RU2661268C1

RU2661268C1 - Mobile power unit

Info

Publication number: RU2661268C1
Application number: RU2017122895A
Authority: RU
Inventors: Эдуард Иосифович Липкович; Владимир Владимирович Щиров; Юрий Геннадиевич Кормильцев; Андрей Юрьевич Несмиян
Priority date: 2017-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2018-07-13

Abstract

FIELD: power engineering; transportation.

SUBSTANCE: invention relates to transmission of a mobile power unit (MPU). MPU contains an articulated support frame, motor unit, chassis comprising three bridges with a stepless hydraulic drive and wheeled or tracked running gear, two unified independent hinged systems, two unified independent PTO and ergonomic operator's cab. In this case, all three bridges are leading, each of them is connected to the supporting frame by means of independent flexible spring suspension systems. Same rotation frequency of the traction elements of the running gear in all operating conditions of MPU is provided by a special control system with a common regulator. When using tracked running gears that can be installed on both the front and rear sections of the frame, each contains one or two identical sprockets connected through the semi-axles with the corresponding differentials, support rollers and two or one tensioning roller. Support rollers are fixed in pairs on the walking beam suspensions and mounted on a tracked running gear in one row with a constant pitch of 0.5a (where a is the distance between the axes of the support rollers of one walking beam suspension, m), and adjacent walking beam suspensions are located on different sides of the support rollers row.

EFFECT: simpler layout and design of MPU, reduced compaction effect on the soil, higher adhesion are achieved.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно тракторостроения.The invention relates to the field of mechanical engineering, mainly tractor engineering.

Известна конструкция трактора с колесами одинакового типоразмера, например, трактор Т-150К, который имеет раму, состоящую из двух секций - передней и задней. На передней секции установлены силовая установка, коробка передач с раздаточным устройством (коробкой) на передний и задний мосты, передний ведущий мост, кабина и другие узлы и агрегаты. На задней секции имеется ведущий мост и установлено технологическое оборудование: заднее навесное устройство, прицепное устройство, редуктор вала отбора мощности (ВОМ). Все колеса трактора неповоротные, а секции рамы соединены между собой двойным шарниром. [Аналог - «Трактор Т-150К. Устройство и эксплуатация», Москва: Колос, 1976 г.].A known design of a tractor with wheels of the same size, for example, the T-150K tractor, which has a frame consisting of two sections - front and rear. A power unit, a gearbox with a transfer device (box) on the front and rear axles, the front drive axle, the cab and other components and assemblies are installed on the front section. On the rear section there is a drive axle and technological equipment is installed: a rear attachment, a tow hitch, a power take-off shaft (PTO) gearbox. All tractor wheels are non-rotating, and the frame sections are interconnected by a double hinge. [Analog - “T-150K Tractor. Device and operation ”, Moscow: Kolos, 1976].

К недостаткам данных тракторов можно отнести высокое уплотняющее воздействие на почву, относительно низкий коэффициент сцепления с почвой, ограниченные функциональные возможности при совмещении операций, так как в них не предусмотрена установка переднего навесного устройства и переднего ВОМ, плохой обзор пространства непосредственно перед трактором.The disadvantages of these tractors include a high compaction effect on the soil, a relatively low coefficient of adhesion to the soil, limited functionality when combining operations, since they do not provide for the installation of a front attachment and a front PTO, poor visibility of the space directly in front of the tractor.

Одним из наиболее близких к предложенному техническому решению является трактор, содержащий шарнирно сочлененную несущую раму, с размещенными на ней кабиной оператора, приводным узлом (моторной установкой) и ходовую часть с бесступенчатым гидрофицированным приводом, причем ходовая часть содержит как минимум три размещенных на шарнирно закрепленных тележках моста, два из которых, расположены на передней секции рамы и являются ведущими, при этом в качестве движителей могут использоваться как колеса, так и гусеницы [Прототип 1 - SU 1501917 A3 В62D 11/00, В62D 49/00].One of the closest to the proposed technical solution is a tractor containing an articulated bearing frame with an operator’s cab, a drive unit (motor unit) and a running gear with a continuously variable hydraulic drive, the chassis containing at least three articulated trolleys of the bridge, two of which are located on the front section of the frame and are leading, while both the wheels and the tracks can be used as propellers [Prototype 1 - SU 1501917 A3 B62D 11/00, B62D 49/00].

Недостатками данного трактора являются сложность устройства, ограниченные функциональные возможности при совмещении операций, так как в нем не предусмотрена установка переднего навесного устройства и переднего ВОМ, а также плохой обзор пространства непосредственно перед трактором.The disadvantages of this tractor are the complexity of the device, limited functionality when combining operations, since it does not provide for the installation of a front mounted device and a front PTO, as well as a poor view of the space immediately in front of the tractor.

Помимо описанного трактора одним из наиболее близких к предложенному техническому решению является универсальное энергетическое средство (УЭС), например, УЭС-2-280/250 «Полесье», содержащее несущую раму, с размещенными на ней кабиной оператора, расположенной фронтально, моторной установкой и ходовой частью с бесступенчатым гидрофицированным приводом и двумя ведущими мостами. При этом УЭС снабжено передним и задним универсальными навесными устройствами и валами отбора мощности [Прототип 2 - Кормоуборочный комплекс К-Г-6 "Полесье" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://uptkmetrostroy.narod.ru. - Дата обращения: 18.03.17 г.].In addition to the described tractor, one of the closest to the proposed technical solution is a universal energy tool (UES), for example, UES-2-280 / 250 Polesia, containing a supporting frame, with an operator’s cab located on it frontally, a motor unit and a chassis part with continuously variable hydraulic drive and two drive axles. In this case, the electric power station is equipped with front and rear universal mounted devices and power take-off shafts [Prototype 2 - K-G-6 Polesye forage harvesting complex [Electronic resource]. - Access mode: http://uptkmetrostroy.narod.ru. - Date of appeal: 03/18/17].

Недостатками данного универсального энергетического средства являются высокое уплотняющее воздействие на почву, относительно низкий коэффициент сцепления с почвой, неунифицированность навесных систем и высокий уровень вибраций, обусловленный жестким соединением рамы УЭС с ходовой частью.The disadvantages of this universal energy tool are the high compaction effect on the soil, the relatively low coefficient of adhesion to the soil, the lack of uniformity of the mounted systems and the high level of vibration due to the rigid connection of the UES frame with the chassis.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей мобильного энергетического средства (МЭС) по совмещению и экологической сбалансированности сельскохозяйственных операций, упрощение компоновки и конструкции МЭС в сочетании со снижением уплотняющего воздействия на почву, повышением сцепления с почвой и адаптацией к параметрам нано- и мезорельефа поверхности полей.The aim of the invention is to expand the functionality of a mobile energy tool (MES) for combining and ecological balance of agricultural operations, simplifying the layout and design of MES in combination with a decrease in the compaction effect on the soil, increased adhesion to the soil and adaptation to the parameters of nano- and mesorelief of the surface of the fields.

Поставленная цель достигается за счет того, что в мобильном энергетическом средстве, содержащем шарнирно сочлененную несущую раму, моторную установку, ходовую часть, включающую три моста с бесступенчатым гидрофицированным приводом и колесными или гусеничными движителями, две унифицированные независимые навесные системы (переднюю и заднюю), два унифицированных независимых ВОМ (передний и задний) и эргономичную кабину оператора, расположенную в фронтальной части рамы, все три моста являются ведущими, при этом каждый из них связан с несущей рамой с помощью независимых гибких рессорных подвесных систем, а одинаковая частота вращения тяговых элементов ходовой части во всех условиях работы МЭС обеспечивается специальной системой управления с общим регулятором, оснащенной бортовым процессором со следящим алгоритмом и обратной связью. При использовании гусеничных движителей, которые могут устанавливаться как на передней, так и на задней секции рамы, каждый из них помимо гусеницы содержит одну или две одинаковые звездочки, связанные через полуоси с соответствующими дифференциалами, опорные катки и два или один натяжной ролик. Кроме того, опорные катки закреплены парами на балансирных подвесках и установлены на гусеничном движителе в один ряд с постоянным шагом 0,5a (где a - расстояние между осями опорных катков одной балансирной подвески, м), а соседние балансирные подвески расположены с разных боковых сторон ряда опорных катков.This goal is achieved due to the fact that in a mobile power tool containing an articulated bearing frame, motor unit, chassis, including three axles with continuously variable hydraulic drive and wheel or caterpillar engines, two unified independent hinged systems (front and rear), two unified independent PTO (front and rear) and an ergonomic operator’s cabin located in the front of the frame, all three axles are drive axles, each of which is connected to the carrier frame with independent flexible spring suspension systems, and the same speed of the traction elements of the chassis under all MES operating conditions is provided by a special control system with a common controller equipped with an on-board processor with a tracking algorithm and feedback. When using caterpillar movers, which can be installed on both the front and rear sections of the frame, each of them, in addition to the caterpillar, contains one or two identical sprockets connected through half shafts with the corresponding differentials, track rollers and two or one tension roller. In addition, the track rollers are mounted in pairs on balancer suspensions and mounted on a caterpillar mover in a row with a constant pitch of 0.5 a (where a is the distance between the axes of the track rollers of one balancer suspension, m), and the adjacent balancer suspensions are located on different sides number of road wheels.

Предложенное изобретение поясняется иллюстрациями.The proposed invention is illustrated by illustrations.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого мобильного энергетического средства в колесном исполнении (вид сбоку); на фиг. 2 - схема трансмиссии предложенного мобильного энергетического средства; на фиг. 3 - схема предлагаемого мобильного энергетического средства в полугусеничном исполнении (вид сбоку); на фиг. 4 - схема гусеничного движителя передней секции; на фиг. 5 - схема взаимного расположения опорных катков и балансирных подвесок; на фиг. 6 - схема предлагаемого мобильного энергетического средства с гусеничными движителями (вид сбоку).In FIG. 1 is a diagram of the proposed wheeled mobile power tool (side view); in FIG. 2 is a transmission diagram of a proposed mobile energy facility; in FIG. 3 is a diagram of the proposed mobile power means in half-track design (side view); in FIG. 4 is a diagram of a caterpillar mover of the front section; in FIG. 5 is a diagram of the mutual arrangement of track rollers and balancer suspensions; in FIG. 6 is a diagram of a proposed mobile power tool with caterpillar movers (side view).

Предложенное мобильное энергетическое средство (оно же - трактор сельскохозяйственного назначения пятого поколения) в базовом варианте содержит шарнирно сочлененную раму 1 (фиг. 1), в фронтальной части передней секции которой расположена эргономичная кабина 2 оператора. Также на передней секции рамы 1 установлена моторная установка 3 с регулируемыми гидронасосами 4 и два ведущих моста 5 с колесами 6 равного диаметра. На задней секции рамы 1 также расположен ведущий мост 5 колес 6, диаметр которых равен диаметру колес на передней секции рамы 1. При этом все три ведущих моста 5 соединяются с рамой 1 при помощи парных независимых гибких рессорных подвесных систем 7. Кроме того, как в задней, так и в передней части МЭС размещены унифицированные независимые навесные системы 8 и унифицированные независимые ВОМ 9 (фиг. 2). Колеса 6 ведущих мостов 5 через дифференциалы 10 связаны с гидромоторами 11, которые в свою очередь посредством гидропроводов и общего регулятора 12 сопряжены с одним из регулируемых гидронасосов 4. ВОМы 9 связаны с гидромоторами 13, которые посредством гидропроводов сопряжены с гидронасосами 4. Причем у колес 6 расположены датчики 14, интегрированные с бортовым процессором 15 со следящим алгоритмом и обратной связью, расположенным в кабине 2 оператора.The proposed mobile energy tool (it is also a fifth-generation agricultural tractor) in the basic version contains an articulated frame 1 (Fig. 1), in the front part of the front section of which there is an ergonomic operator’s cabin 2. Also on the front section of the frame 1 is installed a motor unit 3 with adjustable hydraulic pumps 4 and two drive axles 5 with wheels 6 of equal diameter. On the rear section of the frame 1 there is also a drive axle 5 of wheels 6, the diameter of which is equal to the diameter of the wheels on the front section of the frame 1. At the same time, all three drive axles 5 are connected to the frame 1 using paired independent flexible spring suspension systems 7. In addition, as in the back and front of the MES housed a unified independent hinged system 8 and a unified independent PTO 9 (Fig. 2). The wheels 6 of the driving axles 5 through the differentials 10 are connected to the hydraulic motors 11, which, in turn, are connected to one of the adjustable hydraulic pumps 4 by hydraulic lines and a common controller 12. The PTOs 9 are connected to the hydraulic motors 13, which are connected by hydraulic pumps to the hydraulic pumps 4. Moreover, the wheels 6 sensors 14 are located integrated with the on-board processor 15 with a tracking algorithm and feedback located in the operator’s cabin 2.

В конструкции передней секции рамы 1 вместо колес 6 могут использоваться гусеничные движители 16 (фиг. 3), каждый из которых содержит две одинаковые звездочки 17 (фиг. 4), связанные через полуоси с соответствующими дифференциалами 10, гусеницу 18, опорные катки 19 и натяжной ролик 20. Причем опорные катки 19 закреплены парами на балансирных подвесках 21 и установлены на гусеничном движителе 16 в один ряд с постоянным шагом, равным 0,5а (где а - расстояние между осями опорных катков 19 одной балансирной подвески 21, м). При этом соседние балансирные подвески 21 расположены с различных боковых сторон ряда опорных катков 16 (фиг. 5).In the design of the front section of the frame 1, instead of wheels 6, caterpillar movers 16 (Fig. 3) can be used, each of which contains two identical sprockets 17 (Fig. 4), connected through half shafts with the corresponding differentials 10, track 18, track rollers 19 and idler roller 20. Moreover, the track rollers 19 are fixed in pairs on the balancing suspensions 21 and are mounted on the caterpillar mover 16 in a row with a constant pitch equal to 0.5a (where a is the distance between the axes of the track rollers 19 of one balancing suspension 21, m). In this case, the adjacent balancing suspension 21 are located on the different sides of the row of track rollers 16 (Fig. 5).

В конструкции задней секции рамы 1 вместо колес 6 также могут использоваться гусеничные движители 16, каждый из которых содержит одну звездочку, связанную с дифференциалом, гусеницу, натяжные ролики (упорный и подвижный) и опорные катки, установленные аналогично опорным каткам 19 гусеничных движителей 16 передней секции рамы.Instead of wheels 6, caterpillar trackers 16 can also be used in the design of the rear section of frame 1, each of which contains one sprocket associated with a differential, a caterpillar, tensioning rollers (stop and movable) and track rollers, which are installed similarly to the track rollers 19 of caterpillar tracks 16 of the front section frames.

Предложенное мобильное энергетическое средство (трактор сельскохозяйственного назначения пятого поколения) работает следующим образом.The proposed mobile energy tool (fifth-generation agricultural tractor) works as follows.

При работающем двигателе моторной установки 3 (фиг. 2) масло под давлением от регулируемого гидронасоса 4 через гидропроводы и общий регулятор 12 передается на гидромоторы 11 ведущих мостов 5, которые через дифференциалы 10 обеспечивают привод колес 6. При этом равный диаметр всех колес 6 упрощает конструкцию мобильного энергосредства, позволяет использовать группы однотипных узлов. Соединение ведущих мостов 5 с рамой 1 МЭС при помощи парных независимых гибких рессорных подвесных систем 7 (фиг. 1) обеспечивает его адаптацию к параметрам нано- и мезорельефа поверхности полей, более комфортные условия работы оператора и выровненный ход сельскохозяйственных машин и орудий. При этом одинаковая частота вращения ведущих колес 6 во всех условиях работы МЭС (при прямолинейном движении) обеспечивается общим регулятором 12 (фиг. 2) специальной системы управления, интегрированной в гидроприводы ходовой части МЭС и управляемой от бортового процессора 15, в соответствии с контрольной информацией от датчиков 14. В то же время наличие шести колес 6 (фиг. 1, 2) позволяет существенно снизить уплотняющее воздействие на почву, а полный привод - обеспечить повышение тягового КПД МЭС. Кроме того, наличие унифицированных независимых навесных систем 8 и унифицированных независимых ВОМ 9, как в задней, так и в передней части МЭС позволяет комплектовать многофункциональные агрегаты, включающие и передние, и задние сельскохозяйственные машины и орудия, в том числе приводные, например, уборочный адаптер и почвообрабатывающее фрезерное орудие. Причем фронтальное расположение кабины позволяет обеспечить качество контроля за работой, в том числе передненавесных машин. Расширение функциональных возможностей МЭС по совмещению операций будет способствовать экологической сбалансированности (за счет снижения уплотняющего воздействия на почву) и сокращению трудоемкости технологий. Гидропривод колес 6 и унифицированных независимых ВОМ 9 при высокой надежности и удобстве эксплуатации позволяет существенно упростить конструкцию МЭС.When the engine of the engine installation 3 (Fig. 2) is running, oil under pressure from the adjustable hydraulic pump 4 is transmitted through hydraulic lines and a common regulator 12 to the hydraulic motors 11 of the drive axles 5, which through the differentials 10 provide the drive of the wheels 6. Moreover, the equal diameter of all the wheels 6 simplifies the design mobile energy, allows the use of groups of the same type of nodes. The connection of the leading bridges 5 with the frame 1 of the MES with the help of paired independent flexible spring suspension systems 7 (Fig. 1) ensures its adaptation to the parameters of nano- and mesorelief of the surface of the fields, more comfortable working conditions for the operator and the aligned course of agricultural machines and implements. In this case, the same speed of the driving wheels 6 in all conditions of the MES operation (with rectilinear movement) is provided by the general controller 12 (Fig. 2) of a special control system integrated into the hydraulic drives of the MES chassis and controlled from the on-board processor 15, in accordance with the control information from sensors 14. At the same time, the presence of six wheels 6 (Fig. 1, 2) can significantly reduce the compaction effect on the soil, and all-wheel drive - to increase the traction efficiency of the MES. In addition, the presence of unified independent hinged systems 8 and unified independent PTO 9, both in the rear and in the front of the MES, makes it possible to complete multifunctional units, including both front and rear agricultural machines and implements, including drive ones, for example, a harvesting adapter and tillage milling tool. Moreover, the frontal arrangement of the cab allows to ensure the quality of control over work, including front-mounted machines. Expanding the functionality of MES to combine operations will contribute to environmental balance (by reducing the compaction effect on the soil) and reduce the complexity of technology. The hydraulic drive of the wheels 6 and the unified independent VOM 9 with high reliability and ease of use can significantly simplify the design of the MES.

Применение гусеничных движителей 16 (фиг. 3) передней или (и) задней секции рамы 1 позволит дополнительно повысить коэффициент сцепления и снизить удельное давление ходовой части МЭС на почву, что особенно важно при работе на влажных почвах или с массивными навесными машинами (орудиями). При этом оговоренное взаимное расположение опорных катков 19 и балансирных подвесок 21 (фиг. 3-5) позволит даже при значительной длине стоек балансирных подвесок 21 обеспечить компактное расположение опорных катков 19 в ряду так, чтобы при этом угол наклона стоек балансирных подвесок 21 к вертикали был не менее 45°. В свою очередь компактное расположение опорных катков 19 в ряду будет способствовать увеличению их числа в конструкции гусеничного движителя 16, равномерному распределению массы МЭС по опорам, отсутствию «провисания» гусеницы 18, снижению давления на почву в отдельных точках опорной поверхности гусеницы 18.The use of caterpillar movers 16 (Fig. 3) of the front or (and) rear section of the frame 1 will further increase the coefficient of adhesion and reduce the specific pressure of the MES chassis on the soil, which is especially important when working on wet soils or with massive mounted machines (implements). Moreover, the agreed mutual arrangement of the support rollers 19 and the balancing suspensions 21 (Fig. 3-5) will allow even with a significant length of the struts of the balancing suspensions 21 to provide a compact arrangement of the support rollers 19 in a row so that the angle of inclination of the racks of the balancing suspensions 21 to the vertical is not less than 45 °. In turn, the compact arrangement of the track rollers 19 in a row will contribute to an increase in their number in the design of the caterpillar mover 16, a uniform distribution of the MES mass across the supports, the absence of “sagging” of the track 18, and a decrease in pressure on the soil at individual points of the track surface 18.

Наличие двух звездочек 17 привода на передней секции рамы 1 позволит существенно повысить тяговый КПД МЭС, а натяжной ролик 20 обеспечит примерно постоянное натяжение ленты гусеницы 18.The presence of two drive sprockets 17 on the front section of the frame 1 will significantly increase the traction efficiency of the MES, and the tension roller 20 will provide approximately constant tension of the track 18.

Возможны различные варианты работы МЭС:Various options for the operation of MES are possible:

- ведущим является лишь один из мостов 5 передней секции рамы 1, а гидроприводы двух остальных мостов 5 находятся в «плавающем» положении;- leading is only one of the bridges 5 of the front section of the frame 1, and the hydraulic drives of the other two bridges 5 are in the "floating" position;

- ведущим является один из мостов 5 передней секции рамы 1 (гидропривод второго находится в «плавающем» положении) и мост задней секции рамы;- the lead is one of the bridges 5 of the front section of the frame 1 (the hydraulic drive of the second is in the "floating" position) and the bridge of the rear section of the frame;

- ведущими являются оба моста 5 передней секции рамы 1, а гидропривод заднего моста 5 находится в «плавающем» положении;- both axles 5 of the front section of the frame 1 are leading, and the hydraulic drive of the rear axle 5 is in the “floating” position;

- все мосты 5 МЭС являются ведущими.- all bridges of 5 MES are leading.

Это позволит оптимизировать расход топлива в зависимости от вида выполняемой работы путем изменения усилия на крюке МЭС. При этом необходимая заданная частота вращения полуосей каждого ведущего моста будет обеспечиваться общим регулятором 12 (фиг. 2) применяемой системы управления.This will optimize fuel consumption depending on the type of work performed by changing the effort on the hook of the MES. In this case, the required predetermined rotational speed of the semiaxes of each drive axle will be provided by the general controller 12 (Fig. 2) of the applied control system.

Claims

A mobile power tool containing an articulated bearing frame, a motor unit, a chassis, including three axles with a continuously variable hydraulic drive and wheel or caterpillar engines, two unified independent mounted systems: front and rear, two unified independent PTO: front and rear, and an ergonomic operator’s cabin located in the front of the frame, characterized in that all three bridges are leading, while each of them is connected to the supporting frame by means of an independent flexible spring suspension systems, and the same rotational speed of the traction elements of the chassis in all MES operating conditions is provided by a special control system with a common controller, equipped with an on-board processor with a tracking algorithm and feedback, using caterpillar propulsors that can be installed both on the front and and on the rear section of the frame, each of them, in addition to the caterpillar, contains one or two identical sprockets connected through half shafts with the corresponding differentials, track rollers and two a or one tension roller, in addition, the track rollers are mounted in pairs on balancer suspensions and mounted on a caterpillar drive in a row with a constant pitch of 0.5a, where a is the distance between the axes of the track rollers of one balancer suspension, and adjacent balancer suspensions are located from different lateral sides of a number of road wheels.