СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ НА НАКЛОННОЙ ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ДВИЖУЩЕГОСЯ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С НАВЕСНЫМ ОРУДИЕМ, ОБОРУДОВАННЫМ ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ КОЛЕСАМИ Российский патент 2024 года по МПК B62D37/00 B62D133/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к способу стабилизации положения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами.

Известен способ стабилизации положения движущегося колесного транспортного средства на наклонной опорной поверхности, при котором реализуют излишнюю поворачиваемость за счет изменения величины углов увода пневматических колес посредством автоматического регулирования внутришинного давления адекватно величине отклонения от траектории движения, вследствие чего осуществляется поворот транспортного средства вверх по склону пропорционально углу наклона, чем и достигается улучшение его курсовой устойчивости [RU №2585203 C1].

Однако задачей данного способа является повышение эксплуатационной технологичности исключительно колесного транспортного средства, в связи с чем использование его для обеспечения устойчивого движения по заданному технологическому коридору при выполнении сельскохозяйственных операций того же транспортного средства, но в агрегате с навесным орудием не представляется возможным. Навесное орудие способствует проявлению боковой составляющей нагрузки на крюке, гипотетически имеющей знакопеременное направление. Для сбалансированного по соотношению углов увода передних и задних колес транспортного средства, движущегося на обрабатываемом участке наклонной поверхности, воздействие боковой составляющей нагрузки на крюке означает появление дополнительного момента воздействия на его центр масс. Вследствие чего положение транспортного средства, движущегося поперек склона, дестабилизируется, а смещение его продольной оси от фактически заданного направления в технологическом коридоре приобретает неопределенную тенденцию. Следует принимать во внимание, что при увеличении угла наклона опорной поверхности может произойти разворот транспортного средства относительно его центра масс. Такое явление, есть закономерный результат неконтролируемого взаимодействия эластичной шины с наклонной опорной поверхностью, приводящий к необходимости постоянного воздействия оператора на органы системы рулевого управления для возврата транспортного средства в установившийся режим траекториального движения в пределах технологического коридора, что является операцией энергозатратной. То есть, речь идет о «рыскании машины», следствием которого могут быть недопустимые нарушения агротехнических требований.

Задачей предложенного способа является улучшение эксплуатационной технологичности колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами.

Техническое решение, при котором осуществляется поворот движущегося по наклонной опорной поверхности колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, в сторону противоположную его смещению от заданной технологической траектории, достигается за счет изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия посредством автоматического регулирования внутришинного давления адекватно углу наклона опорной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства, которая устанавливается в зависимости от направления смещения относительно заданной технологической траектории.

В известном способе стабилизации положения движущегося колесного транспортного средства на наклонной опорной поверхности [RU №2585203 C1] не предусмотрена функциональная реакция на воздействие боковой составляющей нагрузки на крюке. Принципиально то, что при жесткой навеске орудия, оборудованного пневматическими колесами, на колесное транспортное средство, в динамическом аспекте, трансформирует его в «мобильное энергетическое средство - МЭС» с тремя парами колес, взаимодействующих между собой адекватно углам увода, определяющим геометрическое расположение единого для всех пар колес центра поворота. В случае соответствия принципу «недостаточной поворачиваемости» такое «МЭС», движущееся поперек склона, подвергается воздействию боковой составляющей (включающей и воздействие боковой составляющей нагрузки на крюке), направленной вдоль склона вниз, которая аналогична центробежной силе при повороте в горизонтальной плоскости и стремится увести «МЭС» от центра, определяющего его поворот вверх по окружности с бесконечно-большим радиусом, чем и является технологическая траектория. То есть, при «недостаточной поворачиваемости» «МЭС», движущееся поперек склона, будет тенденциозно отклоняться от заданной траектории вниз по склону (траектория 1), усугубляя процесс его поперечного смещения в том же направлении, вызванного разрушением грунта в пятне контакта с опорной поверхностью (фиг. 1).

Поскольку навесное орудие оборудовано пневматическими колесами, возникает проблема рассредоточения центров поворота, которых в данном случае будет три (по числу сочетаний различных пар колес). Указанное рассредоточение гипотетически может осуществляться не только вдоль траектории движения, но и выше или ниже по склону относительно этой же траектории в зависимости от величины углов увода колес навесного орудия. Необходимо иметь ввиду, что сам факт оборудования навесного орудия пневматическими колесами приводит к неопределенности направления смещения, поскольку оно - направление смещения транспортного средства с навесным орудием, вниз или вверх по склону от траектории движения, зависит также, как и рассредоточение центров поворота - уже и от величины углов увода колес собственно орудия, что не исключает при определенном начальном соотношении факторных величин и технических параметров не регламентированный «выброс МЭС» из технологического коридора вверх по склону. В связи с этим, независимо от подключения к приводу, колес совокупного движителя транспортного средства с навесным орудием в условиях наклонной опорной поверхности будут периодически от поступательного и вращательного движения переходить в состояние «юза» или «буксования», что является следствием раскоординации направлений движения колесных пар. В этом случае равномерное поступательное движение транспортного средства с навесным орудием не представляется возможным, а выполнение технологических операций в условиях склонного земледелия становится экономически нецелесообразным, и требует проведения регулировочных процедур с целью улучшения эксплуатационной технологичности его совокупного движителя. То есть, необходимо обеспечение режима работы транспортного средства с навесным орудием по принципу «знакопеременной поворачиваемости» - «излишней» или «недостаточной» в зависимости от его направления смещения относительно заданной траектории движения.

Для убедительности при проведении сопоставительного анализа необходимо учитывать две предпосылки, оказывающие влияние на методическую основу сущности предлагаемого изобретения. Первая - теоретическая: на основе положений аналитической геометрии достоверно можно утверждать о возможности формализации модели движителя транспортного средства, представляющей, расположенное в его центре масс эквивалентное колесо с радиусом и центром поворота, которые определяются посредством функций углов увода пневматических колес серийного движителя (фиг. 1). Следует учитывать, что данный тезис справедлив для транспортного средства, работающего как на склоне, так и при прохождении поворота, но только при условии стабильного давления в шинах пневматических колес заднего и переднего моста. В этом случае транспортное средство при работе с использованием навесного орудия, оборудованного пневматическими колесами, допустимо рассматривать как «мобильное энергетическое средство - МЭС» с двумя парами колес, и, фактически, модель движителя транспортного средства аналитически пролонгируется в двухосную модель движителя «мобильного энергетического средства - МЭС» с управлением путем изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия, и далее - в трехосную модель «МЭС», но также управляемую на основе регулирования внутришинного давления в пневматических колесах навесного орудия для изменения углов увода (δ_нав.ор, δ_э.к.) под единый центр поворота в сторону противоположную смещению от заданной технологической траектории.

Вторая предпосылка основана на проблеме, возникающей из практической сложности определения начального смещения транспортного средства с навесным орудием от заданной технологической траектории, что обусловлено различием в нормативных требованиях к внутришинному давлению пневматических колес навесных орудий и их размерно-геометрическими характеристиками. Следовательно, до начала движения транспортного средства с навесным орудием система автоматического регулирования не может обеспечивать управление внутришинным давлением, соответственно не обеспечивается изменение величины углов увода пневматических колес навесного орудия адекватно углу наклонной опорной поверхности. Принципиально решение настоящей проблемы возможно осуществлять с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (Российская спутниковая система навигации), которая в сочетании с системой автоматического регулирования внутришинного давления будет постоянно стабилизировать на наклонной опорной поверхности положение движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами. Такое функционально-техническое сочетание является рациональным, поскольку полностью реализует техническое решение, при котором осуществляется поворот движущегося по наклонной опорной поверхности колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, в сторону противоположную его смещению от заданной технологической траектории («вверх» или «вниз» по склону), и достигается оно за счет изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия посредством автоматического регулирования их внутришинного давления адекватно углу наклона опорной поверхности в пропорции, которая устанавливается в зависимости от направления смещения относительно заданной технологической траектории, определяемого глобальной навигационной спутниковой системой. Что касается транспортного средства, в предлагаемом способе речь идет об условии, когда его внутришинное давление, соответствует нормативным требованиям к серийным моделям транспортных средств и остается постоянным в течении всего цикла выполнения технологических операций. Поэтому, пропорция, о которой идет речь, устанавливается к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства.

В результате сопоставительного анализа установлено, что заявляемый способ стабилизации положения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, при котором осуществляют поворот в сторону противоположную его смещению от заданной технологической траектории, отличается от технического решения [RU №2585203 C1] тем, что осуществляют поворот за счет изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия посредством автоматического регулирования давления адекватно углу наклона опорной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства, которая устанавливается в зависимости от направления смещения относительно заданной технологической траектории. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».

Техническое решение [RU №2585203 C1] не обеспечивает режим эксплуатации колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, при котором внутришинное давление регулируется адекватно углу наклона опорной поверхности автоматически и совместно с глобальной навигационной спутниковой системой, используемой при определении направления смещения, для установления пропорцию адекватности. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами: фиг. 1 - изображены варианты смещения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами; фиг. 2 - изображено стабилизированное на наклонной опорной поверхности колесное транспортное средство с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами с приборами технического обеспечения способа стабилизации.

Предлагаемый способ стабилизации положения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами реализован следующим образом. В начальный момент времени, при выходе колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, на технологическую траекторию для движения поперек склона, совокупный колесный движитель подвергается воздействию составляющей силы веса, параллельной уклону опорной поверхности, в связи с чем приоритетно имеет место сползание транспортного средства с навесным орудием вниз по склону вследствие разрушения грунта в пятнах контакта с опорной поверхностью (l_ск). Кроме этого, под воздействием составляющей силы веса, параллельной уклону, создаются углы увода, как в шинах колес транспортного средства, так и в шинах навесного орудия. При этом, реализация способа учитывает факт серийного исполнения движителя колесного транспортного средства, чему соответствует стабильное соотношение углов увода шин передних и задних колес, определяющих характер поведения транспортного средства на наклонной опорной поверхности по принципу «недостаточной поворачиваемости», то есть постоянно проявляется тенденция к его смещению вниз по склону (l_нед.п.) (фиг. 1).

При агрегатировании с навесным орудием совокупный колесный движитель может проявлять себя в двух функциональных вариантах. Вариант первый - после выхода колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, на технологическую траекторию для движения поперек склона, совокупный колесный движитель начинает осуществлять самопроизвольный поворот вниз по склону (вниз от заданной технологической траектории), то есть углы увода пневматических колес навесного орудия меньше угла увода эквивалентного колеса, расположенного в центре масс транспортного средства, с радиусом и центром поворота, которые определяются посредством функций углов увода пневматических колес серийного движителя. В этом случае центр поворота совокупного колесного движителя находится ниже по склону относительно технологической траектории - курсовая устойчивость «неудовлетворительная». Процесс стабилизации курсовой устойчивости начинают в момент смещения колесного транспортного средства 1 с навесным орудием 2 от технологической траектории, когда глобальная навигационная спутниковая система 3 подает сигнал на контроллер 4 системы управления транспортным средством 1 о направлении его смещения вниз. В свою очередь, в соответствии с сигналом от датчика 5 угла наклона опорной поверхности, контроллер 4 задает режим работы дефлятора 6, соответствующий смещению вниз от технологической траектории, для стравливания воздуха из колес навесного орудия 2 до момента, когда их внутришинное давление устанавливается адекватно углу наклонной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства 1, обеспечивающей соотношение углов увода совокупного движителя для движения по принципу «излишней поворачиваемости» (фиг. 2). Таким образом, осуществляют поворот транспортного средства 1 с навесным орудием 2 вверх по склону и компенсируют поперечное смещение вниз, вызванное разрушением грунта в пятнах контакта с опорной поверхностью, чем стабилизируется прямолинейная траектория. При этом, в связи с отсутствием динамических и геометрических факторов, определяющих движение транспортного средства 1 с навесным орудием 2 по принципу «недостаточной поворачиваемости», будет полностью отсутствовать его смещение вниз по склону, задаваемое соответствующими углами увода (l_ск= l_изл.п.) (фиг. 1).

Вариант второй - после выхода колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, на технологическую траекторию для движения поперек склона, совокупный колесный движитель начинает осуществлять «самопроизвольный» поворот вверх по склону (вверх от заданной технологической траектории), то есть углы увода пневматических колес навесного орудия больше угла увода эквивалентного колеса, расположенного в центре масс транспортного средства, с радиусом и центром поворота, которые определяются посредством функций углов увода пневматических колес серийного движителя. В этом случае центр поворота совокупного колесного движителя находится выше по склону относительно технологической траектории - курсовая устойчивость «неудовлетворительная», поскольку внутришинное давление до момента выхода на технологическую траекторию не устанавливалось адекватно углу наклонной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес, в связи с чем и адекватная компенсация поперечного смещения вниз, вызванного разрушением грунта в пятнах контакта с опорной поверхностью, посредством «самопроизвольного» поворота - маловероятна, как и, вследствие этого, маловероятно устойчивое движение транспортного средства с навесным орудием по заданной технологической траектории. Процесс стабилизации курсовой устойчивости начинают в момент смещения колесного транспортного средства 1 с навесным орудием 2 от технологической траектории, когда глобальная навигационная спутниковая система подает сигнал на контроллер 4 системы управления транспортным средством 1 о направлении его смещения (вверх). В свою очередь, в соответствии с сигналом от датчика 5 угла наклона опорной поверхности контроллер 4 задает режим работы компрессора 7 для закачки воздуха в шины колес навесного орудия 2, соответствующий смещению вверх от технологической траектории, до момента, когда внутришинное давление устанавливается адекватно углу наклонной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства 1, обеспечивающей соотношение углов увода совокупного движителя для движения по принципу «недостаточной поворачиваемости». Таким образом осуществляют поворот транспортного средства 1 с навесным орудием 2 вниз по склону (траектория 3) и компенсируют поперечное смещение вверх (не регламентированный «выброс» из технологического коридора).

Транспортное средство 1 с навесным орудием 2 будет находиться в режиме движения по принципу «недостаточной поворачиваемости» до пересечения с заданной технологической траекторией. При дальнейшем движении вниз глобальная навигационная спутниковая система 3 подает сигнал на контроллер 4 системы управления транспортным средством 1 о смене направлении его смещения относительно заданной траектории. Далее процесс стабилизации начинает развиваться по первому варианту, когда внутришинное давление колес навесного орудия 2 устанавливают адекватно углу наклонной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства 1, обеспечивающей соотношение углов увода совокупного движителя для движения по принципу «излишней поворачиваемости». Таким образом, опять осуществляют поворот вверх по склону и компенсируют поперечное смещение вниз, вызванное разрушением грунта в пятнах контакта с опорной поверхностью что стабилизирует положение транспортного средства 1 с навесным орудием 2 при движении по заданной технологической траектории на наклонной опорной поверхности. При этом, «рыскание машины» предотвращается за два технологических хода «вверх - вниз».

При выезде транспортного средства 1 с навесным орудием 2 на горизонтальный участок опорной поверхности контроллер 4 системы управления обеспечивает автоматический режим возврата внутришинного давления за счет работы компрессора 7 в колесах навесного орудия к нормативно-техническим значениям (фиг. 2).

Улучшение эксплуатационной технологичности колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованным пневматическими колесами, достигают посредством компенсации смещения относительно заданной технологической траектории при движении поперек склона, вследствие чего улучшается его курсовая устойчивость и стабилизируется положение на наклонной опорной поверхности при выполнении технологических операций.

Заявляемый способ позволяет оператору транспортного средства при сохранении удовлетворительной курсовой устойчивости и снижении риска его опрокидывания работать поперек склонов с углами опорной поверхности в пределах критических значений для потери поперечной устойчивости «по опрокидыванию», при этом выполнять технологические операции на уровне производительности труда, соизмеримым с условиями горизонтальных поверхностей, без перехода в состояние недопустимой утомляемости.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению. Способ стабилизации положения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием включает поворот колесного транспортного средства с навесным орудием в сторону, противоположную его смещению от заданной технологической траектории, за счет изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия посредством автоматического регулирования внутришинного давления адекватно углу наклона опорной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства. Пропорция устанавливается в зависимости от направления смещения относительно заданной технологической траектории, определяемого посредством глобальной навигационной спутниковой системы. Достигается улучшение курсовой устойчивости и стабилизация положения колесного транспортного средства с навесным орудием на наклонной опорной поверхности при выполнении технологических операций. 2 ил.

Способ стабилизации положения на наклонной опорной поверхности движущегося колесного транспортного средства с навесным орудием, оборудованного пневматическими колесами, характеризующийся тем, что включает поворот колесного транспортного средства с навесным орудием в сторону, противоположную его смещению от заданной технологической траектории, за счет изменения величины углов увода пневматических колес навесного орудия посредством автоматического регулирования внутришинного давления адекватно углу наклона опорной поверхности в пропорции к внутришинному давлению передних и задних колес транспортного средства, при этом пропорция устанавливается в зависимости от направления смещения относительно заданной технологической траектории, определяемого посредством глобальной навигационной спутниковой системы.