КУЛЬТИВАТОР С ПРИВОДОМ
CULTIVATOR WITH DRIVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области сельскохозяйственной техники с приводом. Более конкретно изобретение относится к сельскохозяйственной технике с приводом или к ручному оборудованию с приводом для обработки земли, в частности к электрическим культиваторам. Еще более конкретно изобретение относится к электрическому оборудованию, работающему от батарей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Техника с электроприводом уже много лет используется в сельском хозяйстве. В этой области существуют два технических решения. Первое решение предусматривает постоянное подключение оборудования к розетке электросети. Во втором решении энергия, необходимая для работы оборудования, поступает из аккумуляторов или батарей, что обеспечивает автономность. Настоящее изобретение относится к сельскохозяйственному оборудованию, работающему в соответствии со вторым решением.
Работа сельскохозяйственного оборудования от электрических батарей имеет определенные недостатки, поэтому автономный электропривод используется гораздо реже, чем двигатели внутреннего сгорания. Первым таким недостатком является ограниченная мощность, что ограничивает применение автономного электропривода для выполнения работ, требующих достаточно большой мощности, таких как обработка земли. Среди таких недостатков можно также выделить проблему обеспечения автономности работы.
Следует отметить, что культиваторы с приводом представляют собой устройства для обработки почвы, которые, соответственно, требуют сравнительно высокой мощности. Кроме того, в отличие от другой сельскохозяйственной техники с приводом культиваторы обычно не имеют колес, которые независимы от рабочих органов. Они перемещаются с помощью лопаток рабочего органа, которые вращаются на пониженной скорости. Понятно, что такое движение требует гораздо меньше энергии, чем необходимо для обработки почвы.
Батарея или батареи, которые используются для обеспечения энергией двигателей сельскохозяйственного оборудования и, более конкретно, двигателей культиваторов и которые должны обеспечивать высокую мощность для обработки почвы, должны поддерживать такую мощность в течение сравнительно длительного времени, для того чтобы пользователь мог эффективно выполнять работу по рыхлению почвы. Характеристики батарей, подходящих для такого применения, со временем ухудшаются. Таким образом, культиватор с приводом, в котором используется подходящая батарея, может обеспечивать хорошие условия эксплуатации в части величины мощности и продолжительности работы, пока батарея новая. Износ батарей приводит к снижению их характеристик и, соответственно, ухудшает условия их эксплуатации.
Неправильное использование батарей существенно ускоряет ухудшение их эксплуатационных характеристик. В некоторых типах используемых батарей, таких как, например, свинцово-кислотные батареи, никель-металл-гибридные батареи или литиевые батареи, вредна полная разрядка или даже снижение напряжения на клеммах батареи ниже определенного уровня. Поэтому для защиты таких батарей от сильного разряда пользователь должен контролировать состояние батареи по индикатору, который показывает уровень заряда батареи. Когда уровень заряда падает ниже критического уровня, пользователь должен прекратить работу оборудования и поставить батареи на зарядку.
Однако, как правило, пользователи пренебрегают постоянным контролем уровня заряда батарей оборудования и продолжают использовать его, пока заряд батареи не упадет до такого уровня, что работа оборудования прекращается. Такой режим использования серьезно ухудшает характеристики и срок службы батарей.
Пользователь может также видеть, что уровень заряда батарей недостаточен, когда он/она находится далеко от источника питания, от которого можно зарядить батареи. Таким образом, пользователь будет продолжать использование оборудования, то есть продолжать обрабатывать почву, перемещаясь по участку, пока он не достигнет источника питания. При этом также происходит ухудшение характеристик батарей.
Эти проблемы, связанные с досрочным износом батарей, снижают привлекательность и ценность культиваторов с электроприводом, работающих от батарей. Ограничения для культиваторов с приводом делают их менее подходящими для питания от батарей, чем в случае другого сельскохозяйственного оборудования.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является в частности устранение вышеуказанных недостатков известных технических решений.
Таким образом, целью изобретения является обеспечение эффективного использования культиваторов, работающих от электрических батарей.
Более конкретно, целью изобретения является создание культиватора, работающего от электрической батареи, в котором ограничивается износ батарей.
В частности, изобретение предназначено для батарей такого культиватора с приводом, которые должны использоваться исключительно или почти исключительно в таких условиях эксплуатации, в которых обеспечивается минимальное снижение характеристик.
Другой целью изобретения является создание такого электрического культиватора, управление зарядом батареи которого было бы максимально удобно для пользователя.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эти цели, а также другие, которые станут понятными из нижеприведенного описания, достигаются с помощью культиватора с приводом, который содержит электродвигатель, вращающий рабочие органы по обработке почвы, и по меньшей мере одну батарею, предназначенную для питания электродвигателя, причем культиватор имеет несколько функциональных возможностей, обеспечивающих его работу по меньшей мере в двух рабочих режимах, выбранных в зависимости от величины по меньшей мере одного параметра, характеризующего уровень заряда батареи или батарей, причем указанные рабочие режимы содержат по меньшей мере:
- нормальный режим работы (также "эксплуатационный режим"), в котором доступны все функциональные возможности оборудования, включая возможность подачи в электродвигатель дополнительной мощности в течение ограниченного промежутка времени; и
- режим с сокращенным набором функциональных возможностей или сокращенный режим работы (также "замещенный режим"), в котором отключается по меньшей мере функциональная возможность подачи в электродвигатель дополнительной мощности.
В соответствии с изобретением такой культиватор с приводом имеет функциональную возможность подачи в электродвигатель дополнительной мощности в течение ограниченного промежутка времени, причем такая возможность доступна только в нормальном режиме работы.
Такая функциональная возможность позволяет пользователю в нормальном режиме работы использовать повышенную мощность культиватора для обработки участков более твердой почвы или почвы, содержащей корни.
Предпочтительно в сокращенном режиме работы электрическая мощность, подаваемая в электродвигатель, ограничивается уровнем, находящимся ниже величины мощности, подаваемой в электродвигатель в нормальном режиме работы.
Таким образом, пользователь не может эффективно использовать культиватор для обработки почвы, когда культиватор переведен в сокращенный режим работы. Таким образом, пользователь будет лишен возможности использовать культиватор для обработки почвы до полной разрядки батарей. Кроме того, в этом режиме батареи разряжаются не так быстро.
Предпочтительно в сокращенном режиме работы электрическая мощность, подаваемая в электродвигатель, используется только для перемещения культиватора с приводом.
Таким образом, пользователю не нужно будет переносить культиватор к источнику питания для зарядки батарей, когда они разрядятся в процессе работы. Пользователь может перемещать культиватор за счет вращения его рабочих органов и при этом затрачивается гораздо меньше энергии, чем при обработке почвы.
Предпочтительно электродвигатель может работать по меньшей мере на двух рабочих скоростях в нормальном режиме работы, а в сокращенном режиме работы по меньшей мере одна скорость недоступна.
Предпочтительно предлагаемый в изобретении культиватор с приводом снабжен индикатором, на котором пользователь может видеть рабочий режим культиватора.
Таким образом, пользователь может легко определить режим работы культиватора.
В соответствии с альтернативным вариантом изобретения в таком культиваторе реализуется третий режим работы, в котором электродвигатель выключается, прежде чем произойдет полная разрядка батареи или батарей.
Таким образом осуществляется защита батареи или батарей от повреждения, связанного с избыточным разрядом, даже если пользователь использует культиватор в сокращенном режиме без остановки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения культиватор содержит электронную плату, обеспечивающую функции измерения параметров, характеризующих заряд батареи или батарей, из которых энергия подается в электродвигатель, и включающую/отключающую функциональные возможности культиватора в зависимости от режима работы.
Такая электронная плата упрощает управление работой культиватора с приводом в различных режимах.
Предпочтительно в электронной плате сохраняется по меньшей мере один параметр из группы параметров, содержащих число переключений по меньшей мере в один режим работы и время эксплуатации культиватора по меньшей мере в одном режиме.
Таким образом, в электронной плате записывается информация, которая дает возможность понять, почему произошло преждевременное ухудшение характеристик батарей.
Предпочтительно электронная плата содержит устройство измерения параметров, характеризующих работу электродвигателя, что позволяет обнаружить его блокировку (заклинивание) и отключить его питание в случае такой блокировки.
Таким образом, электронная плата может действовать в качестве ограничителя вращающего момента, защищающего механизм передачи и двигатель от повреждения в случае блокировки.
Предпочтительно электронная плата может обмениваться информацией с устройством технического обслуживания культиватора с приводом.
Таким образом, специалист, ответственный за техническое обслуживание культиватора, может иметь доступ ко всей информации, записанной в электронной плате.
Предпочтительно электронная плата имеет функцию реверса электродвигателя.
Таким образом отпадает необходимость во встраивании механизма реверса в культиватор с приводом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения батарея или батареи могут сниматься с культиватора.
Таким образом, пользователю будет легче переносить культиватор.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения включение культиватора осуществляется одновременным нажатием пользователя на кнопку включения/выключения и воздействием на регулятор скорости, и запуск двигателя при включенном культиваторе осуществляется другим воздействием пользователя на регулятор скорости.
Таким образом уменьшается риск несчастного случая, связанного со случайным запуском культиватора.
Предпочтительно культиватор выключается в случае отсутствия воздействия пользователя на органы управления в течение определенного времени.
Таким образом уменьшается риск несчастного случая, если пользователь отходит от работающего культиватора.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения шпиндель электродвигателя устанавливается на культиваторе под наклоном вперед или назад по отношению к вертикали.
Такая компоновка дает возможность лучше распределить вес культиватора и улучшить его компактность.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления изобретения, который может быть реализован независимо от других вариантов, культиватор может содержать по меньшей мере одно транспортировочное колесо, которое может быть прикреплено по меньшей мере к одному рабочему органу культиватора для облегчения его перемещения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие отличительные признаки и достоинства изобретения станут более понятными из нижеприведенного описания предпочтительного варианта реализации изобретения, который используется лишь в целях иллюстративного примера, не ограничивающего объем изобретения, а также из прилагаемых чертежей, на которых показано:
фигура 1 - вид в перспективе культиватора с приводом в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения;
фигура 2 - график, иллюстрирующий рабочие режимы культиватора с приводом фигуры 1 в зависимости от напряжения на клеммах батарей;
фигура 3 - блок-схема, иллюстрирующая взаимодействие между различными частями культиватора с приводом фигуры 1;
фигура 4 - вид в перспективе культиватора с приводом в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Принцип действия изобретения
Главный принцип изобретения заключается в управлении функционированием культиватором привода в зависимости от уровня заряда батареи. Таким образом, культиватор с приводом может работать в разных режимах, включая рабочий режим (также "нормальный режим работы"), в котором доступны все его функциональные возможности, и сокращенный режим (также "замещенный режим"), в котором некоторые функциональные возможности недоступны или доступны только частично.
2. Культиватор с приводом в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения
На фигуре 1 представлен вид в перспективе культиватора с приводом в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения. На фигуре 3 представлена блок-схема культиватора с приводом и взаимодействие между его различными элементами.
Культиватор с приводом обычно содержит ручки 11 с рукоятками 12 на концах, картер 13 двигателя или корпус культиватора и рабочие органы 14 для разрыхления почвы. Этот культиватор с приводом работает на электрической энергии и поэтому содержит электродвигатель 15, питание на который поступает из батарей 16.
Блок 17 управления, расположенный возле одной из рукояток 12, дает возможность пользователю управлять работой культиватора с приводом и, в частности, подачей электрической энергии из батарей 16 в двигатель 15. Такой блок 17 управления, изображенный схематически на фигуре 3, может, в частности, содержать кнопку 311 включения/выключения, с помощью которой осуществляется общее управление работой культиватора с приводом. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения кнопка включения/выключения может быть также размещена на корпусе культиватора. Блок 17 управления также содержит и другие органы управления, которые обеспечивают управление другими функциональными возможностями культиватора с приводом. Набор этих функциональных возможностей определяется регулятором 32, задающим уровень электрической мощности, подаваемой в двигатель 15 культиватора из батарей 16.
Регулятор 312 скорости обеспечивает возможность изменять скорость вращения двигателя 15 и, соответственно, рабочих органов 14. Аналогично, в зависимости от модели кнопка 313 повышенной скорости дает возможность подавать в двигатель 15 повышенную мощность в течение некоторого ограниченного промежутка времени для обработки более твердой почвы или почвы, содержащей корни растений. Кнопка 313 также может быть, в зависимости от модели, размещена в другом блоке 18 управления, расположенном возле другой рукоятки. Для предотвращения возможности постоянного включения этого режима кнопка 313 повышенной скорости должна удерживаться пользователем в нажатом положении для работы культиватора на повышенной скорости.
Кнопка 314 заднего хода дает возможность изменить направление вращения двигателя 15 и, соответственно, рабочих органов 14 на противоположное. Кнопка 314 заднего хода должна удерживаться пользователем в нажатом положении, для того чтобы эта функция была активна.
Культиватор с приводом, изображенный на фигуре 1, не имеет колес, предназначенных для его передвижения. Когда рабочие органы 14 не используются для обработки почвы, их вращающиеся лопатки могут перемещать культиватор. Безусловно в этом режиме требуется гораздо меньше энергии, чем в режиме одновременной обработки почвы этими рабочими органами 14.
3. Электронная плата и различные режимы работы
Команды органов управления и функциональные возможности культиватора с приводом, а также регулятора 32, через который энергия подается в двигатель 15, реализуются специализированной электронной платой 33.
Как схематически показано на фигуре 3, различные органы управления блока 17 и/или 18 управления связаны с электронной платой 33. Электронная плата вырабатывает, в частности, в соответствии с сигналами этих органов управления команды, передаваемые в регулятор 32, который задает величину электрической мощности, подаваемой из батарей 16 в двигатель 15.
Эта электронная плата 33 также осуществляет контроль напряжения на клеммах батарей 16. Это напряжение характеризует уровень заряда батарей. В зависимости от величины этого напряжения электронная плата 33 переводит культиватор с приводом в различные режимы работы. Режим работы культиватора с приводом отображается для пользователя с помощью светового индикатора 315, состоящего из светоизлучающего диода, расположенного на блоке 17 и/или 18 управления или на корпусе культиватора.
Различные режимы работы иллюстрируются на графике фигуры 2 (в зависимости от напряжения U на клеммах батарей 16). Если напряжение U на клеммах батарей 16 находится между их номинальным напряжением NV, в данном случае 36 В, и низким уровнем LV напряжения, культиватор с приводом работает в нормальном или рабочем режиме 21. В рабочем режиме все функциональные возможность культиватора доступны пользователю, который может использовать двигатель для обработки почвы на полной мощности.
Если напряжение U на клеммах батарей 16 находится между низким уровнем LV и критическим уровнем CV, культиватор работает в сокращенном или замещенном режиме 22. В этом рабочем режиме пользователь уже не имеет доступа ко всем функциональным возможностям культиватора с приводом. Так, пользователь не сможет использовать режим повышенной скорости, задаваемый кнопкой 313.
Напротив, в этом режиме мощность, поступающая в двигатель, ограничена, и рабочие органы будут вращаться с пониженной скоростью, которая не обеспечивает возможность обработки почвы. Такое ограничение мощности обеспечивается ограничением напряжения, подаваемого на двигатель регулятором, в соответствии с командой, поступающей из электронной платы. Поэтому этот режим дает возможность пользователю только перемещать культиватор с приводом, так что пользователь может легко добраться до источника питания, необходимого для зарядки батарей.
Если напряжение U на клеммах батарей равно или ниже критического напряжения CV, то культиватор переключается в режим 23 отказа, в котором для сохранения батареи двигатель выключается после небольшого промежутка времени. Таким образом, отключение двигателя происходит до полной разрядки батареи.
4. Другие отличительные признаки и достоинства
Использование электронной платы для управления функциональными возможностями культиватора с приводом облегчает его техническое обслуживание. Действительно, электронная плата 33 может быть соединена с компьютером, осуществляющим проверки и диагностику, например, с помощью специального соединительного кабеля. Кроме того, в компьютер могут быть переданы такие данные, как серийный номер культиватора и других частей (батарея, двигатель, регулятор и т.п.), напряжение на контактах батареи и время эксплуатации культиватора и каждой из его частей, которые сохраняются в памяти электронной платы.
В электронной плате также может сохраняться время эксплуатации в сокращенном режиме 22 и количество переключений в режим отказа, и эта информация может передаваться в компьютер обслуживания. Эта информация может, например, помочь объяснить преждевременный износ батареи и облегчить обслуживание культиватора с приводом.
Батареи культиватора в соответствии с изобретением являются съемными и могут быть заряжены только тогда, когда они сняты с культиватора. Такое решение обладает рядом достоинств. Так, для переноски культиватора пользователь может снять батареи и нести их в одной руке, а культиватор - в другой. Таким образом, нагрузка распределяется и переноска культиватора облегчается. Кроме того, такое решение дает возможность пользователю использовать вторую батарею, в этом случае можно продолжать использовать культиватор, в то время как разряженная батарея будет заряжаться. Поэтому такое решение обеспечивает дополнительное удобство для пользователя культиватора.
Использование электродвигателя для этой почвообрабатывающей машины даст возможность изменить его размещение. Действительно, в отличие от двигателей внутреннего сгорания электродвигатель необязательно устанавливать вертикально. Для улучшения компактности и распределения веса культиватора целесообразно установить шпиндель двигателя наклонно вперед или назад.
На фигуре 4 показана конструкция культиватора с приводом в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения, в которой используются съемные колеса 41 и 42, предназначенные для транспортировки культиватора. Диаметр таких транспортировочных колес несколько больше, чем диаметр рабочих органов культиватора, и колеса могут быть прикреплены, например, с помощью зажимных устройств к рабочим органам 43 и 44 соответственно, которые расположены по обеим сторонам культиватора. Поэтому ось вращения рабочих органов становится осью вращения колес 41 и 42.
Рассматриваемый конкретный вариант осуществления изобретения, который может быть реализован в культиваторах с приводом любого типа, в том числе и в культиваторах с двигателем внутреннего сгорания, позволяет облегчить перемещение культиватора по сравнению с вариантом его перемещения с помощью рабочих органов, как это делается в известных конструкциях. Он однако не требует передаточного механизма, отдельного от механизма, передающего мощность на рабочие органы. Конечно, в сокращенном режиме для данного варианта двигатель приводит в движение как рабочие органы, так и соединенные с ними колеса.
Предлагаемый в настоящем изобретении культиватор с приводом может также содержать предохранительные устройства, обеспечивающие предотвращение случайного запуска машины ребенком. Такие предохранительные устройства, конечно, могут быть реализованы независимо от нормального или сокращенного режима работы и независимо одно от другого.
Таким образом, когда пользователь включает культиватор кнопкой 311 включения/выключения, электронная плата проверяет включение регулятора 312 скорости. Если регулятор скорости не включен, то культиватор не включится. Если регулятор 312 скорости включен, то задается нормальный режим работы культиватора, но электронная плата 33 ожидает, пока регулятор 312 скорости сбрасывается и включается снова, прежде чем действительно включить двигатель.
Если взрослый пользователь оставляет культиватор без присмотра, то для повышения безопасности с целью защиты от детей электронная плата 33 автоматически выключает культиватор, если на регулятор скорости 312 нет воздействий в течение определенного промежутка времени, например в течение одной минуты. Для того чтобы снова начать работу, необходимо повторить последовательность действий по запуску машины.
Наконец, для защиты культиватора с приводом электронная плата 33 снабжена устройством измерения тока, напряжения и температуры, которые дают возможность определить аномальную блокировку механической трансмиссии культиватора, например заклинивание рабочих органов очень большими корнями или камнями. Электронная плата 33 может в этом случае отключить подачу питания на двигатель культиватора, для того чтобы защитить трансмиссию и двигатель.