СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВАЛКОУКЛАДЧИКА

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка связана с заявкой на патент США, озаглавленной «Control Group Mounting Relative to Controlled Hardware», серийный № «xx/xxx,xxx», поданной 30 мая 2013 года; и с заявкой на патент США, озаглавленной «Windrower Autoguidance Hydraulic Steering Interface», серийный № «xx/xxx,xxx», поданной 30 мая 2013 года. Приведенные выше заявки включены сюда путем ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение, в общем, относится к сельскохозяйственным машинам с гидравлическим приводом и раздельным управлением, а, более конкретно, к усовершенствованной системе управления для подобных машин.

[0003] Системы гидрообъемного привода часто выполняют с насосом привода, прикрепленным непосредственно к двигателю без муфты или другого механизма для остановки выходного потока насоса, когда двигатель работает. Рабочим объемом насоса привода (производительностью) и вследствие этого скоростью в машинах с раздельным управлением управляют посредством изменений угла наклонной шайбы, который регулируют посредством перемещения внешних штыревых рычагов, внешних по отношению к насосам. На большинстве насосов, поворот штыревого рычага и соответственно наклонной шайбы от «нейтрали» до «полной скорости» происходит в относительно узком диапазоне порядка 16-18 градусов. При подобном небольшом диапазоне движения важно, чтобы узел, управляющий угловым положением углов штыревых рычагов, имел возможность точного углового регулирования. Точное регулирование угла наклонной шайбы для гидрообъемных насосов ходовых приводов на сельскохозяйственных машинах с раздельным управлением имеет первостепенное значение, особенно при эксплуатации машины с более высокой скоростью движения, например, которая необходима для транспортировки по дорогам между полями.

[0004] Общеизвестные механические механизмы используют резьбовой интерфейс между вращающимся валом, управляемым с помощью рулевого колеса, и штыревыми рычагами на насосах приводов. Угловую скорость поворота рулевого колеса (в общем, число поворотов рулевого колеса от полного поворота вправо до отказа до полного поворота влево до отказа) устанавливают с помощью шага резьбы на данном интерфейсе управления и выбирают, чтобы сбалансировать точность управления с эргономически приемлемой угловой скоростью поворота рулевого колеса. Так как шаг резьбы нелегко регулировать, угловая скорость поворота рулевого колеса представляет собой компромисс между маневренностью с низкой скоростью, например, в процессе уборочных работ, и устойчивостью на высокой скорости, например, в процессе транспортировки по дорогам.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Было бы большим преимуществом создание узла рулевого управления для управления расположением штыревого рычага на сельскохозяйственных машинах с гидрообъемным раздельным управлением, который улучшает чувствительность и точность управления. Дополнительные преимущества будут реализованы с помощью усовершенствованной системы установки, которую легко встроить в существующую конструкцию управления наклонной шайбы, обычно используемую на машинах современных моделей с гидрообъемным раздельным управлением привода.

[0006] В первом варианте осуществления настоящего изобретения имеется машина с гидрообъемным раздельным управлением привода, имеющая лево и правосторонний насосы приводов, установленные парами на двигателе, при этом каждый насос привода имеет регулируемую под углом наклонную шайбу, которая может передвигаться за счет поворота штыревого рычага и рычажного механизма управления для одновременного передвижения штыревых рычагов. Штыревые рычаги могут передвигаться в диапазоне от полной скорости вперед до полной скорости назад с промежуточным нейтральным положением, обеспечивая движение вперед и назад, а также поворот машины. Рычажный механизм управления выполнен с возможностью синхронного передвижения штыревых рычагов за счет прямолинейного передвижения рычажного механизма управления и передвижения штыревых рычагов диаметрально противоположно посредством вращательного передвижения рычажного механизма управления. Первый ввод в рычажный механизм управления происходит посредством гидравлического двигателя рулевого управления, который поворачивает рычажный механизм управления для управления машиной посредством регулирования дифференциальной скорости левого и правого колес. Клапан рулевого управления, соединенный с рулевым колесом, управляет вводом для вращения гидравлического двигателя рулевого управления. Клапан рулевого управления выбирают, чтобы создать усиление управления (например, скорость поворота двигателя рулевого управления больше, чем скорость поворота рулевого колеса), обеспечивая повышенную точность интерфейса между рычажным механизмом управления и штыревыми рычагами. Второй ввод для рычажного механизма управления происходит посредством линейного исполнительного механизма, передвижением которого управляют с помощью рычага вперед-нейтраль-назад (FNR), доступного для оператора машины, для одновременного регулирования скорости колес. Линейный исполнительный механизм соединен на одном конце с рычажным механизмом управления и с кронштейном, соединенным с насосами приводов на противоположном конце, так что линейный исполнительный механизм и насосы имеют общее крепление, а именно упруго установленный двигатель и гидравлические насосы, дополнительно улучшая точность управления и чувствительность.

[0007] Данные и другие задачи изобретения решаются с помощью системы управления для самоходного сельскохозяйственного валкоукладчика с раздельным управлением, при этом скоростью и направлением валкоукладчика управляют посредством регулирования положение поворота поворачивающихся штыревых рычагов для управления производительностью пары установленных последовательно насосов гидравлических приводов и обеспечения движущей силы для валкоукладчика. Входной вал управления, который может как вращаться, так и передвигаться в осевом направлении, управляет относительным расположением штыревых рычагов. Гидравлический двигатель рулевого управления функционально соединен с входным валом. Вращением гидравлического двигателя рулевого управления управляют с помощью клапана рулевого управления, прикрепленного к рулевому колесу, установленному в кабине валкоукладчика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Преимущества данного изобретения будут очевидны при рассмотрении следующего подробного описания изобретения, особенно рассматриваемого в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:

[0009] Фиг.1 представляет собой вертикальный вид сбоку известного сельскохозяйственного валкоукладчика с раздельным управлением, относящегося к типу, для которого находит применение настоящее изобретение;

[0010] Фиг.2 представляет собой частичный вид с левой стороны гидрообъемной системы управления для валкоукладчика по Фиг.1, показывающий механизм управления насосом привода и монтаж;

[0011] Фиг.3 представляет собой схему первого варианта осуществления гидравлического контура рулевого управления для валкоукладчика по Фиг.1; и

[0012] Фиг.4 представляет собой схему первого варианта осуществления гидравлического контура рулевого управления для валкоукладчика по Фиг.1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ) ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Множество крепежных, соединительных, обрабатывающих и других средств и составных элементов, используемых в данном изобретении, широко известны и используются в области техники, к которой относится описанное изобретение, и их конкретная особенность или тип не являются необходимыми для понимания и использования изобретения специалистом в данной области техники, и вследствие этого они не будут описываться значительно подробно. Также, любая ссылка в данном документе на термины «левый» или «правый» используется только с целью удобства и определяется нахождением в задней части машины, обращенной в своем нормальном направлении движения. Кроме того, различные составные элементы, показанные или описанные в данном документе для любого конкретного применения данного изобретения, как предполагается данным изобретением могут варьировать или изменяться, а практика конкретного применения любого элемента может быть уже широко известна или использоваться в данной области специалистами в данной области техники, и вследствие этого каждый также не будет описываться значительно подробно.

[0014] Фиг.1 иллюстрирует сельскохозяйственную машину 5, относящуюся к типу, на котором находит применение предложенное изобретение. Проиллюстрированная машина 5 представляет собой хорошо известный, самоходный сельскохозяйственный валкоукладчик, использующий дифференциальную скорость ведущих колес для направления машины по земле. Машина содержит главную раму 10 с продольной горизонтальной осью спереди назад, поддерживаемую парой ведущих колес 13 на ее передней части и парой рулевых самоустанавливающихся колес 11 недалеко от заднего конца. Главная рама 10 поддерживает кабину 17 оператора, обеспечивая место с регулируемыми характеристиками окружающей среды, из которого можно комфортно управлять машиной, и расположенную впереди жатку 19. Жатка 19 может быть нескольких конструкций, но, как правило, содержит режущий механизм, либо режущий брус, либо ротационную косилку, подающий механизм и, на некоторых моделях, обрабатывающие катки.

[0015] Энергию машине обеспечивает двигатель 12, который упруго соединен с помощью изоляторов 122 с главной рамой 10 для уменьшения вибрации, передающейся на главную раму 10 двигателем 12. Общий способ работы современной сельскохозяйственной машины с раздельным управлением состоит в наличии сдвоенных гидростатических насосов 14, 16, по одному для каждого из двух ведущих колес 13, при этом каждый насос имеет зависимый штыревой рычаг, так что передвижение штыревого рычага вперед и назад относительно нейтрального положения поворачивает наклонную шайбу во взаимодействующем гидростатическом насосе, обеспечивая возможность регулирования скорости потока и направления потока, соответственно заставляя вращаться взаимодействующий приводной двигатель 23 и колесо. Гидростатические насосы 14, 16 приводов установлены последовательно непосредственно на двигатель 12. Управление насосами приводов из кабины 17 оператора осуществляется посредством вводимых оператором команд с помощью рулевого колеса 18 (управление поворотами) и переключателя 22 скоростей вперед-нейтраль-назад (FNR), функционально соединенного с механизмом 30 управления привода рядом с насосами 14, 16 приводов. Подробное описание сельскохозяйственной машины с раздельным управлением предоставлено в патенте США № 7207581, выданном Osborne и др., полное содержание которого включено сюда путем ссылки.

[0016] Далее со ссылкой на Фиг.2, показано, что иллюстративная гидрообъемная система управления содержит общеизвестное рулевое колесо 18 внутри кабины 17 оператора. Кабина, конечно, должна содержать дополнительные составные элементы (не показаны), например, сиденье, электрические и механические средства управления для работы машины, установку кондиционирования воздуха и тому подобное. Рулевое колесо 18 прикреплено к вращающемуся валу 182 рулевого управления, который соединен с клапаном 185 рулевого управления, который направляет поток находящейся под давлением гидравлической жидкости в приводной двигатель 187 поворота. Выходной вал 189 от приводного двигателя поворота, в свою очередь, соединен с механизмом 30 управления привода универсальным шарниром 188 и скользящей муфтой 184. Универсальный соединительный элемент хорошо известен в данной области в качестве механизма для передачи вращательного движения между двумя валами, которые необязательно имеют осевое совмещение. Небольшое осевое несовпадение может возникать, когда приводной двигатель 187 поворота соединен с главной рамой 10 в то время, как механизм 30 управления привода соединен с упруго установленным двигателем 12.

[0017] Механизм 30 управления привода содержит входной вал 311 управления, который зацепляет штыревые рычаги 142, 162 посредством блоков 144, 164 с внутренней резьбой для функционального соединения входного вала управления с соответствующими левым и правым гидростатическими насосами 14, 16 приводов. Блоки 144, 164 штыревых рычагов зацепляют приводную резьбу 314, 316 на входном валу управления. Витки приводной резьбы 314, 316 перевернуты друг относительно друга (одна имеет правостороннюю резьбу, а другая имеет левостороннюю резьбу), так что вращение входного вала 311 заставляет блоки 144, 164 двигаться в противоположных направлениях, либо друг к другу, либо друг от друга в зависимости от направления вращения входного вала 311. Данное противоположное движение, в свою очередь, заставляет штыревые рычаги 142, 162 поворачиваться в противоположных направлениях, причем один штыревой рычаг поворачивается в направлении по часовой стрелке, а другой поворачивается в направлении против часовой стрелки, если смотреть сбоку, и изменяет производительность насосов приводов противоположным образом (например, увеличивая выходной поток у одного, уменьшая в то же время выходной поток у другого), обеспечивая возможность управления машиной посредством передвижения рулевого колеса 18. Если машина находится в движении, это заставляет один насос привода увеличивать поток, а другой уменьшать поток, поворачивая машину; однако, если система уже находится в механической нейтрали, поворот рулевого колеса 18 увеличивает поток в обоих насосах, но в противоположных направлениях - машина поворачивается вокруг себя, причем одно ведущее колесо 13 движется вперед, а другое движется назад.

[0018] Входной вал 311 управления также является подвижным в осевом направлении для управления насосами 14, 16 приводов. Выходной вал 189 приводного двигателя поворота содержит скользящую муфту, содержащую патрубок 184 и шлицевой конец 312 для соединения с входным валом 311 управления. Шлицевой интерфейс допускает продольное перемещение входного вала 311 управления относительно выходного вала 189. По мере того, как входной вал управления передвигается в осевом направлении, блоки 144, 164 штыревых рычагов передвигаются вперед или назад, заставляя штыревые рычаги 142, 162 поворачиваться в одном и том же направлении (либо по часовой стрелке или против часовой стрелки). Внутри кабины 17 находится рычаг 22 FNR, который можно постоянно и выборочно передвигать, обеспечивая изменение скорости машины либо в направлениях вперед, либо назад. Отдача 221 рычага 22 FNR управляет гидравлическим клапаном 24, который заставляет выдвигаться или втягиваться исполнительный механизм 330 FNR.

[0019] Исполнительный механизм 330 соединен на первом конце 332 со стержнем 319 на поворотном кулаке 318, который установлен на входном валу 311 управления. Поворотный кулак 318 обеспечивает вращение входного вала 311, сохраняя, в то же время, фиксированное осевое положение на валу. Противоположный второй конец 331 исполнительного механизма 330 является неподвижным относительно насосов 14, 16 приводов за счет соединения с кронштейном 320. По мере того, как исполнительный механизм 330 выдвигается или втягивается за счет выбираемого пользователем перемещения рычага 22 FNR, входной вал 311 управления передвигается вперед или назад. Предусмотрен стабилизирующий рычажный механизм для направления передвижения поворотного кулака 318, чтобы избежать отклонения входного вала 311 от своей продольной оси и дополнительно улучшить передвижение входного вала 311 управления. Нейтральный смещающий элемент 350 подсоединен между входным валом 311 управления и кронштейном 320 для смещения входного вала 311 управления в нейтральное положение, то есть положение, в котором выходящие потоки насосов приводов составляют по существу ноль, когда механизм рулевого управления выровнен для движения прямо вперед.

[0020] Далее со ссылкой на Фиг.3 и 4 в сочетании с Фиг.2, вращение входного вала 30 рулевого управления осуществляется посредством приводного двигателя 189 поворота. Приводной двигатель 187 поворота соединен с главной рамой 10 и расположен вблизи с входным валом 30 рулевого управления. Выходной вал 189 от приводного двигателя поворота соединен с механизмом 30 управления привода универсальным шарниром 188 и скользящей муфтой 184. Соединение допускает небольшое осевое несовпадение между приводным двигателем 187 поворота и механизмом 30 управления привода, не приводящее к заеданию или излишнему износу двигателя или механизма. Подача находящейся под давлением жидкости, дозируемой клапаном 185 рулевого управления, заставляет приводной двигатель 187 поворота вращаться, при этом направление вращения зависит от поворота рулевого колеса 18. Подобные клапаны управления жидкостью хорошо известны в данной области. В иллюстративном варианте осуществления, описанном в данном документе, клапан рулевого управления представляет собой блок системы рулевого управления с двумя рабочими объемами, модель Series 10 Dual Displacement от Eaton Corporation. Находящаяся под давлением гидравлическая жидкость предоставляется в клапан 185 рулевого управления насосом 15 посредством вытеснительной подачи 152. Как используется здесь, насос 15 описывает комбинацию гидравлического насоса, предохранительных клапанов, соединительных трубопроводов, отверстий и резервуара (бака 151), необходимую для обеспечения строго определенного потока находящейся под давлением жидкости для устройства управления, такого как, настоящий клапан рулевого управления, и обеспечения возможности функционирования устройства.

[0021] Клапан 185 рулевого управления направляет находящуюся под давлением жидкость в приводной двигатель 187 поворота по гидравлическим трубопроводам 186 на основании поворотного входного сигнала рулевого колеса 18. Например, поворот рулевого колеса вправо направляет находящуюся под давлением жидкость, необходимую для вращения приводного двигателя поворота в направлении, необходимом, чтобы вызвать правый поворот машины. Устойчивое расположение колеса 18 (например, нет необходимости изменения направления) приводит к отсутствию потока жидкости, направляемого в приводной двигатель поворота и соответственно к отсутствию передвижения входного вала управления; машина будет продолжать с одними и теми же относительными рабочими объемами насосов приводов по той же самой траектории. Предохранительный поток из клапана 185 рулевого управления возвращается в резервуар (бак) 151 для жидкости по обратному трубопроводу 154. Выходной вал 189 от приводного двигателя поворота соединен с механизмом 30 управления привода универсальным шарниром 188 и скользящей муфтой 184.

[0022] Выбор скорости доставки жидкости из клапана 185 рулевого управления за единицу поворота рулевого колеса допускает изменение отношения поворотов рулевого колеса к оборотам входного вала управления для достижения необходимых характеристик управляемости для машины. Опыт показывает, что более большая точность управления достигается посредством использования относительно небольшого шага резьбы для приводной резьбы 314, 316 и блоков 144, 164 штыревых рычагов. Однако, по мере уменьшения шага резьбы число поворотов рулевого колеса, необходимых для осуществления поворота, увеличивается. Система управления, требующая несколько полных оборотов рулевого колеса для изменения на обратный курса машины (например, U-образный поворот в конце ряда), является утомительной для оператора. Настоящее изобретение допускает увеличение отношения между поворотом рулевого колеса и приводным двигателем поворота, обеспечивая за счет этого возможность использования более мелкого шага резьбы, чем подходил бы в нормальных условиях при прямолинейном механическом интерфейсе, и предлагает более эргономически подходящее число поворотов рулевого колеса, чтобы перекрыть диапазон рулевого колеса от упора до упора.

[0023] Выбор изменяющегося клапана рулевого управления с изменяющейся производительностью обеспечивает возможность выборочного изменения эффективного увеличения угловой скорости поворота рулевого колеса. Входной сигнал, показанный как «A», сдвигает клапан для изменения вытесняемой жидкости/за оборот, например, удваивая поток жидкости на единицу поворота рулевого колеса. В одном варианте осуществления, входной сигнал «A» активируется, когда машина достигает заданной скорости движения, так что увеличение угловой скорости поворота рулевого колеса оптимизируется для диапазонов рабочей скорости машины, что невозможно с прямолинейным механическим рулевым интерфейсом. Существует множество известных систем для мониторинга скорости движения машины и инициирования сигнала при предварительно заданной скорости. Любая подобная система может быть использована в сочетании с настоящим изобретением для автоматизации сдвига передаточного числа рулевого управления при заданной скорости.

[0024] Следует понимать, что изменения деталей, материалов, этапов и расположений элементов, которые были описаны и проиллюстрированы для пояснения сущности изобретения, будут очевидны специалистам в данной области техники и могут быть сделаны ими при прочтении данного описания в рамках сущности и объема правовых притязаний изобретения. Вышеизложенное описание иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления изобретения; однако, концепции, на которых основано описание, могут быть использованы в других вариантах осуществления без выхода за рамки объема правовых притязаний изобретения. Соответственно, нижеприведенная формула изобретения охватывает изобретения в широком смысле, а также и в конкретном показанном виде.