grão.

[00065] Voltando à FIG. 24, um processo 2400 para determinar a taxa de fluxo de massa, a taxa de fluxo volumétrico e o peso de teste é ilustrado. Na etapa 2405, um grão é comprimido em uma forma distinta (por exemplo, como ilustrado na FIG. 4B) através da mudança de sua direção ao longo de uma superfície (por exemplo, a superfície interna do alojamento 20 e a superfície de sensor 122). Na etapa 2410, a etapa da etapa 2405 é repetida em intervalos espaçados, distintos. Na etapa 2415, a força do grão na superfície é medida através de um período de amostragem, resultando em um sinal, tal como o sinal 2310 na FIG. 23. Na etapa 2417, a velocidade operacional do transportador 30, de preferência, é determinada por um sensor separado, tal como um codificador de eixo, ou calculando c mesma com base no período Tp do sinal, que está inversamente relacionado com a velocidade do transportador. Na etapa 2420, as forças do grão são integradas ou somada durante o período de amostragem por meio da multiplicação da soma da tensão V por uma constante empírica k1 relacionando a tensão com a taxa de fluxo de massa. Na etapa 2425, a taxa de fluxo de massa m do grão é determinada pela divisão da soma das forças de grão durante o período de amostragem pela divisão da soma das forças de grão através do período de amostragem pela duração T do período de amostragem, por exemplo, usando a relação:

Onde: k2 é um deslocamento empírico

[00066] Na etapa 2427, a medição da taxa de fluxo de massa obtida na etapa 2425, de preferência, é corrigida pela comparação da velocidade do transportador com uma velocidade de referência e aplicando um fator de correção relacionado com a referida comparação. Na etapa 2430, a taxa de fluxo de massa de grãos, de preferência, é visualizada na interface gráfica de usuário 440. Na etapa 2435, a largura de pulso Pw do sinal, de preferência, é medida. Na etapa 2440, a taxa de fluxo volumétrico ré calculada, de preferência, com base na largura de pulso Pw, usando a seguinte relação:

Onde: k3 e k4 são multiplicador e deslocamento empíricos, respectivamente.

[00067] Na etapa 2445, um peso de teste do grão é determinado, de preferência, pela divisão da taxa de fluxo de massa do grão pela taxa de fluxo volumétrico e realizando quaisquer operações matemáticas necessárias para chegar em um peso de teste padronizado. Deve ser apreciado que o peso de teste padrão (por exemplo, de milho) é o peso em libras de um bushel (1,244 pés cúbicos) de colheita. Na etapa 24 50. O peso de teste é exibido, de preferência, para o operador no monitor.

Modalidades alternativas de sensor de produtividade

[00068] A FIG. 21 ilustra um sensor de produtividade alternativo 2195. O sensor de produtividade 2195 inclui uma folha deformável 2110 tendo uma extremidade fixa montada no alojamento 20 acima do ápice do elevador 30 e uma extremidade livre disposta a jusante da extremidade fixa ao longo da direção de deslocamento do grão. A folha deformável 2110 é dotada de instrumentação 2129 (por exemplo, medidores de tensão ou transdutor de pressão) em comunicação elétrica com um monitor de produtividade. A instrumentação 2120, de preferência, é montada em um lado superior da folha 2110. Em operação, sucessivas camadas de grãos passam ao longo da superfície da folha deformável 2110, de modo que a extremidade livre da folha deformá- vel é defletida para cima por forças centrífugas transmitidas para o grão pelo elevador 30.

[00069] A FIG. 22 ilustra outro sensor de produtividade alternativo 2200, localizado em uma localização preferida acima do ápice do elevador 30. Voltando à FIG. 22B o sensor de produtividade 2200 inclui uma braçadeira de montagem 2220 montada em um lado superior do alojamento 20. O sensor de produtividade 2200 inclui um corpo de sensor 2210 que se estende através de uma abertura na braçadeira de montagem 2220 e através de uma abertura proporcionada no alojamento 12, de modo que uma face de sensor 2250 do corpo de sensor 2210 é alinhada, pelo menos parcialmente, com uma superfície interna do alojamento 20. A superfície de sensor 2250, de preferência, desce ao longo da direção de deslocamento do grão. A superfície de sensor 2250, de preferência, é arqueada. Em algumas modalidades, a superfície de sensor 2250 tem uma curvatura substancialmente igual àquela da superfície interna do alojamento 20 em uma localização adjacente à superfície de sensor 130 (à esquerda ao longo da vista da FIG. 22B).

[00070] Continuando a referência à FIG. 22B, o corpo de sensor 2210 inclui uma porção superior 2218 acoplada a uma torre estacionária 116 por braços de deslocamento superior e inferior 2214, 2212. O braço de deslocamento inferior 2212, de preferência, é uma folha fina de metal (por exemplo, tendo uma espessura entre 0,01 polegadas e 0,02 polegadas) e é montado em uma primeira extremidade na torre estacionária 115 e montado em uma segunda porção superior 2218 do corpo de sensor 110. O braço de deslocamento superior 2214, de preferência, é mais espesso do que o braço de deslocamento inferior 2212. Os medidores de tensão superior e inferior 2230-1, 2230-2 são montados, de preferência, em superfícies superior e inferior, respectivamente, do braço de deslocamento superior 2214. Os medidores de tensão 2230-1, 2230-2, de preferência, estão em comunicação elétrica com uma interface gráfica de usuário, localizada na cabina da combine. A torre estacionária 116 é montada na braçadeira de montagem 2220. Em operação, camadas sequenciais de grãos passam através da superfície de sensor 2250, deslocando o corpo de sensor 2210 para cima e imponto tensão sobre os medidores de tensão 2230-1, 2230- 2, de modo que um sinal gerado pelos medidores de tensão está relacionado com a translação para cima do corpo de sensor.

[00071] Voltando à FIG. 22C, perfis de velocidade 2272 de seções transversais de pilhas de grãos 50 variam entre diversas zonas 2270. Na zona 2270-1, a velocidade do grão é substancialmente uniforme e superfície vertical. Na zona 2270-2, a magnitude da velocidade de grão, bem como a magnitude relativa do componente vertical de velocidade de grão, aumentam com a distância do transportador 20. Na zona 2270-3, a magnitude da velocidade de grão ainda aumenta com a distância do transportador 20, mas o grão dentro da zona 2270-3, de preferência, tem uma velocidade substancialmente paralela à superfí-cie do sensor. Na zona 2270-4, a velocidade do grau é inconsistente em magnitude e em direção. A superfície de sensor 2250 do sensor de produtividade 2200, de preferência, é disposta para contatar grão na zona 2270-3. Deve ser apreciado que, em operação do sensor de produtividade 100 divulgado aqui antes, o grão contata a superfície de sensor 122 na zona 2270-3, de modo que a velocidade do grão imediatamente antes de contatar com a superfície de sensor 122 é substancialmente paralela à superfície do sensor; a velocidade das pilhas de grãos 50, de preferência, também é substancialmente paralela à superfície de sensor 122, enquanto em uma porção da pilha de grãos está em contato com a superfície de sensor. Desse modo, a força imposta pelo grão contatando a superfície de sensor no sensor de produtividade 100 e o sensor de produtividade 2200, de preferência, é com- preendida, substancialmente de força centrífuga, em lugar de força de impacto.

[00072] A descrição precedente é apresentada para permitir que alguém de habilidade comum na técnica faça e use a invenção e é proporcionada no contexto de um pedido de patente e suas exigências. Várias modificações na modalidade preferida do aparelho e dos princípios gerais e recursos do sistema e métodos descritos aqui serão prontamente evidentes para aqueles de habilidade na técnica. Assim, a presente invenção não deve estar limitada às modalidades do aparelho, sistema e métodos descritas acima e ilustradas nas FIGS, do desenho, mas de estar de acordo com o escopo mais amplo consistente com o espírito e o escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Sensor (100) para medição de produção colhida por uma máquina de colheita (300) tendo um elevador de grãos limpos (30) com lances de elevador (32) conduzindo grãos, entre uma roda dentada superior (35-1) e uma roda dentada inferior (35-2) disposta dentro de uma alojamento de elevador (20), em que os lances de elevador (32) jogam o grão em direção ao sensor (100), a roda dentada superior (35-1) e a roda dentada inferior (35-2) definindo um plano de elevador (Pv), o sensor (100) compreende: uma superfície de sensor (122) disposta acima da roda dentada superior (35-1), caracterizado pelo fato de que: a referida superfície de sensor (122) tem uma superfície de arrasto e uma superfície de guia, em que o grão que contata a referida superfície de sensor (122) tem um componente de velocidade transla- tiva substancialmente paralela à superfície de sensor (122) imediatamente antes de contatar a superfície de sensor (122); e em que o grão contata a referida superfície de guia antes de contatar a referida superfície de arrasto; em que a referida superfície de sensor (122) permanece em uma primeira posição quando nenhuma força de grão atua sobre a referida superfície de sensor (122); em que quando uma força de grão age na referida superfície de guia, a referida superfície de guia translaciona para cima em uma movimento traslacional para uma segunda posição com relação ao elevador de grãos limpos (30); em que a superfície de arrasto e a referida superfície de guia são equidistantes da roda dentada superior (35-1) na referida primeira posição; e em que a superfície de arrasto translaciona para cima em um movimento translacional ao longo de uma direção normal ao referi-do componente de velocidade de transição na referida segunda posi-ção.

2. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida superfície de arrasto e a referida superfície de guia estando localizadas adjacentes ao plano de elevador (Pv).

3. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a superfície de sensor (122) é disposta dentro de um furo no alojamento de elevador (20) do elevador de grãos limpos (30).

4. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que ainda inclui: um alojamento de sensor (100) suportando resilientemente a referida superfície de sensor (122), em que o referido alojamento de sensor (110) é disposto dentro do referido furo no referido alojamento de elevador (20).

5. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda inclui uma superfície de pré-sensor (112) adjacente à referida superfície de sensor (122), em que um deslocamento vertical entre a referida superfície de pré-sensor (112) e a referida superfície de sensor (122) é menor do que dez centésimos de polegada (0,25 cm).

6. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que ainda inclui uma superfície de pós-sensor (132) adjacente à superfície de sensor (122), a referida superfície de pós-sensor (132) disposta para permitir fluxo de grãos substancialmente contínuo da referida superfície de sensor (122) para a referida superfície de pós-sensor (132).

7. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 1, caracte- rizado pelo fato de que o referido movimento translacional par cima da referida superfície de sensor (122) é menor do que 10 centésimos de polegada (0,25 cm).

8. Sensor (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende: um sensor de deslocamento (232) disposto para medir o referido movimento translacional para cima referida superfície de sensor (122).