ES2941433A1 - Sistema de estabilización de vehículos, asociado al cambio de geometría del vehículo - Google Patents

Sistema de estabilización de vehículos, asociado al cambio de geometría del vehículo Download PDF

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ES2941433A1 ES202131083A ES202131083A ES2941433A1 ES 2941433 A1 ES2941433 A1 ES 2941433A1 ES 202131083 A ES202131083 A ES 202131083A ES 202131083 A ES202131083 A ES 202131083A ES 2941433 A1 ES2941433 A1 ES 2941433A1
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González José Arques
Cano Manuel Parra
García Ginés Alberto Belchí
Ribes Jesús Antonio Gil
Roldán Gregorio Lorenzo Blanco
Diezma Juan Luis Gamarra
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Universidad de Cordoba
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    • B62D49/08—Tractors having means for preventing overturning or tipping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60B35/10—Dead axles, i.e. not transmitting torque adjustable for varying track
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

Sistema de estabilización de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo, gobernado manualmente o por control electrónico, que mide los parámetros dinámicos de la maquinaria en la que se instala gestionando el ancho de vía y la altura del vehículo hasta alcanzar la estabilidad, alertando de un posible riesgo de vuelco, en terrenos desnivelados o con pendientes, se realiza variando el ancho de vía, y simultáneamente, la altura del vehículo, por medio de paralelogramos de estabilización, una unidad electrónica de control, una o cuatro sondas angulares, un inclinómetro y unas electroválvulas para el accionamiento conjunto de todos los paralelogramos sincronizados o para el accionamiento individual de cada uno de ellos.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de estabilización de vehículos, asociado al cambio de geometría del vehículo
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente memoria descriptiva se refiere a un sistema de estabilización de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo, gobernado manualmente o por control electrónico, que mide los parámetros dinámicos de la maquinaria en la que se instala calculando en cada momento su estabilidad, variando la geometría para conseguirla y/o alertando de un posible riesgo de vuelco, de tal modo que actúa equilibrando el vehículo, en terrenos desnivelados o con pendientes, se realiza variando el ancho de vía, y simultáneamente, la altura del vehículo, por medio de paralelogramos de estabilización, una unidad electrónica de control, una o cuatro sondas angulares, un sistema de electroválvulas y un inclinómetro. Al acceder el vehículo a situaciones peligrosas, el estabilizador, en modo automático, responde variando el ancho de vía (incrementándolo) y, al mismo tiempo, bajando la altura del vehículo. Estas dos acciones conjuntas reducen considerablemente el peligro de vuelco. Los cilindros hidráulicos del sistema de dirección son solidarios con la pieza que conforma el pivote de la rueda, manteniendo el vehículo la trayectoria adecuada. Cambia el concepto de arado del suelo, al mover los implementos no solo por el enganche de tres puntos, sino variando la altura respecto al suelo de todo el vehículo, incluido el implemento.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención tiene su aplicación dentro del sector de vehículos mayormente de uso agrícola pudiendo ser aplicable a los vehículos industriales.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En consonancia con su importancia para las explotaciones agrarias, se puede afirmar que el tractor es la herramienta (vehículo) más empleada por los agricultores, y, por lo tanto, es parte fundamental del desarrollo técnico de esta industria, interesando analizar mejoras que minimicen los riesgos que se pueden derivar del manejo de los mismos.
El mayor riesgo asociado a toda clase de maquinaria industrial y particularmente a los tractores, es el vuelco. El tractor es una máquina que va a desarrollar la mayoría de su trabajo en acciones de tracción fuera de rutas asfaltadas, en un medio tan heterogéneo como es el campo. La naturaleza de tales terrenos explica que el principal riesgo asociado al manejo del tractor sea la pérdida de estabilidad. El vuelco lateral supone casi el 90% de los casos de vuelco con unos índices de mortalidad muy elevados.
Hay vehículos articulados conocidos que comprenden dos estructuras de bastidor sucesivas, que están dispuestas para girar alrededor de un eje vertical y/o girar alrededor de un eje horizontal entre sí por medio de una junta de bastidor. En los autocargadores, el bastidor delantero está soportado, por ejemplo, por un par de ruedas, y en él se colocan una cabina y una fuente de energía. Un espacio de carga y un conjunto de brazo se colocan en la parte superior del bastidor trasero, estando dicho conjunto de brazo entre la cabina y el espacio de carga. El bastidor trasero se apoya, por ejemplo, en dos pares de ruedas. Las ruedas también se pueden reemplazar por un bogie, que normalmente comprende dos ruedas que se balancean juntas.
Sin embargo esta parte desconoce la existencia de un sistema de estabilización por medio de paralelogramos, una unidad electrónica de control, uno o cuatro sondas angulares y un inclinómetro, sujetando cada rueda del vehículo cuyo accionamiento permite al mismo tiempo incrementar el ancho de via bajando la altura del vehículo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Con intención de superar los inconvenientes apuntados y de disminuir en lo posible el riesgo de vuelco de los vehículos, principalmente tractores agrícolas, se ha desarrollado el siguiente sistema de estabilización de vehículos, asociado al cambio de geometría del vehículo, que puede ser manual o automático e instalado en vehículos con o sin suspensión, el sistema comprende:
a. Al menos cuatro paralelogramos de estabilización (uno por rueda).
b. Al menos una unidad electrónica de control.
c. Al menos una sonda angular y/o al menos cuatro sondas angulares en caso de funcionamiento independiente
d. Al menos un inclinómetro
e. Al menos un conjunto de electroválvulas G1 y G2 para el accionamiento conjunto de todos los paralelogramos sincronizados o para el accionamiento individual de cada uno de ellos.
f. Al menos un conjunto de válvulas manuales o eléctricas E1 a E4 y S1 a S4 para el llenado de aceite y la extracción del aire del circuito.
g. En el caso de que se integre el sistema de dirección, al menos un Soporte del cilindro de la dirección (1.4) por paralelogramo, solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote (1.12).
a.- Composición de los paralelogramos de estabilización:
-En los vehículos con suspensión los paralelogramos se componen de:
• Cilindro hidráulico doble vástago (1.1).
• Sensor de presión. Informan de la carga que soporta cada rueda (1.2)
• Sonda angular (1.3)
• Electroválvula (G1-NC) normalmente cerrada (1.6), asocidada a la suspensión • Electroválvula (G2-NA) normalmente abierta (1.7), asociada a la independización del funcionamiento de cada paralelogramo
• Calderín - Proporciona la suspensión (1.5)
• En el caso de que el paralelogramo integre el sistema de dirección, Soporte del cilindro de la dirección (1.4), solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote (1.12).
-En los vehículos sin suspensión se suprimen las electroválvulas G1 y el calderín en los paralelogramos, componiéndose de:
• Cilindro hidráulico de doble vástago (1.1).
• Sensor de presión. Informan de la carga que soporta cada rueda (1.2)
• Sonda angular (1.3)
• Electroválvula (G2-NA) (1.7)
• En el caso de que el paralelogramo integre el sistema de dirección, Soporte del cilindro de la dirección (1.4), solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote (1.12).
• -El Cilindro hidráulico de doble vástago (1.1): permite que, instalados los cilindros en serie o “compensados”, los vástagos se muevan en todos los paralelogramos, la misma medida, sincronizando así sus movimientos.
• -El sensor de presión (1.2): informa de la carga que soporta cada rueda. El sensor de presión obtiene la presión del cilindro de su paralelogramo. La masa y carga dinámica que recibe la rueda se puede calcular según el valor de esta presión. Da el valor de la reacción en cada rueda.
• La sonda angular (1.3): tiene como función:
- informar a la unidad de control electrónico de la posición instantánea del cilindro de elevación es decir, la geometría actual del paralelogramo.
- Impedir que pueda funcionar el sistema de suspensión fuera de rango, esto eventualmente supondría choques entre piezas metálicas,
- informar a la Unidad de Control que ya se ha alcanzado una posición límite.
• La Electroválvula G1-NC (1.6) Electroválvula “G1-NC” para la desconexión del calderín se activa al mover la palanca de accionamiento en modo manual o automático, permiten activar o desactivar la suspensión.
• La Electroválvula G2-NA (1.7): Independiza el funcionamiento de cada paralelogramo.
Permiten el movimiento simultáneo de los cilindros de los paralelogramos, quedando éstos sincronizados cuando se cierra la electroválvula . Al cerrarse, permite que cada cilindro envíe aceite al siguiente. Cuando las electroválvulas G2 se abren, cesa el paso de aceite, independizando el funcionamiento de cada paralelogramo.
b. - La Unidad electrónica central: Recibe la señal de los sensores de presión, de los sensores angulares y del inclinómetro, el estabilizador puede ponerse en modo “Automático”, la unidad que dispone de un software específico decide, según los datos captados por los sensores, la corrección que debe efectuar, o en modo “Manual”, en este caso es el usuario quien determina su forma preferida de trabajo (ancho de vía y altura preferidos), no originándose respuesta automática alguna.
En el sistema manual se habilita un accionador para subir o bajar manualmente la altura, y otro para confirmar la selección de ésta.
c. - Sensores Angulares: en caso de funcionamiento en serie de los paralelogramos se precisará un sensor angular pero pueden instalarse cuatro (uno por cilindro) en caso del funcionamiento independiente de cada uno de los paralelogramos. Para el caso que el movimiento de los cuatro paralelogramos sea idéntico, con un solo sensor angular es suficiente. El funcionamiento independiente requiere una alimentación de aceite por cilindro, en vez de una alimentación común para los cuatro cilindros.
d. - Inclinómetro: que proporciona datos de pendiente tanto en sentido longitudinal (según la dirección del tractor), como en sentido transversal (en la dirección perpendicular), que proporciona la información que es computada por la unidad central electrónica, para decidir la acción más favorable para la estabilidad.
g.- Soporte del cilindro de la dirección (1.4): en el caso de que el paralelogramo integre el sistema de dirección, el paralelogramo incorpora este Soporte (1.4), solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para facilitar una mejor comprensión del procedimiento objeto de la memoria de la presente invención, se adjunta el siguiente juego de planos :
Figura 1. Muestra el detalle del paralelogramo de estabilización y sus partes
Figura 2. Muestra el paralelogramo que sujeta la rueda y del soporte del cilindro de la dirección y resto de componentes del convencional sistema de la dirección Figura 3. Muestra el paralelogramo en sus dos posiciones extremas.
Figura 4. Muestra una vista frontal y lateral general simplificada del vehículo (sin carrocería y sin cabina). Se han representado los ejes delantero y posterior, en sus posiciones extremas.
Figura 5.- Muestra una vista de un plano superior del vehículo donde se aprecia la representación de ambos ejes.
Figura 6.- Muestra un detalle del diagrama hidraulico de los cuatro paralelogramos.
Figura 7.- Muestra un diagrama del procedimiento de accionamiento de los 4 cilindros cuando los paralelogramos se mueven de forma no sincronizada, sino independiente.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La estabilización puede funcionar en modo MANUAL o en modo AUTOMÁTICO.
Una electroválvula (normal o proporcional), accionada por una palanca de accionamiento, tiene 3 posiciones, coincidentes con: Neutra; Subir Vehículo; Bajar Vehículo.
En la posición neutra de la electroválvula, asociada a la posición neutra de la palanca (que es la posición por defecto), el sistema no proporciona respuesta alguna.
Palanca accionamiento en la posición Subir vehículo o arriba: se abastece a los cilindros del paralelogramo, habitualmente dispuestos en serie (“compensados”), aunque también podrían estar alimentados cada uno por la bomba. Cuando se acciona así la palanca, las electroválvulas G1-NC y G2-NA cambian su estado y los vástagos de los cilindros se mueven exactamente la misma medida, extendiendo el ancho de vía entre 10 a 25 cm y variando la altura entre 19 a 30 cm.
Al accionar la palanca la electroválvula G1-NC (normalmente cerrada), se abre. Así el calderín de suspensión no recibe la presión del circuito. Al mismo tiempo, la electroválvula G2-NA (normalmente abierta), se cierra. Esto permite que el aceite salga del cilindro y alimente al siguiente. La transmisión de la fuerza del aceite llega de forma simultánea a los 4 cilindros (uno por paralelogramo), como ocurre con la disposición de cilindros en serie o compensados.
Los cilindros compensados se mueven exactamente la misma medida.
Al dejar de accionar la palanca de accionamiento la electroválvula G1 vuelve a estar cerrada (se permite la conexión con el calderín de suspensión de ese cilindro, posibilitando la suspensión) y la electroválvula G2 vuelve a estar abierta (se interrumpe la conexión entre cilindros, por lo que su suspensión es independiente por rueda).
Al dejar de accionar la palanca, el circuito en serie de los cilindros se ve interrumpido, por lo que cada cilindro aguantará su peso. En estas condiciones, queda habilitada la suspensión proporcionada por el calderín. La sonda de presión dará datos sólo de la presión de cada cilindro, según el peso que esté recibiendo.
El mismo funcionamiento pero a la inversa se produce cuando se acciona la palanca hacia abajo: aumenta la altura, y simultáneamente disminuye el ancho de vía.
El operador, por medio de la palanca de accionamiento en cabina, puede regular la altura y ancho de vía que prefiera. Esta palanca tiene una posición neutra y dos posiciones una hacia adelante y otra hacia atrás: hacia un lado eleva el vehículo, hacia el otro lo baja. Va asociada a una electroválvula, que habilita el sentido de movimiento del aceite (subir o bajar). En modo Automático, esta electroválvula es gobernada por la unidad central de control.
Puede disponerse de un control para cambiar este modo de accionamiento manual o automático que denominamos mando de modo de estabilidad, incorporada (o no) a la palanca de accionamento.
El mismo botón sirve para informar a la Unidad electrónica de control del vehículo, de la altura seleccionada por el operador. Según se apriete una o dos veces. Llamamos a esa altura preferida como “altura objetivo”.
En posición MANUAL, el sistema permanece estático. En posición AUTOMÁTICO, el vehículo trata de alcanzar la altura objetivo seleccionada por el operador, pero si advierte peligro, acciona las electroválvulas para procurar la estabilidad. En principio se ha previsto para la palanca de accionamiento una electroválvula proporcional, pero podría ser también una electroválvula normal.
En el esquema hidráulico de los paralelogramos se han representado E1, E2, E3 y E4 que son “llaves de paso” (o “válvulas de corte”) manuales, situadas en un extremo del circuito, mientras que S1, S2, S3 y S4 están en el otro extremo del circuito. Sirven para cargar de aceite y para eliminar el aire del circuito hidráulico. El funcionamiento se obtiene estando todas las llaves manuales cerradas, a excepción de E1 y S4. En la solución con paralelogramos de movimiento independiente (no sincronizado), estas válvulas no son necesarias.
Los cilindros de la dirección (dos en cada eje, en el caso que el eje disponga de sistema de dirección), van articulados al extremo del paralelogramo, porque de esta manera, cuando cambia la altura del paralelogramo, también cambia la altura de los cilindros de la dirección en la misma medida, no siendo necesarios complejos mecanismos de corrección para la geometría adecuada de las ruedas, en lo que respecta al sistema de dirección, al cambiar de altura solidario al extremo del paralelogramo.
En trabajos de suelo (arado, etc.), en los que habitualmente se clava el implemento en el suelo, por la bajada del sistema de enganche de tres puntos que porta el implemento, la invención mejora estas tareas, porque en vez de actuar sobre referido sistema de enganche, o a la vez que se acciona éste, el vehículo baja toda su altura, facilitando el peso del propio vehículo la acción del arado o implemento, sobre el suelo. A través de la unidad electrónica se regula automáticamente el control de profundidad del implemento, vigilando en vez de las fuerzas que hay que vencer, o al mismo tiempo que estas fuerzas, el consumo del motor. La unidad electrónica porporciona el balance entre funcionamientos extremos: bien primar el bajo consumo del vehículo (incrementando la altura del tractor, por la acción de los paralelogramos), bien primar la máxima resistencia que ofrece el implemento, clavándolo a más profundidad en el suelo (disminuyendo la altura del tractor, y por tanto también la del implemento). El usuario decide qué clase de trabajo realizar, entre los dos extremos reseñados, en cuanto al control de profundidad.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1.- Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo, gobernado manualmente o por control electrónico, que mide los parámetros dinámicos calculando en cada momento su estabilidad, equilibrando el vehículo, caracterizado porque realiza una variación del ancho de vía, y simultáneamente, una variación de la altura del vehículo, por medio de al menos un paralelogramo de estabilización por rueda, al menos una unidad electrónica de control, al menos una o cuatro sondas angulares, al menos un inclinómetro, al menos 4 válvulas G1-NC, al menos 3 válvulas G2-NA y al menos un conjunto de válvulas manuales o eléctricas E1 a E4 y S1 a S4.
Los paralelogramos en vehículos con suspensión se componen de:
• Cilindro hidráulico de doble vástago (1.1),
• Sensor de presión. Informan de la carga que soporta cada rueda (1.2)
• Sonda angular (1.3)
• Electroválvula G1-NC (1.6)
• Electroválvula G2-NA (1.7)
• Calderín - Proporciona la suspensión (1.5)
• En el caso de que se integre el sistema de dirección, al menos un Soporte del cilindro de la dirección (1.4) por paralelogramo, solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote (1.12).
Los paralelogramos en vehículos sin suspensión se componen de:
• Cilindro hidráulico doble vástago (1.1)
• Sensor de presión. Informan de la carga que soporta cada rueda (1.2)
• Sonda angular (1.3)
• En el caso de que se integre el sistema de dirección, al menos un Soporte del cilindro de la dirección (1.4) por paralelogramo, solidario con el extremo del paralelogramo (1.8), desde los que se articulan los convencionales cilindro (1.9) y biela de la dirección (1.10), para el giro de la rueda en torno al pivote (1.12).
La Unidad electrónica central recibe la señal de los sensores de presión, de los sensores angulares y del inclinómetro, el estabilizador puede ponerse en modo “Automático”, la unidad decide, según los datos captados por los sensores la corrección que debe efectuar, o en modo “Manual”, en este caso es el usuario quien determina la geometría preferida para el vehículo, no originándose respuesta automática alguna.
En caso de funcionamiento en serie de los paralelogramos, se precisará un sensor angular pero en caso de funcionamiento independiente de cada uno de los paralelogramos, se necesitarían cuatro sensores angulares (uno por paralelogramo). Para el caso que el movimiento de los cuatro paralelogramos sea idéntico (en serie), con un solo sensor angular es suficiente. El funcionamiento independiente de los paralelogramos requiere una alimentación de aceite por cilindro, en vez de una alimentación común para los cuatro cilindros.
Inclinómetro que proporciona datos de pendiente tanto en sentido longitudinal (según la dirección del tractor), como en sentido transversal (en la dirección perpendicular), que proporciona la información que es computada por la unidad central electrónica, para decidir la acción más favorable para la estabilidad.
2. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque puede accionarse de manera manual o automáticamente a través de la unidad electrónica central.
3. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque los paralelogramos pueden actuar en serie y de forma simultánea precisando únicamente una sonda angular o de forma independiente se necesitarían cuatro sondas angulares (una por paralelogramo).
4. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque a la palanca de accionamiento, tiene 3 posiciones: Neutra; Subir Vehículo; Bajar Vehículo.
5. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque en la posición neutra de la electroválvula no hay intervención sobre el sistema de estabilización, cuando la Palanca accionamiento esta en posición de Subir Vehículo/ARRIBA se abastece a los cilindros del paralelogramo, dispuestos en serie (“compensados”). Cuando se acciona así la palanca, las electroválvulas G1-NC y G2-NA cambian su estado. Al accionar la palanca la electroválvula G1-NC (normalmente cerrada), se abre. Así el calderín de suspensión no recibe la presión del circuito. Al mismo tiempo, la electroválvula G2-NA (normalmente abierta), se cierra. Esto permite que el aceite salga del cilindro y alimente al siguiente. La transmisión de la fuerza del aceite llega de forma simultánea a los 4 cilindros (uno por paralelogramo). Los cilindros compensados se mueven exactamente la misma medida extendiendo el paralelogramo el ancho de vía entre 10 y 25 cm y variando la altura entre 19 a 30 cm. Al dejar de accionar la palanca de accionamiento, la electroválvula G1 vuelve a estar cerrada (se permite la conexión con el calderín de suspensión de ese cilindro, posibilitando la suspensión) y la electroválvula G2 vuelve a estar abierta (se interrumpe la conexión entre cilindros, por lo que su suspensión es independiente por rueda).
6. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque en el caso de que el paralelogramo integre el sistema de dirección, el paralelogramo incorpora este Soporte, solidario con el extremo del paralelogramo, desde los que se articulan los convencionales cilindro y biela de la dirección para el giro de la rueda en torno al pivote.
7. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado porque los cilindros de la dirección (dos en cada eje, en el caso que el eje disponga de sistema de dirección), articulados al extremo del paralelogramo, porque de esta manera, cuando cambia la altura del paralelogramo, también cambia la altura de los cilindros de la dirección en la misma medida.
8. - Estabilizador de vehículos asociado al cambio de geometría del vehículo según la primera reivindicación caracterizado por regular automáticamente el control de profundidad del implemento en trabajos de suelo, vigilando en vez de las fuerzas que hay que vencer, o al mismo tiempo que estas fuerzas, el consumo del motor. La unidad electrónica porporciona el balance entre funcionamientos extremos: bien primar el bajo consumo del vehículo (incrementando la altura del tractor, por la acción de los paralelogramos), bien primar la máxima resistencia que ofrece el implemento, clavándolo en el suelo (disminuyendo la altura del tractor, y por tanto también la del implemento, clavándolo a más profundidad). El usuario decide qué clase de trabajo realizar, entre los dos extremos reseñados, en cuanto al control de profundidad.
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