RU2578444C1

RU2578444C1 - Device for continuous determination of soil hardness

Info

Publication number: RU2578444C1
Application number: RU2015108725/15A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Добролюбов; Геннадий Леонидович Утенков
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2015-03-12
Publication date: 2016-03-27

Abstract

FIELD: geophysics.

SUBSTANCE: invention relates to measurement of physical and mechanical properties of soil, primarily for continuous recording of hardness of soil layer at the main treatment of non-uniform soil cultivation and application of fertilisers and/or ameliorants tilling aggregates, motor-vehicle including internal combustion engine. Device has series-connected sensors and functional converters supercharging pressure, at the inlet of the turbo-compressor and its dilution, analogue-to-digital converter, a soil hardness, set communication coefficient, coefficients of moisture and soil hardness, indicators of hardness, soil moisture and soil hardness with due allowance for moisture content, crankshaft angular speed sensors and turbo compressor rotor, tachometer generator and counter angular marks of the cylinder, functional converters crankshaft angular speed and rotor , number of pulses in voltage, a differentiator, a sensor and a pulse former TDC, an analogue switch TDC, setter of angular mark cycle, null device, tunable resonant filter, a gate former, an analogue switch cylinders, setter of numbers of angular marks cylinders, first and second average rectified meters, maximum and mean-square values, first to fourth switches, a double differentiator, a meter of current and voltage generator, series-connected receiver thermal radiation of soil, consisting of a line of pyroelectric infrared sensors , function generators, an adder-balancing tank, a digital voltmeter and a soil moisture, a soil hardness with due allowance for moisture content.

EFFECT: higher accuracy of determining hardness of any non-homogeneous soils with due allowance for their moisture content for tillage machines.

1 cl, 1 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.

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). 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 is known for continuous determination of soil hardness by tillage units, the motor vehicle of which contains an engine boosted by gas turbocharging (Patent RU 2298778, IPC G01N 3/42; G01N 33/24, publ. 10.05.07. Bull. No. 13). 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.

Известно устройство для непрерывного определения твердости почвы почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель, форсированный газотурбонаддувом (Патент RU 2535102, МПК G01N 33/24, опубл. 10.12.2014. Бюл. №34), являющееся прототипом заявляемого технического решения. Оно содержит тензозвено, последовательно соединенные датчик давления наддува и функциональный преобразователь давления наддува, аналого-цифровой преобразователь, определитель твердости почвы, задатчик коэффициента связи, индикатор, датчик частоты вращения коленчатого вала и тахометр, 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 турбокомпрессора, 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, 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, причем 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 ВМТ 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, причем 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.A device is known for continuous determination of soil hardness by tillage units, the motor vehicle of which contains an engine boosted by gas turbocharging (Patent RU 2535102, IPC G01N 33/24, publ. 10.12.2014. Bull. No. 34), which is a prototype of the claimed technical solution. It contains a strain gauge, a boost pressure sensor and a functional boost pressure transducer, an analog-to-digital transducer, a soil hardness tester, a coupling coefficient adjuster, an indicator, a crankshaft speed sensor and a tachometer, an angle mark generator, an angular speed functional converter, a differentiator, a sensor top dead center, TDC pulse shaper, angle mark counter, TDC analogue key, cycle angle marker, zero-organ, functionally th pulse to voltage converter, cylinder angle mark generator, tunable resonant filter, strobe generator, analog cylinder key, cylinder angle mark number adjuster, first and second meters of mean-rectified, maximum and rms values, first to third switches, pressure sensors connected in series at the inlet of the turbocompressor and a functional pressure transducer at the inlet of the turbocompressor, connected in series to the pressure sensor a turbocharger and a functional pressure transducer, connected in series with the rotor angular velocity sensor of the turbocompressor, a rotor angular velocity transducer and a double differentiator, a current and voltage meter, the boost pressure sensor is connected to a boost boost functional converter, the output of the analog-to-digital converter is connected to the first the input of the determinant of soil hardness, the output of which is connected to the indicator, and the second input to the setter coupling coefficient, wherein the crankshaft rotational speed sensor via the angle mark generator is connected to a functional angular speed converter, the output of which is connected to the differentiator, the top dead center sensor through the TDC pulse generator is connected to the control of the first input of the angle mark counter and the analogue input of the BMT, the second counting the input of the angle mark counter is connected to the output of the angle mark generator, the third control input is connected with the angle mark setter of the cycle, the fourth control input is 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 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 shaper of the angle marks of the cylinder through the shaper of the gate is connected to the first control input of the analog key of the cylinders, the second control the first input of the cylinder angle label generator is connected to the cylinder angle number generator, the output of the differentiator is connected to the inputs of the TDC analog key, the zero-organ and the analog cylinder key, the output of the tunable resonant filter is connected to the inputs of the first measuring instruments of the average rectified, maximum and rms values, and the output analog cylinder key - with the inputs of the second meters of the average straightened, maximum and rms values, the output of the first switch is connected nen with the input of the analog-to-digital converter, and the output of the second switch with 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 pressure, at the input of the turbocharger and vacuum, the double differentiator are connected to the first and second switches from the second to fifth positions, respectively, the outputs of the analog key TDC, functional converter of the number of pulses to voltage, the first and toryh srednevypryamlennogo meters, and the maximum RMS values, a current meter and voltage generator connected to the first switch from the sixth to the thirteenth positions respectively.

Недостатком известного устройства является невозможность непрерывного определения твердости почвы с учетом ее влажности при основной обработке солонцово-черноземных и подобных комплексов почвы находящимися в эксплуатации почвообрабатывающими агрегатами, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания.A disadvantage of the known device is the impossibility of continuously determining the hardness of the soil, taking into account its moisture content during the main processing of solonetzic-chernozemic and similar soil complexes in the use of tillage units, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine.

Задача заявляемого технического решения - повышение универсальности и точности непрерывного определения твердости слоя неоднородных почв с любой степенью неоднородности с учетом их влажности почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания, в том числе содержащими двигатель, форсированный газотурбонаддувом.The objective of the proposed technical solution is to increase the versatility and accuracy of continuous determination of the hardness of a layer of heterogeneous soils with any degree of heterogeneity, taking into account their moisture content, by tillage units in operation, the motor vehicle of which contains an internal combustion engine, including those containing an engine forced by gas turbocharging.

Задача решается тем, что в устройство для непрерывного определения твердости почвы, содержащем 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, 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 турбокомпрессора, 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, дополнительно введены приемник теплового излучения почвы, состоящий из линейки пироэлектрических инфракрасных датчиков, функциональные преобразователи сигналов пироэлектрических датчиков, сумматор-усреднитель, цифровой вольтметр, определитель влажности почвы, определитель твердости почвы с учетом влажности, индикаторы влажности почвы и твердости почвы с учетом влажности, задатчик коэффициентов влажности и твердости почвы, четвертый переключатель.The problem is solved in that in a device for continuously determining the hardness of a soil containing a strain grip, a boost pressure sensor and a functional converter, an analog-to-digital converter, a soil hardness determiner, a coupling coefficient adjuster, an indicator, a crankshaft rotational speed sensor and a tachometer, an angular shaper are connected in series marks, functional angular velocity transducer, differentiator, top dead center sensor, TDC pulse shaper, angle mark counter, analog TDC 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 label number generator, first and second measuring instruments of average rectified, maximum and rms values, from the first to the third switches, series-connected pressure sensor at the inlet of the turbocompressor and a functional pressure transducer at the inlet of the turb a compressor, a series-connected rarefaction pressure sensor of a turbocompressor and a functional pressure transducer of pressure, a series-connected sensor of angular velocity of a rotor of a turbocompressor, a functional converter of angular velocity of a rotor and a double differentiator, a meter of current and voltage of the generator, an additional soil thermal radiation detector consisting of a line of pyroelectric infrared sensors functional converters of signals of pyroelectric sensors, with mmator-averager, a digital voltmeter, the determinant of soil moisture, soil hardness determinant based humidity indicators of soil moisture and hardness of the soil, taking into account humidity setpoint humidity coefficients and soil hardness, the fourth switch.

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. Каждый из пироэлектрических инфракрасных датчиков приемника теплового излучения почвы соединен с соответствующими функциональными преобразователями сигналов датчиков, выходы которых соединены с входами сумматора-усреднителя, выход которого через цифровой вольтметр соединен с первым входом определителя влажности почвы, выход которого соединен с индикатором влажности почвы и первым входом определителя твердости почвы с учетом влажности, второй вход которого связан с выходом определителя твердости, а выход - с индикатором твердости почвы с учетом влажности, задатчик коэффициентов влажности и твердости почвы в первом положении четвертого переключателя соединен с вторым входом определителя влажности почвы, а во втором положении четвертого переключателя - с третьим входом определителя твердости почвы с учетом влажности.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. Each of the pyroelectric infrared sensors of the soil thermal radiation detector is connected to respective functional signal transducers of the sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the averaging adder, the output of which is connected through a digital voltmeter to the first input of the soil moisture determiner, the output of which is connected to the soil moisture indicator and the first input of the determinant soil hardness taking into account moisture, the second input of which is connected with the output of the hardness determinant, and the output with the hardness indicator ochvy with the humidity setpoint humidity coefficient and hardness of the soil in the first position of the fourth switch is connected to the second input of the determinant of the soil humidity and at the second position of the fourth switch - the third input determinant soil hardness given humidity.

Введение в указанной связи новых по сравнению с прототипом конструктивных блоков обеспечивает достижение нового технического результата - оперативное непрерывное определение твердости слоя почвы с учетом ее влажности почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель. Получение оперативной достоверной информации о твердости слоя почвы с учетом ее влажности позволяет устранить неоднозначность в определении твердости почвы, 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 - an operative continuous determination of the hardness of the soil layer, taking into account its moisture content, by tillage units in operation, the motor vehicle of which contains an engine. Obtaining real-time reliable information on the hardness of the soil layer, taking into account its moisture content, allows to eliminate the ambiguity in determining the hardness of the soil, to ensure high-quality tillage, 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 reclamants and fertilizers. This information can also be used in the system of automatic control of work processes of the unit.

На чертеже изображено устройство, установленное в кабине моторно-транспортного средства. Устройство содержит: 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, приемник теплового излучения почвы 41, состоящий из линейки пироэлектрических инфракрасных датчиков 42, функциональные преобразователи сигналов пироэлектрических датчиков 43, сумматор-усреднитель 44, цифровой вольтметр 45, определитель влажности почвы 46, определитель твердости почвы с учетом влажности 48, индикаторы влажности почвы 47 и твердости почвы с учетом влажности 49, задатчик коэффициентов влажности и твердости почвы 50, четвертый переключатель 51.The drawing shows a device installed in the cab of a motor vehicle. The device contains: 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 rotation speed sensor, 8 - tachometer , 9 - angle mark generator, 10 - functional angular velocity converter, 11 - differentiator, 12 - top dead center sensor, 13 - TDC impulse generator, 14 - angle mark counter, 15 - TDC analog key, 16 - cycle angle mark adjuster, 17 - zero organ, 18 - funk an ionic number of pulses to voltage converter, 19 — a cylinder angle marker, 20 — a tunable resonant filter, 21 — strobe driver, 22 — an analog cylinder key, 23 — cylinder angle marker numbers, 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 turbocharger, 33 - functional pressure transducer at the inlet of the turbocharger, 34 - pressure sensor of the turbocharger rarefaction spring, 35 - functional converter of rarefaction pressure, 36 - sensor of angular velocity of the rotor of a turbocompressor, 37 - functional converter of angular velocity of the rotor, 38 - double differentiator, 39 - meter of current and voltage of the generator, 40 - third switch, thermal soil radiation detector 41, consisting from the line of pyroelectric infrared sensors 42, functional signal converters of pyroelectric sensors 43, combiner-averager 44, digital voltmeter 45, soil moisture determinant 46, TV determinant soil moisture content 48, soil moisture indicators 47 and soil hardness moisture content 49, soil moisture and soil hardness factors 50, fourth switch 51.

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. Каждый из пироэлектрических инфракрасных датчиков 42 приемника теплового излучения почвы 41 соединен с соответствующими функциональными преобразователями 43 сигналов датчиков, выходы которых соединены с входами сумматора-усреднителя 44, выход которого через цифровой вольтметр 45 соединен с первым входом определителя влажности почвы 46, выход которого соединен с индикатором влажности почвы 47 и первым входом определителя твердости почвы с учетом влажности 48, второй вход которого связан с выходом определителя твердости 4, а выход - с индикатором твердости почвы с учетом влажности 49. Задатчик коэффициентов влажности и твердости почвы 50 в первом положении четвертого переключателя 51 соединен с вторым входом определителя влажности почвы 46, а во втором положении четвертого переключателя 51 - с третьим входом определителя твердости почвы с учетом влажности 48.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. Each of the pyroelectric infrared sensors 42 of the soil thermal radiation detector 41 is connected to respective functional converters 43 of sensor signals, the outputs of which are connected to the inputs of the averaging 44, the output of which through a digital voltmeter 45 is connected to the first input of the soil moisture detector 46, the output of which is connected to an indicator soil moisture 47 and the first input of the soil hardness determinant taking into account humidity 48, the second input of which is connected with the output of the hardness determiner 4, and the output - with indicator ohm of hardness of the soil with the humidity setting unit 49. The humidity coefficient and hardness of the soil 50 in the first position of the fourth switch 51 is connected to the second input 46 of the determinant of soil moisture, and in the second position of the fourth switch 51 - to the third input of the determinant of the soil with the moisture hardness 48.

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, 35 и пироэлектрических инфракрасных датчиков 43 может быть применен типовой преобразователь заряда в напряжение. Аналого-цифровой преобразователь 3 выполнен по стандартной схеме. Определитель твердости почвы 4, определитель влажности почвы 46 и определитель твердости почвы с учетом влажности 48 являются спецвычислителями и построены на элементах микропроцессорной техники. Индикатор 5, индикатор влажности почвы 47 и индикатор твердости почвы с учетом влажности 49 - цифровые световые табло. Задатчики коэффициента связи 6 и коэффициентов влажности и твердости почвы 50 представляют 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, 35 and pyroelectric infrared sensors 43, a typical charge-to-voltage converter can be used. Analog-to-digital Converter 3 is made according to the standard scheme. The determinant of soil hardness 4, the determinant of soil moisture 46 and the determinant of soil hardness taking into account moisture 48 are special calculators and are built on the elements of microprocessor technology. Indicator 5, soil moisture indicator 47 and soil hardness indicator taking into account humidity 49 - digital light displays. The adjusters of the coupling coefficient 6 and the coefficients of moisture and soil hardness 50 are 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.

В приемнике теплового излучения почвы 41 используются пироэлектрические инфракрасные датчики 42, которые преобразуют энергию поглощенного теплового излучения в электрический сигнал (например, японские датчики фирмы IRA IRA-E410 QW1 с углом обзора 17° или IRA-E710 ST1 с углом обзора 45°). В зависимости от ширины захвата впереди агрегата (рабочих органов почвообработки) устанавливается линейка из нескольких пироэлектрических инфракрасных датчиков для обеспечения требуемого угла обзора. Сумматор-усреднитель 44 выполнен на операционных усилителях. Ко входам каждого сумматора на операционном усилителе подаются сигналы с 3…4-х функциональных преобразователей 43 (датчиков 42). Каждый сумматор на операционном усилителе осуществляет также интегрирование (усреднение) просуммированных сигналов. Если датчиков 42 более четырех, то целесообразно в сумматоре-усреднителе 44 устанавливать параллельно 2…3 дополнительных первичных сумматора на операционных усилителях с последующим суммированием на общем сумматоре на операционном усилителе всех сигналов с первичных сумматоров.The soil thermal radiation detector 41 uses pyroelectric infrared sensors 42, which convert the energy of the absorbed thermal radiation into an electrical signal (for example, Japanese IRA IRA-E410 QW1 sensors with a viewing angle of 17 ° or IRA-E710 ST1 with a viewing angle of 45 °). A line of several pyroelectric infrared sensors is installed depending on the working width in front of the unit (soil tillage) to ensure the required viewing angle. The adder-averager 44 is made on operational amplifiers. The inputs of each adder on the operational amplifier are fed signals from 3 ... 4 functional converters 43 (sensors 42). Each adder on the operational amplifier also integrates (averaging) the summed signals. If there are more than four sensors 42, then it is advisable to install 2 ... 3 additional primary adders in operational amplifiers in the averaging adder 44 in parallel, followed by summing all the signals from the primary adders on a common adder in the operational amplifier.

Исследованиями установлено, что между влажностью и твердостью почвы существует линейная зависимость - с ростом влажности уменьшается твердость.Studies have established that there is a linear relationship between moisture and soil hardness - hardness decreases with increasing humidity.

Например, эмпирические зависимости между твердостью У и влажностью X черноземной почвы имеют видFor example, the empirical relationships between hardness Y and moisture X of chernozem soil have the form

где У - в МПа, X - в процентах; ν - коэффициент вариации.where Y - in MPa, X - in percent; ν is the coefficient of variation.

Аналогичные зависимости получены по глубинам 0…5 см и 5…10 см (с различными коэффициентами). Учет влажности при определении твердости особенно эффективен при обработке почв комплексного содержания (дерново-подзолистых, серно-лесных и др.), у которых более сильная связь между влажностью и твердостью.Similar dependences were obtained at depths of 0 ... 5 cm and 5 ... 10 cm (with different coefficients). Taking moisture into account when determining hardness is especially effective when treating soils of complex content (sod-podzolic, sulfur-forest, etc.), which have a stronger relationship between moisture and hardness.

Возникает неоднозначность определения твердости сухой и влажной почвы. Возможно сезонное или кратковременное повышение влажности почвы. Поэтому может быть принято неверное решение о воздействии на почву (внесения мелиорантов или удобрений), полагая, что ее твердость не требует воздействия, хотя при снижении влажности ее твердость возрастает и может превысить допустимые пределы, в этом случае требуется воздействовать на почву для изменения ее состояния. С другой стороны, установлено, что между влажностью почвы и тепловым излучением (потоком) почвы в окружающее пространство также существует линейная зависимость.There is an ambiguity in determining the hardness of dry and wet soil. A seasonal or short-term increase in soil moisture is possible. Therefore, an incorrect decision can be made about the effect on the soil (application of ameliorants or fertilizers), assuming that its hardness does not require exposure, although with a decrease in humidity its hardness increases and can exceed acceptable limits, in this case it is necessary to act on the soil to change its condition . On the other hand, it was found that between the soil moisture and thermal radiation (flow) of the soil into the surrounding space there is also a linear relationship.

Например, в динамическом режиме при выпаривании влаги из почвыFor example, in dynamic mode when evaporating moisture from the soil

где m_с - масса абсолютно сухой почвы; E - жидкостный коэффициент почвы; G_в - поток испаряемой влаги; Q_т - тепловой поток; k_Т - коэффициент пропорциональности.where m _with - the mass of absolutely dry soil; E is the liquid coefficient of the soil; G _in - the flow of evaporated moisture; Q _t - heat flow; k _T - coefficient of proportionality.

В статическом режиме тепловой поток Q_т связан с испаряемой влагой эмпирической зависимостьюIn the static mode, the heat flux Q _t is associated with the empirical dependence of the evaporated moisture

где T_в - температура испаряемой влаги; G_в - поток испаряемой влаги, кг/ч.where T _in is the temperature of the evaporated moisture; G _in - the flow of evaporated moisture, kg / h

Следовательно, по измеренному тепловому излучению почвы можно оценить ее влажность и определить твердость почвы с учетом ее влажности. Для измерения теплового излучения почвы можно использовать пироэлектрические инфракрасные датчики, которые преобразуют энергию поглощенного теплового излучения в электрический сигнал (например, японские датчики фирмы IRA IRA-E410 QW1 с углом обзора 17° или IRA-E710 ST1 с углом обзора 45°). В зависимости от ширины захвата рабочих органов почвообработки устанавливается линейка из нескольких пироэлектрических инфракрасных датчиков для обеспечения требуемого угла обзора.Therefore, from the measured thermal radiation of the soil, you can evaluate its moisture and determine the hardness of the soil, taking into account its moisture content. Pyroelectric infrared sensors can be used to measure soil thermal radiation, which convert the energy of absorbed thermal radiation into an electrical signal (for example, Japanese IRA IRA-E410 QW1 sensors with a viewing angle of 17 ° or IRA-E710 ST1 with a viewing angle of 45 °). Depending on the working width of the working bodies of soil cultivation, a line of several pyroelectric infrared sensors is installed to provide the required viewing angle.

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.

Используя тот или иной косвенный параметр П_N, отражающий мощность двигателя N_е, можно определить на рабочих скоростных режимах, близких к n=n_ном (n - частота вращения коленчатого вала), среднюю твердость почвы по глубине пахоты:Using one or another indirect parameter P _N , which reflects the engine power N _e , it is possible to determine, at operating speeds close to n = n _nom (n is the crankshaft rotation frequency), the average soil hardness in the depth of plowing:

где β - коэффициент пропорциональности, постоянный для данного тягового средства и определяемый при градуировке посредством тягового динамометра; a и b - глубина вспашки и ширина захвата; m - эмпирический коэффициент; 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; a and b are the depth of plowing and the width of the grip; m is an empirical coefficient; the indices p and x correspond to the working (under load) and idle passes of the unit.

В качестве параметра П_N аналогично прототипу применены следующие величины: As the parameter P _N similarly to the prototype, the following values were applied:

;

,

где

- средневыпрямленные значения составляющих углового ускорения коленчатого вала: компрессионная, газовая, термодинамическая, кратных 3…4-й гармоникам частоты вращения коленчатого вала; в П_N2…П_N6 применены максимальные и средние квадратические значения

p_к - давление наддува; ω_Т и s_Т - угловые скорость и ускорение ротора турбокомпрессора; p_к _вх - давление воздуха перед компрессором; Δp_р - разрежение воздуха на входе в компрессор; в П_N11…П_N18 с индексом 34 - средневыпрямленные, а с индексом 34max - максимальные значения составляющих p_к, p_{к вх}, Δp_p, S_T, кратных 3…4-й гармоникам частоты вращения коленчатого вала; в П_N19…П_N20 применены смещение суммарного ускорения коленчатого вала 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; в П_N21…П_N22 использованы значения I_г=I_нг или I_г=I_d;

или

(I_нг и U_г - ток нагрузки и напряжение генераторов постоянного тока с параллельным и с независимым возбуждением; I_d и U_d - выпрямленные ток нагрузки и напряжение вентильного генератора с независимым возбуждением).Where

- average straightened values of the components of the angular acceleration of the crankshaft: compression, gas, thermodynamic, multiples of 3 ... 4th harmonics of the crankshaft speed; in P _N2 ... P _N6 applied maximum and root mean square values

p _to - boost pressure; ω _T and s _T - angular velocity and acceleration of the rotor of the turbocompressor; p _to _I - air pressure in front of the compressor; Δp _p - rarefaction of air at the inlet to the compressor; in П _N11 ... П _N18 with index 34 - medium straightened, and with index 34max - maximum values of components p _к , p _{к вх} , Δp _p , S _T , multiples of 3 ... 4th harmonics of the crankshaft rotation speed; in P _N19 ... P _N20 applied the offset of the total acceleration of the crankshaft relative to the instantaneous value of the acceleration of the crankshaft when the piston is in TDC (zero line) ε _bmw , which simultaneously leads to a shift φ _bmw in the angle of rotation of the crankshaft or the time interval corresponding to this angle between the TDC and the moment of transition of the instantaneous value of acceleration through zero; in P _N21 ... P _N22 used the values of I _g = I _ng or I _g = I _d ;

or

(I _ng and U _g - load current and voltage of direct current generators with parallel and independent excitation; I _d and U _d - rectified load current and voltage of the valve generator with independent excitation).

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_Np-П_Nx. 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. С помощью задатчика коэффициентов влажности и твердости почвы 50 вводят вручную в определитель влажности почвы 46 (на его второй вход) в первом положении четвертого переключателя 51 заранее известные коэффициенты, согласно (2) и (3) с учетом температуры почвы, а в определитель твердости почвы с учетом влажности 48 (на его третий вход) во втором положении четвертого переключателя 51 - согласно зависимостям (1) и им подобных.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 . Using the adjuster of the coefficients of moisture and soil hardness 50, manually entered coefficients are manually entered into the soil moisture determiner 46 (at its second input) in the first position of the fourth switch 51, according to (2) and (3), taking into account the soil temperature, and into the soil hardness determinant taking into account humidity 48 (at its third input) in the second position of the fourth switch 51 - according to dependencies (1) and the like.

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.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 angle marks 9. In advance, manually set by the adjuster 16 corner marks of the cycle sets the capacity of the counter of corner marks 14, corresponding to the rotation of the crankshaft by two turns of a specific 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 increase the accuracy of measuring the hardness of the soil in the device, this filter is adjusted in accordance with the change in the crankshaft rotation frequency. 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, by the sensor 32, the pressure at the inlet of the turbocompressor, by the sensor 34, the vacuum pressure of the turbocompressor, by the sensor 36, the angular speed of the turbocompressor rotor are 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 ВМТ 15, functional, are respectively fed to the input of 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.

Одновременно измеренные пироэлектрическими инфракрасными датчиками 42 (объединенными в приемник 41) тепловые излучения почвы через соответствующие функциональные преобразователи сигналов пироэлектрических датчиков 43 поступают на сумматор-усреднитель 44, в котором осуществляется суммирование сигналов от всех датчиков и получение среднего значения излучения, измеренного приемником 41. С помощью цифрового вольтметра 45 измеряется значение напряжения на выходе сумматора-усреднителя 44. Это напряжение в виде кода подается с выхода цифрового вольтметра 45 на первый вход определителя влажности почвы 46, на второй вход которого через четвертый переключатель 51 в первом положении поступает код коэффициента влажности с задатчика коэффициентов влажности и твердости почвы 50. В определителе влажности почвы 46 рассчитывается влажность почвы (согласно (2) и (3)). Результат расчета в виде кода поступает на индикатор влажности почвы 47 и на первый вход определителя твердости почвы с учетом влажности 48, на второй вход которого подается код сигнала твердости, измеренного определителем твердости 4, а на третий вход через четвертый переключатель 51 во втором положении поступает код коэффициентов твердости с задатчика коэффициентов влажности и твердости почвы 50. В определителе твердости почвы с учетом влажности 48 рассчитывается твердость почвы (согласно (1)). Результат расчета в виде кода поступает на индикатор твердости почвы с учетом влажности 49.Simultaneously measured by pyroelectric infrared sensors 42 (integrated into the receiver 41), the thermal radiation of the soil through the corresponding functional converters of the signals of the pyroelectric sensors 43 is fed to the adder-averager 44, in which the signals from all the sensors are summed and the average value of the radiation measured by the receiver 41 is obtained. of digital voltmeter 45, the voltage value at the output of the adder-averager 44 is measured. This voltage in the form of a code is supplied from the output of the digital voltmeter 45 to the first input of the soil moisture determinant 46, the second input of which through the fourth switch 51 in the first position receives the moisture coefficient code from the adjuster of the soil moisture and hardness coefficients 50. In the soil moisture determiner 46, soil moisture is calculated (according to (2) and (3 )). The result of the calculation in the form of a code is sent to the soil moisture indicator 47 and to the first input of the soil hardness determinant taking into account humidity 48, the second input of which is supplied with a code of the hardness signal measured by hardness determiner 4, and the code is transmitted to the third input through the fourth switch 51 hardness factors from the setter of the coefficients of moisture and soil hardness 50. In the soil hardness determinant taking into account moisture 48, the soil hardness is calculated (according to (1)). The calculation result in the form of a code is sent to the soil hardness indicator taking into account humidity 49.

Получение оперативной достоверной информации о твердости слоя почвы с учетом ее влажности позволяет устранить неоднозначность в определении твердости почвы, обеспечить качественную обработку почвы,Obtaining real-time reliable information about the hardness of the soil layer, taking into account its moisture content, eliminates the ambiguity in determining the hardness of the soil, to ensure high-quality soil treatment

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволяет повысить универсальность, значительно увеличить точность и достоверность определения твердости слоя почвы с учетом ее влажности, устранить неоднозначность в определении твердости почвы и обеспечить качественную обработку почвы почвообрабатывающими агрегатами, находящимися в эксплуатации, моторно-транспортное средство которых содержит двигатель внутреннего сгорания. По сравнению с базовым объектом погрешность определения твердости почв уменьшается на 10…20%.The proposed technical solution in comparison with the prototype allows to increase versatility, significantly increase the accuracy and reliability of determining the hardness of the soil layer taking into account its moisture content, eliminate the ambiguity in determining the hardness of the soil and ensure high-quality soil treatment by tillage units in operation, the motor vehicle of which contains an engine internal combustion. Compared to the base object, the error in determining soil hardness decreases by 10 ... 20%.

Claims

A device for continuous determination of soil hardness, containing a strain gauge, pressurized boost pressure transducer and a functional boost pressure transducer, analog-to-digital transducer, soil hardness determinant, coupling coefficient adjuster, indicator, crankshaft rotation speed sensor, tachometer, angle marking device, functional converter angular velocity, differentiator, top dead center sensor, TDC pulse shaper, angle mark counter, TDC analog key, a set of angle markers for a cycle, a zero-organ, a functional converter of the number of pulses to voltage, a generator of angle labels for a cylinder, a tunable resonant filter, a strobe generator, an analog key for cylinders, a setter for numbers of angle labels for cylinders, the first and second meters of mean-square, maximum and rms values, s first through third switches, connected in series to a turbocompressor inlet pressure sensor and a turbocompressor inlet functional pressure transducer ora, serially connected turbocharger rarefaction pressure transducer and a functional pressure transducer, serially connected turbocharger rotor angular velocity sensor, rotor angular velocity transducer and double differentiator, generator current and voltage meter, and boost pressure sensor connected to a functional boost pressure transducer, analog output -digital converter is connected to the first input of the soil hardness determinant, the output of which connected to the indicator, and the second input to the coupling coefficient adjuster, the crankshaft speed sensor through the angle marking device is connected to a functional angular velocity transducer, the output of which is connected to the differentiator, the top dead center sensor through the TDC pulse generator is connected to the control of the first input of the angular counter marks and the BMT analogue key input, the second counting input of the angle mark counter is connected to the output of the angle marking device, the third control input is connected to the master of the main marks of the cycle, the fourth control input through the third switch - with the output of the zero-organ, the output of the counter of angle marks is connected to the input of the functional converter of the number of pulses to voltage and the first signal input of the generator of the angle marks of the cylinder, 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 former of the angular marks of the cylinder through the shaper of the gate is connected to the first control input m of the analog cylinder key, the second control input of the cylinder angle label generator is connected to the cylinder angle number generator, the output of the differentiator is connected to the inputs of the TDC analog key, the zero-organ and the analog cylinder key, the output of the tunable resonant filter is connected to the inputs of the first meters and rms values, and the output of the analog cylinder key is with the inputs of the second meters of the average rectified, maximum and rms of 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 pressure, at the input of the turbocharger and vacuum, double differentiator connected to the first and second switches from the second to fifth positions, respectively, the outputs of the analog key TDC, functional conversion the number of pulses per voltage, the first and second meters RMS, maximum and rms values, the current meter and the voltage of the generator are connected to the first switch from the sixth to thirteenth positions, respectively,
characterized in that it additionally includes a soil thermal radiation detector consisting of a line of pyroelectric infrared sensors, functional converters of pyroelectric sensor signals, an averaging adder, a digital voltmeter, a soil moisture determinant, a soil hardness determinant taking into account moisture, indicators of soil moisture and soil hardness taking into account humidity, a setter of coefficients of moisture and soil hardness, a fourth switch, each of which is a pyroelectric infrared sensor The receiver of soil thermal radiation is connected to the corresponding functional signal transducers of the sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the averaging adder, the output of which through a digital voltmeter is connected to the first input of the soil moisture determinant, the output of which is connected to the soil moisture indicator and the first input of the soil hardness determiner taking into account humidity, the second input of which is connected with the output of the hardness determinant, and the output - with the indicator of soil hardness taking into account humidity, coefficient adjuster soil moisture and hardness in the first position of the fourth switch is connected to the second input of the soil moisture determinant, and in the second position of the fourth switch is connected to the third input of the soil hardness determinant taking into account moisture.