BR102017024306B1

BR102017024306B1 - Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de uma peça de maquinário móvel

Info

Publication number: BR102017024306B1
Application number: BR102017024306-0A
Authority: BR
Inventors: Nicolai Tarasinski; Manfred Becker; Volker Kegel; Julian Daubermann
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2023-01-31
Also published as: US20180215573A1; EP3355429A1; BR102017024306A2; DE102017201544A1; US10662023B2; EP3355429B1

Abstract

ARRANJO PARA DETERMINAÇÃO DE UMA ORIENTAÇÃO ESPACIAL DE UMA PORÇÃO DE LINHA DESENROLADA DE UM TAMBOR DE CABO, TAMBOR DE CABO, E, SISTEMA PARA TRANSMISSÃO DE ENERGIA E TRANSMISSÃO DE DADOS DE UMA PEÇA DE MAQUINÁRIO MÓVEL. Um arranjo (10) para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo, com uma base de fixação (12) e uma sonda de medição (20) que tem um guia de cabo (22) e pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação (12) em torno de um primeiro e segundo eixo geométrico de rotação (16, 18), em que a sonda de medição (20) interage com um dispositivo sensor (26) para sensorear ângulos sólidos (a, β) que ocorrem em torno dos eixos geométricos de rotação (16, 18).

Description

[001] A invenção refere-se a um arranjo para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo.

[002] Diferentes modalidades do tambor de cabo são usadas industrialmente para fornecer sistemas movíveis ou móveis com energia elétrica. Para esse fim, o tambor de cabo é tipicamente atribuído ao sistema movível ou móvel e compreende uma linha elétrica que pode ser enrolada e desenrolada e da qual a extremidade livre está conectada a uma unidade de alimentação estacionária. O movimento de enrolar e desenrolar é controlado, por exemplo, por meio de um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador, de acordo com o comprimento da linha que é exigido em cada caso. No cenário mais simples, ao invés de um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador, é usado um mecanismo de mola que pré-tensiona o tambor do cabo e, portanto, a linha elétrica, durante a operação de desenrolamento, e, portanto, dita linha é enrolada automaticamente conforme a tensão de tração alivia.

[003] Tais arranjos são conhecidos, por exemplo, em guindastes pesados para fornecer eletricidade a um caminhão de guindaste que é guiado de maneira móvel ao longo de trilhos associados. Uma vez que o movimento do caminhão de guindaste está predeterminado de forma segura, é assegurado aqui um movimento definido de enrolamento e desenrolamento da linha elétrica. Em contraste, as condições no caso das máquinas móveis, por exemplo, de um trator agrícola operado eletricamente, são consideravelmente mais complexas uma vez que o maquinário móvel pode se mover livremente e, na medida em que não é possível excluir uma situação em que o trajeto o qual o veículo percorre cruza de forma indesejável a porção de linha desenrolada que fica no chão. Se o veículo percorrer a linha elétrica, isso pode resultar em danos ou até mesmo destruição da mesma.

[004] O objetivo da presente invenção é, portanto, o de especificar um arranjo do tipo mencionado na introdução que permite definir a progressão e, portanto, a posição de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo.

[005] Esse objetivo é conseguido por um arranjo destinado a determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo e tem as características da Reivindicação de Patente 1.

[006] O arranjo para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo compreende uma base de fixação e uma sonda de medição que tem uma guia de cabo e pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação em torno de um primeiro e segundo eixo geométrico de rotação, em que a sonda de medição interage com um dispositivo sensor para sensorear ângulos sólidos α, β que ocorrem em torno dos eixos geométricos de rotação.

[007] Em outras palavras, a sonda de medição é constantemente pivotada pela linha elétrica, que está localizada no guia de cabo, na direção da progressão da dita linha, o que possibilita verificar inequivocamente a orientação da porção de linha desenrolada do tambor de cabo. Os eixos geométricos de rotação podem ser orientados, em particular, de modo que os ângulos sólidos α, β que ocorrem na sonda de medição representam uma progressão horizontal e vertical da linha elétrica, que sai em uma saída de cabo do tambor de cabo.

[008] O tambor de cabo é tipicamente uma parte constitutiva de uma peça de maquinário móvel, preferivelmente de um trator agrícola operado eletricamente. O maquinário móvel pode ter uma roda elétrica e vários dispositivos de operação elétrica para executar funções operacionais agrícolas, INTER ALIA, por meio de um implemento complementar ou auxiliar operado eletricamente que pode ser encaixado no dito maquinário.

[009] A progressão da linha horizontal determinada torna possível aqui, em função da direção de movimento tomada pela peça de maquinário móvel, avaliar se o veículo está possivelmente percorrendo a porção de linha desenrolada ou se a linha elétrica, em vista da direção de movimento tomada, deve ser enrolada ou desenrolada. Considerações semelhantes aplicam-se à progressão da linha vertical determinada, o que permite determinar o excesso de enfraquecimento da porção da linha desenrolada e, se apropriado, reduzir esse enfraquecimento por enrolamento específico da linha elétrica.

[0010] Em termos gerais, é o caso aqui que o primeiro eixo geométrico de rotação funciona de tal forma que o dispositivo sensor detecta predominantemente a direção que a linha elétrica assume em relação à peça de maquinário móvel e o segundo eixo geométrico de rotação funciona de modo que o dispositivo sensor detecta predominantemente enfraquecimento da linha elétrica.

[0011] A linha elétrica geralmente é um cabo elétrico de múltiplos núcleos que, além de núcleos de alimentação, também pode ter núcleos para transmitir sinais de dados e sinais de controle.

[0012] Os desenvolvimentos vantajosos do arranjo de acordo com a invenção podem ser reunidos a partir das reivindicações dependentes.

[0013] A sonda de medição tem preferivelmente uma haste de atuação que pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação e na extremidade livre da qual o guia do cabo está encaixado. A haste de atuação forma assim um elemento de transmissão por meio do qual uma mudança de posição da linha elétrica detectada através do guia de cabo é transmitida mecanicamente para o dispositivo sensor.

[0014] É também o caso que o dispositivo sensor pode ter um primeiro sensor de ângulo de rotação e um segundo sensor de ângulo de rotação, em que o primeiro sensor de ângulo de rotação tem o seu lado do alojamento encaixado na base de fixação e o seu lado do sensor conectado a um suporte que pode ser pivotado em torno do primeiro eixo geométrico de rotação, e em que o segundo sensor de ângulo de rotação tem o seu lado do alojamento montado no suporte e o lado do sensor conectado à sonda de medição, que pode ser pivotada em torno do segundo eixo geométrico de rotação. Os sensores de ângulo de rotação são potenciômetros (de plástico condutor) com características de resistência linear, que permitem fornecer tensões de sinal proporcionais aos ângulos sólidos α, β sensoreados ou codificadores incrementais digitais. Os sinais de dados dos mesmos são alimentados para uma unidade de controle para calcular os ângulos sólidos associados α, β.

[0015] A fim de garantir que a posição da porção de linha desenrolada seja sensoreada com precisão, é possível que o guia de cabo tenha uma peça de guia para acomodar uma linha elétrica de forma adequada, e isso minimiza o possível jogo da linha elétrica dentro do guia de cabo.

[0016] É possível aqui que a peça de guia contenha uma abertura de passagem de passagem cilíndrica, que é circundada por uma pluralidade de rolos de guia. É geralmente o caso de pelo menos três rolos de guia serem distribuídos uniformemente ao longo da circunferência interna da abertura de passagem cilíndrica e, portanto, a linha elétrica que passa através da peça de guia é centrada radialmente.

[0017] É concebível aqui que seja o caso de que, ao longo de uma região de bocal do lado de entrada e/ou lado de saída, a peça de guia tenha uma multiplicidade de fendas do lado de extremidade, dentro das quais os rolos de guia são acomodados de forma rotativa. Uma vez que as fendas estão abertas na direção externa nos lados de extremidade, é assegurada a instalação direta dos rolos de guia. A peça de guia pode ser um corpo cilíndrico feito de plástico ou metal.

[0018] A fim de proteger a linha elétrica que passa através da peça de guia contra possíveis danos, os rolos de guia preferivelmente cada um têm uma superfície contínua que consiste em plástico e/ou borracha.

[0019] De acordo com uma configuração alternativa, também é possível que a peça de guia seja projetada sob a forma de uma bucha deslizante, no cenário mais simples na forma de um corpo cilíndrico com um furo de passagem correspondente ao diâmetro da linha. A ausência de peças móveis significa que tal bucha deslizante se distingue por ser particularmente robusta e durável.

[0020] É precisamente no setor agrícola que a porção da linha desenrolada é exposta ao aumento dos níveis de sujeira. Para manter o tambor do cabo, ou a linha elétrica enrolada no mesmo, limpo, um raspador de sujeira pode ser arranjado em uma região de bocal do lado da saída da peça de guia.

[0021] O arranjo de acordo com a invenção pode ser uma parte constitutiva de um sistema de transmissão de energia e transmissão de dados de uma peça de maquinário móvel com um tambor de cabo com um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador. O sistema de transmissão de energia e transmissão de dados define o comprimento da linha realmente exigido pela peça de maquinário móvel com referência à orientação espacial determinada para a porção de linha desenrolada e, portanto, a progressão da linha em relação à peça de maquinário móvel e adapta dito comprimento de linha exigido para ter em conta a direção atual do movimento e a velocidade da peça de maquinário móvel. Para este fim, o acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador é ativado por meio de uma unidade de controle, que pertence ao sistema de transmissão de energia e transmissão de dados, de modo que (i) a porção de linha desenrolada seja encurtada, em virtude da linha elétrica sendo enrolada, quando a comparação da progressão de linha determinada com a direção de movimento atual da peça de maquinário móvel mostra que a peça de maquinário móvel e a porção de linha desenrolada estão se movendo uma em relação à outra e que (ii) a dita porção de linha é alongada, em virtude da linha elétrica sendo desenrolada, quando a comparação da progressão da linha determinada com a direção de movimento atual da peça de maquinário móvel mostra que a peça de maquinário móvel e a porção de linha desenrolada se separam uma da outra. A velocidade de enrolamento do acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador é adaptada aqui em cada caso de acordo com a velocidade de movimento atual da peça de maquinário móvel.

[0022] A direção do movimento e a velocidade da peça de maquinário móvel podem ser derivadas dos sinais de dados dos sensores de velocidade de roda associados ou de informações específicas da posição de um sistema de navegação GPS.

[0023] O arranjo de acordo com a invenção para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada a partir de um tambor de cabo será explicado em maior detalhe a seguir com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 mostra uma modalidade exemplificativa do arranjo de acordo com a invenção para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo, e a Figura 2 mostra um sistema de transmissão de energia e transmissão de dados de uma peça de maquinário móvel com um tambor de cabo com um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador e tendo um arranjo de acordo com a Figura 1.

[0024] A Figura 1 mostra uma modalidade exemplificativa do arranjo de acordo com a invenção para determinar uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada de um tambor de cabo.

[0025] O arranjo 10 compreende uma base de fixação 12 e uma sonda de medição 20 que tem um guia de cabo 22 e pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação 12 por meio de um arranjo de juntas associadas 14 em torno de um primeiro e segundo eixo geométrico de rotação 16, 18, uma linha elétrica indicada esquematicamente 24 que passa através do dito guia de cabo, em que a sonda de medição 20 segue o movimento da linha elétrica 24.

[0026] O arranjo 10 também compreende um dispositivo sensor 26, que pode sensorear a orientação espacial ou posicionamento da sonda de medição 20 em relação à base de fixação 12 em torno dos dois eixos geométricos de rotação 16, 18. Cada um dos dois eixos geométricos de rotação 16, 18 aqui representa um certo ângulo sólido α, β da sonda de medição 20 e, portanto, em última instância, da linha elétrica 24 que passa pelo guia de cabo 22.

[0027] Mais especificamente, a sonda de medição 20 tem uma haste de atuação 28 que pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação 12 e na extremidade livre 30 da qual o guia do cabo 22 está encaixado. A haste de atuação 28 forma um elemento de transmissão 32, por meio do qual uma mudança na posição da linha elétrica 24 sensoreada através do guia de cabo 22 é transmitida para o dispositivo sensor 26.

[0028] A linha elétrica 24 é um cabo elétrico de múltiplos núcleos 34 que, além dos núcleos de alimentação, também tem núcleos para transmissão de sinais de dados e sinais de controle.

[0029] A base de fixação 12, nesse caso, é projetada sob a forma de uma peça de chapa de metal dobrada em formato de U 36, que tem dois flanges dobrados para fora 38, 40 para fixação sobre um componente de suporte 42. De acordo com a Figura 2, o componente de suporte 42 é uma estrutura de chassis 90 pertencente a uma peça de maquinário móvel 82.

[0030] O dispositivo sensor 26 tem um primeiro sensor de ângulo de rotação 44 e um segundo sensor de ângulo de rotação 46, em que o primeiro sensor de ângulo de rotação 44 tem o seu lado do alojamento encaixado na base de fixação 12 e o seu lado do sensor conectado a um suporte 48 que pode ser pivotado em torno do primeiro eixo geométrico de rotação 16, e em que o segundo sensor de ângulo de rotação 46 tem o seu lado do alojamento montado no suporte 48 e o lado do sensor conectado à sonda de medição 20, que pode ser pivotada em torno do segundo eixo geométrico de rotação 18.

[0031] No presente caso, os dois sensores de ângulo de rotação 44, 46 são elementos de suporte do arranjo de juntas 14 com eixos geométricos de rotação 16, 18 que são deslocados em relação um ao outro em cada caso, em que os pinos de sensor mecânicos 50, 52 dos ditos sensores de ângulo de rotação (os pinos do sensor mecânico que coincidem com os eixos geométricos de rotação 16, 18) são suportados em relação à base de fixação 12 e ao suporte 48, respectivamente, por meio de mancais de esfera de ranhura profunda associados 54, 56. Em detrimento disso, também é possível que o arranjo de juntas 14 seja projetado na forma de uma junta universal na qual os dois eixos geométricos de rotação 16, 18 se cruzem em um ponto comum (não ilustrado).

[0032] Os sensores de ângulo de rotação 44, 46 são potenciômetros (de plástico condutor) com características de resistência linear, que permitem fornecer tensões de sinal proporcionais aos ângulos sólidos α, β sensoreados. Como alternativa, também é possível que os sensores de ângulo de rotação sejam projetados sob a forma de codificadores incrementais digitais para gerar sinais de dados correspondentes.

[0033] O guia de cabo 22 tem uma peça de guia 58 para acomodar a linha elétrica 24 de forma apropriada. A peça de guia 58 contém uma abertura de passagem cilíndrica 60, que é circundada por uma pluralidade de rolos de guia 62, 64. Por exemplo, ao longo de uma região de bocal 66, 68 no lado de entrada e/ou lado de saída, a peça de guia 58 tem uma multiplicidade de fendas do lado de extremidade 70, 72, dentro das quais quatro dos rolos de guia 62, 64 são acomodados de maneira rotativa em cada um dos dois lados. Os rolos de guia 62, 64 são distribuídos uniformemente em cada caso ao longo da circunferência interna da abertura de passagem cilíndrica 60 e, portanto, a linha elétrica 24 que passa pela peça de guia 58 é centrada radialmente. A peça de guia 58 é um corpo cilíndrico 74 feito de plástico ou metal.

[0034] A fim de proteger a linha elétrica 24 que passa através da peça de guia 58 contra possíveis danos, os rolos de guia 62, 64 têm cada uma uma superfície contínua 76, 78 que consiste em plástico ou borracha.

[0035] Além disso, um raspador de sujeira 80, que é mostrado esquematicamente na Figura 2, é arranjado na região de bocal do lado de saída 68 da peça de guia 58.

[0036] De acordo com uma configuração alternativa do arranjo 10 que não está ilustrada, a peça de guia 58 é projetada na forma de uma bucha deslizante, no cenário mais simples na forma de um corpo cilíndrico com um furo de passagem que corresponde ao diâmetro da linha. A ausência de peças móveis significa que tal bucha deslizante se distingue por ser particularmente robusta e durável.

[0037] Em resumo, a sonda de medição 20, que interage com o dispositivo sensor 26, é constantemente pivotada pela linha elétrica 24, que está localizada no guia de cabo 22, na direção da progressão da dita linha, o que possibilita verificar inequivocamente a orientação da porção de linha 96 desenrolada do tambor de cabo (ver, a respeito disso, a Figura 2).

[0038] A Figura 2 mostra um sistema de transmissão de energia e transmissão de dados de uma peça de maquinário móvel com um tambor de cabo com um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador e tendo um arranjo de acordo com a Figura 1.

[0039] A peça de maquinário móvel 82, que é representada meramente de forma esquemática, é um trator agrícola operado eletricamente.

[0040] De acordo com o exemplo, o tambor de cabo 84 é atribuído à peça de maquinário móvel 82, em que a linha elétrica 24, que pertence ao tambor de cabo 84, tem a sua extremidade livre conectada a uma unidade de alimentação estacionária 86, que por sua parte é alimentada com corrente elétrica de uma rede de alta tensão 88.

[0041] O tambor de cabo 84 aqui é instalado, em conjunto com o arranjo 10, sobre uma estrutura de chassi de suporte 90 da peça de maquinário móvel 82.

[0042] O sistema de transmissão de energia e de transmissão de dados 92 compreende uma unidade de controle controlada por microprocessador 94 que é alimentada pelas tensões de sinal e/ou sinais de dados dos dois sensores de ângulo de rotação 44, 46 para determinar os ângulos sólidos α, β, e, portanto, a orientação da porção de linha 96 desenrolada do tambor de cabo 84.

[0043] Também está presente uma pluralidade de sensores de velocidade de roda 98 para sensorear velocidades de roda de rodas associadas da peça de maquinário móvel 82 e/ou um sistema de navegação GPS 100 para definir a posição atual da peça de maquinário móvel 82. Os sinais de dados fornecidos pelos sensores de velocidade de roda 98 e/ou os itens de informação específica de posição fornecida pelo sistema de navegação GPS 100 são transmitidos para a unidade de controle 94 de modo que a direção de movimento e a velocidade da peça de maquinário móvel 82 podem ser derivadas disso.

[0044] A unidade de controle 94 aqui define o comprimento da linha realmente exigido pela peça de maquinário móvel 82 com referência à orientação espacial determinada para a porção de linha desenrolada 96 e, portanto, a progressão da linha em relação à peça de maquinário móvel 82 e adapta dito comprimento de linha exigido enquanto tem em conta a direção atual do movimento e a velocidade da peça de maquinário móvel 82. Para este fim, o acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador 102 é ativado pela unidade de controle 94 de modo que (i) a porção de linha desenrolada 96 seja encurtada, em virtude da linha elétrica 24 sendo enrolada, quando a comparação da progressão de linha determinada com a direção de movimento atual da peça de maquinário móvel 82 mostra que a peça de maquinário móvel 82 e a porção de linha desenrolada 96 estão se movendo uma em relação à outra e que (ii) a dita porção de linha é alongada, em virtude da linha elétrica 24 sendo desenrolada, quando a comparação da progressão da linha determinada com a direção de movimento atual da peça de maquinário móvel 82 mostra que a peça de maquinário móvel 82 e a porção de linha desenrolada 96 se separam uma da outra. A velocidade de enrolamento do acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador 102 é adaptada aqui pela unidade de controle 94 em cada caso de acordo com a velocidade de movimento atual da peça de maquinário móvel 82.

Claims

1. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de uma peça de maquinário móvel (82), em particular de um trator agrícola operado eletricamente, caracterizado pelo fato de que tem um tambor de cabo (84) que é instalado em uma estrutura de chassi de suporte (90) da peça de maquinário móvel (82) e tem um acionador de tambor eletromotor ou acionador de bobinador (102) compreendendo um arranjo (10) para determinação de uma orientação espacial de uma porção de linha desenrolada do tambor de cabo (84), tendo uma base de fixação (12) e uma sonda de medição (20) que pode ser pivotada cardanicamente em relação à base de fixação (12) em torno de um primeiro e um segundo eixo geométrico de rotação (16, 18) e está na forma de uma haste de atuação (28), na extremidade livre (30) da qual um guia de cabo (22) é encaixado, em que a sonda de medição (20) interage com um dispositivo sensor (26) para sensorear ângulos sólidos (α, β) que ocorrem em torno dos eixos geométricos de rotação (16, 18), em que o dispositivo sensor (26) tem um primeiro sensor de ângulo de rotação (44) que tem seu lado do alojamento encaixado na base de fixação (12) e seu lado do sensor conectado a um suporte (48) que pode ser pivotado em torno do primeiro eixo geométrico de rotação (16), e um segundo sensor de ângulo de rotação (46) que tem seu lado do alojamento encaixado no suporte (48) e seu lado do sensor conectado à sonda de medição (20), que pode ser pivotada em torno do segundo eixo geométrico de rotação (18), em que também está presente uma pluralidade de sensores de velocidade de roda (98) para detectar velocidades de roda de rodas associadas da peça de maquinário móvel (82) e/ou um sistema de navegação GPS (100) para definir a posição atual da peça de maquinário móvel (82), e em que uma unidade de controle (94) define o comprimento de linha realmente exigido pela peça de maquinário móvel (82) com referência àquela orientação espacial determinada a partir de tensões de sinais ou sinais de dados provenientes dos dois sensores de ângulo de rotação (44, 46) para a porção de linha desenrolada (96), e adapta o dito comprimento de linha exigido enquanto levando em conta uma direção atual do movimento e a velocidade da peça de maquinário móvel (82), que são derivadas a partir de sinais de dados dos sensores de velocidade de roda (98) e/ou a partir de informação específica de posição fornecida pelo sistema de navegação GPS (100).

2. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o guia de cabo (22) tem uma peça de guia (58) para acomodar uma linha elétrica (24) de forma apropriada.

3. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a peça de guia (58) contém uma abertura de passagem cilíndrica (60), que é circundada por uma pluralidade de rolos de guia (62, 64).

4. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que, ao longo de uma região de bocal (66, 68) no lado de entrada e/ou lado de saída, a peça de guia (58) tem uma multiplicidade de fendas do lado de extremidade (70, 72), dentro das quais os rolos de guia (62, 64) são acomodados de uma maneira rotativa.

5. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que os rolos de guia (62, 64) têm, cada um, uma superfície contínua (76, 78) que consiste em plástico e/ou borracha.

6. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a peça de guia (58) está na forma de uma bucha deslizante.

7. Sistema para transmissão de energia e transmissão de dados de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que um raspador de sujeira (80) está arranjado em uma região de bocal do lado de saída (68) da peça de guia (58).