RU2535102C1

RU2535102C1 - Continuous soil hardness determination device

Info

Publication number: RU2535102C1
Application number: RU2013145771/15A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Добролюбов; Геннадий Леонидович Утенков
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2014-12-10

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to technical measurement devices of physical and mechanical soil properties. The device includes a strain link, in-series connected pressure sensors and functional supercharge transformers, at the turbocompressor inlet and underpressure of turbocompressor, and an analogue-to-digital converter, a soil hardness detector, a communication factor setting device, an indicator, a crank shaft speed sensor and a tachometer, a corner mark shaper, a functional angular speed transducer, a differentiator, an upper dead point (UDP) sensor, a UDP pulse shaper, a corner mark counter, an analogue UDP switch, a cycle corner mark setting device, a null detector, a functional converter of the number of pulses to voltage, a corner mark shaper of a cylinder, a retunable resonant filter, a strobe shaper, an analogue switch of cylinders, a setting device of numbers of corner marks of cylinders, the first and the second meters of average rectified, maximum and mean-square values, from the first to the third switches, in-series connected angular speed sensor of a rotor of a turbocompressor, a functional angular speed converter of the rotor and a double differentiator, and a generator current and voltage meter.

EFFECT: simpler and higher accuracy and flexibility of hardness determination of any non-homogeneous soils with ploughing outfits.

10 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам измерений физико-механических свойств почвы, преимущественно для непрерывной регистрации твердости слоя почвы при основной обработке неоднородных почв, культивации и внесении удобрений и/или мелиорантов почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания.The invention relates to technical means for measuring the physicomechanical properties of the soil, mainly for continuous recording of the hardness of the soil layer during the main processing of heterogeneous soils, cultivation and fertilization and / or reclamation of soil cultivating units, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine.

Известен прибор для непрерывного определения твердости почвы (А.с. SU №1201773, М.кл. G01N 33/24, опубл. 30.12.85. Бюл. №48), содержащий шарнирньй четырехзвенник, установленную на нем тензометрическую стойку, закрепленный на последней деформатор, защитный нож, установленный на стойке, копирующий каток, связанный с четырехзвенником, причем деформатор, имеющий предохранительный узел, выполнен в виде вертикального дополнительного ножа с трапецеидальным сечением в поперечно-вертикальной плоскости деформирования с большим основанием вверху, а защитный нож установлен перед деформатором с возможностью вертикального перемещения относительно стойки.A known device for the continuous determination of soil hardness (A.S. SU No. 1201773, M.cl. G01N 33/24, publ. 12/30/85. Bull. No. 48), containing a hinged four-link mounted on it tensometric rack, mounted on the last a deformer, a protective knife mounted on a rack, a copying roller connected with the four linker, the deformer having a safety unit made in the form of a vertical additional knife with a trapezoidal cross section in the transverse vertical plane of deformation with a large base at the top, and a protective knife installed in front of the deformer with the possibility of vertical movement relative to the rack.

Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость и сложность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами.A disadvantage of the known device is the high complexity and complexity of the continuous determination of soil hardness during the main processing of solonetzic-chernozemic and similar complexes of soils in use by tillage units.

Известно устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом (Патент RU 2298778, МПК G01N 3/42; G01N 33/24, опубл. 10.05.07. Бюл. №13), являющееся прототипом заявляемого технического решения. Оно содержит тензозвено, последовательно соединенные датчик давления наддува, функциональный преобразователь и аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи, а датчик частоты вращения коленчатого вала подключен к тахометру.A device for the continuous determination of soil hardness by tillage units, the motor vehicle of which contains a gas turbo-boosted engine (Patent RU 2298778, IPC G01N 3/42; G01N 33/24, publ. 05/10/07. Bull. No. 13), which is a prototype the claimed technical solution. It contains a strain gage, a boost pressure sensor, a functional converter and an analog-to-digital converter, a soil hardness tester, a coupling coefficient adjuster, an indicator, a crankshaft speed sensor and a tachometer, the output of the analog-to-digital converter connected to the first input of the soil hardness tester, the output of which is connected to the indicator, and the second input to the coupling coefficient setter, and the crankshaft speed sensor is connected to the tachometer.

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывного определения твердости почвы при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания, не имеющий форсированного газотурбонаддува. Кроме того, при прохождении легких почв почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом, возрастает погрешность определения твердости почвы, так как при этом чувствительность давления наддува к изменению тягового сопротивления снижается.A disadvantage of the known device is the inability to continuously determine the hardness of the soil during the main treatment of solonetzic-chernozemic and similar soil complexes with cultivating tillage units, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine that does not have forced gas turbocharging. In addition, when light soils pass through soil-cultivating aggregates, the motor vehicle of which contains an engine forced by gas turbocharging, the error in determining the hardness of the soil increases, since the sensitivity of boost pressure to a change in traction resistance decreases.

Задача заявляемого технического решения - повышение универсальности, упрощение непрерывного определения твердости слоя неоднородных почв с любой степенью неоднородности почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания, повышение точности определения твердости почвы, в том числе почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом.The objective of the proposed technical solution is to increase the versatility, simplify the continuous determination of the hardness of a layer of heterogeneous soils with any degree of heterogeneity of the tillage units in operation, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine, increase the accuracy of determining the hardness of the soil, including tillage units, motor and the vehicle of which contains a gas turbocharged engine.

Задача решается тем, что в устройство для непрерывного определения твердости почвы, содержащее тензозвено, последовательно соединенные датчик давления наддува и функциональный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, дополнительно введены формирователь угловых меток, функциональный преобразователь угловой скорости, дифференциатор, датчик верхней мертвой точки, формирователь импульсов ВМТ, счетчик угловых меток, аналоговый ключ ВМТ, задатчик угловых меток цикла, нуль-орган, функциональный преобразователь числа импульсов в напряжение, формирователь угловых меток цилиндра, перестраиваемый резонансный фильтр, формирователь строба, аналоговый ключ цилиндров, задатчик номеров угловых меток цилиндров, первые и вторые измерители средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, с первого по третий переключатели, последовательно соединенные датчик давления на входе турбокомпрессора и функциональный преобразователь давления на входе, последовательно соединенные датчик давления разрежения турбокомпрессора и функциональный преобразователь давления разрежения, последовательно соединенные датчик угловой скорости ротора турбокомпрессора, функциональный преобразователь угловой скорости ротора и двойной дифференциатор, измеритель тока и напряжения генератора.The problem is solved in that a device for continuous determination of soil hardness, containing a strain gauge, in series a boost pressure sensor and a functional converter, an analog-to-digital converter, a soil hardness determinant, a coupling coefficient adjuster, an indicator, a crankshaft rotation speed sensor and a tachometer, are additionally introduced angle mark generator, angular velocity functional converter, differentiator, top dead center sensor, TDC impulse generator, angle meter number of tags, TDC analogue key, cycle angle marker, zero-organ, functional converter of the number of pulses to voltage, cylinder angle label generator, tunable resonant filter, strobe generator, analog cylinder key, cylinder angle number generator, first and second meters , maximum and rms values, first through third switches, series-connected pressure sensor at the inlet of the turbocharger and a functional converter inlet pressure, series-connected rarefaction pressure sensor of the turbocompressor and a functional pressure transducer of vacuum, series-connected sensor of angular velocity of the rotor of the turbocompressor, a functional converter of angular velocity of the rotor and a double differentiator, a generator current and voltage meter.

Причем датчик давления наддува соединен с функциональным преобразователем давления наддува, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом определителя твердости почвы, выход которого соединен с индикатором, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи. Датчик частоты вращения коленчатого вала через формирователь угловых меток соединен с функциональным преобразователем угловой скорости, выход которого соединен с дифференциатором. Датчик верхней мертвой точки через формирователь импульсов соединен с управляющими первым входом счетчика угловых меток и входом аналогового ключа ВМТ. Второй счетный вход счетчика угловых меток связан с выходом формирователя угловых меток, третий управляющий вход - с задатчиком угловых меток цикла, четвертый управляющий вход через третий переключатель - с выходом нуль-органа. Выход счетчика угловых меток соединен с входом функционального преобразователя числа импульсов в напряжение и первым сигнальным входом формирователя угловых меток цилиндра. Выход функционального преобразователя числа импульсов в напряжение соединен с тахометром и первым управляющим входом перестраиваемого резонансного фильтра, а выход формирователя угловых меток цилиндра через формирователь строба соединен с первым управляющим входом аналогового ключа цилиндров. Второй управляющий вход формирователя угловых меток цилиндров соединен с задатчиком номеров угловых меток цилиндров. Выход дифференциатора соединен с входами аналогового ключа ВМТ, нуль-органа и аналогового ключа цилиндров. Выход перестраиваемого резонансного фильтра соединен с входами первых измерителей средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, а выход аналогового ключа цилиндров - с входами вторых измерителей средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений. Выход первого переключателя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а выход второго переключателя - с вторым сигнальным входом перестраиваемого резонансного фильтра. Выход дифференциатора соединен с вторым переключателем в первом положении, выходы функциональных преобразователей давлений наддува, на входе турбокомпрессора и разрежения, двойного дифференциатора соединены с первым и вторым переключателями с второго по пятое положениями соответственно. Выходы аналогового ключа ВМТ, функционального преобразователя числа импульсов в напряжение, первых и вторых измерителей средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, измерителя тока и напряжения генератора соединены с первым переключателем с шестого по тринадцатое положениями соответственно.Moreover, the boost pressure sensor is connected to a functional boost pressure transducer, the output of the analog-digital converter is connected to the first input of the soil hardness determinant, the output of which is connected to the indicator, and the second input to the coupling coefficient adjuster. The crankshaft rotational speed sensor is connected to the functional angular velocity transducer, the output of which is connected to the differentiator, through the angular mark former. The top dead center sensor is connected via a pulse former to the control of the first input of the angle mark counter and the input of the TDC analog key. The second counting input of the angle mark counter is connected to the output of the angle mark generator, the third control input is connected to the angle mark setter of the cycle, the fourth control input through the third switch is connected to the output of the zero-organ. The output of the angle mark counter is connected to the input of the functional converter of the number of pulses to voltage and the first signal input of the cylinder angle mark generator. The output of the functional converter of the number of pulses to voltage is connected to the tachometer and the first control input of the tunable resonant filter, and the output of the angle marker for the cylinder through the gate former is connected to the first control input of the analog cylinder key. The second control input of the cylinder angle mark generator is connected to the cylinder angle number generator. The output of the differentiator is connected to the inputs of the TDC analog key, zero-organ and analog cylinder key. The output of the tunable resonant filter is connected to the inputs of the first meters of RMS, maximum and RMS values, and the output of the analog cylinder key is connected to the inputs of the second meters of RMS, maximum and RMS values. The output of the first switch is connected to the input of the analog-to-digital converter, and the output of the second switch is connected to the second signal input of the tunable resonant filter. The output of the differentiator is connected to the second switch in the first position, the outputs of the functional converters of boost pressures, at the input of the turbocharger and vacuum, of the double differentiator are connected to the first and second switches from the second to fifth positions, respectively. The outputs of the TDC analog switch, a functional converter of the number of pulses to voltage, the first and second meters of the average rectified, maximum and rms values, the current meter and generator voltage are connected to the first switch from the sixth to thirteenth positions, respectively.

Введение в указанной связи новых по сравнению с прототипом конструктивных блоков обеспечивает достижение нового технического результата - оперативное непрерывное определение твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, снижение трудоемкости благодаря устранению необходимости установки тензозвеньев на каждый почвообрабатывающий агрегат. Получение оперативной достоверной информации о твердости слоя почвы позволяет обеспечить качественную обработку почвы, в особенности при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почв, при которой требуется периодическая смена рабочих органов, а также локальное внесение мелиорантов и удобрений. Эта информация может быть использована также в системе автоматического управления рабочими процессами агрегата.The introduction of new structural units in comparison with the prototype in this connection ensures the achievement of a new technical result - the continuous continuous determination of the hardness of the soil layer by cultivating units that are in operation, the motor vehicle of which contains an engine, reducing labor intensity by eliminating the need to install strain gages on each tillage unit. Obtaining real-time reliable information on the hardness of the soil layer allows us to ensure high-quality soil cultivation, especially during the main processing of solonetzic-chernozemic and similar soil complexes, which requires a periodic change of working bodies, as well as local application of ameliorants and fertilizers. This information can also be used in the system of automatic control of work processes of the unit.

На фиг.1 изображено устройство, установленное в кабине моторно-транспортного средства. На фиг.2 представлены зависимости силовых компрессионной |K(φ)| и индикаторной (газовой) S(φ) функций для всего множества вихрекамерных ДВС при различных значениях политроп сжатия и расширения. На фиг.3 приведены зависимости компрессионной |K(φ)| и индикаторной S(φ) функций для конкретного значения степени сжатия и соответствующая этим функциям зависимость индикаторного момента M_i1 двигателя, образованного работой одного цилиндра. На фиг.4 показано формирование ускорения коленчатого вала ДВС компоновки 4-Р. На фиг.5 представлены зависимости смещения суммарного ускорения ε относительно мгновенного значения ускорения коленчатого вала при нахождении поршня в ВМТ, вызванные увеличением тягового сопротивления агрегата. На фиг 6 изображена внешняя скоростная характеристика по мощности двигателя 6V14/16 (СМД-62). На фиг.7 приведены внешняя и токоскоростная характеристики генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. На фиг.8 приведены внешняя и токоскоростная характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением. На фиг.9 приведены внешняя и токоскоростная характеристики вентильного генератора с независимым возбуждением. На фиг.10 приведены токоскоростные характеристики некоторых тракторных вентильных генераторов индукторного типа.Figure 1 shows a device installed in the cab of a motor vehicle. Figure 2 presents the dependence of the power compression | K (φ) | and indicator (gas) S (φ) functions for the entire set of vortex-chamber ICEs for different values of the polytropic compression and expansion. Figure 3 shows the dependence of the compression | K (φ) | and indicator S (φ) functions for a specific value of the compression ratio and the corresponding dependence of the indicator moment M _{i1 of the} engine formed by the operation of one cylinder. Figure 4 shows the formation of the acceleration of the crankshaft ICE layout 4-P. Figure 5 presents the dependence of the offset of the total acceleration ε relative to the instantaneous value of the acceleration of the crankshaft when the piston is in TDC, caused by an increase in the traction resistance of the unit. In Fig.6 shows the external speed characteristic for engine power 6V14 / 16 (SMD-62). Figure 7 shows the external and current-speed characteristics of a DC generator with parallel excitation. On Fig shows the external and current-speed characteristics of the DC generator with independent excitation. Figure 9 shows the external and current-speed characteristics of a valve generator with independent excitation. Figure 10 shows the current-speed characteristics of some tractor valve generators of inductor type.

На фиг.1 обозначено: 1 - датчик давления наддува, 2 - функциональный преобразователь давления наддува, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - определитель твердости почвы, 5 - индикатор, 6 - задатчик коэффициента связи, 7 - датчик частоты вращения коленчатого вала, 8 - тахометр, 9 - формирователь угловых меток, 10 - функциональный преобразователь угловой скорости, 11 - дифференциатор, 12 - датчик верхней мертвой точки, 13 - формирователь импульсов ВМТ, 14 - счетчик угловых меток, 15 - аналоговый ключ ВМТ, 16 - задатчик угловых меток цикла, 17 - нуль-орган, 18 - функциональный преобразователь числа импульсов в напряжение, 19 - формирователь угловых меток цилиндра, 20 - перестраиваемый резонансный фильтр, 21 - формирователь строба, 22 - аналоговый ключ цилиндров, 23 - задатчик номеров угловых меток цилиндров, 24…26 и 27…29 - первые и вторые измерители средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, 30 и 31 - первый и второй переключатели, 32 - датчик давления на входе турбокомпрессора, 33 - функциональный преобразователь давления на входе турбокомпрессора, 34 - датчик давления разрежения турбокомпрессора, 35 - функциональный преобразователь давления разрежения, 36 - датчик угловой скорости ротора турбокомпрессора, 37 - функциональный преобразователь угловой скорости ротора, 38 - двойной дифференциатор, 39 - измеритель тока и напряжения генератора, 40 - третий переключатель. Причем датчик давления наддува 1 соединен с функциональным преобразователем 2, выход аналого-цифрового преобразователя 3 соединен с первым входом определителя твердости почвы 4, выход которого соединен с индикатором 5, а второй вход - с задатчиком коэффициента связи 6. Датчик частоты вращения коленчатого вала 7 через формирователь угловых меток 9 соединен с функциональным преобразователем 10 угловой скорости, выход которого соединен с дифференциатором 11. Датчик верхней мертвой точки 12 через формирователь импульсов ВМТ 13 соединен с управляющими первым входом счетчика угловых меток 14 и входом аналогового ключа ВМТ 15. Второй счетный вход счетчика угловых меток 14 связан с выходом формирователя угловых меток 9, третий управляющий вход - с задатчиком угловых меток цикла 16, четвертый управляющий вход через переключатель 40 - с выходом нуль-органа 17. Выход счетчика угловых меток 14 соединен с входом функционального преобразователя 18 числа импульсов в напряжение и первым сигнальным входом формирователя 19 угловых меток цилиндра. Выход функционального преобразователя числа импульсов в напряжение 18 соединен с тахометром 8 и первым управляющим входом перестраиваемого резонансного фильтра 20, а выход формирователя 19 угловых меток цилиндра через формирователь строба 21 соединен с первым входом аналогового ключа цилиндров 22. Второй вход формирователя 19 угловых меток цилиндра соединен с задатчиком 23 номеров угловых меток цилиндров. Выход дифференциатора 11 соединен с входами аналогового ключа ВМТ 15, нуль-органа 17 и аналогового ключа цилиндров 22. Выход перестраиваемого резонансного фильтра 20 соединен с входами первых измерителей средневыпрямленного 24, максимального 25 и среднеквадратического 26 значений, а выход аналогового ключа цилиндров 22 - с входами вторых измерителей средневыпрямленного 27, максимального 28 и среднеквадратического 29 значений. Выход первого переключателя 30 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 3, а выход второго переключателя 31 - с вторым сигнальным входом перестраиваемого резонансного фильтра 20. Выход дифференциатора 11 соединен с вторым переключателем 31 в первом положении, выходы функциональных преобразователей давлений наддува 2, на входе турбокомпрессора 33 и разрежения 35, двойного дифференциатора 38 соединены с первым 30 и вторым 31 переключателями с второго по пятое положениями соответственно. Выходы аналогового ключа ВМТ 15, функционального преобразователя 18 числа импульсов в напряжение, первых 24…26 и вторых 27…29 измерителей средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, измерителя 39 тока и напряжения генератора соединены с первым переключателем 30 с шестого по тринадцатое положениями соответственно.Figure 1 indicates: 1 - boost pressure sensor, 2 - functional boost pressure transducer, 3 - analog-to-digital transducer, 4 - soil hardness determinant, 5 - indicator, 6 - coupling coefficient adjuster, 7 - crankshaft speed sensor, 8 - tachometer, 9 - angle mark generator, 10 - functional angular velocity transducer, 11 - differentiator, 12 - top dead center sensor, 13 - TDC impulse generator, 14 - angle mark counter, 15 - TDC analog key, 16 - angular adjuster loop labels, 17 - null organ, 18 - function a universal converter of the number of pulses to voltage, 19 - a cylinder angle mark generator, 20 - a tunable resonant filter, 21 - strobe generator, 22 - an analog cylinder key, 23 - cylinder angle number indexer, 24 ... 26 and 27 ... 29 - first and second meters of mean-rectified, maximum and rms values, 30 and 31 - the first and second switches, 32 - pressure sensor at the inlet of the turbocompressor, 33 - functional pressure transducer at the inlet of the turbocompressor, 34 - pressure sensor of vacuum of the turbocomp quarrel, 35 - vacuum pressure function generator, 36 - angular velocity sensor turbocharger 37 - function generator rotor angular speed 38 - double differentiator 39 - current meter and voltage generator, 40 - the third switch. Moreover, the boost pressure sensor 1 is connected to the functional converter 2, the output of the analog-to-digital converter 3 is connected to the first input of the soil hardness determiner 4, the output of which is connected to the indicator 5, and the second input to the adjuster of the coupling coefficient 6. The crankshaft speed sensor 7 through the angle mark generator 9 is connected to the angular velocity functional converter 10, the output of which is connected to the differentiator 11. The top dead center sensor 12 is connected to the control via the TDC 13 pulse generator they are the first input of the angle mark counter 14 and the input of the BMT analog key 15. The second counting input of the angle mark counter 14 is connected to the output of the angle mark generator 9, the third control input to the angle mark generator of cycle 16, and the fourth control input through switch 40 to output zero -organ 17. The output of the angle mark counter 14 is connected to the input of the functional converter 18 of the number of pulses to voltage and the first signal input of the cylinder angle mark generator 19. The output of the functional converter of the number of pulses to voltage 18 is connected to the tachometer 8 and the first control input of the tunable resonant filter 20, and the output of the cylinder angle mark former 19 through the gate former 21 is connected to the first input of the analog cylinder key 22. The second input of the cylinder angle mark former 19 is connected to setter of 23 numbers of angular labels of cylinders. The output of the differentiator 11 is connected to the inputs of the analog key BMT 15, the zero-organ 17 and the analog key of the cylinders 22. The output of the tunable resonant filter 20 is connected to the inputs of the first meters of the medium-rectified 24, maximum 25 and rms 26 values, and the output of the analog key of the cylinders 22 is connected to the inputs second measuring instruments of mean-rectified 27, maximum 28 and mean-square 29 values. The output of the first switch 30 is connected to the input of the analog-to-digital converter 3, and the output of the second switch 31 is connected to the second signal input of the tunable resonant filter 20. The output of the differentiator 11 is connected to the second switch 31 in the first position, the outputs of the functional boost pressure transducers 2, at the input of the turbocharger 33 and vacuum 35, a double differentiator 38 are connected to the first 30 and second 31 switches from the second to fifth positions, respectively. The outputs of the BMT 15 analog switch, a functional converter 18 of the number of pulses to voltage, the first 24 ... 26 and second 27 ... 29 meters of RMS, maximum and RMS values, current meter and generator voltage meter 39 are connected to the first switch 30 from the sixth to the thirteenth positions, respectively.

Датчики давлений наддува 1, на входе турбокомпрессора 32 и разрежения 34 могут содержать пьезоэлектрические чувствительные (первичные) измерительные преобразователи. В качестве функциональных преобразователей давлений 2, 33 и 35 может быть применен типовой преобразователь заряда в напряжение. Аналого-цифровой преобразователь 3 выполнен по стандартной схеме. Определитель твердости почвы 4 является спецвычислителем и построен на элементах микропроцессорной техники. Индикатор 5 - цифровое световое табло. Задатчик коэффициента связи 6 представляет собой клавиатуру с декадой цифр и клавишами управления. В качестве датчиков частоты вращения коленчатого вала 7 и ВМТ 12 могут быть использованы индукционные датчики, устанавливаемые напротив зубчатого венца маховика двигателя и отверстия в нем соответственно. Тахометр 8 обеспечивает измерение и визуальную индикацию частоты вращения коленчатого вала двигателя. Формирователь угловых меток 9 и формирователь импульсов ВМТ 13 содержат триггер Шмитта и ждущий мультивибратор, формирующие импульсы стандартизованной длительности и амплитуды. Функциональные преобразователи 10, 18 и 37 - типовые преобразователи последовательности импульсов в напряжение. Задатчик угловых меток цикла 16 - переключатель, коммутирующий число разрядов счетчика 14 (емкость счетчика), которое устанавливается в соответствии с удвоенным числом зубьев (угловых меток) на венце маховика двигателя. Формирователь 19 угловых меток цилиндра - счетчик импульсов. Задатчик 23 номеров угловых меток цилиндров - коммутатор (переключатель), задающий номера импульсов, соответствующих началу и концу работы цилиндров. Перестраиваемый резонансный фильтр 20 построен на активном полосовом фильтре (на операционном усилителе), резонансная частота которого изменяется за счет переключения конденсаторов и дополнительно подстраивается с помощью емкости варикапа, управляемого напряжением. Формирователь строба 21 - статический триггер, вырабатывающий импульс, длительность которого определяется начальными и конечными импульсами цилиндров. Первые 24…26 и вторые 27…29 измерители средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений построены по типовым схемам вольтметров. Датчик 36 угловой скорости ротора турбокомпрессора - индукционный датчик, устанавливаемый напротив крыльчатки ротора. Измеритель тока и напряжения генератора 39 содержит переключаемые амперметр и вольтметр.The boost pressure sensors 1, at the inlet of the turbocharger 32 and vacuum 34 may contain piezoelectric sensitive (primary) measuring transducers. As functional pressure transducers 2, 33 and 35, a typical charge-to-voltage converter can be used. Analog-to-digital Converter 3 is made according to the standard scheme. The soil hardness determinant 4 is a special calculator and is built on the elements of microprocessor technology. Indicator 5 - digital light board. The coupling coefficient adjuster 6 is a keyboard with a decade of numbers and control keys. As sensors for the rotational speed of the crankshaft 7 and TDC 12, induction sensors mounted opposite the ring gear of the engine flywheel and the openings in it, respectively, can be used. The tachometer 8 provides a measurement and visual indication of the engine speed. The angle mark generator 9 and the TDC pulse generator 13 comprise a Schmitt trigger and a standby multivibrator, forming impulses of standardized duration and amplitude. Functional converters 10, 18, and 37 are typical pulse train to voltage converters. The set of angle marks of the cycle 16 is a switch that commutes the number of bits of the counter 14 (counter capacity), which is set in accordance with the doubled number of teeth (corner marks) on the crown of the engine flywheel. Shaper 19 corner marks of the cylinder - pulse counter. The setter 23 numbers of angular marks of the cylinders is a switch (switch) that sets the numbers of pulses corresponding to the beginning and end of the cylinders. The tunable resonant filter 20 is built on an active bandpass filter (on an operational amplifier), the resonant frequency of which is changed by switching capacitors and is further tuned using a voltage-controlled varicap capacitance. Shaper 21 is a static trigger that generates a pulse, the duration of which is determined by the initial and final pulses of the cylinders. The first 24 ... 26 and second 27 ... 29 meters of mean-rectified, maximum and rms values are constructed according to standard voltmeter schemes. The turbocharger rotor angular velocity sensor 36 is an induction sensor mounted opposite the rotor impeller. The current and voltage meter of the generator 39 contains a switchable ammeter and voltmeter.

Устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, работает следующим образом.A device for continuous determination of soil hardness by tillage units, a motor vehicle of which contains an engine, operates as follows.

Установлено, что тяговое сопротивление Ra почвообрабатывающего агрегата линейно связано с твердостью (плотностью) почвы:It was established that the traction resistance Ra of the tillage unit is linearly related to the hardness (density) of the soil:

где F_к - сила перекатывания, а и b - глубина вспашки и ширина захвата, m -эмпирический коэффициент: m=0,014 при работе корпусов рабочих органов без залипания; m=0,030…0,032 при залипании корпусов рабочих органов почвой; Т_ср - средняя твердость почвы по глубине пахоты.where F _k is the rolling force, and b is the depth of plowing and working width, m is the empirical coefficient: m = 0.014 when the bodies of the working bodies work without sticking; m = 0,030 ... 0,032 when sticking the bodies of the working bodies of the soil; T _cf - the average hardness of the soil in depth of plowing.

Так как тяговое сопротивление оценивают на рабочих скоростных режимах, близких к n=n_ном (n - частота вращения коленчатого вала), то из уравнения баланса мощностейSince the traction resistance is estimated at operating speed modes close to n = n _nom (n is the crankshaft rotation speed), from the power balance equation

где β - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного тягового средства и определяемый при градуировке посредством тягового динамометра; индексы p и x соответствуют рабочему (под нагрузкой) и холостому проходам агрегата.where β is the coefficient of proportionality constant for a given traction means and determined during calibration by means of a traction dynamometer; the indices p and x correspond to the working (under load) and idle passes of the unit.

Используя тот или иной косвенный параметр П_N, отражающий мощность двигателя можно определить тяговое сопротивление почвообрабатывающего агрегата:Using one or another indirect parameter P _N , reflecting the engine power, you can determine the traction resistance of the soil cultivating unit:

Из уравнений (1) - (3) получим:From equations (1) - (3) we obtain:

где к_св - коэффициент связи: к_св=(β/abm).wherein a _{communication} - coupling coefficient: a _binding = (β / abm).

В переходных и установившихся режимах динамика ДВС описывается дифференциальным уравнением в моментах с переменными коэффициентами:In transient and steady-state modes, the dynamics of an internal combustion engine is described by a differential equation at moments with variable coefficients:

где J_Д, M_i,

,

, M_T, М_нг, М_ИН,

- моменты: инерции, индикаторный, компрессионная и газовая составляющие индикаторного момента, трения, нагрузки, инерционный, инерционный остаточный; ω, ε - угловые скорость и ускорение коленчатого вала; φ - угол поворота коленчатого вала (ПКВ); ψ - перемещение органа топливоподачи (ход рейки топливного насоса); f_наг - сила нагрузки; ξ_m - угол сдвига по фазе между индикаторными моментами отдельных цилиндров согласно диаграмме распределения вспышек; ζ_m- угол сдвига по фазе между инерционными составляющими отдельных цилиндров согласно их компоновке; i_ц - число цилиндров;

,

, ε_нг - составляющие ускорения: компрессионная, газовая, термодинамическая, инерционная переменная неуравновешенная, инерционная остаточная, трения в цилиндропоршневых группах ε_T1 и в остальных сопряжениях

ДВС, нагрузки.where J _D , M _i ,

,

, M _T , M _ng , M _IN ,

- moments: inertia, indicator, compression and gas components of the indicator moment, friction, load, inertial, inertial residual; ω, ε — angular velocity and acceleration of the crankshaft; φ is the angle of rotation of the crankshaft (PCV); ψ is the movement of the fuel supply body (the course of the rail of the fuel pump); f _Nag - load force; ξ _m is the phase angle between the indicator moments of the individual cylinders according to the outbreak distribution diagram; ζ _m is the phase angle between the inertial components of the individual cylinders according to their layout; i _c - the number of cylinders;

,

, ε _ng - acceleration components: compression, gas, thermodynamic, inertial variable unbalanced, inertial residual, friction in cylinder-piston groups ε _T1 and in other mates

ICE load.

Для каждого из цилиндров составляющие полного ускорения:For each cylinder, the components of the full acceleration:

где ε_ц - ускорение коленчатого вала, вызванное работой одного цилиндра (для упрощения в дальнейшем - ускорение цилиндра); V_ц - рабочий объем цилиндра двигателя; р_с - давление сжатия;

- среднее индикаторное давление; K₁(φ) и S₁(φ) - известные из теории ДВС безразмерные компрессионная и газовая (индикаторная) силовые функции, вызванные работой цилиндра:where ε _c is the acceleration of the crankshaft caused by the operation of one cylinder (to simplify in the future - the acceleration of the cylinder); V _c - the working volume of the engine cylinder; p _{with the} compression pressure;

- average indicator pressure; K ₁ (φ) and S ₁ (φ) are the dimensionless compression and gas (indicator) power functions known from the theory of internal combustion engines caused by the cylinder:

К(φ)=Г(φ)/2Дⁿ(φ); S(φ)=GГ(φ)/2σ^q; Г(φ)=sin(φ+α)/cosα;K (φ) = Г (φ) / 2Д ⁿ (φ); S (φ) = GГ (φ) / 2σ ^q ; G (φ) = sin (φ + α) / cosα;

Д(φ)=1+0,5(γ_сж-1)[1-cosφ+λ^-1(1-cosα)];D (φ) = 1 + 0.5 (γ _cr -1) [1-cosφ + λ ^-1 (1-cosα)];

G=[(γ_сж-1)(q-1)]/{(ρ_i-1)(q-1)+ρ_i[1-(γ_сж/ρ_i)^1-q]}; α=arcsin(λsinφ); λ=r/L; r и L - радиус кривошипа и длина шатуна; γ_сж - степень сжатия; n и q - средние значения показателей политроп сжатия и расширения; ρ_i - степень предварительного расширения продуктов сгорания;G = [(γ _sr -1) (q-1)] / {(ρ _i -1) (q-1) + ρ _i [1- (γ _sr / ρ _i ) ^1-q ]}; α = arcsin (λsinφ); λ = r / L; r and L are the radius of the crank and the length of the connecting rod; γ _SJ - compression ratio; n and q are the average values of the indicators of polytropic compression and expansion; ρ _i is the degree of preliminary expansion of the combustion products;

.

Функции K₁(φ) и S₁(φ) для всего множества, например, вихрекамерных ДВС при различных значениях политроп сжатия и расширения могут быть аппроксимированы набором кривых, зависящих только от степени сжатия с_сж (фиг.2: а - кривая 1 - γ_сж=12; кривая 2 - γ_сж=14; кривая 3 - γ_сж=16; кривая 4 - γ_сж=20; б - кривая 1 - γ_сж=14; кривая 2 - γ_сж=16; кривая 3 - γ_сж=20; фиг.3: для двигателя 4Ч13/14

- среднее значение M_I1(φ)):K₁₊(φ)=а_кφ[exp(-b_kφ)]; S₁(φ)=a_sφ[exp(-b_sφ)]; K₁₊(φ) - положительная ветвь функции K₁(φ); а_к, a_s, b_к, b_s - константы.Function K ₁ (φ) and S ₁ (φ) for the whole set, e.g., vihrekamernyh internal combustion engine for various values of polytropic compression and expansion can be approximated by a set of curves that depend only on the degree of compression with a _{compression channel} (Figure 2: a - curve 1 - γ _cr = 12; curve 2 - γ _cr = 14; curve 3 - γ _cr = 20; curve 4 - γ _cr = 20; b - curve 1 - γ _cr = 14; curve 2 - γ _cr = 16; curve 3 - γ _sr = 20; Fig. 3: for a 4CH13 / 14 engine

- the average value of M _I1 (φ)): K ₁₊ (φ) = a _to φ [exp (-b _k φ)]; S ₁ (φ) = a _s φ [exp (-b _s φ)]; K ₁₊ (φ) is the positive branch of the function K ₁ (φ); and _k , a _s , b _k , b _s are constants.

В стационарном режиме полной нагрузки полное ускорение коленчатого вала ДВС:In stationary full load mode, the full acceleration of the engine's crankshaft:

На фиг.4 показано формирование ускорения ДВС компоновки 4-Р.Figure 4 shows the formation of the acceleration of the internal combustion engine layout 4-P.

В установившемся режиме работы агрегата составляющая

отражает индикаторный момент M_i и мощность N_i. С ростом

увеличивается размах составляющей

. Следовательно, определив среднее значение суммы переменных

, можно оценить полную индикаторную мощность двигателя:In the steady state operation of the unit component

reflects the indicator moment M _i and power N _i . With growth

the scope of the component increases

. Therefore, determining the average value of the sum of variables

, you can evaluate the full indicator power of the engine:

где k_m∂ - коэффициент пропорциональности, зависящий от марки ДВС (числа цилиндров, момента инерции, степени сжатия); T₀ - время поворота коленчатого вала на 360°.where k _m∂ is the coefficient of proportionality, depending on the brand of ICE (number of cylinders, moment of inertia, compression ratio); T ₀ - time of rotation of the crankshaft 360 °.

Вместо средних значений можно использовать также экстремальные (амплитудные) значенияInstead of average values, extreme (amplitude) values can also be used.

где k_{m∂ m} имеет тот же смысл, что и k_m∂ (они не равны между собой).where k _{m∂ m} has the same meaning as k _m∂ (they are not equal to each other).

При этом достаточно использовать только положительные экстремумы, так как составляющая

определяется функцией S(φ), которая всегда положительна. Кроме того, это повышает чувствительность сигнала к изменению активных сил двигателя благодаря тому, что в установившемся режиме

смещается относительно нуля так, чтобы среднее значение ускорения равнялось нулю. Это приводит к значительному уменьшению влияния составляющей

, которая определяется функцией K(φ), симметричной относительно нуля.In this case, it is sufficient to use only positive extremes, since the component

is determined by the function S (φ), which is always positive. In addition, this increases the sensitivity of the signal to a change in the active forces of the engine due to the fact that in steady state

shifts relative to zero so that the average value of the acceleration is zero. This leads to a significant reduction in the influence of the component

, which is determined by the function K (φ) symmetric with respect to zero.

У уравновешенных двигателей (ε_ин→0) с низким уровнем переменной составляющей потерь:For balanced engines (ε _in → 0) with a low level of variable loss component:

Для повышения чувствительности параметра П_N (особенно в применении к многоцилиндровым ДВС) целесообразно при прокрутке двигателя (без нагрузки) измерить с привязкой по углу ПКВ мгновенные значения ускорения коленчатого вала и вычесть их из ускорения (6) в фазе. Кроме того, точность и достоверность оценки энергетических показателей можно повысить благодаря селекции сигнала в частотной (фильтрация) и фазовой (по углу ПКВ) областях. Действительно, спектр переменной составляющей процесса нагружения двигателя всегда содержит более низкие частоты, чем спектр процессов, вызванных активными движущими силами двигателя. Активная часть спектра ускорений сил трения и инерционных сил различных присоединительных элементов, кинематически связанных с коленчатым валом, располагается выше указанного спектра. Селекция по углу ПКВ позволяет избавиться от взаимно перекрывающихся участков рабочих процессов (на срезе импульсов

), возникающих у многоцилиндровых двигателей.To increase the sensitivity of the parameter П _N (especially when applied to multi-cylinder internal combustion engines), it is advisable when scrolling the engine (without load) to measure the instantaneous acceleration of the crankshaft with reference to the PCV angle and subtract them from the acceleration (6) in phase. In addition, the accuracy and reliability of estimating energy indicators can be improved due to signal selection in the frequency (filtering) and phase (in the PCV angle) regions. Indeed, the spectrum of the variable component of the engine loading process always contains lower frequencies than the spectrum of processes caused by the active driving forces of the engine. The active part of the spectrum of accelerations of friction and inertial forces of various connecting elements kinematically connected with the crankshaft is located above the specified spectrum. Selection along the PCV corner allows you to get rid of mutually overlapping sections of work processes (at the pulse cut

) arising from multi-cylinder engines.

В качестве параметра П_N можно также использовать составляющие амплитудно-частотного спектра ускорения коленчатого вала. Из анализа функций K(φ) и S(φ), максимумы которых достигаются при φ=22…30°, следует, что наибольшая доля энергии спектра

приходится на составляющие ε₃₄, кратные 3-4-й гармоникам частоты вращения, тогдаAs a parameter P _N you can also use the components of the amplitude-frequency spectrum of the acceleration of the crankshaft. From the analysis of the functions K (φ) and S (φ), the maximums of which are achieved at φ = 22 ... 30 °, it follows that the largest share of the spectrum energy

accounted for by the components ε ₃₄ , multiples of the 3-4th harmonic of the rotation frequency, then

где

- среднее выпрямленное значение сигнала ε₃₄, a A₃₄=maxε₃₄ при t∈[t₁, t₂]; [t₁, t₂] - интервал времени, соответствующий активной части индикаторной силовой функции (фиг.3, б).Where

- the average rectified signal value ε ₃₄ , a A ₃₄ = maxε ₃₄ at t∈ [t ₁ , t ₂ ]; [t ₁ , t ₂ ] is the time interval corresponding to the active part of the indicator power function (Fig.3, b).

Помимо средневыпрямленных и экстремальных значений могут также применяться средние квадратические значения сигналов:In addition to the average rectified and extreme values, the mean square values of the signals can also be used:

Мощность двигателей, форсированных газотурбонаддувом, функционально связана с параметрами турбокомпрессора:The power of engines boosted by gas turbocharging is functionally related to the parameters of a turbocharger:

где k_mн - величина, определяемая параметрами топливной и воздушной магистралей ДВС; р_к - давление наддува.where k _mn - the value determined by the parameters of the fuel and air lines of the engine; p _to - boost pressure.

В свою очередь давление наддува р_к:In turn, boost pressure p _k :

где π_к - постоянная для данного турбокомпрессора величина;

, ϖ_T, ϖ - относительные отклонения величин:

, ϖ_T=Δω_T/ω_{T ном},where π _to - constant for a given turbocompressor value;

, ϖ _T , ϖ - relative deviations of the quantities:

, ϖ _T = Δω _T / ω _{T nom} ,

ϖ=Δω/ω_ном; k_в, θ_в - величины, зависящие от параметров турбокомпрессора; ω_Т - угловая скорость ротора турбокомпрессора; р_{к вх} - давление воздуха перед компрессором; р₀ - атмосферное давление, δ_{р вх} - степень разрежения воздуха на входе в компрессор. Δр_р - разрежение воздуха на входе в компрессор; δ_{р вх}=Δp_p/р₀.ϖ = Δω / ω _nom ; k _in , θ _in - values depending on the parameters of the turbocharger; ω _T is the angular velocity of the rotor of the turbocompressor; p _{to I} - air pressure in front of the compressor; p ₀ - atmospheric pressure, δ _{p I} - the degree of rarefaction of air at the inlet to the compressor. Δp _p - rarefaction of air at the inlet to the compressor; δ _{p in} = Δp _p / p ₀ .

Следовательно, кроме давления наддува р_к в качестве показателя П_Nможно применить параметры ω_Т, Δр_р или р_{к вх} (последние два параметра более чувствительны к изменению тягового сопротивления):Consequently, in addition _{to the} supercharging pressure P as an index P _N can apply the parameters ω _T _p or p Dp _{to Rin} (the latter two parameters are more sensitive to a change in the traction resistance):

Неравномерность индикаторного момента ДВС в стационарном режиме приводит к колебаниям давления и температуры потока выхлопных газов, что является причиной колебаний угловых скорости и ускорения вала турбокомпрессора. Так как колебание параметров потока выхлопных газов определяется изменением индикаторного момента двигателя, то активная часть изменения давлений р_к, р_{к вх}, Δр_р, угловых скорости ω_Т и ускорения ε_Т может быть также аппроксимирована отрезком синусоиды, кратной 3…4-й гармоникам частоты вращения коленчатого вала, усредненных по всем цилиндрам:The non-uniformity of the indicator moment of the internal combustion engine in the stationary mode leads to fluctuations in the pressure and temperature of the exhaust gas flow, which causes fluctuations in the angular velocity and acceleration of the turbocharger shaft. Since the fluctuation of the parameters of the exhaust gas flow is determined by the change in the indicator moment of the engine, the active part of the pressure changes p _k , p _{k i} , Δ _{p p} , angular velocity ω _T and acceleration ε _T can also be approximated by a segment of a sinusoid that is a multiple of 3 ... 4th harmonics rotational speeds of the crankshaft averaged over all cylinders:

где

,

- средние значения по всем цилиндрам выпрямленных гармоник давлений р_к, р_{к вх}, Δр_р и ускорения ротора ε_Т турбокомпрессора, кратных 3-4-й гармоникам частоты вращения коленчатого вала.Where

,

- the average values for all cylinders of the rectified harmonics of the pressures p _k , p _{k vh} , Δ _{p p} and rotor acceleration ε _{T of the} turbocharger, multiples of the 3-4th harmonics of the crankshaft speed.

Аналогично в качестве параметров мощности П_N могут применяться средние значения по всем цилиндрам максимальных и средних квадратических значений указанных гармоник:Similarly, as the power parameters P _N , the average values for all cylinders of the maximum and quadratic mean values of the indicated harmonics can be used:

где А_К34=max р_к34, А_{к вх34}=max р_{к вх34}, А_р34=max Ap_{p 34}, А_εТ34=max ε_Т34 при t∈=[t₁, t₂]; [t₁, t₂] - интервал времени, соответствующий активной части индикаторной силовой функции цилиндра (фиг.3, б).where A _K34 = max p _k34 , A _{k vkh34} = max p _{k vkh34} , A _p34 = max Ap _{p 34} , A _εТ34 = max ε _T34 with t∈ = [t ₁ , t ₂ ]; [t ₁ , t ₂ ] is the time interval corresponding to the active part of the indicator power function of the cylinder (Fig.3, b).

При нахождении поршня в ВМТ составляющие

,

и ε_ИН равны нулю, а составляющую ε_Т внутренних потерь при определенном скоростном режиме можно считать постоянной. К тому же ее уровень значительно ниже уровня остальных составляющих. Поэтому с ростом тягового сопротивления происходит смещение суммарного ускорения ε относительно мгновенного значения ускорения коленчатого вала при нахождении поршня в ВМТ (нулевой линии) ε_вмт, которое одновременно приводит к появлению сдвига φ_вмт по углу поворота коленчатого вала или интервала времени, соответствующего этому углу между ВМТ и моментом перехода мгновенного значения ускорения через ноль (фиг.5, где кривые 1 - двигатель без нагрузки (холостой ход N_ex); 2 - N_e1>N_ex; 3 - N_2e>N_e1):When the piston is in the TDC, the components

,

and ε _IN are equal to zero, and the component ε _{T of} internal losses at a certain speed mode can be considered constant. In addition, its level is much lower than the level of other components. Therefore, with an increase in traction resistance, the total acceleration ε shifts relative to the instantaneous value of the crankshaft acceleration when the piston is in TDC (zero line) ε _bmw , which simultaneously leads to a shift φ _bmw along the crank shaft rotation angle or the time interval corresponding to this angle between bmw and the moment of transition of the instantaneous acceleration value through zero (Fig. 5, where curves 1 - engine without load (idle N _ex ); 2 - N _e1 > N _ex ; 3 - N _2e > N _e1 ):

На фиг.6 приведен пример внешней скоростной характеристики по мощности двигателя 6V14/16 (СМД-62). На фиг.7, а приведена внешняя характеристика (зависимость напряжения от силы тока нагрузки U_г=f₁(I_нг) при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и частоте вращения якоря n_я=const), а на фиг.7, б - токоскоростная характеристика I_нг=f₂(n_я) генератора постоянного тока с параллельным возбуждением. На фиг.8 приведены аналогичные характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением. На фиг.7 и 8 индексы «ном», «кр», «х», «кз» определяют номинальные, критические, холостые и короткого замыкания значения величин; n_я=k_перn_д; k_пер - передаточное отношение привода, n_д - частота вращения коленчатого вала двигателя. На фиг.9, а приведена внешняя характеристика (зависимость выпрямленного напряжения от силы тока нагрузки U_d=f₁(I_d) при постоянном сопротивлении и напряжении цепи возбуждения и частоте вращения ротора n_рт=const), а на фиг.9, б - токоскоростная характеристика I_d=f₂(n_рт) вентильного генератора с независимым возбуждением. На фиг.10 приведены токоскоростные характеристики некоторых тракторных вентильных генераторов индукторного типа (кривая 1 - 11.3701 при U_{d ном}=28 В; 2 - 46.3701 при U_{d ном}=14 В; 3 - 13.3701 при U_{d ном}=14 В). Как видно из этих зависимостей токоскоростная характеристика генератора любого типа тесно связана со скоростной характеристикой двигателя, т.е. с его эффективной мощностью. Кроме того, внешняя характеристика генераторов также связана с эффективной мощностью двигателя, поэтому:Figure 6 shows an example of an external speed characteristic for engine power 6V14 / 16 (SMD-62). In Fig. 7, a external characteristic is shown (the dependence of the voltage on the load current strength U _g = f ₁ (I _ng ) with constant excitation circuit resistance and armature speed n _i = const), and in Fig. 7, b - current-speed characteristic I _ng = f ₂ (n _i ) a direct current generator with parallel excitation. On Fig shows similar characteristics of a DC generator with independent excitation. In Figs. 7 and 8, the indices “nom”, “cr”, “x”, “KZ” define the nominal, critical, idle and short-circuit values of the quantities; n _i = k _lane n _d ; k _lane - the gear ratio of the drive, n _d - the frequency of rotation of the crankshaft of the engine. In Fig. 9, a external characteristic is shown (the dependence of the rectified voltage on the load current U _d = f ₁ (I _d ) with constant resistance and voltage of the excitation circuit and rotor speed n _r = const), and in Fig. 9, b - current-speed characteristic I _d = f ₂ (n _RT ) of the valve generator with independent excitation. Figure 10 shows the current-speed characteristics of some induction-type tractor valve generators (curve 1 - 11.3701 with U _{d nom} = 28 V; 2 - 46.3701 with U _{d nom} = 14 V; 3 - 13.3701 with U _{d nom} = 14 V). As can be seen from these dependences, the current-speed characteristic of a generator of any type is closely related to the speed characteristic of the engine, i.e. with its effective power. In addition, the external characteristic of the generators is also related to the effective engine power, therefore:

где I_г=I_нг или I_г=I_d;

или

.where I _g = I _ng or I _g = I _d ;

or

.

В прототипе П_N=р_к:In the prototype P _N = p _to :

где k_mн - величина, определяемая параметрами топливной и воздушной магистралей ДВС; k_ПА - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного тягового средства.where k _mn - the value determined by the parameters of the fuel and air lines of the engine; k _PA - proportionality coefficient constant for a given traction means.

Аналогично, в соответствии с формулами (1)-(4), с помощью косвенно определяемых параметров мощности П_N1…П_N22 можно оценить фактическое значения твердости неоднородной почвы значительно точнее, проще и дешевле известных средств.Similarly, in accordance with formulas (1) - (4), using indirectly determined power parameters P _N1 ... P _N22, you can evaluate the actual hardness of a heterogeneous soil much more accurately, simply and cheaper than known means.

Предварительно для конкретного типа агрегата измеряют с помощью тахометра частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания и устанавливают рабочую передачу. При холостом проходе агрегата устанавливают поочередно с помощью переключателей 30 и 31 и измеряют параметры П_Nx, отражающие мощность двигателя и затем на той же передаче при той же частоте вращения коленчатого вала аналогично устанавливают и измеряют поочередно параметры П_Np, отражающие мощность двигателя, при рабочем проходе агрегата. Одновременно с помощью тягового динамометра измеряют тяговое сопротивление. Определяют согласно (3) коэффициенты пропорциональности β между тяговым сопротивлением и разницей параметров П_Nр-П_Nх. По результатам ряда измерений определяют среднее значение коэффициентов β. Затем при контрольном проходе данного агрегата на конкретном поле определяют степень залипания рабочих органов m. С помощью задатчика коэффициента связи 6 вводят в определитель твердости почвы 4 поочередно соответствующие значения коэффициента связи к_св. Проводят основную обработку почвы на рабочей передаче. С помощью датчика частоты вращения коленчатого вала 7 и тахометра 8 контролируют частоту вращения, которая должна равняться той, при которой определены коэффициенты β. Формирователь угловых меток 9 преобразует сигнал, поступающий с датчика частоты вращения коленчатого вала 7, в последовательность импульсов стандартной амплитуды и длительности, которая с помощью функционального преобразователя угловой скорости 10 преобразуется в напряжение с последующим его дифференцированием дифференциатором 11. С выхода дифференциатора 11 напряжение, соответствующее угловому ускорению коленчатого вала двигателя, подается на сигнальные входы аналогового ключа ВМТ 15 и аналогового ключа цилиндров 22, а также на вход нуль-органа 17. Сформированный с помощью последовательно соединенных датчика верхней мертвой точки 12 и формирователя 13 импульс ВМТ поступает на первый управляющий вход счетчика угловых меток 14 и на управляющий вход аналогового ключа ВМТ 15. На сигнальный вход счетчика угловых меток 14 подается последовательность импульсов с выхода формирователя угловых меток 9. Заранее вручную задатчиком 16 угловых меток цикла устанавливается емкость счетчика угловых меток 14, соответствующая повороту коленчатого вала на два оборота конкретного двигателя, а путем переключения конденсаторов - средняя частота полосы пропускания перестраиваемого резонансного фильтра 20, соответствующая 3…4-й гармоникам частоты вращения двигателя, при которой проводится измерение твердости почвы. Последовательность импульсов с выхода счетчика угловых меток 14 преобразуется в напряжение функциональным преобразователем 18. С выхода дифференциатора 11 сигнал, пропорциональный мгновенному значению углового ускорения, через переключатель 40 в первом положении поступает на вход нуль-органа 17, который срабатывает в момент равенства нулю ускорения, с выхода нуль-органа 17 сигнал поступает на четвертый управляющий вход счетчика 14 угловых меток и прекращает счет угловых меток, начавшийся с момента срабатывания датчика 12 ВМТ и поступления импульса с выхода формирователя 13 на первый управляющий вход счетчика 14. При установке переключателя 40 в первое положение напряжение на выходе преобразователя 18 пропорционально углу поворота коленчатого вала двигателя, начиная от момента нахождения поршня цилиндра в ВМТ до момента равенства нулю значения ускорения коленчатого вала двигателя. При установке переключателя 40 во второе положение напряжение на выходе преобразователя 18, соответствующее частоте вращения коленчатого вала (усредненной за два оборота угловой скорости), измеряется тахометром 8 и подается одновременно на управляющий вход перестраиваемого резонансного фильтра 20 для подстройки его резонансной частоты (средней частоты полосового фильтра) в небольших пределах. Ввиду неоднородности почвенного покрова (тягового сопротивления) при движении почвообрабатывающего агрегата частота вращения коленчатого вала, при которой измеряется твердость почвы, изменяется в некоторых пределах. Для повышения точности измерения твердости почвы в устройстве осуществляется подстройка этого фильтра в соответствии с изменением частоты вращения коленчатого вала. Последовательность импульсов с выхода счетчика угловых меток 14 одновременно поступает на сигнальный вход формирователя 19 угловых меток цилиндра, управляющий вход которого соединен с задатчиком 23 номеров угловых меток цилиндров - коммутатором (переключателем), с помощью которого заранее задаются номера импульсов, подсчитываемых счетчиком 19, соответствующих началу и концу работы цилиндров. Эти импульсы подаются на формирователь строба 21, с выхода которого сформированный строб следует на управляющий вход аналогового ключа цилиндров 22. На выходе перестраиваемого резонансного фильтра 20 напряжение измеряется первыми 24…26 измерителями средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, а на выходе аналогового ключа цилиндров 22 - вторыми 27…29 измерителями средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений. Непрерывно измеряемое датчиком 1 давление наддува, датчиком 32 давление на входе турбокомпрессора, датчиком 34 давление разрежения турбокомпрессора, датчиком 36 угловая скорость ротора турбокомпрессора преобразовываются соответствующими функциональными преобразователями 2, 33, 35 и 37 в напряжение. С выхода функционального преобразователя 37 сигнал подается на двойной дифференциатор 38, на выходе которого напряжение соответствует угловому ускорению ротора турбокомпрессора. При установке переключателя 31 в первое положение, устанавливают поочередно переключатель 30 в 1…13 положения, при этом на вход аналого-цифрового преобразователя 3 подаются соответственно сигналы с выходов функциональных преобразователей 2, 33, 35, двойного дифференциатора 38, аналогового ключа ВМТ 15, функционального преобразователя 18 (при соответствующем положении переключателя 40), первых 24…26 и вторых 27…29 измерителей средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений, измерителя тока и напряжения генератора 39. Устанавливают поочередно переключатель 31 в 2…5 положения, а переключатель 30 в 8…10 положения, при этом на вход аналого-цифрового преобразователя 3 подаются соответственно сигналы с выходов функциональных преобразователей 2, 18, 33, 35 и двойного дифференциатора 38, пропущенные через перестраиваемый резонансный фильтр 20 и через первые 24…26 измерители средневыпрямленного, максимального и среднеквадратического значений. В соответствии с положениями переключателей 30, 31 и 40 задатчиком 6 устанавливают требуемый коэффициент связи. С выхода аналого-цифрового преобразователя 3 сигналы подаются на первый сигнальный вход определителя твердости почвы 4 с последующей визуализацией результатов измерения индикатором 5. При необходимости в определителе 4 может рассчитываться среднее значение твердости почвы, полученное по всем параметрам мощности.Previously, for a specific type of unit, the rotational speed of the crankshaft of the internal combustion engine is measured using a tachometer and the working gear is set. When the unit is idle, it is set alternately with the help of switches 30 and 31 and the parameters П _Nx reflecting the engine power are measured and then, in the same gear at the same crankshaft speed, the parameters П _Np reflecting the engine power are similarly set and measured alternately during the working passage unit. At the same time, traction resistance is measured using a traction dynamometer. According to (3), the proportionality coefficients β between the traction resistance and the difference in the parameters P _Np -P _{Nx are determined} . The results of a number of measurements determine the average value of the coefficients β. Then, during the control passage of this unit in a specific field, the degree of sticking of the working bodies m is determined. Using the adjuster of the coupling coefficient 6, the corresponding values of the coupling coefficient to _st . The main tillage is carried out at the working gear. Using a speed sensor of the crankshaft 7 and the tachometer 8 control the speed, which should be equal to that at which the coefficients β are determined. The angle mark generator 9 converts the signal received from the crankshaft speed sensor 7 into a pulse train of standard amplitude and duration, which, using the angular velocity functional converter 10, is converted to voltage, followed by its differentiation by differentiator 11. From the output of differentiator 11, the voltage corresponding to the angular acceleration of the crankshaft of the engine, is fed to the signal inputs of the analog key BMT 15 and the analog key of the cylinders 22, as well as the input well b-organ 17. The TDC pulse generated using the top dead center sensor 12 and the driver 13 is connected in series to the first control input of the corner mark counter 14 and to the control input of the TDC analog key 15. A pulse sequence from the output is supplied to the signal input of the corner mark counter 14 shaper of angular marks 9. In advance, manually set by the adjuster 16 angular marks of the cycle sets the capacity of the counter of angular marks 14, corresponding to the rotation of the crankshaft by two turns of a particular engine, and Uteem switching capacitors - average frequency of the passband of the tunable resonant filter 20, the corresponding 3 ... 4 th harmonics of the engine rotation frequency at which the measurement of hardness of the soil. The sequence of pulses from the output of the angle mark counter 14 is converted into voltage by the functional converter 18. From the output of the differentiator 11, a signal proportional to the instantaneous value of the angular acceleration, through the switch 40 in the first position, enters the input of the null organ 17, which is activated when the acceleration is equal to zero, s the output of the zero-organ 17 signal is fed to the fourth control input of the counter 14 corner marks and stops the count of corner marks, which began when the sensor 12 TDC and the receipt of pulse from the output of the shaper 13 to the first control input of the counter 14. When the switch 40 is installed in the first position, the voltage at the output of the converter 18 is proportional to the angle of rotation of the crankshaft of the engine, starting from the moment the cylinder piston is in the TDC until the acceleration value of the crankshaft of the engine is equal to zero. When the switch 40 is installed in the second position, the voltage at the output of the converter 18, corresponding to the rotational speed of the crankshaft (averaged over two turns of the angular velocity), is measured by the tachometer 8 and fed simultaneously to the control input of the tunable resonant filter 20 to adjust its resonant frequency (the average frequency of the bandpass filter ) within small limits. Due to the heterogeneity of the soil cover (traction resistance) during the movement of the tillage unit, the crankshaft rotation speed at which the soil hardness is measured varies within certain limits. To improve the accuracy of measuring the hardness of the soil in the device, this filter is adjusted in accordance with the change in the frequency of rotation of the crankshaft. The sequence of pulses from the output of the angle mark counter 14 simultaneously arrives at the signal input of the cylinder angle mark generator 19, the control input of which is connected to the cylinder angle number generator 23 — a switch (switch), with which the pulse numbers calculated by the counter 19 corresponding to the beginning and the end of the cylinders. These pulses are fed to the gate former 21, from the output of which the formed gate follows the control input of the analog cylinder key 22. At the output of the tunable resonant filter 20, the voltage is measured by the first 24 ... 26 meters of the average rectified, maximum and rms values, and the output of the analog cylinder key 22 the second 27 ... 29 meters of the average straightened, maximum and rms values. The boost pressure continuously measured by the sensor 1, the sensor 32, the pressure at the inlet of the turbocompressor, the sensor 34, the vacuum pressure of the turbocompressor, the sensor 36, the angular velocity of the rotor of the turbocompressor is converted by the corresponding functional converters 2, 33, 35 and 37 into voltage. From the output of the functional converter 37, the signal is supplied to a double differentiator 38, at the output of which the voltage corresponds to the angular acceleration of the turbocompressor rotor. When the switch 31 is installed in the first position, the switch 30 is set in turn to the 1 ... 13 position, while the signals from the outputs of the functional converters 2, 33, 35, the double differentiator 38, the analog key BMT 15, functional, are respectively input to the analog-to-digital converter 3 the transducer 18 (with the corresponding position of the switch 40), the first 24 ... 26 and second 27 ... 29 meters RMS, maximum and RMS values, measuring the current and voltage of the generator 39. Setting alternately switch 31 to 2 ... 5 positions, and switch 30 to 8 ... 10 positions, while the signals from the outputs of functional converters 2, 18, 33, 35 and a double differentiator 38, passed through a tunable one, are respectively input to the analog-to-digital converter 3 resonant filter 20 and through the first 24 ... 26 meters of mean-rectified, maximum and rms values. In accordance with the provisions of the switches 30, 31 and 40, the dial 6 sets the required coupling coefficient. From the output of the analog-to-digital converter 3, the signals are fed to the first signal input of the soil hardness determiner 4 with subsequent visualization of the measurement results by indicator 5. If necessary, the average soil hardness obtained from all power parameters can be calculated in determiner 4.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет упростить, повысить универсальность и значительно увеличить точность и достоверность определения твердости слоя почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания, ввиду простоты установки датчиков, наличия на всех двигателях генераторов напряжения и простоты измерения тока и напряжения, измерения множества параметров, зависящих от твердости почвы. По сравнению с базовым объектом погрешность определения твердости почв уменьшается на 15…20%.The proposed technical solution in comparison with the prototype allows to simplify, increase versatility and significantly increase the accuracy and reliability of determining the hardness of the soil layer by tillage units in operation, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine, due to the ease of installation of sensors, the presence of voltage generators on all engines and the simplicity of measuring current and voltage, measuring many parameters depending on the hardness of the soil. Compared to the base object, the error in determining the hardness of soils decreases by 15 ... 20%.

Claims

A device for continuous determination of soil hardness, comprising a tensiometer, a boost pressure sensor and a functional boost pressure transducer, an analog-to-digital converter, a soil hardness determiner, a coupling coefficient adjuster, an indicator, a crankshaft rotational speed sensor and a tachometer, the boost pressure sensor being connected to boost pressure functional converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the first input of the soil hardness determinant, the output it is connected to the indicator, and the second input - to the coupling coefficient adjuster, characterized in that it additionally includes an angle mark generator, a functional angular velocity transducer, a differentiator, a top dead center sensor, a TDC pulse shaper, an angle mark counter, a TDC analog key, set of angular marks of the cycle, zero-organ, functional converter of the number of pulses to voltage, generator of angle marks of the cylinder, tunable resonant filter, gate generator, analog cylinder key, cylinder angle number gauge, first and second meters of mean-rectified, maximum and rms values, first to third switches, series-connected pressure transducer at the inlet of the turbocharger and a functional pressure transducer at the inlet of the turbocharger, serially connected to the rarefaction pressure transducer of the turbocompressor and a functional transducer rarefaction pressure, series-connected sensor of the angular velocity of the rotor of the turbocompressor, a functional rotor angular velocity transducer and a double differentiator, a generator current and voltage meter, the crankshaft rotational speed sensor being connected via a corner marking device to a functional angular velocity transducer, the output of which is connected to a differentiator, the top dead center sensor is connected to the control first via a TDC pulse former the input of the counter of angle marks and the input of the analog key TDC, the second counting input of the counter of corner marks is connected to the output of the angle markers, the third control input - with the set of angle marks for the cycle, the fourth control input through the third switch - with the output of the zero-organ, the output of the angle mark counter is connected to the input of the functional converter of the number of pulses to voltage and the first signal input of the cylinder angle marker, output a functional converter of the number of pulses into voltage is connected to the tachometer and the first control input of the tunable resonant filter, and the output of the former of angle marks of the cylinder is the gate driver is connected to the first control input of the analog cylinder key, the second control input of the cylinder angle label generator is connected to the cylinder number generator, the output of the differentiator is connected to the inputs of the TDC analog key, null-organ and analog cylinder key, the output of the tunable resonant filter is connected with the inputs of the first meters RMS, maximum and rms values, and the output of the analog cylinder key with the inputs of the second meters the average rectified, maximum and rms values, the output of the first switch is connected to the input of the analog-to-digital converter, and the output of the second switch is connected to the second signal input of the tunable resonant filter, the output of the differentiator is connected to the second switch in the first position, the outputs of the functional boost pressure transmitters, at the input turbocharger and vacuum, double differentiator connected to the first and second switches from the second to fifth positions respectively continuously, the analog switch TDC functional number of pulses in the inverter output voltage, the first and second measuring devices srednevypryamlennogo, maximum and mean square values, a current meter and voltage generator connected to the first switch from the sixth to the thirteenth positions respectively.