СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ РАБОЧАЯ МАШИНА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ ПО ОСЯМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ РАБОЧЕЙ МАШИНЫ
AGRICULTURAL WORKING MACHINE AND METHOD OF CONTROLLING LOAD DISTRIBUTION ALONG AXES OF AGRICULTURAL WORKING MACHINE

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к сельскохозяйственной рабочей машине с динамической регулировкой распределения нагрузки по осям, а также к способу динамической регулировки распределения нагрузки по осям сельскохозяйственной рабочей машины.
Уровень техники
Сельскохозяйственные рабочие машины, например, тракторы, применяют для выполнения различных работ на полях, а также часто для выполнения транспортных задач, например, с подсоединенным транспортным прицепом. В уровне техники для обработки поля применяют различные навесные орудия, которые можно закреплять на сельскохозяйственной рабочей машине в целях обработки поля. Для установки и крепления навесного орудия на сельскохозяйственной рабочей машине известны разнообразные сцепные устройства, позволяющие сравнительно легко соединять навесное орудие с сельскохозяйственной рабочей машиной. Примером подобного, в частности, универсального сцепного устройства служит так называемый трехточечный силовой подъемник, который обычно расположен в задней части сельскохозяйственной рабочей машины. На этот трехточечный силовой подъемник можно навешивать, например, навесные орудия для обработки почвы, в частности, плуг, борону или культиватор. При этом навесное орудие можно поднимать при помощи гидравлических подъемных цилиндров и перемещать по высоте в определенных границах, например, между транспортировочным положением и рабочим положением.
В патентной заявке ЕР 1068780 А1 раскрыто транспортное средство, в частности, трактор для сельскохозяйственных работ, содержащий сцепное устройство с трехточечной навеской, причем сцепное устройство может быть расположено в задней или передней части транспортного средства. При этом на шасси транспортного средства с возможностью поворота вокруг, по существу, горизонтальной оси закреплена консоль, к свободной оконечности которой шарнирно присоединена нижняя тяга трехточечной навески. Кроме того, на консоли непосредственно или опосредованно расположена выдвижная центральная тяга. Специальная конструкция сцепного устройства расширяет его функциональность, в частности, за счет увеличения диапазона хода. Недостаток заключается в том, что при установке на заднюю часть транспортного средства тяжелого навесного орудия, для применения которого требуется большое тяговое усилие, происходит изменение нагрузки на переднюю и заднюю ось тягового транспортного средства, причем, в частности, может оказаться разгруженной передняя ось тягового транспортного средства. Для обеспечения достаточной передачи тягового усилия на почву даже при неблагоприятном состоянии почвы уменьшение нагрузки на переднюю ось, по меньшей мере, частично компенсируют соответствующей балластировкой передней оси сельскохозяйственной рабочей машины, то есть, установкой дополнительных грузов. Недостаток этого решения, помимо повышенной трудоемкости, заключается в увеличении массы сельскохозяйственной рабочей машины и, соответственно, расхода топлива.
Раскрытие изобретения
Поэтому задачей настоящего изобретения является разработка сельскохозяйственной рабочей машины, отличающейся улучшенным регулированием распределения нагрузки по осям. Кроме того, задачей настоящего изобретения является разработка способа, позволяющего улучшить регулирование распределения нагрузки по осям сельскохозяйственной рабочей машины.
Согласно изобретению, задача решена отличительными признаками, раскрываемыми в независимых пунктах 1 и 10 формулы изобретения. Выгодные варианты исполнения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы и в последующем описании.
Изобретением предусмотрена сельскохозяйственная рабочая машина с, по меньшей мере, двумя осями, по меньшей мере, одним сцепным устройством, выполненным с возможностью вертикального перемещения, навесным орудием, присоединенным к сцепному устройству, и управляющим устройством, причем управляющее устройство согласно изобретению сконструировано и выполнено таким образом, чтобы определять нагрузки и/или крутящие моменты, действующие на оси транспортного средства, и динамически регулировать вертикальное перемещение сцепного устройства в зависимости от найденной нагрузки и/или крутящего момента для регулирования распределения нагрузки по осям рабочей машины.
Динамическое вертикальное перемещение сцепного устройства влияет на нагрузку на сцепное устройство, действующую на рабочую машину, и/или на тяговое усилие присоединенного навесного орудия, в результате чего могут изменяться усилия и/или крутящие моменты, действующие на отдельные оси рабочей машины. Это выгодно тем, что в случае распознавания управляющим устройством неравномерного распределения нагрузки по осям и/или неравномерного распределения крутящего момента можно предпринять динамическую регулировку распределения нагрузки по осям во время эксплуатации рабочей машины. Динамическая регулировка распределения нагрузки по осям сельскохозяйственной рабочей машины позволяет улучшить такое распределение за счет возможности динамической настройки регулируемого оптимизированного распределения нагрузки по осям рабочего транспортного средства. Это выгодно тем, что даже на сложных и, в частности, неоднородных почвах можно обеспечить надежную передачу тягового усилия на почву, в частности, при помощи, по меньшей мере, одной ведущей оси. В частности, на рабочей машине с полным приводом можно реализовать сбалансированное распределение тягового усилия при помощи динамического регулирования распределения нагрузки по ведущим осям. Кроме того, можно обойтись без ненужной балластировки рабочей машины и повышенного расхода топлива, обусловленного увеличением массы.
В выгодном варианте исполнения изобретения сцепное устройство выполнено с возможностью динамического линейного перемещения вдоль, по существу, вертикальной оси смещения во время эксплуатации рабочей машины. По существу, линейное перемещение сцепного устройства по вертикали выгодно тем, что монтажное пространство, необходимое выполненному соответствующим образом сцепному устройству, ориентировано, по существу, в вертикальном направлении и занимает меньше места, чем традиционное сцепное устройство с возможностью перемещения в горизонтальном направлении.
Выгодным образом, на каждой, в частности, ведущей оси предусмотрен, по меньшей мере, один датчик нагрузки на ось и/или датчик крутящего момента, соединенный с управляющим устройством и предназначенный для измерения нагрузки на ось и/или действующего на ось крутящего момента. Размещение датчика нагрузки на оси позволяет измерить фактическую нагрузку, воздействующую на эту ось, и, тем самым, рассчитать распределение нагрузки между ведущими и/или ведомыми осями рабочей машины. Кроме того, выгодным образом, можно определять не только статическую нагрузку на ось, например, при неподвижном навесном орудии, но и колебания и изменения отдельных нагрузок на ось и их распределение во время эксплуатации рабочей машины. Размещение датчика крутящего момента на ведущей оси выгодно тем, что позволяет непосредственно измерять крутящий момент, действующий на соответствующую ось. На основании полученных крутящих моментов на нескольких осях можно рассчитать распределение крутящего момента, отражающее переданное и/или передаваемое тяговое усилие на каждой оси и позволяющее судить о распределении нагрузки между осями, например, при различных передаваемых крутящих моментах на каждой оси, причем на основании меньшего передаваемого крутящего момента оси можно сделать вывод о меньшей нагрузке на эту ось, например, по сравнению с другой осью. Это позволяет осуществить вертикальное перемещение сцепного устройства для регулирования распределения нагрузки на оси в зависимости от измеренных крутящих моментов.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрен регулируемый управляющим устройством первый исполнительный элемент, предназначенный для динамического вертикального перемещения сцепного устройства, причем первый исполнительный элемент имеет гидравлический, электрический и/или механический принцип действия. Первый исполнительный элемент, предназначенный для вертикального перемещения сцепного устройства, можно выбирать с учетом рабочей машины и имеющихся источников энергии, например, гидравлической или электрической системы, а также возможностей установки и ожидаемых нагрузок на сцепное устройство и/или тяговых нагрузок.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения присоединенное навесное орудие выполнено и устроено таким образом, что обеспечена возможность динамически регулировать нагрузку, прикладываемую навесным орудием к сцепному устройству, в зависимости от нагрузки на оси. Это выгодно тем, что позволяет дополнительно увеличить нагрузку на сцепное устройство, которую можно использовать для динамического регулирования распределения нагрузки по осям и которая влияет на распределение нагрузки по осям и действует на сцепное устройство в вертикальном направлении. Особенно выгоден вариант, в котором присоединенное навесное орудие содержит динамически регулируемый управляющим устройством второй исполнительный элемент, предназначенный для динамического регулирования нагрузки на сцепное устройство. Этот второй исполнительный элемент может воздействовать, например, на присоединенное к сцепному устройству дышло, в частности, поворотный круг, в результате чего можно реализовать, по меньшей мере, частичную передачу массы навесного орудия через дышло на сцепное устройство, что позволяет дополнительно увеличить нагрузку на сцепное устройство.
Если конструкция сцепного устройства допускает лишь ограниченный диапазон поворота присоединенного навесного орудия, то сцепное устройство, выгодным образом, можно выполнить с возможностью наклона и/или поворота в горизонтальной плоскости. Это выгодно тем, что, например, на почвенных складках угол хода между сцепным устройством и навесным орудием остается, по существу, неизменным.
Выгодным образом, сцепное устройство, выполненное с возможностью вертикального перемещения, предназначенное для подсоединения навесного орудия, выполнено в виде соответствующего трехточечного силового подъемника, тягового крюка, тягового бруса или тягово-сцепного устройства с шаровой головкой. Это выгодно тем, что навесные орудия можно присоединять с помощью обычно используемых и стандартных сцепных устройств, не используя специальные переходники и не затрачивая дополнительные средства на переоборудование сцепного устройства.
В следующем выгодном варианте осуществления соответствующее сцепное устройство расположено в передней и/или задней части сельскохозяйственной рабочей машины. Установка навесного орудия в передней части, задней части или с обеих сторон сельскохозяйственной рабочей машины позволяет увеличить количество используемых навесных орудий для регулирования распределения нагрузки по осям.
Кроме того, изобретение относится к способу регулирования распределения нагрузки по осям сельскохозяйственной рабочей машины с, по меньшей мере, двумя осями, по меньшей мере, одним сцепным устройством, выполненным с возможностью вертикального перемещения, и навесным орудием, присоединенным к сцепному устройству. Согласно изобретению, производят измерение нагрузок и/или крутящих моментов, действующих на оси транспортного средства, и для регулирования распределения нагрузки по осям рабочей машины динамически регулируют вертикальное перемещение сцепного устройства в зависимости от измеренных нагрузок на оси и/или крутящих моментов.
Это выгодно тем, что динамическое перемещение сцепного устройства по вертикали влияет на действующую на рабочую машину нагрузку на сцепное устройство и/или тяговое усилие присоединенного навесного орудия, благодаря чему можно изменять осевые усилия и/или крутящие моменты, действующие на отдельные оси рабочей машины. Это выгодно тем, что в случае распознавания управляющим устройством неравномерного или неблагоприятного распределения нагрузок по осям, следствием которого становится, например, недостаточная передача тягового усилия, можно предпринять динамическое регулирование распределения нагрузок по осям во время эксплуатации рабочей машины, чтобы отрегулировать распределение нагрузок по осям для максимально возможной передачи тягового усилия. Путем динамического регулирования распределения нагрузок по осям сельскохозяйственной рабочей машины можно максимально улучшить распределение нагрузок по осям за счет возможности динамической, то есть, во время эксплуатации рабочей машины, настройки регулируемого оптимизированного распределения нагрузок по осям рабочей машины. Это выгодно тем, что даже на сложных и, в частности, неоднородных почвах можно обеспечить надежную и максимально возможную передачу тягового усилия на почву. В частности, на рабочей машине с полным приводом можно реализовать сбалансированное распределение тягового усилия за счет динамического регулирования распределения нагрузок по осям. Кроме того, можно обойтись без ненужной балластировки рабочей машины и, тем самым, избежать ненужного повышения массы и расхода топлива.
В следующем предпочтительном варианте способа навесное орудие, присоединенное к сцепному устройству, перемещают из транспортировочного положения в рабочее положение, причем в рабочем положении сцепное устройство динамически перемещают по вертикали для регулирования распределения нагрузок по осям. Благодаря вертикальному перемещению сцепного устройства в рабочем положении навесного орудия можно улучшить передачу тягового усилия рабочей машины на почву вследствие динамической регулировки регулирования распределения нагрузок по осям даже во время обработки почвы, в частности, при неоднородных почвенных условиях, приводящих к колебанию тягового усилия.
В особенно выгодном варианте управляющее устройство рассчитывает и/или отображает улучшенную схему статической балластировки сельскохозяйственной рабочей машины. Это может быть особенно выгодно в том случае, если заданное, например, равномерное распределение нагрузок по осям не может быть достигнуто даже путем динамического регулирования при помощи сцепного устройства с возможностью перемещения по вертикали. В этом случае управляющее устройство может рассчитать улучшенную схему статической балластировки рабочей машины, допускающую динамическую регулировку заданного соотношения нагрузок на оси. При этом можно изменять количество балластных грузов, а также их расположение на рабочей машине.
Краткое описание чертежей
Прочие признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания вариантов исполнения с учетом прилагаемых фигур, на которых изображено:
Фигура 1: схематичный вид сбоку сельскохозяйственной рабочей машины с присоединенным навесным орудием.
Фигура 2: схематичный вид сбоку сельскохозяйственной рабочей машины, изображенной на фигуре 1, с навесным орудием с изменяемой нагрузкой на сцепное устройство.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 в качестве примера сельскохозяйственной рабочей машины 10 схематично изображен трактор 12 (вид сбоку). При этом сельскохозяйственной рабочей машиной 10 в смысле изобретения может быть любая рабочая машина 10, которая содержит присоединенное навесное орудие 24 и, в частности, может быть применена для обработки поля. Рабочая машина 10 может иметь две оси и более. Изображенный трактор 12 имеет переднюю ось 14 и заднюю ось 16, причем на передней оси 14 расположены передние колеса 18, а на задней оси 16 - задние колеса 20. В задней части трактора 12 расположено сцепное устройство 22, к которому присоединено навесное орудие 24 посредством поворачиваемого дышла 26, так называемого поворотного круга. Навесное орудие 24 может представлять собой любое устройство, присоединенное к рабочей машине 10 для выполнения определенной операции, например, транспортировочный прицеп или устройство для обработки почвы. Навесное орудие 24, изображенное на фигуре 1, представляет собой так называемый культиватор 28, предназначенный для механической обработки почвы 30 на поле. Культиватор 28 для обработки почвы 30 имеет несколько зубьев 32, которые в изображенном рабочем положении навесного орудия 24 входят в зацепление с почвой 30. Для дальнейшей обработки почвы 30 навесное орудие 24 содержит валик 34, расположенный в направлении выполнения работы за зубьями 32 и обеспечивающий обратное прикатывание почвы 30. Со стороны сцепного устройства навесное орудие 24 содержит опорное колесо 36, которое вместе с валиком 34 воспринимает, по меньшей мере, часть массы культиватора 28, а его регулировка позволяет настраивать глубину врезания зубьев 32 в почву 30.
1,2
1
2
1,2
V
Согласно изобретению, можно измерять нагрузки FA, действующие на переднюю ось 14 и заднюю ось 16 сельскохозяйственной рабочей машины 10. При этом на переднюю ось 14 действует нагрузка FA, а на заднюю ось 16 - нагрузка FA. При этом нагрузки FA можно измерять датчиками 38 нагрузки на ось, установленными на соответствующих осях 14, 16, причем датчики 38 нагрузки на ось соединены с управляющим устройством 40, которое может быть расположено, например, в кабине 42 водителя. Статическую нагрузку на оси можно рассчитать, например, после подсоединения навесного орудия 24 к рабочей машине 10, благодаря чему можно выполнить балластировку сельскохозяйственной рабочей машины 10 дополнительными грузами, что позволяет реализовать максимально благоприятное, по меньшей мере, статическое распределение нагрузки по осям 16, 18 рабочей машины 10. Статическую нагрузку на оси можно определить на основании суммарной массы FG сельскохозяйственной рабочей машины 10, действующей в центре S тяжести, с учетом дополнительно установленных грузов и вертикальной составляющей действующей на сцепное устройство 22 нагрузки F присоединенного навесного орудия 24, а также количества осей 16, 18 рабочей машины 10.
1
2
1
2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
Передаваемое на почву тяговое усилие FZ сельскохозяйственной рабочей машины 10 зависит от воздействующих на ведущие передние колеса 18 и задние колеса 20 нагрузок FA, FA, причем по мере увеличения нагрузок FA, FA увеличиваются передаваемые на почву через соответствующие колеса 18, 20 тяговые усилия FZ сельскохозяйственной рабочей машины 10. Необходимое тяговое усилие FZ сельскохозяйственной рабочей машины 10 учитывает, помимо действующего в горизонтальном направлении на сцепное устройство 22 тягового усилия Fh, сопротивление качению рабочей машины 10. Чтобы обеспечить максимально возможную передачу тягового усилия FZ рабочей машины 10 на почву 30, желательно распределить необходимое тяговое усилие FZ в соответствии с компонентами приводного механизма по отдельным осям 16, 18, что может быть реализовано путем соответствующего регулирования нагрузок FA, действующих на оси 16, 18. Так, например, при двух в равной степени приводимых осях 16, 18 равномерное распределение нагрузок FA на переднюю ось 16 и заднюю ось 18 позволяет обеспечить максимально возможную передачу тягового усилия FZ рабочей машины 10 на почву 30.
Тяговое усилие Fh, необходимое для буксировки присоединенного навесного орудия 24, может колебаться во время эксплуатации рабочей машины 10, так как оно зависит, в том числе, от меняющегося состояния почвы, состояния рабочих инструментов, в частности, зубьев 32, транспортируемого объема эксплуатационных жидкостей и/или скорости движения. Кроме того, на необходимое тяговое усилие FZ сельскохозяйственной рабочей машины 10 влияет топография обрабатываемого поля. Колебания тягового усилия Fh во время эксплуатации рабочей машины 10 и навесного орудия 24 приводят к изменению распределения нагрузки по осям в диапазоне от, возможно, оптимального до более неблагоприятного со сниженной передачей тягового усилия.
1,2
1,2
Для обеспечения максимально постоянного оптимального и, в частности, равномерного распределения нагрузки FA по осям предусмотрена возможность динамического регулирования распределения нагрузки по осям, в частности, во время эксплуатации сельскохозяйственной рабочей машины 10 и/или навесного орудия 24, в частности, постоянно и/или с интервалами. Для этого сцепное устройство 22 выполнено с возможностью перемещения, по меньшей мере, по вертикали, причем вертикальное перемещение сцепного устройства 22 можно динамически регулировать в зависимости от найденной нагрузки FA на оси. Так, сцепное устройство 22 содержит соединенный с управляющим устройством 40 и регулируемый им первый исполнительный элемент 44, предназначенный для вертикального перемещения сцепного устройства 22. Первый исполнительный элемент 44 может представлять собой, например, регулируемый управляющим устройством 40 гидравлический цилиндр, винтовой привод или линейный двигатель. Сцепное устройство 22 с возможностью перемещения по вертикали может быть выполнено, например, в форме соответствующим образом выполненного трехточечного силового подъемника, тягового крюка, тягового бруса, тягово-сцепного устройства с шаровой головкой или иного устройства, подходящего, по меньшей мере, для передачи тягового усилия, причем под словами «соответствующим образом выполненного» в смысле изобретения понимают исполнение соответствующего сцепного устройства 22 таким образом, чтобы стало возможным предусмотренное изобретением динамическое вертикальное перемещение подсоединенного к нему навесного орудия 24.
1,2
2
1,2
Для обеспечения динамического регулирования распределения нагрузки по осям первый исполнительный элемент 44 может динамически перемещать сцепное устройство 22 при находящемся в рабочем положении навесном орудии 24 между верхним и нижним положением. В результате можно, в том числе, изменить действующую на сцепное устройство 22 вертикальную нагрузку Fv, что позволяет изменить действующие на оси 16, 18 нагрузки FA и их распределение. На фигуре 1 изображено сцепное устройство 22 с присоединенным к нему дышлом 26 культиватора 28, находящееся в верхнем положении, причем настроенный таким образом угол хода дышла 26 максимально увеличивает вертикальную составляющую нагрузки Fv на сцепное устройство. Изображенное пунктиром дышло 26 присоединено к находящемуся в своем нижнем положении сцепному устройству 22, в результате чего на сцепное устройство 22 действует, по существу, только горизонтальное тяговое усилие Fh. В результате действующая на заднюю ось 18 нагрузка FA уменьшается на величину вертикальной нагрузки Fv на сцепное устройство, что позволяет сместить распределение нагрузок к передней оси 16. Если динамическое регулирование распределения нагрузок по осям не позволяет распределить нагрузки FA на оси наиболее благоприятным способом, в частности, равномерно, то управляющее устройство 40 может рассчитать соответствующим образом улучшенную схему балластировки и/или вывести ее на дисплей оператору рабочей машины 10. Чтобы угол хода между навесным орудием 24, например, дышлом 26 и сцепным устройством 22 оставался, по существу, постоянным, сцепное устройство 22 может быть выполнено с возможностью наклона и/или поворота в горизонтальной плоскости. Это выгодно тем, что позволяет избежать повреждения, в частности, сцепного устройства 22, допускающего лишь незначительное изменения угла хода.
1,2
В качестве дополнения или альтернативы датчикам 38 нагрузки на оси можно измерять текущую нагрузку на оси 16, 18 при помощи измерения крутящего момента. При этом моменты, передаваемые приводным двигателем (не показанным на фигуре) через приводной механизм на оси 16, 18 и преобразуемые колесами 18, 20 или гусеницами в тяговое усилие FZ, можно измерять при помощи расположенных на осях 16, 18 датчиков крутящего момента (не показанных на фигуре). При этом вертикальное положение сцепного устройства 22 можно динамически регулировать при помощи управляющего устройства 40 на основании измеренных крутящих моментов, что позволяет динамически регулировать нагрузки FA на оси.
Сельскохозяйственная рабочая машина 10, изображенная на фигуре 2 в виде трактора 12, содержит навесное орудие в форме культиватора 28. Культиватор 28 соединен дышлом 26 со сцепным устройством 22, переведенным в верхнее положение. На верхней стороне культиватора 28 находится соединенный с управляющим устройством 40 и динамически регулируемый им второй исполнительный элемент 46, например, в форме гидравлического цилиндра, который воздействует на дышло 26 и выполнен таким образом, чтобы при приведении этого элемента в действие можно было изменять вертикальную нагрузку Fv, действующую на сцепное устройство 22. При приведении второго исполнительного элемента 46 в действие можно, по меньшей мере, частично разгрузить опорное колесо 36 культиватора 28 со стороны рабочей машины, в результате чего большая часть массы культиватора 28 будет восприниматься сцепным устройством 22, что позволит дополнительно повысить вертикальную нагрузку Fv на сцепное устройство. Обратное действие второго исполнительного элемента 46 позволяет разгрузить сцепное устройство 22 в вертикальном направлении, благодаря чему можно снизить нагрузку Fv на сцепное устройство. Динамическое изменение вертикальной нагрузки Fv, действующей на сцепное устройство 22, позволяет динамически адаптировать распределение нагрузки по осям к меняющимся условиям.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10
сельскохозяйственная рабочая машина
12
трактор
14
передняя ось
16
задняя ось
18
переднее колесо
20
заднее колесо
22
сцепное устройство
24
навесное орудие
26
дышло
28
культиватор
30
почва
32
зубья
34
валик
36
опорное колесо
38
датчик нагрузки на ось
40
управляющее устройство
42
кабина водителя
44
первый исполнительный элемент
46
второй исполнительный элемент
FA<sub>1,2</sub>
нагрузка на ось
S
центр тяжести
FG
суммарная масса
FZ<sub>1,2</sub>
тяговое усилие
Fv
нагрузка на сцепное устройство
Fh
тяговое усилие