ПРИЦЕПНОЕ ПОРТАЛЬНОЕ ШАССИ

Полезная модель относится к области сельскохозяйственного машиностроения, к устройствам для работы на многолетних шпалерных насаждениях типа виноградников и ягодников, в частности к колесным шасси, предназначенным для работы на равнинах и склонах.
Известно устройство самоходного портального шасси, используемое в виноградоуборочных комбайнах (а.с. №1380635). В данном устройстве при движении шасси по поперечному склону местности, для устранения перекоса рамы, телескопические стойки пары колес (чаще ведущих) одной из сторон перемещаются в нужном направлении гидроцилиндром по команде оператора или автомата слежения той или иной конструкции. При этом стойки другой пары колес (чаще направляющих), при наезде их на отдельные неровности почвы, синхронно перемещаются в своих телескопических опорах в противоположные стороны посредством трособлочной (полиспастовой) системы. Благодаря этому достигается равновесное нагружение необходимое для устойчивости хода, а также непрерывный контакт всех колес с почвой, что обеспечивает нормальную управляемость шасси комбайнером при маневрах и равномерный эксплуатационный износ его шин.
Из рекламных проспектов и публикаций известны многочисленные устройства самоходных портальных шасси виноградоуборочных комбайнов, с телескопическими стойками всех четырех колес. Горизонтирование рамы шасси в подобных устройствах осуществляется автоматически или в ручном режиме путем перемещения стоек колес в гильзах рам посредством двух гидроцилиндров и связывающих все опоры трособлочных устройств: Vectur, Brouwd 1014, СВК-3М, КВУ-1 и др.
В ряде моделей зарубежных самоходных виноградоуборочных комбайнов, в частности, фирм: Pellenc, New Holland, Gregoire и др. применяют полностью гидравлические системы горизонтирования шасси на склонах. В них перемещения всех четырех колесных стоек или балок осуществляются четырьмя гидроцилиндрами, без использования трособлочных устройств. При этом, благодаря прямоугольной форме их портальных рам, они приспособлены для агрегатирования с машинами различного назначения: виноградоуборочными, обрезочными, чеканочными, опрыскивателями и др.
Общим недостатком рассмотренных самоходных портальных шасси виноградоуборочных комбайнов является их конструктивная сложность, массивность и, соответственно, высокая стоимость.
Известны многочисленные конструкции менее сложных, чем самоходные, прицепных моделей виноградоуборочных комбайнов, в частности, фирм: Pellenc, Broud, New Holland, Gregoire, Alma, Howard и др. Все они имеют по одной паре колес и гидравлические системы для изменения клиренса и горизонтирования остова рамы при работе на местности с поперечным уклоном, управление осуществляется соответствующей автоматикой или в ручном режиме. При этом все комбайны скомпонованы таким образом, что их центры тяжести расположены достаточно близко к несущей нагрузку паре колес, благодаря чему при полной загруженности бункер-накопителей вертикальная нагрузка на прицепное устройство агрегатируемого трактора изменяется незначительно. Все это обеспечивает нормальную управляемость агрегата, плавность его хода и, соответственно, стабильность выполнения осуществляемого технологического процесса съема урожая.
Общим недостатком рассмотренных выше прицепных виноградоуборочных машин является то, что все они приспособлены только для выполнения одного вида работы - комбайнового сбора винограда, поскольку не имеют конструктивно самостоятельного функционально независимого шасси, что ограничивает их технологические и эксплуатационные возможности. Таким образом, исключена возможность расширения сферы их применения путем агрегатирования с устройствами иного назначения, то есть отсутствует конструктивно обеспеченная возможность универсализации.
Технической задачей полезной модели является разработка универсальной конструкции прицепного портального шасси, обеспечивающая возможность его агрегатирования с модулями различного назначения, что позволит расширить технологические и эксплуатационные возможности за счет расширения сферы применения путем его универсализации.
1
2
1,
2
Указанный технический результат достигается с помощью предложенной конструкции прицепного портального шасси. Прицепное портальное шасси включает прицепное устройство, поперечную силовую балку, пару вертикальных стоек с шарнирами, колесные балки, приводные колеса, установленные в шарнирах вертикальных стоек, трос системы балансировки, неподвижные блоки, подвижные блоки, а также силовые гидроцилиндры и гидронасосы с приводным карданным валом. При этом вертикальные стойки силовой балки выполнены спаренными и снабжены прикрепленной сверху силовой прямоугольной рамой, а снизу - самоустанавливающимися дополнительными колесами, установленными в вертикальных шарнирах консолей горизонтальных балок Г-образных стоек колес. На парах шарниров вертикальной части Г-образных стоек и парах шарниров спаренных стоек закреплены устройства, выполненные в виде параллелограмма подвески самоустанавливающихся колес, двуплечие балки которых, с блоками на их консолях, закреплены в верхних соосных шарнирах спаренных стоек портальной рамы шасси. При этом соотношение конструктивных параметров параллелограмма соответствует формуле: 2L⋅l≈lо⋅l, где L - межосевое расстояние шарниров силовой балки приводного колеса; lо - расстояние от оси шарнира стойки до оси крепления троса системы балансировки к балке; l l - межосевые расстояния от оси центрального шарнира двуплечей балки до оси шарнира подвижного блока и до оси верхнего шарнира крепления к вертикальной части Г-образной стойки самоустанавливающегося колеса, соответственно.
Присоединение к поперечной силовой балке и стойкам типового виноградоуборочного комбайна прямоугольной несущей рамы с продольно протяженной конфигурацией и дополнительной пары стоек с парой соосных шарниров формирует оригинальную несущую раму портального типа. Снабжение стоек рамы дополнительными самоустанавливающимися по направлению тяги агрегатируемого с шасси трактора колесами с новой оригинальной трособлочной (полиспастовой) системой их подвески и наличие автоматических систем управления обеспечивает горизонтирование портала шасси при работе на местности с поперечным уклоном при неровном рельефе и равномерное распределение нагрузок на колеса путем вертикальных перемещений ведущих и направляющих колес силовыми гидроцилиндрами соответствующей стороны и трособлочной (полиспастовой) системой с определенными конструктивными параметрами. Оптимальные значения конструктивных параметров элементов предлагаемой рычажно-тросовой подвески колес, обеспечивающие нормальную работоспособность в соответствии с назначением шасси и поставленной целью изобретения, получены расчетным путем.
На Фиг. 1 представлена Принципиальная схема прицепного портального шасси, на Фиг. 2 - Кинематическая схема трособлочной (полиспастовой) системы горизонтирования и балансировки шасси, где:
1 - прицепное устройство;
2 - поперечная силовая балка;
3 - вертикальная стойка;
4 - шарнир вертикальных стоек;
5 - колесная балка;
6 - колесо приводное;
7 - трос системы балансировки;
8 - неподвижные блоки;
9 - подвижный блок;
10 - гидроцилиндр;
11 - гидронасос;
12 - приводной карданный вал;
13 - рама силовая прямоугольная;
14 - самоустанавливающееся колесо;
15 - вертикальный шарнир колеса;
16 - Г-образная стойка колеса;
17 - шарнир Г-образной стойки;
18 - параллелограмм подвески самоустанавливающегося колеса;
19 - балка двуплечая;
20 - ось крепления троса.
Прицепное портальное шасси содержит прицепное устройство 1, связывающее поперечную силовую балку 2, пару вертикальных стоек 3 с шарнирами 4, образующими в итоге центральную портальную раму арочного типа. Колесные балки 5 с приводными колесами 6 установлены в шарнирах 4 вертикальных стоек 3, а трос 7 системы балансировки (полиспастового типа) охватывает неподвижные блоки 8 и подвижные блоки 9, составляющие основную часть системы балансировки шасси, включающей помимо этого еще гидроцилиндры 10, гидронасосы 11 и другое силовое оборудование, приводимое карданным валом 12.
При этом для снижения нагрузок на шарниры, вертикальные стойки 3 поперечной силовой балки 2 с шарнирами 4 скомпонованы в виде 2-х достаточно широко расставленных пар, а для обеспечения возможности монтажа оборудования спаренные стойки 3 снабжены прикрепленной сверху силовой прямоугольной рамой 13, а снизу, для обеспечения продольной устойчивости рамы в движении и при маневрах, - дополнительными самоустанавливающимися колесами 14, установленными на вертикальных шарнирах 15 консолей горизонтальных балок Г-образных стоек 16 колес 14. На парах шарниров 17 вертикальной части Г-образных стоек 16 и парах шарниров 4 стоек 3 закреплены устройства подвески 18 самоустанавливающихся колес 14 параллелограммного типа, двуплечие балки 19 которых с блоками 9 на их консолях, закреплены в верхних соосных шарнирах 4 спаренных стоек 3 поперечной балки 2.
Таким образом, балки всех 4-х колес шасси связаны между собой посредством трособлочной (полиспастовой) системы 7, включающей неподвижные рамные блоки 8 и подвижные блоки 9, расположенные на консолях продольных двуплечих балок 19 параллелограммных механизмов 18 подвески Г-образных кронштейнов 16 и установленные на их вертикальных шарнирах самоустанавливающиеся по направлению движения передние направляющие колеса 14. Для агрегатирования с трактором шасси снабжено тяговым прицепным устройством 1, а для привода гидронасосов 11, агрегатов системы питания рабочих органов и органов их управления приводным карданным валом 12.
Устройство работает следующим образом.
1
2
1
2
Прицепное портальное шасси со встроенными в него системами контроля вертикального положения и автоматического привода колес 6, включаемого при определенной тяговой нагрузке, перемещается по местности трактором за прицепное устройство 1. При движении шасси по местности с поперечным уклоном рабочая жидкость от насосов 11, приводимых карданным валом 12, по команде датчика крена или тракториста (оператора), включающих определенный орган управления, поступает по трубопроводам (не показаны) в соответствующий силовой гидроцилиндр 10, который проворачивает балку 5 ведущего колеса шасси 6 вниз на величину, обеспечивающую горизонтирование задней части рамы шасси 13. При этом из-за поворота колесной балки 5 происходит натяжение троса 7 соответствующей стороны трособлочной (полиспастовой) системы балансировки и трос, проходящий через неподвижные блоки 8, охватывая подвижный блок 9 соответствующей стороны шасси, осуществляет поворот консоли силовой двуплечей балки 19, а от нее всего параллелограммного механизма подвески направляющего колеса 18 данной стороны в его шарнирах, перемещает кронштейны 16 подвески колес 14 вниз на величину, обеспечивающую устранение перекоса и передней части портала рамы 13. Одновременно под действием тяги трактора происходит поворот колес 14 в вертикальных шарнирах кронштейнов 16 по направлению тяги трактора при любых его маневрах. При наезде самоустанавливающихся колес 14 на неровности почвы балки параллелограммных устройств подвески колес 18 и 19 с блоками 9 на консолях поворачиваются в своих соосных горизонтальных шарнирах 4 под действием вертикальных составляющих сил реакций почвы на колеса пропорционально силам натяжения ветвей троса, охватывающего подвижные блоки трособлочной (полиспастовой) системы 9 в направлении, обеспечивающим уравнивание реакций почвы на эти колеса. Все необходимые условия для поддержания постоянного контакта с почвой направляющих колес обеспечиваются установленным соотношением конструктивных параметров параллелограмных устройств 18-19 подвески колес 14, соответствующим формуле: 2L⋅l≈lo⋅l, где L - межосевое расстояние шарниров балки 5 приводного колеса 6, lо - расстояние от оси нижнего шарнира стойки 3 до точки крепления конца троса 20 к этой балке, a l и l межосевые расстояния от оси центрального шарнира двуплечей балки 19 до оси шарнира подвижного блока 9 и до оси верхнего шарнира 17 крепления к вертикальной балке Г-образной стойки 16 самоустанавливающегося по направлению тяги колеса 14, соответственно.
2
Расчет конструктивных параметров выполнен приближенно с учетом функционального назначения данного устройства при работе на склонах с уклоном до 18÷20° (без учета факторов динамики, деформаций шин шасси и т.п.). В основу расчета положено условие равенства вертикального хода ведущих колес Н и передних направляющих колес h т.е:
а также закон пропорциональности размеров и ходов соответствующих звеньев двуплечего рычага и условия формулы (1):
.
1
Из известного принципа проектирования полиспастовых (трособлочных) систем (Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич / Справочник по элементарной физике. - М:.1976 изд. »Наука», 7-е. стереостипное. - С. 45-46.) и принципиальной схемы предлагаемого устройства (Фиг. 1, 2) следует, что перемещению закрепленного на силовой балке ведущего колеса, конца троса на величину h соответствует в два раза меньшее перемещение подвижного блока - h=2h (и наоборот, сила Р, создаваемая на оси подвижного блока, в два больше приложенной силы тяги F, т.е.. F=P/2η, где 2 - кратность полиспаста, а η - к.п.д. механизма (B.C. Зеленский, А.И. Иванов / Строительные машины и оборудование. - М.: 1962. - С. 29-36. - Гос. изд-во лит-ры по строит-ву).
1
Таким образом, перемещение h определяется уравнением:
1
2
1
2
1
1
1
2
1
2
1
1
1
1
2
1
2
1
2|
1
2
1
2
2
1
(см. выше в тексте описания работы 2L⋅l≈lo⋅l → l≈lo⋅l/2L; → H/L≈h/lo=2h/lo → H⋅lo≈2hL → h≈H⋅lo/2L; l/l=h/h=H/h → h=H⋅l/l; H⋅l/l=H⋅lo/2L → l/l=lo/2L; → l≈lo⋅l/2L или lo≈2L⋅l/l или l≈2L⋅l/lo).
Подставив значения (1) в (2), после простых математических преобразований, получили три формулы, позволяющие с достаточной точностью, с учетом назначения устройства, определить величину любого из 4-х параметров подвески по заданным трем остальным и их соотношения:
1
2
1
2
2
1
l≈lo⋅l/2L; lо≈2L⋅l/l; l≈2L⋅l/lо.
Таким образом, устройство способно осуществлять процесс непрерывного горизонтирования шасси при надежном сцеплении всех его колес с почвой в процессе перемещения по ее поперечному склону и при преодолении отдельных неровностей, что обеспечивает плавность хода, требуемую устойчивость шасси в процессе передвижения и большую стабильность выполнения осуществляемых технологических процессов, выполняемых разными агрегатами. Предложенная рама шасси с продольно разнесенными силовыми балками портала, обеспечивает возможность ее агрегатирования с определенным образом сконструированными виноградоуборочным и уходными за кустами блок-модулями (например, чеканочными, обрезочными и др.).