Машина самоходная сельскохозяйственная

Область техники, к которой относится полезная модель
Предлагаемая полезная модель относится к области сельскохозяйственной техники, может быть использована
- при конструировании и производстве самоходной сельскохозяйственной уборочной машины с электрогидравлическим приводом, например, зерноуборочного комбайна с электрическим и гидравлическим приводом рабочих органов и ходовой части, в том числе модификации серийно выпускаемых сельскохозяйственных машин для уборки урожая с механическим приводом рабочих органов и ходовой.
Уровень техники
Общераспространенным вариантом самоходной сельскохозяйственной уборочной машины, впоследствии машины, являются серийно выпускаемые зерноуборочные комбайны с приводом рабочих органов, осуществляемым многообразными механическими: клиноременными и цепными передачами (Горшенин В., Михеев Н. и др. Машины для уборки зерновых культур: учебное пособие. - 2006 г.) Клиноременные передачи используются для более нагруженных рабочих органов с большой частотой вращения; для тихоходных передач используют цепи разнообразных конструкций. Ременчатые передачи характеризуются значительными габаритами, увеличенными перегрузками на валы, непостоянством передаточного отношения, незначительным ресурсом ремня, требуют защиты ремня от попадания масла и прочих загрязнений. Цепные передачи кроме указанных недостатков имеют увеличенный уровень шума. Ременные и цепные передачи, требуют в конструкции дополнительных устройств для регулирования частоты вращения, скажем вариаторов, накладывают значительные ограничения при компоновке рабочих органов и силовой конструкции комбайна. Известен (RU 106075, A01D 69/00, A01D 41/12) - уборочный комбайн, имеющий двигатель внутреннего сгорания, впоследствии ДВС, кинематически объединенный с генератором электрического тока. В известном комбайне исполнительные электрические двигатели, запитанные от генератора и объединенные с приводом колес ходовой части комбайна и с ведущими валами рабочих агрегатов комбайна, исполнены в варианте бесколлекторных электродвигателей, присоединенных к генератору электрического тока посредством преобразователей тока, автоматизированная система управления комбайном осуществлена с возможностью регулирования частоты вращения роторов исполнительных электродвигателей и ведущих валов рабочих агрегатов комбайна и с возможностью работы каждого исполнительного двигателя независимо по отдельности, электрокабели, объединяющие агрегат с исполнительными электродвигателями приводов колес ходовой части комбайна и ведущими валами приводов рабочих агрегатов комбайна. Из уровня техники известны недостатки использования электропривода в ходовой части машины, где требуется передача высоких значений вращающего момента при относительно небольших рабочих скоростях. Кроме того, в сельскохозяйственных, как и строительных, машинах используются узлы, в частности гидроцилиндры, работающие на гидравлике. Поэтому в сельскохозяйственной технике сочетание гидропривода и электропривода оказывается более эффективным, чем полный электропривод. Также известен RU 182485 Компоновка сельскохозяйственной уборочной машины содержащий генератор и гидронасос с приводом от ДВС, предлагающий решение этой проблемы, однако реализованное в нем решение имеет недостатки - для привода гидронасоса используется критикуемая в том же решении ременная передача, но самое главное, ременная передача создает значительную боковую нагрузку на носке коленвала ДВС, требует установки массивного шкива с упругой муфтой. При параллельном расположении оси гидронасоса и коленвала ДВС, как указано в RU182485, применение другой механической передачи, цепной или зубчатой цилиндрической также связано с необходимостью согласования с производителем ДВС и не всегда возможно. Поэтому оптимальный вариант, когда по причине ограниченности продольного габарита не может быть соосная установка гидронасоса, это угловая коническая передача. Это решает и вопрос соблюдения габаритов, позволяет использовать серийный дизель- или газопоршневой электрогенератор. Надо отметить, что благодаря работе ДВС на постоянной частоте, требуемой для генератора и при более высоких оборотах по сравнению с ДВС для механического привода рабочих органов, использование электроприводов для рабочих органов, на 25..30% снижается требуемая мощность ДВС, а вес и габариты ДВС за счет повышения оборотов снижаются почти вдвое.
Задача реализации настоящей полезной модели, заключается в применении предложенной компоновки силовой установки для размещения в моторном отсеке серийно выпускаемой сельскохозяйственной уборочной машины, например, зерноуборочного комбайна.
Раскрытие сущности полезной модели.
В настоящей полезной модели предлагается сельскохозяйственная самоходная машина для сбора урожая, например зерноуборочный комбайн включающая дизельный или газовый ДВС, кинематически связанный с генератором электрического тока и гидравлическим насосом, интеллектуальную систему управления, обеспечивающую согласование работы ДВС и устройств с электрическим и гидростатическим приводом, корпус, кабину, рабочие органы, колесную ходовую часть.
Согласно техническому решению двигатель внутреннего сгорания, кинематически связанный с генератором электрического тока, и кинематически связанный с гидравлическим насосом в сочетании с электро- и гидроприводными устройствами замещают силовую установку вместе с механическими передачами и приводами серийно выпускаемого зерноуборочного комбайна с механическими приводами, выигрывая при этом в расходе топлива и занимаемом объеме, причем генератор электрического тока соединен с ДВС посредством фланцевого соединения с маховиком, установленным на коленчатом валу двигателя внутреннего сгорания, гидравлический насос соединен с носком коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания со стороны, противоположной от маховика посредством механической передачи, например конической, причем ось вала гидравлического насоса перпендикулярна оси коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания, причем ось вала гидравлического насоса сориентирована относительно корпуса двигателя внутреннего сгорания горизонтально, вертикально или под любым углом.
Далее сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана общая схема приводов машины.
На фиг. 2 показана компоновка силовой установки.
На фиг. 3 показан пример расположения силовой установки на машине.
Для многоагрегатных сельскохозяйственных машины для уборки урожая, например зерноуборочных комбайнов, сочетание гидропривода и электропривода оказывается более эффективным, чем полный электропривод. Поэтому подключение гидронасоса непосредственно к ДВС энергетически экономичнее и компактнее чем электропривод гидронасоса от электрогенератора. Предлагаемая компоновка позволяет создать силовую установку машины компактной. Электрический ток от генератора, передаваемый через электрокабели и частотные преобразователи тока (ПЧВ), используется для привода рабочих органов машины посредством электрических двигателей, взамен механических передач. Под рабочими органами машины понимается, например жатка, мотовило, режущий аппарат и шнек жатки, транспортер наклонной камеры, битер, молотильный барабан, стрясная доска, решета, соломотряс и другие устройства.
Преимущества электропривода рабочих органов машины известны: автоматическое бесступенчатое регулирование частоты вращения в широком диапазоне; отсутствие жесткой кинематической связи между агрегатами электрического привода, что позволяет создать различные компоновочные схемы; более высокую надежность и долговечность электрических машин в сравнении с механическими передачами; повышенный КПД привода; простота синхронизации рабочих органов и низкий уровень шума. Электрические устройства надежны, требуется минимальное техническое обслуживание. Гидромотор привода колес ходовой части машины, гидроцилиндры, дополнительные гидравлические механизмы, другие вспомогательные системы и внешние устройства с гидроприводом запитаны по гидролиниям от гидравлического насоса.
Использование гидравлического привода ходовой части и сокращает массу машины, повышает быстродействие, так как операции пуска, реверса и останова выполняются гидроприводом значительно быстрее, чем другими приводами; служит для простого и надежного предохранения приводящего двигателя и элементов гидропривода от перегрузок; создает возможность длительной и устойчивой работы под нагрузкой при малых скоростях и возможность реверсирования движения и торможения без специальных устройств, устойчиво к воздействию влаги.
На фиг. 1 показана общая схема приводов машины, которая содержит ДВС 1, кинематически соединенный со стороны маховика с генератором электрического тока 2, со стороны носка коленчатого вала с гидравлическим насосом 3, отличающимся угловым кинематическим соединенем, которое по сравнению с ременным не создает значительной боковой нагрузки. От генератора электрического тока 2 через электрокабели, под управлением интеллектуального блока управления машиной 4, обеспечивающего согласование работы двигателя и устройств с гидравлическим и электрическим приводом, запитаны исполнительные электрические приводы с ПЧВ 5 и без ПЧВ 6, связанные с ведущими валами рабочих органов комбайна, включающих до 18 и более приводов и внешних электропотребителей 11.
От насоса 3 по гидравлическим линиям через гидрораспределители гидромоторы 7 привода ходовой части машины, гидроцилиндры 8, вспомогательные гидравлические механизмы 9, например рулевое управление, другие вспомогательные системы и внешние устройства с гидроприводом 10.
На фиг. 2 изображена схема предлагаемого технического решения, где генератор электрического тока 2 соединен посредством фланцевого соединения с маховиком (не показан), установленным на коленчатом валу (не показан) ДВС 1, гидравлический насос 3 соединен с носком коленчатого вала ДВС 1 со стороны противоположной от маховика посредством механической передачи 12, например конической, причем ось вала гидравлического насоса 3 перпендикулярна оси коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания 1, причем ось вала гидравлического насоса 3 сориентирована относительно корпуса двигателя внутреннего сгорания 1 горизонтально, вертикально или под любым углом.
Данное техническое решение изображено на фиг. 3, позволяет применить предложенную компоновку силовой установки в составе двигателя внутреннего сгорания 1, электрогенератора 2 и гидронасоса 3, установив ее на место двигателя внутреннего сгорания серийновыпускаемой сельскохозяйственной уборочной машины, например, зерноуборочного комбайна без изменения компоновки рабочих органов, что позволяет с минимальными затратами на подготовку производства начать изготовление комбайна с электрическими приводами рабочих органов, обеспечивает реализацию преимуществ гидростатического привода ходовой части и электрического привода рабочих органов 5 и 6, что в свою очередь на 30..35% снижает расход топлива, повышает производительность комбайна, позволяет перейти на автоматическое управление, в т.ч. в перспективе на беспилотное.
Осуществление
На основании предложенной полезной модели спроектирован, изготовлен и испытан опытный образец серии зерноуборочных электрокомбайнов, причем на долю электропривода приходится до 70% мощности, на долю гидропривода до 30% мощности ДВС, проведенные полевые испытания подтвердили 30..35 процентное снижение расхода топлива по сравнению с комбайном с механическими приводами рабочих органов.