FI105329B - Vakautusjärjestelmä - Google Patents

Description

105329

Vakautusjärjestelmä

Keksinnön kohteena on vakautusjärjestelmä ajoneuvon ohjaamon sivuttaiskallistelun vakauttamiseksi, erityisesti metsätraktorissa, joka käsittää 5 toisiinsa liitetyn etu- ja takarungon, ja jossa ohjaamo sijaitsee edullisesti etu-rungossa, jolloin eturunko on järjestetty takarunkoon ainakin yhden vapausasteen nivelellä, joka sallii runkojen kiertymän oleellisesti ajoneuvon pitkit-täisakselin suhteen, ja että eturungossa samanaikaisesti on vähintään yksi oleellisesti ajoneuvon pitkittäisakselin suhteen keinuvaksi ripustettu akseli.

10 Maaston epätasaisuudesta johtuvan ajoneuvon heilahtelun vuoksi kuljettajaan kohdistuu terveydelle haitalliseksi todettua matalataajuista (0,5 -10 Hz) tärinää, jonka amplitudi on satunnaisesti vaihtelevaa. Tämän tärinän haittavaikutuksina on todettu kuljettajan väsyminen, alentunut työteho sekä hänen niveliin ja selkärankaan kohdistuvat rasitukset, jotka pitkän ajan kulues-15 sa aiheuttavat mm. selkäsairauksia. Tärinän vaikutusta ihmisen terveyteen ovat laajasti käsitelleet Griffin (1990) sekä Dupruis & Zerlett (1986).

Ajoneuvon heilahtelut vaikuttavat myös kuljettajan mukavuuteen, sekä varsinkin metsäkoneessa koneen maastoystävällisyyteen ja koneen stabiliteettiin. Mikäli heilahteluja saadaan vaimennetuksi, ajonopeutta voidaan 20 vastaavasti kasvattaa, millä taas on suora vaikutus koneen tuotokseen.

Edellä mainittuja epäkohtia on nykyisissä metsäkoneissa ratkaistu eri tavoin. Yksinkertainen tapa on korvata kaksipyöräinen akseli teliakselilla, joka vipuvaikutuksen ansiosta tasaa heilahteluja jonkin verran. Kuljettajaan kohdistuvia kiihtyvyyksiä voidaan pienentää myös autoteollisuuden kehittä-25 mällä aktiivijousituksella, nämä ei kuitenkaan poista ohjaamon matalataajuisia sivuttaisheilahteluja, jotka ovat tutkimuksien mukaan ihmisen terveyden kannalta haitallisimpia.

Useimmiten metsäkoneet ovat rakenteeltaan kaksirunkoisia, jolloin etu- ja takaosa on yhdistetty toisiinsa nivelellä, joka mahdollistaa koneen ohja-30 uksen sekä sallii ko. osien kiertymän toistensa suhteen, mikäli molempien osien akselit on kiinnitetty liikkumattomasti runko-osiin.

Mekaanisessa voimansiirrossa käytetään yleisesti sekä tavallisia että teliakseleita. Teliakselit ovat yleensä kiinteästi runkoon kiinnitetyt. Teliak-seli jakaa vetovoiman ja pintapaineen tasaisemmin maastoon sekä tasaa jon-35 kin verran heilahteluja. Tavalliset kaksipyöräiset akselit voidaan kiinnittää sekä 105329 2 kiinteästi että nivelöitynä runkoon, ns. heiluriakseli. Tavallisesti toinen akseli on kiinteä toisen päästessä keinumaan.

On myöskin tunnettua sijoittaa pyörät erillisiin varsiin, joita voidaan toimilaitteilla liikuttaa toistensa ja ajoneuvon rungon suhteen ja siten tasata 5 maaston epätasaisuuksia.

Aikaisempia ratkaisuja käyttäen on ongelmallista poistaa ajoneuvojen heilahtelut aktiivisesti, koska tällöin on valitulla heilahtelujen poistojärjestelyllä hallittava koko ajoneuvon massa. Tämä aiheuttaa puolestaan heilahtelujen taajuudesta riippuen suuren vaimennustehon tarpeen, joka johtaa 10 suuriin ja kalliisiin rakenneratkaisuihin.

Ohjaamon sivuttaisheilahteluja on vähennetty myös ripustamalla ohjaamo vipuvarsille, joita ohjataan aktiivisesti toimilaitteella. Vaimennettava massa tässä tapauksessa on suhteellisen pieni. Ongelmana on kuitenkin mekanismin monimutkaisuus ja vipurakennelman suuri tilan tarve.

15 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnetun tekniikan epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu, jolla voidaan poistaa ajoneuvon kuljettajaan kohdistuva haitallinen sivuttaisheilahtelu yksinkertaisella ja edullisella tavalla.

Keksintö perustuu oivallukseen, että jotta hydraulitehon tarve ei olisi 20 kohtuuttoman suuri, on liikuteltavan massan tai nopeuden oltava suhteellisen pieniä.

Keksinnön tarkoitus saavutetaan siten, että vakautusjärjestelmällä on tämän keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksissa määritellyt tunnusmerkit. Täsmällisemmin sanottuna on tälle keksinnön mukaiselle laitteelle pääasi-25 allisesti tunnusomaista, että eturunkoon on järjestetty ainakin yksi toimilaite akselin ohjaamiseksi siten, että eturungon painopisteen siirtyminen eturungon pituusakseliin nähden poikittaisessa suunnassa on järjestetty aiheuttamaan toimilaitteessa painopisteen siirtymän tasaavan työntö- tai vetoliikkeen, kunnes toimilaitteessa on tasapainotila saavutettu ja eturunko on järjestynyt oleel-30 lisesti horisontaaliasentoon, jolloin maaston epätasaisuudesta johtuvat eturungon sivuttaiskallistelut vähenevät tai poistuvat.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa on kyseessä ajoneuvon, erityisesti metsätraktorin, etu- ja takarungon keskinäisen kiertymän sallivan runko-nivelen sekä keinuvan akselin yhdistäminen siten, että epätasaisessa maas-35 tossa ajettaessa tämä ripustus yhdessä sitä käyttävien toimilaitteiden ja niitä 3 105329 ohjaavan järjestelmän kanssa aktiivisesti poistavat maaston epätasaisuudesta johtuvia ohjaamon sivuttaisheilahteluja.

Aiemmin ei ole tunnettua esillä olevan keksinnön mukaisella tavalla yhdistää ajoneuvon heiluriakselia ja samansuuntaisen liikkeen sallivaa runko-5 niveltä, sekä ohjata mainittuihin niveliin kiinnitettyä ajoneuvon rungon puoliskoa aktiivisesti.

Ajoneuvon sivuttaisheilahtelun eliminoimisesta on huomattavia etuja. Kuljettajan työmukavuus paranee ja ajoneuvolla voidaan ajaa nopeammin, jolloin sen tuottavuus paranee. Renkaiden pintapaineet jakaantuvat tasai-10 sesti, jolloin maasto- ja juuristovauriot vähenevät ja pehmeällä alustalla liikkuminen helpottuu. Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa kapeammat ajourat ja vähentää pystyyn jäävän puuston runkovaurioita. Lisäksi ajoneuvon rungon ja akselien rasitukset pienenevät vähentäen huolto- ja korjaustarvetta.

Seuraavassa selityksessä keksintöä havainnollistetaan viittaamalla 15 kuvioon 1, joka esittää periaatteellista metsäkoneen runkorakennetta ja akselien ripustusta.

Ajoneuvo käsittää kaksi runko-osaa, eturungon 1 ja takarungon 2, jotka on nivelöity toisiinsa vähintäänkin yhden vapausasteen nivelellä 3 mahdollistaen ajoneuvon runko-osien kiertymisen toisiinsa nähden pituusakselin 20 suhteen tapahtuvan liikkeen mukaisesti. Edelleen ajoneuvo käsittää ohjaamon 4, joka on liitetty eturunkoon 1 passiivisilla värinänvaimentimilla. Ajoneuvo käsittää myös telin tai akselin 5, joka on kiinnitetty takarunkoon 2 kiinteästi, sekä akselin 6, joka on järjestetty nivelöidysti eturunkoon 1 nivelellä 7. Eturunkoon 1 nivelöity akseli 6 on tarvittaessa jäykistettävissä liikkumattomaksi esimerkiksi 25 sylinterillä 8 ja 9. Akseliin 6 nivelöityä eturunkoa 1 voidaan liikuttaa sylintereillä 8 ja 9, kuten hydraulisylintereillä, akselin suhteen.

Ajoneuvon liikkuessa sylinterit 8 ja 9 ovat aktiivisia ja lähes pai-neettomia, jolloin eturunkoon 1 nivelellä 7 kiinnitetty akseli 6 ei siirrä ajoneuvon pituusakselin ympäri tapahtuvaa liikettä eturunkoon. Takarungosta 2 ei 30 välity ajoneuvon pituusakselin ympäri tapahtuvaa liikettä eturunkoon 1, koska välissä on nivel 3.

Ajoneuvossa on toimilaitteiden ohjaamiseksi edullisesti hydraulijär-jestelmä, joka voi olla esimerkiksi toteutettu venttiileillä 10 ja 11. Tämä ohjaa sylintereitä 8 ja 9 siten, että sylintereissä on mahdollisimman pieni paine ja 35 paine-ero. Tällöin ajettaessa eturunko 1 pyrkii säilyttämään sellaisen asennon, jossa sylinterivoimat ovat mahdollisimman vähäiset, eli tasapainoasennon.

4 105329

Ajoneuvon sivuttaisheilahtelut eliminoituvat, mikäli epätasaisuudet pysyvät lii-kerajojen sisällä. Ohjaamon 4 painopiste pysyy oleellisesti ajoneuvon keskilinjalla.

Sylintereitä 8 ja 9 ohjaava hydraulijärjestelmä voi olla kuvion mukai-5 nen, käsittäen venttiilit 10 ja 11, tai jokin muu sinänsä tunnettu tasapainon aistiva systeemi, esimerkiksi antureilla ja tietokoneella ohjattu proportionaalivent-tiilijärjestelmä. Kuvion mukainen järjestelmä toimii siten, että maaston laskiessa sylinterin 8 puolella seuraa ajoneuvon painopisteen siirtyminen samalle puolelle, mikä vuorostaan aiheuttaa paineen kasvamisen toimilaitteen hydrau-10 lijärjestelmään liittävässä linjassa 12, joka kytkee venttiilin 11 vasemman lohkon toimintaan järjestelmässä olevan esiohjauslinjan 13 välityksellä. Tällöin ajoneuvon hydraulijärjestelmän paine ohjautuu sylinterille 8, joka saa aikaan työntöliikkeen alkamisen. Samaan aikaan sylinteristä 9 öljy pääsee järjestelmässä olevaan tankkiin linjoja 14 ja 15 pitkin sekä venttiilin 11 vasemman loh-15 kon kautta. Kun painopiste ylittää ajoneuvon keskilinjan, paine sylinterissä 8 ja linjassa 12 häviää, jolloin venttiili 11 sulkeutuu ja työntöliike loppuu. Toiminnan kannalta on tärkeää systeemin komponenttien mitoittaminen siten, että ohjausjärjestelmän vasteaika on riittävän lyhyt ja säätö stabiili. Hydraulijärjestel-mässä on lisäksi venttiilit 16 ja 17, joiden tarkoituksena on tarvittaessa jäykis-20 tää systeemi saattamalla akseli 6 liikkumattomaksi rungon 1 suhteen.

Keksintöä ei ole rajoitettu oheiseen suoritusmuotoon, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Λ

Claims (3)

5 105329

1. Vakautusjärjestelmä ajoneuvon ohjaamon (4) sivuttaiskallistelun vakauttamiseksi, erityisesti metsätraktorissa, joka käsittää toisiinsa liitetyn etu- 5 (1) ja takarungon (2), ja jossa ohjaamo (4) sijaitsee edullisesti eturungossa (1), jolloin eturunko (1) on järjestetty takarunkoon (2) ainakin yhden vapausasteen nivelellä (3), joka sallii runkojen kiertymän oleellisesti ajoneuvon pitkittäisakse-lin suhteen, ja että eturungossa samanaikaisesti on vähintään yksi oleellisesti ajoneuvon pitkittäisakselin suhteen keinuvaksi ripustettu akseli (6), t u n -10 n e 11 u siitä, että eturunkoon (1) on järjestetty ainakin yksi toimilaite (8, 9) akselin (6) ohjaamiseksi siten, että eturungon (1) painopisteen siirtyminen etu-rungon pituusakseliin nähden poikittaisessa suunnassa on järjestetty aiheuttamaan toimilaitteessa (8, 9) painopisteen siirtymän tasaavan työntö- tai veto-liikkeen, kunnes toimilaitteessa on tasapainotila saavutettu ja eturunko on jär-15 jestynyt oleellisesti horisontaaliasentoon, jolloin maaston epätasaisuudesta johtuvat eturungon sivuttaiskallistelut vähenevät tai poistuvat.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että toimilaitteita on kaksi, jolloin eturungon (1) painopisteen siirtyminen etu-rungon pituusakseliin nähden poikittaisessa suunnassa on järjestetty aiheut- 20 tamaan painopistettä lähempänä olevassa toimilaitteessa (8, 9) kuormituksen tasaavan työntöliikkeen sekä oleellisesti akselin (6) painopisteeseen nähden vastapäisessä päässä olevassa toimilaitteessa (8, 9) sen pituutta supistavan liikkeen, joka on verrannollinen painopistettä lähempänä olevan toimilaitteen työntöliikkeen pituuteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että toimilaitteet (8, 9) ovat hydraulisylintereitä. e 105329