Тормозная система лесозаготовительной машины

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкциям гидравлических тормозных систем лесозаготовительных машин типа харвестер и форвардер.
Тормозная система лесозаготовительной техники типа харвестер и форвардер должна обеспечивать эффективное торможение посредством подачи гидравлической жидкости под определенным давлением к тормозным камерам. Тормозные камеры, как правило, располагаются в корпусах ведущих мостов.
Особое внимание при проектировании тормозных систем лесозаготовительной техники уделяется обеспечению требований по функциональной безопасности в силу сложных условий эксплуатации.
В состав тормозной системы входят рабочая, запасная и стояночная тормозные системы. Ввиду наличия на борту автомобиля развитой гидравлической системы тормозные системы, как правило, выполняются гидравлическими.
Известна тормозная система для мобильных транспортных средств, в состав которой входит тормозная педаль с одноконтурным главным тормозным цилиндром. Главный цилиндр обеспечивает подачу управляющего гидравлического сигнала к тормозным механизмам передней оси и гидравлическому усилителю тормозного контура задней оси. Величина управляющего гидравлического сигнала пропорциональна усилию на тормозной педали. Тормозной усилитель реализует повышение тормозного давления в контуре и приводит в действие тормозные механизмы колес второй оси (см. патент US 3890012 A, МПК В60Т 13/12, В60Т 13/16, опубликован 17.06.1975).
Недостатком данной тормозной системы является применение одноконтурного главного тормозного цилиндра, так как при выходе его из строя рабочая тормозная система перестает функционировать.
Известна тормозная система, в состав которой входят две тормозные педали, работающие как по отдельности, так и параллельно, два главных тормозных цилиндра, преобразующих силу нажатия на тормозные педали в давление тормозной жидкости, и исполнительные тормозные цилиндры, установленные в тормозных механизмах барабанного типа. При выходе из строя одного из контуров тормозной системы, другой контур сохраняет работоспособность, что повышает надежность тормозной системы (см. патент US 3236340 A, МПК В60Т 11/24, опубликован 22.02.1966).
Недостатком данного технического решения является дублирование главного тормозного цилиндра, что приводит к повышению стоимости системы и увеличению трудоемкости обслуживания. Также применение для управления системой сразу двух тормозных педалей ухудшает условия труда оператора.
Известна тормозная система харвестеров Valmet 901.3 и 911.3, в состав которой входят рабочая, запасная и стояночные тормозные системы (см. https://cloud.mail.ru/public/4NRu/5C2ypBgdB, дата обращения 25.03.2021 г., Эксплуатация и обслуживание, Valmet 901.3 и 911.3, стр. 159).
В рабочей тормозной системе применены механически не связанные тормозные краны переднего и заднего тормозных контуров и гидравлическая тормозная педаль, включающая в себя двухконтурный главный тормозной цилиндр. Тормозные краны представляют собой золотниковые распределители. Переключение тормозных кранов рабочей тормозной системы Valmet осуществляется путем подачи гидравлической жидкости к каждому тормозному крану за счет нажатия на педаль и активации главного тормозного цилиндра. Создаваемое давление пропорционально силе нажатия на педаль.
В запасной тормозной системе в качестве управляющего устройства применен золотниковый электромагнитный дискретный распределитель. От распределителя рабочая жидкость подводится к двум челночным клапанам, в которых происходит сравнение ее давления с давлением жидкости от главного тормозного цилиндра педали. В качестве источника гидравлической жидкости для главного тормозного цилиндра применяется сливная линия гидравлической системы. Жидкость из сливной линии подводится к двухконтурному тормозному цилиндру по одному гидравлическому шлангу. А к управляющему устройству запасной тормозной системы жидкость подводится от гидроаккумулятора заднего тормозного контура.
Запас гидравлического давления в тормозной системе обеспечивается за счет использования гидроаккумуляторов переднего и заднего тормозного контуров. Потребное давление гидравлической жидкости в гидроаккумуляторах обеспечивается за счет применения группы гидро- и электроуправляемых золотниковых клапанов, активизирующихся посредством блока управления по сигналу о низком давлении от датчика давления.
Недостатком данного технического решения является подведение рабочей жидкости к главному тормозному цилиндру посредством трех рукавов высокого давления (РВД). Применение сразу трех РВД в машинах с вращающейся кабиной снижает максимальный угол поворота кабины и приводит к быстрому выходу РВД из строя в результате частых скручиваний при повороте кабины.
Еще одним недостатком является подача жидкости к главному тормозному цилиндру из сливной линии по одному шлангу, что снижает надежность системы. При обрыве шланга механизм не сможет обеспечить возникновение управляющего тормозного давления ни в одном из двух контуров. В тоже время запасная тормозная система для активации торможения использует давление, запасенное только в одном гидроаккумуляторе, что также снижает надежность системы.
Известна тормозная система харвестера Ponsse Ergo HS16, в состав которой входят рабочая и стояночная тормозные системы (см. http://q-e-x.narod.ru/Ergo.pdf, дата обращения 25.03.2021 г., Обучающая инструкция по обслуживанию Ponsse Ergo HS16, стр. 41).
Рабочая тормозная система срабатывает при нажатии тормозной педали, но при этом педаль активирует не главный тормозной цилиндр, а двухконтурный тормозной кран, представленный золотниковыми распределителями активации тормозной системы. В результате переключения тормозного крана каналы высокого давления соединяются с полостями подпружиненных поршней тормозного механизма, и машина осуществляет торможение.
Принцип работы рабочей тормозной системы аналогичен тормозной гидросистеме Valmet 901.3, за исключением того, что тормозной кран активируется напрямую от педали, а не посредством передачи механической энергии жидкости от гидроцилиндра тормозной педали. Такой вариант реализации тормозной системы рационально использовать с не вращающейся кабиной.
У рассматриваемой тормозной системы отсутствует отдельно выделенная запасная тормозная система, но имеется дополнительная педаль, которая приводит в действие распределитель основной педали, посредством соединения канала высокого давления с пилотным каналом распределителя основной педали. Описанный способ торможения является не запасной, а альтернативной тормозной системой, так как предусмотрен для того, чтобы оператор мог тормозить, развернувшись в кабине в противоположную от передней части машины сторону за счет использования поворотного рабочего места. Запасная тормозная система в данном автомобиле реализована заодно со стояночной тормозной системой. Запас гидравлического давления обеспечивается за счет использования гидроаккумуляторов переднего и заднего тормозного контуров. Заданное давление гидравлической жидкости в аккумуляторах обеспечивается за счет применения группы гидро- и электроуправляемых золотниковых клапанов, активизирующихся посредством блока управления при подаче датчиком давления сигнала о низком давлении.
Недостатком данного технического решения является отсутствие отдельной запасной тормозной системы и применение совмещенного тормозного крана, в котором золотники переднего и заднего тормозного контура связаны между собой посредством механической связи. Наличие механической связи является недостатком в силу того, что при заклинивании одного из золотников второй также будет заблокирован и осуществить торможение будет невозможно.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению и принятая в качестве прототипа является тормозная система харвестера Timberjack 1270 В, для которой в контурах гидравлической системы рабочей тормозной системы в качестве золотникового распределителя активации подачи жидкости к тормозным камерам. Данный тормозной кран работает так, что при нажатии на педаль тормоза посредством одноконтурного главного тормозного цилиндра происходит подача гидравлической жидкости из бака под давлением пропорциональным силе нажатия на педаль в пилотную камеру управления верхнего золотника, что вызывает его перемещение, вызывающее одновременно перемещение нижнего золотника за счет механической связи между ними (тормозного крана) используются два совмещенных гидравлических распределителя (см. https://cloud.mail.ru/public/NA1S/aMgK4TCzC, дата обращения 25.03.2021 г., Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию, Timberjack 1270 В, стр. 142).
Запасная тормозная система реализована за счет применения пропорционального клапана автоматического торможения, который подает гидравлическую жидкость во вторую пилотную гидравлическую камеру верхнего золотника тормозного крана, что позволяет данной системе работать параллельно тормозной системе, активируемой механической педалью. Запас гидравлического давления обеспечивается за счет использования гидроаккумуляторов переднего и заднего тормозного контура.
Заданное давление гидравлической жидкости в аккумуляторах обеспечивается за счет применения группы гидро- и электроуправляемых золотниковых клапанов, активизирующихся посредством блока управления при подаче датчиком давления сигнала о низком давлении.
Недостатком данного технического решения является наличие механической связи между распределителями активации заднего и переднего контура рабочей тормозной системы. Механическая связь была применена с целью синхронного срабатывания передних и задних тормозных механизмов. Но в таком случае заклинивание одного золотника приводит к блокировке другого и потере работоспособности обоими контурами тормозной системы.
Другим недостатком является применение одноконтурного главного тормозного цилиндра, что в случае повреждения бака либо шланга, соединяющего бак и главный тормозной цилиндр, приведет к невозможности осуществлять торможение посредством механической тормозной педали.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение функциональной безопасности тормозной системы лесозаготовительной машины.
Для решения поставленной задачи в тормозной системе лесозаготовительной машины, содержащей механическую тормозную педаль с установленным на ней главным тормозным цилиндром, соединенный с цилиндром гидравлический бак, тормозные краны переднего и заднего тормозного контуров, подключенные к тормозным механизмам переднего и заднего тормозных контуров, гидроаккумуляторы переднего и заднего тормозного контура, гидравлический блок с клапанной аппаратурой и челночным клапаном, установленным перед золотниковым распределителем запасной тормозной системы, вычислительный блок управления и датчики давления в контурах гидроаккумуляторов, главный тормозной цилиндр выполнен двухконтурным, тормозные краны переднего и заднего тормозных контуров не связаны механически друг с другом, кроме того дополнительно установлены датчик положения тормозной педали, челночные клапаны в гидравлических линиях управления тормозными кранами, датчики давления в гидравлических линиях, соединяющих тормозные краны и главный тормозной цилиндр, и датчики давления, установленные после тормозных кранов в переднем и заднем тормозных контурах.
Совокупность существенных признаков, заключающаяся в том, что главный тормозной цилиндр выполнен двухконтурным, тормозные краны переднего и заднего тормозных контуров не связаны механически друг с другом, кроме того дополнительно установлены датчик положения тормозной педали, челночные клапаны в гидравлических линиях управления тормозными кранами, датчики давления в гидравлических линиях, соединяющих тормозные краны и главный тормозной цилиндр, и датчики давления, установленные после тормозных кранов в переднем и заднем тормозных контурах, позволяет обеспечить лучшую функциональную безопасность тормозной системы лесозаготовительной машины за счет реализации полностью независимой работы переднего и заднего тормозного контура при работе рабочей и запасной тормозных систем в случае повреждения любого участка тормозного контура и наличия датчиковой аппаратуры, позволяющей системе самостоятельно диагностировать и принимать решение о необходимости торможения в случае аварийной ситуации.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена схема тормозной системы лесозаготовительной машины.
Представленная тормозная система включает в себя два тормозных механизма 1 и 2 передней оси, два тормозных механизма 3 и 4 задней оси, тормозной кран 5 передней оси, тормозной кран 6 задней оси, механическую тормозную педаль 7, гидравлический блок 8 с клапанной аппаратурой, вычислительный блок (ВБ) 9 и гидроаккумулятор 10 переднего тормозного контура и гидроаккумулятор 11 заднего тормозного контура.
Тормозная система подключается к гидравлической системе машины, которая обеспечивает подачу гидравлической жидкости в порт Р и слив гидравлической жидкости через порт Т гидравлического блока 8. Для обеспечения требуемого значения давления гидравлической жидкости, запасаемой в гидроаккумуляторах 10 и 11, применяется редукционный клапан 12, обеспечивающий понижение давления от входного порта к контурам тормозной системы. Два тормозных контура отделены друг от друга двумя обратными клапанами 13 и 14 переднего тормозного контура и заднего тормозного контура соответственно. Гидравлическая жидкость при подаче постепенно заполняет гидроаккумулятор 10 переднего и гидроаккумулятор 11 заднего тормозных контуров, сжимая предварительно закачанный в них азот вплоть до требуемого целевого значения тормозного давления, которое регистрируется посредством датчика давления 15 в переднем тормозном контуре и датчика давления 16 в заднем тормозном контуре. При достижении целевого давления датчики давления 15 и 16 подают соответствующий электрический сигнал на вычислительный блок 9, который обеспечивает управление процессом подкачки гидравлической жидкости в контуры тормозной системы. В случае падения давления в одном из гидроаккумуляторов 10 и 11 тормозной системы один из датчиков давления 15 или 16 регистрирует данное изменение и подает сигнал на вычислительный блок 9. При этом данный блок подает управляющий сигнал активации на электромагнитную катушку золотникового распределителя 17 управления давлением в переднем тормозном контуре или золотникового распределителя 18 управления давлением в заднем тормозном контуре. Данные золотниковые распределители 17 и 18 связаны с тормозными контурами и передают соответствующий управляющий гидравлический сигнал в гидравлическую систему автомобиля в виде максимального результирующего значения давления гидравлической жидкости в сигнальном гидравлическом порту LS посредством челночного клапана 19. Для ограничения максимального давления в каждом тормозном контуре установлены предохранительный клапан 20 переднего тормозного контура и предохранительный клапан 21 заднего тормозного контура. Указанные клапана 20 и 21 сбрасывают в сливной порт излишки гидравлической жидкости из соответствующего тормозного контура в случае возрастания целевого давления в данных контурах, например, при нагреве гидравлической жидкости.
Рабочая тормозная система начинает свою работу при нажатии оператором на тормозную педаль 7. Шток тормозной педали оказывает непосредственное воздействие на поршневой шток двухконтурного главного тормозного цилиндра 22. В главном тормозном цилиндре 22 механическое усилие преобразуется в давление гидравлической жидкости, которое через рукава высокого давления передается в управляющую камеру тормозного крана 5 переднего тормозного контура и из второй камеры главного тормозного цилиндра 22 - в тормозной кран 6 заднего тормозного контура. Подача гидравлической жидкости в главный тормозной цилиндр 22 осуществляется из гидравлического бака 23. Возникающее давление гидравлической жидкости в управляющих камерах тормозных кранов 5 и 6 вызывает перемещение их золотников, так что тормозные краны обеспечивают подачу гидравлической жидкости от напорных линий гидроаккумуляторов 10 и 11 переднего и заднего тормозного контура к исполнительным тормозным механизмам 1 и 2 переднего тормозного контура и тормозным механизмам 3 и 4 заднего тормозного контура.
Запасная тормозная система обеспечивается работой пропорционального электроуправляемого редукционного золотникового распределителя 24. В случае необходимости включения запасной тормозной системы вычислительный блок 9 подает управляющий электрический сигнал на электромагнитную катушку распределителя 24 запасной тормозной системы, который подает управляющий гидравлический сигнал на тормозные краны 5 и 6 переднего и заднего тормозных контуров. Приоритет управляющего гидравлического сигнала, подаваемого от главного тормозного цилиндра 22 и распределителя 24 запасной тормозной системы, определяется посредством челночных клапанов 25 и 26 для переднего тормозного контура и для заднего тормозного контура соответственно. Гидравлическая жидкость в золотниковый распределитель 24 поступает от гидроаккумуляторов 10 и 11 переднего и заднего тормозных контуров. Приоритет определяется посредством челночного клапана 27 запасной тормозной системы. Приоритет в выборе источника гидравлической жидкости для золотникового распределителя 24 запасной тормозной системы обеспечивает гарантированную подачу гидравлической жидкости данным распределителем 24 к тормозным кранам 5 и 6, даже при падении давления в одном из тормозных контуров.
Функциональная безопасность данной тормозной системы обеспечивается за счет применения датчиковой аппаратуры. В ее состав входят: концевой датчик 28 положения тормозной педали, датчик давления 29 в управляющем контуре главного тормозного цилиндра 22 переднего тормозного контура, датчик давления 30 в управляющем контуре главного тормозного цилиндра 22 заднего тормозного контура, датчик давления 31 в переднем тормозном контуре, датчик давления 32 в заднем тормозном контуре. Так, при нажатии на педаль тормоза 7, концевой датчик 28 передает сигнал вычислительному блоку 9 о желании водителя начать торможение, а также обеспечивает условие включения сигнальных фонарей торможения. В случае повреждения одного из управляющих контуров главного тормозного цилиндра 22 датчики давления 29 или 30 передают сигнал вычислительному блоку 9 об этой неисправности. Вычислительный блок 9 реализует появление информационного сообщения о неисправности у оператора на приборной панели. При этом торможение обеспечивается за счет оставшегося исправного управляющего тормозного контура главного тормозного цилиндра 22 и одного из тормозных кранов 5 или 6. В случае выхода из строя главного тормозного цилиндра 22 или бачка 23 при нажатой педали тормоза 7 концевой датчик 28 передает сигнал вычислительному блоку 9 о желании водителя начать торможение, а также обеспечивает условие включения сигнальных фонарей торможения. При этом датчики давления 29 и 30 передают сигнал вычислительному блоку 9 об отсутствии давления гидравлический жидкости в линиях управления главного тормозного цилиндра 22. Данное рассогласование между показаниями датчиков обрабатывается вычислительным блоком 9. Последний в свою очередь подает электрический сигнал активации на электромагнитную катушку золотникового распределителя 24 запасной тормозной системы. Данный распределитель через челночные клапана 25 и 26 подает управляющее воздействие на тормозные краны 5 и 6 переднего и заднего тормозных контуров. Так, процесс торможения обеспечивается вплоть до полной остановки автомобиля, а на приборной панели оператора появляется информационное сообщение о неисправности, поступающее от вычислительного блока 9. В случае отсутствия подачи гидравлической жидкости в порт Р гидравлического блока 8 процесс торможения обеспечивается за счет постепенной разрядки гидроаккумуляторов 10 и 11 переднего и заднего тормозных контуров до тех пор, пока реализуемое ими давление не приблизится к нижнему порогу своего значения. Данное значение будет регистрироваться датчиками давления 15 и 16. Эти датчики также сигнализируют вычислительному блоку 9, что давление приближается к минимальному. При этом вычислительный блок 9 обеспечит возникновение на приборной панели оператора информационного сообщения о неисправности.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность и безопасность работы гидравлической тормозной системы лесозаготовительной машины, что повышает функциональную безопасность тормозной системы лесозаготовительной машины.
Заявляемое техническое решение 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».