ИСТОЧНИК МОЩНОСТИ ДЛЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО АППАРАТА
POWER SOURCE FOR A FOREST WORK UNIT

Уровень техники
[0001] Настоящее изобретение относится к лесозаготовительному аппарату и, в частности, к источнику мощности для такого аппарата.
[0002] Различные лесозаготовительные аппараты, такие как форвардер и харвестер, предназначены для осуществления механизированной лесозаготовки. Обычно лесозаготовительный аппарат содержит шасси, которое может состоять из одной или более рам и оборудовано колесами или гусеничными цепями, и может перемещаться по местности. Такое шасси обычно содержит по меньшей мере кабину управления и соответствующие инструменты. Такой инструмент может являться, например, стреловым устройством, таким как кран или погрузчик. Один конец стрелового устройства может содержать обрабатывающее устройство, поддерживаемое стреловым устройством и применяемое для осуществления обработки лесоматериалов, заготовленных в лесу.
[0003] На конце стрелового устройства, которым оснащен харвестер, перемещаются и используются различные харвестерные головки, способные осуществлять разнообразные операции со стволами деревьев. Такая харвестерная головка может использоваться необходимым образом например по меньшей мере для валки, очистки от сучьев, измерения и распилки одного или более стволов или других лесоматериалов, подлежащих обработке. С другой стороны, известны также другие манипуляторы, например предназначенные для сбора и очистки топливной древесины, такие как захват, который необязательно содержит средства, необходимые, например, для очистки от сучьев или подачи. Обычно большинство функций лесозаготовительных машин, участвующих в обработке ствола, например пилении, подаче, перемещении сучкорезных ножей и подающих роликовых транспортеров в открытое и закрытое положения, подъеме, складывании и поворачивании стрелового устройства, а также выдвигании и складывании телескопического удлинителя, которым оборудовано стреловое устройство, в настоящее время осуществляются посредством гидравлики, например, за счет, в частности, высокой удельной мощности и регулируемости гидравлических растворов.
[0004] Форвардер является лесозаготовительной машиной, в частности, предназначенной для транспортировки лесоматериалов на короткие расстояния и способной собирать и транспортировать в своем грузовом пространстве обработанные харвестером части стволов например, до границы лесозаготовительного участка для дальнейшей перевозки.
[0005] Также известны машины, называемые комби-машинами, способные осуществлять функции как харвестера, так и форвардера.
[0006] В вышеупомянутых лесозаготовительных аппаратах основным источником мощности обычно является дизельный двигатель, с помощью которого в большинстве случаев обеспечивается мощность, передаваемая механически, электрически или с использованием рабочей среды под давлением. Такой основной источник мощности, в свою очередь, обычно содержит один или более гидронасосов для создания избыточного давления в рабочей среде. Мощность и производительность от основного источника мощности могут также дополнительно передаваться не гидравлическим, а другими способами, например для использования в приводной трансмиссии лесозаготовительного аппарата или соединенных с ним рабочих устройств и манипуляторов.
[0007] Управление дизельным двигателем, составляющим основной источник мощности в лесозаготовительных аппаратах, обычно осуществляется очень просто. Таким образом, управление источником мощности стремится к обеспечению, по существу, постоянной скорости вращения, при этом его работой обычно управляют, например, с помощью управляющего устройства, например, контроллера, соединенного с дизельным двигателем.
[0008] Однако обычно при использовании таких способов возникают ситуации, когда мощность двигателя, по меньшей мере в отдельные моменты, остается слишком низкой. Такая ситуация обычно приводит к падению скорости вращения источника мощности, что, в свою очередь, замедляет осуществляемую операцию или мешает ей, или даже препятствует ее успешному осуществлению. Например, такие осуществляемые после очистки от сучьев операции, как распил ствола, характеризуются тем, что замедление операции может приводить к значительным потерям в виде, так называемых, трещин при распиле. Обычно такие трещины образуются, например, при отпиливании конца бревна: если бревно удерживается за один конец, а другой его конец остается свободным, то при недостаточной скорости распила место распила подвергается большому изгибающему моменту, который может привести к дефектам обработки древесины. Иными словами, даже разовая нехватка доступной мощности может снизить не только эффективность процесса, но также и качество работы.
[0009] С другой стороны, при современном уровне двигателестроения и ужесточении требований по выбросам в атмосферу, например, способность дизельных двигателей отвечать относительно высокому и быстрому ступенчатому повышению нагрузки становится даже ниже. С другой стороны, удовлетворить новые требования по выбросам становится еще труднее, если нагрузка двигателя является очень неровной и случаются большие и резкие пики мощности. Кроме того, последние нормативы выбросов, относящиеся к транспортному оборудованию, предназначенному для работы вне автомагистралей, устанавливают требования к быстрому реагированию на динамические нагрузки, предотвращающему превышение установленных предельных значений выбросов.
[0010] Вот почему, например, современные дизельные двигатели, удовлетворяющие, например, экологическому стандарту Euromot 3, почти без исключений имеют турбонаддув с промежуточным воздушным охлаждением, а также оборудованы электроуправляемой системой впрыска. Мощность и крутящий момент такого двигателя в большинстве случаев основаны на турбонаддуве, причем динамика генерирования мощности двигателя зависит от присутствия давления наддува. В таком случае, количество топлива, подлежащего впрыску в слабонагруженный двигатель, мало, и давление наддува обычно низкое, так что при резком нагружении двигателя объем вырабатываемой мощности двигателя не обязательно сразу соответствует его номинальной мощности, исходя из которой, например, обычно рассчитывают размеры источника мощности для лесозаготовительной машины.
[0011] Что же касается харвестерных головок для харвестеров, известно также, что харвестерная головка известным образом определяет свойства ствола, подлежащего обработке, и, например, эти размеры ствола используются для управления основным источником мощности лесозаготовительного аппарата с целью получения подходящей скорости вращения или иным образом регулируемой способности выработки мощности при обработке ствола. Одно из таких решений раскрыто в патентном документе FI 111183. Однако было обнаружено, что потребляемая мощность для работы лесозаготовительного аппарата не всегда зависит от конкретных свойств ствола обрабатываемого дерева, и на потребляемую мощность влияет осуществление функций лесозаготовительного аппарата и, например, свойства гидростатической приводной трансмиссии. Особенно это касается обработки небольших деревьев.
Сущность изобретения
[0012] Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение нового способа и системы, позволяющих решить перечисленные проблемы. Решение этой задачи обеспечивает способ и система, раскрытые в независимых пунктах прилагаемой формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах прилагаемой формулы изобретения.
[0013] Настоящее изобретение основано на идее о том, что энергия, полученная от одного или более источников мощности лесозаготовительного аппарата во время рабочей фазы с низким энергопотреблением, передается с помощью насос-мотора на средство аккумулирования энергии, от которого во время рабочей фазы с высоким энергопотреблением она с помощью насос-мотора передается в гидросистему, приводящую в действие по меньшей мере один исполнительный механизм лесозаготовительного аппарата.
[0014] Преимущество способа и системы в соответствии с изобретением состоит в том, что во время фаз пикового потребления мощности, потребляемая мощность выше среднего может быть получена с помощью гидравлической энергии, запасенной в средстве аккумулирования энергии. В таком случае, размеры основного источника мощности лесозаготовительного аппарата могут быть рассчитаны в соответствии со средней потребляемой мощностью, а не в соответствии с пиками мощности, что позволяет оптимизировать его размеры. С другой стороны, альтернативно можно сохранить используемый прежде основной источник мощности без снижения номинальной мощности и категории размера и использовать дополнительную мощность, получаемую в соответствии с настоящим изобретением, для поддержки основного источника мощности и дополнительно к нему. Преимущество настоящего изобретения состоит также в том, что оно позволяет снизить потери мощности, вызванные преобразованием энергии, поскольку количество преобразований энергии может быть минимизировано, если энергия может, например, передаваться между средством аккумулирования энергии и гидросистемой, приводящей в действие по меньшей мере один исполнительный механизм, в гидравлической форме, без преобразования в механическую форму,
Краткое описание графических материалов
[0015] Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно в связи с предпочтительными вариантами его осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи.
[0016] На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку лесозаготовительного аппарата.
[0017] На фиг. 2 представлена измеренная потребляемая мощность типового лесозаготовительного аппарата типа харвестера от основного источника мощности.
[0018] На фиг. 3 схематично представлен способ регулирования мощности лесозаготовительного аппарата.
[0019] На фиг. 4 схематично представлен порядок регулирования мощности лесозаготовительного аппарата.
[0020] На фиг. 5 схематически представлена система регулирования мощности лесозаготовительного аппарата.
[0021] На фиг. 6 схематично представлено еще одна система регулирования мощности лесозаготовительного аппарата.
[0022] На фиг. 7а, 7b и 7с схематично представлена применяемость энергии, запасенной в средстве аккумулирования энергии.
Подробное раскрытие изобретения
[0023] Ниже будут раскрыты некоторые предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Таким образом, настоящее изобретение может включать в себя шаги способа и/или конструктивные элементы, обозначенные на чертежах ссылочными позициями, ссылки на которые даны соответствующими ссылочными позициями в настоящем описании. Для ясности на чертежах обозначены ссылочными позициями не все соответствующие друг другу элементы, а только один элемент или его часть.
[0024] На фиг. 1 схематично представлен вид сбоку лесозаготовительного аппарата, в данном случае харвестера. Лесозаготовительный аппарат 1 может содержать, например, раму 5, состоящую по меньшей мере из одной рамной части, стреловое устройство 2, кабину 3 управления, основной источник 4 мощности и соответствующее число колес, траков, шасси, гусеничных цепей или других конструктивных элементов 9, необходимых для передвижения машины и по существу известных. Стреловое устройство 2 может содержать одну или более стреловых секций 2а, 2b, 2с, которые могут быть расположены относительно друг друга и/или в раме 5 лесозаготовительного аппарата неподвижно, с возможностью поворота путем складывания соединений D или иным известным образом. В соответствии с вариантом осуществления по фиг. 1, стреловое устройство содержит вильчатую конструкцию, но в соответствии с другими вариантами осуществления, стреловое устройство 2 или стреловые секции 2а, 2b, 2с могут представлять собой стреловое устройство для лесозаготовительного аппарата любого известного типа, например скользящее стреловое устройство.
[0025] В зависимости от лесозаготовительного аппарата 1, предполагаемого использования и ситуации, со стреловым устройством 2 могут соединяться один или более инструментов 8, таких как подъемник, захват, ковш, пилящие и/или режущие средства и молот или другой соответствующий инструмент или их сочетание. Стреловое устройство 2 и/или его секции могут поворачиваться относительно рамы и/или друг друга, например, с помощью по меньшей мере одного исполнительного механизма 6. Лесозаготовительный аппарат 1 может дополнительно содержать другие исполнительные механизмы 7, из которых только некоторые возможные примеры показаны на фиг. 1, обеспечивающие различные функции лесозаготовительного аппарата 1. Исполнительный механизм 6, 7 может быть, например, исполнительным механизмом, работающим от рабочей среды под давлением, таким как гидроцилиндр. В соответствии с другими вариантами осуществления, исполнительный механизм 6, например цилиндр, может быть установлен в раме 5 или стреловых секциях 2а, 2b, 2с, также известным способом. В настоящем описании такие исполнительные механизмы 6, 7 и другие устройства с гидроприводом и элементы, обеспечивающие осуществление различных функций лесозаготовительного аппарата, в общем называются инструментами. Иными словами, инструменты могут быть различными потребляющими мощность устройствами и элементами лесозаготовительного аппарата 1.
пик
ср1
пик
[0026] На фиг. 2 представлена фактическая измеренная потребляемая мощность типового лесозаготовительного аппарата 1 типа харвестера от основного источника 4 мощности, являющегося обычно дизельным двигателем, в зависимости от времени t[s], при обработке среднего дерева нормального размера. На чертеже можно видеть, что максимальная потребляемая мощность Р обычно может превышать среднее потребление мощности Р более, чем вдвое, и что потребляемая мощность сильно варьируется. Однако обычно было необходимо рассчитывать мощность основного источника мощности в соответствии с максимальной потребляемой мощностью для обеспечения достаточной мощности также для пиковых фаз потребляемой мощности Р, поскольку слишком низкая мощность ставит под угрозу эффективность процесса и качество продукта.
[0027] В соответствии с настоящим изобретением, энергия, вырабатываемая основным источником 4 мощности лесозаготовительного аппарата 1, может быть, по меньшей мере частично, запасена в средстве аккумулирования энергии, таком как гидроаккумулятор или другое устройство, способное запасать гидравлическую энергию. Таким образом энергия, запасенная в средстве аккумулирования энергии, при необходимости доступна для использования в форме гидравлической, электрической или другой передачи мощности. В таком случае, этот источник мощности, являющийся вспомогательным источником мощности, может регулироваться таким образом, что при низкой потребляемой мощности лесозаготовительного аппарата, энергия, например гидравлическая энергия, может передаваться в средство аккумулирования энергии. Соответственно при высокой потребляемой мощности лесозаготовительного аппарата, вспомогательный источник мощности может использоваться для приведения в действие инструментов путем подачи от него гидравлической энергии и/или гидравлической мощности непосредственно или опосредованно для приведения в действие инструмента.
[0028] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, средство аккумулирования энергии, таким образом, может содержать один или более гидроаккумуляторов.
[0029] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, средство аккумулирования энергии может содержать цилиндр, поддерживающий массу. В таком случае, гидравлическая энергия может запасаться в виде потенциальной энергии этой поднятой массы, откуда она может снова поступать для использования в гидросистеме. Это решение может быть особенно предпочтительным, если масса содержит часть известного лесозаготовительного аппарата или, например, содержит массу элемента, обрабатываемого лесозаготовительным аппаратом, в этом случае требуется лишь минимальное изменение лесозаготовительного аппарата для осуществления описанного запасания энергии.
[0030] На фиг. 3 схематично представлен способ, связанный с выработкой мощности лесозаготовительного аппарата. Лесозаготовительный аппарат 1 может быть, например, аналогичен лесозаготовительному аппарату по фиг. 1 или другим известным лесозаготовительным аппаратом 1. Лесозаготовительный аппарат 1 может содержать по меньшей мере один основной источник 4 мощности для непосредственного или опосредованного приведения в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7 лесозаготовительного аппарата, по меньшей мере один насос 11, соединенный с основным источником 4 мощности, для преобразования мощности, вырабатываемой основным источником мощности, в гидравлическую энергию, и по меньшей мере одно средство 12 аккумулирования энергии для запасания гидравлической энергии. Основной источник 4 мощности может быть любым источником мощности, подходящим для мобильной рабочей машины, таким как дизельный двигатель. Насос 11 может быть любым известным гидронасосом, позволяющим преобразовать мощность и энергию, вырабатываемую основным источником мощности, в мощность и энергию гидросистемы. Средство 12 аккумулирования энергии может содержать, например, один или более известных гидроаккумуляторов. По меньшей мере один инструмент 6, 7 может содержать, например, по меньшей мере один исполнительный механизм приводной трансмиссии лесозаготовительного аппарата, по меньшей мере один исполнительный механизм, обеспечивающий работу по меньшей мере одной харвестерной головки лесозаготовительного аппарата, и/или по меньшей мере один исполнительный механизм, обеспечивающий работу по меньшей мере одного стрелового устройства лесозаготовительного аппарата. Дополнительно лесозаготовительный аппарат 1 может содержать по меньшей мере один регулируемый гидравлический насос-мотор 13, непосредственно или опосредованно соединенный с основным источником 4 мощности и, с одной стороны, дополнительно соединенный со средством 12 аккумулирования энергии, а с другой стороны, по меньшей мере, с гидросистемой инструмента 6, 7. Иными словами, первое соединение исполнительного механизма насос-мотора 13 может соединяться непосредственно или опосредованно со средством 12 аккумулирования энергии, тогда как второе соединение исполнительного механизма насос-мотора может соединяться непосредственно или опосредованно, по меньшей мере, с гидросистемой инструмента 6, 7. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, возможна установка одного или более стопорных клапанов или других соответствующих элементов между насос-мотором 13 и средством 12 аккумулирования энергии и/или насос-мотором 13 и инструментом 6, 7, как показано, например, на фиг. 5 и 6.
[0031] Таким образом, способ обеспечивает запасание 301 мощности, вырабатываемой основным источником 4 мощности, в средстве 12 аккумулирования энергии, по меньшей мере, во время одной первой фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата, путем регулирования гидравлического насос-мотора 13 для преобразования по меньшей мере части мощности, вырабатываемой основным источником 4 мощности, в гидравлическую энергию, и путем подачи этой гидравлической энергии в средство 12 аккумулирования энергии для запасания, и подачи 302 мощности от средства 12 аккумулирования энергии для приведения в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7 по меньшей мере во время одной второй фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата. Насос-мотор 13 может регулироваться для подачи мощности, вырабатываемой основным источником мощности, в средство 12 аккумулирования энергии для ее запасания во время первой фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата, и для подачи мощности от средства 12 аккумулирования энергии в гидросистему по меньшей мере одного инструмента для приведения в действие этого инструмента во время второй фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата путем регулирования угла регулируемого насос-мотора 13. Полный рабочий цикл лесозаготовительного аппарата 1 может включать в себя одну или более таких первых фаз рабочего цикла, одну или более таких вторых фаз рабочего цикла и/или одну или более других фаз, и эти фазы могут следовать друг за другом в любом порядке, который может меняться. По меньшей мере одна вторая фаза рабочего цикла, предпочтительно, содержит приведение в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7 лесозаготовительного аппарата. Обычно вторая фаза рабочего цикла содержит приведение в действие по меньшей мере одного исполнительного механизма, обеспечивающего по меньшей мере одну функцию по меньшей мере одного инструмента 6, 7, которая требует высокой мощности, например харвестерной головки 8, и/или приведения в действие множества инструментов одновременно.
[0032] Первая фаза рабочего цикла может содержать любую фазу или рабочую фазу, во время которой рабочий объем основного источника 4 мощности, такого как дизельный двигатель, доступен для использования, и средство 12 аккумулирования энергии способно принимать энергию. В таком случае, эта мощность, которая при выработке мощности была избыточной мощностью, может таким образом подаваться в средство аккумулирования энергии для запасания. Это позволяет, например, использовать периоды холостого хода лесозаготовительного аппарата 1 и/или, если речь идет, в частности, о харвестере, время перемещения лесозаготовительного аппарата, в частности, харвестера, из одного рабочего пространства в другое, поскольку при перемещении лесозаготовительного аппарата 1, в частности, харвестера, потребляемая мощность на основном источнике 4 мощности, таком как дизельный двигатель, обычно является относительно низкой. В этой связи под рабочим пространством подразумевается положение лесозаготовительного аппарата, которое, благодаря длине его стрелового устройства, позволяет обрабатывать один или более стволов без перемещения лесозаготовительного аппарата.
[0033] Примером фазы рабочего цикла, требующей особенно большой мощности, например в связи с харвестером или комби-машиной, может быть фаза, во время которой операция подачи харвестерной головки 8, при которой дерево протягивается через харвестерную головку с очисткой от сучьев, и операции крана, такие как поворот, подъем и/или складывание, осуществляются одновременно. Что касается форвардера или комби-машины, такая фаза рабочего цикла может быть, например, фазой, во время которой погрузчик и приводная трансмиссия работают одновременно. Какая-либо из таких фаз рабочего цикла может затем образовывать, так называемую, вторую фазу рабочего цикла.
[0034] Таким образом, следует заметить, что полный рабочий цикл лесозаготовительного аппарата может содержать несколько разных первых и/или вторых фаз рабочего цикла в смысле определения первой и второй фаз рабочего цикла в соответствии с настоящим изобретением. Эти фазы могут следовать друг за другом, или рабочий цикл может содержать первые фазы рабочего цикла и/или другие фазы между ними. Таким образом, под первой фазой рабочего цикла подразумевается такая фаза рабочего цикла, во время которой мощность, вырабатываемая основным источником мощности, подается в средство 12 аккумулирования энергии для запасания. Под второй фазой рабочего цикла подразумевается фаза, во время которой энергия, запасенная средством 12 аккумулирования энергии, используется для выработки мощности, необходимой для этой фазы, или, фактически, операций рабочей фазы, в этом случае указанное средство аккумулирования энергии образует вспомогательный источник мощности.
[0035] Таким образом, с основным источником 4 мощности лесозаготовительного аппарата может соединяться по меньшей мере один регулируемый гидравлический насос-мотор 13 для передачи и регулирования потока энергии между рабочей гидравликой и средством аккумулирования энергии. Таким образом, во время первой фазы рабочего цикла гидравлический насос-мотор 13 может регулироваться для преобразования по меньшей мере части мощности, вырабатываемой основным источником 4 мощности, в гидравлическую энергию, и для подачи этой энергии в средство 12 аккумулирования энергии для запасания.
[0036] В соответствии с одним из вариантов осуществления, насос-мотор 13 может содержать насос переменного объема уравновешивающего типа, известный, например, в связи с приводной трансмиссией рабочих машин. Для такого элемента характерно, что оба соединения исполнительного механизма выполнены с возможностью выдерживать давление, и, например, можно обеспечить изменение направления привода рабочей машины путем регулирования насоса через, так называемый, нулевой угол в другую сторону, в соответствии с чем в то же время изменяется направление потока гидравлической текучей среды в элементе. Такой насос может затем использоваться для управления и регулирования потока энергии между средством аккумулирования энергии и рабочей гидравликой. Под рабочей гидравликой подразумевается по меньшей мере один исполнительный механизм 6, 7, связанный с функциями лесозаготовительного аппарата 1, или гидролиния/гидросистема, управляющая операциями, например, харвестерной головки. В качестве насоса для рабочей гидравлики может использоваться, например, так называемый, чувствительный к нагрузке (LS, от англ. load-sensitive) насос, при этом смещение насоса регулируется таким образом, что система всегда стремится сохранить уровень давления в соответствии с LS-сигналом, полученным от исполнительных механизмов в системе. Альтернативно, смещение насоса, а также уровень давления в линии, может, например, регулироваться электрически для удовлетворения потребности в гидравлической мощности в системе в заданный момент. Рабочая гидравлика также может состоять из множества отдельных известных гидролиний/гидросистем, причем обычно она состоит из линий, выполненных с возможностью управления как краном, так и харвестерной головкой по отдельности.
[0037] Предпочтительно, насос-мотор 13 параллельно соединен с насосом 11, преобразующим мощность, вырабатываемую основным источником 4 мощности, в гидравлическую энергию гидролинии/гидросистемы. Во многих случаях настоящее изобретение таким образом обеспечивает уменьшение максимального смещения насоса 11, когда значительная часть необходимого объемного расхода может быть получена от насос-мотора 13.
[0038] В соответствии с одним из вариантов осуществления, насос-мотор 13 также может регулироваться для подачи энергии, запасенной средством 12 аккумулирования энергии, на по меньшей мере один инструмент 6, 7 лесозаготовительного аппарата 1 во время второй фазы рабочего цикла путем подачи гидравлической энергии и/или гидравлической мощности в гидросистему по меньшей мере одного инструмента 6, 7. В таком случае давление и поток могут дополнительно регулироваться, например, с помощью направляющего гидрораспределителя.
[0039] В соответствии с одним из вариантов осуществления, насос-мотор 13 можно регулировать для подачи энергии, запасенной средством 12 аккумулирования энергии, по меньшей мере на один инструмент 6, 7 лесозаготовительного аппарата 1 во время второй фазы рабочего цикла путем подачи дополнительной мощности в механической форме на насос 11, преобразующий энергию, вырабатываемую основным источником 4 мощности, в гидравлическую энергию. В таком случае насос-мотор может служить гидромотором, преобразуя гидравлическую энергию в средстве 12 аккумулирования энергии в механическую энергию для вала, приводимого в действие основным источником мощности.
[0040] В соответствии с одним из вариантов осуществления, по меньшей мере одна из следующих фаз определяется на основании управляющей команды, выданной по меньшей мере одному инструменту: первая фаза рабочего цикла и вторая фаза рабочего цикла. В соответствии с другим вариантом осуществления, по меньшей мере первая и/или вторая фаза рабочего цикла соответственно определяется на основании управляющей команды, выданной более чем одному инструменту одновременно. Такой управляющей командой может быть, например, команда на включение, выданная известным образом известным управляющим устройством 14 лесозаготовительного аппарата одному или более инструментам, причем управляющая команда запускает требуемую операцию лесозаготовительного аппарата 1. Аналогичным образом, управляющая команда может быть, например, командой, связанной с окончанием операции инструмента 6, 7 лесозаготовительного аппарата или с изменением операции, например, с изменением мощности или скорости. В таком случае, управляющие команды, которые должны выдаваться одному или более инструментам 6, 7, могут быть также выданы системе управления источника 4 мощности лесозаготовительного аппарата, в этом случае команды могут использоваться для определения первой и второй фазы рабочего цикла и выбора соответствующего регулирования мощности. Под выбором регулирования мощности подразумевается передача энергии средству аккумулирования энергии или от средства аккумулирования энергии по меньшей мере одному инструменту. Регулирование мощности может также включать в себя, например, регулирование потока и давления рабочей среды, выходящих из средства аккумулирования энергии.
[0041] Это позволяет обеспечить выработку мощности, соответствующей нагрузке, обусловленной операцией инструмента 6, 7, начатой или остановленной управляющей командой, или инструмента 6, 7, операция которого была каким-то образом изменена, либо только основным источником 4 мощности, либо путем использования в качестве дополнительной мощности энергии, запасенной средством 12 аккумулирования энергии.
[0042] Управляющая команда может содержать входные сигналы, вводимые пользователем, такие как перемещение рычага управления и/или нажатие кнопки, управляющие команды, выданные системой передачи данных и управления лесозаготовительного аппарата и/или сформированные сочетанием этих команд. Непрямые входные сигналы могут содержать, например, управляющую команду, связанную, например, с фазой рабочего цикла, полученную от контролирующего или управляющего действия пользователя, изменяющего фазу рабочего цикла или установки фазы рабочего цикла, в этом случае пользователь может, например, с помощью управляющего движения замедлить скорость операции и, таким образом, снизить необходимую мощность. Прямые входные сигналы могут содержать, например, управляющие команды, вводимые пользователем непосредственно через пользовательский интерфейс, такие как команды начала или окончания фаз и/или связанных с ними операций.
[0043] В соответствии с одним из вариантов осуществления, первая фаза рабочего цикла определяется в соответствии с потребляемой мощностью общей нагрузки основного источника 4 мощности, не превышающей предварительно заданное первое предельное значение мощности. В соответствии с одним из вариантов осуществления, вторая фаза рабочего цикла определяется в соответствии с потребляемой мощностью общей нагрузки основного источника 4 мощности, превышающей предварительно заданное второе предельное значение мощности. Первое и второе заданные значения мощности могут определяться, например, на основании конструкции и использования лесозаготовительного аппарата.
[0044] В соответствии с одним из вариантов осуществления, вторая фаза рабочего цикла определяется на основании подачи дерева на харвестерную головку 8 и/или установок пилы и/или скоростей и уровней давления гидросистемы, приводящей в действие харвестерную головку, необходимых для этих операций. Предпочтительно, регулируемый гидравлический насос-мотор 13, такой как насос переменного объема, может затем использоваться для передачи необходимой мощности от средства аккумулирования энергии на рабочую гидравлику харвестерной головки 8, что позволяет обеспечить для каждой рабочей ситуации необходимый, предварительно заданный объемный поток и уровни давления. В соответствии с одним из вариантов осуществления, насос переменного объема может быть, например, аксиально-кулачковым насосом, широко используемым в замкнутых приводных трансмиссиях, причем наклонная шайба может поворачиваться через нулевой угол. В таком случае, смещение может регулироваться между положительным и отрицательным максимальными значениями, позволяя использовать насос переменного объема в качестве регулируемого гидравлического насос-мотора 13.
[0045] В соответствии с одним из вариантов осуществления, можно ограничить объемный поток насоса 11, соединенного с основным источником 4 мощности, во время второй рабочей фазы, когда энергия, запасенная средством 12 аккумулирования энергии, используется как источник дополнительной мощности, т.е. как вспомогательный источник мощности. В соответствии с таким вариантом осуществления, можно также управлять и/или регулировать распределение энергии между насосом 11, соединенным с основным источником мощности, и гидравлическим насос-мотором 13. С другой стороны, в соответствии с вариантами осуществления, в которых используется насос 11, оснащенный LS-регулятором, выход объемного потока насоса 11 регулируется по существу автоматически до необходимого уровня, поскольку LS-регулятор насоса стремится сохранить давление в системе на уровне, требуемом LS-сигналом, выданным насосу чувствительной к нагрузке канальной системой. Вместо этого, например, в тех вариантах осуществления, в которых насос 11 содержит регулятор электрического смещения, может быть предпочтительно регулировать суммарный объемный поток, т.е. общий объемный поток от насоса 11 и насос-мотора 13, до необходимого заданного уровня. В соответствии с еще одним вариантом осуществления, можно отслеживать рабочую скорость основного источника энергии, такого как дизельный двигатель, и регулировать насос 11 до меньшего смещения и, соответственно, регулировать насос-мотор 13 до большего смещения в соответствии с обнаруженным падением рабочей скорости основного источника 4 мощности в ситуации нагрузки, обеспечивая снижение уровня нагрузки основного источника мощности и увеличение подачи мощности в систему от средства аккумулирования энергии.
[0046] В соответствии с одним из вариантов осуществления, раскрытые выше варианты осуществления позволяют рассчитать размеры основного источника 4 мощности лесозаготовительного аппарата таким образом, чтобы максимальная вырабатываемая им мощность была ниже, чем максимальная потребляемая мощность по меньшей мере одного рабочего цикла лесозаготовительного аппарата. Это обеспечивает оптимальные размеры и минимизацию потребления топлива основного источника мощности. Таким образом, в соответствии с одним из вариантов осуществления, первое предельное значение мощности и второе предельное значение мощности могут быть, по существу, равны максимальной мощности, вырабатываемой основным источником мощности.
[0047] В соответствии с одним из вариантов осуществления, шина сети локальных контроллеров (CAN, от англ. «Control Area Network»), управляющая основным источником мощности, также может использоваться для определения первой и второй фаз рабочего цикла. В таком случае можно получить точные данные о нагрузке основного источника мощности, отслеживая, например, его скорость вращения, крутящий момент, процентную нагрузку и потребление топлива, например, путем отслеживания мгновенного и совокупного потребления. В таком случае, можно на основании данных о нагрузке основного источника 4 мощности определить первую и/или вторую фазу рабочего цикла, то есть определить, можно или нельзя передать энергию от основного источника мощности на средство аккумулирования энергии, или нужно или не нужно получить дополнительное питание от средства аккумулирования энергии для осуществления рабочей фазы.
[0048] На фиг. 4 схематично представлена система регулирования мощности лесозаготовительного аппарата 1. Такая система позволяет осуществить один или более описанных выше способов и/или этапов способа. Таким образом, лесозаготовительный аппарат 1 может содержать по меньшей мере один основной источник 4 мощности для приведения в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7 лесозаготовительного аппарата, по меньшей мере один насос 11, соединенный с основным источником 4 мощности, для преобразования мощности, вырабатываемой основным источником мощности, в гидравлическую энергию, и по меньшей мере одно средство 12 аккумулирования энергии для запасания гидравлической энергии. Таким образом, средство 12 аккумулирования энергии выполнено с возможностью запасания мощности, вырабатываемой основным источником 4 мощности по меньшей мере во время одной первой фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата 1, и подачи запасенной энергии для приведения в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7 лесозаготовительного аппарата 1 по меньшей мере во время одной второй рабочей фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата.
[0049] Система может дополнительно содержать по меньшей мере один гидравлический насос-мотор 13, соединенный с основным источником мощности лесозаготовительного аппарата, в данном случае в этой первой фазе рабочего цикла двигатель 13 гидронасоса может регулироваться для преобразования по меньшей мере части мощности, вырабатываемой основным источником мощности, в гидравлическую мощность, и подачи этой мощности в средство 12 аккумулирования энергии для запасания. Гидравлический насос-мотор 13 может дополнительно соединяться, с одной стороны, со средством 12 аккумулирования энергии, и, с другой стороны, по меньшей мере с гидросистемой инструмента 6, 7. В таком случае, первое соединение исполнительного механизма насос-мотора 13 может быть непосредственно или опосредованно соединено со средством 12 аккумулирования энергии, тогда как второе соединение исполнительного механизма насос-мотора 13 может быть непосредственно или опосредованно соединено по меньшей мере с гидросистемой инструмента 6, 7.
[0050] В соответствии с одним из вариантов осуществления, гидравлический насос-мотор 13 может регулироваться для подачи энергии в гидравлической форме, запасенной средствами 12 аккумулирования энергии, по меньшей мере к одному инструменту 6, 7 лесозаготовительного аппарата 1 во время второй фазы рабочего цикла путем подачи энергии в гидросистему этого инструмента 6, 7.
[0051] В соответствии с одним из вариантов осуществления, гидравлический насос-мотор 13 может регулироваться для подачи энергии, запасенной в средстве 12 аккумулирования энергии, по меньшей мере к одному инструменту 6, 7 лесозаготовительного аппарата во время второй фазы рабочего цикла путем подачи дополнительной мощности в механической форме к насосу 11, преобразующему мощность, вырабатываемую основным источником 4 мощности в гидравлическую энергию.
[0052] В соответствии с одним из вариантов осуществления, система может содержать управляющее устройство 14 для определения по меньшей мере первой фазы рабочего цикла и регулирования гидравлического насос-мотора 13 на основании по меньшей мере одного из следующих факторов: управляющей команды, выданной по меньшей мере одному инструменту 6,7 одновременно, и потребляемой мощности, не превышающей первое предельное значение мощности общей нагрузки основного источника 4 мощности. В соответствии с одним из вариантов осуществления, первая фаза рабочего цикла может альтернативно определяться на основании управляющей команды, выданной по меньшей мере двум или более инструментов 6, 7 одновременно.
[0053] В соответствии с одним из вариантов осуществления, система может содержать устройство управления 14 для установки по меньшей мере второй фазы рабочего цикла и регулирования гидравлического насос-мотора 13 на основании по меньшей мере следующих факторов: управляющей команды, данной по меньшей мере одному инструменту 6, 7 одновременно, и потребления мощности, превышающего второе предельное значение мощности общей нагрузки основанного источника 4 мощности. В соответствии с одним из вариантов осуществления, вторая фаза рабочего цикла может альтернативно также устанавливаться на основании управляющей команды, данной по меньшей мере двум или более инструментов 6, 7 одновременно.
[0054] Управляющее устройство 14 может содержать, например, шину передачи данных, обеспечивающую передачу управляющих команд в систему обеспечения мощности. Предпочтительно управляющее устройство 14 может дополнительно содержать блок управления, который может быть выполнен с возможностью, по меньшей мере, получения информации от по меньшей мере одного датчика и/или пользовательского интерфейса лесозаготовительного аппарата и определения управляющих команд для управления по меньшей мере одной функцией лесозаготовительного устройства. Помимо системы обеспечения мощности, тот же блок управления может быть выполнен с возможностью управления по меньшей мере одной операцией лесозаготовительного аппарата. Блок управления может быть выполнен как единое целое с лесозаготовительным аппаратом или как блок дистанционного управления.
[0055] В соответствии с одним из вариантов осуществления, описанные выше варианты осуществления позволяют рассчитать размеры основного источника 4 мощности таким образом, чтобы вырабатываемая им максимальная мощность была ниже, чем максимальная потребляемая мощность по меньшей мере одного рабочего цикла лесозаготовительного аппарата. Это обеспечивает оптимальные размеры и минимизацию потребления топлива основного источника мощности.
[0056] На фиг. 5 схематично представлена система регулирования мощности лесозаготовительного аппарата. В соответствии с этим вариантом осуществления, гидравлический насос-мотор 13 может соединяться со средством 12 аккумулирования энергии, таким как по меньшей мере один гидроаккумулятор, с помощью регулируемого клапана 15, который во время первой фазы рабочего цикла может принимать первое положение, в котором энергия, например, переданная рабочей средой под давлением, передается в средство 12 аккумулирования энергии, но не может быть выпущена из него. Соответственно, регулируемый клапан 15 может затем во время второй фазы рабочего цикла принимать второе положение, в котором энергия, например, переданная рабочей средой под давлением, может передаваться от средства аккумулирования энергии к гидравлическому насосу-мотору 13.
[0057] В соответствии с одним из вариантов осуществления, гидравлический насос-мотор 13 может соединяться непосредственно с гидросистемой по меньшей мере одного инструмента лесозаготовительного аппарата, как можно видеть на фиг. 5. В таком случае гидравлический насос-мотор 13 во время второй фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата может использоваться для подачи энергии непосредственно для приведения в действие по меньшей мере одного инструмента 6, 7, как мощность, дополняющая мощность, вырабатываемую основным источником мощности путем непосредственного использования объемного потока, полученного от средства 12 аккумулирования энергии.
[0058] В соответствии с вариантом осуществления по фиг. 6, система может содержать второй регулирующий клапан 16, и при первом положении этого второго регулирующего клапана гидравлический насос-мотор 13 или, более конкретно, в общем соединение, обращенное к рабочей гидравлике гидравлического насоса-мотора 13, соединяется с баком 17, а при втором положении этого второго клапана гидравлический насос-мотор 13 соединяется с гидросистемой по меньшей мере одного инструмента 6, 7. В таком случае, во время второй фазы рабочего цикла лесозаготовительного аппарата, энергия, запасенная средством аккумулирования энергии, может подаваться для приведение в действие по меньшей мере одного инструмента лесозаготовительного аппарата при первом положении регулирующего клапана, путем подачи дополнительной мощности в механической форме к насосу, преобразующему мощность, вырабатываемую основным источником мощности, в гидравлическую энергию, а при втором положении регулирующего клапана, путем подачи мощности непосредственно в гидросистему инструмента, как и в соответствии с вариантом осуществления по фиг. 5. Иными словами, от средств аккумулирования энергии мощность получают при первом положении второго регулируемого клапана 16 в дополнение к основному источнику мощности для приведение в действие энергозатратных исполнительных механизмов на одной линии энергии, таких как другие насосы и/или например исполнительные механизмы приводной трансмиссии.
[0059] Управление, раскрытое в связи с описанными выше вариантами осуществления изобретения, может осуществляться например управляющим устройством 14 лесозаготовительного аппарата.
[0060] Настоящее изобретение особенно применимо для использования в связи с началом подачи ствола или пилением, поскольку для такой фазы рабочего цикла характерна высокая моментальная потребляемая мощность. Таким образом, общий уровень мощности может быть повышен путем использования мощности, запасенной в средстве аккумулирования энергии, в дополнение к мощности, вырабатываемой основным источником мощности. Следовательно, потребление и выбросы отработанного газа от дизельного двигателя, например, могут быть минимизированы. Преимущества настоящего изобретения становятся особенно очевидными в случае с гидросистемой, приводящей в действие харвестерную головку харвестера, когда потребляемые мощности значительно варьируются, в частности, при изменении операций подачи и пиления при обработке ствола. Такое же резкое повышение потребляемой мощности может происходить, например, в связи с работой крана харвестера или погрузчика форвардера, в частности, при одновременной работе погрузчика и приводной трансмиссии.
[0061] Настоящее изобретение может применяться, например, так, чтобы основной источник мощности лесозаготовительного аппарата мог приводить в действие гидронасос, создающий избыточное давление и наполняющий один или более больших гидроаккумуляторов, служащих средством аккумулирования энергии, в данном случае насос-мотор может служить вспомогательным источником мощности, способным использовать рабочую среду по давлением по меньшей мере от этого по меньшей мере одного гидроаккумулятора. Также в этом случае можно регулировать насос-мотор, чтобы предусмотреть изменения потребляемой мощности. С другой стороны, сам по себе гидроаккумулятор может служить таким вспомогательным источником мощности, в таком случае под регулированием вспомогательного источника мощности может подразумеваться, например, регулирование потока и давления рабочей среды, выходящих из аккумулятора давления.
[0062] В соответствии с одним из вариантов осуществления, вспомогательный источник мощности, т.е. средство 12 аккумулирования энергии, и/или соединенный с ним насос-мотор 13, такой как насос-мотор переменного объема, может регулироваться в соответствии с определением диаметра подлежащего обработке дерева. В таком случае, можно, например, регулировать смещение насоса-мотора, такого как насос-мотор переменного объема, чтобы оно увеличивалось в соответствии с определением подлежащего обработке дерева, диаметр которого превышает среднее значение, и, соответственно, уменьшалось в соответствии с определением подлежащего обработке дерева, диаметр которого меньше среднего значения. Также можно установить предельные значения для диаметра ствола, на основании которых можно пошагово регулировать смещение, или смещение может плавно регулироваться относительно определенного диаметра дерева. Это обеспечивает гарантированное количество мощности для получения более высокой общей мощности, необходимой для обработки ствола большего диаметра, тогда как в ожидании меньшей потребляемой мощности для обработки более тонких деревьев энергия, запасенная средством аккумулирования энергии, не должна быть израсходована чрезмерно быстро.
[0063] В соответствии с одним из вариантов осуществления, первая и вторая фазы рабочего цикла и/или потребляемая мощность, связанная с каждой из фаз, могут быть оценены и/или определены путем использования теоретических и/или опытных данных о природе обычного рабочего цикла и о порядке следования разных рабочих фаз друг за другом и нагружении ими механического привода лесозаготовительного аппарата. Иными словами, например, обработка одного ствола харвестером может включать, например, следующие рабочие фазы: приведение харвестерной головки к основанию дерева, подлежащего валке, валочный пропил, подъем дерева и регулирование валки, подача и очистка от сучьев первого бревна, поперечное пиление, подача второго бревна, поперечное пиление и повторение подачи и поперечного пиления бревна до тех пор, пока дерево не будет полностью обработано до верхушки, и харвестерная головка не откроется, сбросив верхушку на землю, и установка харвестерной головки в вертикальное положение для захвата следующего ствола. В большинстве случаев, мощность, необходимая для каждой рабочей фазы, может быть оценена с достаточной точностью на основании имеющихся данных. Иными словами, мощность, ожидаемая от системы, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, может быть оценена достаточно надежно также без использования данных о подлежащем обработке стволе.
[0064] В соответствии с различными вариантами осуществления, лесозаготовительный аппарат 1 может являться например харвестером, форвардером или комби-машиной.
[0065] Особенно предпочтительным является применение вспомогательного источника мощности, раскрытых выше средств аккумулирования энергии и гидравлического способа регулирования мощности лесозаготовительного аппарата в связи с лесозаготовительными аппаратами, поскольку очень много функций лесозаготовительного аппарата в любом случае осуществляется гидравлически, таким образом позволяя избежать излишних преобразований энергии. Например, введение соответствующего комплексного решения в лесозаготовительный аппарат в виде электрического комплексного решения будет означать большее число преобразований энергии, если конечная функция не может быть преобразована из гидравлической в электрическую.
[0066] Как уже было сказано, важно иметь возможность реагировать на мгновенные, даже высокие потребляемые мощности, поскольку мгновенная нехватка достаточного количества доступной мощности может таким образом снизить эффективность процесса и качество работы. Раскрытое выше изобретение обеспечивает достаточную выработку мощности также в том случае, когда потребляемая мощность превышает максимальную мощность основного источника мощности. С другой стороны, настоящее изобретение обеспечивает оптимизацию размеров основного источника мощности, поскольку не требуется расчет размеров этого основного источника в соответствии с максимальной мгновенной нагрузкой.
[0067] Настоящее изобретение также позволяет наилучшим образом использовать ценную емкость аккумулятора, которую может быть трудно установить в машине. Мощность, запасенная гидроаккумулятором в соответствии с настоящим изобретением, может на практике использоваться полностью, поскольку, когда уровень заряда гидроаккумулятора приближается к нулю, необходимая дополнительная мощность для приведения в действие гидравлического насоса-мотора 13 гибрида может быть получена от основного источника 4 мощности, но даже в таком случае остаточное давление гидроаккумулятора снижает разность давлений по обе стороны насоса-мотора. Кроме того, количество гидравлической мощности, которое должно быть забрано от средств аккумулирования энергии, может управляться и регулироваться относительно точно и просто, благодаря, например, насосу-мотору переменного объема. В соответствии с настоящим изобретением, поток энергии может таким образом передаваться от средств аккумулирования энергии к рабочей гидравлике с помощью насоса-мотора, работающего по принципу смещения, и не требуется перекрывать поток с помощью клапана или другого соответствующего перекрывающего средства, соединяющего, например, гидроаккумулятор с рабочей гидравликой.
1
2
2
2
[0068] Это можно видеть на фиг. 7а, 7b и 7с, на которых схематично представлена применимость энергии, запасенной средствами аккумулирования энергии. На фиг. 7а штриховыми областями представлена энергоемкость средств аккумулирования энергии, применимая при некоторых обстоятельствах между давлением p и соответствующим объемом V и давлением р и соответствующим объемом V. Взаимозависимость давления и объема средств аккумулирования энергии представлена линией В, тогда как давление в системе во время некоторой фазы рабочего цикла представлено линией А. На фиг. 7b проиллюстрированы проблемы, связанные с известными решениями, относящимися к гидроаккумулятору. В известных решениях можно использовать часть запасенной гидроаккумулятором энергии, обозначенную штриховой областью на фиг. 7b, поскольку использовать можно только часть гидроаккумулятора, давление в которой превышает давление в системе. С другой стороны, часть этой энергии, обозначенная областью М на фиг. 7с, тоже теряется, поскольку можно использовать только часть энергии, давление которой соответствует давлению в системе. Таким образом, на фиг. 7с схематично представлено значительное преимущество настоящего изобретения над известными решениями. В соответствии с настоящим изобретением, можно использовать всю энергоемкость средств аккумулирования энергии. Часть энергии, обозначенная позицией К может использоваться непосредственно для создания избыточного давления в системе, тогда как энергия, обозначенная областью L при необходимости поступает от основного источника мощности. Однако количество необходимой дополнительной мощности очень мало, поскольку благодаря давлению в средствах аккумулирования энергии, разность давлений по сравнению с насос-мотором мала. Кроме того, энергия, обозначенная областью М, может использоваться путем применения насос-мотора, как механическая мощность, подаваемая двигателем на вал основного источника мощности.
[0069] Должно быть ясно, что настоящее описание и прилагаемые чертежи предназначены только для иллюстрации настоящего изобретения. Таким образом, изобретение не ограничено лишь описанным выше вариантом его осуществления или формулой изобретения, но в рамках идеи, описанной в прилагаемой формуле изобретения, может существовать множество различных изменений и модификаций, понятных специалистам в данной области техники.
[0070] Специалисту в данной области техники ясно, что по мере развития технологии, основная идея настоящего изобретения может осуществляться множеством различных способов. Таким образом, настоящее изобретение и варианты его осуществления не ограничены приведенными выше примерами, и могут изменяться без отклонения от сущности изобретения, ограниченной прилагаемой формулой изобретения.