ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ КРЕНОМ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к конструкции гидравлической системы, управляющей креном шарнирно-сочлененных рам лесозаготовительных машин типа харвестер и форвардер.
Во время движения по неровным поверхностям у лесозаготовительных машин, таких как харвестер и форвардер, возникает необходимость накренять полурамы друг относительно друга вокруг продольной оси машины. Такой крен позволяет обеспечить большее для каждого колеса сцепление при движении по пересеченной местности со сложным рельефом. В этом случае касательная сила тяги лесозаготовительной машины значительно выше, чем была бы без относительного крена полурам. Для относительного крена полурам используется гидравлическое управление креном, которое осуществляется посредством попарно перемещающихся поршней в противоположные относительно друг друга стороны двух гидравлических цилиндров. Перемещение гидравлических цилиндров осуществляется в зависимости от текущей нагрузки на полурамы.
Известно автоматическое выравнивающее устройство для поддержания рам сельскохозяйственных машин, состоящее из гидропривода, включающего насос высокого давления, силовые цилиндры, рабочие клапаны подъема и опускания, разгрузочный автоматический клапан и два ртутно-контактных датчика, а также бак для масла, обратный клапан, дроссели, источник электропитания (SU №121615, МПК A01D 67/00 (2000.01), A01D 75/28 (2000.01), B60G 21/00 (2000.01), опубл. в «Бюллетене изобретений» №15 за 1959 г.). Недостатком представленного решения является отсутствие перетекания жидкости между правыми и левыми гидроцилиндрами крена, что лишает возможности свободного крена полурам в зависимости от внешней нагрузки.
Известна система выравнивания остова транспортного средства, содержащая стабилизатор устойчивости, гидроцилиндры управления положением колес транспортного средства с распределительными клапанами, электрические датчики перемещения колес, гидронасос, управляемый редукционным и обратным клапанами (SU №1671481, МПК B60G 21/05 (2000.01), опубл. 23.08.1991). Недостатком представленной системы является отсутствие возможности полной блокировки крена.
Известна гидравлическая система управления креном полурам харвестера фирмы SAMPO (см. инструкцию по эксплуатации автомобиля Харвестер Sampo-Rosenlew SR 1066 каталог, http://www.sampo-rosenlew.fi/upload/kirjat/Harvesteri/1066/Manuaali/1066_manual_fi_9_2012.pdf, стр. 68). Принцип действия системы управления креном полурам основывается на применения двух переливных клапанов и одного электроуправляемого двухпозиционного золотника Y1. Клапан Y1 обеспечивает управление блокировкой крена полурам. При включении клапана Y1 обеспечивается возможность свободно перетекания рабочей жидкости из одного гидроцилиндра в другой, т.е. блокировка крена полурам выключается.
Гидравлические системы крена рамы должны быть обеспечены постоянной подачей рабочей жидкости в контуры для компенсации утечек рабочей жидкости. Система управления креном рамы у харвестера SAMPO подпитывается от дренажа поворотного гидромотора. Подобная реализация ненадежна из-за необходимости поддержания в дренажной линии гидромотора давления не более двух бар, в крайнем случае пяти бар.
В представленном образце системы от SAMPO необходимо дополнительно использовать двухпозиционный распределительный клапан, а также возможно возникновение высокого давления в дренажном контуре поворотного гидромотора, что ведет к возникновению ненадежного режима его эксплуатации и может привести к выходу его из строя. Управление креном является дискретным, что делает невозможным регулирование процесса блокировки крена рамы, а оставляет только возможность включения и выключения блокировки.
Известна гидравлическая система крена рамы Valmet (см. руководство по эксплуатации и обслуживанию автомобиля Valmet 840, 860 и 890, https://www.rl.nubex.ru/s2383-2d6/fl740_24, раздел «Гидравлическая система», стр. 8). Данная система подпитывается от насоса трансмиссии через дроссель, что является недостаточно надежным решением, поскольку при прокачке гидросистемы трансмиссии и подключения системы крена рамы может случиться попадание воздуха в систему трансмиссии и т.д. Попадание воздуха может значительно изменить величину модуля упругости гидравлической жидкости, тем самым снизив КПД гидрообъемной трансмиссии и увеличив пульсации давления в контуре трансмиссии.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению и принятым в качестве прототипа является гидравлическая схема крена рамы харвестера Ponsse (см. руководство по эксплуатации и обслуживанию автомобиля Харвестер Ponsse Ergo Н-7, https://www.studmed.ru/harvester-ponsse-ergo-h-7_68f2bb51 aef.html, с. 260). Принцип работы гидросистемы крена рамы Ponsse аналогичен модели харвестера Sampo. Ponsse подпитывает систему крена от дополнительного насоса. Тем самым система крена рамы является менее экономичной, так в ней присутствует дополнительный насос.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности работы гидравлического блока управления креном лесозаготовительной машины, как общий результат - повышение безопасности эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом блоке управления креном лесозаготовительной машины, содержащем два переливных клапана, электроуправляемый клапан, два гидроцилиндра и вычислительный блок, дополнительно установлены датчик крена, обратные клапана и редукционный клапан, при этом переливные клапаны оснащены электрическим пропорциональным управлением, осуществляемым на основании показаний датчика крена.
Предложенное техническое решение обеспечивает возможность независимой работы гидравлического блока управления креном при возникновении колебаний давления в остальных контурах гидравлической системы и возможность пропорционального управления процессом крена полурам. Пропорциональное управление обеспечивает больший диапазон регулирования системы. Последнее свойство позволяет уменьшить амплитуду поперечных колебаний оператора в кабине при увеличении скорости движения лесозаготовительной машины, за счет управления креном на основании показаний датчика угла крена одной полурамы относительно другой вдоль продольной оси лесозаготовительной машины.
Сохранение возможности крена на любых скоростях позволяет увеличить сцепные свойства лесозаготовительной машины при движении по неровному опорному основанию.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что «дополнительно установлены датчик крена, обратные клапана и редукционный клапан, при этом переливные клапаны оснащены электрическим пропорциональным управлением, осуществляемым на основании показаний датчика крена» позволяет повысить надежность работы гидравлического блока управления креном лесозаготовительной машины, а следовательно и повысить безопасность эксплуатации в целом.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации позволяет предположить, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не известна из уровня техники.
Полезная модель поясняется рисунками. На которых представлены:
Фиг. 1 - схема гидравлического блока управления креном лесозаготовительной машины;
Фиг. 2 - график зависимости давления срабатывания переливного клапана от тока на соленоиде при 20°C и вязкости гидравлической жидкости 26 сСт: кривая А - малый типоразмер клапана, В - средний типоразмер клапана, С - крупный типоразмер клапана.
Блок 1 гидравлический управления креном лесозаготовительной машины включает в себя трехлинейный редукционный клапан 2, два обратных клапана 3 и 4, два переливных клапана 5 и 6 с электрическим пропорциональным управлением, гидроцилиндры 7 и 8, вычислительный блок 9 и датчик 10 угла крена.
Гидравлический блок крена рамы лесозаготовительной машины работает следующим образом: при эксплуатации лесозаготовительной машины на один из гидроцилиндров 7 или 8 действует большая сила, чем на второй. При этом, предположим, в контуре CR (крен направо) гидроцилиндров 7 и 8, увеличивается давление. Для того, чтобы цилиндры начали свое движение, это давление должно превысить настройку переливного клапана 5, то есть вектор силы, действующий на поршень гидроцилиндра 7 направлен вверх, а на поршень гидроцилиндра 8 - вниз. При превышении давления настройки клапан 5 открывается, и часть жидкости сливается через полость клапана и попадает в контур между редукционным клапаном 2 и обратными клапанами 3 и 4. При условии, что в контуре CR давление выше, чем в контуре CL (крен налево), та часть жидкости, которая слилась через переливной клапан 5 потечет в сторону наименьшего сопротивления, а именно, через незапертый обратный клапан 3, ведущий к контуру, тем самым перемещая поршень гидроцилиндра 7 вверх, а поршень гидроцилиндра 8 в противоположную сторону. Силы, действующие на цилиндры, возникают из-за силы тяжести кренящихся относительно друг друга полурам.
При эксплуатации лесозаготовительной машины не всегда есть необходимость в использовании крена рамы. Напротив, возникают ситуации, например, при транспортировке, когда крен рамы значительно усложнит перемещение или эксплуатацию подобной машины. Для таких случаев используется гидравлическая аппаратура, блокирующая крен полурам и входящая в состав гидравлического блока 1 управления креном лесозаготовительной машины.
Блокировка крена осуществляется с помощью переливных клапанов 5 и 6, которые при отсутствии напряжения на катушке соленоида настроены на максимальное давление равное 215 бар и препятствуют свободному перетеканию жидкости из одного контура в другой контур. В таком случае контуры закрыты и перемещения поршней гидроцилиндров крена лесозаготовительной машины невозможно осуществить, пока не будет обеспечена нагрузка, превышающая текущую настройку переливных клапанов 5 и 6.
При поданных электрических сигналах на соленоидах переливных клапанов 5 и 6 настройка срабатывания указанных клапанов меняется в зависимости от величины сигнала. При этом давление, при котором обеспечивается открытие переливных клапанов 5 и 6, уменьшается пропорционально нарастанию электрического сигнала на соленоидах вплоть до наименьшего значения давления срабатывания.
При максимальном значении электрического сигнала на соленоидах, соединенные полости гидроцилиндров беспрепятственно обмениваются жидкостью между собой, тем самым обеспечивая свободное перемещение поршней даже при минимальной, оказываемой на них, нагрузке.
Система управления блокировкой полурам обладает возможностью ограничивать дальнейший крен лесозаготовительной машины в случае достижения заданного максимального угла крена, который определяется в вычислительном блоке 9 в зависимости от текущей скорости лесозаготовительной машины.
В процессе работы датчик 10 угла крена регистрирует текущее значение угла крена лесозаготовительной машины и передает данные в вычислительный блок 9. Датчик 10 угла крена основывается на бесконтактной технологии Холла. В случае, если текущее значение угла крена полурам равно, либо незначительно превышает заданное, вычислительный блок 9 подает электрический сигнал на катушки соленоидов переливных клапанов 5 и 6, что в свою очередь меняет текущую настройку срабатывания переливных клапанов 5 и 6. И, таким образом, дальнейший поворот полурам блокируется.
Редукционный клапан 2 предусмотрен для того, чтобы не создавать в контурах управления креном рамы слишком большое давление, так как подкачка жидкости в систему крена идет от основного насоса, рассчитанного на работу с оборудованием при давлениях, значительно превышающих 215 бар.
В гидравлической системе также отсутствует необходимость в установке двухпозиционного клапана переключения режима блокировки и имеется возможность изменять максимальное значение нагрузки для крена полурам пропорционально силе тока на соленоидах, с возможностью регулирования максимального угла крена с использованием обратной связи по датчику 9 крена. Также за счет клапана 2 обеспечивается возможность подключать систему блокировки крена лесозаготовительной машины к любому источнику гидравлической жидкости в диапазоне рабочих давлений от 35 до 350 бар.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность работы гидравлического блока управления креном и повысить безопасность эксплуатации лесозаготовительной машины.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.
Данная полезная модель разработана в рамках выполнения работ по Соглашению от «22» ноября 2019 г. №075-11-2019-030 между Министерством науки и высшего образования Российской Федерации и Публичным акционерным обществом «КАМАЗ».