СПОСОБ ПОВОРОТА ДВИЖИТЕЛЯМИ И УСТРОЙСТВО РУЛЕВОЕ ТРАКТОРА
METHOD OF TURNING BY PROPULSORS AND TRACTOR STEERING DEVICE

Изобретение относится к способу поворота трактора движителями и к устройству рулевому трактора.
Известны способы поворота трактора по SU 1748683 [1], SU 18179958 [2], по RU 44095 [3] и др.
Недостаток способов по [1] и [2] в недостаточной реакции поворотных колес, в том числе приводных, для точного вождения трактора с навесным широкозахватным культиватором по междурядьям пропашной культуры.
Известен способ поворота движителями при движении трактора прямым и задним ходом, по которому вращающий момент от двигателя подводят к движителям механической трансмиссией, а вращающий момент на увеличение частоты ротации забегающего движителя и уменьшение частоты ротации отстающего движителя подводят от двигателя гидравлическим приводом с регулируемым насосом одностороннего вращения, причем вращением руля регулируют производительность насоса гидравлического привода и величину радиуса траектории трактора на повороте безступенчато, например, по RU 44095 [3] - прототип.
Недостаток его в том, что для поворота при движении трактора задним ходом руль вращают в противоположную сторону от направления поворота. Для поворота влево (вправо) по ходу движения трактора задним ходом руль вращают вправо (влево), что не только неудобно, но и опасно.
Технический результат - поворот трактора движителями в сторону вращения руля на переднем и заднем ходу.
Сущность способа, по которому для поворота движителями при движении трактора прямым и задним ходом вращающий момент от двигателя подводят к движителям механической трансмиссией, а вращающий момент на увеличение частоты ротации забегающего движителя и уменьшение частоты ротации отстающего движителя подводят от двигателя гидравлическим приводом с регулируемым насосом одностороннего вращения, причем вращением руля регулируют производительность насоса гидравлического привода и величину радиуса траектории трактора на повороте бесступенчато, в том, что в соответствии с изобретением при движении трактора задним ходом связь руля с регулируемым насосом одностороннего вращения инверсируют.
Благодаря этому повышают безопасность и удобство вождения трактора передним и задним ходом.
Известны устройства рулевые колесных тракторов, например, по SU 1685283 [4], по SU 1748683 [1], по книге «Рулевое управление колесных тракторов» [5], устройство рулевое гусеничного трактора по книге «Трактор Т-150» [6], с.135…146, рис.68, управление транспортным средством по RU 44095 [3] и др.
Недостаток устройств рулевого управления колесного трактора no [1], [2], [4] в недостаточной реакции от поворотных колес, в том числе приводных, то есть поворотных движителей, для точного вождения трактора по междурядьям с навесным широкозахватным культиватором, а также на транспортных работах при малом коэффициенте сцепления колес с поверхностью пути, например, в распутицу. Недостаток устройства рулевого по [6] в том, что (по инструкции) его рекомендуют использовать на рабочем гоне, а на развороте в конце гона, при движении трактора без тяговой нагрузки и в других случаях используют другое устройство поворота трактора [6], с.247, абзац 1 и 2 снизу.
Известно устройство рулевое трактора, содержащее руль, связанный гидроусилителем с гидроцилиндрами регулирования производительности насоса одностороннего вращения, выходные-входные каналы которого сообщены с входными-выходными каналами гидромотора, вал которого соединен кинематически с механизмом управления частотами ротации левого и правого движителя, например устройство рулевое по RU 44095 [3] - прототип.
Таким устройством включают подачу масла от насоса к гидромотору механизма поворота трактора неповоротными движителями по одному из двух маслопроводов 22 и 23. При этом поворотом руля в одну сторону подают масло к гидромотору по маслопроводу 22, а поворотом руля в другую сторону масло подают к гидромотору по маслопроводу 23, [3], 3-й и 2-й абзацы снизу на с.3 описания изобретения.
Недостаток его в том, что для поворота при движении задним ходом руль необходимо вращать в противоположную сторону от направления поворота. Для поворота влево (вправо) по ходу движения задним ходом руль вращают вправо (влево), что не только неудобно, но и опасно.
Недостаток также в том, что при использовании насоса объемного гидропривода типа ГСТ-90 скорость изменения радиуса поворота трактора явно недостаточна потому, что для реверса потока масла гидроусилителем такого насоса необходимо 4,0…6,5 сек (техническая характеристика) [7], с.4.
Технический результат изобретения - во вращении руля сонаправленно с желаемым поворотом трактора как при движении передним ходом, так и при движении задним ходом с достаточной скоростью изменения радиуса поворота.
Сущность изобретения в том, что в устройстве рулевом трактора, содержащем руль, связанный гидроусилителем с гидроцилиндрами регулирования рабочего объема насоса одностороннего вращения, выходные-входные каналы которого сообщены с входными-выходными каналами гидромотора, вал которого соединен кинематически с механизмом управления частотами ротации левого и правого движителя; по изобретению гидроцилиндры регулирования производительности насоса одностороннего вращения сообщены маслопроводами с управляющими каналами гидроусилителя руля через двухпозиционный распределитель, имеющий возможность инверсировать гидравлическую связь с управляющими каналами гидроусилителя при включении скорости заднего хода.
Благодаря этому повышают безопасность и удобство вождения трактора передним и задним ходом.
Устройство рулевое выполнено, например, следующим образом.
На чертеже изображена принципиальная схема устройства рулевого.
Условные обозначения на чертеже:
1 - двигатель трактора (далее двигатель),
2 - муфта сцепления (далее муфта),
3 - соединительная муфта (далее муфта),
4 - объемного гидропривода типа ГСТ-90 [7] регулируемый аксиально-плунжерный насос одностороннего вращения, у которого гидрораспределитель регулятора [8], с.8, 9, рис.2, позиция 87, демонтирован (далее насос),
5 - коробка переключения передач (далее КПП),
6 - руль,
7 - насос-дозатор, например, типа НДМ80-У125… НДМ80-У250 [9], с.58…60 (далее дозатор),
8 - насосная станция, содержащая бак с маслом, шестеренный насос, предохранительный клапан, масляный фильтр (далее питатель),
9 - двухпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель типа ГА-31000 [9], с.131, оснащенный дополнительно фиксатором каждой позиции (далее инвертор),
10 - гидроцилиндры регулирования рабочего объема насоса 4 [8], с.8, 9, рис.2, позиция 9, 28, 30, поршневые полости которых сообщены маслопроводами с инвертором 9 (далее цилиндры),
11 - механизм управления частотами ротации левого и правого движителя (далее механизм),
12 - планетарный редуктор (далее редуктор),
13 - первое звено редуктора 12, например эпицикл (далее эпицикл),
14 - шестерня привода эпицикла 13 от выходного вала КПП 5 (далее шестерня),
15 - выходной вал КПП 5 (далее вал),
16 - второе звено редуктора 12, например водило (далее водило),
17 - выходной вал редуктора 12 - вал водила 16 (далее вал),
18 - третье звено редуктора 12, например солнечная шестерня (далее шестерня),
19 - шестерня взаимосвязи шестерен 18 редукторов 12 (далее шестерня),
20 - шестерня, связанная кинематически с шестернями 18 через шестерни 19 (далее шестерня),
21 - высокооборотный гидромотор с рабочим объемом, в разы меньшим, чем рабочий объем насоса 4, например винтовой гидромотор [10], с.117, параграф 60, рис.68 (далее мотор),
22 - маслопровод гидравлической связи мотора 21 с насосом 4 (далее маслопровод),
23 - маслопровод гидравлической связи мотора 21 с насосом 4 (далее маслопровод),
24 - двусторонний гидрозамок на входе-выходе мотора 21 (далее замок),
25 - муфта свободного хода двойного двустороннего действия [11], c.215, 216, рис.VI, 2, в (далее муфта),
26 - управляемый тормоз вилки муфты 25 (далее тормоз),
28 - бортовой редуктор (далее редуктор),
27 - карданный вал связи редуктора 28 с механизмом 11 (далее кардан),
29 - гусеничный (другой вариант: колесный с пневматической шиной) движитель трактора (далее движитель),
30 - понижающий редуктор с большим передаточным отношением, например вариант:
а) планетарный редуктор no [12], с.142, рис.5,
б) волновой редуктор с основными параметрами по ГОСТ 23108 - 75, [12], с.196, табл.6.10,
в) волновой редуктор с коротким гибким колесом [13], с.145, рис.8.1 (далее редуктор),
31 - линия связи, например, механическими звеньями золотника инвертора 9 с ползуном вилки включения передачи заднего хода в КПП 5.
Коленчатый вал двигателя 1 муфтами 2 и 3 соединен с насосом 4 и КПП 5. Руль 6 соединен с валом дозатора 7, входной и выходной каналы которого сообщены маслопроводами с питателем 8, а управляющие каналы через инвертор 9 сообщены с цилиндрами 10 насоса. К корпусу КПП прикреплен корпус механизма 11, содержащий два редуктора 12 (левый и правый). Левый (правый) эпицикл 13 этих редукторов через шестерню 14 связан кинематически с шестерней на выходном валу 15 КПП, левое (правое) водило 16 жестко соединено с левым (правым) валом 17, сателлиты водила зацеплены с левым (правым) эпициклом и соответственно с левой (правой) шестерней 18. Эти шестерни связаны между собой левой и правой шестернями 19, причем правая выполнена с двумя зубчатыми венцами и соединена с шестерней 20, связанной кинематически с мотором 21. Его входные-выходные каналы сообщены маслопроводами 22 и 23 с насосом объемного гидропривода через замок 24. На конце левого (правого) вала 17 установлена левая (правая) муфта 25, вилка которой связана с левым (правым) тормозом 26, а звездочка соединена с левым (правым) карданом 27. При этом левый (правый) кардан через левый (правый) редуктор 28 связан с левым (правым) движителем 29.
Редуктор 30 выполнен по одному из вариантов а), б), в). Его быстроходный вал соединен с валом мотора 21, а тихоходный вал соединен с шестерней 20 механизма 11. Золотник инвертора 9 связан с ползуном вилки включения передачи заднего хода в КПП 5 так, что при выключенной передаче переднего хода инвертор 9 находится в позиции, изображенной на чертеже к настоящему описанию. При включенной передаче заднего хода инвертор 9 находится в другой позиции из двух возможных, то есть в позиции инверсирования связи руля 6 с цилиндрами 10 насоса 4.
Работают рулевым устройством следующим образом.
Для прямолинейного движения трактора передним ходом (задним ходом) руль 6 устанавливают в позицию, соответствующую нулевому рабочему объему насоса 4. Если насос 4 не находится в позиции нулевого рабочего объема, то этим пружинами цилиндров 10 создают разное давление в управляющих каналах дозатора 7 и облегчают перевод насоса 4 рулем 6 в позицию нулевого рабочего объема. Заводят двигатель 1, включают передачу переднего (заднего) хода КПП 5. Поэтому шестерней на валу 15 вращают шестерни 14 и оба эпицикла 13 против часовой стрелки (по часовой стрелке), если смотреть по ходу движения при включенной передаче переднего хода, то есть если смотреть в сторону двигателя 1 (и далее смотреть так же). Через сателлиты водил 16 вращающий момент от эпициклов прикладывают к валам 17, а реактивный момент прикладывают к шестерням 18, которые через шестерни 19 и 20 передают реактивный крутящий момент на тихоходный вал редуктора 30. Этим редуктором реактивный вращающий момент передают к его быстроходному валу и далее к валу мотора 21 многократно уменьшенным соответственно величине передаточного отношения. Поэтому продавить существенное количество масла между входными-выходными каналами внутри мотора, имеющего малый рабочий объем, невозможно, а по маслопроводам 22, 23 и через распределитель насоса 4 также невозможно, так как маслопроводы перекрыты замком 24. При достаточно большом передаточном отношении редуктора 30 реактивный момент к его быстроходному валу и валу мотора 21 уменьшают еще больше благодаря эффекту самоторможения повышающей передачи из-за пониженного коэффициента полезного действия. Поэтому вращающий момент передают водилами 16 на валы 17 и вращают их синхронно. Далее валами 17 через муфты 25, карданы 27, редукторы 28 подводят вращающие моменты к движителям 29 и вращают их также синхронно, чем достигают необходимой прямолинейности движения трактора.
Для входа в поворот влево (вправо) при движении трактора передним ходом вращают руль 6 влево (вправо) по ходу движения. Этим насос 4 выводят из позиции нулевого рабочего объема, масло по маслопроводу 23 (22) подают к мотору 21 и вращают его вал по часовой стрелке (против часовой стрелки), шестерни 19 и 18 правого редуктора 12 вращают против часовой стрелки (по часовой стрелке), а шестерни 19 и 18 левого редуктора 12 вращают по часовой стрелке (против часовой стрелки). Поэтому редукторами 12 частоту вращения от двигателя 1, подведенную через КПП 5, суммируют с частотой вращения, подведенной от двигателя 1 через плавно регулируемый насос 4, маслопровод 23 (22), мотор 21, редуктор 30, шестерни 20, 19 и 18. Этим левому движителю 10 частоту ротации уменьшают (увеличивают), а правому движителю 10 частоту ротации на столько же увеличивают (уменьшают). В результате вектор скорости трактора поворачивают без изменения модуля скорости, то есть без изменения скорости движения трактора и в сторону вращения руля.
При включении скорости заднего хода трактора шестерней на валу 15 вращают шестерни 14 и оба эпицикла 13 по часовой стрелке (против часовой стрелки), а инвертор 9 линией связи 31 переключают в позицию инверсирования связи руля 6 с цилиндрами 10 насоса 4. Для входа в поворот влево (вправо) при движении трактора задним ходом руль 6 вращают влево (вправо), то есть в сторону желаемого поворота. Этим насос 4 выводят из позиции нулевого рабочего объема, подают масло по маслопроводу 22 (23) к мотору 21 и вращают его вал против часовой стрелки (по часовой стрелке), шестерни 19 и 18 правого редуктора 12 вращают по часовой стрелке (против часовой стрелки), а шестерни 19 и 18 левого редуктора 12 вращают против часовой стрелки (по часовой стрелке). Поэтому редукторами 12 частоту вращения от двигателя 1, подведенную через КПП 5, суммируют с частотой вращения, подведенную от двигателя 1 через плавно регулируемый насос 4, маслопровод мотор 21, редуктор 30, шестерни 20, 19 и 18. Этим левому движителю 10 частоту ротации уменьшают (увеличивают), а правому движителю 10 частоту ротации на столько же увеличивают (уменьшают). В результате вектор скорости трактора поворачивают без изменения модуля скорости, то есть без изменения скорости движения трактора и в сторону вращения руля.
Таким образом, благодаря инверсированию инвертором 9 связи цилиндров 10 насоса 4 с дозатором 7 вращением руля влево (вправо) масло к мотору 21 подают то по маслопроводу 23 (22) при движении трактора передним ходом, то по маслопроводу 22 (23) при движении трактора задним ходом. Поэтому руль вращают только в сторону желаемого поворота трактора движителями при движении трактора и передним, и задним ходом, что удобно и безопасно.
Угловая скорость поворота трактора движителями на прямом и заднем ходу зависит от объемной характеристики примененного дозатора 7 и скорости вращения руля в сторону желаемого поворота. Чем больше объемная постоянная дозатора, тем больше угловая скорость поворота трактора при одной и той же скорости вращения руля и тем с большей скоростью возможно вращать руль.
Для увеличения крутизны поворота влево (вправо) включают левый (правый) тормоз 26. Этим вилку муфты 25, ее звездочку и левый (правый) движитель 29 останавливают и одновременно расклинивают ролики этой муфты, чем выключают связь с ее обоймой и с двигателем 1 левого (правого) кардана 27, левого (правого) редуктора 28, левого (правого) движителя 29. При этом частоту принудительного вращения двигателем 1 правого (левого) движителя 29 не меняют, если частоту вращения коленвала двигателя 1 удерживают, например, всережимным регулятором постоянной. Такой крутой поворот менее энергозатратный, чем при сохранении кинематической связи с двигателем обоих движителей при наличии дифференциальной связи между ними, как, например, у тракторов типа «Беларусь».
Итак, заявленным способом и устройством руль вращают только в сторону желаемого поворота трактора движителями при движении и прямым, и задним ходом с достаточной скоростью изменения радиуса поворота.
Крутой поворот трактора движителями торможением движителя одного из бортов менее энергозатратный, чем при сохранении кинематической связи с двигателем обоих движителей при наличии дифференциальной связи между ними, как, например, у тракторов типа «Беларусь» и у других аналогов.
Литература
1. SU 1748683 A1, A01B 69/04. Устройство автовождения свеклоуборочной машины. 23.07.92, 3 с. Бюл. №27, 23.07.92.
2. SU 1817958 A1, A01B 69/04. Система автоматического вождения сельскохозяйственного агрегата по заданной траектории. 30.05.93, 6 с. Бюл. №20, 30.05.93.
3. RU 44095 U1, B62D 11/10. Трансмиссия гусеничного трактора. 4 с. Опубликовано 27.02.2005. Бюл. №6.
4. SU 1685283 A1, A01B 68/04. Устройство для автоматического управления самоходным сельскохозяйственным агрегатом. 2 с. Опубликовано 23.10.91. Бюл. №39.
5. Бендицкий Э.Я. Рулевое управление колесных тракторов. - 2-е изд. - М.: Россельхозиздат, 1987, 124 с.
6. Трактор Т-150 (устройство и эксплуатация). Под ред. Б.П.Кашубы и И.А.Коваля. М.: «Колос», 1978. 288 с.
7. Объемный гидропривод ГСТ-90. «Гидросила», Кировоград. Облполиграфиздат. 1988. 8 с.
8. Ю.И.Кирилов и др. Эксплуатация и ремонт объемного гидропривода. М.: Агропромиздат, 1987. 81 с.
9. Гидравлические агрегаты тракторов и сельскохозяйственных машин. Часть 1. Каталог. ЦНИИТЭИавтосельхозмаш. М., 1989. 137 с.
10. Ф.М.Долгачев, B.C.Лейко. Основы гидравлики и гидропривод. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. 182 с.
11. B.C.Поляков и др. Справочник по муфтам. Под ред. B.C.Полякова. 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1979. - 344 с.
12. Проектиование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов. С.А. Чернавский и др. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1984. - 560 с.
13. Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1981. - 184 с.