EA023115B1

EA023115B1 - Устройство для обнаружения попавшего в уборочную машину инородного тела

Info

Publication number: EA023115B1
Application number: EA201200456A
Authority: EA
Inventors: Мартин Шефер; Николай Р. Тевз
Original assignee: Дир Энд Компани
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2016-04-29
Also published as: EP2514299B1; DE102011007843A1; EA201200456A1; EP2514299A1

Abstract

Устройство для обнаружения попавшего в уборочную машину (10) инородного тела, содержащее приемник (72) колебаний, который проводящим колебания образом соединен с осью (58) транспортирующего валка (30), вращающегося относительно оси (58) оболочки (40) валка, и соединенное с приемником (72) колебаний устройство (76) обработки результатов измерений, которое выполнено с возможностью выдачи предупредительного сигнала, если сигналы приемника (72) колебаний указывают на соударяющееся с транспортирующим валком (30) инородное тело. Приемник (72) колебаний представляет собой микромеханическую электрическую систему (MEMS).

Description

Изобретение относится к устройству для обнаружения попавшего в уборочную машину инородного тела, содержащему приемник колебаний, который проводящим колебания образом соединен с осью транспортирующего валка, вращающегося относительно оси оболочки валка, и соединенное с приемником колебаний устройство обработки результатов измерений, которое выполнено с возможностью выдачи предупредительного сигнала, если сигналы приемника колебаний указывают на соударяющееся с подающим валком инородное тело.

В уборочных машинах для сельского хозяйства существует опасность того, что в них может попадать вызывающие помехи инородные тела. Это относится, в частности, к ситуациям, когда уборочную культуру собирают непосредственно с поверхности земли, например, когда подборщик забирает валок и режущий механизм перемещается на небольшой высоте среза относительно поверхности земли. Чтобы избежать повреждений уборочной машины, известны устройства для обнаружения таких инородных тел, которые определяют ферромагнитные свойства инородных тел (ср. ЕР 0702248 А2), но которые неприемлемы для тел, не обладающих ферромагнитными свойствами.

Кроме того, в И8 5092818 А предлагалось, чтобы в нижнем переднем предпрессовочном валке полевой косилки-измельчителя в радиальном направлении относительно оси вращения предпрессовочного валка установить чувствительный микрофон и соединить его с устройством обнаружения, которое при соударении с камнем или другим инородным телом опознает возникающие на предпрессовочном валке и принимаемые микрофоном шумы и, при необходимости, включает быстрый стопор предпрессовочного валка. В ΌΕ 102008054488 А1 показано устройство для обнаружения инородных тел с преемником колебаний, установленным у оси нижнего переднего предпрессовочного валка полевой косилкиизмельчителя, чувствительным в осевом направлении предпрессовочного валка, причем приемник колебаний выполнен в форме пьезокристалла или емкостного или индуктивного приемника колебаний.

В И8 5092818 А определение генерируемых инородным телом колебаний базируется на воздушном шуме, который в месте установки микрофона лишь с трудом может быть отделен от фонового шума, который создает множество движущихся элементов уборочной машины. Приемник колебаний, согласно ΌΕ 102008054488 А1, регистрирует звук соударяющихся время от времени с предпрессовочным валком инородных тел, который от оболочки (боковая стенка) предпрессовочного валка через его опору и ось распространяется до приемника колебаний. Также здесь ставится задача отличить сигналы, обусловленные инородными телами, от фонового шума. Описанные там относительно большие приемники колебаний имеют относительно низкие верхние граничные частоты. Таким образом, чувствительный диапазон частот также в значительной степени перекрывается фоновым шумом уборочной машины.

Лежащая в основе изобретения задача состоит в том, чтобы предложить усовершенствованное относительно описанного уровня техники устройство для акустического обнаружения инородных тел в уборочной машине.

Эта задача решается согласно изобретению за счет признаков п.1 формулы изобретения, при этом в последующих пунктах формулы изобретения приведены признаки, которые обеспечивают дальнейшее развитие предпочтительных форм решения.

Устройство для обнаружения возможно попавших в уборочную машину инородных тел включает в себя приемник колебаний и соединенное с ним устройство обработки результатов измерений. Приемник колебаний проводящим колебания образом соединен с осью, относительно которой установлена с возможностью вращения оболочка (боковая стенка) (приводного или свободно совместно вращающегося) транспортирующего валка. За счет проводящего колебания соединения между осью и приемником колебаний достигается, что возбужденные соударяющимися с транспортирующим валком инородными телами колебания через опору этого валка передаются на ось и оттуда в приемник колебаний. Устройство обработки результатов измерений выдает предупредительный сигнал, если сигналы приемника колебаний указывают на соударяющиеся с транспортирующим валком инородные тела. Приемник колебаний выполнен как микромеханическая электрическая система (ΜΕΜ8). Такие системы имеют размеры в микронном диапазоне и более высокие верхние граничные частоты (-3 дБ), чем существующие микроскопические приемники колебаний, которые могут превышать, например, 4 кГц.

Следовательно, приемник колебаний чувствителен в диапазоне частот, в котором находятся основные колебания (первая гармоника) и верхние гармонические составляющие (т.е. резонансные частоты) вызванных твердыми инородными телами колебаний оси. Фоновые шумы в уборочной машине находятся большей частью в более низком диапазоне частот, который остается неучтенным устройством обработки результатов измерений, что улучшает отношение сигнал/шум и обеспечивает надежное опознание даже неферромагнитных инородных тел.

Приемник колебаний может быть закреплен внутри транспортирующего валка на его оси или на опорном кронштейне, в котором транспортирующий валок поддерживается, или на его периферии. Его направление чувствительности может находиться вдоль продольного направления или перпендикулярно к нему.

В одном предпочтительном варианте осуществления приемник колебаний в закрепленном внутри транспортирующего валка на его оси корпусе. Там он закреплен предпочтительно на соединенной про- 1 023115 водящим колебания образом с корпусом плате, на которой может быть расположено также устройство обработки результатов измерений. Чтобы обеспечить слабо демпфированную передачу высокочастотных колебаний с корпуса на плату, она может быть склеена с корпусом.

Предлагаемое изобретение пригодно для любых уборочных машин, в которых подобранная уборочная культура транспортируется посредством транспортирующего валка. Примерами могут служить полевые косилки-измельчители, кипопрессовочные машины и зерноуборочные комбайны. Сигнальный выход устройства обработки результатов измерений предпочтительно связан с устройством быстрой остановки для прекращения работы питающего транспортера уборочной машины, так что в случае обнаруженного попавшего инородного тела можно избежать порчи уборочной машины за счет своевременной остановки питающего транспортера. Это позволяет избежать также загрязнения инородными телами разгруженной с уборочной машины убираемой культуры.

Ниже на чертежах представлен описанный более детально пример осуществления изобретения. При этом показаны:

фиг. 1 - уборочная машина с устройством согласно изобретению, вид сбоку и в схематичном изображении;

фиг. 2 - перспективное изображение с пространственным разделением деталей транспортирующего валка и корпуса приемника колебаний;

фиг. 3 - увеличенный разрез вдоль оси и корпуса приемника колебаний и фиг. 4 - схематичная блок-диаграмма устройства обработки результатов измерений.

Показанная на фиг. 1 уборочная машина 10 типа самоходной косилки-измельчителя базируется на раме 12, которая опирается на передние и задние колеса 14 и 16. Управление уборочной машины 10 осуществляется из водительской кабины 18, из которой просматривается приемное устройство 20 уборочной машины в форме подборщика. Посредством приемного устройства 20 уборочной машины подбираемый с земли материал, например трава или другая подобная культура, подается на оснащенный измельчающими ножами 48 измельчающий барабан 22, который измельчает материал на мелкие кусочки и передает на транспортирующее устройство 24. Материал через поворотную выгрузную трубу 26 покидает уборочную машину 10 и попадает в движущийся рядом прицеп. Между измельчающим барабаном 22 и транспортирующим устройством 24 находится вторично измельчающее устройство 28, посредством которого транспортируемый материал по касательной подается на транспортирующее устройство 24.

Между приемным устройством 20 уборочной машины и измельчающим барабаном 22 материал транспортируется посредством питающего транспортера с нижними транспортирующими валками 30, 32 и верхними транспортирующими валками 34, 36, которые установлены внутри питающего корпуса 50. Транспортирующие валки 30-36 называются также как предпрессовочные валки, так как верхние транспортирующие валки 34, 36 предварительно нагружены пружинным усилием к нижним транспортирующим валкам 30, 32, с тем чтобы убираемая культура предварительно уплотнялась между транспортирующими валками 30-36 и могла быть лучше разрезана. Распределенные по периметру измельчающего барабана 22 измельчающие ножи 48 взаимодействуют для измельчения массы (убираемой культуры) с противорежущим брусом 38.

На фиг. 2 представлено перспективное изображение с пространственным разделением деталей переднего нижнего транспортирующего валка 30. Он включает в себя оболочку 40 валка кругообразного поперечного сечения, по периметру которого распределены аксиально проходящие поводковые элементы 42. С торцов оболочка 40 валка снабжена радиальными опорными дисками 44. Показанный на фиг. 2 справа опорный диск 44 соединен посередине винтами с кругообразным фланцем 46. Фланец 46 жестко соединен с проходящим посередине валом 54, который тем самым связан без возможности проворота с соответствующей оболочкой 40 валка. В свою очередь, вал 54 поддерживается с возможностью вращения в правом опорном кронштейне 56, который закреплен на раме 12. Вал 54 (и вместе с ним транспортирующий валок 30) приводятся во вращение посредством соответствующего привода (не показан) со стороны профилированного торца вне опорного кронштейна 56. Показанный слева на фиг. 2 фланец 52 свинчен с соседним с ним опорным диском 44 (не виден) и снабжен центральной поворотной опорой 88. Расположенная во внутренней полости оболочки 40 валка ось 58 проходит сквозь опору фланца 52 и сквозь левый опорный кронштейн 56. Ось 58 не проворачивается вместе с транспортирующим валком 30. Ось 58 на своем правом конце поддерживается с возможностью вращения относительно вала 54 и фланца 46 в другой опоре 60. В оси 58 на левом конце предусмотрено аксиальное отверстие, которое выходит в шлиц 62 для проводки сквозь ось 58 кабеля 64 внутрь оболочки 40 валка. Примерно посередине на оси 58 закреплен винтами держатель 66, который несет металлический детектор 68. Металлический детектор 68 включает в себя известным образом некоторое число постоянных магнитов и катушек, а также электронное устройство обработки результатов измерений, которое при попадании ферромагнитного инородного тела в зазор между предпрессовочными валками 34, 30 регистрирует индуцированные в катушках напряжения. Кроме того, на оси 58 закреплен корпус 70, в котором помещается приемник 72 колебаний (см. фиг. 3 и 4). В смонтированном состоянии корпус 70 и металлический детектор 66 проходят от оси 58 вверх, чтобы металлический детектор 58 мог сенсорно контролировать зазор между предпрессовочными валками 34 и 30 на предмет присутствия ферромагнитных инородных тел.

- 2 023115

Следует также отметить, что корпус 70 может быть также помещен за пределами транспортирующего валка 30, в частности на одном из опорных кронштейнов 56 или в другом прилежащим достаточно близко к опорам 60, 88 месте уборочной машины 10.

На фиг. 3 показан увеличенный вид в разрезе корпуса 70 с приемником 72 колебаний и соответствующим устройством 76 обработки результатов измерений в вертикальном разрезе в продольном направлении оси 58. Корпус 70 зафиксирован на оси 58 винтом 78, который проходит в резьбовом отверстии в оси 58. Может быть предусмотрено также большее число винтов, чем показанный здесь один винт. Корпус 70 выполнен из металла и имеет внутри полое пространство, в котором расположена плата

74. Плата 74 своими боковыми краями прилегает к выступам 80 и закреплена там клеевыми соединениями 82. Приемник 72 колебаний установлен на обратной стороне платы 74 и, таким образом, позиционирован с защитой внутри полого пространства 84. Передняя сторона платы 74 несет электронные компоненты устройства 76 обработки результатов измерений, которое соединено с другим кабелем 64', который также как кабель 64 проходит через шлиц 62 оси 58.

Приемник 72 колебаний выполнен как так называемая микромеханическая электрическая система (МЕМ8). Она включает массу 86, которая посредством пружин 88 подвешена в направлении движения на подложке 90. Масса 86 и пружины 88 составляют по ширине и длине всего лишь несколько микрометров и изготовлены методами микротехники из состоящей из соответствующего материала, например кремния, подложки 90, в частности, фотолитографическим нанесением маски и травлением непокрытых участков подложки 90. Такие микромеханические электрические приемники колебаний известны из уровня техники, в связи с чем делается ссылка, например, на ΌΕ 102007017480 А1 и на цитируемый там уровень техники, раскрытие которых посредством ссылки включено в настоящую заявку.

Если ось 58 и соединенная с ней (через корпус 70 и плату 74) проводящим колебания образом подложка 90 ускоряется в радиальном направлении транспортирующего валка 30, то масса 86 вследствие инерции масс остается вначале неподвижной и приходит в движение вследствие упругости пружин 88 лишь с временной задержкой. Относительное движение между подложкой 90 и массой 86 приводит к изменению емкости между подложкой 90 и массой 86. Так как на массу 86 в результате высокоомного сопротивления прилагается постоянное напряжение V, то изменения емкости массы 86 обнаруживаются как изменения напряжения и усиливаются в усилителе 92. Выходной сигнал усилителя 92 представляет собой зависящее от отклонения массы 86 напряжение. Усилитель 92 может быть монолитно соединен с приемником 72 колебаний или выполнен отдельно.

Устройство 76 обработки результатов измерений включает в себя вместе с усилителем 92 устройство для кондиционирования сигнала, который может содержать, например, полосовой фильтр 94 и пороговый переключатель 96. Выход порогового переключателя 96 посредством кабеля 64' соединен с управляющим устройством 96, которое после выдачи стоп-сигнала пороговым переключателем 96 останавливает привод транспортирующих валков 30-36 с очень небольшой временной задержкой. Это может осуществляться при помощи стопорной собачки, которая служит для механической блокировки привода транспортирующих валков 30-36 или путем прекращения, соответственно, инверсии направления гидравлического потока, приводящего транспортирующие валки 30-36 гидродвигателя, как описано в ΌΕ 10 2008040357 А1. Управляющее устройство 96 связано также с выходом металлического детектора 68.

Вместо полосового фильтра 94 и порогового переключателя 96 может быть использовано любое другое устройство для кондиционирования сигнала, которое может работать во временном диапазоне (например, при помощи полосового фильтра) или в частотном диапазоне (например, посредством быстрого преобразования Фурье, РРТ) и в чисто аналоговом или (после оцифровывания) в чисто цифровом режиме.

Способ работы представленного устройства для обнаружения попадающих время от времени в уборочную машину 10 инородных тел основан на том, что при определенных условиях соударяющиеся с транспортирующим валком 30 камни или другие инородные тела создают при соударении механические вибрации, которые распространяются по оболочке 40 валка, опорным дискам 44, фланцам 46, соответственно, 52, опорам 60 и 88, оси 58, корпусу 70 и плате 74 вплоть до подложки 90 приемника 72 колебаний. Так как на пути вибраций отсутствуют упругие элементы, например резиновый амортизатор или т.п., то относительно высокочастотные (находящиеся в килогерцевом диапазоне) вибрации достигают приемника колебаний 72, по существу, без гашения. Масса 86 приемника колебаний преобразует вибрации в изменения емкости и напряжения и усилитель их усиливает. Через полосовой фильтр 94 пропускаются, по существу, лишь частоты, которые генерируются соударяющимися инородными телами, и относительно в незначительной степени - создаваемый вибрациями уборочной машины фоновый шум. Пороговый переключатель 96, который может иметь регулируемую оператором посредством индикаторного и вводного устройства 100 чувствительность, реагирует, если обнаруживает инородное тело, и затем дает сигнал остановки на управляющее устройство 98 и информацию оператору через индикаторное и вводное устройство 100.

Благодаря использованию микромеханической электрической системы в качестве приемника 72 колебаний может быть достигнута существенно более высокая верхняя граничная частота, чем в традиционных механических приемниках колебаний. Возможная верхняя граничная частота составляет 4 кГц. В

- 3 023115 этих частотах находятся возникающие при соударении с транспортирующим валком 30 твердых инородных тел (камней) основные волны (первая гармоника) и высшие гармонические составляющие (высшие гармоники). Полоса пропускания полосового фильтра 94 лежит соответственно высоко, так что пропускаются возникающие при ударе основные волны и высшие гармонические составляющие. Таким образом улучшаются соотношение сигнал/шум и вероятность обнаружения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для обнаружения попавшего в уборочную машину (10) инородного тела, содержащее приемник (72) колебаний, размещенный в корпусе (70), который закреплен на оси (58) транспортирующего валка (30), выполненного с возможностью вращения относительно оболочки (40) валка, и соединенное с приемником (72) колебаний устройство (76) обработки результатов измерений, которое выполнено с возможностью выдачи предупредительного сигнала, когда приемник (72) колебаний обнаруживает колебания, характерные для соударения с транспортирующим валком (30) инородного тела, при этом приемник (72) колебаний представляет собой микромеханическую электрическую систему (ΜΕΜδ).
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник (72) колебаний чувствителен в диапазоне частот, в котором находится резонансная частота вызванных твердыми инородными телами колебаний оси (58), в частности, выше 4 кГц.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемник (72) колебаний закреплен на плате (74).
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на плате (74) расположено также устройство (76) обработки результатов измерений.
5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что плата (74) склеена с корпусом (70).
6. Уборочная машина (10), в частности полевая косилка-измельчитель, с устройством по пп.1-5, сигнальный выход которого связан с устройством быстрой остановки для прекращения работы питающего транспортера (30-36) уборочной машины (10).