RU2198412C1

RU2198412C1 - Device recognizing ferromagnetic foreign bodies, specifically, protecting working tools of harvesters

Info

Publication number: RU2198412C1
Application number: RU2001120755A
Authority: RU
Inventors: Виталий Михайлович Арсенюк; Андрей Афоньевич Лозин; Ярослав Борисович Петривский; Юрий Борисович Коляда; Анатолий Павлович Малецкий
Original assignee: Частное малое предприятие Научно-производственная фирма "Продэкология"
Priority date: 2001-07-03
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2003-02-10

Abstract

FIELD: protection of working tools of harvesters and diggers against entry of ferromagnetic bodies. SUBSTANCE: technical result consists in rise of sensitivity over layer of flow of technological product with preset dimensions of magnetic system with simultaneous achievement of uniform sensitivity over entire width of product. Magnetic poles of like polarity are positioned along entire width of flow of technological product in center of roller and are embraced by measurement coils sensing disturbance of magnetic field of permanent magnets by ferromagnetic bodies moving with reference to permanent magnets. Permanent magnets are magnetized at angle of 45-90 degrees relative to plane of separation of their polarity and measurement coils are so positioned that their plane is located in plane of separation of polarity of magnets. EFFECT: raised sensitivity of device. 4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, например кормоуборочных комбайнов, полевых измельчителей и др. The invention relates to devices for the recognition of ferromagnetic foreign bodies, in particular, to protect the working bodies of harvesting machines, such as forage harvesters, field shredders, etc.

Известные устройства для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочной машины, содержащие систему создания магнитного поля по всей ширине потока технологического продукта уборочной машины, включающую постоянные магниты, установленные в ряд перпендикулярно потоку технологического продукта, при этом по крайней мере часть магнитов охвачена измерительными катушками, соединенными между собой последовательно и подключенными к блоку оценки [1]-[6]. Known devices for recognizing ferromagnetic foreign bodies, in particular for protecting the working bodies of a harvesting machine, comprising a system for creating a magnetic field along the entire width of the technological product stream of the harvesting machine, including permanent magnets mounted in a row perpendicular to the technological product stream, at least magnets covered by measuring coils, connected together in series and connected to the evaluation unit [1] - [6].

Принцип действия таких устройств основан на появлении импульса эдс в приемных катушках за счет изменения потокосцепления магнитного поля катушек при движении ферромагнитных тел в пространстве действия магнитного поля постоянных магнитов. The principle of operation of such devices is based on the appearance of an emf pulse in the receiving coils due to a change in the flux linkage of the magnetic field of the coils during the movement of ferromagnetic bodies in the space of action of the magnetic field of permanent magnets.

В известных устройствах-аналогах [1], [2], [3] изменение полярности полюсов постоянных магнитов совпадает с направлением движения потока технологического продукта (перпендикулярно оси вала уборочной машины). In known analog devices [1], [2], [3], the change in the polarity of the poles of the permanent magnets coincides with the direction of flow of the technological product (perpendicular to the axis of the shaft of the harvester).

При этом по всей ширине потока продукта величина вектора магнитной индукции на одинаковых расстояниях от поверхности полюсов магнитов приближается к постоянной величине, а векторы магнитной индукции замыкаются в плоскостях, перпендикулярных вальцу. Такая топология магнитного поля системы постоянных магнитов разрешает получить максимально равномерную чувствительность по всей ширине потока продукта. Тем не менее, при ограниченном (конструктивными соображениями) размере диаметра вальца, внутри которого расположена магнитная система с измерительными катушками, ограничивается соответственно и ширина одного полюса (или ширина двух разноименных чередующихся полюсов) по направлению следования продукта. Так как ширина полюсов магнитов определяет степень затухания (уменьшения) величины магнитной индукции по мере отдаления от поверхности полюсов (и вальца), то и чувствительность устройства [1], [2], [3] по высоте прослойки продукта соответственно уменьшается. Moreover, over the entire width of the product flow, the magnitude of the magnetic induction vector at equal distances from the surface of the poles of the magnets approaches a constant value, and the magnetic induction vectors are closed in planes perpendicular to the roller. Such a topology of the magnetic field of the system of permanent magnets allows you to get the most uniform sensitivity across the entire width of the product stream. Nevertheless, with a limited (structural considerations) size of the diameter of the drum inside which there is a magnetic system with measuring coils, the width of one pole (or the width of two opposite alternating poles) in the direction of the product is also limited. Since the width of the poles of the magnets determines the degree of attenuation (decrease) of the magnitude of the magnetic induction with distance from the surface of the poles (and the drum), the sensitivity of the device [1], [2], [3] along the height of the product interlayer decreases accordingly.

В устройствах-аналогах [4], [5], [6] увеличение зоны чувствительности по высоте потока технологического продукта в сравнении с устройствами [1], [2], [3] достигается за счет увеличения ширины полюсов постоянных магнитов, полярность которых чередуется по оси вала, то есть векторы магнитной индукции замыкаются преимущественно перпендикулярно направлению потока продукта. Так как, по обыкновению, длина вала намного больше его диаметра, то этим самым становится возможным увеличить ширину полюсов магнитов и, соответственно, увеличить чувствительность устройства по высоте прослойки продукта. Тем не менее, такая система магнитов, увеличивая высоту "выброса" магнитного поля над поверхностью вальца, неминуемо при этом, во-первых, усиливает взаимодействие магнитов с ферромагнитными конструктивными деталями кормоуборочных машин (что вносит дополнительные помехи в измерительные катушки), а во-вторых, принципиально обуславливает неравномерность величины магнитной индукции по оси вала и соответствующую неравномерность чувствительности устройства по этой самой оси. Для уменьшения взаимодействия магнитов с ферромагнитными деталями, расположенными в торцах вала, часть полюса постоянных магнитов в торце вала не охватывается измерительными катушками [5], чем неминуемо уменьшается как использование самих магнитов, так и чувствительность устройства в зонах следования продукта, близких к торцам вала. In analog devices [4], [5], [6], an increase in the sensitivity zone along the height of the technological product flow in comparison with devices [1], [2], [3] is achieved by increasing the width of the poles of permanent magnets, the polarity of which alternates along the axis of the shaft, that is, the magnetic induction vectors are closed mainly perpendicular to the direction of flow of the product. Since, as usual, the shaft length is much larger than its diameter, this makes it possible to increase the width of the poles of the magnets and, accordingly, increase the sensitivity of the device along the height of the product interlayer. Nevertheless, such a system of magnets, increasing the height of the "ejection" of the magnetic field above the surface of the drum, inevitably, in the first place, enhances the interaction of magnets with the ferromagnetic structural parts of forage harvesters (which introduces additional interference into the measuring coils), and secondly , fundamentally determines the non-uniformity of the magnitude of the magnetic induction along the axis of the shaft and the corresponding non-uniformity of the sensitivity of the device along this axis. To reduce the interaction of magnets with ferromagnetic parts located at the ends of the shaft, part of the pole of permanent magnets at the end of the shaft is not covered by measuring coils [5], which inevitably decreases both the use of the magnets themselves and the sensitivity of the device in the product following zones close to the ends of the shaft.

Наиболее близким по технической сути из всех перечисленных устройств - аналогов [1]-[6] есть устройство 1, которое и принимается в качестве прототипа. The closest in technical essence of all the listed devices - analogues [1] - [6] is device 1, which is adopted as a prototype.

Магнитная система прототипа [1] состоит из двух рядов постоянных магнитов чередующейся полярности N-S в направлении движения продукта и расположенных вдоль оси вальца уборочной машины. При ограниченных размерах диаметра вальца ограничивается и расстояние между магнитными осями полюсов разной полярности, обусловленное длиной хорды вальца вдоль поверхности полюсов, обращенных к потоку движущегося продукта. Увеличение расстояния между полюсами N-S требует соответствующего увеличения длины хорды, а увеличение длины хорды обуславливает отдаление поверхности полюсов от поверхности вальца и, соответственно, увеличение расстояния от поверхности магнитов к движущимся ферромагнитным телам. The prototype magnetic system [1] consists of two rows of permanent magnets of alternating polarity N-S in the direction of product movement and located along the axis of the roller of the harvester. For limited drum diameters, the distance between the magnetic axes of the poles of different polarity is also limited, due to the length of the chord of the drum along the surface of the poles facing the flow of a moving product. An increase in the distance between the N-S poles requires a corresponding increase in the length of the chord, and an increase in the length of the chord causes the distance of the surface of the poles from the surface of the roller and, accordingly, an increase in the distance from the surface of the magnets to moving ferromagnetic bodies.

Таким образом, интенсивность магнитного поля системы постоянных магнитов прототипа в меру удаления от поверхности резко уменьшается в связи с ограниченным расстоянием между полюсами N-S, а значит, соответственно, ограничивается и чувствительность устройства к распознаванию посторонних ферромагнитных тел по высоте прослойки продукта. Thus, the magnetic field intensity of the prototype permanent magnet system as a measure of distance from the surface decreases sharply due to the limited distance between the N-S poles, which means that the sensitivity of the device to recognition of foreign ferromagnetic bodies by the height of the product interlayer is also limited.

В основу изобретения поставлена задача создания такого устройства для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, обеспечивающая увеличение чувствительности по высоте прослойки потока технологического продукта при заданных размерах магнитной системы, при одновременном достижении равномерной чувствительности по всей ширине продукта. The basis of the invention is the task of creating such a device for the recognition of ferromagnetic foreign bodies, in particular, to protect the working bodies of harvesting machines, providing an increase in sensitivity along the height of the layer of the technological product stream at given sizes of the magnetic system, while achieving uniform sensitivity across the entire width of the product.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для распознавания ферромагнитных посторонних тел, в частности для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащем систему создания магнитного поля неизменной полярности и интенсивности по всей ширине потока технологического продукта, включающую один сплошной или составной постоянный магнит, охваченный одной или несколькими катушками, включенными между собой последовательно и соединенными с электронным блоком оценки, постоянные магниты намагничены относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, а измерительные катушки расположены таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов.The problem is solved in that in a device for recognizing ferromagnetic foreign bodies, in particular for protecting the working bodies of harvesting machines, containing a system for creating a magnetic field of constant polarity and intensity along the entire width of the technological product stream, including one continuous or composite permanent magnet covered by one or several coils connected in series with each other and connected to an electronic evaluation unit, the permanent magnets are magnetized relative to the section plane their polarity at an angle α = 45 ÷ 90 ^o, and the measuring coil are arranged so that their plane is a section in the plane of the magnet polarity.

В торцевой зоне устройства магнитное поле постоянных магнитов экранируется ферромагнитными пластинами от взаимодействия с ферромагнитными деталями уборочной машины. In the end zone of the device, the magnetic field of the permanent magnets is shielded by the ferromagnetic plates from interaction with the ferromagnetic parts of the harvester.

Часть магнитов со стороны, противоположной зоне распознавания ферромагнитных посторонних тел устройства, измерительными катушками не охватывается. Some of the magnets from the side opposite to the recognition zone of the ferromagnetic foreign bodies of the device are not covered by measuring coils.

Измерительные катушки расположены на ферромагнитной пластине, установленной в плоскости раздела полярности магнитов. The measuring coils are located on a ferromagnetic plate mounted in the interface plane of the polarity of the magnets.

По всей длине устройства магнитное поле магнитов экранируется пластинчатым экраном со стороны, противоположной зоне распознавания ферромагнитных посторонних тел. Along the entire length of the device, the magnetic field of the magnets is shielded by a plate screen from the side opposite to the recognition zone of ferromagnetic foreign bodies.

Вследствие использования в устройстве согласно изобретению постоянных магнитов, намагниченных относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, при расположении катушек таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов, существенным образом увеличивается расстояние между разноименными полюсами магнитов при тех же заданных (ограниченных) конструктивными соображениями размерах магнитной системы устройства. Так, в предложенном устройстве расстояние между одноименными полюсами (N-S) магнитной системы по пути замыкания их магнитных силовых линий значительно больше такого же расстояния в прототипе, что разрешает соответственно увеличить высоту "выброса" магнитного поля в зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, а значит, и увеличить чувствительность устройства к распознаванию ферромагнитных тел по высоте прослойки при сохранении равномерной чувствительности устройства по всей ширине потока продукта.Due to the use of permanent magnets in the device according to the invention, magnetized with respect to the plane of their polarity at an angle α = 45 ÷ 90 ^o , when the coils are arranged so that their plane is in the plane of separation of the polarity of the magnets, the distance between the opposite poles of the magnets increases significantly the same set (limited) design considerations of the size of the magnetic system of the device. So, in the proposed device, the distance between the same poles (NS) of the magnetic system along the path of closing their magnetic field lines is much larger than the same distance in the prototype, which allows you to accordingly increase the height of the "ejection" of the magnetic field in the detection zone of ferromagnetic foreign bodies, and therefore increase the sensitivity of the device to the recognition of ferromagnetic bodies by the height of the interlayer while maintaining uniform sensitivity of the device over the entire width of the product stream.

В устройстве согласно изобретению часть магнитов со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, измерительными катушками может не охватываться, чем уменьшается внесение помех в измерительную катушку ферромагнитными телами, движущимися в недетектированном пространстве. Ферромагнитные пластины, установленные в торцевой зоне устройства и со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, ослабляют наведение эдс помех, что содействует увеличению чувствительности устройства. In the device according to the invention, a part of the magnets from the side opposite to the detection zone of the ferromagnetic foreign bodies may not be covered by the measuring coils, which reduces the interference introduced into the measuring coil by ferromagnetic bodies moving in an undetected space. Ferromagnetic plates installed in the end zone of the device and from the side opposite to the zone of detection of ferromagnetic foreign bodies, weaken the induction of the emf noise, which helps to increase the sensitivity of the device.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - схематический разрез нижнего подающего вальца полевого измельчителя с вмонтированным устройством для выявления ферромагнитных посторонних тел;
на фиг. 2 - рисунок системы создания магнитного поля с использованием одной измерительной катушки, охватывающей весь магнит;
на фиг. 3 - рисунок системы создания магнитного поля с использованием двух измерительных катушек, соединенных последовательно;
на фиг. 4 - случай размещения измерительной катушки на магнитопроводе, соединяющем составной магнит в одно целое;
на фиг. 5 - вариант магнитной системы, где часть магнита с противоположной зоне выявления посторонних тел стороны катушками не охватывается;
на фиг.6 - схематический разрез вальца с вмонтированным устройством для выявления посторонних ферромагнитных тел и магнитным экраном по всей длине устройства с противоположной зоне выявления стороны;
на фиг.7 - рисунок системы создания магнитного поля с магнитными экранами по торцам;
на фиг. 8 - диаграмма распознавания М по ширине В системы создания магнитного поля соответственно ширине Е подачи технологического продукта.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a schematic section of the lower feed roller of the field chopper with a mounted device for detecting ferromagnetic foreign bodies;
in FIG. 2 is a drawing of a magnetic field generating system using one measuring coil covering the entire magnet;
in FIG. 3 is a drawing of a magnetic field generating system using two measuring coils connected in series;
in FIG. 4 - the case of placing the measuring coil on the magnetic circuit connecting the composite magnet into a single unit;
in FIG. 5 is a variant of a magnetic system where a part of a magnet with an opposite side detection zone of foreign bodies of the side is not covered by coils;
Fig.6 is a schematic sectional view of a roller with a mounted device for detecting extraneous ferromagnetic bodies and a magnetic screen along the entire length of the device from the opposite side detection zone;
Fig.7 is a drawing of a system for creating a magnetic field with magnetic screens at the ends;
in FIG. 8 is a recognition diagram M by the width B of the magnetic field generating system according to the feed width E of the technological product.

Устройство для выявления ферромагнитных посторонних тел, включающее магнитную систему 1, охваченную измерительной катушкой 2, закрепляется с помощью кронштейна 3 на валу 4 внутри нижнего подающего вальца 5, изготовленного из немагнитной нержавеющей стали или пластмассы. Система создания магнитного поля может быть охвачена одной или несколькими (в частном случае - двумя) измерительными катушками (фиг. 2 и 3). Измерительная катушка 2 может также размещаться на магнитопроводе 8 в виде тонкой ферромагнитной пластины, соединяющей составной магнит в единое целое (фиг.4). Магнит 1 может охватываться измерительной катушкой частично со стороны зоны выявления посторонних ферромагнитных тел за счет отделения части магнита 9, чем уменьшается внесение помех в измерительную катушку элементами уборочной машины (фиг.5). Ослабление эдс помех достигается также установкой магнитных экранов 10 и 11 вдоль вала 4 и по торцам магнитной системы соответственно (фиг.6, 7). A device for detecting ferromagnetic foreign bodies, including a magnetic system 1, covered by a measuring coil 2, is fixed using a bracket 3 on the shaft 4 inside the lower feed roller 5, made of non-magnetic stainless steel or plastic. The system for creating a magnetic field can be covered by one or more (in the particular case, two) measuring coils (Fig. 2 and 3). The measuring coil 2 can also be placed on the magnetic circuit 8 in the form of a thin ferromagnetic plate that connects the composite magnet into a single unit (figure 4). The magnet 1 can be covered by the measuring coil partially from the side of the zone of detection of extraneous ferromagnetic bodies due to the separation of part of the magnet 9, which reduces the interference with the elements of the harvesting machine in the measuring coil (Fig. 5). The weakening of the emf interference is also achieved by installing magnetic shields 10 and 11 along the shaft 4 and along the ends of the magnetic system, respectively (Fig.6, 7).

Работает устройство следующим образом. При появлении постороннего ферромагнитного тела в зоне действия системы создания магнитного поля в измерительных катушках 2 за счет изменения потокосцепления возникает импульс эдс, величина которого зависит от расстояния постороннего ферромагнитного тела от катушек, от массы и формы этого тела. Полученный сигнал поступает в блок оценки, который выдает команду на остановку подачи системы полевого измельчителя. Равномерность магнитного поля по ширине подачи технологического продукта разрешает получить равномерный профиль распознавания 12 (фиг.8) по отношению к аналогу [6] (диаграмма 14), а увеличение расстояния между полюсами разрешает повысить чувствительность устройства по отношению к прототипу (диаграмма 13, фиг.8). The device operates as follows. When a foreign ferromagnetic body appears in the zone of action of the system of creating a magnetic field in the measuring coils 2 due to a change in flux linkage, an emf pulse arises, the magnitude of which depends on the distance of the foreign ferromagnetic body from the coils, on the mass and shape of this body. The received signal enters the evaluation unit, which issues a command to stop the flow of the field chopper system. The uniformity of the magnetic field along the feed width of the technological product allows to obtain a uniform recognition profile 12 (Fig. 8) with respect to the analogue [6] (chart 14), and increasing the distance between the poles allows to increase the sensitivity of the device with respect to the prototype (chart 13, Fig. 8).

Список использованных материалов
1. Патент США 3889249.List of materials used
1. US patent 3889249.

2. Патент США 3896608. 2. US patent 3896608.

3. Патент ЕР 0666021. 3. Patent EP 0666021.

4. Патент ЕР 0988782. 4. Patent EP 0 988 782.

5. Патент Украины 5751. 5. Patent of Ukraine 5751.

6. Патент Украины 26843. 6. Patent of Ukraine 26843.

Claims

1. Устройство для распознавания посторонних ферромагнитных тел, в частности, для защиты рабочих органов уборочных машин, содержащее систему создания магнитного поля неизменных полярности и интенсивности по всей ширине потока технологического продукта, включающую один сплошной или составной постоянный магнит, охваченный одной или несколькими катушками, включенными между собой последовательно и соединенными с электронным блоком оценки, отличающееся тем, что постоянные магниты намагничены относительно плоскости раздела их полярности под углом α =45÷90^o, при этом измерительные катушки расположены таким образом, что их плоскость находится в плоскости раздела полярности магнитов.1. A device for the recognition of extraneous ferromagnetic bodies, in particular, to protect the working bodies of harvesting machines, comprising a system for creating a magnetic field of constant polarity and intensity over the entire width of the technological product stream, including one continuous or composite permanent magnet enclosed by one or more coils included interconnected in series and connected to an electronic evaluation unit, characterized in that the permanent magnets are magnetized relative to the plane of separation of their polarity od angle α = 45 ÷ 90 ^o, wherein the measuring coils are arranged so that their plane is a section in the plane of the magnet polarity.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в торцевой зоне устройства магнитное поле постоянных магнитов экранируется ферромагнитными пластинами от взаимодействия с ферромагнитными деталями уборочной машины. 2. The device according to claim 1, characterized in that in the end zone of the device the magnetic field of the permanent magnets is shielded by the ferromagnetic plates from interaction with the ferromagnetic parts of the harvester.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что часть магнитов со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел, измерительными катушками не охватывается. 3. The device according to claim 1, characterized in that the part of the magnets on the side opposite to the detection zone of the ferromagnetic foreign bodies is not covered by the measuring coils.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительные катушки расположены на ферромагнитной пластине, установленной в плоскости раздела полярности магнитов. 4. The device according to claim 1, characterized in that the measuring coils are located on a ferromagnetic plate mounted in the interface plane of the polarity of the magnets.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по всей его длине магнитное поле магнитов экранируется пластинчатым экраном со стороны, противоположной зоне выявления ферромагнитных посторонних тел. 5. The device according to claim 1, characterized in that along its entire length the magnetic field of the magnets is shielded by a plate screen from the side opposite to the detection zone of the ferromagnetic foreign bodies.