СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ВЫПОЛНЕНИЯ УБОРОЧНЫХ ОПЕРАЦИЙ
AGRICULTURAL MACHINE (VERSIONS) AND METHOD OF IMPLEMENTATION OF HARVESTING OPERATIONS

Настоящее изобретение относится к рабочим машинам, а точнее к таким рабочим машинам, которые включают в себя двигатель внутреннего сгорания, который может быть использован для приведения в действие основных и внешних нагрузок.
Рабочая машина, например строительная рабочая машина, сельскохозяйственная рабочая машина или рабочая машина для лесного хозяйства, обычно включает в себя силовой агрегат в виде двигателя внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания может быть выполнен в виде двигателя с воспламенением сжатием (то есть дизельного двигателя), либо двигателя с искровым зажиганием (то есть бензинового двигателя). Для большинства тяжелых рабочих машин силовой агрегат выполняют в виде дизельного двигателя, имеющего улучшенные характеристики, касающиеся перегрузки, понижения нагрузки и крутящего момента, для выполнения связанных с ним рабочих операций.
Реакция двигателя внутреннего сгорания на скачок нагрузки при переходном процессе после динамической нагрузки представляет собой отличительный признак, на который в наибольшей степени влияют рабочий объем цилиндров двигателя, аппаратура двигателя (например, имеет ли он стандартный турбокомпрессор, турбокомпрессор с перепускным клапаном или с переменной геометрией и т.д.), а также стратегия программного обеспечения для приведения в действие воздушных и топливных исполнительных устройств (например, рециркуляции выхлопных газов, турбокомпрессора с турбиной, имеющей изменяемую геометрию, конфигурации форсунок и т.д.) по отношению к требованиям, касающимся законодательства, ограничивающего выбросы (например, видимого дыма, оксидов азота (NOx) и т.д.), шум или вибрацию. Динамическая нагрузка может быть следствием нагрузки, передаваемой цепью привода (например, орудия, буксируемого позади рабочей машины), или внешней нагрузки (то есть нагрузки, не передаваемой цепью привода). Внешние нагрузки могут быть классифицированы как включающие в себя паразитные нагрузки и вспомогательные нагрузки. Паразитные нагрузки представляют собой нагрузки на двигатель, не передаваемые цепью привода, при обычном выполнении операции рабочей машиной без вмешательства оператора (например, вентилятор для охлаждения двигателя, насос для гидравлической цепи масляного охлаждения и т.д.). Вспомогательные нагрузки представляют собой нагрузки на двигатель, не передаваемые цепью привода, создаваемые посредством избирательного вмешательства оператора (например, вспомогательная гидравлическая нагрузка, такая как разгрузочный шнек на комбайне, фронтальный погрузчик, приспособление в виде обратной лопаты и т.д.).
Системы с двигателем при приложении неустановившейся нагрузки в целом реагируют на нее линейно. Вначале нагрузка будет приложена к приводному валу двигателя внутреннего сгорания. При увеличении нагрузки скорость двигателя внутреннего сгорания падает. На падение скорости двигателя оказывает влияние обстоятельство, заключающееся в том, является ли управляющее устройство изохронным или для него свойственно падение скорости. Воздушный поток увеличивается для обеспечения дополнительной подачи воздуха к двигателю внутреннего сгорания посредством изменения исполнительных устройств, служащих для подачи воздуха. Необходима задержка по времени, чтобы достичь нового заданного значения воздушного потока. Количество впрыскиваемого топлива, которое поступает почти сразу же, будет увеличено по отношению как к пределу дымности отработавших газов, так и к допустимому количеству топлива. После этого двигатель возвращается к заданному значению скорости. Параметры, связанные с реакцией на скачок нагрузки двигателя при переходном режиме после динамической нагрузки, представляют собой падение скорости и время возвращения к заданной скорости двигателя.
Двигатель внутреннего сгорания может быть соединен с бесступенчатой трансмиссией, которая обеспечивает непрерывную изменяемую выходную скорость от 0 до максимума. Бесступенчатая трансмиссия обычно включает в себя гидростатические и механические шестеренные компоненты. Гидростатические компоненты преобразуют силу вращения вала в гидравлический поток и наоборот. Силовой поток через бесступенчатую передачу может проходить только через гидростатические компоненты, только через механические компоненты или через сочетание обоих компонентов в зависимости от конструкции и выходной скорости.
Рабочая машина, включающая в себя двигатель внутреннего сгорания, соединенный с бесступенчатой трансмиссией, может двояко вызвать проблемы, которые должны быть устранены. Во-первых, мгновенно приложенные нагрузки на цепь привода или на гидравлические функциональные компоненты транспортного средства приводят к падению скорости двигателя. Реакция на изменение передаточного отношения бесступенчатой передачи для уменьшения нагрузки на двигатель, чтобы она сразу же была понижена, происходит медленнее, чем это необходимо для предотвращения значительного падения скорости двигателя, а иногда и его остановки. Во-вторых, когда к двигателю внутреннего сгорания приложена внешняя нагрузка, например, когда происходит заполнение ковша фронтального погрузчика на транспортном средстве с бесступенчатой трансмиссией, оператор может дать команду на задание скорости транспортного средства, значительно превышающей ту скорость, которая может быть получена от двигателя внутреннего сгорания. В этих условиях выходной крутящий момент бесступенчатой трансмиссии и ее скорость могут привести к чрезмерному проскальзыванию колес и к другим нежелательным характеристикам. Подобным же образом, если задействована внешняя нагрузка на трансмиссию от другой выполняемой внешней функции, например гидравлических функций, то внешняя нагрузка, объединенная с выходной характеристикой трансмиссии, может привести двигатель в состояние перегрузки.
Требования к рабочим машинам, касающиеся улучшенных эксплуатационных характеристик и экономии топлива, в последующее десятилетие будут существенно увеличены. Это будет осложнено выполнением устройств для снижения выбросов. Следует ожидать, что увеличение размера и повышение производительности рабочих машин приведет к более высокому требованию в отношении мощности, которая может быть получена от экономичных отдельных двигателей внутреннего сгорания. Это заставит разрабатывать транспортные средства, использующие весьма громоздкие, тяжелые и дорогостоящие промышленные двигатели. Сложность и стоимость таких двигателей может явиться препятствием и ограничением при создании машин с повышенной производительностью.
Один из способов решения проблемы заключается в использовании технологии гибрида электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания с аккумуляторном для содействия подаче электрической энергии к двигателю внутреннего сгорания. В этом случае следует ожидать весьма удовлетворительной работы, хотя содействие посредством электрической энергии может быть обеспечено только за относительно короткие периоды времени. Время, за которое может быть обеспечено содействие посредством электрической энергии, определяет размер аккумулятора. Аккумуляторы, имеющие достаточную емкость для устойчивых уровней энергетического содействия, неизбежно будут громоздкими, тяжелыми и дорогостоящими, ограничивая тем самым их практическое применение.
Еще одно преимущество гибридов с содействием посредством батареи заключается в возможности работы электрических приводов при заглушенном двигателе внутреннего сгорания. Например, система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, световые приборы, воздушные компрессоры, вентиляторы охлаждения, системы для разгрузки бункера с зерном и т.д. могут быть приведены в действие без необходимости запуска двигателя внутреннего сгорания. Продолжительность времени, в течение которого эти приводы могут быть приведены в действие при выключенном двигателе, вновь ограничены размером аккумулятора. Аккумуляторы, достаточно большие для выполнения значительной работы за продолжительные периоды времени при отключенном двигателе, также могут быть слишком громоздкими, тяжелыми и дорогостоящими для их использования на практике.
В этой отрасли необходимы рабочая машина и соответствующий способ работы, обеспечивающие устойчивую увеличенную допустимую мощность с большим количеством преимуществ гибридов с электрическим двигателем и двигателем внутреннего сгорания и отвечающие при этом повышенным обязательным требованиям, касающимся выбросов.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом первый электродвигатель/генератор механически подсоединен между первым силовым агрегатом и первой основной нагрузкой, а второй электродвигатель/генератор механически подсоединен между вторым силовым агрегатом и второй основной нагрузкой.
Предпочтительно сельскохозяйственная уборочная машина включает в себя по меньшей мере одну электрическую технологическую цепь, выполненную для избирательной двунаправленной передачи электрической энергии между первым электродвигателем/генератором и вторым электродвигателем/генератором.
Предпочтительно первый электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки.
Предпочтительно сельскохозяйственная уборочная машина представляет собой сельскохозяйственный комбайн, причем нагрузка системы обмолота соответствует по меньшей мере одному из: режущей платформы; жатки; корпуса питателя; ротора; сепаратора; и измельчителя остатков.
Предпочтительно каждый из первого силового агрегата и второго силового агрегата представляет собой двигатель внутреннего сгорания.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая;
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом каждый из первого электродвигателя/генератора и второго электродвигателя/генератора включает в себя механический подвод, механический отвод и электрический подвод/отвод.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом первая номинальная мощность приблизительно равна второй номинальной мощности.
Согласно четвертому объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом по меньшей мере одна внешняя нагрузка включает в себя нагрузку, инициируемую оператором.
Согласно пятому объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом каждая внешняя нагрузка соответствует паразитной нагрузке или вспомогательной нагрузке.
Предпочтительно каждая паразитная нагрузка представляет собой нагрузку, не передаваемую цепью привода и создаваемую без вмешательства оператора, а каждая вспомогательная нагрузка представляет собой нагрузку, не передаваемую цепью привода и создаваемую при вмешательстве оператора.
Предпочтительно сельскохозяйственная уборочная машина представляет собой сельскохозяйственный комбайн, причем по меньшей мере одна вспомогательная нагрузка соответствует по меньшей мере одному из: системы обогрева и кондиционирования воздуха; привода мотовила; привода очистного башмака; воздушного компрессора для функции очистки; системы освещения транспортного средства; системы разгрузки очищенного зерна; привода вентилятора очистки; привода режущего аппарата/шнека/распределителя соломы; элеватора очищенного зерна; и вспомогательного электрического силового выхода.
Согласно шестому объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом; и,
по меньшей мере, одну батарею, которая электрически соединяется с по меньшей мере одной внешней нагрузкой.
Согласно седьмому объекту настоящего изобретения создана сельскохозяйственная уборочная машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку системы обмолота;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность и соединяемый со второй основной нагрузкой, включающей в себя нагрузку поступательного движения;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом; при этом первый силовой агрегат включает в себя первую цепь привода, а второй силовой агрегат включает в себя вторую цепь привода, при этом первая основная нагрузка приводится в действие посредством первой цепи привода, а вторая основная нагрузка приводится в действие посредством второй цепи привода.
Согласно восьмому объекту настоящего изобретения создана рабочая машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность, при этом второй силовой агрегат механически независим от первого силового агрегата;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом второй силовой агрегат соединяется со второй основной нагрузкой.
Предпочтительно рабочая машина включает в себя по меньшей мере одну электрическую технологическую цепь для избирательной двунаправленной передачи электрической энергии между первым электродвигателем/генератором и вторым электродвигателем/генератором.
Предпочтительно первый электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки.
Предпочтительно рабочая машина представляет собой сельскохозяйственный комбайн, причем первая основная нагрузка включает в себя нагрузку системы обмолота, а вторая основная нагрузка включает в себя нагрузку поступательного движения.
Предпочтительно сельскохозяйственная уборочная машина является одним из строительной рабочей машины, сельскохозяйственной рабочей машины, рабочей машины для лесного хозяйства, рабочей машины для горных работ и производственной рабочей установки.
Согласно девятому объекту настоящего изобретения создана рабочая машина, содержащая:
первый силовой агрегат, имеющий первую номинальную мощность и соединяемый с первой основной нагрузкой;
второй силовой агрегат, имеющий вторую номинальную мощность, при этом второй силовой агрегат механически независим от первого силового агрегата;
первый электродвигатель/генератор, механически связанный с первым силовым агрегатом;
второй электродвигатель/генератор, механически связанный со вторым силовым агрегатом, при этом второй электродвигатель/генератор выполнен с возможностью электрического приведения в действие по меньшей мере одной внешней нагрузки, причем второй электродвигатель/генератор и первый электродвигатель/генератор электрически соединены друг с другом;
при этом первый электродвигатель/генератор механически подсоединен между первым силовым агрегатом и первой основной нагрузкой, а второй электродвигатель/генератор механически подсоединен между вторым силовым агрегатом и второй основной нагрузкой.
Предпочтительно сельскохозяйственная уборочная машина является одним из строительной рабочей машины, сельскохозяйственной рабочей машины, рабочей машины для лесного хозяйства, рабочей машины для горных работ и производственной рабочей установки.
Согласно десятому объекту настоящего изобретения создан способ выполнения уборочных операций, при котором:
приводят в действие нагрузку системы обмолота посредством первого силового агрегата, имеющего первую номинальную мощность;
приводят в действие нагрузку поступательного движения посредством второго силового агрегата, имеющего вторую номинальную мощность, причем второй силовой агрегат механически независим от первого силового агрегата;
приводят в действие первый электродвигатель/генератор посредством первого силового агрегата, приводят в действие второй электродвигатель/генератор посредством второго силового агрегата;
приводят в действие внешнюю нагрузку посредством первого электродвигателя/генератора или второго электродвигателя/генератора;
осуществляют текущий контроль полной нагрузки на по меньшей мере одном из первого силового агрегата и второго силового агрегата; и
осуществляют двунаправленную передачу электрической энергии между первым электродвигателем/генератором и вторым электродвигателем/генератором в зависимости от текущего контроля.
Предпочтительно при осуществлении текущего контроля осуществляют: текущий контроль полной нагрузки на первом силовом агрегате; сравнение полной нагрузки на первом силовом агрегате с первой номинальной мощностью; и передачу электрической энергии от второго электродвигателя/генератора к первому электродвигателю/генератору, если полная нагрузка на первом силовом агрегате больше, чем первая номинальная мощность.
Предпочтительно при осуществлении текущего контроля осуществляют: текущий контроль полной нагрузки на первом силовом агрегате; сравнение полной нагрузки на первом силовом агрегате с первой номинальной мощностью; определение того, действует ли первый силовой агрегат с максимальной расчетной рабочей скоростью; увеличение рабочей скорости первого силового агрегата, если он действует на скорости ниже максимальной расчетной рабочей скорости; и передачу электрической энергии от второго электродвигателя/генератора к первому электродвигателю/генератору, если первый силовой агрегат действует на максимальной расчетной рабочей скорости или с близкой к ней скорости и полная нагрузка на первом силовом агрегате больше, чем первая номинальная мощность.
Предпочтительно при осуществлении текущего контроля осуществляют: текущий контроль полной нагрузки на втором силовом агрегате; сравнение полной нагрузки на втором силовом агрегате со второй номинальной мощностью; и передачу электрической энергии от первого электродвигателя/генератора ко второму электродвигателю/генератору, если полная нагрузка на втором силовом агрегате больше, чем вторая номинальная мощность.
Предпочтительно при осуществлении текущего контроля осуществляют: текущий контроль полной нагрузки на втором силовом агрегате; сравнение полной нагрузки на втором силовом агрегате со второй номинальной мощностью; определение того, действует ли второй силовой агрегат на максимальной рабочей скорости; увеличение рабочей скорости второго силового агрегата, если он действует на скорости, которая ниже максимальной расчетной рабочей скорости; и передачу электрической энергии от первого электродвигателя/генератора ко второму электродвигателю/генератору, если второй силовой агрегат действует на максимальной расчетной рабочей скорости или на близкой к ней скорости и полная нагрузка на втором силовом агрегате больше, чем вторая номинальная мощность.
Предпочтительно при осуществлении текущего контроля осуществляют текущий контроль полной нагрузки на каждом из первого силового агрегата и второго силового агрегата и сравнивают полную нагрузку на первом силовом агрегате с полной нагрузкой на втором силовом агрегате; и передают электрическую энергию между первым электродвигателем/генератором и вторым электродвигателем/генератором, чтобы таким образом уравновесить полную нагрузку на каждом из первого силового агрегата и второго силового агрегата.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематический вид варианта осуществления рабочей машины согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 - схематический вид конкретного варианта осуществления рабочей машины согласно настоящему изобретению в виде сельскохозяйственного комбайна; и
фиг. 3 - вариант осуществления способа эксплуатации рабочей машины, показанной на фиг. 2.
На фиг. 1 показан схематический вид варианта осуществления рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению. Предполагается, что рабочая машина 10 представляет собой сельскохозяйственную машину в виде сельскохозяйственного комбайна John Deere, хотя она может представлять собой другой тип рабочей машины, например рабочую машину, используемую при строительстве, ведении лесного хозяйства, горных работах или производственную установку.
Рабочая машина 10 включает в себя первый силовой агрегат в виде первого двигателя 12 внутреннего сгорания и второй силовой агрегат в виде второго двигателя 14 внутреннего сгорания. Первый двигатель 12 внутреннего сгорания имеет первую приводную цепь, обычно включающую в себя выходной коленчатый вал 16 с первой номинальной мощностью, который приводит в действие первую основную нагрузку 18 и, как вариант, одну или более внешние нагрузки 20. Первая основная нагрузка 18 представляет собой систему обмолота, связанную с одним или более из: режущей платформы; жатки; корпуса питателя; ротора; сепаратора и измельчителя остатка. Первая основная нагрузка 18 предпочтительно представляет собой нагрузку, передаваемую цепью привода, которую механически приводят в действие посредством первого двигателя 12 внутреннего сгорания, хотя она также может быть приведена в действие электрически первым электродвигателем/генератором 22.
Второй двигатель 14 внутреннего сгорания механически не зависит от первого двигателя 12 внутреннего сгорания. Второй двигатель 14 внутреннего сгорания имеет вторую цепь привода, обычно включающую в себя выходной коленчатый вал 24, который приводит в действие вторую основную нагрузку 26 и одну или более внешние нагрузки 28. Второй двигатель 14 внутреннего сгорания имеет вторую номинальную мощность, которая приблизительно такая же, что и первая номинальная мощность первого двигателя 12 внутреннего сгорания. Предполагается, что в представленном варианте осуществления изобретения каждый из первого двигателя 12 внутреннего сгорания и второго двигателя 14 внутреннего сгорания имеет номинальную мощность порядка 250 кВт.
Вторая основная нагрузка 26 представляет собой нагрузку от поступательного движения для избирательного продвижения рабочей машины 10 по земле. С этой целью бесступенчатая трансмиссия в виде гидростатической трансмиссии может быть избирательно приведена в зацепление/разъединена с коленчатым валом 24 и обеспечивает движущую силу для одного или более приводных колес. Безусловно, будет понятно, что в случае гусеничного транспортного средства коленчатый вал 24 может быть связан с гусеницей, входящей в зацепление с землей. Вторая основная нагрузка 26 предпочтительно представляет собой нагрузку, передаваемую цепью привода, которую механически приводят в действие вторым двигателем 14 внутреннего сгорания, хотя она также может быть приведена в действие электрически посредством второго электродвигателя/генератора 30.
Одна или более из внешних нагрузок 28 могут включать в себя одну или более вспомогательные нагрузки, а также могут включать в себя одну или более паразитные нагрузки. Вспомогательные нагрузки представляют собой не передаваемые цепью привода гидравлические или электрические нагрузки на втором двигателе 14 внутреннего сгорания, создаваемые посредством избирательного вмешательства оператора (например, вспомогательную гидравлическую нагрузку, такую как разгрузочный шнек на комбайне, фронтальный погрузчик, приспособление типа обратной лопаты и т.д.). Паразитные нагрузки, не являющиеся нагрузками, передаваемыми цепью привода, имеются на втором двигателе 14 внутреннего сгорания при обычном действии рабочей машиной без вмешательства оператора (например, электрически приводимый в действие охлаждающий вентилятор, связанный с первым двигателем 12 внутреннего сгорания и т.д.). Внешние нагрузки могут быть обеспечены энергией от отдельных электрических двигателей, которые питают энергией посредством второго электродвигателя/генератора 30, либо, как вариант, подача энергии к ним может быть осуществлена непосредственно от второго электродвигателя/генератора 30.
В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, внешние нагрузки 20, как вариант, представляют собой нагрузки, которые может нести первый двигатель 12 внутреннего сгорания, а все внешние нагрузки 28 несет на себе второй двигатель 14 внутреннего сгорания. Это объясняется предвидением того, что ударные нагрузки, несомые первым двигателем 12 внутреннего сгорания от системы обмолота, могут быть высокими, и поэтому внешние нагрузки смещают ко второму двигателю 14 внутреннего сгорания. Однако можно разделить внешние нагрузки между первым двигателем 12 внутреннего сгорания и вторым двигателем 14 внутреннего сгорания в зависимости от ожидаемых нагрузок, размера двигателей внутреннего сгорания (которые могут быть одинаковыми или разными), количества внешних нагрузок и т.д.
Предполагается, что каждый из первого двигателя 12 внутреннего сгорания и второго двигателя 14 внутреннего сгорания в показанном варианте осуществления изобретения представляет собой дизельный двигатель, хотя он также может быть бензиновым двигателем, пропановым двигателем и т.д. Двигателям 12 и 14 придают размеры и конфигурации в соответствии с их применением.
Первый электродвигатель/генератор 22 и второй электродвигатель/генератор 30 электрически связаны друг с другом по силовой линии 32, чтобы пропускать электрическую энергию назад и вперед между первым электродвигателем/генератором 22 и вторым электродвигателем/генератором 30. При получении электрической энергии определенный электродвигатель/генератор 22 или 30 будет приведен в действие в качестве электродвигателя для добавления механической энергии к выходу от соответствующего двигателя 12 или 14 внутреннего сгорания, как будет более подробно описано далее.
Электрическая технологическая цепь для управления операцией, выполняемой рабочей машиной 10, обычно включает в себя первый блок 34 управления двигателем, второй блок 36 управления двигателем, блок 38 управления транспортным средством и блок 40 управления трансмиссией. Первый блок 34 управления двигателем посредством электроники управляет работой первого двигателя 12 внутреннего сгорания и соединен с множеством датчиков (специально не показаны), связанных с работой первого двигателя 12 внутреннего сгорания. Например, блок 34 может быть соединен с датчиком, указывающим параметры управления двигателем, такие как скорость потока воздуха внутри одного или более впускных коллекторов, скорость двигателя, величина и/или выбор времени подачи топлива, степень рециркуляции выхлопных газов, положение лопаток турбокомпрессора и т.д. Кроме того, блок 34 управления двигателем может получать выходные сигналы от блока 38 управления транспортным средством, характеризующие параметры управления транспортным средством, вводимые оператором, такие как заданная путевая скорость (указанная положением рукоятки переключения передач и дросселем, и/или рычагом гидростатического устройства) или заданное направление рабочей машины 10 (указанное угловой ориентацией рулевого колеса).
Подобным же образом второй блок 36 управления двигателем посредством электроники управляет работой второго двигателя 14 внутреннего сгорания. Блок 36 действует способом, подобным способу работы описанного выше блока 32 управления двигателем, и далее не будет подробно описан. Также будет понятно, что в определенных случаях их использования блоки 34 и 36 управления двигателем могут быть объединены в единый контроллер.
Блок 38 управления транспортным средством с помощью электроники управляет работой бесступенчатой трансмиссии, составляющей вторую основную нагрузку 26, и обычно соединен с множеством датчиков (не показаны), связанных с работой бесступенчатой трансмиссии. Блок 34 управления двигателем, блок 36 управления двигателем, блок 38 управления транспортным средством и блок 40 управления трансмиссией соединены друг с другом посредством системы шин, обеспечивающих двухсторонний поток прохождения данных, например шины 42 локальной сети контроллера.
Хотя различные электронные компоненты, такие как блок 34 управления двигателем, блок 36 управления двигателем, блок 38 управления транспортным средством и блок 40 управления трансмиссией, показаны связанными друг с другом посредством использования проводных соединений, также следует иметь в виду, что в определенных случаях могут быть использованы беспроводные соединения.
Далее, со ссылкой на фиг.2 будет более подробно описан конкретный вариант осуществления рабочей машины 10 согласно настоящему изобретению в виде сельскохозяйственного комбайна. Основные нагрузки, приводимые в действие первым двигателем 12 внутреннего сгорания и вторым двигателем 14 внутреннего сгорания, включают в себя два типа приводных нагрузок приводной цепи. А именно, первый двигатель 12 внутреннего сгорания приводит в действие основную нагрузку, связанную с системой 44 обмолота, а второй двигатель 14 внутреннего сгорания приводит в действие основную нагрузку, связанную с гидростатическим поступательным движением 46. Нагрузки от системы обмолота представляют собой нагрузки цепи привода, связанные с одним или более из: режущей платформы; жатки; корпуса питателя; ротора; сепаратора и измельчителя остатков.
Внешние нагрузки, приводимые в действие вторым двигателем 14 внутреннего сгорания, включают в себя два типа гидравлических или электрических нагрузок, не передаваемых цепью привода, а именно: вспомогательные нагрузки, задаваемые оператором, и паразитные нагрузки, не задаваемые оператором. В варианте осуществления изобретения согласно фиг.2 вспомогательные нагрузки 48 представляют собой нагрузки, не передаваемые цепью привода, связанные с одним или более из: системы нагревания и кондиционирования воздуха; привода мотовила, привода очистного башмака; воздушного компрессора для функции очистки; системы освещения транспортного средства; системы выгрузки чистого зерна; привода вентилятора очистки; привода режущего аппарата/шнека; распределителя соломы; элеватора для чистого зерна; вспомогательного электрического силового выхода. Все из этих вспомогательных нагрузок 48 (за исключением системы освещения и вспомогательного электрического силового выхода) указаны как нагрузки, электрически приводимые в действие, энергию к которым подают посредством соответствующих электрических двигателей (каждый из которых обозначен буквой «М», но специально не пронумерован). Различные двигатели М избирательно возбуждают посредством использования электрической технологической цепи 50 (показана схематически в блочной форме), которая может включать в себя блок 38 управления транспортным средством, выпрямитель и преобразователь постоянного тока в переменный ток. Электрическая технологическая цепь 50 электрически соединяет второй электродвигатель/генератор 30 с двигателем M, связанным с выбранной вспомогательной нагрузкой 48. Будет понятно, что при подаче электрической энергии к одной или более вспомогательным нагрузкам 48 второй электродвигатель/генератор 30 приводят в действие в качестве электродвигателя/генератора с выходной электрической энергией. Вспомогательные нагрузки также могут включать в себя одну или более инициируемые оператором гидравлические нагрузки (не показаны).
В том случае, когда второй двигатель 14 внутреннего сгорания не работает и требуется электрическая энергия для временного энергоснабжения одной или более вспомогательных нагрузок 48, с электрической технологической цепью 50 также соединяют аккумулятор 52. Безусловно, для обеспечения более высокой расчетной величины ампер-часов может быть соединена друг с другом группа аккумуляторов. Энергия от аккумулятора 52 может быть подана в виде энергии постоянного тока либо она может быть преобразована и подана в виде энергии переменного тока.
Вспомогательные нагрузки 48 могут быть соединены проводами с электрической технологической цепью 50, со вторым электродвигателем/генератором 30 и/или с аккумулятором 52 либо, как вариант, могут быть соединены посредством использования модульных соединителей или штырей (например, посредством одного или более электрических выходов для вилки, показанных на фиг.2). Кроме того, вспомогательные нагрузки 28 могут быть приведены в действие с той же самой рабочей скоростью, что и скорость первого двигателя 12 внутреннего сгорания, или с другой скоростью. Это позволяет внешней нагрузке функционировать со скоростью, отличной от скорости выполнения функций обмолота и поступательного движения, что может быть важным для определенных условий выполнения операции, например, в случае более жесткого зернового материала, когда приближаются сумерки и т.д.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения первый электродвигатель/генератор 22 и второй электродвигатель/генератор 30 электрически соединены друг с другом так, как указано линией 32 подачи электрической энергии. Это обеспечивает возможность оптимального управления энергией посредством разделения необходимой энергии между первым двигателем 12 внутреннего сгорания и вторым двигателем 14 внутреннего сгорания. Электрическая энергия может быть передана от первого электродвигателя/генератора 22 ко второму электродвигателю/генератору 30 либо, наоборот, в зависимости от необходимой энергии, связанной с основными нагрузками 18 и 26, либо с вспомогательными нагрузками 48.
Далее, со ссылкой на фиг.3 более подробно будет описан способ выполнения операции рабочей машиной 10, используя оптимальное управление энергией с помощью первого электродвигателя/генератора 22 и второго электродвигателя/генератора 30. Когда уборочная машина 10 находится в поле для выполнения уборочных операций, первый двигатель 12 внутреннего сгорания используют для приведения в действие системы обмолота, а второй двигатель 14 внутреннего сгорания используют для приведения в действие системы поступательного движения (блоки 60 и 62). Одновременно первый двигатель 12 внутреннего сгорания используют для приведения в действие первого электродвигателя/генератора 22, а второй двигатель 14 внутреннего сгорания используют для приведения в действие второго электродвигателя/генератора 30. Вспомогательные нагрузки 48, которые приводят в действие посредством второго электродвигателя/генератора 30, в свою очередь добавляют к нагрузке, несомой вторым двигателем 14 внутреннего сгорания. За полной нагрузкой, несомой каждым из первого 12 и второго 14 двигателей внутреннего сгорания, осуществляют текущий контроль для обеспечения того, чтобы двигатели не находились в состоянии перегрузки или близко к этому состоянию (блок 64). В случае если двигатели не находятся в состоянии перегрузки, а нагрузки на каждом соответствующем двигателе не равны друг другу в пределах заданной величины, электрическая энергия будет передана между первым электродвигателем/генератором 22 и вторым электродвигателем/генератором 30 для уравновешивания нагрузок (блок 66 принятия решения и блок 68). Другими словами, электродвигатель/генератор на двигателе с меньшей нагрузкой будет приведен в действие посредством выхода генератора, а электродвигатель/генератор на двигателе с большей нагрузкой будет приведен в действие посредством выхода электродвигателя.
С другой стороны, если нагрузки уравновешены в заданном пределе, то возникает вопрос об обеспечении того, чтобы первый двигатель 12 внутреннего сгорания не работал на своей номинальной мощности или выше нее (блок 70 принятия решения). Специалистом в области двигателей внутреннего сгорания будет понятно, что номинальная мощность для данного двигателя изменяется, когда изменяется число оборотов двигателя в минуту. Для заданной рабочей скорости номинальная мощность по существу определена верхним пределом кривой крутящего момента для этого двигателя при заданной рабочей скорости. Когда скорость двигателя увеличивается, номинальная мощность обычно также увеличивается вплоть до максимальной расчетной рабочей скорости двигателя. Если контролируемая нагрузка на первом двигателе 12 внутреннего сгорания действует при номинальной мощности или выше нее, но двигатель не работает на максимальной рабочей скорости, то можно просто увеличить рабочую скорость двигателя, чтобы таким образом увеличить номинальную мощность (блок 70 принятия решения, блок 72 принятия решения и блок 74). Однако при определенных рабочих условиях скрытое время срабатывания двигателя 12 внутреннего сгорания может не быть достаточно скоротечным для предотвращения чрезмерного ослабления работы двигателя. При таких обстоятельствах можно быстрее добавить мощность к выходной приводной цепи от первого двигателя 12 внутреннего сгорания посредством передачи электрической энергии от второго электродвигателя/генератора 30 к первому электродвигателю/генератору 22.
Если подвергаемая текущему контролю нагрузка на первом двигателе 12 внутреннего сгорания действует при номинальной мощности или выше нее, но двигатель работает на максимальной рабочей скорости, то мощность добавляют к выходной приводной цепи от первого двигателя 12 внутреннего сгорания посредством передачи электрической энергии от второго электродвигателя/генератора 30 к первому электродвигателю/генератору 22 (блок 70 принятия решения, блок 72 принятия решения и блок 76). Другими словами, невозможно дальнейшее увеличение номинальной мощности первого двигателя 12 внутреннего сгорания посредством увеличения числа оборотов в минуту этого двигателя 12, так что дополнительная мощность должна быть добавлена посредством передачи электрической энергии первому электродвигателю/генератору 22 и работы первого электродвигателя/генератора 22 в режиме электродвигателя.
Далее, полная нагрузка на втором двигателе 14 внутреннего сгорания сравнима с номинальной мощностью при заданной рабочей скорости. Тот же самый процесс добавления мощности к выходной мощности второго двигателя 14 внутреннего сгорания может быть осуществлен посредством использования такой же методологии, которая описана выше применительно к первому двигателю 12 внутреннего сгорания (блоки 70-76). То есть выходная мощность второго двигателя 14 внутреннего сгорания может быть увеличена посредством увеличения скорости этого двигателя 14 (блок 78 принятия решения, блок 80 принятия решения и блок 82) либо посредством передачи электрической энергии ко второму электродвигателю/генератору 30, работающему в режиме электродвигателя (блок 78 принятия решения, блок 80 принятия решения и блок 84). Логическое устройство управления далее обеспечивает повтор (линия 86), пока не будет прекращена работа уборочной машины.
При наличии описанного предпочтительного варианта осуществления изобретения будет очевидно, что могут быть выполнены различные модификации без отклонения от объема изобретения, который определен в прилагаемой формуле изобретения.