Мобильное энергетическое средство с посевным агрегатом с передвижным бункером

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в том числе тракторостроения.
При работе агрегатов в растениеводстве, составленных на базе универсальных колесных полноприводных энергетических средств общего назначения, происходит ухудшение их тягово-сцепных показателей и увеличение уплотнения почвы вследствие неравномерного распределения нагрузки по осям движителей из-за нерационального продольного положения центра масс мобильного энергетического средства, изменения усилия на крюке при работе с разнотипными сельскохозяйственными машинами и физико-механических свойств почвы на различных участках. Улучшить тягово-сцепные показатели колесных движителей полноприводных колесных энергетических средств и снизить уплотнение почвы можно за счет рационального изменения распределения нагрузки по его осям колес в процессе работы агрегата в зависимости от действующих внешних сил.
Известно устройство для регулирования положения балластного груза на полураме трактора (МПК А01В 63/00, B62D 49/08, RU №2469523 от 26.04.2011 г.) с использованием датчика загрузки передней оси энергетического средства.
Устройство для регулирования положения балластного груза на полураме трактора состоит из датчика разгрузки передней оси с электронным блоком управления, электрогидрораспределителя, выдвижного устройства с балкой, направляющих, балластного груза, гидроцилиндра.
Недостатком применения данного устройства является использование дополнительных грузов, что приводит к увеличению общей массы агрегата и удорожанию его конструкции.
Наиболее целесообразным для улучшения энергетических показателей агрегата, в частности повышения его тягово-сцепных показателей, является использование уже имеющейся, но незадействованной массы составных частей агрегата.
Известен многофункциональный ведущий модуль самоходного посевного комплекса (МПК B62D 49/06, А01С 5/08, А01В 49/06, RU №193198 от 13.06.2019 г.), взятый в качестве прототипа, состоящий из транспортного средства (мобильного энергетического средства) с тягово-сцепным устройством, с гидравлической системой с установленным гидрораспределителем со свободными выходами гидролиний, с установленными на раме транспортного средства: бункером посевного комплекса, устройством подачи воздуха и дозирования семян и удобрений с трубопроводами, загрузочным шнеком, закрепленным на бункере, трехточечным навесным устройством с механизмом подъема навесного устройства с гидроцилиндром подъема. Данная компоновка агрегата позволяет использовать массу бункера с семенами и удобрениями для догрузки задней оси транспортного средства с целью повышения производительности агрегата за счет улучшения его тягово-сцепных свойств и маневренности.
Недостатком прототипа является то, что в процессе выполнения агрегатом посева культур не обеспечивается рациональное распределение нагрузок по осям движителей вследствие изменения эксплуатационной массы бункера из-за расхода находящегося в нем технологического материала, усилия на крюке, зависящего от физико-механических показателей обрабатываемой почвы, состава агрегата, скоростного режима его работы, угла продольного наклона энергетического средства. При этом создаются различные условия взаимодействия передних и задних движителей мобильного энергетического средства с опорной поверхностью, что приводит к ухудшению энергетических показателей агрегата, а также дополнительному уплотнению почвы.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение энергетической эффективности использования мобильного энергетического средства с посевным агрегатом за счет улучшения тягово-сцепных показателей движителей с почвой, а также снижения уплотнения почвы его ходовой системой путем обеспечения рационального распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства в зависимости от изменяющихся условий работы: усилия на крюке, массы технологического материала, находящегося в бункере, положения точки приложения силы на крюке прицепного устройства мобильного энергетического средства.
В мобильном энергетическом средстве с посевным агрегатом с передвижным бункером, содержащем тягово-сцепное устройство с гидравлической системой с установленным гидрораспределителем со свободными выходами гидролиний, с установленными на мобильном энергетическом средстве бункером посевного агрегата, устройством подачи воздуха и дозирования технологического материала с трубопроводами, загрузочным шнеком, закрепленном на бункере, трехточечным навесным устройством с механизмом подъема, в отличие от прототипа на раму мобильного энергетического средства установлено устройство для автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства, содержащее механизм перемещения бункера, представляющий собой передвижную платформу с опорными колесами с ребордами, ограничивающими боковое смещение платформы, перемещающуюся с установленным на ней бункером по направляющим, параллельно закрепленным на раме энергетического средства, в направлении продольной оси посевного агрегата посредством привода, включающего гидроцилиндр двустороннего действия, шарнирно соединенный с одной стороны с неподвижной цилиндрической осью, установленной между направляющими, а с другой - с осью опорных колес подвижной платформы; электронный блок управления с датчиками контроля загрузки передней и задней осей колес мобильного энергетического средства.
Устройство для автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства позволяет повысить энергетическую эффективность использования мобильного энергетического средства с посевным агрегатом за счет улучшения тягово-сцепных показателей движителей с почвой, а также снижения уплотнения почвы его ходовой системой путем обеспечения рационального распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства в зависимости от изменяющихся условий работы: усилия на крюке, массы технологического материала, находящегося в бункере, положения точки приложения силы на крюке прицепного устройства мобильного энергетического средства.
Техническая сущность предлагаемой полезной модели поясняется рисунками.
Фиг. 1. Мобильное энергетическое средство с посевным агрегатом с передвижным бункером.
Фиг. 2. Устройство для автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства.
Предлагаемая конструкция мобильного энергетического средства 1 с посевным агрегатом с передвижным бункером 5 (фиг.1) содержит тягово-сцепное устройство 2 с гидравлической системой 3 с установленным гидрораспределителем со свободными выходами гидролиний, содержащем золотник с соленоидом и соединенным с напорной магистралью энергетического средства; устройство для автоматического распределения нагрузок по осям колес энергетического средства, установленное на раме мобильного энергетического средства и содержащее механизм перемещения 4 бункера 5, представляющий собой передвижную платформу с закрепленным на ней бункером 5 посевного агрегата, перемещающуюся по направляющим в направлении продольной оси посевного агрегата посредством привода 6, электронный блок управления 7 с датчиками контроля загрузки передней и задней осей ведущих колес (на фиг.1 не указаны); устройством 8 подачи воздуха и устройством 9 дозирования технологического материала с трубопроводами 10, загрузочным шнеком 11, закрепленным на бункере 5, трехточечным навесным устройством с механизмом подъема 12.
Устройство для автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства (фиг.2) состоит из механизма перемещения, представляющего собой передвижную платформу 13 с закрепленным на ней бункером посевного агрегата, с опорными колесами 14 с ребордами, ограничивающими боковое смещение платформы, направляющих 15, параллельно закрепленных на раме мобильного энергетического средства, по которым перемещается с установленным на ней бункером 5 передвижная платформа 13 в направлении продольной оси посевного агрегата посредством привода, включающего гидроцилиндр 16 двустороннего действия, шарнирно соединенный с одной стороны с неподвижной цилиндрической осью 17, а с другой - с подвижной осью 18 опорных колес передвижной платформы; электронный блок управления с датчиками контроля загрузки передней и задней осей колес энергетического средства.
Отличием предлагаемого мобильного энергетического средства с посевным агрегатом от прототипа является установка на раму мобильного энергетического средства устройства для автоматического распределения нагрузок по осям колес за счет изменения продольного положения центра масс бункера посевного агрегата перемещением передвижной платформы с закрепленным на ней бункером посредством привода, управляемого электронным блоком управления на основе сигналов, поступающих от датчиков, контролирующих загрузку передней и задней осей мобильного энергетического средства.
Принцип действия. В процессе работы мобильного энергетического средства с посевным агрегатом с передвижным бункером датчики, закрепленные на передней и задней осях мобильного энергетического средства 1, определяют величину действующих на них сил и передают информацию в электронный блок управления 7. Если значения сил, полученных от датчиков передней и задней осей, отличаются, то электронный блок управления 7 определяет в какую сторону необходимо переместить бункер 5 для выравнивания нагрузок на осях и формирует управляющий электрический сигнал, направляемый на соленоид золотника гидрораспределителя, который открывает отверстие напорной магистрали мобильного энергетического средства 1 и подает рабочую жидкость в поршневую или штоковую полость гидроцилиндра 16 в зависимости от необходимого направления перемещения передвижной платформы 13 с бункером 5. Открытие отверстия осуществляется до тех пор, пока нагрузки на переднюю и заднюю оси не станут равными или передвижная платформа 13 не переместится до крайнего граничного положения, после чего электронный блок управления прекращает подачу сигнала на соленоид, и золотник возвращается в закрытое положение, прекращая подачу рабочей жидкости в гидроцилиндр 16. Перемещение передвижной платформы 13 с бункером 5 прекращается.
Техническим результатом использования предлагаемой конструкции мобильного энергетического средства с посевным агрегатом с передвижным бункером и устройством автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства является повышение энергетической эффективности работы мобильного энергетического средства с посевным агрегатом, которая заключается в следующем.
При работе посевного агрегата на базе серийно выпускаемых колесных полноприводных энергетических средств тягового класса 2...5 с навесным неподвижным бункером происходит неравномерное распределение нагрузок на переднюю и заднюю оси (разница составляет от 20 до 60%) вследствие действия различных конструктивных и эксплуатационных факторов (фиг.1):
где  - реакции опорной поверхности на передние и задние колеса энергетического средства, кН;
2
- ускорение свободного падения, м/с;
- продольное расстояние от задней оси колес до центра масс мобильного энергетического средства и бункера соответственно;
- эксплуатационная масса мобильного энергетического средства, т;
- масса пустого бункера, т;
3
- плотность технологического материала, загружаемого в бункер, т/м;
3
- объем бункера, м;
- динамический радиус колес мобильного энергетического средства, м;
- коэффициент сопротивления передвижению мобильного энергетического средства;
- сила на крюке мобильного энергетического средства, кН;
- высота положения точки приложения силы на крюке мобильного энергетического средства, м;
- продольное расстояние от точки приложения силы на крюке до оси задних колес мобильного энергетического средства, м;
- угол в продольно-вертикальной плоскости между направлением действия силы на крюке и плоскостью, параллельной опорной поверхности, рад.
1
2
б
а
Для выравнивания нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства (Y = Y) смещение центра масс бункера в направлении его продольной оси осуществляется на величину  относительно задней оси колес
Применение устройства для автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства позволяет перемещать центр массы бункера относительно задней оси колес (с учетом конструктивной возможности) в диапазоне от 0 до 1,0 м, что уменьшает разницу нагрузок, приходящихся на передние и задние оси на 5…60% в зависимости от нагрузки на крюке и массы технологического материала, находящегося в бункере. Настолько же снижается удельное давление колес энергетического средства на почву, снижая ее уплотнение.
дв1
дв2
При работе мобильного энергетического средства с посевным агрегатом с передвижным бункером движущая сила мобильного энергетического средства складывается из движущих сил Р и Р, образуемых соответственно передней и задней ведущими осями.
В случае применения в энергетическом средстве симметричного межосевого дифференциала крутящий момент распределяется равномерно на переднюю и заднюю оси колес. При этом движущая сила посевного агрегата в условиях недостаточного сцепления движителей с почвой ограничивается минимальной нагрузкой, приходящейся на одну из осей
а недоиспользование движущей силы составляет
max
min
где Y, Y - соответственно максимальная и минимальная реакции опорной поверхности, действующие на колеса передней и задней осей энергетического средства, кН;
μ - коэффициент сцепления ведущих колес с почвой.
Уменьшение разницы между нагрузками, приходящимися на переднюю и заднюю оси энергетического средства, позволяет повысить на 5...60% в зависимости от нагрузки на крюке и массы технологического материала, находящегося в бункере.
При работе энергетического средства с блокированным приводом передних и задних ведущих осей снижение разницы нагрузок на них уменьшает кинематическое несоответствие
и улучшает тягово-сцепные показатели энергетического средства за счет уменьшения разницы буксования передних и задних ведущих колес энергетического средства
-1
где  - частота вращения колеса, с;
- радиус ненагруженного колеса, м;
- нормальная нагрузка, действующая на колесо, кН;
- давление воздуха в шине, кПа;
- радиус сечения шины, м;
- коэффициент буксования ведущих колес.
Индекс  относится к забегающим колесам, а  - к отстающим. Таким образом, использование предлагаемой конструкции мобильного энергетического средства с посевным агрегатом с передвижным бункером и устройством автоматического распределения нагрузок по осям колес мобильного энергетического средства повышает энергетическую эффективность работы мобильного средства с посевным агрегатом за счет улучшения тягово-сцепных показателей ведущих колес мобильного энергетического средства с почвой и снижения удельного давления его ходовой системы на почву и ее уплотнения.