БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ДВИЖЕНИЯ САМОХОДНОГО КОМБАЙНА

Полезная модель относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к системам автоматического управления скоростью хода комбайна, оснащенного гидростатической трансмиссией.
Из уровня техники известно множество рычагов управления скоростью движения комбайна, для примера может быть упомянут патентный документ US 6715269 В2. В общем случае такой рычаг управления содержит ручку для манипулирования оператором и стержень, который может перемещаться в направляющем механизме и/или направляется для поворота, по меньшей мере, вокруг одной оси и установка которого определяет желаемое водителем состояние эксплуатации транспортного средства, такое как скорость движения, направление движения и т.п. Как это описано также в патентном документе US 6715269 В2, на ручке такого рычага управления могут быть предусмотрены элементы управления для управления другими функциями транспортного средства, причем эти элементы управления предназначены для привода в действие держащей ручки рукой оператора. Данная ручка позволяет эффективно осуществлять управление скоростью движения комбайном в ручном режиме, однако, в случае подключения системы автоматического управления, в комбайны с гидростатической трансмиссией, управление скоростью движения в автоматическом режиме не представляется возможным без подключения дополнительного оборудования в контур данной системы.
Так же известна система регулировки положения рукоятки управления самолетом (патент RU 2193991, опубликован 10.12.2002, МПК B64C 13/06). Согласно данной системе, рукоятка установлена на корпусе с возможностью перемещения. Корпус связан с кронштейном, соединенным шарнирами с двумя рычагами, шарнирно закрепленными другими точками относительно кабины. Один из рычагов шарнирно соединен со штоком регулирующего электромеханизма, закрепленного относительно кабины карданной подвеской. В одном варианте корпус и кронштейн соединены жестко, а в другом варианте соединены шарниром с возможностью фиксации взаимного расположения. Во втором случае рукоятка откидывается за счет того, что кронштейн соединен шарниром с качалкой, соединенной в другой точке шарниром со звеном, соединенным в другой точке шарниром с корпусом. Качалка и кронштейн соединены также пружиной растяжения. На кронштейне и качалке имеются упоры. По сигналу от элемента управления электромеханизмом, шток меняет свою длину, вызывая смещение оси шарнира. Через рычаг движение передается кронштейну. При этом ось шарнира может менять свое положение. Изменение положения кронштейна вызывает изменение положения корпуса и рукоятки. Данный патент по технической сути является ближайшим, так как по сигналу из элемента управления, при помощи штока электромеханизма изменяется положение корпуса рычага, соответственно положение рычага тоже изменяется. Это сделано для реализации возможности подстройки положения рычага, относительно кресла летчика. По технической сути данная система является самой близкой, но технический результат, достигаемый ею, направлен на решение не связанных с предлагаемой полезной моделью задач.
В целях осуществления автоматического управления скоростью движения комбайна необходимо в соответствии с сигналом от блока управления, входящего в состав системы автоматического управления комбайном, осуществлять передвижение рычага управления скоростью движения вдоль продольной оси внутри корпуса, а не вместе с ним.
Для установки системы автоматического вождения на комбайн, с целью воздействия необходимо подключение к различным управляющим органам. Одним из управляющих органов комбайна является ручка управления скоростью хода комбайна. С учетом типа комбайна, оснащенного гидростатической трансмиссией, возникает проблема, заключающаяся в том, что прямое воздействие на изменение скорости комбайна (например управление скоростью движение напрямую через электронный блок управления двигателем комбайна) невозможно. Так как между ручкой управления скоростью и системой гидростатической трансмиссии реализована механическая связь, то есть управление скоростью комбайна осуществляется не электронным блоком в составе комбайна, а напрямую механически с помощью ручки управления.
Задачей, поставленной при разработке данной полезной модели, являлась реализация возможности автоматического перемещения рычага управления скоростью движения вдоль продольной оси, в соответствии с полученным сигналом от блока управления в составе системы автоматического управления комбайном.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в реализации функции автоматического управления рычагом управления скоростью движения комбайна, оснащенного рычагом механической регулировки скорости, с сохранением возможности ручного управления (с возможностью перехода на ручное управление).
Указанный технический результат достигается в блоке управления скоростью движения самоходного комбайна, содержащем рычаг управления выполненный с возможностью поворота вдоль продольной оси и механического соединения с системой гидростатической трансмиссии комбайна, и ручку установленную на рычаге управления, отличающийся тем, что содержит линейный актуатор, шток которого соединен с рычагом управления при помощи соединительной тяги, причем линейный актуатор содержит управляющий микроконтроллер, на валу мотор-редуктора линейного актуатора установлен датчик угла поворота, толкатель штока линейного актуатора соединен с мотор-редуктором линейного актуатора при помощи электромагнитной муфты, соединительная тяга закреплена на штоке линейного актуатора и рычаге управления при помощи шарниров карданных, а внутри ручки установленной на рычаге управления, в месте соприкосновения с рукой оператора закреплен емкостной датчик касания, при этом выходы емкостного датчика касания и датчика угла поворота мотор-редуктора соединены со входом управляющего микроконтроллера, выход управляющего микроконтроллера соединен со входом электромагнитной муфты, причем управляющий микроконтроллер имеет вход для подключения блока управления системы автоматического управления комбайном.
Линейный актуатор, содержит шток, который подвижно (через карданный шарнир) закрепляется к рычагу управления гидростатической трансмиссией при помощи соединительной тяги, и позволяет в соответствии с сигналом, полученным от блока управления системы автоматического управления комбайна, осуществить поворот рычага управления скоростью движения комбайна вдоль продольной оси.
Управляющий микроконтроллер в составе актуатора позволяет использовать информацию от емкостного датчика касания, датчика угла поворота мотор-редуктора линейного актуатора и блока управления системы автоматического управления комбайном и осуществлять контроль перемещения толкателя штока актуатора. Емкостной датчик касания устанавливается в ручку, с помощью которой оператор комбайна осуществляет управление скоростью движения комбайна. Данная ручка неподвижно закреплена в верхней части рычага управления (в месте касания руки оператора). Емкостной датчик касания, формирует дискретный сигнал о наличии или отсутствии касания в зоне действия датчика, установленного в ручке, и используется для размыкания электромагнитной муфты между мотор-редуктором и толкателем штока актуатора, в целях перевода на ручное управления, обеспечивая свободное перемещение штока, а значит, и рычага управления ходом, в момент прикосновения оператором комбайна к ручке. Информация от датчика угла поворота мотор-редуктора линейного актуатора и блока управления системы автоматического управления комбайном позволяет осуществлять поворот рычага управления актуатором в необходимое для поддержания заданной (в блоке управления системы автоматического управления) скорости положение.
Использование карданных шарниров в местах соединения штока линейного актуатора и рычага управления с соединительной тягой обусловлено тем, что поворот рычага управления вдоль продольной оси в стандартном исполнении осуществляется по дуге.
Соединительная тяга может представлять собой стержень, соединенный через шарниры со штоком и рычагом управления скоростью комбайна. Стержень может быть изготовлен из любого прочного материала, например, метал, пластик и т.д.
При отсутствии возможности закрепления штока линейного актуатора и рычага управления скоростью хода комбайна при помощи соединительной тяги в виде стержня (может быть обусловлено конструктивными особенностями расположения рычага управления), для передачи поступательного воздействия от штока линейного актуатора к рычагу управления может использоваться Боуден-трос, один конец которого закрепляется на рычаге управления, а второй на штоке актуатора. При этом одна сторона оплетки Боуден-троса жестко соединяется с корпусом актуатора, а другая – неподвижно закрепляется в непосредственной близости с рычагом управления.
Также для реализации возможности ручного отключения автоматического управления (перехода на ручное управление) на ручке может устанавливаться кнопка принудительного размыкания электромагнитной муфты, замыкающей мотор-редуктор и толкатель штока актуатора. При размыкании электромагнитной муфты появляется возможность свободного поворота рычага управления, для перехода на ручное управление
Техническая сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид блока управления скоростью движения самоходного комбайна, на фиг.2 - линейный актуатор в составе системы, на фиг.3 - линейный актуатор в составе системы, вид сверху, на фиг.4 блок управления скоростью движения самоходного комбайна с использованием Боуден-троса.
Система управления скоростью движения самоходного комбайна содержит:
1. Рычаг управления гидростатической трансмиссией (ГСТ);
2. Карданный шарнир;
3. Шток линейного актуатора;
4. Линейный актуатор;
5. Мотор-редуктор;
6. Управляющий микроконтроллер;
7. Толкатель;
8. Электромагнитная муфта;
9. Стержень;
10. Боуден-трос.
В предпочтительном варианте исполнения полезная модель осуществляется следующим образом.
Блок управления скоростью системы автоматического вождения комбайна подключается к управляющему микроконтроллеру (6) блока управления скоростью движения самоходного комбайна. С помощью алгоритмов прикладного ПО в блоке управления системы автоматического вождения комбайна, задается желаемая скорость движения комбайна и формируется сигнал активации автоматического управления скоростью хода. Желаемая скорость движения комбайна и сигнал активации автоматического управления скоростью хода передаются на управляющий микроконтроллер (6). Сигнал с емкостного датчика касания, расположенного в ручке, установленной на рычаге управления скоростью хода ГСТ (1), поступает также в управляющий микроконтроллер (6). Сигнал о скорости хода комбайна так же поступает в управляющий микроконтроллер (6). Если управляющим микроконтроллером (6) получен сигнал активации автоматического управления, и если от емкостного датчика касания не поступает сигнал о задействованности ручки, установленной на рычаге управления скоростью хода (1), оператором комбайна, управляющий микроконтроллер (6) замыкает электромагнитную муфту (8), обеспечивая механическую связь мотор-редуктора (5) линейного актуатора (4) с толкателем (7), задействуя при этом автоматическое управление скоростью хода. Если задействовано автоматическое управление скоростью хода, и если текущая скорость хода не соответствует желаемой скорости движения комбайна, управляющий микроконтроллер (6) подает сигнал на мотор-редуктор (5), для перемещения толкателя (7) линейного актуатора (4), соответственно и штока линейного актуатора (3), который в свою очередь, через шарнир карданный (2) перемещает соединительную тягу (9), которая осуществляет поворот рычага управления ГСТ (1) на заданную величину. Сигнал с датчика абсолютного угла поворота выходного вала мотор-редуктора (5) непрерывно поступает в управляющий микроконтроллер (6), где используется для расчета фактического перемещения штока линейного актуатора (3). Шток линейного актуатора (3) механически, через стержень (9), связан с рычагом управления скоростью хода комбайна (ГСТ) (1). Перемещение штока линейного актуатора (3) выполняется пока фактическая скорость хода комбайна не будет соответствовать заданной в системе автоматического вождения скорости движения комбайна. Если получен сигнал деактивации автоматического управления, или если от емкостного датчика касания поступает сигнал о задействованности оператором ручки, установленной на рычаге управления ГСТ (1), управляющий микроконтроллер размыкает электромагнитную муфту, обеспечивая свободное перемещение штока линейного актуатора (3), а значит, и рычага управления ГСТ (1), обеспечивая возможность ручного управления скоростью хода. То есть линейный актуатор (4) выполняет перемещение рычага управления скоростью хода комбайна (ГСТ) (1) для поддержания заданной скорости. Если оператор считает нужным взять управление на себя, он берется рукой за ручку, установленную на рычаге управления, и система автоматически деактивируется.
В альтернативном варианте исполнения, в случае невозможности соединения штока линейного актуатора (3) с рычагом управления скоростью хода комбайна (1) при помощи стержня (9), для осуществления механической связи применяется Боуден-трос (10). В этом случае если задействовано автоматическое управление скоростью хода, и если текущая скорость хода не соответствует желаемой скорости движения комбайна, управляющий микроконтроллер (6) подает сигнал на мотор-редуктор (5), для перемещения толкателя (7) линейного актуатора (4), соответственно и штока линейного актуатора (3), который в свою очередь вызывает перемещение тросика внутри оплетки Боуден-троса (10), который осуществляет поворот рычага управления ГСТ (1) на заданную величину.
Для возможности экстренного отключения, в случае неисправности системы, предусмотрена кнопка-размыкатель, соединенная напрямую с управляющим микроконтроллером, которая обесточивает систему, и гарантирует, что муфта будет разомкнута, не блокируя управление ручкой ГСТ оператором. Кнопка может располагаться на ручке, установленной на рычаге управления ГСТ.
Система применяется для задачи поддержания оптимальной скорости исходя из техпроцесса зерноуборочного комбайна с установленной системой автоматического вождения. Использование системы поддержания оптимальной скорости позволяет повысить эффективность процесса зерноуборки. В сравнении с существующим уровнем техники применение данной полезной модели позволяет установить систему поддержания оптимальной скорости на комбайны, неоснащенные ею с завода, и не имеющие штатной подготовки для оснащения такой системой (без электронного управления скоростью хода). Используется для дооснащения существующих моделей зерноуборочных комбайнов, не имеющих штатной функции электронного управления скоростью хода.
Таким образом данный блок управления скоростью хода комбайна позволяет осуществить автоматическую регулировку скорости движения комбайна, путем автоматического поворота рычага управления, в соответствии с сигналом от системы автоматического вождения. При этом сохраняется возможность перехода на свободное ручное управление.