РАБОЧАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) И РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТАКОЙ МАШИНЫ
WORKING MACHINE (VERSIONS) AND STEERING DEVICE FOR SUCH MACHINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к рабочим машинам, и, более конкретно, к рулевому устройству для управления такими рабочими машинами.
Уровень техники
Рабочие машины могут иногда содержать одно или более самоустанавливающихся колес, которые поддерживаются рамой машины и могут свободно вращаться вокруг, по существу, вертикальной оси на 360°. Узел самоустанавливающегося колеса, как правило, содержит вал, образующий ось вращения, вилку, жестко присоединенную к нижнему концу вала, и самоустанавливающееся колесо, соединенное с дистальными концами вилки. Примеры таких рабочих машин включают валковую жатку, газонокосилки и т.д.
Валковые жатки с автономным приводом, как правило, приводятся в действие двойной гидростатической системой. Изменения скорости осуществляются посредством регулирования скорости обоих ведущих (передних) колес одновременно. Изменения направления осуществляются путем регулирования относительной скорости ведущих колес. Задние колеса машины являются самоустанавливающимися для обеспечения поворота машины во время изменений направлений.
Когда осуществляются изменения направления, гидравлическое давление увеличивается в контуре одного ведущего колеса для увеличения скорости, и снижается в другом ведущем колесе для снижения скорости. Такая относительная разница давлений преобладает до тех пор, пока инерция машины и присущее колесам сопротивление повороту не будут преодолены. Если сопротивление повороту достаточно высокое для создания значительной задержки в реакции на входной сигнал от рулевого колеса, управление машиной может быть сложным.
Сопротивление самоустанавливающихся колес повороту происходит из-за трения в шарнире узла самоустанавливающегося колеса и трения между самоустанавливающимися колесами и землей. Задержка реакции может быть особо выраженной, если машина работает без платформы, поскольку дополнительная нагрузка на самоустанавливающиеся колеса приводит к повышенному сопротивлению повороту. Низкое давление в шинах (например, 14 фунтов на квадратный дюйм) часто устанавливается в самоустанавливающихся шинах для улучшения ходовых качеств. Это дополнительно увеличивает сопротивление повороту, если машина работает с удаленной платформой.
Рулевые характеристики зависят от таких вещей, как рулевые тяги, время реакции гидростатического насоса, инерция машины при повороте, и сопротивление самоустанавливающихся колес повороту. Существует тенденция к замедленной реакции входного сигнала от рулевого колеса (недостаточное поворачивание) в начале, затем тенденция к продолжению поворота (избыточное поворачивание), когда входной сигнал прекращается или изменяет направление на обратное. Валковые жатки, как правило, имеют максимальную скорость при транспортировке в диапазоне 15 миль в час. Скорости при транспортировке до 25 миль в час будут предпочтительны на рынке. Это требует лучшей управляемости машины на более высоких скоростях, без ухудшения быстроходности данной системы (вращательного рулевого управления) на более низких скоростях.
По меньшей мере, один независимый участник рынка предлагает валковую жатку со скоростью при транспортировке 23 мили в час. Это достигается посредством изменения положения станции оператора и работы машины в противоположном направлении для транспортировки.
Вторичной проблемой существующих валковых жаток является транспортировка валковой жатки с удаленной платформой. Задержка реакции может быть особенно выражена, если машина работает без платформы, из-за дополнительной нагрузки на самоустанавливающиеся колеса и, соответственно, увеличения сопротивления повороту.
Также может быть необходимо демонтировать платформу и транспортировать ее путем буксировки ее за тяговой единицей. Это сложно при существующих конфигурациях валковых жаток, поскольку задняя часть валковой жатки, которая контролируется ведущими (передними) колесами, должна разворачиваться, реагируя на входные сигналы от рулевого управления, и, наоборот, входные сигналы от буксируемой платформы не должны восприниматься ведущими колесами.
Заявитель настоящего изобретения в настоящее время инструктирует операторов не транспортировать тяговые единицы валковых жаток с демонтированной платформой. Более широкие платформы, предназначенные для более простого удаления с тяговой единицы, увеличивают важность транспортировки без платформы.
Известен способ транспортировки валкой жатки без платформы посредством обеспечения портативного веса для поддержания вместо платформы в течение транспортировки. Это уравновешивает тяговую единицу и делает возможным «низкоскоростную транспортировку» когда платформа на буксире. Недостатки такого подхода включают учет в логистике веса с тяговой единицей при необходимости, неудобство присоединения и удаления веса, и дополнительная стоимость опции.
Раскрытие изобретения
Согласно одному варианту настоящее изобретения относится к рабочей машине, содержащей раму, по меньшей мере, одно ведущее колесо, поддерживаемое рамой, по меньшей мере, один узел самоустанавливающегося колеса, поддерживаемый рамой, и, по меньшей мере, одно способствующее повороту устройство. Каждое способствующее повороту устройство подсоединено между рамой и соответствующим узлом самоустанавливающегося колеса. Каждое способствующее повороту устройство выполнено с возможностью смещения соответствующего узла самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор, и корректирования посредством усилий, оказываемых землей на узел самоустанавливающегося колеса.
Согласно другому варианту настоящее изобретения относится к рулевому устройству для рабочей машины, содержащей раму, узел самоустанавливающегося колеса, поддерживаемый рамой, и способствующий повороту цилиндр, подсоединенный между рамой и узлом самоустанавливающегося колеса. Способствующий повороту цилиндр выполнен с возможностью:
а) приложения смещающего усилия к узлу самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор,
b) обеспечения корректирования смещающего усилия усилиями, оказываемыми землей на узел самоустанавливающегося колеса, и
с) обеспечения поворота узла самоустанавливающегося колеса на 360° вокруг, по существу, вертикальной оси.
Согласно еще одному варианту настоящее изобретения относится к рабочей машине, содержащей раму, по меньшей мере, один узел самоустанавливающегося колеса, поддерживаемый рамой, и, по меньшей мере, одно способствующее повороту устройство. Каждое способствующее повороту устройство подсоединено между рамой и соответствующим узлом самоустанавливающегося колеса. Каждое способствующее повороту устройство выполнено с возможностью смещения соответствующего самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор, и обеспечения поворота самоустанавливающегося колеса на 360° вокруг оси вала.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе участка рабочей машины, включающей в себя вариант осуществления способствующего повороту устройства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой вид сверху участка рабочей машины, показанной на фиг.1;
Фиг.3 представляет собой схематичный вид способствующего повороту устройства, используемого в рабочей машине, показанной на фиг.1 и 2;
Фиг.4 представляет собой схематичный вид другого варианта осуществления способствующего повороту устройства в соответствии с настоящим изобретением; и
Фиг.5 представляет собой вид сверху другого варианта осуществления способствующего повороту устройства в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание изобретения
Со ссылкой на чертежи, и более конкретно на фиг.1 и 2, показан участок рабочей машины 10, включающей в себя вариант осуществления способствующего повороту устройства 12 в соответствии с настоящим изобретением. Рабочая машина 10 может быть любого типа рабочей машины с автономным приводом, в которой используется одно или более самоустанавливающихся колес, такой как валковая жатка, газонокосилка и т.д. В показанном варианте осуществления, левый задний участок рабочей машины в виде валковой жатки 10 показан для иллюстрации.
Валковая жатка 10 содержит раму 14, поддерживающую типичные элементы (не показано), такие как станция оператора, двигатель внутреннего сгорания и т.д. Режущая платформа, как правило, съемным образом присоединена к переднему концу машины под станцией оператора. Отсек двигателя, как правило, расположен позади станции оператора и над парой узлов 16 самоустанавливающихся колес. Только левое заднее самоустанавливающееся колесо 16 показано на фиг.1 и 2 для упрощения, правое заднее самоустанавливающееся колесо имеет в показанном варианте осуществления, по существу, идентичную конфигурацию. Допустимы некоторые различия в конфигурациях узлов 16 самоустанавливающихся колес, как будет описано ниже более подробно.
Каждый узел 16 самоустанавливающегося колеса содержит поворотный вал 18, колесный рычаг 20 и самоустанавливающееся колесо 22, соединенное с колесным рычагом 20. Вал 18 с возможностью вращения поддерживается внутри втулки 24, которая приварена или иным образом жестко прикреплена к раме 14. Как показано на фиг.1, рама 14 машины может содержать телескопическую ось, имеющую выступающий конец, на котором поддерживается втулка 24. Колесный рычаг 20 показан как единый рычаг, изгибающийся вокруг стороны колеса 22, таким образом, по существу, выравнивания колесо 22 с валом 18. Колесный рычаг 20 может также иметь форму вилки с дистальными концами с противоположных сторон колеса 22. Нижний или дистальный конец колесного рычага 20 поддерживает короткий вал 26, который, в свою очередь, поддерживает ступицу 28 колеса для установки колеса 22 известным образом.
Способствующее повороту устройство 12 выполнено в виде линейного привода, описанного более подробно ниже, но может также быть выполнено в виде привода вращательного или другого типа, что станет очевидно далее. Способствующее повороту устройство 12 содержит один или более способствующих повороту цилиндров 30, подсоединенных между рамой 14 и соответствующим узлом 16 самоустанавливающегося колеса. В показанном варианте осуществления, валковая жатка 10 имеет два способствующих повороту цилиндра 30, подсоединенных к соответствующим узлам самоустанавливающихся колес. Каждый способствующий повороту цилиндр 30, смещает соответствующий узел 16 самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор, но может быть скорректирован усилиями, оказываемыми землей на узел 16 самоустанавливающегося колеса. Более подробно, каждый способствующий повороту цилиндр 30 выполнен с возможностью обеспечения следующих функций:
а) приложения смещающего усилия к узлу самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор;
b) обеспечения корректирования смещающего усилия усилиями, оказываемыми землей на узел самоустанавливающегося колеса; и
с) обеспечения вращения узла самоустанавливающегося колеса на 360° вокруг оси вращения.
Каждый способствующий повороту цилиндр 30, имеет форму цилиндра двухстороннего действия с корпусом 32, образующим внутреннюю камеру 34, поршнем 36, расположенным с возможностью скольжения во внутренней камере 34, и штоком 38, проходящим от поршня 36 через корпус 32 (внутренние элементы способствующего повороту цилиндра 30, показаны пунктиром на фиг.2). Корпус 32 поддерживается монтажными пластинами 14а, которые для практичности могут представлять собой часть рамы 14. В показанном варианте осуществления, каждый способствующий повороту цилиндр 30, также содержит второй шток 40, проходящий от поршня 36 через корпус 32. Шток 38 и второй шток 40 расположены с противоположных сторон от поршня 36, при этом второй шток 40 обеспечивает равномерное вытеснение текучей среды из внутренней камеры 34, независимо от направления движения поршня 36. Однако следует понимать, что может быть использован один шток 38 поршня.
Способствующее повороту устройство 12 показано с парой способствующих повороту цилиндров 30, при этом каждый способствующий повороту цилиндр 30, подсоединен между рамой 14 и соответствующим узлом 16 самоустанавливающегося колеса. Однако, также допустима конфигурация способствующего повороту устройства 12 с одним способствующим повороту цилиндром 30, подсоединенным между рамой 14 и одним узлом 16 самоустанавливающегося колеса, при этом другое самоустанавливающееся колесо может свободно вращаться. В качестве альтернативы, способствующее повороту устройство 12 может иметь конфигурацию с одним способствующим повороту цилиндром 30, подсоединенным между рамой 14 и одним узлом 16 самоустанавливающегося колеса, при этом этот один узел самоустанавливающегося колеса соединен посредством соединительной тяги или иного элемента с другим узлом самоустанавливающегося колеса.
Способствующее повороту устройство 12 также содержит поворотный рычаг 42, соединенный с валом 18 каждого самоустанавливающегося колеса, и шариковую тягу 44, соединяющую каждый шток 38 поршня с соответствующим поворотным рычагом 42. Поворотный рычаг 42 жестко прикреплен к верхнему концу вала 18 и проходит радиально наружу от него, и вращается или поворачивается заодно с ним, например, посредством подходящего шпоночного соединения. Длина поворотного рычага 42 может быть выбрана в зависимости от требуемого количества усилия, способствующего повороту, и т.д. Поворотный рычаг 42 имеет противоположный, дистальный конец, который соединен с одним концом шариковой тяги 44, которая, в свою очередь, имеет противоположный конец, соединенный с другим концом штока 38 поршня. Шариковая тяга 44 может иметь регулируемую длину при помощи резьбового стержня и стопорной гайки, как показано. Способствующее повороту устройство 12, таким образом, имеет такую длину хода штоков 38, шариковой тяги 44 и поворотного рычага 42, чтобы обеспечить вращательное движение самоустанавливающегося колеса 22 на полный оборот 360 градусов вокруг оси вала 18. Это может быть важным при смене направлений валковой жатки 10 с прямого на обратное, или наоборот, или из-за боковых нагрузок, прилагаемых к колесу 22 из-за изменений рельефа поверхности и т.д.
Со ссылкой на фиг.3 схематично показано способствующее повороту устройство 12, соединенное с гидравлическим рулевым контуром 46. Гидравлический рулевой контур 46 может быть приведен в действие, например, посредством механической тяги, соединенной с рулевой колонкой на станции оператора, электронного определения положения рулевой колонки (валковой жатки) или ручки управления (газонокосилка) и т.д. Гидравлический рулевой контур 46 обеспечивает двойные гидравлические выходы 48 с независимо изменяющимся давлением, имеет обычную конструкцию, и не описан здесь подробно.
Внутренняя камера 34 на каждой стороне поршня 36 соединена по текучей среде с гидравлическим рулевым контуром 46, посредством чего существует разница давлений на противоположных сторонах поршня 36 во время поворота валковой жатки 10. Эта разница давлений вызывает смещение или усилие, способствующее повороту, прилагаемое к колесу 22. В показанном варианте осуществления, гидравлический рулевой контур 46 представляет собой отдельный гидравлический контур, который отделен от двойной гидростатической системы, обеспечивающей валковую жатку 10 движущей силой. Однако гидравлический рулевой контур 46 может также быть объединен с двойной гидростатической системой, соединенной с ведущими колесами валковой жатки 10.
Как показано на фиг.3 и описано выше, валковая жатка 10 содержит два способствующих повороту цилиндра 30. Способствующие повороту цилиндры 30, последовательно соединены друг с другом, и каждый способствующий повороту цилиндр 30, соединен по текучей среде с рядом клапанов и отверстий, каждое из которых может быть выполнено отдельно или может быть выполнено за одно целое с соответствующим способствующим повороту цилиндром 30. Входное гидравлическое давление от гидравлического рулевого контура 46 перемещает поршень 36 в одном способствующем повороту цилиндре 30, который, в свою очередь, вытесняет гидравлическую текучую среду в другой способствующий повороту цилиндр, и перемещает поршень 36 в этом способствующем повороту цилиндре 30, (что называется гидравлической соединительной тягой).
Более конкретно, валковая жатка имеет такую конфигурацию, чтобы обеспечивать два диапазона скоростей: рабочий диапазон, обеспечивающий максимальную скорость передвижения вперед около 12 миль в час; и диапазон транспортировки, обеспечивающий максимальную скорость передвижения вперед около 25 миль в час. Каждый способствующий повороту цилиндр 30, соединен параллельно по текучей среде с противоположных сторон соответствующего поршня 36 с отверстием 51 для работы на низкой скорости, отверстием 52 для транспортировки с более высокой скоростью, перепускным клапаном 54 высокого давления и клапаном 56 изменения направления машины.
Отверстие 52 для транспортировки всегда находится в открытом положении, независимо от поступательной скорости или выбранного диапазона скоростей валковой жатки 10. Отверстие 52 для транспортировки обеспечивает прохождение текучей среды через поршень 36 способствующего повороту цилиндра 30, так что каждое самоустанавливающееся колесо 22 может независимо перемещаться для выравнивания с положением, требуемым двойной гидростатической системой, соединенной с основными ведущими колесами. Отверстие 52 для транспортировки имеет такой размер относительно гидравлического рулевого контура 46, что допустимы корректировки положения самоустанавливающегося колеса, но входные сигналы рулевого управления от гидравлического рулевого контура 46 исполняются. В показанном варианте осуществления, отверстие 52 для транспортировки представляет собой двустороннее отверстие, имеющее диаметр примерно 0,03 дюйма. Отверстие 52 для транспортировки может иметь другой диаметр, в зависимости от конкретного применения. Меньшее отверстие будет обеспечивать более точный контроль от контура, способствующего рулению, но не будет самостоятельно выравниваться с двойной системой с готовностью.
Рабочий клапан 50 представляет собой двухпозиционный клапан, который приводится в действие посредством встроенного соленоида 50А. В показанном варианте осуществления, рабочий клапан 50 контролирует поток к отверстию 51, которое имеет диаметр примерно 0,04 дюйма. Клапан 50 открыт при поступательной скорости первого порогового значения или ниже (например, когда типичная рабочая скорость меньше либо равна примерно 12 милям в час). При низких скоростях ниже заданного первого порогового значения, рабочий клапан 50 открывается для обеспечения более свободного прохождения текучей среды от одного конца к другому концу способствующего повороту цилиндра 30, при меньшем сопротивлении, чем обеспечивается в диапазоне скоростей для транспортировки. Это позволяет каждому самоустанавливающемуся колесу 22 поворачиваться с меньшим гидравлическим сопротивлением независимо от входных сигналов от гидравлического рулевого контура 46, так что шпиндель вращается и маневренность машины повышается.
Перепускной клапан 54 высокого давления может иметь обычную конструкцию, и имеет такую конфигурацию, чтобы открываться при заданном давлении текучей среды. Перепускной клапан 54 высокого давления обеспечивает поток текучей среды в любом направлении, и по существу представляет собой предохранительный клапан, обеспечивающий вращение самоустанавливающегося колеса 22 независимо от смещающего входного сигнала рулевого колеса, такого как повороты в конце поля и т.д. В показанном варианте осуществления, перепускной клапан 54 высокого давления настроен так, чтобы открываться при давлении текучей среды примерно 1000 фунтов на квадратный дюйм.
Клапан 56 изменения направления машины открыт при низких скоростях для обеспечения возможности изменения направления машины с переднего на заднее, и наоборот. На переходе существует конфликт, при котором входные сигналы от гидравлического рулевого контура 46 конфликтуют с входными сигналами к колесу 22 от земли, в то время как самоустанавливающееся колесо вращается вокруг от одного направления к другому. Клапан 56 изменения направления машины представляет собой двухпозиционный клапан, который приводится в действие соленоидом 56А, и приспосабливается к этому изменению направления машины. Клапан 56 изменения направления машины закрывается при увеличивающейся поступательной скорости для принятия входных сигналов от гидравлического рулевого контура 46. Скорость, при которой клапан 56 изменения направления закрывается, выбирается так, чтобы самоустанавливающиеся колеса 22 были параллельны друг другу, и близки к правильному положению движения машины вперед. Клапан 56 изменения направления машины вновь открывается при понижении скоростей, более конкретно, при скорости меньшей скорости, чем скорость зацепления (гистерезис) для предотвращения стука клапана при скоростях, близких к требуемой скорости активации или деактивации.
Кроме того, также можно использовать гидравлическое давление, действующее в двойной гидростатической системе, в качестве входного для каждого способствующего повороту цилиндра 30. Давление к каждой стороне каждого способствующего повороту цилиндра 30, регулируется входным давлением двигателя 58 ведущего колеса, соединенного с ведущим колесом 60. Давление в двигателе 58 левого ведущего колеса регулирует давление к одной стороне поршня 36, в то время как давление в двигателе правого рабочего колеса регулирует давление к другой стороне поршня 36. В состоянии, когда машина движется прямо, давления будут практически одинаковыми, так что не будет обеспечиваться способствования повороту самоустанавливающегося колеса. Когда начинается поворот, давление повышается в двигателе ведущего колеса с увеличивающейся скоростью, и падает в двигателе с уменьшающейся скоростью. Это приводит к разнице давлений по поршню способствующего повороту цилиндра самоустанавливающегося колеса, который способствует повороту самоустанавливающегося колеса в требуемом направлении. Степень способствования будет пропорциональна разнице давлений в ведущих двигателях, и, таким образом, пропорциональна степени поворота, которым управляет оператор. После осуществления поворота, давления вновь выравниваются в двигателях ведущих колес, и способствование повороту самоустанавливающегося колеса нейтрализуется. Когда машина работает на обратном ходу, входные отверстия колесных двигателей становятся выходными отверстиями. В таком состоянии, давление на каждую сторону поршня способствующего повороту цилиндра самоустанавливающегося колеса, будет низким с маленькой разницей давлений, так что не будет значительного вспомогательного усилия.
Кроме того, можно добавить пазы или отверстия внутри способствующих повороту цилиндров 30 для обеспечения возможности более свободного поворота самоустанавливающихся колес 22 при увеличении углов поворота самоустанавливающихся колес. Это может представлять собой альтернативный способ обеспечения поворотов шпинделя или реверса машины без необходимости в клапанах 56 изменения направления машины.
Со ссылкой на фиг.4 показан другой вариант осуществления способствующего повороту устройства 62 самоустанавливающихся колес 22, соединенного с гидравлическим рулевым контуром 46 управления. Способствующее повороту устройство 62 содержит пару способствующих повороту цилиндров 30, соединенных последовательно посредством гидравлической соединительной тяги, аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.3 и описанному выше. Способствующее повороту устройство 62 также содержит пару клапанов 56 изменения направления, соединенных параллельно с соответствующим способствующим повороту цилиндром 30. Каждый клапан 56 изменения направления также, по существу, совпадает с описанным выше со ссылкой на вариант осуществления, показанный на фиг.3. Способствующее повороту устройство 62, в основном, отличается тем, что оно содержит пропорциональный клапан 64, подсоединенный параллельно между способствующими повороту цилиндрами 30.
Пропорциональный клапан 63 открыт при более низких поступательных скоростях для обеспечения свободного параллельного перемещения способствующих повороту цилиндров 30. Пропорциональный клапан 64 начинает закрываться примерно при той же скорости, при которой закрываются отверстия 56 изменения направления, как описано выше, т.е. примерно при первом пороговом значении. Пропорциональный клапан 64 закрывается пропорционально увеличению скорости до второго порогового значения, и затем остается закрытым при скоростях, превышающих указанное второе пороговое значение. Пропорциональный клапан 64 смягчает переход между двойной гидростатической системой при низких скоростях и системой способствования повороту задних колес при более высоких скоростях транспортировки.
Со ссылкой на фиг.5 показан другой вариант осуществления способствующего повороту устройства 70 в соответствии с настоящим изобретением. Способствующее повороту устройство 70 содержит, по меньшей мере, один вращательный привод 72, а не линейный привод, описанный выше со ссылкой на фиг.1 и 2. Вращательный привод 72 может представлять собой гидравлический, электрический или пневматический двигатель, способный поворачиваться менее чем на 360 градусов, или на полный оборот; однако, вращательный привод 72 должен иметь такую конфигурацию, чтобы обеспечивать полный поворот самоустанавливающегося колеса 22 вокруг оси вала 18. Вращательным приводом 72 можно управлять так, чтобы прилагать смещающее усилие к узлу 16 самоустанавливающегося колеса во время поворота, которым управляет оператор, и его действие может быть скорректировано усилиями, оказываемыми землей на самоустанавливающееся колесо 22. С этой целью, вращательный привод 72 содержит рычаг 74 управления, который соединен с поворотным рычагом 42 посредством связующего звена 76. Если вращательный привод 72 выполнен в виде гидравлического двигателя, то гидравлические цилиндры, схематично показанные на фиг.3 могут быть заменены вращательными приводами, содержащими различные отверстия и клапаны. В качестве альтернативы, байпасы в виде одной или более муфт и/или тормозов, по отдельности или в комбинации с отверстиями и клапанами, показанными на фиг.3, могут быть использованы для обеспечения поворота узла 16 самоустанавливающегося колеса, когда земля оказывает усилия на самоустанавливающееся колесо 22. В остальном принцип управления остается таким же, как описано выше.
После описания предпочтительного варианта осуществления становится ясно, что могут быть выполнены различные изменения, не выходящие за рамки объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.