СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО В ЧАСТНОСТИ, ТРАКТОР
AGRICULTURAL VEHICLE, IN PARTICULAR, TRACTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскохозяйственному транспортному средству, в частности трактору, согласно ограничительной части пункта 1 формулы.
Уровень техники
Сельскохозяйственные транспортные средства, например тракторы, оснащаются приводным двигателем, как правило, двигателем внутреннего сгорания. Для преобразования производимой двигателем мощности в тяговую мощность транспортного средства относительно грунта служит силовой агрегат, который в качестве важных компонентов содержит, по меньшей мере, двигатель и ведущий мост, который может соединяться с двигателем с передачей крутящего момента. Чаще всего силовой агрегат известным образом содержит и другие компоненты, в том числе, сцепление, коробку передач, дифференциал, передаточные и/или карданные валы и т.д.
При движении транспортного средства (по полю или дороге) между двигателем и ведущим мостом устанавливается максимально беззазорное приводное соединение, которое позволяет передавать крутящий момент от двигателя на ведущий мост (в частности, на закрепленные на нем ведущие колеса) энергетически эффективным способом. Это приводное соединение может разрываться и/или изменять свое действие различными способами, например, путем использования сцепления или процессов переключения.
Существующее приводное соединение между ведущим мостом и двигателем известным образом может также использоваться для торможения сельскохозяйственного транспортного средства в режиме принудительного холостого хода, то есть, с использованием тормозящего действия двигателя. Это позволяет, например, снизить износ колесных тормозов. С физической точки зрения, при использовании так называемого моторного тормоза энергия движения (кинетическая энергия) транспортного средства преобразуется посредством противодействующих сил трения и сжатия в тепло и другие формы энергии, для чего используется внутреннее сопротивление присоединенного к приводу и потому принудительно прокручивающегося двигателя. Подача топлива на двигатель уменьшается или прекращается в целях достижения этого тормозящего действия. Подобная дополнительная функция торможения имеет большое практическое значение при (длительном) спуске под уклон и/или транспортировке тяжелых грузов, в частности буксируемых или толкаемых навесных агрегатов. Если в подобных случаях используются только колесные тормоза, тормозной путь удлиняется. Кроме того, тормоза сильно нагреваются, в частности, при длительном и сильном нажатии на тормоз, что приводит к повышению износа и сокращению срока службы.
Для указанных случаев на уровне техники известно усиление естественного тормозящего действия двигателя за счет того, что двигатель оснащается, например, так называемым тормозом-замедлителем (моторным тормозом), который может приводиться оператором в действие путем нажатия кнопки. При нажатии этой кнопки закрывается заслонка в выхлопной трубе, в результате чего в двигателе повышается давление подпора отработанных газов. Повышенное давление подпора приводит к увеличению тормозящего действия двигателя.
Так как оператор сельскохозяйственного транспортного средства во время работы часто выполняет несколько сложных процессов, требующих его внимания, на практике оказывается сложно своевременно задействовать предусмотренную дополнительную мощность торможения описанным выше способом.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является разработка сельскохозяйственного транспортного средства, содержащего функцию повышения мощности торможения силового агрегата, которую оператору транспортного средства будет удобно вызывать.
Задача решается сельскохозяйственным транспортным средством с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения. Это транспортное средство отличается управляющим устройством, которое в случае превышения задаваемой частоты вращения двигателя способно подключать к силовому агрегату, по меньшей мере, одну нагрузку, оказывающую тормозящее действие на силовой агрегат.
При этом согласно изобретению сначала было обнаружено, что оператору сельскохозяйственной транспортной машины во время работы затруднительно вручную включать дополнительное тормозное устройство традиционного типа. Был сделан вывод о необходимости самостоятельного включения такого тормозящего действия. Согласно изобретению эту задачу выполняет управляющее устройство, которое в случае превышения задаваемой частоты вращения двигателя способно подключать к силовому агрегату, по меньшей мере, одну нагрузку. В результате этого силовой агрегат в режиме принудительного холостого хода транспортного средства, помимо тормозящего момента двигателя, обусловленного резким сокращением или прерыванием подачи топлива, приобретает дополнительный тормозящий момент, обусловленный подключенной нагрузкой. При этом подключение выполняется управляющим устройством самостоятельно, то есть оператор транспортного средства освобождается от необходимости выполнять переключение, а подключение гарантированно осуществляется в подходящей рабочей ситуации. Согласно изобретению было обнаружено, что подобная рабочая ситуация возникает при превышении определенной частоты вращения двигателя. Эта частота вращения может быть, например, жестко задана для двигателя и, предпочтительно, соответствовать частоте вращения, при которой крутящий момент двигателя в режиме движения становится равным нулю. В альтернативном варианте частота вращения может задаваться оператором при помощи устройства ввода.
Учитывая повышение мощности торможения силового агрегата в режиме принудительного холостого хода в зависимости от частоты вращения, в транспортном средстве, описываемом изобретением, можно, выгодным образом, гарантированно уменьшить нагрев и износ прочих тормозных устройств, в частности традиционных колесных тормозов. Мощность торможения, развиваемая традиционными тормозными устройствами, может быть снижена примерно на величину, соответствующую подключению, по меньшей мере, одной нагрузки. В результате увеличивается срок службы тормозных устройств.
Целесообразно, управляющее устройство соединено с датчиком частоты вращения двигателя. При этом можно использовать известный датчик частоты вращения, который передает на управляющее устройство, например, сигнал, характеризующий частоту вращения коленчатого вала.
Под подключением нагрузки, предусматриваемым изобретением, может пониматься, по существу, любое действие, которое способно повысить тормозящее действие, в частности тормозящий момент силового агрегата. Согласно выгодному варианту исполнения изобретения подключаемая нагрузка обладает тормозящим действием, увеличивающимся по мере повышения частоты вращения двигателя. Это может быть реализовано за счет принципа действия самой нагрузки и/или подсоединения нагрузки к двигателю, например, когда двигатель приводит агрегат, и по мере повышения частоты вращения двигателя повышается и частота вращения приводящегося агрегата. При этом агрегат вырабатывает повышенную мощность, которая, выгодным образом, увеличивает мощность торможения, передаваемую на силовой агрегат.
Выгодным образом, нагрузка присоединяется к агрегату, который может приводиться от двигателя (в частности, к охладителю, редуктору, генератору тока, воздушному компрессору, турбоагрегату и т.п.) и способен развивать мощность, которая может использоваться для эксплуатации транспортного средства. При этом речь может идти о любой форме использования в самом широком смысле. Например, электрическая мощность, отдаваемая генератором тока, могла бы непосредственно использоваться любыми другими агрегатами или аккумулироваться в форме электрической энергии для последующего использования (например, пуска двигателя, альтернативного электрического привода и т.д.). Таким образом, может быть реализована рекуперация энергии с экономией топлива. Кроме того, если подключенная нагрузка будет представлять собой приведение в действие воздушного компрессора для экономии сжатого воздуха, который будет использоваться позже, или приведение в действие охладителя, то можно будет осуществлять и другие энергозатратные процессы.
В качестве альтернативы или дополнения нагрузка может присоединяться к подключаемому к силовому агрегату сопротивлению, в частности пневматическому тормозу редуктора, тормозу-замедлителю (например, тормозу с клапанным затвором), декомпрессионному тормозу и т.п. В этом случае нагрузка, помимо своей мощности торможения, не производит никакой мощности, полезной для эксплуатации транспортного средства. Она создает только дополнительно использующееся сопротивление в силовом агрегате, которое преобразует кинетическую энергию в тепло или, возможно, другие формы энергии.
В то время как в простом варианте исполнения заявленного транспортного средства управляющее устройство может просто подключать нагрузку к силовому агрегату (то есть, подключать с полным действием), следующий выгодный вариант исполнения предусматривает возможность изменения степени подключения нагрузки к силовому агрегату. То есть, выгодным образом, можно дозированно нагружать силовой агрегат дополнительным тормозным усилием подключенной нагрузки. В зависимости от технического исполнения соответствующей применяемой нагрузки можно поэтапно или даже плавно изменять степень подключения.
Согласно выгодному варианту исполнения транспортного средства управляющее устройство способно подключать к силовому агрегату несколько нагрузок. Это позволяет дополнительно увеличить тормозящее действие, оказываемое на силовой агрегат, так как воздействие подключенных нагрузок суммируется. В связи с этим может быть предусмотрен вариант, в котором в случае превышения задаваемой частоты вращения двигателя будут подключаться все доступные нагрузки. Благодаря исходно небольшой степени подключения отдельных нагрузок можно дозированно увеличивать тормозящее действие по мере повышения частоты вращения двигателя. В альтернативном варианте можно было бы подключать в случае превышения задаваемой частоты вращения двигателя только одну нагрузку, причем управляющее устройство при достижении следующей (более высокой) задаваемой частоты вращения двигателя могло бы подключать следующую нагрузку и т.д. Соответственно, по мере увеличения частоты вращения двигателя можно было бы подключать дополнительные нагрузки, приводя тормозящее действие в соответствие с потребностью. Таким образом, управляющее устройство может инициировать подключение нескольких нагрузок в зависимости от частоты вращения двигателя.
Выгодным образом, управляющее устройство может изменять степень подключения, по меньшей мере, одной нагрузки в зависимости от одного рабочего параметра. Под рабочим параметром понимается, предпочтительно, частота вращения двигателя. Можно также использовать другие параметры, например скорость движения, температуру окружающей среды, крен транспортного средства (уклон), или комбинацию параметров, в зависимости от которых управляющее устройство будет изменять степень подключения.
В следующем предпочтительном варианте исполнения транспортного средства степень подключения, по меньшей мере, одной нагрузки при работе двигателя с частотой, которая ниже задаваемой частоты вращения двигателя, является минимальной, в частности, нулевой степенью. Тем самым гарантируется, что в этом диапазоне частоты вращения на силовой агрегат не оказывается никакое тормозящее действие, уменьшающее приводную мощность, или что это тормозящее действие ограничивается минимальной величиной, обусловленной конструкцией.
Кроме того, выгодным образом, управляющее устройство в случае превышения задаваемой частоты вращения двигателя способно увеличивать степень подключения, по меньшей мере, одной нагрузки по мере увеличения частоты вращения двигателя. За счет повышения степени подключения по мере увеличения частоты вращения двигателя обеспечивается удобный с точки зрения комфортабельности езды переход между режимом чистого торможения двигателем (до задаваемой частоты вращения двигателя) и режимом работы транспортного средства с использованием дополнительного тормозного усилия, обеспечиваемого подключением полной нагрузки.
Особенно высокая степень комфорта езды достигается в том случае, если путем соответствующей активизации степень подключения увеличивается по мере повышения частоты вращения двигателя постоянно, в частности плавно. Благодаря этому, выгодным образом, можно обеспечить прогрессирующее повышение тормозящего действия силового агрегата, то есть такое повышение, которое действует более сильно, чем увеличение тормозящего действия, обусловленное только частотой вращения.
Целесообразно, по достижении полного подключения, по меньшей мере, одной нагрузки при частоте вращения двигателя с полным подключением, управляющее устройство способно сохранять полное подключение для более высоких частот вращения двигателя.
Предпочтительно, под заявленным сельскохозяйственным транспортным средством понимается трактор. Поскольку тракторы часто используются в качестве тягачей для тяжелых рабочих агрегатов, в режиме принудительного холостого хода, то есть при движении с использованием тормозящего действия силового агрегата, например, на склонах, могут потребоваться значительные и продолжительные тормозные усилия. Отсюда следует выгодный вариант применения. Кроме того, изобретение можно было бы выгодным образом применять на других сельскохозяйственных транспортных средствах, например зерноуборочном или кормоуборочном комбайне.
Краткое описание графических материалов
Изобретение детально описывается ниже на основании варианта исполнения, показанного на двух фигурах, на которых изображено:
Фиг. 1 - схематичный вид трактора сбоку.
Фиг. 2 - диаграмма, отражающая распределение моментов в зависимости от частоты вращения двигателя.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлен упрощенный схематичный вид сбоку сельскохозяйственного транспортного средства, выполненного в форме трактора 1. На переднем мосту 4 трактора 1 закреплены передние колеса 6, а на заднем мосту 3 - задние колеса 5. В представленном варианте исполнения задний мост 3 может приводиться от двигателя 2 (задний привод), то есть является ведущим мостом. В альтернативном варианте двигатель 2 может приводить передний мост 4 (передний привод), или же передний мост 4 может приводиться двигателем 2 дополнительно к заднему мосту 3 (полный привод). Кроме того, трактор вместо показанных на фигуре колес 5, 6 мог бы содержать другие грунтозацепляющие устройства. Например, по меньшей мере, один из мостов мог бы быть оснащен гусеничным ходовым механизмом.
Под двигателем 2 понимается, например, двигатель внутреннего сгорания. Двигатель 2 вместе с задним мостом 3 (вместе с закрепленными на нем задними колесами 5) образует силовой агрегат 7, который служит для передачи крутящего момента, производимого двигателем 2, на задние колеса 5 и тем самым для перемещения трактора 1 относительно грунта (вперед или назад). Для передачи приводной мощности двигателя 2 на задний мост 3 могут применяться различные элементы машины, в частности муфты, редукторы, валы и т.п., которые обычно входят в состав силового агрегата. В целях упрощения эти элементы не показаны на фигурах и не поясняются в описании.
На трактор 1 могут навешиваться различные рабочие агрегаты (не показанные на фигуре), которые в навешенном состоянии перемещаются вместе с трактором 1. Если трактор 1 при установленном соединении силового агрегата 7 перемещается с некоторой скоростью относительно грунта, то он известным образом может быть заторможен путем сокращения или полного прерывания подачи топлива на двигатель 2, что достигается, например, «сбрасыванием газа», выполняемым водителем. В этом случае благодаря сцеплению заднего моста 3 с двигателем 2 тормозящее действие двигателя («моторный тормоз») используется для затормаживания задних колес 5 и тем самым трактора 1.
z
При движении трактора 1 под уклон, в частности, с дополнительно навешенным тяжелым рабочим агрегатом, может случиться так, что одного тормозящего действия двигателя 2 окажется недостаточно для поддержания требуемой скорости. Поэтому согласно изобретению показанный на фиг. 1 трактор 1 оснащается управляющим устройством 8, которое способно в случае превышения задаваемой частоты n вращения двигателя подключать к силовому агрегату 7, по меньшей мере, одну нагрузку 9, оказывающую тормозящее действие на силовой агрегат 7 и дополняющую тормозящее действие двигателя 2.
Такой способ подключения предназначен для того, чтобы обеспечить в режиме принудительного холостого хода самостоятельное увеличение тормозящего действия на силовом агрегате, благодаря чему обычные колесные тормоза либо не требуется задействовать вообще, либо их можно, по меньшей мере, разгрузить. За счет подключения, осуществляемого при достижении определенной частоты вращения, водитель освобождается от необходимости подключать нагрузку и может сконцентрироваться на обычных рабочих процессах.
К управляющему устройству 8, которое, предпочтительно, содержит электронный вычислительный блок, для этого присоединен датчик 10, который, например, может быть расположен на коленчатом вале двигателя 2 с целью непрерывного определения частоты вращения двигателя 2. На основании этого значения управляющее устройство 8 инициирует подключение (или наоборот: отключение), по меньшей мере, одной нагрузки 9 для силового агрегата 7, благодаря чему реализуется самостоятельное подключение нагрузки в зависимости от частоты вращения. Так как подключаемая нагрузка 9 принципиально может использовать любой технически реализуемый вид дополнительного торможения силового агрегата 7, нагрузка 9 на фигуре 1 показана в обобщенном виде, причем широкая стрелка, указывающая на силовой агрегат 7, обозначает воздействие нагрузки 9 на силовой агрегат 7. Вид данного воздействия осознанно не раскрывается.
Например, возможен вариант, в котором нагрузка 9 присоединяется к агрегату, который может приводиться от двигателя 2 (в частности, к охладителю, генератору тока, воздушному компрессору, турбоагрегату и т.п.) и способен развивать мощность, которая может использоваться для эксплуатации транспортного средства 1. В таких случаях нагрузка 9 могла бы быть образована, в том числе, подключенным агрегатом, также приводящимся двигателем 2.
В качестве альтернативы или дополнения нагрузка 9 могла бы присоединяться к подключаемому к силовому агрегату сопротивлению, в частности, пневматическому тормозу редуктора, тормозу-замедлителю (например, тормозу с клапанным затвором), декомпрессионному тормозу и т.п. В случае тормоза-замедлителя (также называемого моторным тормозом), например, происходит закрытие заслонки в выхлопной трубе двигателя 2, в результате чего повышается давление отработанных газов, которое затормаживает двигатель 2 и тем самым весь силовой агрегат 7. Тормоз-замедлитель выгоден тем, что, например, клапаны позволяют легко регулировать степень подключения и тем самым достижимое тормозящее действие. Аналогичным образом можно было бы изменять подключение нагрузки при использовании турбоагрегата, если турбоагрегат имеет, например, меняющуюся геометрию.
По существу, выгодным образом, может быть предусмотрен вариант, в котором степень подключения нагрузки 9 к силовому агрегату 7 может изменяться.
Ниже, на примере фиг. 2, раскрывается выгодный вариант использования изменяющегося подключения нагрузки (в зависимости от частоты вращения) в режиме принудительного холостого хода трактора 1, показанного на фиг. 1. Для этого на фиг. 2 представлена диаграмма, отражающая различные упрощенные графики зависимости крутящих моментов от частоты n вращения двигателя.
При этом кривые описывают:
1
C - график движущего момента двигателя,
2
С - график тормозного момента двигателя,
3
C - график тормозного момента силового агрегата с постоянно подключенной нагрузкой,
4
С - график тормозного момента силового агрегата с переменной нагрузкой, подключаемой в зависимости от частоты вращения.
1
0
Согласно кривой C двигатель 2 трактора 1 характеризуется графиком движущего момента, типичным для дизельного двигателя. Согласно этому графику движущий момент достигает своего максимума при превышении частоты n вращения на холостом ходу и снова снижается по мере увеличения частоты вращения двигателя.
В режиме принудительного холостого хода двигателя 2 двигатель 2 характеризуется графиком тормозного момента, типичным для дизельного двигателя. Согласно этому графику тормозной момент постоянно увеличивается по мере увеличения частоты n вращения двигателя (отрицательные значения обусловлены противодействием движущему моменту).
4
4
z
2
z
4
Подключение нагрузки в зависимости от частоты вращения в режиме принудительного холостого хода, предусмотренное на тракторе 1 (см. фиг.1) согласно изобретению, описывается кривой C на фиг. 2. Кривая C показывает, что тормозной момент силового агрегата 7 вплоть до достижения частоты n вращения двигателя соответствует «естественному», то есть безнагрузочному тормозному моменту двигателя (описываемому кривой C). Только после превышения частоты n вращения двигателя управляющее устройство 8 подключает к силовому агрегату 7 дополнительную нагрузку 9. Как показывает кривая С, нагрузка не сразу подключается в полном объеме. Вместо этого управляющее устройство 8 осуществляет дозированное подключение нагрузки 9 в зависимости от частоты n вращения двигателя.
z
z
4
z
f
В частности, управляющее устройство 8 вплоть до достижения частоты n вращения двигателя вообще не подключает нагрузку 9. При превышении частоты n вращения двигателя управляющее устройство 8 увеличивает степень подключения нагрузки 9 по мере увеличения частоты n вращения двигателя. Как показано на кривой C, степень подключения нагрузки 9 между частотой n вращения и превышающей ее частотой n вращения увеличивается с нуля до полного подключения нагрузки 9. Увеличение происходит непрерывно, благодаря чему тормозной момент силового агрегата 7 также постоянно увеличивается по мере увеличения частоты n вращения.
f
Начиная с момента достижения полного подключения нагрузки 9 (при достижении частоты n вращения двигателя), это полное подключение нагрузки 9 сохраняется для более высоких частот вращения двигателя.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 трактор
2 двигатель
3 задний мост
4 передний мост
5 заднее колесо
6 переднее колесо
7 силовой агрегат
8 управляющее устройство
9 нагрузка
10 датчик частоты вращения
n частота вращения двигателя
0
n частота вращения на холостом ходу
z
n частота вращения для подключения
f
n частота вращения для полного подключения
m
n максимальная частота вращения
М крутящий момент
1
C движущий момент двигателя
2
C тормозной момент двигателя
3
C тормозной момент силового агрегата с постоянно подключенной нагрузкой
4
C тормозной момент силового агрегата с переменной нагрузкой, подключаемой в зависимости от частоты вращения.