Устройства автоматического контроля работы посевных машин

Основными обобщающими показателями, характеризующими качество посева, выполняемого современными сеялками точного высева, как известно, являются продольная (вдоль рядка) и вер­тикальная (глубина заделки) равномерность распределения семян.

Оптимальное значение этих показателей в первую очередь должно обеспечиваться самой конструкцией посевной машины, ее соответствующей регулировкой и профессиональной подготовкой механизатора. Однако поддержание заданных параметров качест­ва в процессе посева, ввиду воздействия ряда случайных факто­ров (неровности поля, повышенная и изменяющаяся по длине гона влажность и твердость почвы, колебания температуры и влажности атмосферного воздуха, наличие растительных остат­ков и посторонних предметов и др.), вызывает определенные трудности и требует от механизатора постоянного внимания. По мере усложнения конструкций сеялок, увеличения их ширины за­хвата и рабочих скоростей движения эти обстоятельства усугуб­ляются настолько, что контроль трактористом за ходом техноло­гического процесса становится не только неэффективным, но и практически неосуществимым [340].

Например, при обслуживании одним трактористом сеялки СЗС-2,1 просевы за время с момента возникновения отказа сеялки до его обнаружения и остановки агрегата составляют 4—8% и резко возрастают с повышением скорости посева.

Использование рабочего-сеяльщика на посевных машинах не­сколько снижает время цикла «отказ — обнаружение — остановка», однако оно остается еще достаточно большим и приводит к просе­вам, достигающим 2% и более [91].

Во всех случаях просевы ведут либо к невосполнимым поте­рям урожая (зерновые, технические и другие культуры), либо к дополнительным затратам труда и средств при высадке рассады на участках просева.

Поэтому в последние годы, наряду с созданием новых конст­рукций посевных машин, быстрыми темпами ведутся исследования и разработки устройств контроля выполняемых ими рабочих про­цессов, применение которых позволит значительно сократить за­траты труда, повысить качество посева и производительность ма- шинно-тракторных агрегатов, а также даст возможность высвобо­дить для других работ большое количество рабочих-сеяльщиков, более эффективно использовать современные энергонасыщенные тракторы и резко сократить сроки проведения посевных работ.

Так, по данным Целинного научно-исследовательского инсти­тута механизации и электрификации сельского хозяйства, исполь­зование средств автоматического контроля на посевных машинах снижает просевы в 50 раз по сравнению с обслуживанием агре­гата одним трактористом и в 40 раз — при обслуживании его трактористом и сеяльщиком.

Технико-экономические расчеты, проведенные ВИМом, ВИСХОМом и ГСКБ по посевным и комбинированным машинам (г. Кировоград), показали, что применение устройств автомати­ческого контроля высева семян, например на свекловичной сеялке ССТ-12, обеспечивает снижение прямых издержек и затрат труда соответственно на 2,4 и 50% [91].

Таким образом, автоматический контроль работы посевных ма­шин является одним из основных резервов повышения производи­тельности труда, улучшения качества посева, а следовательно, и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур.

Выбор и обоснование подлежащих контролю показателей работы посевных машин

Анализ существующих методов и средств автоматического кон­троля работы посевных машин свидетельствует о том, что успеш­ное использование их во многом зависит от правильного выбора параметров, подлежащих контролю, технической и эксплуатаци­онной надежности самих устройств. Нередко применение автома­тики не дает нужного эффекта, приводит к удорожанию сеялок и требует от механизатора (водителя) специальных инженерных знаний. Во избежание этого автоматическому контролю должны подвергаться в первую очередь процессы, качество которых, вслед­ствие специфических условий эксплуатации, не может быть обес­печено самой конструкцией рабочего элемента, осуществляющего данный процесс, т. е. такие технологические процессы и выпол­няющие их рабочие органы, имеющие наибольшую вероятность отказов, своевременное визуальное обнаружение которых либо практически не представляется возможным, либо вызывает опре­деленные трудности.

Кроме того, следует учитывать, что установка на сеялку каких-либо дополнительных функциональных устройств и механиз­мов может привести к значительному снижению надежности по­севного агрегата в целом, тем более что сами приборы контроля представляют, как правило, сложные системы, обладающие опре­деленной и нередко весьма невысокой надежностью.

Поэтому методологической основой при использовании суще­ствующих и разработке новых конструкций устройств автомати­ческого контроля работы сеялок точного высева, а также других сельскохозяйственных машин должна быть рентабельность, на­дежность, возможность эксплуатации в обычных условиях произ­водства и рядовым составом механизаторов.

В целях упрощения анализа и определения основных показа­телей, подлежащих автоматическому контролю, процесс распре­деления семян, выполняемый посевной машиной, может быть рас­смотрен как процесс движения их на пути от бункера до распо­ложения в борозде. Правомерность такой аналогии в данном слу­чае вытекает из того, что контролю непосредственно подвергается не сам процесс распределения семян, а их сложное движение, со­ответствующее этому распределению.

Применительно к сеялкам точного высева движение семян при посеве может быть разделено на пять взаимосвязанных этапов: движение в бункере, высевающем устройстве аппарата, семяпро­воде, сошнике и по дну раскрытой и подготовленной сошником борозды.

В результате воздействия ряда случайных факторов на каждом этапе возникают различного рода отказы, которые значительно снижают качественные показатели как самих этапов, так и всего процесса распределения семян в целом.

Данные Государственных испытаний овощных и других сеялок точного высева показывают, что на всех этапах высева наблюда­ются внезапные отказы, постепенные и сбои — самоустраняющие­ся отказы, приводящие к временному нарушению работоспособ­ности.

На первом этапе высева в большей степени проявляются по­степенные отказы и сбои. Основными причинами их возникновения являются сводообразования, обусловленные, как правило, слабой сыпучестью семян, и неравномерность высева отдельными высе­вающими аппаратами, достигающая нередко 15% и выше (агро­техническими требованиями на овощные сеялки точного высева допускается 15%). Последний фактор вызывает неодновременное опоражнивание бункеров, которое в процессе посева своевременно обнаружить визуальным путем, особенно при обслуживании посев­ного агрегата одним трактористом, практически не представляется возможным, что приводит к значительным просевам, т. е. к рез­кому ухудшению качества посева.

Для устранения указанных нежелательных явлений (причин) в некоторых конструкциях современных овощных и других сеялок используются активные сводоразрушители (ворошилки) и спе­циальные дозаторы, обеспечивающие более равномерную подачу посевного материала к высевающим устройствам и ограничиваю­щие отрицательное влияние слоя семян на процесс захвата и вы­носа их из бункера. По данным многочисленных исследований и испытаний высевающих аппаратов, эти устройства позволяют не­сколько улучшить качественные показатели первого этапа высева. Однако ввиду значительных различий в технологических свойст­вах высеваемых семян они не устраняют основной недостаток — неравномерность высева отдельными аппаратами и возможные в связи с этим просевы, т. е. возможные отказы сеялки, обусловлен­ные несвоевременным обнаружением отсутствия семян в бункерах.

В связи с этим основным параметром (показателем), подле­жащим автоматическому контролю на первом этапе высева, дол­жен быть расход посевного материала (уровень семян в бунке­рах). При этом, учитывая причины отказов и секционность испол­нения современных сеялок точного высева, необходимо контроли­ровать наличие семян в бункере каждой посевной секции, так как при контроле в одном или двух бункерах, как это нередко осу­ществляется в ряде сеялок, может значительно снизиться эффек­тивность применения средств автоматики.

На втором этане процесса высева проявляются все виды от­казов. Внезапные отказы, как правило, приводят к прекращению вращения высевающих устройств аппаратов, следовательно, высе­ва семян, и являются в большинстве случаев результатом поло­мок деталей и узлов системы привода (обрыв и соскакивание при­водных цепей и ремней, срез шпонок звездочек и шкивов, обрыв шлангов гидропривода и др.).

Постепенные отказы и сбои на втором этапе происходят по- разному, а возникновение их во многом зависит от конструктив­ных особенностей высевающих аппаратов и их высевных устройств. В механических аппаратах ячеистого типа сравнительно часто наблюдается заклинивание семян в ячейках, в пневматических — забивание присасывающих отверстий, что нередко является одной из основных причин просевов, особенно у аппаратов последнего типа.

Исходя из характера отказов и значительного влияния их на качество посева следует, что на втором этапе процесса высева необходимо автоматически контролировать вращение высевающих устройств аппаратов и подачу ими семян в семяпроводы, а при отсутствии последних — в сошники или непосредственно в бороз­ды. Наличие такого контроля позволит своевременно обнаружить появление отказов в системе высева и значительно повысить ка­чество посева.

Характерной особенностью отказов на третьем этапе процесса высева (движение семян в семяпроводе) является забивание се­мяпроводов посевным материалом. Основная причина этого — «непроходимость» самих семяпроводов, т. е. низкая пропускная способность, обусловленная несоответствием углов установки и внутренних поперечных размеров трубок, интенсивности потока семян их размерным и фрикционным показателям. Поэтому во избежание указанных явлений в ряде конструкций современных сеялок точного высева они либо вообще исключаются из схемы,, либо им отводится роль кожухов, снижающих влияние движения воздуха при посеве на траекторию падения семян от высевающего устройства до сошника.

В связи с этим контроль движения семян на третьем этапе может быть совмещен с контролем второго этапа процесса высе­ва и, в частности, с подачей семян высевающим устройством ап­парата в сошник. В данном случае датчики автоматических уст­ройств, в зависимости от конструктивных особенностей высеваю­щего аппарата и его присоединения к сошниковой группе, могут быть установлены непосредственно после высевающего устройст­ва в горловине семяпровода (1сожуха) или в конце его перед подачей семян в сошник.

Наиболее частыми отказами и сбоями на четвертом этапе про­цесса высева являются забивание и залипание сошников почвой, которые в общей структуре отказов составляют от 50 до 70% и служат основной причиной просевов. Эти отказы обусловлены, главным образом, колебаниями влажности почвы, величина (гра­ницы) которых нередко превышает допустимые пределы, наличи­ем на поле растительных остатков и, до некоторой степени, не­совершенством конструкций самих сошников.

На современных сеялках точного высева визуальный контроль забивания сошников трактористом практически невозможен, а при наличии сеяльщика малоэффективен, так как своевременно обнаружить и тем более очистить сошник при движении посевно­го агрегата со скоростью 1,94-2,5 м/с также невозможно и не­безопасно, в связи с чем эти отказы чаще всего устраняются в конце гона, что приводит к значительным просевам.

Принимая во внимание выи1еуказанпые обстоятельства, а так­же трудности в обеспечении заданной влажности почвы на всем участке поля, можно заключить, что основным объектом автома­тического контроля на четвертом этапе высева должен быть про­цесс забивания сошников. Это позволит своевременно обнаружить забивание, остановить агрегат и устранить отказ, не дожидаясь выезда на край поля.

Основными качественными показателями пятого, заключитель­ного этапа процесса высева являются горизонтальная и верти­кальная равномерность распределения семян.

Положительное влияние этих показателей на конечный резуль­тат посева — урожайность — было показано в первой главе. Од­нако реальность, а главное экономическая целесообразность авто­матического контроля и регулирования их в процессе работы сея­лок, особенно горизонтальной равномерности распределения се­мян, остаются пока что недоказанными Но по предваритель­ным расчетам, выполненным Ленинградским сельскохозяйствен­ным институтом и ВИМом, устройства автоматического контроля глубины хода сошников (глубины заделки семян) на зерновых сеялках дают экономию не менее 350 руб. в год в расчете на одну машину [91].

Поэтому наряду с созданием простых и надежных средств автоматического контроля и регулирования глубины заделки се­мян в процессе посева, необходимо стремиться к тому, чтобы заданное значение этого показателя, а также показателей других этапов в первую очередь обеспечивалось конструкцией высеваю­щих систем и сошниковых групп самой сеялки, надежностью их функционирования, соответствующей предпосевной подготовкой почвы и посевного материала.

Таким образом, в итоге анализа работы посевных машин, ха­рактера отказов, причин и последствий их возникновения можно сделать вывод о том, что основными показателями, подлежащими автоматическому контролю на овощных сеялках точного высева, являются уровень (движение) семян в бункерах, вращение высе­вающих устройств аппаратов и подача ими семян в борозду, забивание сошников и глубина заделки семян. В зависимости от конструктивных особенностей и принципа работы высевающих аппаратов (механический, пневматический, гидравлический и т. д.) дополнительно могут автоматически контролироваться и другие параметры (показатели) технологического процесса, нарушение которых или выход за заданные пределы может привести к ухуд­шению качества посева.

На пневматических овощных сеялках гнездового посева, в частности, следует также контролировать величину разрежения в вакуумных камерах и забивание присасывающих отверстий. Не­обходимость этого обусловлена тем, что частичное забивание при­сасывающих отверстий или снижение разрежения ниже заданных значений, в большинстве случаев, как показывают наши исследо­вания, приводят к уменьшению количества семян, высеваемых в одно гнездо, т. е. к снижению качества гнездового посева.

Устройства автоматического контроля уровня семян в бункерах

Контроль уровня семян в бункерах современных сеялок точ­ного высева по способу восприятия оператором (механизатором) может быть разделен на визуальный (прямой) и сигнально-ин- формативный (косвенный).

Для визуального контроля обычно используются устройства поплавкового типа, представляющие собой пластину (поплавок) и перпендикулярно прикрепленный к ее поверхности шток, верхняя часть которого проходит через отверстие направляющей, закреп­ленной к крышке бункера. На конце штока навернуто окрашенное в яркий цвет кольцо (шарик). В рабочем положении пластина- поплавок располагается в бункере на поверхности массы семян, а большая часть штока — над крышкой бункера. По мере умень­шения уровня семян в бункере пластина под собственным весом опускается и увлекает за собой шток. Величина вертикального перемещения штока показывает расход и уровень семян в бункере.

В некоторых устройствах, аналогичных описанному, к штокам пластин (поплавкам) или специальным крышкам прикреплены нити, которые по трубчатым коммуникациям подводятся к спе­циальному щиту, установленному в кабине трактора перед рабо­чим местом тракториста. К концам нитей, пропущенным через отверстия щита, подвешены шарики. При уменьшении семян в бункере тракторист в данном случае наблюдает не за перемеще­нием штока относительно крышки бункера, а за смещением шари­ков, подвешенных на нитях, которое и показывает уровень семян в бункерах.

На сеялках фирмы «Интернейшнл Харвестер» (США) для контроля уровня семян в бункерах используется аналогичное устройство, в котором вместо шарикового применен механичес­кий указатель циферблатного типа со стрелкой [91].

Недостатком последних двух устройств является сложность и громоздкость конструкции, а также неудобство в эксплуатации.

На некоторых овощных и других сеялках зарубежных фирм («Фнона» — США, «Уайт» — Англия, «Нибекс» — Швеция и др.) в целях улучшения визуального контроля за работой высевающих систем используются детали, изготовленные из прозрачных мате­риалов (бункеры, крышки бункеров, семяпроводы, крышки кор­пусов и др.). Так, на сеялке «Нибекс» боковая стенка, закрываю­щая высевной диск с ложечками, выполнена из органического прозрачного стекла, что позволяет трактористу наблюдать за рабо­той высевающих аппаратов и расходом семян в бункере.

Применение в сеялках деталей из прозрачных материалов за­служивает внимания, однако при значительном количестве посев­ных секций (9—12) и использовании задней навески трактора такой метод без дополнительных средств контроля может оказать­ся неэффективным и утомительным для тракториста.

Системы автоматического контроля технологических процес­сов сельскохозяйственных машин с использованием сигнально- информативного метода в общем виде включают в себя ряд функ­циональных устройств (узлов), основными из которых являются датчики контролируемых параметров (показателей), блок обра­ботки информации, получаемой от датчиков, блок представления (выдачи) информации (пульт) с узлами аварийной сигнализации и нормальной работы.

Для автоматического контроля наличия семян в бункере к настоящему времени разработано несколько конструкций уст­ройств, отличающихся между собой в основном принципом работы датчиков уровня.

В устройстве конструкции Московского института инженеров сельскохозяйственного производства (МИИСП) применен датчик уровня семян с использованием лампы тлеющего разряда. Прин­цип его действия состоит в том, что при заполнении межэлектрод­ного пространства датчика семенами напряжение на нем умень­шается из-за увеличения его емкости, а на конденсаторе перемен­ной емкости повышается до напряжения зажигания тиротрона тлеющего разряда (ТТР). При этом в каждый положительный полупериод приложенного напряжения через цепь анод—катод ТТР проходит импульс тока, который трансформируется в цепь управления тиристора и открывает его, в результате чего сраба­тывает реле регулятора. В качестве электродов емкостного дат­чика используется металлический стержень диаметром 35 мм, дли­ной 200 мм и металлические стенки бункера с семенами [91].

В системе контроля САК-1 применен датчик электромехани­ческого (мембранного) типа, состоящий из мембраны, пружины, регулировочного устройства и микропереключателя. Все детали датчика смонтированы в герметическом корпусе, который крепит­ся к стенке бункера. Семена, находящиеся в бункере, оказывают давление на мембрану датчика, которая связана с пластинчатой пружиной. Пружина под действием семян прогибается и воздей­ствует на кнопку микровыключателя, который своими контакта­ми размыкает цепь сигнализации. По мере расхода семян сила их воздействия на мембрану уменьшается и она вместе с пружиной возвращается в исходное положение, замыкая ранее разомкнутую цепь сигнализатора, установленного на пульте в кабине трактора.

Недостатками устройств с датчиками емкостного и мембран­ного типов является необходимость регулирования чувствитель­ности при высеве семян различных культур, а также при исполь­зовании их в бункерах различного конструктивного оформления. Кроме того, эти датчики подвержены воздействию вибрации, пы­ли и влаги.

На овощных сеялках «Стэнхей» применен также датчик элект­ромеханического типа, срабатывающий от рычага поплавкового устройства. Перед засыпкой семян рычаг с поплавком фиксиру­ется специальной защелкой в верхнем положении. Контакты пе­реключателя в этом случае замыкаются, и на оптическом индика­торе, установленном в кабине трактора, загорается сигнальная лампочка. После заполнения бункера семенами поплавок (пласти­на) располагается на поверхности массы посевного материала. По мере расхода семян он опускается и при достижении опреде­ленного уровня (когда в бункере остается семян для посева на длину рядка примерно 40—50 м) своим рычагом воздействует на переключатель, размыкая его контакты. При этом лампочка на оптическом индикаторе гаснет, сигнализируя о необходимости до­заправки сеялки.

Достоинством этого устройства является простота конструк­ции и надежность работы, а недостаток в том, что описанное уст­ройство устанавливается только в одном бункере. При большом числе посевных секций это может привести к снижению эффектив­ности контроля, т. е. к просевам на отдельных рядках.

Учитывая указанные преимущества датчиков электромехани­ческого типа, нами разработано устройство контроля уровня се­мян в бункерах сеялок точного высева секционного исполнения, имеющее свои отличительные особенности.

В устройстве на одном конце двухплечевого рычага, закреп­ленного шарнирно к стенке бункера, находится диск-поплавок, на другом, выведенном через щель наружу бункера,— постоянный магнит. С внешней стороны бункера выше щели закреплено гер­метическое контактное устройство — геркон. Поплавковый рычаг кинематически связан с крышкой бункера. Устройство работает следующим образом. При открытии крышки для засыпки бункера семенами плечо рычага с поплавком поднимается и занимает крайне верхнее положение. После засыпки и закрытия крышки поплавок располагается в слое посевного материала и по мере расхода семян опускается вместе с ними, а второе его плечо с постоянным магнитом в это время приближается к контактному устройству (к геркону). Когда уровень семян в бункере достигнет критической величины, т. е. в нем останется семян в количестве, достаточном для засева рядка протяженностью 50—100 м (в зави­симости от высеваемых семян), плечо рычага с магнитом при­близится к геркону настолько, что замкнет его контакты, а сле­довательно, и связанную с ними цепь сигнальной лампочки, уста­новленной на панели прибора, которая загорится, оповещая трак­ториста о необходимости дозаправки сеялки семенами.

Питание прибора осуществляется от сети постоянного тока трактора и включается после засыпки бункеров непосредственно перед началом посева.

Для более эффективного контроля описанное устройство уста­навливается на всех бункерах. Испытание данного прибора на овощных сеялках точного высева СОПГ-4,8 показало его высокую надежность и простоту в эксплуатации.

В последних моделях устройств контроля уровня семян в бун­кере используются датчики фотоэлектрического типа. К таким устройствам относится прибор «Бук», разработанный ВИСХОМом, и устройства контроля в системах САК-ВУС и «Кедр», предло­женных соответственно ВИМом и ВИСХОМом [385]. По анало­гичному принципу выполнено и устройство, применяемое на овощ­ной сеялке точного высева СОПГ-4,8 конструкции Молдавского НИИ орошаемого земледелия и овощеводства. Датчики этих уст­ройств практически мало чем отличаются друг от друга и состоят из осветителя — лампочки накаливания и чувствительного эле­мента — фотодиода (рис. 2.69).

Принцип действия устройства контроля уровня семян с фото­электрическими датчиками системы САК-ВУС заключается в следующем [91]. При загруженном семенами бункере световой поток от лампочек EL 1,2 не попадает на чувствительные пласти­ны фотодиодов '/D 1,2. Фотодиоды датчиков, установленные в двух бункерах сеялки, включены параллельно в нижнее плечо базового делителя составного транзистора VT 1,2. Сопротивление R 1 подбирается с таким расчетом, чтобы при затемненных фото­диодах, сопротивление которых при этом велико, транзисторный ключ был в состоянии насыщения. Тогда реле К1 в коллекторной цепи транзисторов VT 1,2 включено и своими контактами оно раз­рывает цепь питания светового и звукового сигнализаторов.

Рис. 2.69. Принципиальная схема фотоэлектрического датчика уровня семян в бункере сеялки.

При снижении уровня семян в одном из бункеров до места установки чувствительной пластины световой поток лампочки по­падает на нее, снижая сопротивление фотодиода. Составной тран­зистор запирается, и обмотка реле К1 обесточивается. Контакты реле К1 замыкаются, тем самым подключая сигнализаторы к источнику питания. Применение схемы составного транзистора позволяет обеспечить надежное функционирование устройства даже в случае значительной запыленности окружающей среды, т. е. при возможном снижении чувствительности фотодиодов. Об­мотка реле К1 зашунтирована конденсатором С 1 для исключе­ния ложных срабатываний при случайном пролете через датчик отдельных семян во время загрузки бункеров.

Установка защитных стекол осветителя и фотодиода заподлицо с внутренней поверхностью металлической конструкции датчика обеспечивает очистку их от пыли и шелухи за счет соприкоснове­ния с ними семян в процессе высева.

Система «Кедр» в основном используется на кукурузных сеял­ках СУПН-6, СУПН-8 и 2СУПП-6. По данным Украинской МИС, применение её на указанных сеялках исключает необходимость всеяльщиках, повышает качество посева и сокращает затраты тру­да на 33% [470]. Однако на овощных сеялках точного высева СУПО-6 данная система оказалась неработоспособной.

На сеялке СОПГ-4,8 фотоэлектрические датчики установлены в каждом бункере и находятся в каналах между ворошителем и дозатором подачи семян к высевающему устройству аппарата. Такое расположение датчиков обеспечивает автоматический кон­троль не только наличия семенного материала в бункерах, но и образования в них сводов семян, Остаток семян после срабаты­вания датчика и загорания лампочки на пульте сигнализации, установленном в кабине трактора, является достаточным для нормальной работы сеялки на длине гона от 20 до 40 м (в зависи­мости от культуры и нормы высева семян).

Высокая чувствительность прибора контроля уровня семян в бункерах сеялки СОПГ-4,8 достигается за счет применения светодиода инфракрасного излучения АЛ-10.2Б и фотодиода ФД-24К.

Из приведенных конструкций приборов для автоматического контроля уровня семян в бункерах сеялок точного высева секци­онного исполнения наиболее простыми и надежными в работе являются поплавковые устройства с электромеханическими датчи­ками закрытого типа — герконами.

Устройства автоматического контроля вращения рабочих органов высевающих аппаратов

В современных сеялках точного высева для контроля враще­ния высевающих устройств преимущественно используются при­боры с электромеханическими датчиками, принцип работы кото­рых заключается в периодическом замыкании и размыкании электрических контактов, т. е. электрической цепи сигнальных лампочек, в результате чего они периодически зажигаются и гас­нут, сигнализируя об исправном состоянии системы привода вы­севающих устройств сеялки.

Принципиальная схема такого устройства показана на рис. 2.70. На каждом валу 5 имеется штифт 4, который при вращении воз­действует на контакт чувствительного элемента 3. Чувствитель­ный элемент болтом 8 соединен с гибким звеном 7, закрепленным к кронштейну 6, находящемуся на раме сеялки. Питание электри­ческой цепи осуществляется от аккумуляторной батареи трактора.

Индикаторная панель, находящаяся в кабине трактора, снаб­жена электрическими лампочками 2, один контакт которых при­соединен параллельно через выключатель 1 к положительной клемме батареи, а другой — к контакту чувствительного элемен­та. Вращающиеся валы заземлены на раму трактора. При враще­нии вала штифт 4 касается контактов 3 и замыкает электричес­кую цепь индикаторной лампочкой 2 в рабочем, исправном состоянии системы лампочка мигает. Если мигание одной из них прекратилось, то, следовательно, вал соответствующего высевающего устройства не вращается [130].

Рис. 2.70. Принципиальная схема датчика контроля вращения высевающих устройств сеялок.

Описанная принципиальная схема контроля вращения высевающих устройств с применением датчиков электромеханического типа нашла широкое распространение и в настоящее время используется на многих конструкциях как отечественных, так и зарубежных сеялок [23, 88, 212, 492, 498, 602]. Различаются они между собой в основном конструктивным выполнением и расположением контактов датчика.

В высевающих аппаратах овощных сеялок «Стэнхей» электромеханический датчик вращения, в отличие от описанного выше, представляет собой подпружиненный ролик, изготовленный из диэлектрического материала, к одной из боковых поверхностей которого прикреплен металлический (токопроводящий) сектор, занимающий половину этой поверхности. К сектору прижимается неподвижный контакт, связанный электрической цепью с сигнальной лампочкой оптического индикатора.

При работе высевающего аппарата движущаяся высевная лента вращает подпружиненный ролик, и цепь питания сигнальной лампочки периодически через металлический сектор и неподвижный контакт замыкается. Сигнальная лампочка в результате этого постоянно мигает. В случае остановки высевной ленты лампочка на оптическом индикаторе будет либо гореть постоянно, либо погаснет, информируя тем самым тракториста о нарушении в системе привода аппарата.

Рис. 2.71. Электрическая схема устройства контроля вращения высевающих дисков сеялки 2СТСН-6А.

Преимуществом описанных устройств автоматического контро­ля вращения является простота конструкции. К недостаткам сле­дует отнести быстрое утомление и адаптацию тракториста к не­прерывному миганию сигнальных лампочек, что нередко приводит к несвоевременному обнаружению им возникших неисправностей.

В чехословацкой 12-рядной сеялке «12-СЕКСП» предприятия «Агрострой» в отличие от сеялки «Стэнхей» сигнальные лампочки горят только при нарушении вращения высевающих лент, в остальных случаях они выключены.

На рис. 2.71 приведена электрическая схема устройства кон­троля вращения высевающих дисков свекловичной сеялки 2СТСН-6А, в котором устранен недостаток указаных выше при­боров [469].

Датчик вращения этого устройства состоит из установленного на оси подвижного контакта в виде двухплечевого рычага и не­подвижного пружинного контакта, закрепленного винтом на вну­тренней пластине. Верхняя пластина подвижного контакта выпол­нена из диэлектрического материала, а нижняя — из стали. В ис­ходном положении наружная часть подвижного контакта пружи­ной прижимается к упорному винту.

При вращении 90-зубовой капроновой шестерни привода высе­вающего диска укрепленный на ней штифт упирается в наружный конец подвижного контакта и поворачивает его против часовой стрелки. При этом по неподвижному контакту скользит пластина из диэлектрика, и электрическая цепь не замыкается. Когда штифт сходит с подвижного контакта, он под действием пружины возвращается в исходное положение, токопроводящая пластина опускается на неподвижный контакт, скользит по нему и замыка­ет электрическую цепь. Такое движение подвижного контакта осу­ществляется благодаря тому, что левый край неподвижного кон­такта отогнут вверх, а правый — вниз.

На панели сигнализатора имеется табло с надписью «Номер неисправного рабочего органа» и цифрами от 1 до 12 (по числу высевающих аппаратов сеялки), красный светофильтр с надписью «Внимание, повреждение!» и выключатель питания.

При нормальной работе высевающих аппаратов датчики сра­батывают (замыкают электрическую цепь) и импульсы тока по­даются на конденсаторы С 1 ...С 12 (тип КЭ-2М) реле времени, заряжая их. Электрическая цепь (конденсатор—сопротивление— база—эмиттер) рассчитана так, что обеспечивается выдержка времени, несколько превышающая длительность одного оборота высевающего диска. Поэтому конденсаторы все время находятся под током, а реле времени — во включенном состоянии: его кон­такты 6 и 7 замкнуты; 3, 4 и 7, 8 — разомкнуты.

Если один из высевающих аппаратов остановится, конденса­тор соответствующего реле времени в течение 8—10 с разрядится и нормально замкнутые контакты 6, 7 размыкаются. Это реле обесточится и контакты 3, 4 замкнутся. Напряжение станет пода­ваться на реле-блокиратор К, его контакты замкнутся, электри­ческий ток потечет через контакты 7, 8 реле времени и на табло включается сигнальная лампочка, номер которой соответствует номеру неисправного высевающего аппарата. Одновременно реле- блокиратор через контакты 6, 7 сблокирует все остальные реле так, что после остановки агрегата останется включенной только лампочка, соответствующая неисправному аппарату. Это позво­ляет быстро определить вышедший из строя аппарат и устранить неисправность.

Недостатками описанной выше схемы, как показали результа­ты испытаний, являются нестабильность работы устройства при различных температурах воздуха, а также низкое его быстродей­ствие (от момента остановки высевающего диска до появления сигнала проходит 8—10 с).

Указанные недостатки были полностью устранены в новой, бо­лее простой и надежной конструкции устройства, принципиаль­ная схема которого показана на рис. 2.72. Конденсаторные реле времени включают транзисторы VT 1, VT2, ..., VT 12 (тип П-4), конденсаторы С 1, С 2, ..., С 12 (тип К-50-6) и сопротивления R 1, R2 и R 3, которые управляют электромагнитами YA 1, YA2, ..., YA 12.

При нарушении технологического процесса высева конденса­тор, не получив питание через контактный датчик вращения (D 1, D 2, D 12) в течение 2—3 с разряжается, закрывает при этом транзистор и обесточивает электромагнит, в результате чего якорь 6 под воздействием пружины 5 поворачивается вокруг шар­нира 4. Один из рычагов якоря замыкает пару контактов К и питание подается на лампочку 1 светофильтра «Внимание, повреждение!», а в вырезе 3 сигнализатора появляется красный флажок 2, смонтированный на рычаге якоря электромагнита.

Рис. 2.72. Электрическая схема устройства контроля вращения высевающих дисков с температурной компенсацией.

Необходимая температурная стабилизация триодов обеспечи­вается сопротивлениями R 1 и R 3, а также постановкой триодов на индивидуальные алюминиевые радиаторы [498].

Наличие в устройствах контроля вращения подвижных рычаж­ных контактов и взаимодействующих с ними различного рода вращающихся упоров нередко приводит к их неисправностям и поломкам. Во избежание этого в устройстве контроля вращения высевающих барабанов, применяемом на овощной сеялке точного высева СОПГ-4,8, механические упоры заменены постоянными магнитами, а в качестве датчика использованы герконы. Постоян­ные магниты закреплены на вращающемся диске высевающего барабана, а герконы — на корпусе аппарата.

Прибор выполнен по схеме электронного реле, собранного на двух транзисторах (рис. 2.73). При выключении питания оба транзистора закрыты и конденсатор С 1 начинает заряжаться. После зарядки конденсатора до напряжения источника питания отрицательный потенциал открывает транзистор VT 1. Напряже­ние источника питания распределяется между сопротивлением R 2, динамическим сопротивлением транзистора VT 1 и сопротивлени­ем R3. Потенциал сопротивления R 3 открывает транзистор VT2 и лампочка HL 1, подключенная в цепь коллектора этого тран­зистора, загорается, сигнализируя о том, что барабан высевающе­го аппарата не вращается.

При Вращении барабана постоянный магнит, прохо­дя вблизи геркона, замыка­ет его контакт К 1 и кон­денсатор разрядится. Тран­зисторы VT 1 и VT 2 закро­ются и лампочка HL 1 по­гаснет, После прохождения магнита над герконом кон­такт К 1 размыкается и кон­денсатор С 1 начнет заря­жаться. Так как время его заряда до потенциала от­крывания транзистора VT 1 больше, чем время одного оборота барабана, то, не успев зарядиться, конденса­тор снова через контакт К 1 геркона начнет разряжаться. Та­ким образом, при вращении барабана высевающего аппарата лампочка HL 1 на визуальном индикаторе не горит. В случае остановки барабана магнит не будет замыкать контакты К 1 гер­кона и конденсатор С 1 зарядится до потенциала открывания транзистора VT-1, он откроется, соответственно откроется тран­зистор VT 2, и лампочка HL 1 загорится, оповещая тракториста о прекращении вращения высевающего барабана.

По аналогичной схеме выполнено устройство контроля враще­ния рабочих органов сельскохозяйственных машин, разработан­ное УкрНИИСХОМом. Имеющиеся различия в основном касают­ся устройств, применяемых электрических элементов и контактных датчиков [222].

Достоинством данных устройств является сравнительная про­стота конструкции, универсальность и надежность в работе; не­достатком — необходимость ручной настройки при изменении нор­мы высева семян и при переходе с высева одной культуры на другую. Однако последний недостаток может быть легко устра­нен путем подбора параметров, входящих в устройство электри­ческих элементов (конденсаторов, транзисторов, сопротивлений, числа постоянных магнитов и др.) с учетом наименьшей возмож­ной частоты следования импульсов, т. е. наибольшей скорости вращения высевающего устройства. В этом случае отпадает необ­ходимость в каких-либо ручных регулировках.

Устройства автоматического контроля высева семян

Рис. 2.73. Электрическая схема устрой­ства контроля вращения высевающих барабанов сеялки СОПГ-4,8.

Сопоставительный анализ имеющихся конструкций устройств для автоматического контроля процесса высева-подачи семян вы­севающими устройствами аппаратов показывает, что в большин­стве случаев они различаются принципом действия датчиков, кон­структивным их исполнением и местом расположения относитель­но высевающих устройств, т. е. объектов контроля. Поэтому об­зор этой группы устройств можно вести по конструкциям датчи­ков высева с указанием их особенностей и области применения.

По виду взаимодействия (соприкосновения) чувствительных элементов с потоком семян имеющиеся в настоящее время датчи­ки контроля высева можно разделить на контактные и бескон­тактные.

По принципу действия контактные датчики делятся на элект­ромеханические, акустические и пьезоэлектрические; бесконтакт­ные — на пьезоэлектрические, фотоэлектрические и пневмоэлект- рические.

Контактные датчики преимущественно используются в устрой­ствах контроля высева зерновых и других сеялок обычного рядо­вого посева. Наибольшее распространение получили датчики электромеханического типа. J4x отличительной особенностью является конструктивное выполнение чувствительных элементов. В большинстве отечественных и зарубежных конструкций датчи­ков в качестве чувствительных элементов используются шарнирно закрепленные пластины, один конец которых устанавливается на пути потока семян, другой связан с контактными устройствами, формирующими электрические импульсы для последующей пере­дачи их в блоки обработки информации.

В устройствах контроля работы сеялок точного высева, выпус­каемых фирмой «Сангамо» (США), вместо пластин применяются две нейлоновые нити, каждая из которых свернута в петлю и прикреплена к специальному держателю, имеющему на противо­положном конце контактную пару. Семя, падая в сошник, каса­ется свободных концов нейлоновых нитей, замыкает контакты и электрическую цепь сигнальной лампочки. Нити благодаря своей эластичности не создают особых помех движению семян [198, 490].

Чувствительные элементы электромеханических датчиков обычно устанавливаются либо в горловине семяпровода (кожуха), т. е. сразу после высевающего устройства, либо в конце его [358, 359, 362].

Существенным недостатком большинства датчиков электроме­ханического типа является наличие открытых электрических кон­тактов, периодически загрязняющихся и требующих в связи с этим частой зачистки.

Научно-производственным объединением «Агроприбор» пред­ложено устройство контроля высева, датчики которого лишены указанного недостатка. Его отличительной особенностью- (рис. 2.74) является то, что в нем вместо обычных открытых кон­тактов использовано герметическое контактное устройство (геркон), а в качестве чувствительного элемента — шарнирно закреп­ленная пластина с постоянным магнитом [130].

Работа этого устройства состоит в следующем. При движении сеялки семена от высевающего аппарата по семяпроводу попада­ют в трубчатую часть 3 сошника. Часть из них при этом падаетна гибкий чувствительный элемент 1, который под дей­ствием ударов семян откло­няется от нормального поло­жения и колеблется с опре­деленной частотой и ампли­тудой. При отклонении чув­ствительного элемента с постоянным магнитом 2 по­следний размыкает контак­ты геркона 5, который по­средством проводов посто­янно включен в цепь лам­почки сигнализатора. В ре­зультате этого лампочка ми­гает с определенной часто­той, свидетельствуя о нор­мальной работе высевающей системы сеялки.

При нарушении процесса высева (отсутствие посевного мате­риала в бункере, остановка высевающего устройства, забивание семяпровода или сошника) гибкий чувствительный элемент 1 оста­ется неподвижным, т. е. в нормальном исходном положении, и постоянным магнитом 2 замыкает контакты геркона 5, включен­ного в цепь лампочки, которая загорается и постоянно горит, сиг­нализируя о нарушении процесса высева.

Устройство автоматического контроля высева с контактными датчиками акустического (микрофонного) типа показано на рис. 2.75 [211]. Его принцип действия следующий: датчик, явля­ющийся чувствительным элементом, преобразует удары семян в электрический сигнал (импульс), который поступает в усилитель низкой частоты (А1) и усиливается им. На выходе усилителя установлен выпрямитель (UZ). Он служит для преобразования усиленных колебаний низкой частоты в постоянный ток.

Выпрямленный ток усиливается усилителем постоянного тока (А2). На выходе усилителя включено электромагнитное реле, через контакты которого коммутируется исполнительная цепь. Схемой предусмотрена установка датчика на каждый сошник. Выводы от четырех датчиков объединяются в один блок, подаю­щий сигнал на одну из лампочек табло в кабине трактора.

Усилитель низкой частоты выполнен на двух транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером. Входные резисторы R 2, R 3, R 5, R 6 и конденсаторы С 2 и С 3 обеспечивают возмож­ность регулирования уровня сигнала с датчика и температурную стабилизацию. Резистор R 4 и трансформатор Т являются нагруз­ками соответственно первого и второго каскадов усилителя низ­кой частоты.

Рис. 2.74. Конструктивная схема устройства контроля высева с электромеханическим датчиком закрытого (герметизированного) типа.

Напряжение низкой частоты со вторичной обмотки трансформатора поступает через выпрямитель, выполненный на диоде, на вход усилителя постоянного тока. Конденсатор С 4 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения, в результате чего в кол­лекторной цепи транзистора VT 3, а следовательно, и через обмотку реле К 1 проходит постоянный ток, изменяющийся по величи­не в зависимости от уровня звуковых сигналов. С увеличением коллекторного тока реле срабатывает, его контакты замыкаются и включается сигнал на табло у тракториста.

Рис. 2.75. Устройство автоматического контроля высева с контактными датчиками акустического (микрофонного) типа.

Установка датчиков в сошниках дает возможность контролиро­вать прохождение семян в высевающем аппарате, семяпроводе и сошнике. В случае нарушения в одном из них движения семян немедленно поступает сигнал на табло.

В настоящее время существуют другие конструкции устройств (мониторов) для контроля процесса высева семян с датчиками акустического (мембранного) типа, но большинство из них раз­личаются лишь приемными устройствами (экранами), преобразу­ющими ударные импульсы в звуковые колебания [91, 277, 492].

Пьезоэлектрические датчики контактного типа использованы в системе автоматического контроля высева семян САК-ВС, раз­работанной НПО «Агроприбор» совместно с Целинным НИИМЭСХ [130]. Пьезоэлектрические датчики основаны на пьезо­электрическом эффекте, состоящем в том, что при механических деформациях некоторых кристаллов в определенных направлениях на их гранях появляются электрические заряды противополож­ных знаков. При этом величина этих зарядов прямо пропорцио­нальна приложенному давлению.

Система контроля САК-ВС состоит из чувствительных уст­ройств с пьезоэлектрическими элементами, электрических схем усиления и формирования сигнала (блоки регистрации), пульта контроля и соединительных проводов. Блоки регистрации установ­лены в корпусах датчиков.

Пьезокристалл датчика жестко соединяется с первичным из­мерителем — лепестковым щупом, помещаемым через отверстие внутрь семяпровода (кожуха) на пути движения семян. Потен­циал, возникающий на пьезокристалле, пропорционален его меха­нической деформации за счет взаимодействия с потоком высевае­мых семян. Длина щупа — 42, ширина — 12,5, толщина — 2 мм.

Чувствительный элемент со схемой усиления и формирования сигнала представляет единую конструкцию в виде прямоугольной металлической коробочки, которая крепится к семяпроводу (сош­нику) сеялки.

Падая на щуп, семена вызывают деформацию пьезоэлемента, а возникающие при этом импульсы через схему усиления и фор­мирования коммутируют цепь питания выходного реле, через кон­такты которого сигнальная лампочка подключается к источнику питания. При нормальном протекании процесса высева сигналь­ные лампочки на пульте контроля постоянно мигают. Прекраще­ние мигания какой-либо из них свидетельствует о нарушении вы­сева семян через соответствующий ей семяпровод.

Аналогичное устройство включает пьезоэлектрический преобра­зователь контроля высева, разработанный ВИСХОМом [278, 279]. В качестве пьезокристалла в нем принят титанат бария (пьезокерамика марки АФА-1). Для лучшего взаимодействия семян со щупом (первичным измерителем) и болеее равномерного распре­деления механических напряжений на поверхности пьезокристал­ла щуп выполнен из луженой жести толщиной 0,3 мм. Торцевая и нижняя поверхности пьезокристалла, вмонтированного в щуп, залиты герметиком ВГО-1. С целью снижения реакции пьезо­кристалла на вибрации и удары сеялки щуп преобразователя име­ет демпфирующее устройство, с помощью которого он закрепля­ется внутри сошника.

Для усиления сигнала, получаемого с электродов пьезокристал­ла, в описанном преобразователе использована усилительно-пре­образующая схема однокаскадного усилителя. Принцип работы преобразователя такой же, как и в системе САК-ВС.

Основным принципиальным недостатком контактных датчиков контроля высева, устанавливаемых в семяпроводах и сошниках, является влияние их чувствительных элементов на траекторию по­лета семян, что значительно снижает равномерность распределе­ния интервалов между семенами в борозде. Поэтому данный тип датчиков можно использовать преимущественно в системах для автоматического контроля высева семян сеялками обычного рядо­вого посева.

В последние годы основное внимание уделялось разработке устройств контроля высева с бесконтактными датчиками. К насто­ящему времени в нашей стране и за рубежом создан ряд конст­рукций таких устройств с датчиками фотоэлектрического типа [28, 42, 364, 387, 450, 480, 513, 565]. Они включают источники све­та, фотоприемник и усилители сигналов, блоки информации и соединительные провода. В качестве фотоприемников обычно ис­пользуются фоторезисторы, фотодиоды, фотосопротивления и дру­гие фотоэлементы. Питание устройства, как правило, осуществля­ется от сети постоянного тока трактора через стабилизатор. Фото­приемники и источники света (лампочки накаливания, электро­люминесцентные конденсаторы и др.) располагаются внутри сош­ника или семяпровода так, чтобы луч света находился на пути потока семян, т. е. с противоположных сторон сошника или семя­провода. В местах установки фотоприемников и источников све­та сошники (семяпроводы) имеют сужение в виде воронки, обра­зованное их стенками, что обеспечивает необходимое направление потока семян.

Принцип работы устройств с фотоэлектрическими датчиками высева семян состоит в следующем. Высеваемые семена при дви­жении в сошнике (семяпроводе) пересекают луч света, изменяя при этом интенсивность освещения фотоприемника. В результате этого в последнем возникают импульсы, которые затем усилива­ются электронным усилителем, поступают на блок обработки ин­формации и выдаются в удобном для наблюдения виде (мигание лампочки, звуковой сигнал).

На ряде устройств зарубежных фирм устанавливаются для контроля нормы высева счетчики, которые подсчитывают число семян, высеянных за единицу пройденного пути, либо за единицу времени. В случае, когда действительная норма высева семян становится меньше заданной (т. е. когда фактическое число уси­ленных импульсов меньше заданных на генераторе), замыкается цепь соответствующей контрольной лампочки и звуковой сигнали­зации. На действительный расход семян, превышающий заранее установленный, прибор не реагирует.

Фотоэлектрический метод контроля высева на описанном принципе широко используется в Венгрии [203, 380], Болгарии [5131 и в США фирмами «Дики-Джон» и «Пази бразерс инкорпорепшнл» в ряде выпускаемых ими систем типа «DjO», предназ­наченных для контроля за работой высевающих аппаратов 4, 6 и 8-рядных сеялок [316, 331].

Б системе «DjO» чувствительный элемент (датчик) представ­ляет собой осветитель (миниатюрная электролампочка) и два фо­топриемника, расположенные в утолщениях специального пласт­массового цилиндра, установленного в разрыве семяпровода. Чув­ствительность датчиков позволяет регистрировать не только ку­курузные зерна, но и мелкие семена таких культур, как рис, свек­ла, редис, капуста, сорго, просо и т. д. Датчики подключаются к пульту, установленному в кабине трактора. Сигнальные лампы, расположенные на пульте, соединены электрическими цепями с определенными датчиками и зажигаются (вспыхивают) при каж­дом пролете семян через датчики. По ритму их мигания можно следить за работой высевающих аппаратов.

При нарушении технологического процесса высева (остановка высевающего аппарата, прекращение подачи им семян, забивание семяпровода или сошника) в каком-либо семяпроводе соответст­вующая лампочка на пульте перестает мигать и включается зву­ковой сигнал, оповещающий тракториста о неисправности.

Заданная частота срабатывания датчика, при которой вклю­чается звуковой сигнал и прекращается мигание сигнальной лам­почки, устанавливается потенциометром, расположенным на пульте.

Прибор питается от аккумуляторной батареи трактора (12 В) и потребляет ток около 2А.

Система контроля высева «DjO» выпускается в различных модификациях. Так, «Dj 60» рассчитана на подключение шести датчиков и предназначена только для контроля процесса высева семян. А прибор «Dj 80Р» рассчитан на подключение восьми дат­чиков и, кроме функций контроля высева, с его помощью можно определять количество семян, высеваемых любым высевающим аппаратом за 15 с. Для этого предусмотрен переключатель и электромеханический счетчик. На панели сигнализации, кроме всего, находится тумблер для проверки исправности сигнальных лампочек.

Достоинство устройств контроля высева системы «DjO» — вы­сокая чувствительность, быстродействие, многоканальность и вы­сокая надежность работы. К недостаткам следует отнести одно­временное постоянное мигание шести или восьми сигнальных лам­почек, что утомляюще действует на тракториста, а также необхо­димость для проверки исправности системы присоединять к пуль­ту дополнительное устройство и производить переключение не­скольких штепсельных разъемов, что в полевых условиях крайне нежелательно [470].

Системы контроля высева ВЕМ-6 и ВЕМ-8, разработанные в ВНР, используются в 6 и 8-рядных кукурузных сеялках. По ре­кламным сведениям их можно приспособить для контроля работы сеялок при высеве других сельскохозяйственных культур: сахар­ной свеклы, сои и т. д.

Эти системы автоматически контролируют непрерывность про­цесса высева. При прекращении подачи семян вследствие отсут­ствия их в бункере или забивания сошников, семяпроводов и дру­гих нарушений технологического процесса прибор подает одно­временно звуковой и световой сигналы.

В системе ВЕМ, так же как и «DjO» для контроля нормы вы­сева семян имеются счетчики, с помощью которых производится подсчет семян, высеваемых в течение 15 с или любого требуемого времени, а также сигнализация короткого замыкания цепей пи­тания лампочек. Электрическая часть выполнена на интегральных схемах, что значительно повышает надежность системы в целом.

В устройстве контроля высева, разработанном в НРБ [513], использованы две модификации фотоэлектрических датчиков. Одна из них используется при высеве мелких семян, другая — крупных.

В датчике для мелких семян, кроме осветителя и фотодиода (рис. 2.76), устанавливаются выпуклые линзы 2 и 4. Световой

ПОТОК от осветителя 1 преломля­ется в линзе 2, пересекает семя­провод 3 и через линзу 4 попада­ет на фотодиод 5. Линза 4 слу­жит для фокусирования светово­го потока на светочувствитель­ную пластину фотодиода. Таким образом, повышенная чувстви­тельность достигается при работе с мелкими семенами овощных культур.

в датчике для регистрации крупных семян вместо линз ис­пользуется отражатель светового потока, благодаря которому лучи света от осветителя прежде чем попасть па чувствительную пласч'ину фотодиода дважды проходят через семяпровод, контролируя тем самым большую часть его сечения. Каждое семя, проходя через семяпровод, вызывает из­менение интенсивности падающего на фотодиод светового потока, в результате чего на выходе датчика образуются импульсы, ко­торые через схему усиления и преобразования поступают на сиг­нализирующее устройство и электромеханический счетчик. С по­мощью счетчика тракторист может контролировать интенсивность высева семян высевающим аппаратом. При забивании семяпро­вода или прекращении поступления семян подается звуковой или световой сигналы.

К устройствам такого же типа относится ультразвуковой счет­чик (сигнализатор), осуществляющий подсчет семян, высеваемых в рядок за определенное время [91].

Ультразвуковой сигнализатор (рис. 2.77) включает пару пьезо- элементов BQ1 и BQ2, закрепленных по обе стороны стенок се­мяпровода. Один из них (BQ1) выполняет функцию передатчика, другой — приемника колебаний. Приемно-передающий колеба­тельный контур в комбинации с пьезоэлектрическими элементами и воздушным зазором между ними действует как самовозбужда­ющийся генератор, работающий на заданной частоте. Длина вол­ны ультразвуковых колебаний равна отношению скорости рас­пространения волны к частоте колебаний. Расстояние между пьезоэлементами выбирается кратным длине полуволны с целью по­лучения максимальной эффективности звуковой связи.

Рис. 2.76. Фотоэлектрическое устройство контроля высева семян овощных культур (НРБ).

Схема самовозбуждающегося генератора собрана на четырех транзисторах обратной проводимости. Первые два из них (VT1 и VT2) включены по схеме составного транзистора, что обеспечивает повышенный коэффициент усиления и согласование последующих каскадов с высокоомным пьезоэлектрическим элементом BQ2. Далее сигналы поступают на транзисторы VT3 и VT4, которые включены по схеме с динамической нагрузкой, что также обеспечивает необходимое усиление. С коллектора транзистора VT2 импульсы снимаются для подсчета. Сигнал поступает на усилитель, собранный на транзисторе VT5 по схеме с общим эмиттером. С коллектора транзистора VT5 усиленные импульсы подаются на счетчик.

Рис. 2.77. Принципиальная схема ультразвукового сигнализатора высева семян.

Принцип действия сигнализатора состоит в следующем. При пересечении семенем пространства между пьезоэлементами зву­ковая связь нарушается, и на коллекторе составного транзистора образуется импульс положительной полярности, который усили­вается транзистором VT5, а затем поступает на счетчик.

Энергопотребление сигнализатора составляет 4 мВт, что поз­воляет для его питания использовать обычные батареи от карман­ного фонаря общим напряжением 6В. Транзисторная схема обес­печивает высокую степень надежности и точность регистрации количества высеваемых семян. Кроме того, достоинство данного сигнализатора состоит в том, что он не требует сужения потока семян и разделения его на отдельные частицы, как это наблюда­ется в случае применения фотоэлектрических датчиков.

В СССР также ведутся работы по созданию системы контро­ля высева семян с фотоэлектрическими датчиками. ВИСХОМом разработана электронная автоматическая система «Кедр», пред­назначенная для контроля высева семян кукурузы, сорго, подсол­нечника, бобовых и других культур [91].

В комплект этого прибора входят восемь датчиков высева, два датчика уровня семян в бункере, пульт контроля, блок усиления и преобразования, который устанавливается на сеялке. Посредст­вом штепсельных разъемов к электронному блоку подключаются кабели от датчиков высева и уровня, пульта контроля и сигнали­зации. Питание системы осуществляется от тракторной сети по­стоянного тока.

Фотодатчики устанавливаются в корпусе каждого высевающе­го аппарата сразу же после высевного диска и регистрируют все последовательно падающие семена. Если в течение секунды се­мена не поступают из высевающего аппарата, то на цифровом указателе пульта контроля, установленного в кабине трактора, высвечивается номер поврежденного высевающего аппарата. Кро­ме этого, на пульте включается звуковой сигнал высокого тона, хорошо слышимый на фоне низкочастотного шума тракторного двигателя.

Сигнал на пульте прибора включается при отсутствии семян на высевающем диске, забивании полости аппарата семенами, а сошника землей или растительными остатками, попадании в ап­парат посторонних предметов, прекращении вращения высевного диска из-за соскакивания приводной цепи, пробуксовке звездочек и т. п., снижении степени разрежения.

В приборе «Кедр» предусмотрен режим самоконтроля, заклю­чающийся в следующем: перед началом работы агрегата нажа­тием кнопки «Проверка» на пульте контроля источники светово­го потока датчиков подключаются к внутреннему генератору, ко­торый обеспечивает импульсный режим работы осветителей. Та­ким образом, имитируется пролет семян через рабочую полость фотодатчиков. При полной исправности всех,узлов прибора на пульте контроля мигает сигнальная лампочка с зеленым свето­фильтром. В случае нарушений на пульте включается лампочка соответствующего неисправного канала и звуковой сигнал. Если напряжение питания прибора ниже предельно допустимого (10,5 В), на пульте загорается цифра 8, сигнализируя о наруше­нии нормальных условий эксплуатации прибора.

В настоящее время имеются другие отечественные конструк­ции устройств контроля высева семян с фотоэлектрическими дат­чиками. Однако большинство из них отличаются только местом установки, элементами усилительной и регистрирующей аппара­туры [91, 470].

Некоторые приборы контроля работы высевающих систем поз­воляют одновременно осуществлять наблюдение за нормой высева семян. С этой целью в конструкцию приборов вводятся счетчики семян и устройства для измерения скорости движения агрегата или пройденного им пути и соответствующие, заранее подготов­ленные, расчетные таблицы.

Такое устройство с измерением пройденного пути создано в США и используется для контроля работы высевающих аппара­тов и определения нормы высева на кукурузных, свекловичных и других сеялках. В нем применены датчики электромеханического типа, представляющие собой включатели с подвижными контак­тами в виде чувствительных пластин, установленных в каждом семяпроводе. Под действием падающих из высевающего аппарата семян эти пластины отклоняются, разрывая электрическую цепь питания сигнальных лампочек, установленных на пульте в каби­не трактора. Постоянное мигание сигнальных лампочек позволяет контролировать исправность работы высевающих аппаратов сеял­ки. При прекращении высева каким-либо аппаратом соответствую­щая лампочка перестает мигать и, кроме того, на пульте контро­ля включается звуковой сигнализатор, оповещая тракториста о возникшем нарушении.

Для контроля нормы высева в устройстве имеются два счет­чика, один из которых подключается к одному из датчиков высе­ва и предназначен для подсчета числа семян, высеянных в поч­ву, другой — через схему усиления и преобразования подключен к магнитоиндукционному датчику, установленному с помощью кронштейна на поворотной цапфе переднего колеса трактора. Не­посредственно на вращающихся узлах колеса закрепляется посто­янный магнит, который при прохождении вблизи индукционного чувствительного элемента вызывает появление на его выходе им­пульса. При-каждом обороте колеса с датчика поступает на счет­чик по одному импульсу.

Считывая показания с обоих счетчиков, накопивших информа­цию за определенный промежуток времени или пути (за опреде­ленное число оборотов колеса), тракторист ло таблице может определить количество семян, высеянных на единицу площади.

Аналогичное устройство для контроля нормы высева семян используется в системах «Dj 80Р» фирм «Дики-Джон» и «Санга-мо» (США).

К недостаткам описанных аппаратов следует отнести следую­щее: при одновременном прохождении двух и более семян через датчик он воспринимает их как одно семя, а это может внести существенную ошибку при определении нормы высева. Кроме того, при использовании таблиц трактористу приходится отвле­каться для сопоставления показаний счетчиков с табличными зна­чениями.

Поэтому в последние годы для контроля нормы высева все большее распространение находят устройства, основанные на принципе автоматического сравнения заданной интенсивности вы­сева с реальной, не требующие применения таблиц и исключаю­щие какие-либо вычисления.

В этих приборах, как правило, используются датчики фото­электрического типа, усиленные импульсы от которых поступают на вход введенных в схему управляющих (сравнивающих) уст­ройств. В них предусмотрен генератор импульсов, частота генера­ции которого задается потенциометром, расположенным на лице­вой панели пульта контроля. С его помощью тракторист устанав­ливает частоту импульсов генератора, соответствующую значению заданной интенсивности высева семян, т. е. заданному количеству семян, высеваемых в единицу времени при выбранной скорости движения агрегата.

Импульсы с установленной частотой следования поступают с выхода генератора на второй вход сравнивающего устройства. Если действительная интенсивность (норма) высева семян в ка­ком-либо рядке становится меньше заданной, на пульте контроля включается соответствующий световой и звуковой сигналы.

Описанный принцип работы устройств контроля нормы высева семян использован в посевных мониторах фирм «Агар Инстру­менте (УК) Лтд» (Англия) и «Хассель» (ФРГ), предназначенных для оборудования преимущественно сеялок точного высева.

Монитор фирмы «Агар Инструменте» с фотоэлектрическими датчиками, устанавливаемыми в сошниках посевных секций, кон­тролирует кроме интенсивности высева семян в каждом рядке, изменение скорости движения агрегата, забивание сошников и уровень семян в бункерах.

Перед началом работы в монитор вводится информация о пред­полагаемой скорости движения агреграта и интенсивности высева семян, т. е. устанавливается частота следования импульсов на выходе внутреннего генератора. При посеве на входы сравниваю­щего устройства поступают импульсы с выхода внутреннего ге­нератора и фотоэлектрического датчика. Если частота следования импульсов с датчика отклоняется от заданных на генераторе бо­лее чем на 5%, то после временной выдержки 1,1 с на пульте кон­троля включаются звуковой сигнал и соответствующая сигнальная лампочка (в импульсном режиме). Посевной монитор этой фир­мы может использоваться для контроля высева семян с интенсив­ностью, не превышающей 30 шт/с.

Монитор фирмы «Хассель» рассчитан на 8—12-рядные посев­ные агреграты и предназначен для контроля подачи семян высе­вающими Зппаратами, интенсивности (нормы) высева, расстоя­ния между отдельными высеваемыми семенами. В отличие от опи­санного выше, в этом мониторе интенсивность высева определя­ется автономными каналами преобразования для каждого отдель­ного рядка, что позволяет использовать его на сеялках с любым, не превышающим 12, числом посевных секций. С помощью пере­ключателя на пульте можно контролировать суммарную интен­сивность высева семян по всем рядкам. Кроме этого, на пульте контроля предусмотрен цифровой указатель и переключатель ре­жимов его работы.

Для контроля расстояния между высеваемыми семенами к вы­ходу датчика высева и датчика скорости движения агрегата, установленного на колесе сеялки, подключается логическая схема преобразования. Она вычисляет среднее значение интервалов между отдельными семенами по десяти замерам, которое выво­дится на цифровой указатель.

В другом режиме работы монитора подсчитывается количест­во семян, высеянных на заданном рядке, причем по мере продви­жения посевного агрегата показания индикатора автоматически обновляются. Переключая каналы, можно проконтролировать лю­бой из засеваемых рядков. Имеется также режим автоматичес­кого опроса последовательно засеваемых рядков.

Благодаря наличию датчика оборотов колеса сеялки можно осуществлять контроль за скоростью движения агрегата. При включении соответствующего режима на цифровой указатель вы­водится текущее значение скорости с точностью 0,028 м/с.

в случае необходимости контроля засеянной агрегатом пло­щади переключателем на пульте контроля устанавливается вели­чина ширины захвата сеялки и включается счетное устройство. При этом на цифровой указатель выводится значение засеянной площади. Точность измерений — 0,01 га.

К настоящему времени разработан ряд других устройств кон­троля нормы высева семян как у нас в стране, так и за рубежом. Однако они мало чем отличаются от описанных выше и, как пра­вило, включают аналогичные датчики высева и скорости движе­ния агрегата (скорости вращения колеса трактора или сеялки), счетчики усилительно-преобразующего устройства, импульсные генераторы и показывающие приборы.

Общим недостатком этих и вышеописанных приборов контро­ля интенсивности высева семян является необходимость настрой­ки порога срабатывания сравнивающих (управляющих) устройств с учетом возможных колебаний скорости движения агрегата, из­менения которой оказывают непосредственное влияние на норму высева семян (имеется в виду количество семян, высеянных в единицу времени). Невыполнение этого требования приводит к ложным срабатываниям указателей при частых колебаниях ско­рости движения агрегата, из-за чего данные устройства не могут обеспечить достаточную точность контроля действительной интен­сивности высева семян. Кроме того, первоначальная настройка сеялки на норму высева и перестройка ее во время посева с по­мощью описанных приборов требуют значительной затраты вре­мени, большого внимания и высокой квалификации тракториста.

В некоторых приборах, разработанных фирмой «Дики-Джон», применено устройство, позволяющее автоматически определять интенсивность высева семян в пересчете на единицу засеваемой площади независимо от ширины междурядий и количества засе­ваемых рядков [91].

Прибор снабжен звуковой и световой сигнализациями, фикси­рующими отклонения нормы семян от заданной в каждом рядке, а также другие нарушения в работе высевающих аппаратов сеял­ки. Фотоэлектрические датчики прибора установлены за каждым высевающим аппаратом в приемной части семяпроводов. Сигна­лы с выхода датчика поступают на счетчик. Второй датчик при­бора фиксирует пройденное сеялкой расстояние, т. е. количество оборотов колеса сеялки.

Электронная схема прибора включает считывающие устройст­ва, регистрирующие количество семян, высеваемых в каждый рядок. Выходные сигналы с датчиков высева и датчика пути че­рез счетчик поступают на сштывающее устройство, где формиру­ется функциональная зависимость высеянных в рядок семян от пройденного расстояния.

В приборе предусмотрена установка соответствующих значе­ний междурядий и количества засеваемых рядков. С учетом этих заданных параметров посева считывающее устройство в процессе работы сеялки формирует сигнал, отражающий количество высеваемых в рядок семян на данном расстоянии, т. е. норму высева. Эта информация автоматически выводится на цифровой индика­тор, расположенный на лицевой панели пульта контроля.

При необходимости проконтролировать норму высева семян в каком-либо рядке тракторист устанавливает переключателем, рас­положенным на панели прибора, номер рядка и по данным цифро­вого индикатора определяет действительную норму высева. При­бор может быть включен и в автоматический режим работы, ког­да действительная величина нормы высева в каждом рядке выво­дится на цифровой указатель через определенные промежутки времени.

Кроме того, при возникновении неисправности и снижении нормы высева в каком-либо рядке, на панели прибора включают­ся звуковой сигнализатор и соответствующая сигнальная лам­почка.

У нас в стране также ведутся работы по созданию и внедре­нию устройств автоматического ивмерения и контроля нормы вы­сева семян в процессе посева. По конструкции они аналогичны описанному выше прибору.

Из приведенных материалов следует, что устройства контроля высева с использованием фотоэлектронного эффекта, наряду с преимуществами (высокая чувствительность, малая инерцион­ность, быстродействие, отсутствие влияния на траекторию движе­ния семян), имеют ряд существенных недостатков. К ним можно отнести прежде всего низкую помехозащитность от запыления ис­точника света и фотоприемника, недостаточную механическую прочность элементов системы, а также различие конструкции дат­чиков для регистрации мелких и крупных семян, т. е. отсутствие универсальности.

Для устранения отмеченных недостатков фотоэлектрических датчиков высева нами, применительно к контролю работы пнев­матических высевающих аппаратов, разработано устройство с бесконтактными датчиками пьезоэлектрического типа [49]. Оно состоит (рис. 2.78) из пьезоэлектрического датчика 1, усилителя сигнала датчика 2, преобразователя 3, генератора импульсов ка­либрованной длительности 4, блока сравнения 5, оптического ин­дикатора 6 и соединительных проводов. Датчик представляет со­бой пьезоэлемент, установленный внутри высевающего аппарата (в вакуумной камере) напротив присасывающих отверстий.

Устройство работает следующим образом. В процессе враще­ния высевающего барабана (диска) при отсутствии семени на присасывающем отверстии факел воздущного потока воздейству­ет на чувствительный элемент датчика определенное время, зави­сящее от диаметра отверстия и скорости вращения барабана. Под действием воздушного потока (факела) в датчике возникает им­пульс, который поступает на усилитель 2, затем на генератор им­пульсов калиброванной длительности 4 и через блок преобразова­ния 3 на блок сравнения 5. При получении импульса генератор включается и вырабатывает импульс заданной длительности и передает его на блок сравнения 5, где он сопоставляется с длительностью импульсов датчика. Если длительность импульсов одинаковая, то блок сравнения пропускает импульс датчика на индикатор 6, где загорается лампочка, сигнализирующая о нарушении процесса высева.

Рис. 2.78. Устройство для автоматического контроля высева с датчиками пьезоэлектрического типа (бесконтактный вариант).

При полностью закрытых высеваемыми семенами отверстиях факел воздушного потока не образовывается и в датчике не воз­никают импульсы. Сигнальная лампочка в этом случае не за­горается, что свидетельствует о нормальном протекании процесса захвата семян и выноса их к месту сбрасывания в сошник.

Если присасывающие отверстия закрыты частично одним се­менем или же к нему присосалось два-три семени и между ними имеется щель, то факел воздушного потока, образующийся в ре­зультате этого, будет действовать на датчик меньшее время, чем при полностью открытом отверстии. Под воздействием этого пото­ка в датчике возникает импульс меньшей длительности. Как и в

первом случае, этот импульс поступает на генератор и блок срав­нения. Так как длительность импульса генератора больше дли­тельности импульса датчика, то блок сравнения не пропускает импульс, идущий от датчика на индикатор, и лампочка не заго­рается. Таким образом устраняются ложные срабатывания при­бора.

Длительность импульса генератора настраивается на порого­вые значения диаметра присасывающих отверстий (высеваемую культуру) и числа оборотов высевающего устройства аппарата.

Существенным недостатком пневматических высевающих ап­паратов овощных сеялок точного высева, как известно, является забивание присасывающих отверстий обломками семян и посто­ронними предметами (кожурой семенников, мусором и т. п.), что приводит к значительному ухудшению качества посева.

В описанном устройстве датчик не реагирует на забившиеся отверстия и они проходят как полностью или частично закрытые, вследствие чего сигнальные лампочки на индикаторе не загора­ются, несмотря на то, что в процессе высева имеет место нару­шение (пропуски).

Для устранения этих ложных показаний в нашей конструкции устройства введен дополнительно еще один аналогичный датчик, устанавливаемый внутри высевающего барабана (в камере раз­режения) напротив присасывающих отверстий, освободившихся от семян, т. е. в зоне между точкой сбрасывания их и входа от­верстий в семенную камеру. Функцией второго датчика является контроль забивания присасывающих отверстий. Работает он, так же как первый, в режиме полностью открытых отверстий.

В описанной конструкции прибора вместо пьезоэлектрических могут быть применены датчики фотоэлектрического типа. В этом случае с целью устранения влияния запыленности фотоэлементов на качество работы датчика следует использовать светодиоды инфракрасного излучения АЛ-102Б, а в качестве приемника — фо­тодиоды ФД-24К.

По данным исследований, описанное устройство контроля ка­чества работы пневматических высевающих аппаратов с бескон­тактными датчиками пьезоэлектрического типа работает надежно, не подвержено влиянию запыленности, температуры и влажности окружающего воздуха. Недостатком устройства является необхо­димость настройки его при изменении нормы высева семян и пе­реходе с высева одной культуры на другую.

Учитывая преимущества, широкие возможности и перспективы развития пневмоавтоматики [489], нами разработано устройство контроля работы пневматических высевающих аппаратов, в кото­ром вместо пьезоэлектрических использованы датчики пневмоэлектрического типа. Принцип работы этого устройства такой же, как у вышеописанного, основан на взаимодействии воздушного потока (факела), образующегося у присасывающего отверстия, с чувствительным элементом датчика.

Устройство (рис. 2.79) со­стоит из пневмоэлектрических датчиков (два на каждый вы­севающий аппарат), генерато­ра синусоидальных колебаний, преобразователей и усилителей сигналов датчиков, выполнен­ных на интегральных схемах, блока сигнализации (пульт контроля), включающего све­товую, звуковую и индикатор­ную сигнализации, блок пита­ния и соединительные провода.

Датчики размещаются в ва­куумной камере высевающего аппарата против присасываю­щих отверстий, причем один из них устанавливается до экра­нирующего ролика (до точки сбрасывания семян), другой — после него, в зоне, где приса­сывающие отверстия уже осво­бодились от семян, но не вошли еще в заборную камеру. Первый датчик предназначен для контроля высева и нали­чия разрежения в вакуумной камере аппарата, второй —для контроля вращения высевающего барабана (диска) и заби­вания присасывающих отверстий.

Работа устройства заключается в следующем. При наличии разрежения в вакуумной камере аппарата и качественном высеве, т. е. когда присасывающие отверстия перед первым датчиком за­крыты семенами, а перед вторым — полностью открыты (не заби­ты посторонними предметами), сигналы с датчиков не поступают и сигнализация не включена. Это обеспечивается тем, что первый датчик настроен на режим работы с закрытыми присасывающими отверстиями, а второй — с открытыми. Пропуски в высеве или от­сутствие вакуума перед первым датчиком создают воздушный поток, под воздействием которого на его выходе образуются им­пульсы синусоидальной формы. Через преобразователь и усили­тель они поступают на блок сигнализации, и на пульте контроля включаются световой и звуковой сигналы, а также цифровая ин­дикация, указывающая номер аппарата, в котором произошло на­рушение процесса высева.

Рис. 2.79. Функциональная схема устройства контроля работы пневматических высевающих аппаратов с использованием датчиков пневмоэлектрического типа.