САМОХОДНАЯ РАБОЧАЯ МАШИНА С УСТРОЙСТВАМИ ДЛЯ ЕЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
SELF-MOVING WORKING VEHICLE WITH DEVICE FOR ITS MAINTENANCE

Изобретение относится к промышленным и сельскохозяйственным тракторам, бульдозерам, погрузчикам, автогрейдерам и другим гусеничным и колесным самоходным рабочим машинам, предназначенным для выполнения землеройных, строительных, дорожных, сельскохозяйственных и других работ.
Известен трелевочный трактор, содержащий шарнирно-сочлененную раму, силовую установку, откидывающуюся кабину с ограждением, рабочее оборудование и бензобак, отличающийся тем, что на передней и нижней стенках бензобака выполнены вырезы, огибающие силовую установку, а кабина снабжена кронштейнами, установленными в опорах с горизонтальной осью с возможностью поворота посредством гидроцилиндра подъема вверх, при этом ограждение кабины выполнено из двух стоек, соединенных с силовыми элементами капота, а аккумулятор и ресиверы пневмосистемы в ящиках установлены в нишах колес, причем на ящиках закреплены трапы и поручни [1], [2].
Наличие откидывающейся кабины, трапов и поручней на этой самоходной машине облегчает проведение ее технического обслуживания (ТО).
Однако на данной машине отсутствуют технические средства, предназначенные для проведения ТО. Поэтому указанное облегчение проведения ТО относительно невелико.
Наиболее близкой к предложенной является самоходная рабочая машина, выполненная в виде трактора с бульдозерным оборудованием, содержащая остов трактора с установленными на нем двигателем внутреннего сгорания (ДВС) и трансмиссией, ходовую систему, состоящую из гусеничного движителя и подвески, соединяющей движитель с остовом, откидывающуюся кабину с рабочим местом оператора, ящик с инструментом и принадлежностями, предназначенными для выполнения ТО машины, трапы и поручни, обеспечивающие облегчение ТО машины, и электрооборудование, в состав которого входят системы электроснабжения и пуска ДВС, приборы освещения и сигнализации, органы и приводы управления ДВС, трансмиссией и рабочим оборудованием, датчики параметров работы и контроля ТО машины, панель оператора (приборная панель) и контроллер управления движением типа RC6-9, который соединен органами и приводами управления и с частью датчиков параметров работы и контроля ТО машины, вторая часть которых соединена с панелью оператора [3].
Недостатком этой машины являются повышенные затраты времени на проведение ее ТО в полевых условиях, неблагоприятные условия его проведения, и, соответственно, пониженная надежность машины, обусловленная несвоевременностью проведения и пониженным качеством ТО.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение во всех вариантах его исполнения, является сокращение времени на техническое обслуживание самоходный рабочей машины в полевых условиях при одновременном улучшении условий для его проведения и повышении надежности этой машины.
На самоходной рабочей машине с устройствами для ее технического обслуживания (бульдозерно-рыхлительном агрегате, автогрейдере, погрузчике, скрепере и т.д.), содержащей остов с установленными на нем ДВС и трансмиссией, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя и подвески, соединяющей движитель с остовом, рабочее оборудование, кабину с рабочим местом оператора, ящик с инструментом и принадлежностями, предназначенными для ТО машины, и электрооборудование, в состав которого входят система электроснабжения (аккумуляторная батарея и генератор), система пуска ДВС, приборы освещения и сигнализации, органы и приводы управления ДВС, трансмиссией и рабочим оборудованием, датчики рабочих и диагностических параметров машины, панель оператора и контроллер, выполненный автономным или встроенным в панель оператора и соединенный, по меньшей мере, с одним из указанных органов и/или приводов управления и, по меньшей мере, с частью указанных датчиков, указанный технический результат достигается за счет тем, что в этой машине реализовано, по меньшей мере, одно из следующих технических решений:
- контроллер имеет автономное питание или в состав электрооборудования входит дополнительный контроллер с автономным питанием, соединенный с датчиками рабочих и/или диагностических параметров машины, причем контроллер или дополнительный контроллер определяет необходимость выполнения ТО или контроль его выполнения и информирует об этом оператора;
- контроллер или дополнительный контроллер, путем контроля электрического напряжения между различными точками «массы» машины и/или между «массой» машины и минусовым выводом питания какого-либо электронного устройства системы электрооборудования, выявляет проведение электрической сварки на машине с нарушениями условий ее выполнения, заключающимися в проведении сварки без отключения электронных устройств системы электрооборудования или в подключении заземляющего кабеля на удаленном расстоянии от места сварки и далее формирует и передает на панель оператора или на дополнительную панель оператора предупреждающий сигнал о недопустимости такой сварки;
- машина содержит устройство шланговой пневматической очистки от пыли, грязи, снега и льда ходовой системы, рабочего оборудования и/или машины в целом;
- машина, кроме аккумуляторной батареи системы электроснабжения, содержит дополнительный источник энергии, работающий при остановленном ДВС (отдельный дизельный или бензиновый двигатель внутреннего сгорания, пневмоаккумулятор, предварительно наполняемый сжатым воздухом от компрессора, соединенного с ДВС, или дополнительную аккумуляторную батарею, предварительно заряженную от генератора) и использующийся при ТО, а также для запуска ДВС, зарядки аккумуляторной батареи системы электроснабжения, кондиционирования воздуха в кабине машины и/или освещения зоны проведения ТО машины;
- машина содержит устройство обогрева, приспособленное для очистки ходовой системы и/или рабочего оборудования машины от снега и льда и использующее для своей работы электрическую энергию, энергию дизельного топлива или тепловую энергию системы охлаждения ДВС;
- на машине установлены датчики проскальзывания опорных, поддерживающих катков и/или ведущих колес гусеничных движителей ходовой системы, выполненные в виде датчиков их угловой скорости, а контроллер выявляет это проскальзывание путем сравнения выходных сигналов этих датчиков между собой или с выходным сигналом датчика угловой скорости трансмиссии и далее формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о необходимости проведения ТО ходовой системы;
- на машине установлены датчики температуры опорных катков, поддерживающих катков, направляющих колес гусеничных движителей ходовой системы и/или шкивов ременных передач, а также датчик температуры окружающего воздуха, при этом контроллер определяет необходимость проведения ТО этих катков, колес или шкивов путем выявления недопустимого превышения их температуры относительно температуры окружающего воздуха и далее формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о необходимости проведения их ТО;
- на машине установлены датчики проскальзывания или избыточного натяжения ремня привода вентилятора, генератора, насоса компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения ДВС и/или рабочего оборудования, выполненные в виде датчиков угловых скоростей ведущего и ведомого шкивов, соединенных с контроллером, который выявляет это проскальзывание или избыточное натяжение путем вычисления коэффициента скольжения ремня с использованием сигналов этих датчиков и сравнения этого коэффициента с предварительно установленной величиной, а также формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о необходимости проведения ТО соответствующего ременного привода;
- на машине установлены датчики уровня и/или плотности электролита в аккумуляторной батарее, соединенные с контроллером или дополнительным контроллером, который выявляет необходимость проведения ТО аккумуляторной батареи и формирует соответствующий информационный сигнал для оператора;
- на машине установлен датчик контроля износа ножа рабочего оборудования, соединенный с контроллером и выполненный, в частности, в виде датчика геометрического размера этого ножа в направлении его износа или изолированного проводника, встроенного в нож и изменяющего свое соединение с «массой» ножа при его износе до зоны размещения этого проводника в ноже, причем контроллер определяет необходимость замены этого ножа на основании сигналов этого датчика и формирует для оператора предупреждающий сигнал о наличии такой необходимости;
- на машине установлен датчик уровня топлива, масла, электролита в аккумуляторной батарее или охлаждающей жидкости ДВС, а контроллер выявляет их утечки путем контроля изменения этого уровня во времени с учетом, в случае необходимости, изменения этого уровня в соответствии с предварительно установленной нормой расхода топлива, масла, электролита или охлаждающей жидкости в процессе работы машины, а также формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о наличии этой утечки;
- бортовые редукторы трансмиссии выполнены планетарными, причем их солнечные шестерни установлены с возможностью их демонтажа с наружной стороны гусеничных движителей или ведущих колес;
- ящик с инструментом и принадлежностями, предназначенными для ТО, выполнен в пылезащищенном исполнении, либо внутри этого ящика установлен датчик пыли, соединенный с контроллером, который формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о нарушении установленных требований хранения этого инструмента и принадлежностей;
- защитная решетка радиатора системы охлаждения ДВС выполнена с возможностью ее съема без применения инструмента, или откидывания и фиксации в положении, обеспечивающем свободный доступ к радиатору, или имеет покрытие, препятствующее налипанию пыли;
- контроллер содержит часы реального времени и энергонезависимое запоминающее устройство, в котором предварительно записано требуемое время проведения каждого ТО, и обеспечивает контроль времени проведения очередного ТО, а также формирование и передачу на панель оператора предупреждающего сигнала об опережении или запаздывании фактического времени проведения этого ТО относительно требуемого свыше предварительно установленной величины;
- контроллер контролирует действительный уровень нагрузки машины с использованием датчиков ее рабочих параметров и, в зависимости от этого уровня, осуществляет изменение требуемого времени проведения ТО машины;
- на машине установлены датчики уровня и температуры охлаждающей жидкости ДВС, с помощью которых контроллер определяет необходимость дозаправки этой жидкости с учетом ее теплового объемного расширения и далее формирует оператора о необходимости этой дозаправки;
- контроллер содержит часы реального времени и энергонезависимое запоминающее устройство, в котором предварительно записаны данные о требуемых максимальных уровнях нагрузки и минимальном времени работы машины при этих нагрузках на различных этапах проведения обкатки машины, осуществляет контроль соблюдения установленных режимов обкатки машины, а также формирует и передает на панель оператора предупреждающего сигнала о нарушении этих режимов;
- машина оснащена датчиками контроля условий внешней среды, в которых выполняется ТО машины - концентрации выхлопных газов ДВС, концентрации паров топлива, уровня запыленности, концентрации органических растворителей, освещенности места проведения ТО, скорости ветра или температуры деталей, к которым возможно прикосновение оператора при проведении ТО, а контроллер осуществляет сравнение выходного сигнала каждого датчика с предельно-допустимым значением контролируемого им параметра, предварительно записанным в энергонезависимое запоминающее устройство, и далее формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о нарушении условий проведения ТО;
- к руководству по эксплуатации машины, к таре для заправки охлаждающей жидкостью, топливом или маслом, к инструментам и принадлежностям, используемым при ТО, к деталям машины, заменяемым при проведении ТО или с которыми проводятся работы по ТО, прикреплены транспондеры или RFID-метки, а на машине вблизи места хранения и/или использования размещено, по меньшей мере, одно считывающее устройство, соединенное с контроллером, который осуществляет контроль наличия на машине и/или использования при проведении ТО этого руководства по эксплуатации, тары, инструментов и принадлежностей и деталей, к которым прикреплены транспондеры или RFID-метки;
- машина оснащена датчиками провисания свободной ветви каждой гусеницы ходовой системы машины на участке между осями направляющего колеса и переднего поддерживающего катка, между осями поддерживающих катков или между осями заднего поддерживающего катка и ведущего колеса или ведущей звездочки, а контроллер осуществляет сравнение величины этого провисания с минимально и максимально допустимыми значениями, предварительно записанными в энергонезависимое запоминающее устройство, и далее формирует и передает на панель оператора предупреждающий сигнал о необходимости натяжения или ослабления гусеницы и/или сигнал управления приводом натяжения гусениц;
- контроллер снабжен энергонезависимым запоминающим устройством, в которое предварительно записаны координаты площадки, на которой должно проводиться ТО, причем машина оснащена приемником GPS/ГЛОНАСС, соединенным с контроллером, который осуществляет сравнение текущего местоположения машины с координатами места проведения ее ТО и далее формирует и передает на панель оператора информационный сигнал о нахождении машины на указанной площадке;
- контроллер снабжен энергонезависимым запоминающим устройством, в котором предварительно записано минимально допустимое значение температуры масла, при которой допускается его слив при проведении ТО, и осуществляет сравнение измеренного значения температуры масла с минимально допустимым и далее формирует и передает на панель оператора информационный сигнал о возможности слива масла при текущем значении его температуры, причем датчик контроля температуры масла при его сливе во время проведения ТО, выполнен, в частности, термобиметаллическим и приспособлен для блокирования канала слива этого масла;
- контроллер снабжен часами реального времени и энергонезависимым запоминающим устройством, в котором предварительно записано нормативное значение среднесуточной или минимальной температуры окружающего воздуха, при которой необходимо проведение сезонного ТО, и с использованием датчика температуры окружающего воздуха определяет среднесуточное или минимальное значение температуры окружающего воздуха, сравнивает его с нормативным значением и далее формирует и передает на панель оператора информационный сигнал о необходимо проведение сезонного ТО;
- машина оснащена датчиками продольного и поперечного наклона машины, а также датчиками уровня масла или охлаждающей жидкости, причем в энергонезависимом запоминающем устройстве контроллера предварительно записана зависимость действительного уровня или количества масла или охлаждающей жидкости от измеренных значений этого уровня и наклона машины, далее контроллер вычисляет действительное значение этого уровня или объема, сравнивает его с минимально допустимым уровнем или объемом, предварительно записанным в энергонезависимое запоминающее устройство, и далее формирует и передает на панель оператора информационный сигнал о необходимости дозаправки машины маслом или охлаждающей жидкостью;
- гидравлические приводы рабочего оборудования оснащены механическими стопорами, фиксирующими рабочее оборудование в его поднятом положении или в вывешенном положении машины, обеспечивающем улучшение доступа к машине при проведении ТО;
- гаечный ключ, использующийся при проведении ТО, оснащен устройством блокирования передачи момента, создаваемого этом ключом, во время работы ДВС и/или устройством дистанционной передачи сигнала о наличии момента, создаваемого этим ключом, на контроллер, который формирует сигнал остановки ДВС, либо предупреждающий сигнал для оператора о недопустимости проведения ТО при работающем ДВС, причем указанное устройство блокирования передачи момента, реализовано, в частности, по принципу приема этим устройством акустического шума работающего ДВС и/или радиосигнала о работе ДВС, передаваемого контроллером;
- машина содержит тяговую лебедку с автономным питанием или, в случае применения на машине гидростатической трансмиссии (ГСТ), дополнительный насосный агрегат с автономным питанием, соединенный с гидромоторами трансмиссии, причем тяговая лебедка или насосный агрегат обеспечивают возможность перемещения машины на место ТО или ремонта или для погрузки на транспортное средство при неработающем ДВС;
- в состав принадлежностей, предназначенных для ТО, входит заправочное устройство для заливки охлаждающей жидкости ДВС, масла и/или топлива, оснащенное средством измерения количества, состава и/или качества заливаемой жидкости, соединенное посредством линии проводной или беспроводной связи с контроллером, который обеспечивает формирование и передачу на панель оператора информационных сигналов о количестве, составе и/или качестве заливаемой жидкости;
- в состав принадлежностей, предназначенных для ТО, и имеющих автономное питание, не зависящее от работы ДВС, входит мойка высокого давления с центробежным насосом для накачки моечной жидкости, емкость для моечной жидкости и/или устройство подогрева подогрев моечной жидкости;
- в состав принадлежностей, предназначенных для ТО, входит переносное грузоподъемное устройство, приспособленное для монтажа и демонтажа деталей и/или механизмов машины массой более 20 кг.
Кроме того, с целью достижения указанного технического результата, а также дополнительного улучшения машины, на ней в частности:
- контроллер и/или дополнительный контроллер содержит встроенный регистратор параметров, реализованный с использованием часов реального времени и энергонезависимого запоминающего устройств, в которое записываются сигналы датчиков рабочих и диагностических параметров машины, результаты обработки этих сигналов, информационные и предупреждающие сигналы для оператора, а также время изменения этих сигналов или время их записи, причем контроллер и энергонезависимое запоминающее устройство выполнены с возможностью считывания записанных данных в случае необходимости;
- по меньшей мере, один датчик рабочих и/или диагностических параметров машины, в частности, одновременно подключенный к контроллеру и к дополнительному контроллеру, выполнен с возможностью работы без источника питания или цепи питания этого датчика соединены с автономным источником питания;
- на машине дополнительно установлены датчики положения механических стопоров, фиксирующих рабочее оборудование в его поднятом положении или в вывешенном положении машины, соединенные с контроллером, который приспособлен для формирования и передачи на панель оператора предупреждающего сигнала об отсутствии этих стопоров при проведении ТО;
- тяговая лебедки или насосный агрегат с автономным питанием, приспособленные для перемещения или погрузки машины на транспортное средство при неработающем ДВС, имеют электрический привод от аккумуляторной батареи или механический привод от дополнительно установленного дизельного или бензинового двигателя внутреннего сгорания;
- средство измерения количества, состава и/или качества заливаемой жидкости заправочного устройства реализовано в виде расходомера или цифрового вычислителя с подключенными к нему датчиками диэлектрической проницаемости, плотности, теплоемкости, температуры, вязкости, скорости распространения звука и/или оптической прозрачности заливаемой жидкости, причем цифровой вычислитель определяет состав и/или качество заливаемой жидкости с использованием функциональных зависимостей между измеряемыми параметрами заливаемой жидкости и ее составом и/или качеством, предварительно записанными в энергонезависимую память цифрового вычислителя;
- контроллер, панель оператора, органы управления ДВС, трансмиссией и/или рабочим оборудованием, а также датчики рабочих и/или диагностических параметров машины, соединены между собой шиной последовательной цифровой передачи данных, выполненной с физическим уровнем промышленной сети Controller Area Network, сокращенно CAN, определенным в стандарте ISO 11898, и с реализацией протокола высокого уровня CANopen, или DeviceNet, или CAN Kingdom, или Л 939;
- панель оператора содержит графические, символьные и/или электромеханические устройства отображения информации о параметрах и режимах работы машины и/или о параметрах и условиях проведения ее ТО, звуковые и/или световые сигнализаторы их предельных состояний и органы управления панелью оператора и/или машиной, а также устройство сопряжения с шиной последовательной цифровой передачи данных;
- по меньшей мере, один орган управления ДВС, трансмиссией или рабочим оборудованием, выполнен в виде джойстика, аппарата управления или педали и содержат устройство сопряжения с шиной последовательной цифровой передачи данных;
- машина, выполненная в виде бульдозерного агрегата, бульдозерно-рыхлительного агрегата, автогрейдера, погрузчика или скрепера, дополнительно оснащена прицепным устройством или валом отбора мощности, к которому могут быть присоединены дополнительные устройства, приспособленные для применения при проведении ТО машины.
Реализация как одного из указанных отличительных признаков изобретения, так и одновременно нескольких альтернативных отличительных признаков в их любом сочетании, позволяет создать самоходную рабочую машину, характеризующуюся сокращенным временем ее ТО в полевых условиях и, одновременно, улучшенными условиями проведения этого ТО и повышенной надежностью работы машины.
К техническим решениям, характеризующимся различными указанными в формуле альтернативными признаками изобретения и обеспечивающими достижение одного и того же технического результата, относятся решения, позволяющие, с помощью контроллера и соответствующих датчиков рабочих и/или диагностических параметров, своевременно, оперативно и достоверно выявить необходимость проведения ТО, предоставить оператору информацию, необходимую для максимально оперативного и надлежащего проведения ТО, исключить ошибки оператора при проведении ТО за счет контроля и информирования оператора о недопустимых условиях и режимах выполнения ТО, предоставить оператору разнообразные технические, в том числе интеллектуальные, устройства для проведения ТО.
Правильность и своевременность проведения ТО непосредственно влияет на надежность работы машины. Поэтому их контроль с записью соответствующих данных в регистратор параметров является для оператора дисциплинирующем фактором, способствующим как улучшению ТО, так и предупреждению работы машины, не прошедшей очередное ТО, что также обеспечивает повышение ее надежности.
В тех случаях, когда влияние отдельных альтернативных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат требует дополнительных пояснений, наличие этой причинно-следственной связи дополнительно показано при описании работы предложенной самоходной рабочей машины.
На чертеже представлена ее упрощенная схема.
Самоходная рабочая машина с устройствами для ее технического обслуживания содержит остов, на котором установлены ДВС 1 и трансмиссия 2, ходовую систему, состоящую из колесного или гусеничного движителя 3 и подвески, соединяющей движитель с остовом, кабину 4 с рабочим местом оператора, рабочее оборудование 5, а также систему электрооборудования, которая может именоваться также системой контроля и управления машины. В ее состав входят, по меньшей мере, система электроснабжения, выполненная в виде аккумуляторной батареи и генератора, система пуска ДВС, приборы освещения и сигнализации, органы 6 и приводы 7 управления ДВС 1, трансмиссией 2 и/или рабочим оборудованием 5, панель оператора 8 и контроллер 9.
Трансмиссия 2 может быть механической, гидромеханической, гидростатической или электрической.
Органы управления 6, в зависимости от исполнения приводов управления 7 ДВС, трансмиссией и рабочим оборудованием 5, могут быть выполнены в виде электрических джойстиков, гидравлических аппаратов управления, механических рычагов, переключателей и т.п.
Для управления работой ДВС 1, трансмиссией 2 и рабочим оборудованием 5 от контроллера 9, в том числе для блокирования их работы (принудительной остановки ДВС и машины в целом), приводы 7 могут иметь дополнительные электрические входы управления. Например, гидравлический привод управления 7 может содержать электрогидравлический клапан, при снятии напряжения с которого осуществляется блокирование движения управляемого им механизма.
Контроллер 9, преимущественно электронный микропроцессорный, может именоваться также блоком управления, управляющим контроллером, микропроцессорным контроллером и т.д., что не имеет принципиального значения.
В состав контроллера 9 входит энергонезависимое запоминающее устройство (блок памяти) 10, часы реального времени 11, цифровой вычислитель 12 и устройство ввода/вывода информации 13, выполняющее функции проводного или беспроводного интерфейса при обмене информацией с считывателем (ридером) 14 транспондеров или RFID-меток 15.
Основные функциональные блоки контроллера 9 могут быть реализованы на основе микроконтроллера. В частности, в виде единой микросхемы могут быть реализованы энергонезависимое запоминающее устройство 10, часы реального времени 11, цифровой вычислитель 12 и сигнальная часть устройства ввода/вывода информации 13.
Считыватель (ридер) 14, использующийся для идентификации и определения наличия и местоположения различных элементов и устройств, использующихся при проведении ТО, осуществляет бесконтактное считывание информации с транспондеров или RFID-меток 15 и передачу этой информации в контроллер 9, а также, в случае необходимости, записывают в транспондеры или RFID-метки информацию, передаваемую цифровым вычислителем 12.
Устройство считывания данных регистратора параметров 16 может быть выполнено автономным, например в виде флеш-накопителя USB или SD-карты, также в виде удаленного компьютерного терминала, обеспечивающего проводную или беспроводную связь контроллера 9 с внешним компьютером через сеть Интернет, радиоканал связи, сеть сотовой связи GSM / 2,5G (GPRS) / 3G / 4G (LTE) / CDMA или систему спутниковой подвижной связи.
Датчики 17 рабочих и диагностических параметров машины могут быть как дискретными (пороговыми, релейными), так и аналоговыми (пропорциональными).
К ним относятся, в частности, датчики теоретической скорости левого и правого борта (датчики угловой скорости бортовых редукторов или ведущих колес), тягового усилия машины, угловой скорости ДВС, мгновенного расхода топлива или уровня топлива в баке, температуры охлаждающей жидкости, температуры и давления в системе смазки ДВС и трансмиссии, буксования движителя, угловой скорости шкивов ременных передач, провисания свободных ветвей гусеничных движителей, износа ножей рабочего оборудования, температуры опорных катков, поддерживающих катков и направляющих колес гусеничных движителей, и т.д.
В состав датчиков 17 может входить навигационное или инерциальное измерительное устройство, выполненное, в общем случае, на основе 3-осевого гироскопа, 3-осевого акселерометра и/или приемника глобальной навигационной спутниковой системы GPS/ГЛОНАСС, позволяющее определить (измерить) углы продольного и поперечного наклона машины (наклона грунтовой поверхности) и ее местоположение.
К датчикам 17, характеризующим условия проведения ТО машины, относятся датчики наличия дождя, тумана, температуры и запыленности окружающего воздуха, уровня внешней освещенности зоны проведения ТО, концентрации выхлопных газов ДВС, паров топлива и органических растворителей, скорости ветра и температуры деталей, к которым возможно прикосновение оператора при проведении ТО.
Состав датчиков 17 в общем случае определяется при разработке машины в зависимости ее конструкции и требуемого уровня надежности машины и удобства проведения ее ТО. Их разделение на датчики рабочих и диагностических параметров является условным.
Контроллер 6 и отдельные датчики 17 могут иметь автономное питание от источника 18, не зависящее от системы электроснабжения машины.
На машине может быть с установлен также дополнительный контроллер, при необходимости, с дополнительной панелью оператора, подключенные к автономному источнику питания 18, которые используются во время ТО машины при отключенном основном контроллере 9.
Контроллер 9, панель оператора 8, органы 6 и приводы 7 управления ДВС 1, трансмиссией 2 и рабочим оборудованием 5, а также датчики 17 и другие электронные или электромеханические устройства, если они имеются на машине, соединены между собой, предпочтительно, шиной последовательной цифровой передачи данных, выполненной с физическим уровнем промышленной сети CAN (Controller Area Network), определенным в стандарте ISO 11898, и протокола высокого уровня CANopen, или DeviceNet, или CAN Kingdom, или J1939. Возможно также применение интерфейса цифровой передачи данных LIN (Local Interconnect Network - интерфейс для автомобильных систем), Л 850 (SAE), CarLink, VAN, A-bus, RS-232C (СОМ - порт), RS-485 (Recommended Standard 485), «токовая петля», MIDI, MicroLAN, Ethernet, USB и т.д.
ДВС 1, предпочтительно дизельный, может иметь отдельный контроллер и отдельные датчики параметров его работы, которые также подключены к шине CAN или к иной шине последовательной цифровой передачи данных.
Возможно также применение параллельных линий (отдельных проводов) для связи между собой отдельных электронных устройств машины.
Панель оператора 8 выполнена, предпочтительно, на основе микроконтроллера и содержит графические (например, цветные жидкокристаллические), символьные и/или электромеханические (стрелочные) устройства отображения информации о параметрах и режимах работы машины и об условиях проведения ее ТО, а также звуковые и/или световые сигнализаторы, предупреждающие оператора об отклонениях этих параметров за пределы допустимых значений или о нарушениях правил эксплуатации или проведения ТО машины. На панели оператора 8 могут быть установлены органы управления этой панелью, использующиеся, например, для переключения отображаемых параметров, а также отдельные (вспомогательные, сервисные, дублирующие) органы управления машиной, в том числе ее и его рабочим оборудованием, выполненные, например, в виде бесконтактных или квазисенсорных клавиш, кнопок или переключателей.
В состав машины могут также входить автономный источник энергии, обеспечивающий питание устройств, использующихся при ТО, при остановленном ДВС, выполненный в виде отдельного дизельного или бензинового двигателя внутреннего сгорания, пневмоаккумулятора, дополнительной аккумуляторной батареи и т.д., а также тяговая лебедка, переносное грузоподъемное устройство, насосный (моечный) и заправочный агрегаты и другие устройства, условно не показанные на чертеже.
Самоходная рабочая машина с устройствами для ее технического обслуживания работает следующим образом.
ДВС 1 является источником энергии при работе машины. Его крутящий момент с помощью трансмиссии 2 передается на колесный или гусеничный движитель 3, обеспечивая поступательное перемещение машины и осуществление тех технологических операций, для выполнения которых она предназначена.
Управление скоростью и направлением движения машины, а также ее рабочим оборудование 5, осуществляется оператором с помощью органов управления 6, размещенных в кабине 4 с рабочим местом оператора.
Сигналы с органов управления 6 поступают на контроллер 9, работающий под управлением программы, записанной в ее энергонезависимой памяти 10, и формирующий сигналы управления приводами 7 в соответствии с управляющими воздействиями оператора. Управление отдельными приводами 7 возможно также без участия контроллера 9. В этом случае реализуется гидравлическое или механическое управление этими приводами.
Контроллер 9 в первом варианте реализации самоходной рабочей машина с устройствами для ее технического обслуживания оснащен автономным источником питания 18 или в состав электрооборудования машины входит дополнительный контроллер с автономным источником питания, соединенный аналогичным образом с датчиками рабочих и диагностических параметров машины 17. В этом случае контроллер 9 или дополнительный контроллер определяет необходимость выполнения ТО или осуществляет контроль выполнения отдельных операций ТО при отключенной системе электроснабжения (при остановленном ДВС).
Обеспечение оператора указанной информацией при неработающем ДВС обеспечивает сокращение времени выполнения ТО и повышает его качество.
Во втором варианте машины, характеризующемся реализацией второго альтернативного признака изобретения, осуществляется контроль соблюдения требований к проведению электрической сварки на машине. С этой целью контролируется разность потенциалов между различными точками машины, а также между минусом электронных блоков и корпусом машины, с последующей выдачей предупредительного сигнала оператору о недопустимости электрической сварки, если не отсоединены разъемы электронных блоков системы электрооборудования, не отключен выключатель «массы» или если заземляющий кабель присоединен на повышенном расстоянии от места сварки (например, более 0,6 м). Этот альтернативный признак изобретения, реализация которого позволяет оперативно выявить и устранить нарушения правил электрической сварки и, соответственно, сократить время проведении ТО и предотвратить повреждение электронных блоков машины, может быть реализован как отдельно, так и в сочетании с реализацией первого альтернативного признака.
Машина, в которой реализован третий альтернативный признак изобретения, содержит устройство шланговой пневматической очистки от пыли, грязи, снега и льда ходовой системы, рабочего оборудования и/или машины в целом, работающим при остановленном ДВС. Наличие такого устройства приводит к очевидному сокращению времени ТО.
Четвертый вариант машины предполагает реализацию альтернативного признака, заключающегося в применении, кроме аккумуляторной батареи системы электроснабжения, дополнительного источника энергии, работающего при остановленном ДВС. Он используется для питания разнообразного оборудования, используемого для ТО. Механизация проведения ТО приводит к очевидному сокращению его продолжительности.
В пятом варианте машины в дополнение к реализации указанных выше альтернативных признаков, либо независимо от них, реализована очистка ходовой системы и/или рабочего оборудования машины от снега и льда путем применения устройства обогрева, что также сокращает время проведения ТО.
В шестом варианте машины реализован автоматический контроль проскальзывания опорных катков, поддерживающих катков и/или ведущих колес гусеничных движителей путем измерения их буксования относительно гусеничной цепи. Это сокращает время, необходимое ТО за счет исключения работ с теми катками и колесами, проскальзывание которых отсутствует.
В седьмом варианте машины этот же технический результат достигается путем реализации следующего альтернативного признака, характеризующегося осуществлением контроля перегрева опорных катков, поддерживающих катков и/или ведущих колес гусеничных движителей. В частности, по причине отсутствия смазки этих катков или колес.
В следующем варианте машины, в котором реализован альтернативный признак, характеризующейся осуществлением автоматического контроля натяжения ремней различных приводов путем измерения их проскальзывания (коэффициента буксования). Контроллер 9 учитывает как упругое скольжение в ременных передачах, так и буксование ремней. Упругое скольжение наблюдается при любой нагрузке ременной передачи, а буксование - только при перегрузке. При номинальной нагрузке скольжение не должно превышать величину порядка 1%. Контроллер 9 выявляет как недопустимо сильное натяжение, так и перегрузку ременной передачи со скольжением свыше 2%, что отрицательно влияет на срок эксплуатации ремней.
Реализация автоматического контроля натяжения ремней обеспечивается снижение затрат времени на ТО как за счет ускорения выявления необходимости регулировки натяжения ремней, так и за счет предоставления оператору информации о необходимом изменении величины этого натяжения.
Девятый вариант реализации машины характеризуется применение датчиков уровня и/или плотности электролита в аккумуляторной батарее, что позволяет сократить время на проведение ТО аккумуляторной батареи и машины в целом.
В следующем варианте машины сокращение времени проведения ТО обеспечивается за счет реализации автоматического контроля износа ножа рабочего оборудования (бульдозера, рыхлителя и т.д.) 5 с помощью соответствующего датчика 17 и информирования оператора о необходимости замены или переустановки этого ножа в случае его предельного износа.
Еще в одном варианте машины реализован альтернативный признак изобретения, характеризующийся осуществлением автоматического контроля утечек топлива, масла, электролита в аккумуляторной батарее и охлаждающей жидкости. С этой целью контроллер 9 контролирует изменения во времени показаний датчиков уровня этих жидкостей, при необходимости, с учетом норм их расхода в процессе нормальной работы машины.
В случае необходимости транспортирования машины на место проведения ТО при неработающем двигателе 1, с целью облегчения и, соответственно, ускорения транспортировки машины буксиром, в следующем варианте машины, имеющей планетарные бортовые редукторы трансмиссии, солнечные шестерни установлены в редукторах с возможностью их демонтажа с наружной стороны гусеничных движителей или ведущих колес 3. Иными словами, бортовые редукторы выполнены с возможностью их механического разъединения путем съема солнечных шестерен.
Инструменты и принадлежности, включая ведра, воронки, фильтры, шланги и другой инвентарь, используемые при проведении ТО, традиционно требуют очистки от загрязнений (промывки).
С целью исключения этих затрат времени, машина в следующем варианте ее исполнения содержит ящик с инструментом и принадлежностями, предназначенными для ТО, конструктивно выполненным по уровню проникновения в него посторонних предметов не хуже, чем в пылезащищенном исполнении, либо внутри этого ящика установлен датчик пыли 17 и предусмотрена сигнализация о возможности проникновения пыли в этот ящик.
Еще в одном варианте машины, в которой реализован следующий альтернативны изобретения, обеспечивающий сокращение затрат времени на ТО, предусмотрено применение защитной решетки радиатора системы охлаждения ДВС с возможностью ее съема без применения инструмента, или откидывания и фиксации в положении, обеспечивающем свободный доступ к радиатору, или на эту решетку нанесено покрытие, препятствующее налипанию на нее пыли
На практике допускается определенное отклонение фактической периодичности (опережение или запаздывание) проведения ТО от установленной, например, не более чем на ± 10%.
С целью исключения затрат времени на выявление необходимости ТО, а также установления допустимого сдвига начала его выполнения на наиболее удобный период времени, в следующем варианте реализации машины с помощью контроллера 9, оснащенного часами реального времени 11, осуществляется контроль опережения или запаздывания фактического времени проведения ТО относительно требуемого свыше предварительно установленной величины.
Эффективным способом снижения затрат времени на ТО является оптимизация периода проведения ТО, а именно - изменение периода (времени) проведения ТО в зависимости от нагрузки машины.
Например, в случае эксплуатации бульдозера в тяжелых условиях (рыхление и последующее бульдозирование взорванных скальных пород и мерзлых грунтов, бульдозирование грунтов III-IV категории, корчевание пней диаметром 200-400 мм, удаление валунов и камней при значительных динамических нагрузках) целесообразно снижение фактической периодичности проведения ТО от установленной, например, на 20%. Если нагрузка невелика, то в следующем варианте реализации машины с помощью контроллера 9 осуществляется увеличение периода проведения ТО.
Контроль уровня охлаждающей жидкости ДВС отличается неудобством и повышенными затратами, что обусловлено повышенным объемным температурным расширением этой жидкости, поскольку уровень этой жидкости не дает однозначной информации о необходимости ее дозаправки при проведении ТО.
По этим причинам еще в одном варианте машины, в которой реализован очередной альтернативный признак изобретения, на машине установлены датчики 17 уровня и температуры жидкости в системе охлаждения ДВС. Контроллер 9 выявляет необходимость дозаправки этой жидкости с учетом измеренного уровня и теплового объемного расширения этой жидкости и далее информирует об этом оператора, передавая соответствующий предупреждающий сигнал на панель оператора 8.
В режиме обкатки машины необходимо последовательно осуществить работу ДВС на холостом ходу (например, в течение 15 мин), работу машины с малой нагрузкой ДВС (например, с нагрузкой до 30% номинальной мощности в течение 10 моточасов), а затем работу машины, например, с нагрузкой ДВС до 75% номинальной мощности в течение, например, 40 моточасов. С целью упрощения ТО машины и сокращения времени его проведения в следующем варианте реализации машины контроллер 9 содержит часы реального времени 11 и энергонезависимое запоминающее устройство 10, в котором предварительно записаны данные о требуемых максимальных уровнях нагрузки и минимальном времени работы машины при этих нагрузках на различных этапах проведения обкатки машины. Контроллер 9 осуществляет контроль действительной нагрузки машины с использованием датчиков ее рабочих параметров 17, определяет средние значения нагрузки на каждом этапе обкатки машины и далее формирует и передает на панель оператора 8 предупреждающие сигналы о нарушении требуемых режимов обкатки машины.
Время выполнения ТО может быть сокращено путем выявления и исключения неблагоприятных условий его проведения. На машине в следующем варианте ее реализации для достижения этих целей установлены датчики 17 контроля условий внешней среды, в которых выполняется ТО, в частности, датчики концентрации выхлопных газов ДВС или паров топлива, уровня запыленности, концентрации органических растворителей, освещенности места проведения ТО, скорости ветра и температуры деталей, к которым возможно прикосновение оператора при проведении ТО. При этом в энергонезависимом запоминающем устройстве 10 предварительно записаны предельно-допустимые значения контролируемых параметров, а контроллер 9 формирует и передает на панель оператора предупреждающие сигналы о превышении этих предельно-допустимых значений и, соответственно, о нарушении условий проведения ТО.
В другом варианте реализации машины, с целью ускорения ТО и повышения удобства его проведения, осуществляется контроль наличия на машине и правильности расположения и использования руководства по эксплуатации машины, тары для заправки охлаждающей жидкостью, топливом и маслом, инструментов и принадлежностей, используемых при ТО, и деталей машины, заменяемых при проведении ТО или с которыми проводятся работы по ТО. Для этого используются методы радиочастотной индентификации - транспондеры или RFID-метки (Radio Frequency Identification) 15 и их считыватели 14.
В следующем варианте машины реализован автоматический контроль натяжения гусениц ходовой части, что сокращает время на проведение их ТО. На машине устанавливаются датчики величины провисания свободной ветви каждой гусеницы на участке между осями направляющего колеса и переднего поддерживающего катка, между осями поддерживающих катков или между осями заднего поддерживающего катка и ведущего колеса или ведущей звездочки. Контроллер 9 сравнивает величины этого провисания с минимально и максимально допустимыми значениями (например, 30 и 50 мм), предварительно записанными в энергонезависимое запоминающее устройство 10, и далее формирует и передает на панель оператора 8 предупреждающие сигналы о необходимости натяжения или ослабления гусеницы 3, либо сигналы управления приводом 7 натяжения гусеницы.
Наиболее удобным, оперативным и безопасным является проведение ТО машины на специально оборудованной площадке. В следующем варианте машины, с целью ускорения ее перемещения на эту площадку, в энергонезависимом запоминающем устройстве 10 контроллера 9 предварительно записаны координаты этой площадки, а машина оснащена приемником GPS/ГЛОНАСС, сигналы которого используются контроллером 9 для информирования оператора о нахождении машины на указанной площадке.
На машине в очередном варианте ее исполнения, в которой реализован альтернативный признак изобретения, характеризующийся контролем условий слива масла, обеспечивается предотвращение попыток этого слива при низких температурах.
Отработанное масло необходимо сливать из систем, узлов и агрегатов машины сразу после остановки ДВС, пока они не остыли. В противном случае, ввиду увеличения вязкости масла, попытки его слива приводят к непроизводительным затратам времени. С этой целью в энергонезависимое запоминающее устройство 10 записано минимально допустимое значение температуры масла, при которой допускается его слив при проведении ТО. Контроллер 9 сравнивает измеренное значение температуры масла в трансмиссии, ДВС или приводе 7 рабочего органа 5 с минимально допустимым значением и далее формирует и передает на панель оператора 8 информационный сигнал о возможности слива масла при текущем значении его температуры.
В следующем варианте реализации машины реализовано автоматическое определение времени сезонного технического обслуживания (СТО) при переходе к весенне-летнему и осенне-зимнему сезонам эксплуатации, когда устанавливается температура окружающего воздуха, например, не ниже или не выше 5°С. С этой целью контроллер 9 снабжен часами реального времени 11 и энергонезависимым запоминающим устройством 10, в котором записано нормативное значение среднесуточной или минимальной температуры окружающего воздуха, при которой необходимо проведение сезонного ТО. Контроллер определяет среднесуточное или минимальное за сутки значение этой температуры, сравнивает его с нормативным значением и далее информирует оператора о необходимо проведение сезонного ТО.
При проведении ТО поверка уровня масла и охлаждающей жидкости должна проводиться на ровной горизонтальной площадке, что требует дополнительных затрат времени на перемещение машины на эту площадку. С целью исключения этих затрат и, соответственно, времени проведения ТО, в очередном варианте реализации машины используются датчики продольного и поперечного наклона машины, а также датчики уровня масла или охлаждающей жидкости. В энергонезависимым запоминающем устройстве 10 предварительно записана зависимость действительного уровня или количества масла или охлаждающей жидкости от измеренных значений этого уровня и наклона машины. Это дает возможность контроллеру 9 вычислить действительные значения этого уровня или объема независимо от крена (наклона) машины и, соответственно, сформировать информационный сигнал о необходимости дозаправки машины маслом или охлаждающей жидкостью без перемещения машины на горизонтальную площадку.
Следующий вариант реализации машины предполагает оснащение гидравлических приводов рабочего оборудования машины механическими стопорами, оснащенными датчиками их положения и фиксирующими рабочее оборудование в его поднятом положении или в вывешенном положении машины, что обеспечивает улучшение доступа к машине при проведении ТО и сокращение времени его проведения.
Проведение ряда работ по ТО, например, подтягивание штуцеров трубопроводов и гаек рукавов, безопасно только при остановленном ДВС. Для выполнения этого условия в очередном варианте реализации машины используются блокируемые гаечные ключи. Включение или блокирование передачи момента, создаваемого этими ключами, осуществляется в частности, по акустическому шуму работающего ДВС.
Для ускорения проведение ТО машины, когда ДВС находится в неработоспособном состоянии и необходимо переместить машину на площадку, специально оборудованную для проведения ТО, возможен вариант реализации машины с тяговой лебедкой с автономным питанием или, в случае применения на машине гидростатической трансмиссии, с дополнительным насосным агрегатом с автономным питанием, соединенным с гидромоторами трансмиссии.
Ускорение и облегчение проведения ТО в следующем варианте реализации машины достигается за счет того, что заправочное устройство, предназначенное для заливки охлаждающей жидкости ДВС, масла и/или топлива, оснащено средством оперативного контроля или измерения количества, состава или качества заливаемой жидкости.
В состав принадлежностей, предназначенных для ТО и имеющих питание, не зависящее от работы ДВС, может входить мойка высокого давления с центробежным насосом для накачки моечной жидкости, емкость для моечной жидкости и/или устройство ее подогрева подогрева. Установка на машине такого устройства приводит к сокращению времени проведения ТО за счет исключения необходимости перемещения машины к стационарному устройству мойки.
В последнем варианте машины, в которой реализован последний альтернативный признак формулы изобретения, в состав принадлежностей, предназначенных для ТО, входит грузоподъемное устройство, приспособленное для монтажа и демонтажа деталей и/или механизмов машины массой более 20 кг. При необходимости, со специальными захватами (чалочными приспособлениями). Применение такого устройства также приводит к ускорению и облегчению проведения ТО машины.
Каждый из перечисленных альтернативных признаков изобретения на машине может быть реализован как отдельно (только этот признак), либо совместно с любыми другими альтернативными признаками изобретения в их любом сочетании.
Для специалистов в данной области техники понятно, что кроме описанной самоходной рабочей машины возможны также иные варианты ее реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.
Источники информации
1. RU 29703 U1, B62D 55/00, 27.05.2003.
2. RU 2467907, B62D 33/067, 27.11.2012.
3. Трактор ТС 10. Руководство по эксплуатации ТС 10.00.00.000 РЭ, Харьков: АО «Харьковский тракторный завод им. С. Орджоникидзе», 2008. 114 с. // www.tractor-xtz.ru/data/manuals/instr-TC10.pdf