СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НАГРУЗКИ НА ВЕДУЩИЕ ЗАДНИЕ КОЛЕСА ТРАКТОРОВ В ПРОЦЕССЕ КУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВЫ
METHOD AND DEVICE FOR INCREASING LOAD ON DRIVE REAR WHEELS OF TRACTORS DURING CULTIVATION OF SOIL

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Способ увеличения нагрузки на ведущие задние колеса трактора в процессе культивации почвы сельскохозяйственным орудием, в частности плугом, прикрепленным к трехточечному навесному устройству трактора, в котором вертикальное положение прикрепленного орудия регулируют относительно трактора посредством расположения рычагов подъемного устройства и посредством регулировки длины верхнего звена трехточечного навесного устройства трактора.
Устройство для увеличения нагрузки на ведущие задние колеса трактора в процессе культивации почвы сельскохозяйственным орудием, в частности плугом, которое содержит трехточечное навесное устройство трактора, снабженное позиционным датчиком вертикального положения рычагов подъемного устройства, при этом верхнее звено трехточечного навесного устройства трактора по меньшей мере на части своей длины образовано гидравлическим цилиндром двойного действия.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Одним из основных требований к экономичности и производительности труда сельскохозяйственного трактора с прикрепленным к трактору орудием является достижение максимальной силы сцепления между периферической поверхностью шины ведущего заднего колеса трактора и зоной контакта при движении, по которой двигается трактор. Максимальная возможная тяговая сила трактора, которую ведущее колесо может переносить на зону контакта при движении, ограничена условиями сцепления, выражаемыми коэффициентом сцепления, который представляет собой соотношение между силой на периферической поверхности колеса и сцепной массой, т.е. вертикальной силой между периферической поверхностью колеса и зоной контакта при движении. Например, при вспашке односторонним плугом зоной движения для правого заднего колеса является дно борозды и для левого заднего колеса - невспаханная земля. При использовании роторного плуга плуг работает таким образом, что в одном направлении между поворотными полосами одна половина корпусов плугов пашет почву, другая половина корпусов плутов проходит над невспаханной почвой. В противоположном направлении движения функции корпусов плугов меняются. Это значит, что правые колеса в одном направлении двигаются в борозде, тогда как левые колеса трактора при движении в другом направлении двигаются в борозде.
В процессе вспашки плугом или другим орудием, навесным или полунавесным, часть массы орудия, а также силы и моменты переносятся с плуга на задние колеса трактора, а пространственная система сил и моментов приводит к вертикальной силе, действующей между почвой и периферической поверхностью ведущих колес трактора. С точки зрения переноса движущих сил с колес трактора на почву вертикальные силы должны быть как можно более большими. Однако, это входит в противоречие с нежелательным уплотнением почвы. В частности, колесо, движущееся в борозде, имеет нагрузку большей вертикальной силы, чем колесо, движущееся по земле, что, как правило, приводит к нежелательному уплотнению подпочвы.
Во время операции вспашки с так называемым регулированием сил гидравлической системы трехточечного навесного устройства, с увеличением сопротивления почвы подъемные рычаги подъемного устройства с прикрепленным к трактору плугом поднимаются, поднимая за счет этого плуг и уменьшая глубину вспашки. В то же самое время, нагрузка на задние колеса мгновенно увеличивается, что приводит к увеличению силы сцепления. Напротив, уменьшение сопротивления почвы является причиной более глубокого хода плуга. Вследствие этого, с точки зрения использования производительности двигателя регулирование силы глубины вспашки является преимуществом. С точки зрения агротехнических требований колебание глубины вспашки является недостатком. В случае использования односторонних плугов другим негативным последствием является постоянно несбалансированная повышенная нагрузка с правой стороны хода, которая приводит к его более быстрому износу.
В документе CS 249585 B1 раскрыто решение, в котором имеется гидравлический цилиндр, вставленный в верхнее звено трехточечного навесного устройства, который используют для облегчения подъема орудия, например, перед его чисткой посредством удаления застрявшей глины. Цилиндр содержится во внешнем гидравлическом контуре трактора и соединен с выпусками этого контура, а управление положением трехточечного навесного устройства водитель осуществляет только вручную за счет использования специального рычага управления. Цилиндр не является частью системы автоматического регулирования трехточечного навесного устройства. В процессе вспашки орудие свободно качается вертикально вверх и вниз в зависимости от неровности рельефа, поскольку в гидравлическом цилиндре нет давления, и, вследствие этого, орудие не может увеличивать нагрузку на заднюю ось.
В US 4809785 описана компоновка трактора и плуга, которая отслеживает тяговую силу между трактором и плугом, и в которой вертикальное положение прикрепленного к трактору плуга регулируется в соответствии с тяговой силой. Вследствие этого, это представляет собой модификацию хорошо известного регулирования силы, в котором нагрузка на заднюю ведущую ось трактора увеличивается, но результатом этого процесса в большинстве случаев является нежелательное колебание глубины вспашки.
Решение согласно CS 260531 B1 используют для «автоматического подъема и опускания прицепных плугов» посредством гидравлических цилиндров, которые меняют вертикальное положение рычагов трехточечного навесного устройства трактора относительно трактора. Регулирование приводит к изменениям глубины вспашки для предотвращения избыточной нагрузки на заднюю ось трактора, пробуксовки задних колес, нагрузки на заднюю ось и деформации шин. При нежелательном увеличении этих количественных показателей плуг автоматически поднимается, уменьшая глубину вспашки. Это хорошо известный принцип так называемого регулирования силы трехточечного навесного устройства, в котором трактор работает с постоянной настройкой оптимальной производительности, но за счет колебания глубины вспашки в зависимости от сопротивления почвы.
Целью изобретения является устранение или по меньшей мере уменьшение недостатков предшествующего уровня техники, особенно устранение колебаний глубины вспашки и в то же самое время усиление задней ведущей оси трактора и достижение равномерного распределения нагрузки между задними колесами трактора. При равномерном распределении нагрузки между задними колесами трактора колеса также передают равную тяговую силу.
Принцип изобретения
Цель изобретения достигается с помощью способа увеличения нагрузки на ведущие задние колеса трактора в процессе культивации почвы сельскохозяйственным орудием, в частности плугом, соединенным с трехточечным навесным устройством трактора, принцип которого состоит в том, что после регулировки длины верхнего звена трехточечного навесного устройства трактора, определяется осевая сила, действующая/индуцируемая в верхнем звене, и в процессе движения трактора эта сила постоянно отслеживается, и автоматически поддерживается регулируемое значение, за счет чего также постоянно отслеживается регулируемое вертикальное положение прикрепленного орудия, регулируемое значение которого также автоматически постоянно поддерживается, сохраняя за счет этого при этом регулировании вертикальное положение прикрепленного к трактору орудия и, следовательно, также сохраняя постоянную глубину вспашки.
Если осевая тяговая сила в верхнем звене трехточечного навесного устройства трактора уменьшается, она автоматически увеличивается вследствие гидростатической силы, действующей в направлении укорачивания длины верхнего звена трехточечного навесного устройства трактора, за счет чего после увеличения осевой тяговой силы в верхнем звене трехточечного навесного устройства гидростатическая сила сохраняется или снова уменьшается.
Центр тяжести плуга находится относительно продольной оси трактора в противоположной полуплоскости, чем заднее колесо трактора, движущееся в борозде. Когда осевая сила в верхнем звене увеличивается до значения, при котором высвобождается опирающееся на землю колесо плуга, возникает момент наклона относительно продольной оси трактора. Момент наклона увеличивает нагрузку на заднее колесо трактора, движущееся по невспаханной земле, и высвобождает колесо трактора, движущееся в борозде. Следовательно, давление задних колес трактора на землю одинаково или только немного отличается. Это очень важно, потому что таким образом вертикальная сила между задним колесом и дном борозды при необходимости уменьшается, что приводит к уменьшению уплотнения подпочвы. Это также вносит вклад в уравновешивание нагрузки правой и левой половин системы привода трактора и в равномерный износ компонентов привода.
Цель изобретения также достигается с помощью устройства для увеличения нагрузки на ведущие задние колеса трактора в процессе культивации почвы сельскохозяйственным орудием, которое содержит трехточечное навесное устройство трактора, верхнее звено которого по меньшей мере на части своей длины образовано гидравлическим цилиндром двойного действия, причем устройство снабжено позиционным датчиком вертикального положения рычагов подъемного устройства. Принцип устройства состоит в том, что гидравлический цилиндр двойного действия проходит через пространство над поршнем и через пространство под поршнем, соединенным с управляющим гидрораспределителем, а через него с выходом гидрогенератора и с резервуаром для рабочей жидкости, за счет чего управляющий гидрораспределитель с целью управления соединен с блоком управления, с входами которого соединены выход средства мониторинга осевой силы в верхнем звене трехточечного навесного устройства трактора и выход позиционного датчика вертикального положения рычагов подъемного устройства трехточечного навесного устройства.
Средством мониторинга осевой силы в верхнем звене трехточечного навесного устройства трактора является датчик силы, который предпочтительно расположен между свободным концом штока поршня гидравлического цилиндра двойного действия и задней стороной коробки передач трактора.
В альтернативном варианте осуществления средство мониторинга осевой силы в верхнем звене трехточечного навесного устройства трактора образовано датчиками давления, соединенными с заполненными маслом пространствами гидравлического цилиндра двойного действия, который вставлен в верхнем звене трехточечного навесного устройства.
Альтернативно, конец верхнего звена трехточечного навесного устройства трактора с верхней точкой крепления орудия соединен с возможностью свободного скольжения в направлении продольной оси трактора. В этом случае соединительный штифт может свободно двигаться внутри желобка. За счет механической регулировки длины верхнего звена внутри желобка верхнее звено не находится под нагрузкой с осевой силы. После определения зазора между соединительным штифтом и концом желобка регулировка тяговой осевой силы в верхнем звене регулирует вертикальные силы между задними колесами и зоной контакта при движении для того, чтобы минимизировать уплотнение дна борозды, т.е. подпочвы.
Краткое описание фигур
На фигурах показано устройство согласно изобретению, увеличивающее нагрузку на ведущие задние колеса трактора в процессе культивации почвы орудием, на которых: на фиг. 1 представлен схематичный косой вид трехточечного навесного устройства трактора с прикрепленным к трактору орудием, на фиг. 2 представлен схематичный вид сбоку трехточечного навесного устройства трактора с прикрепленным орудием и прилегающей части гидравлической системы трактора, соединенной с верхним звеном трехточечного навесного устройства, на фиг. 3 представлена деталь А фиг. 2, на которой верхнее звено трехточечного навесного устройства трактора соединено с передней стороной рабочей машины с зазором в горизонтальном направлении движения трактора с рабочей машиной, а на фиг. 4 и 5 представлен вид сверху трактора с плугом, схематично изображающий разные нагрузки на ведущие колеса задней оси трактора.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Известное трехточечное навесное устройство 1 трактора используют для прикрепления сельскохозяйственного орудия 2, которое может быть по меньшей мере частично навешено на тракторе посредством навесного устройства таким образом, чтобы часть массы орудия можно было переносить на трактор, увеличивая за счет этого вертикальную силу между периферической поверхностью заднего колеса и землей, по которой движется трактор с орудием.
Трехточечное навесное устройство 1 фиг. 1 содержит левое нижнее звено 11, правое нижнее звено 12 и верхнее звено 13. Звенья 11, 12, 13 шарнирно соединены с жесткой задней частью трактора в области задней стороны коробки 3 передач, обозначенной здесь заштрихованными областями. С задними концами звеньев 11, 12, 13 соединена передняя сторона орудия 2, точки 21, 22, 23 крепления которой составляют вертикальную установочную стойку. В иллюстративном варианте осуществления орудием 2 является роторный плуг 20 с корпусами для оборачивания в одну сторону, оборудованный опирающимся на землю колесом 24 (Фиг. 2). Такие плуги имеют два параллельных ряда корпусов плугов, один из которых в настоящее время пашет землю, а другой повернут на 180° относительно продольной оси этих рядов. Это определяет высокую массу плуга 20, центр G тяжести плуга 20 находится относительно продольной оси OS трактора в противоположной полуплоскости, чем заднее колесо KB трактора, движущееся в борозде В (см. Фиг. 4 и 5).
Положение по высоте трехточечного навесного устройства 1 или более конкретно концов звеньев 11, 12, 13 с прикрепленным орудием регулируют с помощью гидравлической системы трактора посредством рычагов 4 подъемного устройства, передние концы которых в иллюстративном варианте осуществления находятся внутри коробки 3 передач, соединенной с валом 41. Вал 41 поворачивают в направлении стрелки S, например, с помощью непроиллюстрированного гидравлического цилиндра, поршень которого действует на вал 41 через рычаг 42. Концы рычагов 4 подъемного устройства соединены посредством подъемных звеньев 43 с нижними звеньями 11, 12 шарнирами 44.
Верхнее звено 13 трехточечного навесного устройства 1 трактора можно регулировать по длине. Для тракторов предшествующего уровня техники длину верхнего звена наиболее часто регулируют посредством передающей движение резьбы, например, перед вспашкой. За счет изменения длины верхнего звена 13 конец верхнего звена 13, который соединен с верхней точкой 23 крепления орудия 2, двигается по кругу относительно нижних точек 21, 22 крепления орудия 2. При выдвижении верхнего звена 13 продольная ось орудия 2, которым в описанном иллюстративном варианте осуществления является плуг 20, наклонена назад, так сказать, «к пятке», тогда как когда верхнее звено 13 укорачивается, продольная ось орудия 2 движется вперед, «к кончику». Это связано с правильной пространственной регулировкой, например, плуга 20 перед началом работы согласно текущим условиям операции вспашки. В варианте осуществления настоящего изобретения верхнее звено 13 трехточечного навесного устройства в дополнение к непроиллюстрированному устройству для механической регулировки своей длины содержит гидравлический цилиндр 5 двойного действия, который соосно вставляют в верхнее звено 13. Шток 51 поршня цилиндра 5 направлен на трактор, его конец установлен в кожухе 52 посредством датчика 53 силы, определяющего по существу осевую силу в штоке 51 поршня.
В альтернативном варианте осуществления фиг. 3, на которой представлена деталь А фиг. 2, верхнее звено 13 прикреплено к передней стороне орудия 2 с зазором в горизонтальном направлении движения трактора. В иллюстративном варианте осуществления в области прикрепления верхнего звена 13 к орудию 2 посредством штифта 14 в верхней части передней стороны орудия 2 имеется два круглых отверстия 25, а кроме того, горизонтально на концах имеется закругленный желобок 26, в котором можно альтернативно установить штифт 14. В этом случае штифт 14 может свободно двигаться внутри желобка 26. При заданной механической длине верхнего звена 13 верхнее звено 13 не находится под нагрузкой осевой силы внутри желобка 26. В непроиллюстрированном варианте осуществления в верхней части передней стороны орудия 2 кроме желобка 26 имеется только одно круглое отверстие 25.
На Фиг. 4 схематично представлено соотношение между вертикальными силами, посредством которых задние колеса KB, KP трактора и опирающееся на землю колесо 24 плуга 20 действует на почву, когда штифт 14, соединяющий верхнее звено 13 трехточечного навесного устройства 1 трактора с плугом 20, не находится в контакте с одним или другим концом желобка 26 верхней точки 23 крепления плуга 20. В этой ситуации верхнее звено 13 трехточечного навесного устройства 1 не находится под нагрузкой осевой силы, а опирающееся на землю колесо 24 плуга действует на невспаханную землю посредством относительно большой вертикальной силы S24, индуцируемой массой плуга и вертикальной составляющей силы вследствие сопротивления почвы. Момент наклона KM, посредством которого плуг 20 действует на трактор относительно продольной оси OS трактора, небольшой. Левое заднее колесо KP действует на невспаханную землю посредством вертикальной силы SKP, а правое заднее колесо KB действует на дно борозды посредством вертикальной силы SKB. В этой ситуации сила SKB по существу больше, чем вертикальная сила SKP, что вызывает нежелательное уплотнение подпочвы под колесом KB, движущимся в борозде.
При механическом укорачивании верхнего звена 13 штифт 14 упирается в закругленный конец желобка 26, обращенный к трактору. Это приводит к нагрузке тяговой силы на верхнее звено 13. За счет механического укорачивания верхнего звена 13 эта тяговая сила увеличивается. Посредством регулировки должной величины тяговой силы в верхнем звене 5 трехточечного навесного устройства 1 трактора опирающееся на землю колесо 24 плуга теперь действует на невспаханную почву посредством вертикальной силы S24', значительно меньшей, чем вертикальная сила S24.
Эта ситуация показана на фиг. 5. Поскольку центр тяжести G плуга находится на расстоянии с левой стороны продольной оси OS трактора, относительно продольной оси OS трактора возникает большой момент наклона KM', освобождая заднее колесо KB трактора, движущееся в борозде В, и нагружая заднее колесо KP трактора, движущееся по невспаханному полю Р. Оба задних колеса KB, KP трактора могут действовать на почву по существу с идентичными вертикальными силами SKP', SKB'. Изменение длины верхнего звена 13 не затрагивает продольный параллелизм рамы орудия 2 с поверхностью почвы, следовательно также не влияет на глубину вспашки, вследствие гибкости рамы орудия 2.
Гидравлический цилиндр 5 двойного действия соединен с четырехходовым четырехпозиционным клапаном 6, соединенным в базовом состоянии, показанном на фиг. 2, через впускной порт 61 с выходом гидрогенератора 7, через обратимый впускной порт 62 с резервуаром 71, через впускной порт 63 с отделением цилиндра 5 над поршнем и через впускной порт 64 с отделением цилиндра 5 под поршнем, через который проходит шток 51 поршня.
Вал 41 рычагов 4 подъемного устройства трехточечного навесного устройства 1 соединен с кулачком 44 ротора, соединенным с позиционным датчиком 45.
Выходы позиционного датчика 45 и датчика 53 силы соединены с входами блока 8 управления, выход которого соединен со средством 65 управления четырехходовым четырехпозиционным клапаном 6.
Полученной в результате силой, прикладываемой к трехточечному навесному устройству 1 трактора во время работы, является сумма векторов фактически горизонтальной силы, определяемой сопротивлением почвы, и вертикальной силы, определяемой массой прикрепленного орудия 2. Предполагая, что направление полученной в результате силы проходит над линией соединения точек 21, 22 крепления орудия 2 с нижними звеньями 11, 12, что характерно для многокорпусных плугов вследствие их большой массы, в нижних звеньях 11, 12, а также в верхнем звене 13 возникает тяга.
При запросе конкретной глубины вспашки в почве, у которой есть конкретное сопротивление почвы, осевая сила в верхнем звене 13 трехточечного навесного устройства 1 определяется датчиком 53 силы, расположенным в кожухе 52, посредством которого передний конец верхнего звена 13 шарнирно соединен с передней частью коробки 3 передач трактора. Определение осевой силы в верхнем звене 13 трехточечного навесного устройства 1 в непроиллюстрированном варианте осуществления выполняют датчики давления, соединенные с заполненными маслом пространствами гидравлического цилиндра 5 двойного действия, вставленного в верхнее звено 13 трехточечного навесного устройства 1. Давление масла по существу пропорционально требуемой глубине вспашки. Осевую силу, определяемую в верхнем звене 13 датчиком 53 силы или датчиками давления, соединенными с заполненными маслом пространствами гидравлического цилиндра 5 двойного действия, сохраняют в блок 8 управления, и в то же самое время значение позиционного датчика 45 настраивают на требуемую соответствующую глубину вспашки.
В процессе вспашки обычно возникают колебания сопротивления почвы. Уменьшение сопротивления почвы отражается в уменьшении тяги между трактором и плугом с изменением за счет этого давления масла под штоком 5 поршня и/или осевой силы, измеряемой датчиком 53 силы. Блок 8 управления передвигает клапан 6 в положение, в котором впускной порт 64 подачи соединен с пространством под поршнем цилиндра 5. Даже при небольшом незначительном опускании подъемных рычагов 4 подъемного устройства трехточечного навесного устройства 1 начинается подача масла в пространство под поршнем цилиндра 5. Поскольку позиционный датчик 45 не позволяет поднимать рычаги 4 подъемного устройства выше регулируемого значения, единственным результатом является импульс давления в направлении укорачивания верхнего звена 13 трехточечного навесного устройства 1, который сам проявляется в увеличении нагрузки задней оси трактора. В то же самое время, рычаги 4 подъемного устройства не меняют своего положения, и регулируемая глубина вспашки остается неизменной.
Используя известное регулирование силы, которое описано в предшествующем уровне техники, тяговую силу сохраняют постоянной за счет изменения глубины вспашки в зависимости от сопротивления почвы, и в результате производительность трактора также является постоянной. При использовании смешанного регулирования изменения глубины, вызываемые изменениями сопротивления почвы, корректируются сигналом положения. В этом случае изменения глубины меньше чем «чистое» регулирование силы. С другой стороны, устройство согласно изобретению обеспечивает возможность увеличения нагрузки на заднюю ось трактора без изменения вертикального положения трехточечного навесного устройства 1, практически без изменения глубины вспашки.
Как упоминалось выше, при большем механическом укорачивании верхнего звена 13, тяговая сила в нем дополнительно увеличивается, высвобождая за счет этого опирающееся на землю колесо 44 плуга 20. Момент наклона KM', который возникает вследствие внеосевого положения центра тяжести G плуга 20, высвобождает заднее колесо KB трактора, движущееся в борозде B, тогда как он прикладывает нагрузку на заднее колесо KP трактора, движущееся по невспаханному полю Р. Вертикальные силы, действующие между задними колесами KB, KP трактора и соответствующими движущимися поверхностями трактора, практически выровнены. Положительным следствием решения согласно изобретению является уравновешивание нагрузки левой и правой сторон системы привода трактора и, вследствие этого, их износ является равномерным. Кроме того, имеется меньшее уплотнение подпочвы, которое обычно возникает при больших вертикальных силах, прикладываемых задним колесом KB, движущимся в борозде В.
Список ссылок
1 трехточечное навесное устройство трактора,
11 левое нижнее звено (трехточечного навесного устройства трактора),
12 правое нижнее звено (трехточечного навесного устройства трактора),
13 верхнее звено (трехточечного навесного устройства трактора),
14 штифт (для соединения верхнего звена навесного устройства с рабочей машиной),
2 орудие (прикрепленное к трактору),
20 плуг,
21 левая нижняя точка крепления (рабочей машины),
22 правая нижняя точка крепления (рабочей машины),
23 верхняя точка крепления (рабочей машины),
24 опирающееся на землю колесо рабочей машины,
25 круглое отверстие (возможное для прикрепления верхнего звена трехточечного навесного устройства к рабочей машине),
26 желобок (подходящий для прикрепления верхнего звена трехточечного навесного устройства к рабочей машине),
3 задняя сторона коробки передач трактора,
4 рычаги подъемного устройства (трехточечного навесного устройства трактора)
41 вал рычагов подъемного устройства,
42 рычаг (вала рычагов подъемного устройства),
43 подъемное звено (соединяющее рычаги подъемного устройства с нижними звеньями),
44 шарнир (соединяющий подъемные звенья с нижними звеньями),
45 позиционный датчик,
5 гидравлический цилиндр двойного действия (часть верхнего звена трехточечного навесного устройства),
51 шток поршня (гидравлического цилиндра двойного действия),
52 кожух (для датчика силы),
53 датчик силы,
6 рабочий клапан (цилиндра 5 двойного действия),
61 впускной порт (рабочего клапана),
62 обратимый впускной порт (рабочего клапана),
63 впускной порт (в отделение цилиндра под поршнем),
64 впускной порт (в отделение цилиндра над поршнем),
7 гидрогенератор,
8 блок управления,
В борозда,
G центр тяжести плуга,
KB заднее колесо трактора, движущееся в борозде,
KM момент наклона, передаваемый на опорное колесо плуга (предшествующего уровня техники),
KM' момент наклона, передаваемый на опорное колесо плуга (согласно изобретению),
SKB вертикальная сила колеса KB (предшествующего уровня техники),
SKB' вертикальная сила колеса KB (согласно изобретению),
KP заднее колесо трактора, движущееся по невспаханному полю,
SKP вертикальная сила колеса KP (предшествующего уровня техники),
SKP' вертикальная сила колеса KP (согласно изобретению),
OS продольная ось трактора,
Р невспаханное поле,
S стрелка (направления вращения вала рычагов подъемного устройства).