СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ
AGRICULTURAL VEHICLE AND OPERATION METHOD THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскохозяйственному транспортному средству и к способу его эксплуатации.
Уровень техники
Сельскохозяйственные транспортные средства, такие как тракторы, зерноуборочные комбайны, комбайны для уборки кормовых культур и подобные машины, оснащаются мощными двигателями внутреннего сгорания, которые не работают непрерывно на своей номинальной мощности или на уровне мощности, эффективном по расходу топлива. Было установлено, что при работе такого транспортного средства в поле только в течение 80% времени машина работает со значительным расходом мощности двигателя. Остальные 20% времени уходят на ожидание, когда другие транспортные средства закончат свою работу, или на вспомогательную деятельность, такую как маневрирование, подсоединение и отсоединение орудий или прицепов. Вся эта деятельность требует затраты только незначительной части той мощности, которую может поставлять двигатель внутреннего сгорания.
Поскольку двигатели внутреннего сгорания оптимизированы с расчетом на высокие затраты мощности, большинство из них имеет невысокую эффективность при работе с низким расходом мощности, так что значительная экономия топлива может быть получена при повышении эффективности на низком расходе мощности.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание сельскохозяйственной машины, которая эффективно работает как на высоком, так и на низком уровне мощности, а также способа эксплуатации машины.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается в сельскохозяйственном транспортном средстве, содержащем двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину для привода трансмиссии и множество устройств, которые могут избирательно приводиться трансмиссией, причем трансмиссия содержит первую секцию, связанную с двигателем внутреннего сгорания, вторую секцию, связанную с электрической машиной, и первую муфту для соединения первой и второй секций.
Предпочтительно указанное по меньшей мере одно устройство является устройством низкой мощности, которое по всей вероятности используется в режиме ожидания транспортного средства или при вспомогательных операциях, так что оно может приводиться от электрической машины, работающей в режиме мотора, в то время как двигатель внутреннего сгорания выключен. Путем выключения двигателя внутреннего сгорания при низком потреблении мощности можно устранить работу двигателя внутреннего сгорания на неэффективном уровне мощности.
Согласно первому примеру осуществления изобретения это по меньшей мере одно устройство может быть кондиционером воздуха. При этом изобретение позволяет сохранять действие кондиционера воздуха во время ожидания, так что комфортная температура может поддерживаться в кабине водителя, хотя двигатель внутреннего сгорания не работает.
Согласно другому примеру осуществления изобретения это по меньшей мере одно устройство может быть гидронасосом. Такой насос может выгодно использоваться для привода подъемного устройства, в частности для подъема орудия или прицепа для его подсоединения к транспортному средству.
Согласно третьему примеру осуществления это по меньшей мере одно устройство может быть валом отбора мощности. При полевых работах этот вал обычно используется для привода орудия, навешенного на транспортное средство, а передаваемая им мощность может  составлять значительную долю общей мощности, поставляемой двигателем внутреннего сгорания. Однако при вспомогательных операциях, таких как присоединение или отсоединение орудия, может быть необходимо повернуть вал отбора мощности на небольшой угол, чтобы привести концевой соединитель вала отбора мощности в положение, в котором он может быть соединен с приводным валом орудия. Очевидно, что такой поворот требует только незначительной доли мощности, которую может давать двигатель внутреннего сгорания. При этом энергия может быть сэкономлена, если в этой ситуации оставить двигатель внутреннего сгорания выключенным и использовать электрическую машину в качестве мотора для привода вала отбора мощности.
Само собой разумеется, что указанные примеры осуществления могут быть скомбинированы путем кинематического соединения со второй секцией трансмиссии двух или большего числа устройств, выбранных из группы, содержащей кондиционер воздуха, гидронасос и вал отбора мощности.
Предпочтительно трансмиссия дополнительно содержит вторую муфту, которая разграничивает первую и вторую подсекции второй секции, при этом первая муфта и электрическая машина относятся к первой подсекции, а по меньшей мере одно устройство относится к второй подсекции. При этом электрическая машина может быть кинематически соединена с двигателем внутреннего сгорания, в частности, для работы в режиме мотора, который помогает двигателю внутреннего сгорания приводить трансмиссию, в то время как вторая подсекция и связанное с ним устройство не работают.
Одним из устройств, приводимых трансмиссией, должен быть вал колесной ходовой оси. Поскольку привод хода транспортного средства обычно требует значительной доли мощности двигателя внутреннего сгорания, вал колесной ходовой оси предпочтительно кинематически связан с первой секцией, так что он может приводиться двигателем внутреннего сгорания независимо от того, разомкнута или замкнута первая муфта.
Предпочтительно электрическая машина выполнена с возможностью работы в режиме генератора, приводимого трансмиссией, так что в определенное время электрическая машина может генерировать электроэнергию, которая потребуется для ее работы в дальнейшем.
Для того чтобы снизить до минимума нагрузку на двигатель внутреннего сгорания от генерирования электроэнергии, может быть предусмотрено устройство управления для управления работой электрической машины в режиме генератора каждый раз, когда транспортное средство находится в режиме торможения. Режим торможения может включать действие фрикционных тормозов или режим торможения двигателя; при этом в каждом случае в электрической машине создается эффект замедления, который способствует тормозному действию и преобразуется в электроэнергию, которая составляет часть кинетической энергии транспортного средства и иначе была бы потеряна.
Кроме того, может быть предусмотрен электрический выход, питаемый энергией от электрической машины, который может использоваться для питания электрических приборов различных типов.
В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается также за счет способа эксплуатации описанного выше транспортного средства, при котором способ содержит следующие этапы:
- с помощью двигателя внутреннего сгорания приводят электрогенератор (который предпочтительно, но не обязательно является описанной электрической машиной),
- запасают электроэнергию от генератора в аккумуляторе и
- приводят по меньшей мере одно устройство, используя электрическую машину, в то время как двигатель внутреннего сгорания выключен.
Краткое описание графических материалов
Другие особенности и преимущества изобретения будут ясны из последующего описания примеров осуществления со ссылками на прилагаемый чертеж. На фиг.1 показана кинематическая схема трактора в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Трактор на фиг.1 содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, коробку 2 передач, соединенную с двигателем приводным валом 3, и валы 4 ходовых осей с колесами 5, причем по меньшей мере один вал 4 ходовой оси приводится через коробку 2 передачи и шестерню 6 дифференциала.
Приводной вал 3 проходит насквозь через коробку 2 передач к первичному элементу первой фрикционной муфты 7. Вторичный элемент муфты 7 укреплен на конце вторичного вала 8, который несет шестерню 9 и проходит через вторую коробку 10 передач. Вторая коробка 10 передач показана в холостом состоянии; при перемещении кулачковой муфты 11 второй коробки 10 передач влево или вправо вдоль вала 8 одно из зубчатых колес 12, 13 кинематически соединяется с вторичным валом 8 для привода вала 14 отбора мощности с первым или вторым передаточным отношением.
Зубчатое колесо 9 зацепляется с двумя зубчатыми колесами 15, 16. Зубчатое колесо 15 приводит смазочный гидронасос 17 через вал 18. Между вторичным валом 8 и валом 18 нет муфты, так что насос 17 всегда приводится при вращении вторичного вала 8. С помощью непоказанного гидравлического клапана на выходе насоса 17 выходное давление насоса может переключаться между низким уровнем, соответствующим подаче смазки к подшипникам трактора, и высоким уровнем, соответствующим приводу гидравлических поршней подъемного устройства, такого как трехточечная сцепка или трехточечная навесная система, которая обычно используется для присоединения плуга, бороны, противовеса или других видов оборудования к заднему и/или переднему концу трактора.
Зубчатое колесо 16 приводит зубчатое колесо 19, укрепленное на промежуточном валу 20, и электрическую машину 21. Ременная передача 28 и вторая фрикционная муфта 22 кинематически соединяют промежуточный вал 20 с компрессором 23 кондиционера воздуха, который регулирует температуру в кабине водителя трактора.
Электрический преобразователь 24 подсоединен между электрической машиной 21 и аккумулятором 25. Электрическая машина может работать в режиме мотора с питанием электроэнергией от аккумулятора 25 или в режиме генератора, заряжающего аккумулятор 25, в зависимости от режима действия преобразователя 24.
Когда электрическая машина 21 работает в режиме генератора, генерируемая им электроэнергия может подаваться на электрические приборы различных типов с помощью непоказанных электрических выходов или розеток, например, таких, какие обычно используются в зданиях для двух- или трехфазного переменного тока. В частности, такой электрический выход может быть предусмотрен в кабине водителя или вблизи нее, например, для подсоединения пылесоса внутри кабины. Кроме того, электрический выход может быть предусмотрен сзади или сбоку на корпусе трактора для подачи электроэнергии на орудие, присоединенное к трактору.
Если электрический выход непосредственно соединен с электрической машиной 21 параллельно преобразователю 24, может быть полезно предусмотреть генераторный режим работы двигателя 1 внутреннего сгорания, при котором его число оборотов регулируется таким образом, что на выходе электрической машины 21 непосредственно генерируется переменный ток частотой 50 или 60 Гц. В другом варианте может быть необходим второй преобразователь, так что электрическая мощность от электрической машины 21 вначале преобразуется в постоянный ток преобразователем 24, а затем преобразуется вторым преобразователем в переменный ток частотой 50 или 60 Гц. Само собой разумеется, что в альтернативном варианте постоянный ток от преобразователя 24 может подаваться на электрический выход.
Когда трактор не двигается, двигатель 1 внутреннего сгорания может быть выключен, а муфта 7 разомкнута. В это время электрическая машина 21 может работать в режиме мотора, который приводит компрессор 23, поддерживая прохладу в кабине, пока водитель ждет, когда какая-то другая машины закончит работу на поле, на котором он собирается работать.
В то время как электрическая машина 21 работает в режиме мотора, входной вал 18 гидронасоса 17 также вращается, но пока выходное давление насоса установлено на низком уровне, нагрузка на электрической машине 21 от насоса 17 мала. С другой стороны, если выходное давление насоса установлено на высокий уровень, электрическая машина 21 может использоваться для управления трехточечной сцепкой.
Далее, при мгновенном переводе кулачковой муфты 11 из нейтрального положения может приводиться во вращение вал 13 отбора мощности, так что приводной вал какого-либо орудия, присоединенного к сцепке, может быть введен в жесткое кинематическое соединение с концевым соединителем 26 на дальнем конце вала 14 отбора мощности. При этом какая-либо подготовка для полевой работы трактора, не требующая приводной мощности двигателя 1 внутреннего сгорания, может эффективно проводиться при выключенном двигателе 1.
Во время работы на поле при работающем двигателе 1 внутреннего сгорания электрическая машина 21 может работать в режиме двигателя или в режиме генератора в зависимости от обстоятельств. Когда резко возрастает потребность в мощности на валу 4 колесной ходовой оси или на орудии, кинематически соединенном с валом 14 отбора мощности, электрическая машина 21 может временно работать в режиме мотора во избежание быстрого и неэффективного по энергии перехода нагрузки двигателя 1 внутреннего сгорания. Электрическая машина 21 приводится в действие в режиме генератора каждый раз, когда устройство 27 управления определяет недостаточную заряженность аккумулятора 25. Кроме того, независимо от состояния зарядки аккумулятора 25 электрическая машина 21 должна работать в режиме генератора каждый раз, когда устройство 27 управления определяет, что водитель нажал педаль тормоза или что двигатель 1 внутреннего сгорания работает в режиме торможения.
Перечень позиций:
1 Двигатель внутреннего сгорания
2 Коробка передач
3 Приводной вал
4 Вал колесной ходовой оси
5 Колесо
6 Шестерня дифференциала
7 Муфта
8 Второй вал
9 Зубчатое колесо
10 Вторая коробка передач
11 Кулачковая муфта
12 Зубчатое колесо
13 Зубчатое колесо
14 Вал отбора мощности
15 Зубчатое колесо
16 Зубчатое колесо
17 Гидронасос
18 Вал
19 Зубчатое колесо
20 Промежуточный вал
21 Электрическая машина
22 Муфта
23 Компрессор
24 Преобразователь
25 Аккумулятор
26 Концевой соединитель
27 Устройство управления
28 Ремень.