ПОДВЕСКА ДЛЯ ДВУХКОНСОЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ ШТАНГИ
SUSPENSION FOR DUAL CONSOLE DISTRIBUTION ROD

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в опрыскивателях и дождевальных машинах.
Уровень техники
Известен малообъемный опрыскиватель для обработки полевых культур, содержащий закрепленные на боковых бортах кузова транспортного средства складные штанги с распылителями, выполненные в виде тонкостенных труб из дюралюмина и снабженные системой поддерживающих тросов и демпфирующими элементами в виде подкосов (см. патент RU 24337, МПК: A01M 7/00, опубл. 10.08.2002 г.).
Известен штанговый опрыскиватель, содержащий несущую раму, на которой смонтированы емкость для рабочей жидкости и соединенная с ней гидравлической магистралью штанга с распылителями, состоящая из средней и двух боковых секций, каждая из которых прикреплена к навесному устройству рамы посредством двойных шарниров и тросовых растяжек, подпружиненных относительно своих опор (см. патент RU 2366172, МПК: A01M 7/00, опубл. 10.09.2009 г.).
Благодаря применению вантовых подвесок для консольных секций штанги и выполнению последних в виде тонкостенных труб, оба вышеупомянутых опрыскивателя отличаются простотой, мобильностью и легкостью конструкции. К недостаткам известных устройств следует отнести недостаточную эффективность гашения колебаний, возникающих при движении транспортного средства по неровной местности, что обусловлено использованием пружин и стержней в качестве демпфирующих элементов.
Когда отсутствуют механизмы гашения горизонтальных и вертикальных колебаний, все нагрузки воспринимают непосредственно трубопроводы (штанги) и поддерживающие их тросовые растяжки, в результате чего и те и другие быстро изнашиваются и выходят из строя. Для повышения надежности конструкции и продления срока службы увеличивают прочность ее элементов за счет использования более толстых труб и тросов. Однако это увеличивает общий вес конструкции и давление, оказываемое транспортным средством на обрабатываемые посевы, что приводит к повреждению последних. Поэтому для сельскохозяйственных машин, таких как опрыскиватели и дождевальные установки, особенно несущие широкозахватные штанговые механизмы, решение проблемы исключения колебаний консолей штанги является важным для обеспечения надежной бесперебойной и производительной работы и равномерности распределения жидкости по орошаемой поверхности.
Известна гидравлическая подвеска двухконсольной фермы, каждая консоль которой шарнирно соединена с рамой транспортного средства с возможностью поворота в двух плоскостях, при этом линия, соединяющая центры двух шарниров, образует с вертикалью острый угол (см. патент SU 1329729, МПК: A01M 7/00, A01G 25/09, опубл. 15.08.1987 г.). Конструкция подвески обеспечивает гашение вертикальных и горизонтальных колебаний консолей фермы, однако устройство отличается сложностью, большими габаритами и весом, что ведет к повышенному повреждению орошаемых посевов.
Известно устройство подвески консолей распределительной штанги мобильного опрыскивателя, содержащее несущую раму с закрепленными на ней вертикальными стойками с тросовыми растяжками для консолей, и механизм, обеспечивающий гашение горизонтальных колебаний и возврат консолей в рабочее положение после их соударения с препятствием (патент US 3807676, МПК: В05 В9/02, опубл. 30.04.1974 г.). Недостатком известного устройства является отсутствие механизма гашения вертикальных колебаний, воспринимаемых только тросовыми растяжками.
Известно устройство опрыскивателя, в котором с целью стабилизации консолей фермы в продольном и поперечном направлениях применена электронная система стабилизации с датчиками, фиксирующими отклонение консолей от нормального положения, и контроллером, управляющим по сигналам датчиков работой выравнивающих гидроцилиндров (патент US 5507435, МПК: B05B 1/20, опубл. 16.04.96 г.).
В качестве наиболее близкого аналога для заявляемого решения принята подвеска самоустанавливающейся двухконсольной фермы для дождевальных, опрыскивающих и подобных машин, содержащая закрепленную на транспортном средстве несущую раму, на которой по обе стороны от продольной оси транспортного средства закреплены наклонные опоры с тросовыми растяжками для консолей фермы и механизм стабилизации последних (см. патент SU №212660, МПК: A01G 25/09, опубл. 29.02.1968 г.). Механизм стабилизации выполнен по типу маятника, в виде качающегося на опорах рычага, концы которого перемещаются в пазах рамы и соединены гибкими тягами с гидроцилиндрами управления, что обеспечивает гашение вертикальных колебаний и горизонтальность положения консолей. Недостатками устройства являются низкая надежность работы, обусловленная использованием гибких тяг, и отсутствие механизма гашения горизонтальных колебаний.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции подвески двухконсольной распределительной штанги за счет создания механизма, обеспечивающего гашение как вертикальных, так и горизонтальных колебаний, имеющего простую, легкую и надежную конструкцию.
Поставленная задача решена за счет того, что в подвеске для двухконсольной распределительной штанги, содержащей установленную на транспортном средстве несущую раму, на которой по обе стороны от продольной оси транспортного средства закреплены опоры с тросовыми растяжками для консолей распределительной штанги и механизм стабилизации консолей, согласно заявляемому изобретению каждая консоль распределительной штанги закреплена на несущей раме посредством двойного шарнира с вертикальной и горизонтальной осями вращения, каждая опора выполнена в виде двух стоек, размещенных по сторонам от условной вертикальной плоскости, проходящей через вертикальные оси двойных шарниров, с наклоном от нее, и закрепленных, каждая, своим нижним концом, посредством цилиндрического шарнира, ось вращения которого наклонена к упомянутой условной вертикальной плоскости и образует с ней и с горизонтальной плоскостью несущей рамы острые углы, механизм стабилизации включает две, смонтированные по сторонам от упомянутой условной вертикальной плоскости, листовые рессоры, каждая из которых зафиксирована в средней своей части относительно несущей рамы с пропуском ее концевых частей под цилиндрическими шарнирами стоек, расположенных по ту же сторону относительно упомянутой условной вертикальной плоскости, и с ориентацией поверхности рессоры под углом, соответствующим углу наклона осей упомянутых шарниров, при этом каждая стойка снабжена подкосом, опирающимся на концевую часть расположенной под ней рессоры, и демпфером для возврата стойки в исходное положение.
Главным техническим результатом заявляемого изобретения является стабилизация консолей распределительной штанги в двух плоскостях, горизонтальной и вертикальной, с обеспечением независимого гашения колебаний для каждой консоли.
Еще одним положительным результатом заявляемого изобретения является повышение надежности конструкции и, как следствие, увеличение срока ее эксплуатации.
В отличие от прототипа, в заявляемом решении каждая консоль распределительной штанги закреплена на несущей раме подвески посредством двойного шарнира (иначе его называют карданным), что обеспечивает подвижность консолей в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной.
Заявляемая подвеска, по сути, состоит из четырех одинаковых частей, каждая из которых включает поворотную стойку, закрепленную посредством цилиндрического шарнира с наклонной осью вращения, листовую рессору, взаимодействующую с подкосом стойки, и демпфер. Каждая такая часть подвески работает как самостоятельный независимый механизм гашения колебаний. На каждую консоль распределительной штанги приходится два таких механизма, размещенных на несущей раме оппозитно друг другу относительно условной вертикальной плоскости, проходящей через вертикальные оси двойных шарниров, т.е. по сторонам относительно удерживаемой консоли. Упомянутое размещение можно считать зеркально симметричным при условии одинакового исполнения соответствующих друг другу деталей и узлов и отсутствии существенных погрешностей установки, что в реальной конструкции сложно достижимо. Стойки одной опоры взаимно уравновешивают друг друга и удерживаемую консоль.
Следует отметить, что в конструкции использованы две поперечные листовые рессоры, размещенные на несущей раме между опорами. Благодаря тому, что каждая рессора зафиксирована в средней части относительно несущей рамы, каждый ее конец работает независимо один от другого. Такая конструкция отличается высокой надежностью работы, долговечностью эксплуатации и технологичностью изготовления.
В процессе работы устройства, при перемещении транспортного средства по неровной местности неизбежны различные сотрясения, что вызывает колебание консолей распределительной штанги. Благодаря закреплению консолей посредством двойных шарниров колебания переходят в поворот консоли в горизонтальной или вертикальной плоскости. Отклонение консоли от нормального положения вызывает натяжение тросовых растяжек, которое передается соответствующей стойке или стойкам, которые отклоняются от своего обычного положения, поворачиваясь в цилиндрическом шарнире.
Поворот стойки происходит независимо от того в какой, вертикальной или горизонтальной, плоскости произошло отклонение консоли. Такая возможность поворота стойки достигнута благодаря наклонному положению оси вращении цилиндрического шарнира стойки.
Поворачивается одновременно одна или сразу обе стойки, расположенные со стороны отклонившейся консоли, в зависимости от того, тросовые растяжки какой из стоек получили натяжение.
При повороте стойки ее подкос воздействует на концевую часть расположенной под ним рессоры, при этом в последней возникают силы противодействия упругой деформации, что ограничивает амплитуду поворота стойки и, как следствие, амплитуду колебания консоли. Эти же силы обеспечивают возврат стойки в исходное положение, при этом наличие демпфера способствует плавности возвращения стойки в исходное положение, обеспечивая полное гашение колебания.
Возникающие в процессе работы устройства колебания консолей, как правило, не происходят в одной плоскости, а представляют собой более сложные пространственные перемещения, что обусловлено сложным движением транспортного средства. Поэтому наличие механизма, воспринимающего и преобразующего любые колебания консолей, независимо от того, в какой плоскости они происходят, значительно повышает эффективность гашения колебаний и повышает надежность работы устройства.
Разворот плоскости рессоры под углом, соответствующим углу наклона осей цилиндрических шарниров, под которыми она пропущена, обеспечивает возможность опоры подкоса стойки под углом 90° на плоскость рессоры и возможность плоскостного контакта с ней, что, в свою очередь, обеспечивает наилучшие условия работы механизма. Если пренебречь погрешностями, можно сказать, что концевые части рессор ориентированы параллельно осям шарниров, под которыми они пропущены.
Благодаря наличию механизмов, обеспечивающих гашение вертикальных и горизонтальных колебаний, а также использованию в них листовых рессор, жестких подкосов и демпферов, заявляемое устройство отличается высокой надежностью работы и износостойкостью. Стабилизация положения консолей трубопровода в горизонтальной и вертикальной плоскости способствует равномерности распределения вносимой жидкости.
Устройство отличается также низкой металлоемкостью, простотой конструкции и удобством эксплуатации.
В случае условно симметричного зеркального исполнения устройства, оси вращения цилиндрических шарниров парных стоек расположены в одной плоскости, перпендикулярной условной вертикальной плоскости, проходящей через вертикальные оси двойных шарниров. Размещение осей шарниров под углом 45° к упомянутой условной вертикальной плоскости обеспечивает простоту и технологичность реализации устройства. В этом случае угол между осью шарнира и горизонтальной плоскостью несущей рамы также составит 45°.
Углы расположения цилиндрических шарниров могут быть выбраны и другими. Оптимальные условия работы устройства обеспечиваются, если угол между пересекающимися осями цилиндрических шарниров составляет 70-150°. При угле меньше 70° не обеспечивается необходимый подъем консолей, а при угле больше 150° ухудшается работа стоек, снижается их баланс.
В качестве рессор могут быть использованы как однолистовые рессоры, представляющие собой изогнутую пластину, так и многолистовые рессоры, представляющие собой пакет пластин.
Демпфер для возврата стойки в исходное положение, в конкретном примере исполнения устройства, выполнен в виде телескопического гидравлического или пневматического амортизатора, один конец которого шарнирно закреплен на несущей раме, а другой - на соответствующей стойке.
Конец подкоса, опирающийся на рессору, целесообразно выполнить с опорной площадкой в виде скобы с отгибами, охватывающими рессору с боков, что позволит повысить надежность взаимодействия элементов и, как следствие, надежность работы устройства. Упомянутый охват, с одной стороны, предотвращает соскальзывание подкоса с плоскости рессоры, а с другой - не препятствует свободному относительному перемещению рессоры внутри скобы.
С целью повышения жесткости стойка может быть выполнена (см. пример ниже) в виде равнобедренного треугольника, основание которого закреплено посредством цилиндрического шарнира, а к вершине закреплены тросовые растяжки.
Каждая консоль распределительной штанги удерживается, по меньшей мере, двумя тросовыми растяжками от каждой стойки.
Несущая рама, стойки, подкосы могут быть выполнены из металлического профиля квадратного сечения, а распределительная штанга - из тонкостенных труб из дюралюминия. Применение полых металлических профилей для изготовления устройства обеспечивает создание облегченной конструкции устройства, позволяющей производить обработку посевов с наименьшими повреждениями.
В общем случае распределительная штанга может содержать и центральную секцию, связывающую между собой боковые консольные секции. В конкретном случае реализации устройства каждая консоль штанги может быть образована двумя секциями, шарнирно связанными между собой.
Краткое описание чертежей
Работа и устройство подвески поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен опрыскиватель с применением заявляемой подвески, общий вид;
на фиг.2 изображена заявляемая подвеска, вид сверху;
на фиг.3 - фрагмент с фиг.2, увеличено, показан узел закрепления консоли;
на фиг.4 - вид А с фиг.2, изображена подвеска, вид сбоку.
Осуществление изобретения
Заявляемое устройство было реализовано в штанговом опрыскивателе для полевых культур. Опрыскиватель (см. фиг.1) включает транспортное средство 1, на платформе 2 которого установлены емкость 3 с рабочей жидкостью, гидравлическая система распределения жидкости, включающая двухконсольную распределительную штангу с распылителями и навесное оборудование в виде подвески для консолей 4 и 5 распределительной штанги, закрепленных на несущей раме 6 подвески посредством двойных шарниров 7 с вертикальной 8 и горизонтальной 9 осями вращения (см. фиг.2). На раме 6 подвески смонтированы наклонные поворотные стойки 10 и 11, 12 и 13 с подкосами 14 и тросовыми растяжками 15 для консолей 4 и 5 соответственно. Стойки смонтированы посредством цилиндрических шарниров 16 с наклонными осями вращения, причем стойки 10 и 12 размещены по одну сторону относительно условной вертикальной плоскости S, проходящей через вертикальные оси 8 двойных шарниров 7, а стойки 11 и 13 - по другую.
В приведенном примере углы наклона осей вращения шарниров 16 к плоскости S (угол α) и к горизонтальной плоскости рамы 6 (угол β) равны и составляют 45°. В этом случае стойки одной опоры расположены по отношению друг к другу под углом 90°. В других случаях реализации устройства углы α и β могут различными, но это всегда острые углы.
На раме 6 по сторонам относительно вертикальной плоскости S смонтированы листовые рессоры 17 и 18 с фиксацией в средней части относительно рамы 6 посредством штифта и петлеобразных крепежных элементов. Концы рессоры 17 пропущены под цилиндрическими шарнирами стоек 10 и 12, а концы рессоры 18 - под шарнирами стоек 11 и 13. Поверхности рессор развернуты под углом, соответствующим углу наклона осей шарниров под которыми они пропущены, т.е. 45° к горизонтали (вертикали) и под углом 90° относительно друг друга. Подкосы 14 стоек оперты на соответствующие концы рессор. Надежность их взаимодействия обеспечивается за счет выполнения на конце подкоса опорной площадки в виде скобы 19, охватывающей рессору с боков.
Каждая стойка снабжена демпфером 20 в виде телескопического амортизатора, шарнирно закрепленного одним концом на раме 6, а другим - на стойке.
Для изготовления рамы 6, стоек 10-13 и подкосов 14 были использованы полые профили квадратного сечения, для распределительной штанги - тонкостенные трубы из дюралюминия, имеющие небольшую массу и при этом высокую прочность и гибкость. Для закрепления рессор под углом 45° был использован уголковый профиль. Устройство работает следующим образом.
Пример 1. При попадании, например правого колеса, транспортного средства в яму, правая консоль 5 штанги отклоняется вниз. Происходит натяжение тросовых растяжек 15 стоек 12 и 13, которые поворачиваются. При повороте каждой упомянутой стойки ее подкос 14 воздействует на конец соответствующей рессоры, работают правые концы рессор 17 и 18. В деформированной рессоре возникают силы противодействия упругой деформации, противодействующие повороту стойки и возвращающие ее в исходное положение. Наличие демпфера 20 способствует плавности возвращения стойки в исходное положение, обеспечивая полное гашение колебания.
Пример 2. При резком торможении транспорта 1 обе консоли 4 и 5 распределительной штанги получают сильное отклонение вперед (горизонтальное колебание). Происходит натяжение тросовых растяжек 15 стоек 11 и 13, которые поворачиваются относительно оси цилиндрического шарнира 16. Подкос 14 каждой стойки воздействует на соответствующий ему конец рессоры 18, при этом обе части рессоры работают как самостоятельная рессора, которая противодействует упругой деформации и возвращает стойку в исходное положение. Демпфер 20 каждой стойки обеспечивает плавность возврата в исходное положение и полное гашение колебания.
Аналогичным образом взаимодействуют подкосы 14 стоек 10 и 12 с концами рессоры 17 при отклонении обеих консолей 4 и 5 распределительной штанги назад.
Как видно из приведенных примеров, каждая часть подвески работает как независимый механизм гашения колебаний. При этом в целом все устройство подвески обеспечивает высокую устойчивость консольных секций распределительной штанги к любым колебаниям, обеспечивая их быстрое и полное гашение.
В транспортном положении консоли 4 и 5 штанги поворачиваются и фиксируются.
Устройство характеризуется мобильностью, возможностью быстрого перевода из транспортного положения в рабочее.
Возможно выполнение каждой консоли 4 и 5 распределительной штанги из двух секций, шарнирно соединенных между собой (на чертеже не показано). При этом каждая секция штанги снабжается собственными тросовыми растяжками, закрепляемыми к соответствующим стойкам. В этом случае устройство характеризуется возможностью складывания консолей при ударе о препятствие, что предохраняет ее от поломок.