МОБИЛЬНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО
MOBILE POWER UNIT

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно тракторостроения.
Известна конструкция трактора с колесами одинакового типоразмера, например, трактор Т-150К, который имеет раму, состоящую из двух секций - передней и задней. На передней секции установлены силовая установка, коробка передач с раздаточным устройством (коробкой) на передний и задний мосты, передний ведущий мост, кабина и другие узлы и агрегаты. На задней секции имеется ведущий мост и установлено технологическое оборудование: заднее навесное устройство, прицепное устройство, редуктор вала отбора мощности (ВОМ). Все колеса трактора неповоротные, а секции рамы соединены между собой двойным шарниром. [Аналог - «Трактор Т-150К. Устройство и эксплуатация», Москва: Колос, 1976 г.].
К недостаткам данных тракторов можно отнести высокое уплотняющее воздействие на почву, относительно низкий коэффициент сцепления с почвой, ограниченные функциональные возможности при совмещении операций, так как в них не предусмотрена установка переднего навесного устройства и переднего ВОМ, плохой обзор пространства непосредственно перед трактором.
Одним из наиболее близких к предложенному техническому решению является трактор, содержащий шарнирно сочлененную несущую раму, с размещенными на ней кабиной оператора, приводным узлом (моторной установкой) и ходовую часть с бесступенчатым гидрофицированным приводом, причем ходовая часть содержит как минимум три размещенных на шарнирно закрепленных тележках моста, два из которых, расположены на передней секции рамы и являются ведущими, при этом в качестве движителей могут использоваться как колеса, так и гусеницы [Прототип 1 - SU 1501917 A3 В62D 11/00, В62D 49/00].
Недостатками данного трактора являются сложность устройства, ограниченные функциональные возможности при совмещении операций, так как в нем не предусмотрена установка переднего навесного устройства и переднего ВОМ, а также плохой обзор пространства непосредственно перед трактором.
Помимо описанного трактора одним из наиболее близких к предложенному техническому решению является универсальное энергетическое средство (УЭС), например, УЭС-2-280/250 «Полесье», содержащее несущую раму, с размещенными на ней кабиной оператора, расположенной фронтально, моторной установкой и ходовой частью с бесступенчатым гидрофицированным приводом и двумя ведущими мостами. При этом УЭС снабжено передним и задним универсальными навесными устройствами и валами отбора мощности [Прототип 2 - Кормоуборочный комплекс К-Г-6 "Полесье" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://uptkmetrostroy.narod.ru. - Дата обращения: 18.03.17 г.].
Недостатками данного универсального энергетического средства являются высокое уплотняющее воздействие на почву, относительно низкий коэффициент сцепления с почвой, неунифицированность навесных систем и высокий уровень вибраций, обусловленный жестким соединением рамы УЭС с ходовой частью.
Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей мобильного энергетического средства (МЭС) по совмещению и экологической сбалансированности сельскохозяйственных операций, упрощение компоновки и конструкции МЭС в сочетании со снижением уплотняющего воздействия на почву, повышением сцепления с почвой и адаптацией к параметрам нано- и мезорельефа поверхности полей.
a
a
Поставленная цель достигается за счет того, что в мобильном энергетическом средстве, содержащем шарнирно сочлененную несущую раму, моторную установку, ходовую часть, включающую три моста с бесступенчатым гидрофицированным приводом и колесными или гусеничными движителями, две унифицированные независимые навесные системы (переднюю и заднюю), два унифицированных независимых ВОМ (передний и задний) и эргономичную кабину оператора, расположенную в фронтальной части рамы, все три моста являются ведущими, при этом каждый из них связан с несущей рамой с помощью независимых гибких рессорных подвесных систем, а одинаковая частота вращения тяговых элементов ходовой части во всех условиях работы МЭС обеспечивается специальной системой управления с общим регулятором, оснащенной бортовым процессором со следящим алгоритмом и обратной связью. При использовании гусеничных движителей, которые могут устанавливаться как на передней, так и на задней секции рамы, каждый из них помимо гусеницы содержит одну или две одинаковые звездочки, связанные через полуоси с соответствующими дифференциалами, опорные катки и два или один натяжной ролик. Кроме того, опорные катки закреплены парами на балансирных подвесках и установлены на гусеничном движителе в один ряд с постоянным шагом 0,5 (где  - расстояние между осями опорных катков одной балансирной подвески, м), а соседние балансирные подвески расположены с разных боковых сторон ряда опорных катков.
Предложенное изобретение поясняется иллюстрациями.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого мобильного энергетического средства в колесном исполнении (вид сбоку); на фиг. 2 - схема трансмиссии предложенного мобильного энергетического средства; на фиг. 3 - схема предлагаемого мобильного энергетического средства в полугусеничном исполнении (вид сбоку); на фиг. 4 - схема гусеничного движителя передней секции; на фиг. 5 - схема взаимного расположения опорных катков и балансирных подвесок; на фиг. 6 - схема предлагаемого мобильного энергетического средства с гусеничными движителями (вид сбоку).
Предложенное мобильное энергетическое средство (оно же - трактор сельскохозяйственного назначения пятого поколения) в базовом варианте содержит шарнирно сочлененную раму 1 (фиг. 1), в фронтальной части передней секции которой расположена эргономичная кабина 2 оператора. Также на передней секции рамы 1 установлена моторная установка 3 с регулируемыми гидронасосами 4 и два ведущих моста 5 с колесами 6 равного диаметра. На задней секции рамы 1 также расположен ведущий мост 5 колес 6, диаметр которых равен диаметру колес на передней секции рамы 1. При этом все три ведущих моста 5 соединяются с рамой 1 при помощи парных независимых гибких рессорных подвесных систем 7. Кроме того, как в задней, так и в передней части МЭС размещены унифицированные независимые навесные системы 8 и унифицированные независимые ВОМ 9 (фиг. 2). Колеса 6 ведущих мостов 5 через дифференциалы 10 связаны с гидромоторами 11, которые в свою очередь посредством гидропроводов и общего регулятора 12 сопряжены с одним из регулируемых гидронасосов 4. ВОМы 9 связаны с гидромоторами 13, которые посредством гидропроводов сопряжены с гидронасосами 4. Причем у колес 6 расположены датчики 14, интегрированные с бортовым процессором 15 со следящим алгоритмом и обратной связью, расположенным в кабине 2 оператора.
В конструкции передней секции рамы 1 вместо колес 6 могут использоваться гусеничные движители 16 (фиг. 3), каждый из которых содержит две одинаковые звездочки 17 (фиг. 4), связанные через полуоси с соответствующими дифференциалами 10, гусеницу 18, опорные катки 19 и натяжной ролик 20. Причем опорные катки 19 закреплены парами на балансирных подвесках 21 и установлены на гусеничном движителе 16 в один ряд с постоянным шагом, равным 0,5а (где а - расстояние между осями опорных катков 19 одной балансирной подвески 21, м). При этом соседние балансирные подвески 21 расположены с различных боковых сторон ряда опорных катков 16 (фиг. 5).
В конструкции задней секции рамы 1 вместо колес 6 также могут использоваться гусеничные движители 16, каждый из которых содержит одну звездочку, связанную с дифференциалом, гусеницу, натяжные ролики (упорный и подвижный) и опорные катки, установленные аналогично опорным каткам 19 гусеничных движителей 16 передней секции рамы.
Предложенное мобильное энергетическое средство (трактор сельскохозяйственного назначения пятого поколения) работает следующим образом.
При работающем двигателе моторной установки 3 (фиг. 2) масло под давлением от регулируемого гидронасоса 4 через гидропроводы и общий регулятор 12 передается на гидромоторы 11 ведущих мостов 5, которые через дифференциалы 10 обеспечивают привод колес 6. При этом равный диаметр всех колес 6 упрощает конструкцию мобильного энергосредства, позволяет использовать группы однотипных узлов. Соединение ведущих мостов 5 с рамой 1 МЭС при помощи парных независимых гибких рессорных подвесных систем 7 (фиг. 1) обеспечивает его адаптацию к параметрам нано- и мезорельефа поверхности полей, более комфортные условия работы оператора и выровненный ход сельскохозяйственных машин и орудий. При этом одинаковая частота вращения ведущих колес 6 во всех условиях работы МЭС (при прямолинейном движении) обеспечивается общим регулятором 12 (фиг. 2) специальной системы управления, интегрированной в гидроприводы ходовой части МЭС и управляемой от бортового процессора 15, в соответствии с контрольной информацией от датчиков 14. В то же время наличие шести колес 6 (фиг. 1, 2) позволяет существенно снизить уплотняющее воздействие на почву, а полный привод - обеспечить повышение тягового КПД МЭС. Кроме того, наличие унифицированных независимых навесных систем 8 и унифицированных независимых ВОМ 9, как в задней, так и в передней части МЭС позволяет комплектовать многофункциональные агрегаты, включающие и передние, и задние сельскохозяйственные машины и орудия, в том числе приводные, например, уборочный адаптер и почвообрабатывающее фрезерное орудие. Причем фронтальное расположение кабины позволяет обеспечить качество контроля за работой, в том числе передненавесных машин. Расширение функциональных возможностей МЭС по совмещению операций будет способствовать экологической сбалансированности (за счет снижения уплотняющего воздействия на почву) и сокращению трудоемкости технологий. Гидропривод колес 6 и унифицированных независимых ВОМ 9 при высокой надежности и удобстве эксплуатации позволяет существенно упростить конструкцию МЭС.
Применение гусеничных движителей 16 (фиг. 3) передней или (и) задней секции рамы 1 позволит дополнительно повысить коэффициент сцепления и снизить удельное давление ходовой части МЭС на почву, что особенно важно при работе на влажных почвах или с массивными навесными машинами (орудиями). При этом оговоренное взаимное расположение опорных катков 19 и балансирных подвесок 21 (фиг. 3-5) позволит даже при значительной длине стоек балансирных подвесок 21 обеспечить компактное расположение опорных катков 19 в ряду так, чтобы при этом угол наклона стоек балансирных подвесок 21 к вертикали был не менее 45°. В свою очередь компактное расположение опорных катков 19 в ряду будет способствовать увеличению их числа в конструкции гусеничного движителя 16, равномерному распределению массы МЭС по опорам, отсутствию «провисания» гусеницы 18, снижению давления на почву в отдельных точках опорной поверхности гусеницы 18.
Наличие двух звездочек 17 привода на передней секции рамы 1 позволит существенно повысить тяговый КПД МЭС, а натяжной ролик 20 обеспечит примерно постоянное натяжение ленты гусеницы 18.
Возможны различные варианты работы МЭС:
- ведущим является лишь один из мостов 5 передней секции рамы 1, а гидроприводы двух остальных мостов 5 находятся в «плавающем» положении;
- ведущим является один из мостов 5 передней секции рамы 1 (гидропривод второго находится в «плавающем» положении) и мост задней секции рамы;
- ведущими являются оба моста 5 передней секции рамы 1, а гидропривод заднего моста 5 находится в «плавающем» положении;
- все мосты 5 МЭС являются ведущими.
Это позволит оптимизировать расход топлива в зависимости от вида выполняемой работы путем изменения усилия на крюке МЭС. При этом необходимая заданная частота вращения полуосей каждого ведущего моста будет обеспечиваться общим регулятором 12 (фиг. 2) применяемой системы управления.