Сеялка и способ работы сеялки с управлением отдельными дозаторами

Изобретение относится к посевной машине, которая использует приводы двигателей отдельных дозаторов семян в каждой высевающей секции. Контроллеры двигателей управляют приводным двигателем каждого дозатора семян. Каждый дозатор семян отдельного ряда может быть отдельно запущен, остановлен и задействован с особой нормой высева. Перед посевом дозаторы могут быть запущены для заполнения дозаторов и обеспечения того, чтобы они были загружены и готовы к началу посева семян, как только сеялка начнет операцию по посеву семян. При использовании системы подачи семян с каждым дозатором для перемещения семян из дозатора в грунт, систему подачи также загружают семенами перед работой сеялки путем запуска ее двигателя, управляемого системой управления. Изобретение позволит сократить потерю семян при их загрузке и высеве. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Раскрыта посевная машина, такая как сеялка, и способ работы посевной машины.

Уровень техники

Сельскохозяйственные машины разработаны для посева сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, соя, хлопок, арахис и другие культуры. Современные сеялки, как правило, имеют 12 или более рядов в ширину. Общая ширина данных сеялок требует, чтобы они имели гибкие рамы, которые следуют контурам земли и складываются с более узкой шириной транспортировки. Высевающие секции на сеялке, как правило, должны содержать, среди других составных элементов, дозатор семян. Дозаторы семян выполняют центральную функцию в точном размещении семян в грунте. Точное и правильное размещение семян является фактором урожая сельскохозяйственной культуры, который, в свою очередь, является фактором рентабельности сельскохозяйственного предприятия.

Дозаторы семян обычно приводят в действие посредством механических и гидромеханических систем, при этом они могут содержать множество сложных цепных приводов и приводных валов для передачи мощности от центрального источника мощности на отдельные высевающие секции. Гибкость и особенности складывания рамы сеялки дополнительно усложняют распределение механической мощности. С точки зрения перспектив производства данные системы требуют значительного количества ручной сборки, понижая производственную эффективность и увеличивая затраты на сеялку. С точки зрения перспективы производительности сеялки данные системы обладают присущим свободным ходом, изгибающим моментом и деформируемостью, что проявляется в неустойчивости вращения устройства дозаторов семян и в конечном счете оказывает негативное влияние на точность и правильность размещения семян. У данных систем с механическим приводом по мере увеличения скорости высева снижается точность размещения семян.

Своевременный посев также критически важен для урожайности сельскохозяйственной культуры и рентабельности сельскохозяйственного производства. Каждый посевной сезон появляется узкое, оптимальное окно для посева. Парадоксально, наряду с важностью ограничения скорости посева для правильного размещения семян, равным образом важно увеличивать скорость посева растений в пределах оптимального имеющегося временного периода.

В дополнение к проблеме размещения семян из агрономических соображений может быть необходимо высевать отдельные ряды с разными нормами или изменяющимися нормами. Для осуществления посева с изменяющейся нормой в каждом ряду использование централизованного источника механической или гидромеханической мощности становится очень сложным и непрактичным. В лучшем случае приводные системы с изменяющейся нормой практичны в секциях с множеством рядов, а не для секции с отдельным рядом. Чтобы быть практичной, регулировка изменяющейся нормы или нормы отдельной высевающей секции должна быть возможна на ходу, то есть во время работы сеялки.

Некоторые сельскохозяйственные культуры высевают со сдвоенными рядами, когда семена высевают в парах рядов с относительно близким расположением наряду с более большими промежутками между парами. Вследствие узкого расположения сдвоенных рядов сдвоенные высевающие секции разнесены вперед и назад, когда одна из пары расположена впереди другой относительно рамы сеялки. С точки зрения агрономии вследствие узкого промежутка между сдвоенными рядами размещение семян в сдвоенной паре необходимо устанавливать в шахматном порядке или синхронизировать. Синхронизация дозаторов семян является функцией плотности высева семян. То есть когда изменяется плотность высева семян, также изменяется синхронизационное взаимоотношение между сдвоенными дозаторами. В системе с механическим приводом синхронизационное взаимоотношение изменяют посредством механического регулирования сдвоенных дозаторов друг относительно друга. Регулировка сдвоенных рядов на ходу является чрезвычайно сложной и непрактичной. Существующий в настоящее время способ состоит в том, чтобы остановить посев и вручную отрегулировать один или оба дозатора семян каждой сдвоенной пары.

Производственные затраты на сельскохозяйственную культуру также оказывают воздействие на рентабельность сельскохозяйственного предприятия. По мере повышения производственных затрат и по мере увеличения размеров сельскохозяйственного предприятия экономическое влияние ненужных расходов становится значительным. Затраты на семена являются примером производственных факторов, которые продолжают повышаться. В случае сеялок ненужный расход семян происходит вследствие рассыпания семян на землю при наполнении высевающих дисков дозаторов перед посевом, отклонения от заданного значения намеченной плотности высева семян при запуске дозаторов, задержки остановки дозаторов и избыточного высева в зонах пониженной плотности высева семян. Аналогичным образом, пахотное угодье не используется полностью, если имеются пропуски в поле, когда семена не досевают или просто не высевают. Причиной данных ненужных затрат можно назвать системы с механическим или гидромеханическим приводом.

Для преодоления некоторых из приведенных выше проблем можно использовать высевающий дозатор с электрическим приводом. Пример подобного привода рассмотрен в патенте США № 4928607. Еще одним примером является WO 2008/135772, в котором показаны отдельные высевающие секции с их соответствующим контроллером двигателя высевающей секции и главным контроллером. Они обеспечивают независимое регулирование двигателей, как показано в патенте США № 7395769.

Раскрытие изобретения

Сеялка, описанная ниже, использует приводы двигателей отдельных дозаторов семян в каждой высевающей секции. Контроллеры двигателей высевающих секций по отдельности регулируют приводной двигатель каждого дозатора семян. Контроллер двигателя высевающей секции получает команды и посылает информацию назад центральному главному контроллеру. Через систему связи между контроллерами двигателей высевающих секций и главным контроллером каждый дозатор семян отдельного ряда можно отдельно запускать, останавливать и задействовать с индивидуальной нормой. Перед посевом дозаторы можно запускать для заполнения дозаторов и обеспечения того, чтобы дозаторы были приведены в готовность и готовы начать посев семян, как только сеялка начнет работу.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой вид в перспективе высевающей секции сеялки.

Фиг.2 представляет собой вид в перспективе дозатора семян, бункера и привода дозатора высевающей секции.

Фиг.3 представляет собой увеличенный вид дозатора семян и привода для дозатора.

Фиг.4 представляет собой схематичный вид системы управления.

Фиг.5 представляет собой вид сбоку еще одной высевающей секции сеялки, имеющей дозатор семян и систему подачи семян; и

Фиг.6 представляет собой вид в разрезе дозатора семян и системы подачи семян по фиг.5, иллюстрирующий ее внутренние составные части.

Подробное описание изобретения

Со ссылкой на фиг.1 показана посевная машина в виде сеялки 10 для пропашных культур. Сеялка 10 в качестве части рамы 14 сеялки содержит брус 12 для навешивания рабочих органов. Рама содержит дышло 16, посредством которого сеялку соединяют с трактором (не показан). Раму 14 сеялки поддерживают три группы входящих в зацепление с землей колес. Центральная группа имеет четыре колеса 18, левая группа имеет два колеса 20 и правая группа имеет два колеса 22. На брусе для навешивания рабочих органов установлено множество высевающих секций 24. Как правило, для данной сеялки высевающие секции 24 являются идентичными, но это необязательно. На фиг.2 высевающая секция 24 показана более подробно. Высевающая секция 24 установлена на брусе 12 для навешивания рабочих органов с помощью U-образных болтов. Высевающая секция 24 снабжена центральным элементом 28 рамы, имеющим пару направленных вверх рычагов 30 на ее переднем конце. Для установки известным образом высевающей секции 24 на брус 12 для навешивания рабочих органов рычаги 30 соединены с параллелограммным навесным устройством 31 для относительного перемещения вверх и вниз между высевающей секцией 24 и брусом 12 для навешивания рабочих органов.

Семена хранятся в семенном бункере 34, который принимает семена из центрального источника через трубку 38. В качестве альтернативы, на каждой высевающей секции может быть предусмотрен более большой семенной бункер. Семена поступают из бункера 34 в дозатор 36 семян. Дозатор 36 семян функционирует с поштучным отделением семян из бункера 34 и доставляет отдельные семена в семяпровод (не показан). Семена спускаются по семяпроводу и падают из его открытого нижнего конца, расположенного как раз над бороздой для семян, образованной сошником 42. Сошник 42 содержит пару дисков 44, которые установлены на осях, наклоненных друг к другу таким образом, чтобы диски 44 совпадали в точке в нижней передней части дисков. Семяпровод расположен между задней частью двух дисков 44 сошника. Копирующее колесо 50 расположено с внешней стороны сошниковых дисков 44 и находится немного сзади от дисков 44. Копирующие колеса 50 установлены с возможностью регулирования на раме высевающей секции с помощью рычагов 52, которые обеспечивают регулирование вертикального положения копирующих колес 50 относительно сошниковых дисков 44. Его устанавливают исходя из глубины, на которую сошники входят в почву, т.е. глубины борозды для семян. После того как семена падают через семяпровод 38 в борозду, пара заделывающих колес 54, расположенных позади копирующего колеса 40, заделывают борозду поверх семян. Описанная выше высевающая секция является примером. Вместо структуры, показанной и описанной выше, известны и могут быть использованы другие структуры и конфигурации сошников, копирующих колес, дозатора семян, семяпровода и т.д.

Со ссылкой на фиг.3 показана альтернативная конфигурация высевающей секции. В данном случае вместо большого семенного бункера 34 показан более маленький, мини-бункер 35, установленный на дозаторе 36 семян. Семенной бункер 35 установлен сбоку от корпуса дозатора 36 семян. С помощью кронштейна 62 к бункеру прикреплен электрический двигатель 66. Выходной вал двигателя заключен в цилиндрической части 68 корпуса двигателя и соединен с входом 70 привода редуктора 72. Редуктор 72 аналогичен или похож на редуктор, показанный в патенте США № 6715433, который включен сюда путем ссылки. Выходной вал редуктора 72 соединен с валом дозатора семян для приведения посредством этого дозатора семян в действие. Показанный дозатор 36 семян представляет собой вакуумный дозатор, имеющий вращающийся дозирующий диск, как показано в патенте США № 5170909, также включенном сюда путем ссылки. Могут быть использованы другие типы дозаторов, такие как пальцевый подбирающий дозатор, ленточный дозатор и т.д.

Высевающая секция 24 снабжена двигателем 66. Посредством индивидуального регулирования каждого двигателя 66 каждый дозатор семян может работать независимо от других дозаторов семян и с другой скоростью. На фиг.3 показана система 80 управления для двигателей дозаторов семян. Главный контроллер 82 дозаторов семян соединен посредством шины 84 с каждым из контроллеров 86 двигателей отдельных высевающих секций. Контроллеры двигателей первых двадцати четырех высевающих секций соединены с главным контроллером посредством шины 84. Контроллеры 88 двигателей дополнительных высевающих секций с главным контроллером 82 соединяет дополнительная шина 90. К объему главного контроллера 82 можно добавлять дополнительные контроллеры и коммуникационные шины. Главный контроллер 82 подает отдельные команды, связанные с плотностью высева семян, каждому контроллеру 86, 88 двигателей дозаторов высевающих секций.

Коммуникационная шина 92 соединяет основной датчик 94 работы высевающих аппаратов и вспомогательный датчик 96 работы высевающих аппаратов с главным контроллером 82 дозаторов семян. Датчик 94 работы высевающих аппаратов соединен шиной 98 с датчиками 100 семян. До двадцати четырех датчиков 100 семян снабжены одним датчиком 100 семян для каждого ряда до двадцати четырех, имеющего датчики 100. Дополнительные датчики 102 семян для дополнительных рядов сверх 24 соединены через шину 104 с вспомогательным датчиком 96 работы высевающих аппаратов. Датчики семян 100 и 102, как правило, расположены на семяпроводах 38 каждой высевающей секции и определяют прохождение семян и в ответ на него генерируют выходной сигнал. Датчик 94 работы высевающих аппаратов и вспомогательный датчик 96 работы высевающих аппаратов принимают и обрабатывают выходные сигналы от датчиков семян и передают эту информацию в виртуальный терминал 106, предпочтительно расположенный в кабине трактора, тянущего сеялку. Информация датчиков семян также передается в главный контроллер 82 для использования в работе по управлению контроллерами 86, 88 отдельных двигателей. При необходимости функции обработки сигналов датчиков 94 и 96 работы высевающих аппаратов могут быть интегрированы в главный контроллер 82.

Информация о скорости сеялки далее предоставляется в главный контроллер 82 дозаторов семян посредством левого датчика 110 скорости и правого датчика 112 скорости. Левый и правый датчики скорости могут представлять собой вращающиеся датчики, прикрепленные к левому и правому ходовым колесам 20, 22 сеялки. Также могут быть использованы другие типы датчиков скорости, такие как наземный радар, данные положения и времени от спутников глобальной системы определения местоположения и т.д. Информация о скорости используется главным контроллером для подачи команд контроллерам двигателей отдельных высевающих секций, обеспечивая необходимую плотность высева семян. Кроме того, разница между левым датчиком скорости и правым датчиком скорости используется для определения криволинейной траектории сеялки. Поскольку внешние высевающие секции будут проходить большее расстояние на кривой, чем внутренние высевающие секции, главный контроллер будет подавать команды более быстрой скорости для дозаторов семян на внешних высевающих секциях, чем скорость на внутренних высевающих секциях для сохранения необходимого внутрирядного расположения семян для каждого ряда. Использование отдельных приводов электрических двигателей для дозаторов семян обеспечивает возможность регулирования скорости каждого дозатора семян по мере изменения траектории сеялки для сохранения необходимого расположения семян для каждого ряда сеялки. Подобное регулирование точного размещения семян прежде при использовании обычных механических или гидромеханических приводов дозаторов семян было невозможно.

Дополнительные входные данные для главного контроллера 82 дозаторов семян включают информацию о местоположении транспортного средства через систему 114 глобального позиционирования или другую систему локального позиционирования. Также главному контроллеру дозаторов семян предоставляют информацию 116 о карте поля. Информация 116 о карте поля может содержать границы поля, водоводы, сенокосные угодья и другие области, не подлежащие засеву, а также предписывающую информацию по семенам, касающуюся необходимой или оптимальной плотности высева семян для отдельных областей поля. Например, поскольку типы грунта варьируют, могут быть необходимы различные плотности высева семян. При электронном управлении приводными двигателями 66 дозаторов семян плотность высева семян можно изменять согласно предписанию и осуществлять посредством главного контроллера на ходу по мере перемещения сеялки по полю. Дополнительное использование регулирования нормы высева семян на ходу может происходить для увеличения плотности высева семян в рядах, близких к краю поля, которые получают большее количество солнечного света и, таким образом, имеют больший потенциал продуктивности.

Дозатор 36 семян имеет дозирующий элемент, такой как диск, показанный в упомянутом ранее патенте США № 5170909. Диск имеет множество отверстий, продолжающихся через диск между противоположными его сторонами. В корпусе дозатора обеспечен запас семян рядом со стороной диска около нижней части диска. На противоположной стороне диска обеспечивается пониженное давление воздуха или разрежение. По мере вращения диска семена прилипают к отверстиям за счет разрежения или разницы воздушного давления. После того как семена на диске поворачиваются в местоположение выгрузки, разрежение завершается и семена выпадают из диска в семяпровод 38. В начале посева семенной диск в дозаторе семян сначала заполняют семенами. Это осуществляют, сначала создавая разрежение, затем приводя в действие семенные диски. Затем, когда сошники сеялки входят в зацепление с землей, семена можно распределять немедленно, а не ехать несколько футов или метров в поле перед тем, как диск заполнится и семена начнут падать в семяпровод. В предшествующих системах с механическим приводом было необходимо вращать диски и позволять некоторому количеству семян просыпаться на землю из одного дозатора, пока дозаторы работали, обеспечивая, чтобы все дозаторы были заполнены или заправлены семенами. В показанной сеялке, имеющей электрические двигатели для отдельных рядов для приведения в действие дозаторов, появляется возможность заправлять дозаторы, и как только первые семена падают и обнаруживаются соответствующим датчиком 100 семян, этот дозатор останавливается. Это предотвращает просыпание семян, пока заправляются другие дозаторы.

Несмотря на то что данный процесс загрузки дозаторов был описан в контексте вакуумного дозатора с диском, также необходимо заправлять другие типы дозаторов, такие как пальцевый подбирающий дозатор, ленточный дозатор и т.д. Каждый тип дозатора собирает семена из семенного накопителя и перемещает семена к местоположению выгрузки, где семена выгружаются из дозатора. Несмотря на то что посевная машина была описана в контексте электрических двигателей для приведения в действие дозаторов семян, следует понимать, что в данной заявке могут быть использованы гидравлический, пневматический или другие двигатели, подлежащие управлению электронным образом.

Со ссылкой на фиг.5 и 6 показана часть еще одной высевающей секции. Показан дозатор 136 семян, связанный с системой 138 подачи семян. Дозатор 136 семян приводится в действие двигателем 140, а система 138 подачи - двигателем 142. Двигатель 142 соединен с системой 138 подачи посредством привода 144 с передачей под прямым углом. Дозатор семян, система подачи и двигатели поддерживаются с помощью многофункционального установочного кронштейна 146, который соединен с рамой высевающей секции, такой как рама 28, показанная на фиг.2. Дозатор семян и система подачи выполнены с возможностью перемещения через поле в направлении, обозначенном стрелкой 147. Двигатели 140 дозаторов и двигатели 142 системы подачи управляются системой управления, такой как система, показанная на фиг.4, с соответствующим исполнением для работы с двумя двигателями на высевающую секцию. Следует понимать, что двигатели могут представлять собой электрические двигатели или другие типы двигателей, такие как гидравлические, пневматические и т.д., которые допускают электронное управление.

Дозатор 136 семян содержит элемент 150 дозирования семян, имеющий боковую стенку 152 с рядом отверстий 154, продолжающихся через боковую стенку 152. Корпус 156 дозатора семян и внутренняя поверхность боковой стенки 152 в его нижней части вмещают партию семян. Семена 160 из партии семян прилипают к внутренней поверхности боковой стенки 152 в результате разрежения, подаваемого к наружной стороне боковой стенки. По мере вращения дозирующего элемента 150, как показано стрелкой 162, семена переносятся вперед из партии семян в верхнюю часть дозирующего элемента, где семена освобождаются в высвобождающем положении 164. В высвобождающем положении семена подхватываются системой 138 подачи.

Система подачи содержит корпус 170, имеющий отверстие 172 в верхнем конце и отверстие 174 в нижнем конце. Внутри корпуса шкивы 176 и 178 поддерживают и приводят в действие щеточную ленту 180. Щеточная лента имеет множество щетинок 182, в которые вводятся семена 160 в высвобождающем положении 164. Затем семена 160 переносятся щеткой 180 в нижний конец, где они выпускаются через нижнее отверстие 174. Датчик 184 семян на корпусе системы подачи обнаруживает семена 160 по мере прохождения семян через датчик 184 семян.

Во время работы по загрузке дозатора семян, дозатор семян работает на заполнение отверстий 154 дозирующего элемента 150 между партией семян и высвобождающим положением 164. В дополнение, система 138 подачи работает на заполнение щетки семенами так, что, когда посевная машина начинает посевное действие для посева семян посредством перемещения по грунту, семена 160 незамедлительно выпускаются из системы 138 подачи. Во время работы посевной машины щеточная лента 180 работает со скоростью, подходящей для прикладывания к семенам 160 горизонтальной направленной назад скорости, приблизительно равной скорости перемещения вперед посевной машины. Таким образом, скорость щеточной ленты 180 является функцией скорости движения вперед посевной машины. Скорость перемещения посевной машины и скорость размещения в земле определяют количество семян и расположение семян на ленте. Поскольку датчик 184 расположен над отверстием 174, дозатор и система подачи задействованы в процессе загрузки таким образом, чтобы на щеточной ленте 180 между датчиком 184 и отверстием 174 содержалось заданное количество семян. Предполагаемая скорость перемещения и плотность высева семян вводятся в систему управления оператором. Таким образом, при загрузке дозатора и системы подачи, дозатор и щетка будут работать после обнаружения первого семени для заполнения щетки предварительно заданным количеством семян.

После посева при выключении сеялки 10, т.е. при отключении разрежения в высевающих секциях, семена, прилипшие к внутренней поверхности дозирующего элемента 150, упадут из дозирующего элемента в партию семян на дне дозирующего элемента. Необходимо будет удалить семена в щеточной ленте системы подачи. Это можно осуществить посредством включения системы подачи и выпуска семян 160 на землю. Для того чтобы избежать напрасного расхода семян, систему подачи включают в обратном направлении, возвращая семена через верхнее отверстие 172 назад в дозатор семян, где они падают в партию семян.

После описания посевной машины становится понятно, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в приложенной формуле изобретения.

1. Посевная машина, выполненная с возможностью перемещения по грунту при посевной операции по посадке семян, содержащая:
высевающую секцию, имеющую сошник, дозатор семян и двигатель для приведения в действие дозатора семян; и
систему управления, содержащую датчик семян, соединенный с дозатором семян, при этом система управления выполнена с возможностью запуска двигателя перед операцией посевной машины по посадке семян для приведения в действие дозатора семян при операции загрузки для заполнения дозатора семян семенами и остановки двигателя в ответ на семена, обнаруженные соответствующим датчиком семян, посредством чего при начале посевной операции с перемещением посевной машины по полю семена сразу выходят из дозатора семян.

2. Посевная машина по п.1, дополнительно содержащая:
систему подачи семян для дозатора семян, выполненную с возможностью удержания и перемещения семян между дозатором семян и грунтом;
двигатель системы подачи для приведения в действие системы подачи семян;
при этом система управления выполнена с возможностью запуска двигателя системы подачи во время операции загрузки для приведения в действие системы подачи для заполнения системы подачи семенами и остановки двигателя системы подачи в ответ на семена, обнаруженные соответствующим датчиком семян.

3. Посевная машина по п.2, в которой система управления останавливает двигатель системы подачи при операции загрузки после обнаружения заданного количества семян.

4. Посевная машина по п.2, в которой система управления выполнена с возможностью запуска системы подачи в обратном направлении для возврата семян, удерживаемых системой подачи, назад в дозатор семян.

5. Посевная машина, выполненная с возможностью перемещения по грунту при посевной операции для посадки семян, содержащая:
множество высевающих секций, каждая из которых имеет сошник, дозатор семян, двигатель дозатора для приведения в действие дозатора семян, систему подачи семян, выполненную с возможностью удержания и перемещения семян между дозатором семян и грунтом, и двигатель системы подачи для приведения в действие системы подачи семян; и
систему управления, выполненную с возможностью одновременного запуска двигателя каждого дозатора семян и двигателя каждой системы подачи для приведения в действие каждого дозатора семян и каждой системы подачи при перемещении посевной машины по грунту, причем система управления дополнительно выполнена с возможностью запуска двигателя каждой системы подачи, при этом не запуская двигатель каждого дозатора семян для удаления семян, удерживаемых в системе подачи.

6. Посевная машина по п.5, в которой система управления запускает двигатель каждой системы подачи в обратном направлении для удаления семян, удерживаемых в системе подачи, посредством возврата семян в дозатор семян.