ПРИЦЕП-УСИЛИТЕЛЬ ТЯГОВОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ТРАКТОРА, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности, сельскохозяйственного, точнее к прицепам автотракторных агрегатов, и предназначена для использования, преимущественно, в сельском хозяйстве при выполнении полевых работ растениеводства. Целесообразно ее использование и в других отраслях, где требуется временное увеличение тягового усилия, например, для вывоза разнообразных грузов в различных дорожных условиях.
Известно, что потребность в тяговой мощности тракторов для таких работ отличается резкой неравномерностью втечение сезона вегетации растений, причем ее пики в основном приходятся на два относительно кратких периода - весенний и осенний. Поэтому для удовлетворения энергетической потребности хозяйствам зачастую приходится иметь парк тракторов различных тяговых классов (в том числе высоких для работы в пиковые периоды), использование которых во стальное время неэффективно, что на практике приводит к неоправданному повышению капитальных и эксплуатационных затрат в сельском хозяйстве. При транспортировании грузов - только на период наличия сложных дорожных условий.
Задача, реализуемая предлагаемой полезной моделью, направлена на обеспечение повышения тяговой мощности тракторных агрегатов, достаточного, в частности на время выполнения энергоемких полевых работ растениеводства, путем использования прицепов, снабженных приводами своих ведущих колес, без необходимости расширения парка используемых тракторов, в т.ч. высоких тяговых классов.
Из уровня техники известны прицепы автотракторных поездов, ведущие колесные оси которых снабжены приводами для обеспечения некоторого повышения тягово-сцепных качеств агрегатов, например, прицепы двухзвенных транспортных средств, известные из описаний SU 1399207 A1, 1988 г. и SU 1211135 A, 1986 г.
В этих аналогах приводы оси ведущих колес выполнены гидравлическими, с питанием от силовых установок тягачей (в частности тракторов) и вводятся в действие на ограниченный промежуток времени, связанный с необходимостью повышения тягово-сцепных параметров для облегчения трогания автопоезда с места (SU 1399207) или на поворотах (SU 1211135), что делает такие прицепы не пригодными для решения задачи, реализуемой предлагаемой полезной моделью.
Известен одноосный прицеп мобильного энергетического средства, предназначенного для сельскохозяйственных работ (SU 1548105A1, 1990 г.), представляющий собой технологический модуль, соединенный через навесное устройство с энергетическим модулем (тягачем) и имеющий привод оси ведущих колес и вала отбора мощности от синхронного привода вала отбора мощности энергетического модуля через раздаточную коробку посредством промежуточных карданных валов. Преимущество этого аналога перед предыдущими аналогами состоит в том, что в нем привод оси ведущих колес имеет возможность независимого режима работы, т.е. при необходимости работы с орудием, имеющим активные рабочие органы, требующие привода от ВОМ трактора в независимом режиме, передача мощности от двигателя трактора на колеса прицепа прекращается и переводится на ВОМ прицепа. Однако эффект повышения тягово-сцепных параметров от использования такого устройства недостаточен, так как он сводится только к некоторому снижению потерь на буксование ведущих колес трактора с вычетом дополнительной потери на сопротивление перекатыванию колес прицепа.
Здесь следует отметить, что для более существенного повышения тяговой мощности на время проведения энергоемких работ необходимо применять прицеп-усилитель тяговой мощности, на который может навешиваться (или к нему прицепляться) орудие, рассчитанное на работу с трактором более высокого тягового класса. Такой прицеп должен присоединяться к тягово-сцепному устройству трактора с возможностью относительного поворота вокруг горизонтальных продольной и поперечной и вертикальной осей. При этом частота вращения колес прицепа-усилителя должна регулироваться автоматически для согласования с частотой вращения колес трактора, а не производиться вручную водителем трактора, поскольку водителю и так приходится выполнять много операций контроля и управления, зачастую при отсутствии у него точной и оперативной информации о рассогласовании скоростей для такого регулирования. Эта задача может быть возложена только на автоматическое управление.
Поэтому наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемой полезной модели является прицеп, выполненный с возможностью - усиления по сравнению с номинальной мощностью трактора тяговой мощности проводимых работ на длительный срок работы и в автоматическом режиме, содержащий ось ведущих колес, управляемый привод этих колес, дышло для присоединения к тягово-сцепному устройству трактора, средство автоматического регулирования тягового усилия и датчик тягового сопротивления, установленный в дышле (RU 2263036 С2, 2005 г.). В нем привод ведущих колес выполнен в виде кинематически связанного с осью колес гидромотора с гидролиниями (гидрообъемная передача), напорная линия которого постоянно подключена к работающему насосу гидросистемы трактора. Средство автоматического регулирования тягового усилия включает в себя двухходовой вал, связанный через систему тяг с датчиком тягового сопротивления, в качестве которого служит установленная в дышле подпружиненная серьга. В случае возрастания тягового сопротивления прицепа преодолевается сопротивление пружины и происходит перемещение серьги относительно дышла, преобразуемое в результате системой тяг в угловое перемещение вентиля двухходового крана, открывающее напорную линию гидромотора, обеспечивая его автоматическое включение.
К недостаткам прототипа следует отнести зависимость работы гидромотора от энергетической установки трактора, что присуще и всем предыдущим аналогам, а также выполнение привода колес гидравлическим, поскольку это, во-первых, снижает эффект увеличения тяговой мощности, а во-вторых, связан с некоторыми затруднениями в эксплуатации в виде потерь при холостом переезде и необходимости отключения при подаче задним ходом.
Технический результат, получаемый от реализации полезной модели, состоит в повышении реализуемой тяговой мощности путем снижения потерь на буксование ведущих колес трактора и обеспечения дополнительной мощности, развиваемой двигателем внутреннего сгорания на прицепе-усилителе.
Для достижения этого технического результата прицеп-усилитель тяговой мощности для трактора, преимущественно сельскохозяйственного, имеющий ось ведущих колес, управляемый привод этих колес, дышло для присоединения к тягово-сцепному устройству трактора, средство автоматического регулирования тягового усилия и датчик тягового сопротивления, установленный в дышле, в отличие от аналогов снабжен собственным автономно функционирующим приводом ведущих колес в виде двигателя внутреннего сгорания, связанного с осью колес посредством трансмиссии с бесступенчатым регулированием передаточного отношения, и в качестве средства автоматического регулирования тягового усилия электронной системой управления трансмиссией и двигателем, содержащей устройство ввода постоянного значения уставки, соответствующей заданному тяговому усилию трактора, и устройство сравнения, к одному входу которого подключен датчик тягового сопротивления, а со вторым входом соединено упомянутое устройство ввода.
Дополнительные отличия заключаются в том, что:
- его трансмиссия состоит из электрического генератора и тягового электродвигателя;
- в нем имеется навесное или тягово-сцепное устройство для присоединения навесного или прицепного технологического оборудования;
- датчик тягового усилия выполнен в виде силоизмерительного пальца.
Система управления приводом колес предлагаемого прицепа-усилителя, настроенная на определенную номинальную величину тягового усилия трактора, работает так, чтобы при меньшем этой величины тяговом усилии частота вращения колес оси прицепа-усилителя уменьшалась, а при большем - увеличивалась. Соответственно тяговое усилие прицепа-усилителя будет автоматически снижаться или повышаться. При выполнении работ тяговая нагрузка на трактор будет стабилизирована на уровне, заданном программой работы системы управления моторно-трансмиссионной установкой прицепа-усилителя.
Использование полезной модели обеспечит:
- временное повышение тяговой мощности трактора для выполнения энергоемких работ растениеводства без использования тракторов высоких тяговых классов;
- стабилизацию тяговой нагрузки на трактор при выполнении таких работ;
- возможность расширения области использования прицепа, например в качестве резервного генератора электроэнергии.
Это положительным образом сказывается на надежности трактора и позволит пользователю существенно снизить затраты на производство различных работ, в т.ч. полевых работ растениеводства.
На представленных чертежах: на фиг.1 дан общий вид прицепа-усилителя тяговой мощности; на фиг.2. - схема системы управления силовой установкой прицепа-усилителя.
Дышло 1 прицепа-усилителя с датчиком тягового усилия 2 соединено с остовом 3, на котором установлены двигатель внутреннего сгорания (ДВС) 4 и электрический генератор 5. Тяговый электродвигатель 6 через редуктор 7 связан с осью ведущих колес 8. Датчик 2 выполняется любым целесообразным образом, например в виде силоизмерительного пальца.
На остове 3 установлено навесное или тягово-сцепное устройство 9 для присоединения навесных или прицепных орудий с тяговым сопротивлением, превышающим номинальное тяговое усилие трактора, т.е. тяговое сопротивление которого соответствует трактору более высокого тягового класса. Устройство 9 снабжено датчиком положения 10.
Сигналы от датчика тягового усилия 2 (фиг.2) и от устройства ввода уставки 11 поступают на вход устройства сравнения 12 контроллера системы управления 13, который связан с управляющими устройствами для ДВС 4 и его электрической трансмиссии: генератора 5 и тягового электродвигателя 6, т.к. необходимо непрерывно регулировать передаточное отношение привода ведущих колес прицепа-усилителя и частоту вращения коленчатого вала его двигателя. Кроме того, на вход системы управления подается также сигнал от датчика 10 положения устройства 9.
Трансмиссия привода колес может быть механической, гидравлической или электрической. Для всех этих видов существуют известные способы бесступенчатого регулирования передаточного отношения. Однако при механической трансмиссии усложняется ее сопряжение с электронной аппаратурой системы управления. При гидравлической (гидрообъемной) трансмиссии возникают некоторые сложности для осуществления таких режимов, как транспортные переезды с неработающим двигателем прицепа-усилителя, подача трактора с прицепом-усилителем задним ходом и т.д., что заставит усложнить конструкцию трансмиссии. Наиболее целесообразно выполнение трансмиссии электрической, состоящей из генератора, аппарата управления и тягового электродвигателя. Более того, в этом случае появляется возможность использовать прицеп-усилитель при необходимости как стационарный дизель-генератор электрической энергии для каких-то нужд хозяйства, что повысит привлекательность такого изделия для потенциального пользователя.
Работа трактора с прицепом-усилителем происходит следующим образом. Перед началом движения прицеп-усилитель находится с поднятым навесным орудием, и сигнал датчика положения навесного устройства 10 через контроллер системы управления 13 заставляет двигатель 4 работать на холостом ходу. Водитель трактора дает команду на опускание навесного устройства 9 и орудия, и двигатель 4 выводится на рабочий режим. Затем водитель трогает трактор, но колеса 8 прицепа-усилителя не начинают вращения, пока не появится сигнал датчика тягового усилия 2. Сразу, до начала вращения колес 8, этот сигнал будет большим, что заставит систему управления 13 выдать команду на трогание и ускорение вращения колес 8. Как только они раскрутятся до того, что прицеп-усилитель воспримет такую часть тягового сопротивления орудия, которая снизит тяговое усилие трактора, измеряемое датчиком 2 до его номинальной заданной величины, ускорение вращения прекратится.
Во время движения трактора с прицепом-усилителем изменение тягового сопротивления орудия будет вызывать такое изменение частоты вращения колес 8 прицепа-усилителя, которое не должно допустить изменений тягового усилия трактора, измеряемого датчиком 2. Для этого увеличение тягового усилия трактора заставит колеса 8 прицепа-усилителя увеличить частоту вращения, а уменьшение - снизить.
При остановке трактора его тяговое усилие упадет до нуля, и соответствующий сигнал датчика 2 через контроллер 13 заставит остановить вращение колес прицепа-усилителя, а подъем навесного устройства прицепа-усилителя 9 и навешенного орудия переведет двигатель 4 - на холостой ход.