DE19639573A1 - Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, insbesondere Traktor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug, insbesondere Traktor, nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon ein solches landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug in Form eines Traktors mit einem über ein Dreipunktgestänge angelenkten Pflug aus der Zeitschrift "Grundlagen der Landtechnik, Band 33 (1983) Nr. 1, Seiten 10 bis 14 - August van der Beek: Die Lage des ideellen Führungspunktes und der Zugkraftbedarf beim Pflügen", bekannt, bei dem die Kinematik und die Kinetik zwischen Traktor und Pflug im Zusammenhang mit dem Zugkraftbedarf näher untersucht wurde. Bei diesem System Traktor/Pflug sind auch Verstelleinrichtungen vorgesehen, die es gestatten, die Lage des Dreipunktgestänges zu beeinflussen und damit auch die Lage eines ideellen Führungspunktes, der für die Wirkungsrichtung der resultierenden Kräfte zwischen Schlepper und Pflug von Bedeutung ist. Mit zunehmender Größe der Anbaugeräte am Traktor wird es für die Bedienungsperson immer schwieriger, die Koppelung mit dem Traktor optimal einzustellen, was vor allem bei großen Anbau- oder Aufsattelpflügen gilt. Für die Einstellung solcher Anbaugeräte gibt es mehrere Einstellparameter, wie z. B. Pflugbreite, Schrägstellungsausgleich oder Länge des Oberlenkers. Der Bedienungsperson des Traktors wurde bisher empfohlen, die Lage des Dreipunktgestänges so zu wählen, daß kein "Seitenzug" vom Pflug auf den Schlepper übertragen wird, um auch dessen Lenkfähigkeit nicht zu beeinträchtigen. Ein Pflug sollte deshalb so eingestellt sein, daß von den Gestängekräften z. B. der Unterlenker kein Drehmoment um die Hochachse des Traktors verursacht wird. Bisher macht die Bedienungsperson des Traktors die Pflugeinstellung nach den Anweisungen des Pflugherstellers, nach Erfahrungswerten oder auch nach eigenen Beobachtungen des Pflugbildes am Acker. Es kann deshalb bei nicht optimaler Einstellung zu relativ großen Energieverlusten kommen, wie sie z. B. durch Schlupf oder Reibung verursacht werden. Zu erhöhtem Reibungswiderstand können vor allem Seitenkräfte beitragen, die während des Pflügens von den Scharen des Pfluges gegen die Furchenwand ausgeübt werden.

Wie Versuche bei dem vorbekannten Traktor ergaben, läßt sich der Zugkraftbedarf des Pfluges verringern, wenn der ideelle Führungspunkt zur Furchenseite hin verlagert wird. Als ideeller Führungspunkt ergibt sich jener Schnittpunkt, in dem sich die gedachten Verlängerungen der Unterlenker des Dreipunktgestänges in der betrachteten Horizontalebene schneiden. Durch diesen ideellen Führungspunkt verläuft eine Gerade, die sogenannte Widerstandslinie, auf der man sich die Kräfte zwischen Schlepper und Pflug zusammengefaßt vorstellen kann. Diese Widerstandslinie bildet mit der Furchenachse einen Winkel α, dessen Größe Einfluß auf die Größe der wirkenden Kräfte hat. Mit der Verstelleinrichtung lassen sich nun unterschiedliche Winkel α und damit auch unterschiedliche Lagen des ideellen Führungspunktes erreichen, wobei dies durch Verstellen von Pflug und/oder Dreipunktgestänge geschieht. Die bei diesen Verstellungen auftretenden Kräfte in den Unterlenkern können in ihrer Größe stark unterschiedlich sein und sind für die nach Größe und Richtung unterschiedlichen Momente um die Hochachse verantwortlich, die vom Pflug in den Rumpf des Traktors eingeleitet werden und damit dessen Fahrverhalten beeinflussen. Der Bedienungsperson des Traktors sind dabei keine zusätzlichen Hinweise gegeben, wie er die optimale Einstellung des Pfluges erreichen soll. Eine elektronische Hubwerks-Regeleinrichtung für den Traktor ist in diesem Zusammenhang nicht angesprochen.

Ferner ist aus der EP 0 033 923 ein Traktor bekannt, an dem mittels eines Dreipunktgestänges ein Pflug angelenkt ist. Zum Heben und Senken des Pfluges wird hier eine elektrohydraulische Hubwerks-Regeleinrichtung verwendet, bei der die Längskräfte im Unterlenker von einem Kraftmeßbolzen ermittelt werden, mit dem der Unterlenker am Gehäuse des Traktors schwenkbar gelagert ist. Es ist zwar daran gedacht, für eine Zugkraftregelung die Längskräfte über zwei Kraftmeßbolzen in jedem Unterlenker zu ermitteln und deren Signale als Summensignal in der Regeleinrichtung gemeinsam zu verarbeiten. Auf eine seitliche Einstellung des Pfluges in einer Horizontalebene wird hier kein Hinweis gegeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Einstellung von Anbaugeräten in der Horizontalebene zur Erzielung besserer Arbeitsergebnisse bei möglichst geringem Energieaufwand wesentlich erleichtert wird. Durch die getrennte Messung der Längskräfte in den Unterlenkern und deren Vergleich miteinander kann die Bedienungsperson des Traktor einen Hinweis auf eine nichtoptimale Einstellung des Anbaugeräts bekommen. Eine Bedienungsperson des Traktors kann nun über die Verstelleinrichtung die Lage des Anbaugeräts und damit des Dreipunktgestänges so wählen, daß ein bestimmtes Verhältnis der Längskräfte in den Unterlenkern erreicht wird, bei welchen die Seitenkräfte des Pfluges möglichst klein werden, ohne daß der Pflug seine Eigenführung verliert. Auf diese Weise können die Reibungsverluste am Pflug wesentlich verringert werden, wodurch auch die erforderliche Zugkraft und damit der Schlupf und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die Einrichtung zur Pflugeinstellung läßt sich bei vorhandenen Traktoren mit entsprechender elektrohydraulischer Hubwerks- Regeleinrichtung mit geringem zusätzlichen Aufwand relativ einfach und kostengünstig realisieren.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Traktors möglich. Eine besonders einfache und kostengünstige Lösung ergibt sich bei Ausführungen nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei eine bereits vorhandene mechanische Verstelleinrichtung verwendbar ist. Durch die getrennte Messung und Anzeige der Unterlenkerkräfte kann der Schlepperfahrer aus einem Vergleich eine Information entnehmen, wie er die Verstelleinrichtung für eine optimale Einstellung des Pfluges verstellen muß. Besonders zweckmäßig sind auch Ausführungen nach den Ansprüchen 4 und 5, wodurch die Einstellung zur Entlastung des Fahrers weitgehend automatisch vorgenommen werden kann. Durch die Ausbildung als zusätzlicher Regelkreis können wechselnde Bedingungen von der Verstelleinrichtung automatisch berücksichtigt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer Draufsicht den prinzipiellen Aufbau eines Traktors mit angelenktem Pflug in stark vereinfachter Darstellung und Fig. 2 ein Diagramm, das die Kräfteverhältnisse in den Unterlenkern in Abhängigkeit der Lage des ideellen Führungspunktes darstellt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt als landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug einen Traktor 10, an dem über ein Dreipunktgestänge 11 ein Pflug 12 angelenkt ist, wobei das System in stark vereinfachter, prinzipieller Weise als Draufsicht dargestellt ist, da in vorliegendem Zusammenhang primär die Kraftkomponenten in der Horizontalebene interessieren.

Von dem Dreipunktgestänge 11 sind lediglich ein linker Unterlenker 13 sowie ein rechter Unterlenker 14 dargestellt, die jeweils über einen ersten Kraftmeßbolzen 15 bzw. einen zweiten Kraftmeßbolzen 16 gelenkig an einem Gehäuse 17 des Traktors 10 gelagert sind. Die freien Enden der beiden Unterlenker 13, 14 sind durch eine Tragachse 18 miteinander gekoppelt, an welcher der Pflug 12 schwenkbar angelenkt ist. Um die Schrägstellung des vierscharigen Pfluges 12 veränderbar zu machen, ist zwischen Tragachse 18 und Pflug 12 ein doppelt wirkender Hydrozylinder 19 angeordnet. Der Hydrozylinder 19 ist dabei ein Teil einer Verstelleinrichtung 21 zum Verändern der Lage des Arbeitsgeräts 12 und damit auch des Dreipunktgestänges 11 in einer Weise, um die Lage eines ideellen Führungspunktes P₁ für die Wirkungsrichtung der resultierenden Kräfte zwischen Traktor 10 und Pflug 12 zu verändern. Der Führungspunkt P₁ ergibt sich dabei in an sich bekannter Weise als Schnittpunkt in der Verlängerung der beiden Unterlenker 13, 14 des Dreipunktgestänges 11.

Die beiden Kraftmeßbolzen 15, 16 messen die Längskräfte in den Unterlenkern 13 bzw. 14 und dienen als Meßwertgeber für die Istwerte in einer elektrohydraulischen Hubwerks- Regeleinrichtung 22. Mit dieser Regeleinrichtung 22 läßt sich der Pflug 12 in vertikaler Richtung heben und senken, um das System Traktor/Pflug in an sich bekannter Weise nach Art einer Zugkraft- und/oder Lageregelung zu betreiben. Bei diesen Regelungsarten wird von der Regeleinrichtung 22 lediglich ein Summensignal der beiden Kraftmeßbolzen 15, 16 verwendet.

Darüber hinaus sind die beiden Kraftmeßbolzen 15, 16 auch Teile der Verstelleinrichtung 21 zum Verändern der Lage des ideellen Führungspunktes P. Dabei werden die von den Kraftmeßbolzen 15, 16 getrennt voneinander ermittelten Längskräfte in den Unterlenkern 13 bzw. 14 in dem Punkt 23 miteinander verglichen und ein Verhältniswert gebildet, aus dem im Integrierglied 24 über die Zeit ein Mittelwert gebildet wird. Dieser Mittelwert wird in einem Regler 25 mit Sollwerteingang 26 verarbeitet, dessen Ausgangssignale ein elektrohydraulisches Ventil 27 steuern. Dieses Ventil 27, das den Hydrozylinder 19 steuert, ist an eine hydraulische Druckmittelversorgungseinheit 28 angeschlossen. Auf diese Weise ist die Verstelleinrichtung 21 als automatische Einstelleinrichtung 29 ausgebildet, die nach Art eines Kraftregelkreises arbeitet, bei dem das Verhältnis der Unterlenkkräfte zueinander als Regelgröße dient.

Die Widerstandskräfte der einzelnen Scharen am Pflug 12 können vektoriell zu einer Gesamtwiderstandskraft addiert werden, deren Wirkungslinie eine Verbindungsgerade 31 der Angriffspunkte der Einzelwiderstände an den Scharen im Punkt W schneidet. Aufgrund der Kinematik und der Kinetik zwischen Traktor 10 und Pflug 12 können die Kräfte zwischen Schlepper und Pflug vereinfacht zusammengefaßt werden in einer Geraden, der sogenannten Widerstandslinie 32, welche durch diesen Punkt W und den ideellen Führungspunkt P verläuft. Dabei bildet diese Widerstandslinie 32 einen Winkel α, der von der Furchenachse und der Widerstandslinie 32 eingeschlossen wird, und abhängig von dessen Größe sich auch die Seitenkraft K_S ändert, die bei der Anlage des Pfluges 12 an der Furchenwand wirkt. Damit zusammen hängen auch die in den Unterlenkern 13, 14 wirkenden Längskräfte, die bei unterschiedlicher Größe entsprechende Drehmomente um die Hochachse 33 des Traktors 10 verursachen.

Die Wirkungsweise des Traktors 10 mit der Einrichtung zur Einstellung des angelenkten Pfluges 12 wird wie folgt erläutert, wobei die Kinematik und Kinetik zwischen Traktor 10 und Pflug 12 nach der eingangs genannten Druckschrift als an sich bekannt vorausgesetzt wird.

Bei dem Traktor 10 werden die in der elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung 22 ohnedies vorhandenen Kraftmeßbolzen 15, 16 dazu verwendet, die Längskräfte in den Unterlenkern 13, 14 getrennt voneinander zu messen und in Punkt 23 der automatischen Einstelleinrichtung 29 einen Verhältniswert dieser Unterlenkerkräfte zu bilden. Am Sollwerteingang 26 wird ein Verhältniswert für die Unterlenkerkräfte vorgegeben und nach dem Vergleich mit dem Istwert des Verhältnisses im Regler 25 verarbeitet und zur Steuerung des Hydrozylinders 21 im Sinne einer Verringerung der Regelabweichung benutzt. Mit Hilfe des Hydrozylinders 21 läßt sich dabei die Schräglage des Pfluges 12 in der Horizontalebene verstellen, wobei sich auch das Dreipunktgestänge 11 durch die einwirkenden Kräfte verstellt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Unterlenker 13, 14 über die Kraftmeßbolzen 15, 16 so am Traktorgehäuse 17 gelagert sind, daß sie in der Horizontalebene in einem Bereich von gegebenenfalls bis zu 20 Grad seitlich schräg verstellbar sind. Durch Ändern der Schräglage des Pfluges 12 über die automatische Einstelleinrichtung 29 können dabei die Unterlenker 13, 14 z. B. in eine Lage gebracht werden, wie sie durch die gestrichelten Linien 34, 35 dargestellt ist, und wobei sich der ideelle Führungspunkt nach P₂ verlagert, und damit weiter in die Furchenseite hineingerückt wird.

Die Fig. 2 zeigt in diesem Zusammenhang ein Diagramm, in dem die Kräfte in den beiden Unterlenkern in Abhängigkeit von der Lage des ideellen Führungspunktes dargestellt ist. Aus diesem Diagramm ist deutlich die Tendenz erkennbar, daß bei einer Verlagerung des ideellen Führungspunktes von der Mitte des Traktors 10 zur Furchenseite hin die Längskraft im Unterlenker 13 eine stark fallende Tendenz hat, während die Kennlinie für die Längskraft im Unterlenker 14 einen steigenden Verlauf aufweist. Im ideellen Führungspunkt P₂ haben die Längskräfte in den Unterlenkern 13, 14 untereinander den gleichen Wert, so daß auch das Drehmoment um die Hochachse 33 am Takter 10 möglichst klein gehalten wird. Die Bedienungsperson wird daher am Sollwertgeber 26 einen Verhältniswert vorgeben, mit dem die Einstelleinrichtung 29 die Längskräfte in den Unterlenkern 13, 14 möglichst gleich groß steuert, wobei auch die Seitenkraft K_S des Pfluges 12 möglichst klein wird ohne daß der Pflug seine Eigenführung verliert. Mit dieser Einstellung werden auch die Reibungsverluste am Pflug 12 verringert, wodurch auch die erforderliche Zugkraft in einer Weise sinkt, wie dies prinzipiell von der Kennlinie 36 in Fig. 2 dargestellt ist. Mit fallender Zugkraft werden auch der Schlupf und damit auch der Kraftstoffverbrauch weiter verringert. Mit der Einstelleinrichtung 29 kann daher eine Bedienungsperson durch Vorgabe eines geeigneten Sollwertes 26 für das Verhältnis der Unterlenkerkräfte zueinander eine optimale Einstellung des Pfluges 12 erreichen, so daß bessere Bearbeitungsergebnisse bei geringerem Energieaufwand erzielbar sind. Durch die Einstellung über einen Regelkreis kann der Pflug 12 automatisch an wechselnde Bedingungen angepaßt werden.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So können anstelle der automatischen Einstelleinrichtung 29 auch einfachere Vergleichsmittel verwendet werden, die als einfache Anzeigevorrichtung ausgeführt werden. An dieser Anzeigevorrichtung werden die beiden Unterlenkerkräfte in ihrer Größe dargestellt oder ein Verhältniswert dieser beiden Kräfte aufgezeichnet, so daß die Bedienungsperson am Traktor 10 einen Anhaltswert hat, wie er über eine manuelle Verstelleinrichtung 21 die Schräglage des Pfluges 12 so einstellen muß, daß optimale Werte erzielt werden. Anstelle der besonders vorteilhaften Kraftmeßbolzen 15, 16 können auch andere Meßwertgeber verwendet werden, mit denen die Kräfte in den Unterlenkern 13, 14 getrennt voneinander ermittelt werden können. Der Traktor 10 kann auch mit einem anderen über das Dreipunktgestänge 11 angelenkten Anbaugerät betrieben werden, bei dem ähnliche Verhältnisse vorliegen wie bei einem Pflug.

Claims (8)

1. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, insbesondere Traktor, mit einem Dreipunktgestänge zum Anlenken eines Anbaugeräts, insbesondere eines Pfluges, und mit einem Hubwerk zum Heben und Senken des am Dreipunktgestänge angelenkten Anbaugerätes sowie mit einer Verstelleinrichtung zum Verändern der Lage des Anbaugeräts und damit des Dreipunktgestänges in einer Weise, um die Lage eines ideellen Führungspunktes für die Wirkungsrichtung der resultierenden Kräfte zwischen Arbeitsfahrzeug und Anbaugerät zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen des Hubwerks eine elektrohydraulische Hubwerks- Regeleinrichtung (22) angeordnet ist, welche zur Ermittlung der Längskräfte in den beiden Unterlenkern (13, 14) des Dreipunktgestänges (11) voneinander getrennte, die Längskräfte einzeln erfassende Meßwertgeber (15, 16) aufweist und daß Mittel (29) vorgesehen sind, um abhängig vom Vergleich der Signale dieser beiden Meßwertgeber (15, 16) miteinander die Verstelleinrichtung (21) zur Lageänderung des ideellen Führungspunktes (P₁, P₂) zu betätigen.

2. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als eine Anzeigevorrichtung ausgebildet sind, an der die Größe der Signale beider Meßwertgeber (15, 16) getrennt voneinander und/oder deren Verhältnis zueinander ablesbar ist.

3. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung zur Einstellung des ideellen Führungspunktes für eine manuelle Betätigung ausgebildet ist.

4. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel als eine automatische Einstelleinrichtung (29) ausgeführt sind.

5. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (29) als Regelkreis ausgebildet ist, in dem das Verhältnis der beiden Unterlenkerkräfte zueinander ermittelt, dieser Verhältniswert mit einem Sollwert (26) verglichen und davon abhängig über einen Regler (25) ein Stellmotor (19) der Verstelleinrichtung (21) ansteuerbar ist.

6. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmotor ein von einem Wegeventil (27) ansteuerbarer Hydrozylinder (19) angeordnet ist, mit dem die Schräglage eines Tragarms des Anbaugeräts (12) relativ zu einer die beiden freien Enden der Unterlenker (13, 14) verbindenden Tragachse (18) verstellbar ist.

7. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßwertaufnehmer zwei Kraftmeßbolzen (15 16) verwendet werden, mit denen die Unterlenker (13, 14) am Gehäuse (17) des Arbeitsfahrzeuges (10) gelagert sind.

8. Landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verarbeitung der Unterlenkerkräfte eine Mittelwertbildung (24) vorgesehen ist.