СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ МИНИ-ТРАКТОРОМ

Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам, а именно, к управлению работой малогабаритных самоходных машин, типа мини-тракторов с различным навесным оборудованием, сельскохозяйственного и коммунального назначения, как в открытых, так и закрытых помещениях. И может использоваться при эксплуатации мини-погрузчиков, мини-экскаваторов, снегоочистителей и других машин, выполняющих работы, как внутри, так и вне помещений.
На протяжении ряда лет разрабатывались конструкции мини-тракторов, удобных при эксплуатации в строительстве, сельском хозяйстве, коммунальном обслуживании, при уходе за участком земли вокруг дома, содержание внутреннего двора и выполняющие другие задачи, связанные с уходом и обслуживанием недвижимости.
Такие мини-трактора могут использоваться в качестве мини-экскаваторов, мини-погрузчиков, снегоуборочных машин и других, а также машин, работающих внутри помещения.
Можно привести конструкции разработок за последние годы, например: патент РФ на полезную модель «Мини-трактор» - №44630, заявлен 29.09.2004; патент РФ на полезную модель Мини-трактор «ЕГОРКА» - №92842, заявлен 01.10.2009; патент РФ на полезную модель «Мини-трактор» - №105562, заявлен 29.11.2010; патент РФ на полезную модель «Мини-трактор»» - №140825,заявлен 18.04.2013; патент РФ на изобретение Механизированное оборудование с возможностью размещения оператора сзади и обеспечение нулевого радиуса оборота» - №2641019, заявлен 24.09.2015.
Принципиальная конструктивная схема таких мини-тракторов содержит раму, двигатель внутреннего сгорания (ДВС), кинематически соединенный с задним мостом и установленный на раме трактора, движители с мостами, рулевые тяги, платформу с сиденьем и устройство для навешивания рабочего оборудования, пригодного для тех или иных работ.
Вышеприведенные патенты направлены на усовершенствование деталей и узлов, на упрощение кинематической схемы трансмиссии, повышение ресурса деталей, надежности и эффективности мини-трактора, расширения его универсальности и уменьшения стоимости изготовления.
Известны действующие и эксплуатируемые модели мини-тракторов.
Так, Минский завод производит конкурентно-способный ряд мини-тракторов, одним из которых является - модель БЕЛАРУС 113Н. (сайт с интернета «Мини-трактора: все модели и цены»). Модель оснащена бензиновым двигателем 13 лошадиных сил. При своем весе, 700 кг мини-трактор передвигается со скоростью до 18 км/час. Агрегат используют для обработки земли, покоса травы, очистки улиц от мусора и снега и т.д.
Мини-трактора китайского производства марки Скаут Т-18 и FOTON ТЕ244 пользуются большой популярностью в нашей стране, однако и эти модели работают на бензиновых двигателях (сайт с интернета «Рейтинг мини-тракторов 2018 года: лучшие по отзывам и качеству модели»).
Силовым агрегатом в конструкциях мини-тракторов в приведенных патентах и информационных ресурсах - источником питания является двигатель внутреннего сгорания.
Рабочие мини-машины, такие как, ковшовые фронтальные погрузчики, бульдозеры, экскаваторы, получают энергию от двигателя внутреннего сгорания, такого как, например, дизельный двигатель, бензиновый двигатель или другой двигатель внутреннего сгорания.
Такие двигатели внутреннего сгорания могут выбрасывать в атмосферу нежелательные выхлопные газы и другие загрязняющие вещества во время работы, причем, работа сопровождается постоянным повышенным шумом.
Кроме того, у двигателя внутреннего сгорания присутствует холостой ход, в связи, с чем циркуляция гидравлической жидкости происходит в холостую - расход жидкости повышается без совершения полезной работы, что приводит к снижению КПД.
С целью уменьшения уровня выхлопов газов двигателей внутреннего сгорания ведутся разработки альтернативных схем с использованием силовых передач, имеющих электрические компоненты, такие как, например электродвигатели, генераторы и системы электронного управления.
Так, например, известна электрическая силовая передача для рабочих машин, в частности такие, как бульдозеры, погрузчики и другие машины (патент РФ на изобретение №2394701, заявлен 09.08.2006).
Настоящее изобретение включает в себя электрическую силовую передачу, включающую двигатель внутреннего сгорания, выполненный с возможностью выработки механической энергии, и генератор, функционально, соединенный с двигателем и выполненный с возможностью преобразования, части механической энергии в электрическую энергию.
Электрическая силовая передача дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один электродвигатель, функционально соединенный с генератором, множество элементов привода, по меньшей мере, один силовой электронный модуль, выполненный с возможностью управления двигателем и/или генератором. Один электродвигатель выполнен с возможностью передачи крутящего момента во множество элементов привода.
Данная электрическая силовая передача содержит двигатель внутреннего сгорания и силовые передачи, имеющие электрические компоненты и предназначена для больших рабочих машин, которые требуют значительных затрат энергии, поэтому их схема может содержать несколько двигателей внутреннего сгорания и несколько электродвигателей, что усложняет общую конструкцию рабочей машины.
Известно так же, техническое решение, относящееся к электромеханической трансмиссии трактора, предпочтительно, с гусеничными движителями (патент РФ на изобретение №2531531, заявлен 07.06.2013), используемого в лесном, строительно-дорожном и сельскохозяйственном машиностроении.
Электромеханические передачи, благодаря своим явным преимуществам, пришли на смену передачам с ДВС.
Поскольку приведенные силовые передачи включают в себя комбинацию из двигателей внутреннего сгорания, генераторов и электродвигателей для привода машины в движение, это позволяет значительно снизить выброс продуктов сгорания от ДВС в атмосферу и обеспечить работу инструментов рабочей машины без перегрузки или остановки ДВС. Однако, выброс выхлопных газов остается, трактор работает с присутствием шума, в связи с наличием оставшегося ДВС.
Кроме того, данные машины в связи с их большими габаритными размерами не могут применяться в качестве мини-тракторов, используемых на небольших объемах земли и работающих в закрытых объемах, например в строительстве и коммунальном хозяйстве.
Дальнейшие разработки направлены на появление более экономичных, экологически чистых и бесшумных универсальных машин, которые должны войти во всестороннее их употребление.
Так известна, ранняя разработка, электротрактора с кабельной системой питания - описание к изобретения к авторскому свидетельству SU №81404, заявлен 25 февраля 1949 года. Трактор содержит электродвигатель (трехфазный асинхронный) с короткозамкнутым ротором, соединенный посредством муфты с коробкой скоростей. Работа электродвигателя не прерывается при переходах электротрактора с одного направления на другое.
Также, известен электротрактор, более новых разработок (сайт с интернета http/sdelanounas.ru/blogs/9715/ «Электротрактор становится реальностью»).
Российская компания «MOBEL» (г. Москва), специализирующаяся на разработке и внедрении в производство проектов по созданию электрических средств общественного, личного и коммерческого транспорта, а также некоторых видов сельскохозяйственной техники, провела в различных городах России презентацию перспективного электротрактора, сконструированного у сельчан модели «Беларус-920» с колесной формулой 4*4.
Источником энергии демонстрируемых тракторов являются литий ионные батареи емкостью 56кВтч производства китайской компании. Ток от блока батарей, питает итальянский электродвигатель мощностью 60 кВт (81 л.с) с коэффициентом запаса крутящего момента 15%. Длительность работы трактора после зарядки батарей - 4 часа, время быстрой зарядки - 30 минут.
Описанные, выше, электротракторы имеют большие габариты и используются на больших площадях. Для обеспечения работы такого электрического трактора в течение рабочего дня в поле, его необходимо оборудовать мощными аккумуляторными батареями, стоимость которых высока.
В настоящее время, в источниках информации активно продвигаются сведения о применении средств компактной малой механизации - мини-тракторах, мини-экскаваторах, мини-погрузчиках Российских производителей и различных иностранных фирм, имеющих в качестве источника энергии передвижения - блок аккумуляторных батарей или любой источник электрической энергии.
Новый электрический мини-экскаватор Takeuchi ТВ 117е (Япония) является экспериментальной моделью, у которого снят дизель и топливный бак, а вместо них поставлен аккумуляторный электродвигатель. Цикл перезарядки аккумуляторов равен шести часам при напряжении сети 220-240 В или 12 часам для напряжения 110 В (сайт с интернета «Takeuchi ТВ117Е - новый электрический мини-экскаватор»).
Как показали предварительные испытания, эксплуатационные издержки для мини электро-экскаватора оказались на 80% ниже, чем для аналога с ДВС. Экономия происходит не только за счет исключения использования топлива, но и за счет естественного отказа от системы смазки и охлаждения двигателя с их дорогими фильтрами и техническими жидкостями. Машина может использоваться, как внутри, так и вне помещений.
Полностью электрический погрузчик AVANT Е5 с питанием от батарей, производства Финляндии, и разработала фирма «Valmet Automtive» (сайт с интернета «Мини-погрузчики «Avant Е-серии» в Москве»). Погрузчик подходит для использования внутри помещений с ограниченной или отсутствующей вентиляцией со стороны ограничения шума. С помощью дополнительного навесного оборудования может легко справиться с расчисткой снега, уборка улицы, или придомовой территории и другими работами. Данный погрузчик компактен, оснащен блоком свинцово-кислотного аккумулятора, работает бесшумно, без выхлопных газов и к нему может использоваться любое навесное оборудование.
Реализация продукции «АВАНТ» Финляндия осуществляется по всей России.
В развивающейся подотрасли средств малой механизации, во всех промышленно развитых странах, при производстве мини-тракторов используются не только различные компоновки, но и большое разнообразие конструкций основных агрегатов и узлов.
Независимо от особенностей конструкции мини-тракторы состоят из источника питания энергии, ходовой части, механизмов управления и поворота платформы, движителей, рабочего и вспомогательного оборудования.
Кроме того, мини-тракторы оборудуются навесной гидравлической системой, которая предназначена для навешивания орудий и управления ими с рабочего места оператора. Гидравлическая навесная система состоит из двух навесных основных частей: механизма навески и гидрообъемного привода. Гидрообъемный привод состоит из бака для масла, насоса, распределителя и силового цилиндра и предназначен для поднятия и опускания навесного орудия, а также установки его в нейтральное или плавающее положение.
В выше представленных данных об электрических мини-тракторах имеются сведения о замене двигателя внутреннего сгорания на установленные под капотом аккумуляторные блоки и электрические двигатели, что позволяет исключить вредные выбросы в атмосферу, обеспечить бесшумную работу мини-трактора, значительно снизить эксплуатационные издержки.
В процессе проведенного поиска и анализа найденных материалов, не было выявлено разработок по схемам управления электрическими мини-тракторами.
Технической проблемой предлагаемой полезной модели является создание схемы управления мини-трактором, в которой электрическая энергия является единственным источником энергии для питания всех компонентов мини-трактора.
Технический результат достигается тем, что схема управления электрического мини-трактора, характеризуется тем, что она выполнена с возможностью подключения к электрическому источнику энергии, связанному с контрольным узлом, а также она содержит узел управления, соединенный с распределительным узлом, связанным с контрольным узлом, который, в свою очередь, соединен с электродвигателем поворота платформы мини-трактора, двумя ходовыми электродвигателями, установленными оппозитно продольной оси мини-трактора, валы которых связаны с приводом движителей, и с электродвигателем, вал которого связан с гидронасосом.
Электрический источник энергии выполнен в виде блока аккумуляторных батарей с зарядным устройством или в виде устройства для непрерывного питания от бытовой/промышленной электрической сети.
Кроме того, контрольный узел содержит блок с программным обеспечением, контроллеры электродвигателей, устройство контроля зарядки, устройства преобразования электрического тока, предохранительные устройства и датчики.
Схема управления электрического мини-трактора представлена на фигуре 1.
Схема привода мини-трактора содержит источник электрической энергии 1, от которого осуществляется питание всех электрических компонентов мини-трактора, представляющий из себя аккумуляторную батарею (АКБ) с зарядным устройством 2, емкостью, достаточной для выполнения рабочих операций в течение рабочей смены, а также, источник непрерывного электропитания 3 от бытовой/промышленной электрической сети.
Аккумуляторная батарея 2 или независимый источник электрической энергии 3 связаны с контрольным узлом 4. Контрольный узел 4 осуществляет распределение электроэнергии между функционально связанными с ним узлами и аккумуляторной батареей. Контрольный узел функционально связан:
- с набортным зарядным устройством 2, предназначенным для заряда аккумуляторной батареи от внешнего источника электрической энергии;
- с устройством непрерывного электропитания 3, предназначенным для непрерывного питания электрических компонентов мини-трактора от бытовой/промышленной электрической сети в обход аккумуляторной батареи;
- с электродвигателем 5 поворота платформы мини-трактора, устанавливаемым на ходовой тележке мини-экскаватора и осуществляющим поворот рабочей платформы;
- с двумя ходовыми электродвигателями 6, устанавливаемыми оппозитно продольной оси мини-трактора, валы которых связаны с приводом движителей;
- с электродвигателем, вал которого связан с гидравлическим насосом 9, создающим поток и давление гидравлической жидкости в гидросистеме мини-трактора;
- с узлом управления 7, с помощью которого человек-оператор управляет мини-трактором.
В тоже время, узел управления связан с распределительным узлом 10, предназначенным для распределения потока гидравлической жидкости от насоса 9 к гидравлическим исполнительным механизмам 11 мини-трактора.
В состав контрольного узла 4, в зависимости от исполнения машины, может входить: блок управления с программным обеспечением, контроллеры электродвигателей, устройство контроля зарядки, устройства преобразования электрического тока, предохранительные устройства, датчики.
При работе данной схемы, энергия от аккумуляторной батареи 1 подается в контрольный узел 4 и поступает к электродвигателю 5 поворота платформы, а затем к двум ходовым электродвигателям 6, посредством которых мини-трактор осуществляет перемещение. Для осуществления управления мини-трактором с узла управления 7 поступает сигнал оператору-водителю. При работе навесного оборудования сигнал с контрольного узла 4 поступает к электродвигателю 8 и далее к гидравлическому насосу 9. В тоже время, узел управления 7, связанный с распределительным узлом 10, предназначенным для распределения потока гидравлической жидкости от насоса 9, создает поток давления гидравлической жидкости в гидросистеме мини-экскаватора к гидравлическим исполнительным механизмам 11, вследствие чего происходит поднятие и опускание навесного орудия.
Применение предлагаемой схемы позволяет осуществить работу компактного мини-трактора, исключая вредные выбросы в атмосферу, снизить его шумовые характеристики и эксплуатационные расходы, расширить его универсальность и уменьшить стоимость изготовления.
При наличии различного сменного навесного оборудования, с помощью гидравлического насоса, мини-трактор может применяться в качестве мини-экскаватора, мини-погрузчика, снегоочистителя и так далее.
ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
1. Схема управления электрического мини-трактора, характеризующаяся тем, что она, выполнена с возможностью подключения к электрическому источнику энергии, связанному с контрольным узлом, а также она содержит узел управления, соединенный с распределительным узлом, связанным с контрольным узлом, который, в свою очередь, соединен с электродвигателем поворота платформы мини-трактора, двумя ходовыми электродвигателями, установленными оппозитно продольной оси мини-трактора, валы которых связаны с приводом движителей, и с электродвигателем, вал которого связан с гидронасосом.
2. Схема управления электрического мини-трактора по пункту 1., отличающаяся тем, что электрический источник энергии выполнен в виде блока аккумуляторных батарей с зарядным устройством или в виде устройства для непрерывного питания от бытовой/промышленной электрической сети.
3. Схема управления электрического мини-трактора по пункту 1., отличающаяся тем, что контрольный узел содержит блок управления с программным обеспечением, контроллеры электродвигателей, устройство контроля зарядки, устройства преобразования электрического тока, предохранительные устройства и датчики.
РЕФЕРАТ
Полезная модель относится к самоходным транспортным средствам, а именно, к управлению работой малогабаритных самоходных машин, типа мини-тракторов с различным навесным оборудованием, сельскохозяйственного и коммунального назначения, как в открытых, так и закрытых помещениях. И может использоваться при эксплуатации мини-погрузчиков, мини-экскаваторов, снегоочистителей и других машин, выполняющих работы, как внутри, так и вне помещений.
Предложена схема управления электрическим мини-трактором, характеризующаяся тем, что она выполнена с возможностью подключения к электрическому источнику энергии, связанному с контрольным узлом, а также она содержит узел управления, соединенный с распределительным узлом, связанным с контрольным узлом, который, в свою очередь, соединен с электродвигателем поворота платформы мини-трактора, двумя ходовыми электродвигателями, установленными оппозитно продольной оси мини-трактора, валы которых связаны с приводом движителей, и с электродвигателем, вал которого связан с гидронасосом.
Электрический источник энергии в схеме управления электрического мини-трактора выполнен в виде блока аккумуляторных батарей с зарядным устройством или в виде устройства для непрерывного питания от бытовой/промышленной электрической сети.
Контрольный узел схемы управления электрического мини-трактора содержит блок управления с программным обеспечением, контроллеры электродвигателей, устройство контроля зарядки, устройства преобразования электрического тока, предохранительные устройства и датчики.
Применение предлагаемой схемы позволяет осуществить работу компактного мини-трактора, исключая вредные выбросы в атмосферу, снизить его шумовые характеристики и эксплуатационные расходы, расширить его универсальность и уменьшить стоимость изготовления.
При наличии различного сменного навесного оборудования, с помощью гидравлического насоса, мини-трактор может применяться в качестве мини-экскаватора, мини-погрузчика, снегоочистителя и так далее.