СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ МАШИНЫ
COUPLING DEVICE FOR AGRICULTURAL MACHINE

Настоящее изобретение относится к области сельскохозяйственных машин и, в частности, касается устройства сцепки и подъема сельскохозяйственного орудия, выполненного с возможностью установки на сельскохозяйственной машине и, в частности, сзади машины.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к боковой регулировке положения сельскохозяйственных орудий, прицепленных к машине, которая выполнена с возможностью изменения бокового положения орудия в ответ на сигнал геолокации, чтобы надежно удерживать заранее выбранную траекторию перемещения.
Сельское хозяйство развивается с тенденцией к повышению точности, благодаря появлению спутниковых систем навигации, таких как системы GPS. Применяя средства GPS, фермер может определять точное положение на поле, что позволяет точно картографировать обрабатываемые площади по большому числу параметров, таких как урожайность культур, топография, содержание органических веществ, уровень влажности, процентное содержание азота, рН и другие параметры. Производители точного оборудования начали выпускать автоматизированные системы управления, которые используют сигналы GPS, чтобы направлять сельскохозяйственную машину и, в частности, трактор, по заранее определенному пути. Хотя такое оборудование работает хорошо и надежно и точно направляет сельскохозяйственную машину, варьирование грунтов и топографии ограничивают надежность и точность позиционирования буксируемых орудий.
Было предложено несколько решений для контроля геолокации сельскохозяйственного орудия, прицепленного к трактору.
Такие решения связаны со сцепной скобой трактора или с двумя нижними точками задней сцепки. Эти решения состоят в неподвижном соединении с трактором через сцепную скобу или две или три точки крепления и в выполнении интерфейса для перемещения орудия в поперечном направлении в зависимости от сигнала геолокации, чтобы орудие следовало в том же направлении, что и трактор.
Согласно первому решению, интерфейс перемещения орудия поворачивает это орудие вокруг вертикальной оси. Чтобы нормально работать, задняя сцепка трактора должна иметь возможность действовать как свободный балансир. Орудие должно быть оснащено устройством, проникающим в грунт (в основном представляющим собой по меньшей мере один диск), которое создает боковую силу для перемещения орудия в требуемом направлении. Однако эта система коррекции является чувствительной к топологии грунта и к склонам участка местности.
Согласно второму решению, интерфейс перемещения орудия заставляет его поступательно перемещаться в боковом направлении. Чтобы нормально работать, задняя сцепка трактора должна быть застопорена без возможного балансира. Однако такое решение не совместимо с орудиями, глубоко проникающими в грунт.
Одним из решений является оснащение интерфейса креплениями, на которые действует реакция перемещения, чтобы перемещать рабочее орудие в сторону, тогда как задняя сцепка трактора работает как свободный балансир. Однако эти приспособления можно применять только к орудиям с низким усилием буксировки и со слабым заглублением в грунт.
В другом решении, описанном в документе WO2016041547 A1, было предложено изменить сцепку с приданием ей возможности менять длину стоек посредством домкрата, чтобы обеспечивать возможность вращения интерфейса в дополнение к поступательному перемещению орудия. Однако это решение предполагает изменение стандартных сцепок и усложняет контроль соответствующих перемещений сцепки и интерфейса.
Таким образом, существуют направляющие системы, суть работы которых состоит в боковом перемещении сельскохозяйственной машины для того, чтобы орудие следовало по требуемой траектории, несмотря на его смещения относительно машины. Однако такие системы не приспособлены к нарушениям боковой устойчивости, которые появляются так быстро, что машина не успевает компенсировать их в боковом направлении с учетом своего направления перемещения.
В связи с этим возникла необходимость в разработке решения, которое можно было бы адаптировать к стандартам сельскохозяйственных машин без внесения изменений. Кроме того, это решение должно быть совместимым с орудиями, глубоко проникающими в грунт.
Принцип состоит в боковом перемещении сельскохозяйственного орудия относительно сельскохозяйственной машины с целью компенсации смещения точки схождения, чтобы орудие оставалось в надлежащем положении относительно требуемой траектории, причем несмотря на неровности грунта и на рельеф.
Таким образом, задачей изобретения является обеспечение перемещения сцепки в боковом направлении, чего не может делать сельскохозяйственная машина, при сохранении гибкости соединения, обеспечивающей автоматическое выравнивание сцепки.
В частности, объектом изобретения является устройство сцепки орудия, выполненное с возможностью установки на сельскохозяйственной машине, отличающееся тем, что содержит:
первую раму, продолжающуюся в вертикальной плоскости, нормалью к которой по существу является направление перемещения сцепки,
вторую раму, также продолжающуюся в вертикальной плоскости и установленную с возможностью перемещения на первой раме в поперечном направлении, определенном относительно направления перемещения сцепки,
средства (82, 82а, 82b) привода для перемещения второй рамы относительно первой рамы,
устройство крепления первой рамы сзади сельскохозяйственной машины,
систему для подвески орудия на второй раме, при этом упомянутая система выполнена с возможностью свободного поворота вокруг вертикальной оси относительно второй рамы.
Устройство подвески может содержать два крепления, расположенные на уровне нижней части второй рамы симметрично относительно центральной плоскости, при этом упомянутые крепления продолжаются в направлении, противоположном направлению перемещения сцепки.
Крепления, находящиеся на уровне нижней части второй рамы, также выполнены с возможностью поворота вокруг оси второй рамы, продолжающейся в поперечном направлении, и удерживаться посредством подкосов.
Угол α поворота двух креплений вокруг вертикальной оси может составлять от 0 до +/–30° и предпочтительно от 0 до +/–8°.
Поворот креплений вокруг вертикальной оси можно контролировать посредством по меньшей мере одного домкрата, при этом упомянутый по меньшей мере один домкрат выполнен с возможностью работы в первом режиме, соответствующем свободному вращению креплений вокруг вертикали, и во втором режиме, в котором вращение креплений вокруг вертикали заблокировано.
Устройство подвески может дополнительно содержать третье крепление, находящееся на уровне верхней части второй рамы, при этом упомянутое крепление образует элемент удержания сельскохозяйственного орудия.
Устройство крепления первой рамы сзади сельскохозяйственной машины может представлять собой трехточечную подъемную систему, содержащую в нижней части две шарнирные стойки, установленные одним из своих концов на оси сельскохозяйственной машины и другим из своих концов на первой раме, и в верхней части соединительный элемент между верхней частью первой рамы и сельскохозяйственной машиной, при этом стойками управляют подъемные средства.
Вторая рама может содержать две стойки, продолжающиеся вертикально и соединенные на своем верхнем конце корпусом, при этом каждый их нижний конец установлен с возможностью перемещения скольжением вдоль пары коаксиальных осей, предусмотренной на первой раме и продолжающейся в вертикальной плоскости в поперечном направлении, тогда как корпус второй рамы продолжен удерживающим элементом, установленным с возможностью перемещения скольжением вдоль оси, предусмотренной на первой раме и продолжающейся также в вертикальной плоскости в поперечном направлении.
Вторая рама может содержать две стойки, продолжающиеся вертикально и соединенные в своей середине корпусом, при этом их нижний и верхний концы соответственно установлены, каждый, с возможностью перемещения скольжением вдоль пары коаксиальных осей, предусмотренной на первой раме и продолжающейся в вертикальной плоскости в поперечном направлении.
Средства привода второй рамы для перемещения относительно первой рамы могут содержать два одноступенчатых домкрата, установленные с каждой стороны от корпуса второй рамы.
Средства привода второй рамы для перемещения относительно первой рамы могут содержать двухступенчатый домкрат, установленный с одной стороны от второй рамы.
Свободное пространство между двумя стойками второй рамы может образовать проход для проводов питания средств привода второй рамы для перемещения относительно первой рамы, а также для линии трансмиссии, приводящей в действие сельскохозяйственное орудие.
Сцепное устройство может дополнительно содержать датчик для определения положения второй рамы относительно первой рамы.
Другие преимущества и отличительные признаки изобретения будут очевидны из подробного описания не ограничительных вариантов выполнения и применения со ссылками на следующие прилагаемые чертежи:
Фиг. 1 – вид узла, содержащего заявленное сцепное устройство, закрепленное на сельскохозяйственной машине.
Фиг. 2 – вид в перспективе сзади первого варианта выполнения.
Фиг. 3 – вид в перспективе спереди первого варианта выполнения заявленного сцепного устройства.
Фиг. 4 – вид сзади второго варианта выполнения.
Фиг. 5 – вид в перспективе сзади второго варианта выполнения.
Фиг. 6 – вид сверху заявленного сцепного устройства.
Фиг. 7А, 7В, 8А, 8В – детальные виды усовершенствованного варианта изобретения.
Согласно принципу изобретения, устройство сцепки орудия с машиной типа трактора содержит:
первую раму 6, продолжающуюся в вертикальной плоскости, нормалью (называемой также перпендикуляром) к которой по существу является направление перемещения сцепки,
вторую раму 8, также продолжающуюся в вертикальной плоскости и установленную с возможностью перемещения на первой раме в поперечном (то есть боковом) направлении относительно направления перемещения сцепки,
средства 82, 82а, 82b привода для перемещения второй рамы относительно первой рамы,
устройство крепления первой рамы сзади сельскохозяйственной машины,
систему для подвески сельскохозяйственного орудия, при этом упомянутая система обеспечивает поворот упомянутого орудия вокруг вертикали.
На фиг. 1 показано сцепное устройство, установленное на сельскохозяйственной машине 1. Оно содержит первую раму 6 по существу плоской формы, продолжающуюся в вертикальной плоскости Р, содержащей вертикальную ось 10, называемую также «вертикалью». Вертикальная плоскость Р соответствует плоскости, нормалью к которой является направление перемещения сцепки. Иначе говоря, это направление является перпендикулярным к плоскости Р и соответствует направлению перемещения трактора. Сцепное устройство содержит также вторую раму 8, которая также расположена в вертикальной плоскости Р. Вторая рама установлена с возможностью перемещения на первой раме в поперечном (то есть боковом) направлении относительно направления перемещения сцепки.
Сцепное устройство содержит устройство крепления первой рамы 6 сзади сельскохозяйственной машины. Это устройство крепления не обеспечивает бокового балансирного перемещения сцепки относительно сельскохозяйственной машины.
Показанное на фиг. 1 устройство крепления первой рамы сзади сельскохозяйственной машины является подъемной системой L, соединяющей первую раму с сельскохозяйственной машиной и позволяющей поднимать первую и вторую рамы и, следовательно, сельскохозяйственное орудие по отношению к машине.
Предпочтительно подъемная система может быть трехточечной системой, содержащей в нижней части две шарнирные стойки 7а, 7b, установленные одним из своих концов на оси сельскохозяйственной машины и другим из своих концов на первой раме 6.
На фиг. 3 показаны, например, две оси 63, 64 первой рамы 6, находящиеся в нижней части, на которых могут быть установлены концы нижних шарнирных стоек 7а, 7b.
Точно так же, в верхней части подъемная система содержит соединительный элемент между верхней частью первой рамы 6 и сельскохозяйственной машиной. Этот соединительный элемент может представлять собой другую стойку 2, закрепленную одним из своих концов в шарнирной точке 22 на сельскохозяйственной машине и другим из своих концов в шарнирной точке 22’ второй рамы.
На фиг. 3 показана, например, ось 65 первой рамы 6, которая находится в верхней части и на которой может быть установлен конец верхней стойки 2.
Далее следует подробное описание монтажа и перемещения второй рамы относительно первой рамы.
Согласно первому варианту выполнения, описанному со ссылками на фиг. 2 и 3, вторая рама 8 содержит две стойки 81а, 81b, которые расположены в вертикальной плоскости Р. Эти две стойки соединены по существу в своей середине корпусом 84, расположенным поперечно в вертикальной плоскости Р.
Нижний конец каждой из стоек 81а, 81b установлен с возможностью перемещения скольжением, например, посредством отверстия, выполненного в упомянутом конце, на неподвижных осях 60а, 60b, выполненных на первой раме 6. Эти оси являются коаксиальными между собой и расположены поперечно в вертикальной плоскости Р.
Точно так же, верхний конец каждой из стоек 81а, 81b также установлен с возможностью перемещения скольжением, например, посредством отверстия, выполненного в упомянутом конце, на неподвижной оси 60’а, 60’b, выполненной на первой раме 6. Эти оси являются коаксиальными между собой и расположены поперечно в вертикальной плоскости Р.
Средства 82а, 82b привода второй рамы для перемещения относительно первой рамы представляют собой два одноступенчатых домкрата, установленных на первой раме с двух сторон от корпуса 84 второй рамы.
Согласно не показанной на фигурах версии, эти приводные средства могут также представлять собой один двухступенчатый домкрат, установленный на первой раме.
В первом варианте выполнения, описанном со ссылками на фиг.2 и 3, система подвески упомянутого сельскохозяйственного орудия содержит два крепления 41, 42, которые закреплены на уровне нижней части второй рамы с двух сторон от центральной плоскости.
Эти крепления установлены на лапках 41’, 42’, которые отходят от нижнего конца стоек 81а, 81b второй рамы в направлении, противоположном направлению перемещения сцепки, то есть назад. Эти крепления могут быть выполнены в виде крючков, собачек или любой другой крепежной детали.
Лапки 41’, 42’, продолженные креплениями 41, 42, установлены посредством поворотной связи вокруг вертикальной оси 10 на уровне нижней части второй рамы. Таким образом, когда вторая рама осуществляет поступательное перемещение относительно первой рамы, поворот, обеспечиваемый свободным перемещением креплений, способствует поступательному перемещению, не создавая напряжений, которые повлияли бы на траекторию сельскохозяйственной машины, и не сообщая чрезмерных боковых напряжений сельскохозяйственному орудию. Последнее автоматически и непрерывно уравновешивается и возвращается на требуемую траекторию, при этом перемещение сельскохозяйственной машины не нарушается механическими напряжениями. Допускаемое схождение между направлениями, которые принимают крепления, приводит к легкому повороту сельскохозяйственного орудия, который облегчает его перемещение смещения и который стабилизирует его на его естественной траектории.
Допускаемый угол поворота вокруг вертикальной оси 10 в целом составляет от 0 до +/–30° и предпочтительно от 0 до +/–8°.
Предпочтительно и согласно варианту выполнения, описанному со ссылками на фиг. 2 и 3, поворот креплений 41, 42 вокруг вертикальной оси 10 контролируют посредством двух домкратов 83а, 83b, при этом каждый из упомянутых домкратов связан с одним из креплений 41, 42. Эта конфигурация позволяет удерживать расстояние между креплениями 41, 42, что облегчает жесткую связь сельскохозяйственного орудия с второй рамой.
Согласно другому варианту, поворот креплений 41, 42 вокруг вертикальной оси 10 можно контролировать посредством только одного домкрата, связанного только с одним креплением 41 или 42. В этой конфигурации поворот крепления, контролируемый домкратом, приводит к повороту другого крепления через отклонение рамы самого сельскохозяйственного орудия.
Таким образом, контроль поворота креплений 41, 42 посредством двух домкратов позволяет возвращать сельскохозяйственное орудие в положение на оси направления перемещения. Действительно, если требуется поднять орудие, то необходимо поместить всю сцепку в положение на оси направления перемещения и препятствовать ее повороту и, следовательно, случайным боковым перемещениям.
На фиг. 7А, 7В, 8А и 8В представлены примеры применения домкрата для контроля поворота креплений 41 и 42.
На фиг. 7А и 7В представлен соответственно вид в продольном разрезе и вид сверху домкрата, оснащенного на каждом из своих концов шаровой опорой и тремя входами Х, Y и Z, образующими три камеры. В первом режиме работы текучая среда под давлением поступает только на входы Х и Y. При этом свободное вращение креплений оказывается заблокированным. Во втором режиме работы ни на один из входов не поступает текучая среда под давлением. При этом поршень может свободно перемещаться.
На фиг. 8А и 8В представлен соответственно вид в продольном разрезе и вид сверху двойного домкрата, оснащенного на каждом из своих концов шаровой опорой и двумя парами из двух входов Х, Y и X’, Y’, образующими каждый раз две камеры. В первом режиме работы, в котором клапаны S1 и S1’ активированы, текучая среда под давлением поступает только на входы Х и X’. При этом свободное вращение креплений оказывается заблокированным. Во втором режиме работы, в котором клапаны находятся в нейтральном положении, ни на один из входов не поступает текучая среда под давлением. При этом поршень может свободно перемещаться. Кроме того, этот двойной домкрат обеспечивает третий режим работы, в котором, когда клапаны S2 и S1’ активированы, домкрат задает перемещение вправо. Четвертый режим, соответствующий задаваемому перемещению влево, возможен, когда активированы клапаны S1 и S2’.
Предпочтительно, чтобы орудие могло естественным образом находить свою точку равновесия буксировки, лапки 41’, 42’, продолженные креплениями 41, 42, находящимися на уровне нижней части второй рамы, могут также поворачиваться в поперечном направлении, то есть вокруг поперечной оси.
Предпочтительно крепления 41, 42, находящиеся на уровне нижней части второй рамы, удерживаются подкосами 80а, 80b.
Предпочтительно можно добавить дополнительное крепление 40 на уровне верхней части второй рамы, чтобы удерживать орудие во время подъема и чтобы упомянутое орудие можно было поднять полностью.
Чтобы следовать балансирным перемещениям сельскохозяйственного орудия (эти перемещения вписываются в горизонтальную плоскость), крепление 40, находящееся на уровне верхней части второй рамы, может также поворачиваться вокруг вертикальной оси 10. Для этого крепление 40 может быть закреплено на уровне верхней части второй рамы и сельскохозяйственного орудия, например, посредством шарового шарнира.
Согласно второму варианту выполнения, описанному со ссылками на фиг. 4 и 5, вторая рама 8 содержит две стойки 81а, 81b, расположенные в вертикальной плоскости Р. Эти две стойки соединены на своем верхнем конце корпусом 84, продолженным удерживающим элементом 80, установленным с возможностью перемещения скольжением вдоль оси 60’, выполненной на первой раме. Каждый из нижних концов двух стоек 81а, 81b установлен с возможностью перемещения скольжением, например, посредством отверстия, выполненного в упомянутом конце, на неподвижной оси 60а, 60b, выполненной на первой раме 6, при этом упомянутая ось расположена поперечно в вертикальной плоскости Р.
Средства 82 привода второй рамы для перемещения относительно первой рамы представляют собой один двухступенчатый домкрат, установленный на первой раме.
Согласно варианту, приводные средства могут быть выполнены также в виде двух одноступенчатых домкратов, установленных на первой раме с двух сторон от корпуса 84 второй рамы.
Во втором варианте выполнения, описанном со ссылками на фиг.4 и 5, система подвески сельскохозяйственного орудия содержит, как и в первом варианте, два крепления 41, 42, которые закреплены на уровне нижней части второй рамы с двух сторон от центральной плоскости.
Эти крепления закреплены на лапках 80’a, 80’b, которые отходят от нижнего конца стоек 81а, 81b второй рамы. Эти крепления могут быть выполнены в виде крючков, собачек или любой другой крепежной детали.
Лапки 80’a, 80’b установлены посредством поворотной связи вокруг вертикальной оси 10 на уровне нижней части второй рамы. Таким образом, когда вторая рама осуществляет поступательное перемещение относительно первой рамы, поворот, обеспечиваемый свободным перемещением креплений, способствует поступательному перемещению, не создавая напряжений, которые повлияли бы на траекторию сельскохозяйственной машины, и не сообщая чрезмерных боковых напряжений сельскохозяйственному орудию. Последнее автоматически и непрерывно уравновешивается и возвращается на требуемую траекторию, при этом перемещение сельскохозяйственной машины не нарушается механическими напряжениями. Допускаемое схождение между направлениями, которые принимают крепления, приводит к легкому повороту сельскохозяйственного орудия, который облегчает его перемещение смещения и который стабилизирует его на его естественной траектории.
Допускаемый угол поворота вокруг вертикальной оси 10 в целом составляет от 0 до +/–30° и предпочтительно от 0 до +/–8°.
Предпочтительно и согласно варианту выполнения, описанному со ссылками на фиг. 2 и 3, поворот креплений 41, 42 вокруг вертикальной оси 10 контролируют посредством домкрата 83, связанного с одним из креплений 41. В этой конфигурации поворот крепления, контролируемый домкратом, приводит к повороту другого крепления через отклонение рамы самого сельскохозяйственного орудия. Эта конфигурация позволяет удерживать расстояние между креплениями 41, 42, что облегчает жесткую связь сельскохозяйственного орудия с второй рамой.
Согласно другому варианту, поворот креплений 41, 42 вокруг вертикальной оси 10 можно контролировать посредством двух домкратов, каждый из которых связан с одним из креплений 41, 42.
Таким образом, контроль поворота креплений 41, 42 посредством двух домкратов позволяет возвращать сельскохозяйственное орудие в положение на оси направления перемещения. Действительно, если требуется поднять орудие, то необходимо поместить всю сцепку в положение на оси направления перемещения и препятствовать ее повороту и, следовательно, случайным боковым перемещениям.
Что касается контроля поворота креплений 41 и 42, то, как и в предыдущем варианте, можно прибегнуть к применению домкратов, показанному на фиг. 7А, 7В, 8А и 8В.
Предпочтительно, чтобы удерживать орудие во время подъема и чтобы упомянутое орудие можно было поднять полностью, предусмотрено дополнительное крепление 40, установленное с возможностью поворота на удерживающем элементе.
Чтобы следовать балансирным перемещениям сельскохозяйственного орудия (эти перемещения вписываются в горизонтальную плоскость), крепление 40, находящееся на уровне верхней части второй рамы, может также поворачиваться вокруг вертикальной оси 10. Для этого крепление 40 может быть закреплено на уровне верхней части второй рамы и сельскохозяйственного орудия, например, посредством шарового шарнира.
Как в первом варианте выполнения, так и во втором варианте выполнения, чтобы точно контролировать поступательное перемещение второй рамы относительно первой рамы, вторая рама предпочтительно содержит датчик обратной связи С, который позволяет корректировать поступательное перемещение второй рамы и исправлять отклонения от заданного положения.
Предпочтительно, как в первом варианте выполнения, так и во втором варианте выполнения, через свободное пространство, образованное между двумя стойками второй рамы, проходят провода питания приводных средств 82, 82а, 82b, которые обеспечивают поступательное перемещение второй рамы относительно первой рамы.
Предпочтительно это свободное пространство может также служить проходом для линии механической трансмиссии привода сельскохозяйственного орудия, а также для прокладки гидравлических трубопроводов и/или электрических кабелей.
Таким образом, оба варианта выполнения иллюстрируют принцип изобретения, который состоит именно в перемещении второй рамы относительно первой рамы, чтобы возвращать сельскохозяйственное орудие в положение относительно траектории, определяемой системой GPS. Свобода поворота креплений обеспечивает поступательное перемещение сельскохозяйственного орудия во время его возврата в положение и позволяет ему двигаться вперед, не создавая ненормального бокового напряжения в конструкциях сцепки и орудия.
На фиг. 6 показано, что точка буксировки перемещается в боковом направлении, когда крепления поворачиваются. Этот угол соответствует отклонению сельскохозяйственного орудия относительно линии буксировки или когда вторая рама поступательно перемещается относительно первой рамы. Таким образом, это соответствует буксировке орудия с углом буксировки, облегчающим восстановление его центровки.
Это разделение между сельскохозяйственным орудием и трактором обеспечивает восстановление центровки орудия на его линии действия силы равновесия, не создавая напряжения жесткости, снижающего способность трактора удерживать свою траекторию, в том числе на поворотах и на склонах.
Кроме того, это расположение позволяет избегать передачи на сельскохозяйственную машину боковых толчков, связанных с асимметрией рельефа или усилий буксировки.
На фиг. 6 показана также геометрия сцепки, предписанная нормой ISO 730.
Таким образом, заявленное сцепное устройство представляет собой естественно стабильную и легко контролируемую механическую цепь. Кроме того, оно совместимо с линией трансмиссии сельскохозяйственного орудия и позволяет работать с орудиями, испытывающими большие тяговые усилия или оборудованные дисками в качестве рабочих элементов.
Оно позволяет также производить соединение с сельскохозяйственной машиной по трем обычным точкам сцепки, то есть без изменения компонентов сельскохозяйственной машины.
Разумеется, изобретение не ограничивается описанными выше примерами, и в эти примеры могут быть внесены различные изменения, не выходящие за рамки изобретения. Кроме того, различные отличительные признаки, формы, версии и варианты выполнения изобретения можно объединять друг с другом в различных комбинациях, если они не являются несовместимыми или исключающими друг друга.