УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАВЕШИВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОРУДИЙ НА ТРАКТОР Российский патент 2000 года по МПК A01B59/04 

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, а именно к механизмам навески тракторов.

Известно устройство для навешивания сельскохозяйственных орудий на трактор, содержащее кинематический узел, имеющий предназначенный для его установки на остове трактора один передний шарнир, две нижние и верхнюю тягу для соединения с орудием (SU 1338794 кл. A 01 B 59/04 1987).

Наиболее близким изобретением к предложенному является устройство для навешивания сельскохозяйственных орудий на трактор, содержащее кинематический узел, снабженный двумя задними шарнирами, посредством которых на нем закреплены две нижние тяги для соединения, и предназначенным для его установки на остове трактора одним передним шарниром, и верхнюю тягу для соединения с орудием (SU 328844 кл. A 01 B 59/04 1972).

Недостатком данных устройств является недостаточно эффективное управление, так как при поперечном смещении мгновенного центра вращения начальный подворот трактора происходит в сторону, противоположную направлению действия разворачивающего момента.

Задача изобретения - повышение курсовой устойчивости трактора с орудием и снижение металлоемкости путем изменения кинематической схемы устройства.

Технический результат - обеспечивается курсовая устойчивость трактора с орудием и снижается металлоемкость.

Технический результат достигается тем, что имеется привод управления, обеспечивающий регулирование положения устройства, механизма подъема, причем кинематический узел в рабочем положении расположен в зоне горизонтальной плоскости, а разность между углом сходимости нижних тяг и углом, образованным прямыми, проходящими через шарниры кинематического узла, обращенным вершиной в сторону трактора, ограничена в пределах от минус 40^o до плюс 8^o.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1-13 представлены схемы устройства для навешивания с/х орудий на трактор в разных исполнениях и элементы конструкции.

Фиг.1 - вид сбоку схемы устройства.

Фиг.2 - вид сверху схемы устройства.

Фиг.3 - передний шарнир 7 кинематического узла на фиг.2.

Фиг. 4 - совмещенные передние шарниры 12 и 13 кинематического узла на фиг.2.

Фиг.5 - задние шарниры 3 и 4 кинематического узла на фиг.2.

Фиг.6-10 - другие исполнения предлагаемого кинематического узла.

Фиг.11 - графики зависимости разности углов Δ от параметров устройства.

Фиг. 12 - схема известного навесного устройства в исходном и повернутом положениях.

Фиг. 13 - схема предлагаемого навесного устройства в исходном и повернутом положениях.

Устройство для навешивания с/х орудий 1 на трактор 2 содержит кинематический узел, снабженный двумя задними шарнирами 3 и 4, посредством которых на нем закреплены две нижние тяги 5 и 6 для соединения с орудием 1 и предназначенным для его установки на остове трактора 2 по меньшей мере одним передним шарниром 7 (фиг. 1,2,3). Устройство содержит также привод управления с исполнительным механизмом, например гидроцилидром 8, обеспечивающим регулирование положения устройства в горизонтальной плоскости, механизм подъема 9 устройства с орудием 1, верхнюю тягу 10 для соединения с орудием 1. Передний шарнир 11 верхней тяги 10 предназначен для крепления верхней тяги 10 на остове трактора 2 (фиг. 1,2 и 10). Два передних шарнира 12 и 13 расположены на расстоянии друг от друга, существенно меньшем, чем длина остальных звеньев (фиг. 6-9).

В рабочем положении кинематический узел расположен в зоне горизонтальной плоскости. Нижние тяги 5 и 6 при их симметричном расположении образуют угол сходимости β. Прямые 3-7 и 4-7, проходящие через задние шарниры 3 и 4 и передний шарнир 7 кинематического узла (фиг.2 и 10), или прямые 3-12 и 4-13, проходящие через задние шарниры 3 и 4 и передние шарниры 12 и 13 (фиг. 6-9) при их симметричном расположении относительно продольной оси трактора или параллельной оси, образуют угол α.
При симметричном расположении нижних тяг 5 и 6, а также симметричном расположении прямых 3-7 и 4-7 или 3-12 и 4-13 относительно продольной оси трактора 2 или параллельно ей устройство занимает исходное положение.

Угол α и угол β обращены вершиной в сторону трактора 2.

Кинематический узел может иметь следующие исполнения:
- жесткая пластина в виде шатуна 14 с задними шарнирами 3 и 4 и с закрепленным на тракторе передним шарниром 7 (фиг.2 и 10);
- две продольные тяги 15 и 16, каждая из которых снабжена задними шарнирами соответственно 3 и 4 и передними шарнирами 12 и 13, кроме того, предусмотрена перемычка 17, имеющая два подвижных в зоне горизонтальной плоскости шарнира 18 и 19 и закрепленная между двумя любыми противолежащими тягами: с одной стороны 5 или 15, с другой - 6 или 16.

Крепления передних шарниров 12 и 13 продольных тяг 15 и 16 на тракторе 2 могут иметь следующие исполнения:
- оба шарнира 12 и 13 закреплены на остове трактора независимо друг от друга (фиг. 6 - 9);
- продольные тяги 15 и 16 могут иметь совмещенные шарниры 12 и 13, на фиг. 2 обозначены в скобках, так как выглядят как один шарнир 7;
- один передний шарнир, например 12, продольной тяги 15 закреплен на остове трактора 2, другой передний шарнир 20 продольной тяги 16 размещен на продольной тяге 15(фиг.10).

Возможны варианты, когда перемычка 17 закреплена между нижними тягами 5 и 6 (фиг.7), нижней тягой, например 6, и противолежащей продольной тягой 15 (фиг. 8) или соответственно 5 и 16, между продольными тягами 15 и 16 (фиг. 9). Один или оба шарнира 18 и 19 перемычки 17 могут совпадать соответственно с задними шарнирами 3 и 4 (фиг. 1,2,6 и 10) перемычка 17 может быть выполнена регулируемой по длине для регулирования величины углов α и β.
Шарниры 3, 4, 12, 13, 18, 19 и 20 кинематического узла выполнены подвижными вокруг своих вертикальных осей, закрепленные на тракторе 2 один передний шарнир 7 или два передних шарнира 12 и 13 кинематического узла подвижны также вокруг поперечной направляющей 21 и с целью регулирования имеют возможность продольного перемещения по ней и фиксации.

Привод управления, предназначенный для регулирования положения устройства в горизонтальной плоскости, может быть выполнен гидравлическим с использованием гидроцилиндра 8 (фиг. 1,2) или механическим с установкой на месте гидроцилиндра 8 регулируемой по длине ручной стяжки (на чертеже не показана).

Для исключения воздействия на шток 22 гидроцилиндра 8 поперечных сил шарнир 23 гидроцилиндра 8 закреплен с возможностью совместного поворота с передним шарниром 7 или с одним из двух шарниров 12 или 13 относительно поперечной направляющей 21. С этой же целью шарнир 23 может быть выполнен карданным, закрепленным на остове трактора 2.

Шарнир 24 штока 22 гидроцилиндра 8 может быть закреплен на продольной тяге 15, или на другом звене механизма - тягах 5,6 или 16, или перемычке 17 или может быть совмещен с шарниром 3, 4, 18 или 19 (фиг. 1,2).

Гидроцилиндр 8 входит в состав не показанного на чертеже гидропривода, который при рабочих режимах обеспечивает выдвижение или втягивание штока 22.

Механизм подъема 9 установлен на остове трактора 2 (фиг. 1).

Верхняя тяга 10 передним шарниром 11 прикреплена непосредственно к остову трактора 2 и задним шарниром 25 к орудию 1 (фиг. 1).

Нижние тяги 5 и 6 прикреплены к орудию шарнирами 26 и 27 (фиг.2).

Устройство работает следующим образом.

Для выполнения поворота оператор включением гидроцилиндра 8 изменяет положение устройства в горизонтальной плоскости. В результате чего происходит смещение мгновенного центра вращения (МЦВ), увеличивается создаваемый тяговой силой разворачивающий момент, происходит продольное смещение трактора 2 и орудия 1 без изменения поперечных и угловых координат. После достижения критического значения разворачивающий момент изменяет курс трактора 2, одновременно МЦВ возвращается в начальное, до подворота, положение - смещается в сторону продольной оси трактора 2, обеспечивая последующее удержание нового курса.

В отличие от известных механизмов при работе предлагаемого устройства требуется меньший угол поворота и меньшая частота включения гидроцилиндра 8, так как исключается начальный поворот трактора 2 в сторону, противоположную направлению подворота, к концу подворота МЦВ устанавливается в положении равновесия.

Указанные преимущества достигаются за счет того, что в устройстве использован прямолинейно-направленный механизм Чебышева (четырехзвенник с шатунной кривой, имеющей прямолинейный участок), посредством которого ось подвеса орудия сохраняет свое положение таким образом, что в начале подворота трактора угловые и поперечные смещения орудия также отсутствуют.

В исполнении устройства, представленном на фиг.2 и 10, четырехзвенник, образованный орудием 1, нижними тягами 5 и 6 и поперечиной 17, при симметричном расположении устройства имеет шатунную точку, жестко связанную с поперечиной 17 (шатуном), расположенную геометрически на пересечении или вблизи точки пересечения нижних тяг 5 и 6. Эта точка движется по прямолинейному участку шатунной кривой, расположенному на продольной оси устройства. Шарнир 7, установленный в этой точке, при рабочем ходе будет перемещаться только в продольном направлении.

При угловом смещении трактора в конце подворота орудие плавно изменяет начальное положение из-за действия на него, вдвое меньшего, чем на трактор разворачивающего момента, и из-за большего сопротивления повороту. На серийных тракторах и при использовании известных устройств происходит более резкое смещение трактора и плуга.

В исполнении с двумя передними шарнирами 12 и 13 (расположенными на небольшом расстоянии по сравнению с длиной других звеньев кинематического узла) кинематическая схема механизма устройства аналогична механизму Чебышева, при этом условная точка прицепа, расположенная в точке пересечения прямых, проходящих через шарниры 3 и 12 и шарниры 4 и 13 (фиг. 6-9), также описывает кривую с участком, близким к прямолинейному. Поэтому трактор 2 при горизонтальном смещении устройства также сохраняет установленный курс до момента, когда разворачивающий момент достигнет значения, необходимого для его подворота. Отклонение шатунной кривой от прямой линии по сравнению с первым исполнением будет тем меньше, чем ближе расположены шарниры 12 и 13.

Так как при поперечных перемещениях звеньев устройства происходит сближение или удаление трактора 2 от орудия 1, а длина верхней тяги 10 остается неизменной, то важно, чтобы это не привело к недопустимому изменению положения орудия 1 в вертикально-продольной плоскости и нарушению глубины обработки почвы (данное требование связано с тем, что с целью снижения металлоемкости передний шарнир 11 верхней тяги 10 и механизм 9 подъема в отличие от прототипа установлены на тракторе 2).

Механизм устройства должен отвечать обоим требованиям: обеспечить движение трактора 2 без начального поворота в сторону, противоположную заданному направлению, и сохранить стабильность глубины обработки почвы.

Для выполнения этого требования шарнир 7 располагается не в точке пересечения нижних тяг, а с отклонением, учитывающим допускаемые нарушения стабильности курса и глубины обработки почвы.

С этой целью выполнен расчет и установлен характерный показатель, ограничивающий область существования искомого механизма - разность углов α и β.
При расчете учтены реальные схемы навесных устройств гусеничных тракторов классов 3 - 4.

При агрегатировании с симметричным с/х орудием (например, культиватором) навесное устройство занимает положение, близкое к симметричному. При агрегатировании с асимметричным орудием (например, плугом) навесное устройство занимает асимметричное положение - установлено со смещением шарнира 7 (или 12 и 13) относительно продольной оси трактора 2. Для работы с оборотным или поворотным плугами устройство устанавливается без смещения шарнира 7 или (12 и 13), но в зависимости от положения борозды относительно трактора 2 переводится влево или вправо от продольной оси трактора. Поэтому начальное смещение МЦВ принималось равным 120 мм, максимальное, достигаемое в процессе регулирования, 180 мм.

По результатам графической проработки и расчета установлено, что чем больше разность Δ между углом сходимости нижних тяг β и углом α, обращенным вершиной в сторону трактора, образованным прямыми, проходящими через шарниры кинематического узла, тем больше отклонение переднего шарнира 7 от начального положения.

Угол начального поворота тем меньше, чем меньше длина нижней тяги 5 (6) и длина оси подвеса 26-27 и чем больше длина перемычки 17, влияние на указанный угол расстояния между шарнирами 3(4) и 7 незначительно. Для параметров, близких к предельным при длине оси подвеса 26 - 27 длиной 800 мм, перемычки 17-700 мм, нижней тяги 5 (6) 300 мм, продольной тяги 15 (16) - 700 мм разность углов Δ составляет - 40^o, угол начального поворота составляет 0,0037 рад, изменение расстояния между трактором 2 и орудием 1 составляет 0,5 мм. Дальнейшее уменьшение длины продольной тяги 15(16) приводит к резкому увеличению угла Δ и более плавному увеличению остальных переменных параметров.

Как видно из результатов расчета, при разности углов Δ = -40^° начальный угол изменения направления движения трактора 2 соответствует изменению курса на 3,7 см на пути 10 м, что существенно хуже, чем при Δ, близких к 0^o, но лучше результатов, которые можно получить при использовании известных устройств. Поэтому ограничиваем область притязаний нижним пределом -40^o. Аналогично получен верхний предел -40^o. Аналогично получен верхний предел Δ = +8.
Для обоснования предпочтительных значений разности Δ между углами β и α в диапазоне возможных изменений параметров устройства построены графики зависимости значений Δ от параметров устройства для гусеничных тракторов классов 3-4 при следующих исходных условиях:
Смещение МЦВ относительно продольной оси трактора, мм
- начальное 120
- максимальное 180
Допустимый угол начального поворота трактора в противоположном направлении, рад - 0,0015
Допустимое изменение расстояния между трактором и орудием в рабочем положении на уровне расположения нижних тяг, мм - 5,0
Диапазон возможных длин звеньев, мм
- оси подвеса (с) 800-1000
- нижних тяг (a) 400-600
- продольных тяг (d) 600-800
- перемычки (b) 500-700
Допустимый угол начального поворота установлен из условия, что на проходимом трактором пути 10 м отклонение его траектории составит 1,5 см, а допустимое изменение расстояния между трактором и орудием - из условия, что нарушение глубины пахоты при работе с пятикорпусным плугом - 2 см.

В результате расчета по составленной программе получены графики, из которых следует, что для реальных устройств, применяемых, например, на гусеничных тракторах классов 3-4, угол Δ не выходит из пределов -10^o ...+2^o, что существенно ограничивает область поиска механизма для конкретной машины. График зависимости разности углов Δ от параметров устройства при указанных выше допусках представлен на фиг. 11.

Так как связь между углом начального поворота и величиной Δ изменяется плавно, то установленный диапазон значений угла начального поворота следует считать предпочтительным, а ограничения на величину Δ вводятся из условия, что за их пределами устройство утрачивает свои первоначальные преимущества, а именно изменение расстояния между трактором 2 и орудием 1 превышает 0,8 см (минимальное значение, допустимое при работе с трехкорпусным плугом) и начальный угол поворота трактора равен 0,0036, то есть отклонение траектории движения составляет 3,6 см на 10 м пути трактора.

Для сравнения известных и предлагаемого устройств на фиг. 12 и 13 представлены их кинематические схемы. На фиг. 12 представлена схема известного навесного устройства в исходном и повернутом положении. На фиг. 13 - схема предлагаемого навесного устройства в исходном и повернутом положении.

В исходном положении устройство расположено симметрично относительно продольной оси ОО₁.

Как следует из чертежей, при одинаковом смещении МЦВ P₁₁ и P₂₁ в положение P₁₂ и P₂₂ точки S₁₁ и S₂₁ крепления устройства на остове трактора 2 смещаются существенно относительно оси ОО₁ (фиг. 12), а точка S₃₁ - незначительно (фиг. 13). При равенстве углов между нижними и продольными тягами точка S₃₁ перемещается вдоль оси ОО₁. Отклонение от продольной оси на участке рабочего хода устройства близко к нулю.

Ограничение разности углов снижает начальное смещение трактора 2, вызванное изменением положения навесного устройства, до начала действия разворачивающего момента, что уменьшает диапазон угловых перемещений трактора и повышает чувствительность устройства и эффективность управления.

При подъеме навесного устройства в транспортное положение происходит поворот кинематического узла и нижних тяг вместе с шарниром 7 или шарнирами 12 и 13 вокруг направляющей 21. Так как передний шарнир 7 или шарниры 12 и 13 располагаются в зоне вертикали, проходящей через передний шарнир 11 верхней тяги 10, то кинематическая схема навесного устройства соответствует традиционной (фиг.1,2).

Устройство содержит кинематический узел, снабженный двумя задними шарнирами, посредством которых на нем закреплены две нижние тяги для соединения с орудием, и предназначенный для его установки на остове трактора по меньшей мере один передний шарнир. Кроме того, устройство содержит привод управления с исполнительным механизмом, обеспечивающий регулирование положения устройства, механизм подъема и верхнюю тягу для соединения с орудием. Кинематический узел в рабочем положении расположен в зоне горизонтальной плоскости. Разность между углом сходимости нижних тяг и углом, образованным прямыми, проходящими через шарниры кинематического узла, обращенным вершиной в сторону трактора, ограничена в пределах от -40 до 8^o. Повышается курсовая устойчивость трактора с плугом. 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство для навешивания сельскохозяйственных орудий на трактор, содержащее кинематический узел, снабженный двумя задними шарнирами, посредством которых на нем закреплены две нижние тяги для соединения с орудием, и предназначенным для его установки на остове трактора по меньшей мере одним передним шарниром, привод управления с исполнительным механизмом, обеспечивающий регулирование положения устройства, механизм подъема и верхнюю тягу для соединения с орудием, причем кинематический узел в рабочем положении расположен в зоне горизонтальной плоскости, а разность между углом сходимости нижних тяг и углом α, образованным прямыми, проходящими через шарниры кинематического узла, обращенным вершиной в сторону трактора, ограничена в пределах от -40 до 8^o. 2. Устройство по п.1, содержащее кинематический узел, выполненный в виде двух продольных тяг, на которых размещены его задние и передние шарниры, и перемычки, шарнирно закрепленной между двумя любыми противолежащими тягами, которая выполнена регулируемой по длине. 3. Устройство по п.1, содержащее шарниры кинематического узла, выполненные подвижными вокруг своих вертикальных осей, а передний шарнир кинематического узла выполнен подвижным также вокруг поперечной направляющей. 4. Устройство по п. 1, содержащее исполнительный механизм привода управления, закрепленный с возможностью совместного поворота с передним шарниром кинематического узла, механизм подъема и верхняя тяга установлены на остове трактора.