IT201800006958A1 - Sistema e metodo di controllo e comando per macchine agricole - Google Patents

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Description

SISTEMA E METODO DI CONTROLLO E COMANDO
PER MACCHINE AGRICOLE
La presente invenzione riguarda, in generale, un sistema elettronico ed un metodo relativo di monitoraggio ed azionamento da applicare ad attrezzature agricole per la lavorazione del terreno. In particolare, il sistema è principalmente rivolto ad attrezzature animate di una presa di forza (erpici, fresatrici, coltivatori rotanti, trinciatrici, ecc.), ma può essere utilizzato anche su attrezzature di lavorazione passiva, quali aratri, ripuntatori, coltivatori trainati, ecc.
Il sistema prevede l’utilizzo di varie tipologie di componenti elettronici, come sensori di vario tipo (ultrasuoni, inclinometri, sonde di temperatura, sensori induttivi, celle di carico), nonché elettrovalvole per l’azionamento di impianti idraulici ed attuatori elettrici.
Tutti questi componenti comunicano su una rete BUS, quindi con un unico cavo è possibile raggiungere tutte le parti della macchina senza complicare il cablaggio. La rete BUS si adatta particolarmente a queste macchine perché permette di aggiungere componenti elettronici in grande numero senza cambiare il cablaggio, bensì solo aggiungendone parti; questa caratteristica conferisce particolare modularità al sistema, che può essere adattato a vari tipi di macchine e/o a varie misure e con livelli tecnologici diversi.
Un monitor palmare di controllo, posizionato nella cabina della macchina agricola e collegato alla presa a 12 Volt DC, consente il collegamento, mediante un software applicativo e tramite il cavo BUS, al resto dell’impianto ove sono dislocati i sensori.
E’ anche possibile inserire nell’impianto un’unità di comando delle varie utenze per controllare rispettive elettrovalvole per il controllo di movimenti idraulici; in tal modo, è sufficiente un solo collegamento idraulico alla macchina agricola per gestire più utenze.
Inoltre, al posto del monitor, può essere impiegato un modulo di comunicazione, che consente di comunicare direttamente con il sistema elettronico della macchina agricola; tutti i dati possono essere raccolti e gestiti da un sistema di trasmissione e condivisione remoto (in cloud).
I sistemi elettronici di cui sopra sono vantaggiosamente impiegabili per attrezzature agricole in genere, dotate di un albero rotore attrezzato con una pluralità di lame che ruotano intorno al proprio asse, in modo tale che quando l’albero rotore è accostato al terreno e ruotato intorno al proprio asse, le lame interferiscono col terreno lavorandolo.
Diverse lavorazioni possono essere ottenute mediante l’impiego delle suddette attrezzature agricole attrezzate con lame ed aventi forme ed estensioni differenti ed azionate a velocità e versi di rotazione corrispondentemente scelti, al fine di eseguire una zappatura o un affinamento del terreno o un’operazione di sotterramento di sassi, ecc.
Per esempio, un erpice (detto anche frangizolle) è una macchina agricola portata o trainata dalla trattrice ed impiegata per lavori complementari nell'agricoltura. In particolare, l'erpice viene utilizzato, a seguito di un'aratura, per rompere le zolle e dissodare il terreno in vista della semina; in altri casi, l'erpice serve anche per interrare il concime sparso sul terreno e/o per rompere il manto erboso.
Analogamente, un erpice rotante è una macchina decisamente simile alla fresa e la sua azione meccanica sul terreno, atta a disgregare le zolle, non è dovuta al trascinamento, ma alla rotazione impressa dalla presa di potenza del trattore a tamburi orizzontali muniti di denti verticali (coltelli).
Una prima applicazione pratica del sistema elettronico descritto si ha, in effetti, sull’erpice rotante, per cui possono essere monitorate le seguenti attività:
- controllo di temperatura della scatola di trasmissione;
- controllo giri all’ingresso della scatola di trasmissione, in modo da individuare regimi di rotazione errati da parte dell’utilizzatore ed individuare eventuali arresti dei limitatori di coppia; - segnalazione all’utilizzatore di una serie di informazioni importanti o critiche, quali il conteggio delle ore di lavoro effettive, parziali o totali, l’invio di segnali di allarme relativi al superamento di soglie di temperature prestabilite, l’invio di allarmi relativi all’arresto di limitatori di coppia, la segnalazione di manutenzioni consigliate sulla base delle ore di lavoro effettuate;
- registrazione delle informazioni utili al fine dell’assistenza post-vendita (allarmi, conteggi, ecc.). Il problema alla base della presente invenzione è quello di proporre un’attrezzatura agricola e, in particolare, un erpice rotante, maggiormente versatile ed efficiente delle attrezzature agricole tradizionali, grazie all’impiego di un sistema elettronico di controllo e comando particolarmente efficace.
Nell’ambito delle esigenze sopra menzionate, è scopo della presente invenzione proporre una macchina agricola e, in particolare, un erpice rotante, che inglobi un sistema ed un metodo di controllo particolarmente efficiente della profondità di lavoro e dello stato di usura degli attrezzi della macchina.
Altro scopo della presente invenzione consiste nel realizzare una macchina agricola dotata di un sistema elettronico di controllo utilizzabile per verificare e comandare direttamente da un monitor previsto sul trattore la profondità di lavoro, la profondità della barra di affinamento, l’apertura e chiusura della macchina, l’esclusione della barra di semina e/o la gestione dei dischi segnafile.
Ancora uno scopo dell’invenzione consiste nel proporre una macchina agricola e, in particolare, un erpice rotante, dotata di un sistema elettronico di controllo direttamente visionabile dall’utente su un monitor disponibile sul trattore.
Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno nel seguito sono raggiunti da un sistema di controllo e comando per macchine agricole, secondo la rivendicazione 1 allegata, e da un metodo relativo, secondo la rivendicazione 9.
Altre caratteristiche di dettaglio del sistema e del metodo di controllo e comando secondo l’invenzione sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un sistema di controllo e comando per macchine agricole, secondo la presente invenzione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni, in cui:
- la figura 1 mostra una vista in pianta dall’alto di una macchina agricola, in particolare un erpice rotante, equipaggiata con un sistema elettronico di controllo e comando, secondo l’invenzione;
- la figura 2 mostra una vista laterale ingrandita della macchina agricola di cui alla figura 1, secondo la presente invenzione;
- le figure 3 e 4 mostrano, rispettivamente, una vista prospettica ed una vista laterale di un particolare ingrandito della macchina agricola delle figure precedenti, secondo l’invenzione.
Con particolare riferimento alle figure menzionate, che illustrano, a titolo esemplificativo e preferito, un erpice rotante, quale macchina agricola equipaggiata con un sistema elettronico di controllo e comando secondo la presente invenzione, la suddetta macchina agricola, azionabile da un trattore, comprende una serie di attrezzi o utensili 10 ripuntatori o scarificatori, in grado di sminuzzare il terreno a profondità non eccessive, che sono connessi ad un rullo flottante 11, montato su un parallelogramma, e/o a rulli posteriori a pacco, a gabbia, a spirale e/o con spuntoni; tale struttura realizza una lavorazione del terreno ottimale e le condizioni migliori per un contemporaneo o successivo passaggio eventuale di una macchina seminatrice.
Vantaggiosamente, la macchina agricola presenta generalmente un attacco a tre punti 12 per la connessione meccanica al trattore, una trasmissione 13 a tre rinvii con cambio di velocità centrale, ed un telaio portante pieghevole 14, che limita gli ingombri durante il trasporto e favorisce una più veloce e sicura circolazione stradale.
Inoltre, la suddetta macchina agricola può prevedere altresì un aggancio posteriore per la connessione meccanica di una macchina seminatrice, in modo tale da effettuare la semina del terreno subito dopo la lavorazione dello stesso.
Il sistema elettronico di controllo e comando ed il relativo metodo, che sono oggetto della presente invenzione, consentono in particolare di controllare la profondità di lavoro istantanea P degli utensili 10. Secondo tale metodo di controllo, è prevista una condizione iniziale di base, secondo cui la macchina agricola viene disposta perfettamente in orizzontale su un piano rigido (per esempio, in cemento), con la circonferenza più esterna del rullo 11 (corrispondente alla circonferenza C, nel caso in cui il rullo 11 sia di tipo liscio o piano, oppure corrispondente alla circonferenza C1 di collegamento fra i punti più esterni degli spuntoni del rullo 11, nel caso in cui il rullo 11 sia dotato di spuntoni 16) a contatto con il piano di riferimento e con gli utensili 10 sporgenti oltre il piano di riferimento (poiché atti ad essere inseriti nel terreno).
In particolare, in tale condizione iniziale di riferimento, la profondità di lavoro istantanea P è definita come la distanza fra il piano di riferimento, che corrisponde preferibilmente al livello superficiale T del terreno, e la punta più estrema P1 fra gli utensili 10 posizionati oltre il piano di riferimento e quindi inseriti nel terreno.
Al fine di porre la macchina agricola in tale condizione iniziale di riferimento, si utilizza un sensore angolare (non illustrato), che permette all’utente di regolare la macchina in posizione orizzontale agendo su un tirante dell’attacco a tre punti 12 di connessione della macchina al trattore.
In tale condizione iniziale di riferimento, un sensore, preferibilmente ad ultrasuoni, S2 misura la differenza di quota L, rispetto al livello superficiale del terreno T (fuori terra), tra un livello orizzontale L1 di un primo riferimento o supporto fisso 17 del telaio 14 associato alla macchina agricola (riferimento di posizione macchina) ed un livello orizzontale L2 di un secondo riferimento o supporto fisso 18 del telaio associato al rullo 11 (riferimento di posizione rullo); in particolare, tali riferimenti 17, 18 della macchina agricola e del rullo 11 possono essere costituiti da punti qualsiasi, rispettivamente, della macchina agricola e del rullo 11, rispetto ad un riferimento fisso, quale il livello superficiale del terreno T, in quanto la misura che rileva, vale a dire la quota L, è la differenza fra i livelli L1 e L2.
Lo stesso sensore S2, che è preferibilmente connesso al supporto 17 e che è preferibilmente disposto perpendicolarmente ai livelli orizzontali L1, L2 da misurare, è utilizzato per misurare la medesima differenza di quota L, rispetto al livello del terreno T, in momenti successivi, per esempio al termine di una giornata di lavoro della macchina agricola.
Il sistema elettronico di controllo e comando, secondo l’invenzione, provvede quindi a memorizzare la misura di quota LM (misura di riferimento o zero macchina, con la macchina poggiata a terra) e ad effettuare la misura di L (misura istantanea di quota effettuata in ogni momento di lavoro).
Poiché la misura istantanea della quota L risulta proporzionale alla misura istantanea della profondità di lavoro P ed alla misura di sprofondamento S del rullo 11 oltre il livello superficiale T del terreno (pari all’altezza degli spuntoni del rullo 11 ed eventualmente pari a zero nel caso di utilizzo di rulli 11 piani o lisci), ne consegue che la misura istantanea della profondità di lavoro P risulta pari a:
(LM – L) S.
Se la misura istantanea della quota L è pari a LM, allora la differenza fra la misura iniziale e la misura istantanea della profondità di lavoro P (al netto della misura di sprofondamento S) risulta nulla e quindi non si verificano variazioni di profondità, né possono essere rilevate usure degli utensili 10.
Nel caso, invece, siano riscontrate differenze fra le misure memorizzate iniziali ed istantanee della profondità di lavoro P, tali differenze di misura rilevate dal sistema elettronico di controllo sono vantaggiosamente utilizzabili dallo stesso sistema elettronico di controllo per determinare l’usura degli utensili 10, in quanto la misura istantanea della profondità di lavoro P è pari ad almeno una parte di altezza dell’utensile 10, e/o per verificare in modo istantaneo la profondità di lavoro P e ripristinare eventualmente determinate condizioni di profondità, tramite un apposito algoritmo di controllo.
In tal modo, è possibile controllare l’inclinazione della macchina agricola in lavoro e la profondità istantanea P di lavoro ed è altresì possibile impostare una misura della profondità di lavoro sulla base del consumo degli utensili 10.
Nel caso in cui si utilizzi nella macchina agricola una barra di affinamento o di livellamento, come nel caso dell’erpice rotante, la suddetta barra di affinamento o livellamento 15 risulta un elemento determinante per la qualità di lavoro della macchina agricola, in quanto il suo ruolo è quello di trattenere il terreno all’interno della camera di lavoro della macchina, aumentando così l’affinamento del terreno lavorato; la barra di affinamento o livellamento 15, che può essere connessa direttamente al rullo 11 e che è fissata parallelamente ed anteriormente al suddetto rullo 11 rispetto al senso di marcia della macchina, consente di trattenere il terreno per una migliore fase di trinciatura o sminuzzamento e, quindi, è vantaggioso prevedere una funzione di controllo in altezza della suddetta barra 15 per una efficiente lavorazione.
Infatti, un uso improprio della barra 15 (troppo sollevata da terra o, al contrario, inserita troppo in profondità) comporta una lavorazione inadeguata oppure un eccessivo assorbimento di potenza e, quindi, inutili consumi o addirittura il bloccaggio della macchina.
Ne deriva che la registrazione della posizione in altezza della barra 15 risulta un’operazione molto delicata, normalmente affidata all’esperienza ed alla sensibilità dell’utilizzatore.
Secondo la presente invenzione, si prevede di impostare un carico sulla barra di affinamento 15 rilevabile da una o più celle di carico CC posizionate tra la barra 15 ed i supporti, in modo tale che, tramite il sistema di controllo della presente invenzione ed in base alle caratteristiche del terreno da lavorare (consistenza, tipologia, umidità, ecc.), sia possibile inserire un carico prestabilito e conoscere direttamente all’interno della cabina del trattore (tramite lo schermo di visualizzazione del sistema) il carico sostenuto dalla barra 15; a questo punto, azionando semplicemente dei tasti su un palmare a corredo del sistema di controllo, l’utente può modificare la posizione istantanea in altezza della barra 15 e valutare istantaneamente il valore di carico.
Sempre secondo l’invenzione, si utilizza un secondo sensore S1, preferibilmente a ultrasuoni, atto a rilevare la misura istantanea della distanza LB, presa fra il livello orizzontale L1 ed il livello superiore della barra di affinamento 15; inoltre, l’altezza HR, presa fra il livello orizzontale L2 ed il livello superficiale del terreno T, e l’altezza HB della barra 15 sono delle costanti impostate inizialmente nel sistema. Ne deriva che l’altezza PB, presa tra l’estremo inferiore della barra 15 ed il livello superficiale del terreno T, risulta pari a
(HR L) – (LB HB)
e che tale altezza risulta variabile in funzione del carico rilevato dalle celle CC.
Ciò consente di alzare o abbassare la barra 15 a seconda del valore calcolato dell’altezza PB.
Tale movimentazione in altezza della barra 15 può essere realizzata manualmente, tramite una apposita leva 19; in alternativa, è possibile anche impostare un metodo automatico di controllo, secondo cui, dopo che l’utilizzatore ha definito un carico prestabilito per la barra 15, il sistema di controllo corregge automaticamente la posizione della barra 15 in altezza mantenendo costante il carico stesso.
Si comprende quindi come il sistema di controllo e comando di una macchina agricola, secondo l’invenzione, raggiunga il compito e gli scopi preposti, permettendo un agevole controllo della profondità di lavoro e dell’usura degli utensili impiegati da parte di un utilizzatore, tramite una semplice visualizzazione delle suddette misure su un apposito schermo posto sul trattore a disposizione dell’utente.
Inoltre, il sistema di controllo secondo l’invenzione consente di effettuare il controllo del carico sulla barra di affinamento o di livellamento e di correggere la posizione della barra 15 in altezza al fine di ottimizzare lo sforzo per ottenere un certo affinamento del terreno.
L’invenzione così concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.
In pratica, i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere variati a seconda delle esigenze contingenti e dello stato della tecnica.
Ove le caratteristiche costruttive e le tecniche menzionate nelle seguenti rivendicazioni siano seguite da segni o numeri di riferimento, tali segni o numeri di riferimento sono stati apposti con il solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni stesse e, di conseguenza, essi non costituiscono in alcun modo limitazione all’interpretazione di ciascun elemento identificato, a titolo puramente di esempio, da tali segni o numeri di riferimento.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo e comando per macchine agricole, in cui detta macchina agricola presenta un telaio portante (14), una serie di attrezzi o utensili (10), atti a sminuzzare il terreno in profondità, che sono connessi ad un rullo (11), dotato o meno di spuntoni (16), ed una barra di affinamento o di livellamento (15), atta a trattenere il terreno all’interno di una camera di lavoro della macchina per aumentare l’affinamento del terreno lavorato, che è fissata parallelamente a detto rullo (11) e regolabile in altezza rispetto ad un livello superficiale del terreno (T), caratterizzato dal fatto che su detta barra di affinamento (15) è posto un carico rilevabile da una o più celle di carico (CC) posizionate tra detta barra (15) ed una serie di supporti, detto carico essendo variabile a seconda della tipologia di terreno da lavorare.
  2. 2. Sistema di controllo e comando come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta barra di affinamento (15) è fissata a detto rullo (11).
  3. 3. Sistema di controllo e comando come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema comprende un primo sensore (S2), che misura, in una prima condizione iniziale con detta macchina agricola che poggia su un piano orizzontale fisso di riferimento (T), una differenza di quota (LM), rispetto a detto piano fisso di riferimento (T), tra un primo livello orizzontale (L1) di un primo supporto (17) fissato a detto telaio (14) della macchina agricola ed un secondo livello orizzontale (L2) di un secondo supporto (18) fissato a detto rullo (11), detto sensore (S2) essendo atto a misurare differenze istantanee (L) di detta quota (LM) in momenti successivi rispetto a detta condizione iniziale, detto sistema di controllo essendo altresì atto a memorizzare detta differenza di quota (LM) ed a misurare dette differenze istantanee di quota (L), nonché una misura di sprofondamento (S) di detto rullo (11) oltre detto piano fisso di riferimento (T), al fine di ottenere una misura istantanea di profondità (P) di detti utensili (10) oltre il piano fisso di riferimento (T).
  4. 4. Sistema di controllo come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto primo sensore (S2) è connesso a detto primo supporto (17) ed è disposto perpendicolarmente a detti primo e secondo livelli orizzontali (L1, L2).
  5. 5. Sistema di controllo e comando come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema include un secondo sensore (S1), atto a rilevare una misura istantanea della distanza (LB) presa fra detto primo livello orizzontale (L1) ed un livello superiore di detta barra di affinamento (15).
  6. 6. Sistema di controllo e comando come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema è in grado di calcolare una seconda misura (PB) di altezza, presa tra un estremo inferiore di detta barra di affinamento (15) e detto piano fisso di riferimento (T), detta seconda misura (PB) di altezza essendo calcolabile a partire da una prima misura di altezza (HR), presa fra detto secondo livello orizzontale (L2) e detto piano fisso di riferimento (T), da detta differenza di quota (L), da detta misura istantanea di distanza (LB), presa fra detto primo livello orizzontale (L1) ed un livello superiore di detta barra di affinamento (15), e da una misura di altezza (HB) di detta barra di affinamento (15), detta seconda misura (PB) di altezza essendo variabile in funzione di detto carico sulla barra di affinamento (15) rilevato dalle celle di carico (CC).
  7. 7. Sistema di controllo e comando come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo sensori (S1, S2) sono del tipo ad ultrasuoni.
  8. 8. Metodo di controllo e comando per macchine agricole implementato per mezzo di un sistema come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere le seguenti fasi: - in una prima condizione iniziale di riferimento, posizionamento di detta macchina agricola in orizzontale su un piano rigido con la circonferenza più esterna (C, C1) del rullo (11) della macchina a contatto con detto piano rigido e con gli utensili (10) della macchina agricola posti oltre detto piano rigido; - misurazione di una differenza di quota (LM), rispetto a detto piano rigido, tra il primo livello orizzontale (L1) ed il secondo livello orizzontale (L2); - misurazione di differenze istantanee di detta quota (L) in momenti successivi rispetto a detta condizione iniziale di riferimento, con detta macchina agricola posta su un livello superficiale di riferimento (T); - memorizzazione di detta differenza di quota (LM) e misura di dette differenze istantanee di quota (L); - impostazione di una misura di sprofondamento (S) di detto rullo (11) oltre detto piano rigido; - calcolo di una misura di altezza (PB) di un’estremità inferiore della barra di affinamento (15) rispetto ad un livello superficiale di riferimento (T); - movimentazione in altezza di detta barra (15) pari a detta misura di altezza (PB).
  9. 9. Metodo di controllo e comando come alla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta movimentazione in altezza di detta barra (15) è realizzata manualmente, tramite una apposita leva (19), oppure automaticamente, tramite un algoritmo di controllo che corregge automaticamente la posizione in altezza di detta barra (15), mantenendo costante il carico della barra (15), dopo aver impostato un carico prestabilito per detta barra (15).
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