САМОХОДНАЯ ШАГАЮЩАЯ ТЕЛЕЖКА МНОГООПОРНОЙ МНОГОСЕКЦИОННОЙ ДОЖДЕВАЛЬНОЙ МАШИНЫ КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2013 года по МПК A01G25/09 B62D57/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в многоопорных многосекционных самоходных дождевальных и поливных машинах кругового действия, работающих как позиционно, так и в непрерывном движении.

Известны самоходные тележки для дождевальных и поливных машин, выполненные в виде рамы с установленным на ней силовым приводом и движителей в виде колес (Самоходная тележка многоопорной дождевальной машины, патент РФ 1835231, кл. A01G 25/09, 1993).

Такие опоры обладают низкой проходимостью вследствие того, что из-за высокого удельного давления на грунт колесная опора оставляет глубокую колею, при этом возникает бульдозерный эффект, что приводит к повышенным энергозатратам и высокой заминаемости растений.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является самоходная тележка многоопорной дождевальной машины (Патент РФ 2108708, кл. A01G 25/09, B62D 57/02, 1998).

Самоходная тележка многоопорной дождевальной машины содержит несущую балку, силовой электропривод, шагающие опоры, попарно установленные на концах несущей балки, и стойки для крепления трубопровода, причем шагающие опоры выполнены в виде шарнирных четырехзвенников и снабжены башмаками в виде удлиненных полых трапецеидальных коробов, а кривошипы шарнирных четырехзвенников каждой пары шагающих опор закреплены со смещением на 180° друг относительно друга на выходных валах редукторов. Указанная самоходная тележка предназначена для многоопорных дождевальных машин фронтального или кругового типа и решает техническую задачу, связанную со снижением заминаемости растений и повышением грунтовой проходимости на переувлажненных грунтах.

Недостатками данной самоходной тележки многоопорной дождевальной машины являются повышенные энергозатраты на преодоление грунтового сопротивления повороту и высокая заминаемость растений при повороте, из-за кинематической неорганизованности кинематически точного поворота, что приводит к буксованию и скольжению стоп по грунту при повороте, а также невозможность унифицировать силовой привод, так как в дождевальных машинах кругового действия средние скорости движения самоходных тележек различны (пропорциональны расстоянию до центра поля).

Данная самоходная тележка многоопорной дождевальной машины при ее использовании в поливных машинах кругового действия имеет невысокий технический уровень, так как она не решает задачу энергоэффективного почвосберегающего движения на экологически ранимых грунтах, что обусловлено компоновочно-кинематической неорганизованностью поворота - шагающие опоры правого и левого борта обеспечивают движение самоходной шагающей тележки с одинаковыми по модулю и параллельными по направлению бортовыми скоростями. Из-за этого мгновенный центр скоростей шагающей тележки находится в бесконечности, в результате ее поворот не является кинематически точным и сопровождается буксованием и скольжением стоп по грунту. Это приводит к повышенным энергозатратам на преодоление момента сопротивления повороту, разрушению экологически ранимого почвенного покрова и высокой заминаемости растений. Также в известных самоходных тележках невозможно унифицировать силовой привод, так как в дождевальных машинах кругового действия скорости самоходных тележек, а следовательно и угловые скорости выходных валов их силового привода, должны расти пропорционально расстоянию шагающих тележек до закрепленного центра дождевальной машины.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой компоновочно-кинематической схемы поворота самоходной шагающей тележки многоопорной дождевальной машины кругового действия, обеспечивающей на основе новой схемы поворота кинематически точный поворот с минимальным скольжением стоп по грунту, что приведет к снижению затрат мощности на поворот, повышению экологичности шагающего движителя и уменьшению заминаемости растений, а также создание новой конструктивной схемы шагающих опор с переменной точкой подвеса, что позволит корректировать курсовую скорость за счет длины шага, что облегчит унификацию силового привода.

Техническим результатом заявленной конструкции самоходной шагающей тележки многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия является создание новой компоновочно-кинематической схемы поворота шагающей тележки с новой конструктивной схемой шагающих опор с переменной точкой подвеса коромысла, обеспечивающей, за счет углового смещения плоскостей шагания шагающих опор от продольной оси несущей балки и разных скоростей шагающих опор правого и левого борта, кинематически точный поворот шагающей тележки, а также позволяющей корректировать курсовую скорость шагающей тележки за счет длины шага без изменения силового привода, что существенно снижает затраты мощности на поворот, исключает разрушение экологически ранимого почвенного покрова и уменьшает заминаемость растений, а также облегчает унификацию элементов силового привода. Тем самым улучшаются эксплутационные свойства дождевальных машин кругового действия с шагающими тележками.

Указанный технический результат достигается тем, что самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия, включающая раму с поперечно закрепленной к напорному трубопроводу с помощью стоек несущей балкой, по концам которой попарно установлены шагающие опоры, каждая из которых содержит опорную стопу и шарнирный четырехзвенник, связанный с силовым приводом, причем шарнирные четырехзвенники шагающих опор, состоящие из кривошипов, связанных с силовым приводом через карданную трансмиссию, опорных звеньев с шарнирно прикрепленными стопами, а также коромысел, свободные концы которых побортно шарнирно закреплены на стойках, расположены в вертикальных плоскостях шагания, смещенных от продольной оси несущей балки на угол

$$\alpha =arctg\left(\frac{l}{2(L-\Delta L)}\right)$$ ,

где l - длина несущей балки,

L - длина одной секции напорного трубопровода,

ΔL - величина смещения конца секции от продольной оси несущей балки, причем стойки имеют дополнительные отверстия для шарнирного крепления коромысел, парные для левого и правого борта, число пар которых равно числу секций многосекционной дождевальной машины, причем оси каждой пары отверстий для шарнирного крепления коромысел правого и левого борта выполнены со смещением выбранным из условия

$$\frac{S_2}{S_1}=\frac{L-\Delta L+B/2}{L-\Delta L-B/2}$$ ,

где S₁ и S₂ - длина шага шагающих опор, соответственно, отстающего и забегающего борта,

В - ширина колеи шагающей тележки дождевальной машины.

Новая компоновочно-кинематическая схема поворота самоходной шагающей тележки, обеспечивает, за счет разных скоростей шагающих опор правого и левого борта и углового смещения вертикальных плоскостей шагания от продольной оси несущей балки, кинематически точный поворот без скольжения стоп по грунту, что существенно снижает затраты мощности на поворот, исключает разрушение экологически ранимого почвенного покрова и уменьшает заминаемость растений.

Введение в самоходную шагающую тележку новой конструктивной схемы шагающих опор с переменной точкой подвеса позволяет корректировать курсовую скорость за счет длины шага без изменения силового привода, что облегчает унификацию его элементов.

Тем самым улучшаются эксплутационные свойства дождевальных машин кругового действия с шагающими тележками.

На фиг.1 представлен общий вид самоходной шагающей тележки многоопорной дождевальной машины кругового действия; на фиг.2 - ее вид сверху; на фиг.3 - схема поворота самоходной шагающей тележки; на фиг.4 - трансформация относительной траектории опорной точки шагающей опоры при перемене точки подвеса коромысла.

Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия, включает раму 1 с поперечно закрепленной к напорному трубопроводу 2 с помощью стоек 3 несущей балкой 4 (фиг.1, 2).

По концам несущей балки 4 попарно установлены шагающие опоры 5. Каждая из шагающих опор 5 содержит опорную стопу 6 и шарнирный четырехзвенник 7, связанный с силовым приводом 8, включающим в себя тяговый электродвигатель 9 и раздаточный редуктор 10.

Шарнирные четырехзвенники 7 шагающих опор 5, состоят из ведущих кривошипов 11, опорных звеньев 12, а также коромысел 13.

Ведущие кривошипы 11 шарнирных четырехзвенников 7 связаны с выходным валом 14 раздаточного редуктора 10 силового привода 8 через карданную трансмиссию 15 и редукторы 16 шагающих опор 5. Ведущие кривошипы 11 закреплены на выходном валу редуктора 16 в противофазе, чем обеспечивается противофазное движение шагающих опор правого и левого борта.

Опорные звенья 12 шарнирных четырехзвенников 7 выполнены в виде двуплечих рычагов и снабжены шарнирно прикрепленными лыжеобразными стопами 6. Лыжеобразные стопы 6 служат для снижения давления на почвогрунт.

Свободные концы коромысел 13 шарнирных четырехзвенников 7 побортно закреплены цилиндрическими шарнирами 17 на стойках 3, выполненных V-образной формы.

Шарнирные четырехзвенники 7 шагающих опор 5 расположены в вертикальных плоскостях шагания, смещенных от продольной оси несущей балки 4 (фиг.3) на угол

$$\alpha =arctg\left(\frac{l}{2(L-\Delta L)}\right)$$ ,

где l - длина несущей балки,

L - длина одной секции напорного трубопровода,

ΔL - величина смещения конца секции от продольной оси несущей балки.

Этим достигается совпадение мгновенного центра скоростей шагающей тележки с точкой шарнирного крепления секции напорного трубопровода 2.

Стойки 3 имеют дополнительные отверстия 18 для шарнирного крепления свободных концов коромысел 13 шарнирных четырехзвенников 7, парные для левого и правого борта. Число пар дополнительных отверстий 18 равно числу секций многосекционной дождевальной машины. Это позволяет на каждой секции дождевальной машины менять длину шага и, соответственно, скорость движения путем перемены точки подвеса коромысла 13.

Причем оси каждой пары отверстий 18 шарнирного крепления коромысел 13 правого и левого борта не являются соосными, а выполнены со смещением, выбранным из условия

$$\frac{S_2}{S_1}=\frac{L-\Delta L+B/2}{L-\Delta L-B/2}$$ ,

где S₁ и S₂ - длина шага шагающих опор, соответственно, отстающего и забегающего борта, В - ширина колеи шагающей тележки дождевальной машины.

Этим достигается требуемая при повороте самоходной тележки разность скоростей правого и левого борта.

Устойчивость шагающей тележки в поперечном направлении обеспечивается посредством растяжек 19, связывающих стойки 4 с напорным трубопроводом 2.

Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины работает следующим образом.

В момент начала движения крутящий момент от тягового электродвигателя 9 силового привода 8 через раздаточный редуктор 10 и карданную трансмиссию 15 подается на редукторы 16 передних и задних шагающих опор 5 (фиг.1, 2). В результате ведущие кривошипы 11, закрепленные на выходных валах редукторов 16, начинают вращаться и приводят в движение шарнирные четырехзвенники 7 шагающих опор 5, тем самым, осуществляя их движение.

Поскольку хотя бы две из четырех лыжеобразных стоп 6 находятся в контакте с опорной поверхностью, то за счет взаимодействия их с грунтом самоходная шагающая тележка начинает движение.

Ведущие кривошипы 11 закреплены на выходном валу редукторов 16 в противофазе, чем обеспечивается противофазное движение шагающих опор правого и левого борта. Полный рабочий цикл осуществляется за один оборот работающих в противофазе ведущих кривошипов 11 и включает в себя два шага, на каждом из которых две стопы 6, диагонально расположенные относительно несущей балки 4, находятся в фазе опоры на грунт, а две другие находятся в переносе, а также две непродолжительные фазы смены стоп, в течение которых на грунте находятся все стопы 6.

При движении дождевальной машины кругового действия средняя скорость ее самоходных шагающих тележек, находящихся на разных расстояниях от центральной (закрепленной) точки, должна быть различной. Минимальную скорость имеет самоходная тележка первой (центральной) секции, крайние секции дождевальной машины имеют наибольшие средние скорости передвижения. Скорость движения самоходных тележек также определяется нормой полива. В результате, при поливе, движение самоходных тележек дождевальной машины чередуется с остановками. В зависимости от числа и положения движущихся тележек радиус их поворота меняется. Наиболее тяжелый случай поворота, с точки зрения энергозатрат и экологичности, имеет место при минимальном радиусе поворота, равном длине секции напорного трубопровода. Это соответствует вращательному движению секции вокруг шарнирного крепления соседних секций напорного трубопровода 2 - точки Р (фиг.3). При этом кинематически точный поворот шагающей тележки реализуется за счет углового смещения плоскостей шагания шагающих опор от продольной оси несущей балки на угол α и разных средних скоростей ν₁ и ν₂ шагающих опор 5 отстающего и забегающего борта. Разность скоростей достигается за счет разной длины шага шагающих опор 5 правого и левого борта. Поскольку в дождевальных машинах рассматриваемого типа L>l, то необходимое изменение длины шага можно обеспечить сравнительно небольшой несоосностью отверстий 18 шарнирного крепления коромысел 13 правого и левого борта.

Изменить длину шага в более широких пределах (в несколько раз), можно путем перемены точки шарнирного крепления коромысла 13 на одно из дополнительных отверстий 18, например, из точки O₁ в точку $$O_1^{\text{'}}$$ (фиг.4а). Тем самым реализуется трансформация базовой относительной траектории I опорной точки механизма шагания с длиной шага S₁, фиг.4б, в траекторию II с длиной шага S_II, фиг.4в. Точки на траекториях фиг.4 а, 6 расположены через $$\raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$24$}\right.$$ периода цикла, точки с заливкой соответствуют опорной фазе. Это позволяет за счет изменения длины шага корректировать скорость самоходных шагающих тележек, находящихся на разных расстояниях от центральной точки многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия, что облегчает унификацию элементов ее силового привода.

Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины предназначена для применения в сельском хозяйстве и может быть использована в дождевальных машинах кругового действия, причем новая компоновочно-кинематическая схема поворота шагающей тележки совместно с новой конструктивной схемой шагающих опор с переменной точкой подвеса коромысла, существенно снижает затраты мощности на поворот, исключает разрушение экологически ранимого почвенного покрова и уменьшает заминаемость растений, а также облегчает унификацию элементов силового привода шагающих тележек, что улучшает эксплутационные свойства дождевальных машин кругового действия с шагающими тележками.

Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия включает раму (1) с поперечно закрепленной к напорному трубопроводу (2) с помощью стоек (3) несущей балкой (4), по концам которой попарно установлены шагающие опоры (5), каждая из которых содержит опорную стопу (6) и шарнирный четырехзвенник (7), связанный с силовым приводом (8). Шарнирные четырехзвенники (7) шагающих опор (5) состоят из кривошипов (11), связанных с силовым приводом (8) через карданную трансмиссию (15), опорных звеньев (12) с шарнирно прикрепленными стопами (6), а также коромысел (13), свободные концы которых побортно шарнирно закреплены на стойках (3). Шарнирные четырехзвенники (7) шагающих опор (5) расположены в вертикальных плоскостях шагания, смещенных от продольной оси несущей балки (4) на угол

$$\alpha =arctg\left(\frac{1}{2(L-\Delta L)}\right)$$

где 1 - длина несущей балки (4),

L - длина одной секции напорного трубопровода (2),

ΔL - величина смещения конца секции от продольной оси несущей балки (4). Стойки (3) имеют дополнительные отверстия (18) для шарнирного крепления коромысел (13), парные для левого и правого борта, число пар которых равно числу секций многосекционной дождевальной машины. Оси каждой пары отверстий (18) для шарнирного крепления коромысел (13) правого и левого борта выполнены со смещением, выбранным из условия

$$\frac{S_2}{S_1}=\frac{L-\Delta L+B/2}{L-\Delta L-B/2}$$

где S₁ и S₂ - длина шага шагающих опор (5), соответственно, отстающего и забегающего борта,

В - ширина колеи шагающей тележки дождевальной машины.

Техническим результатом изобретения является снижение затрат мощности на поворот, уменьшение заминаемости растений, облегчение унификации элементов силового привода. 4 ил.

Самоходная шагающая тележка многоопорной многосекционной дождевальной машины кругового действия, включающая раму с поперечно закрепленной к напорному трубопроводу с помощью стоек несущей балкой, по концам которой попарно установлены шагающие опоры, каждая из которых содержит опорную стопу и шарнирный четырехзвенник, связанный с силовым приводом, отличающаяся тем, что шарнирные четырехзвенники шагающих опор, состоящие из кривошипов, связанных с силовым приводом через карданную трансмиссию, опорных звеньев с шарнирно прикрепленными стопами, а также коромысел, свободные концы которых побортно шарнирно закреплены на стойках, расположены в вертикальных плоскостях шагания, смещенных от продольной оси несущей балки на угол
$$\alpha =arctg\left(\frac{1}{2(L-\Delta L)}\right),$$
где l - длина несущей балки,
L - длина одной секции напорного трубопровода,
ΔL - величина смещения конца секции от продольной оси несущей балки, причем стойки имеют дополнительные отверстия для шарнирного крепления коромысел, парные для левого и правого бортов, число пар которых равно числу секций многосекционной дождевальной машины, причем оси каждой пары отверстий для шарнирного крепления коромысел правого и левого бортов выполнены со смещением, выбранным из условия
$$\frac{S_2}{S_1}=\frac{L-\Delta L+B/2}{L-\Delta L-B/2},$$
где S₁ и S₂ - длина шага шагающих опор соответственно отстающего и забегающего бортов,
В - ширина колеи шагающей тележки дождевальной машины.