Устройство для регулирования сцепного веса тяговой машины

(51)60 41/00 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЦЕПНОГО ВЕСА ТЯГОВОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Жадик Павел Васильевич Геращенко Василий Васильевич Миронов Константин Данилович Башаримова Валентина Николаевна(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) Устройство для регулирования сцепного веса тяговой машины, содержащее первый датчик частоты вращения, установленный на ведущем колесе тяговой машины, второй датчик частоты вращения, установленный на ведомом колесе тяговой машины, первый и второй фильтры определения среднего значения частот вращения колес, первый и второй блоки определения среднеквадратического отклонения частот вращения колес, при этом фильтры и блоки входами подключены параллельно к выходам соответствующих датчиков частот вращения колес, первый и второй сумматоры, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с инвертирующим включением, при этом первый сумматор подключен первым входом к выходу первого фильтра определения среднего значения частоты вращения ведущего колеса, вторым входом - к выходу первого блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведущего колеса, а второй сумматор подключен первым входом к выходу второго фильтра определения среднего значения частоты вращения ведомого колеса, вторым входом - к выходу второго блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведомого колеса, делитель, выполненный в виде делителя напряжения на двух последовательно соединенных резисторах с коэффициентом деления по напряжению, равным разности между единицей и значением 7587 1 2005.12.30 оптимального коэффициента буксования, и входом подключенный к выходу первого сумматора, элемент сравнения, выполненный в виде последовательно соединенных вычитающего операционного усилителя и инвертирующего триггера Шмитта, при этом инвертирующий вход вычитающего операционного усилителя подключен к выходу делителя,неинвертирующий - к выходу второго сумматора, первый и второй усилители, выполненные в виде повторителей напряжения на операционных усилителях, входы которых подключены к выходу триггера Шмитта, первый и второй диоды, включенные соответственно в прямом и обратном направлениях, отличающееся тем, что содержит кронштейн,центральную тягу, которая передним своим концом упирается в кронштейн, а задним концом соединена посредством первой оси с орудием, гидросистему, включающую в себя гидрораспределитель, гидроцилиндр с поршнем и штоком, при этом шток гидроцилиндра соединен посредством второй оси с передним концом центральной тяги, механизм навески, при этом кронштейн выполнен с прорезью по дуге окружности радиусом, равным длине центральной тяги относительно оси соединения ее с орудием, гидрораспределитель выполнен электроуправляемым и снабжен двумя электромагнитами, при этом выходы повторителей напряжения подключены соответственно к обмоткам первого и второго электромагнитов золотника через включенные соответственно в прямом и обратном направлениях первый и второй диоды. Изобретение относится к тяговым машинам, в частности к устройствам для автоматического регулирования сцепного веса трактора в зависимости от буксования. Известно устройство для регулирования сцепного веса трактора, содержащее догружатель ведущих колес, включающий в себя кронштейн с отверстиями, центральную тягу,механизм навески 1. Недостатком известного устройства является то, что его применение обеспечивает недостаточный выигрыш в улучшении топливной экономичности машины. Объясняется это тем, что в процессе работы машины из-за непрерывного изменения плотности грунта изменяется сопротивление движению (фиг. 1), буксование машины также непрерывно меняется, в то время как установка центральной тяги с помощью кронштейна с отверстиями является строго заранее фиксирована на определенную величину буксования. Поэтому данному текущему значению буксования может не соответствовать заранее фиксированное положение центральной тяги, и корректировка положения навесного орудия не происходит, тяговая машина работает с неоптимальным буксованием, топливная экономичность ухудшается. Известно устройство для регулирования сцепного веса трактора, содержащее гидроувеличитель сцепного веса, включающий центральную тягу, пружинный датчик, золотник, гильзу, клапаны, гидроцилиндр, гидроаккумулятор, навесную систему 2. Недостатком известного устройства является то, что его применение обеспечивает недостаточный выигрыш в топливной экономичности. Объясняется это тем, что управляющий сигнал на увеличение или уменьшение сцепного веса формируется при наличии изменения глубины обработки почвы, то есть управляющий сигнал появляется только при отклонении глубины обработки почвы от заданной оптимальной величины, определяемой для достижения высокого урожая. Так, если глубина обработки почвы увеличится, возрастает тяговое сопротивление орудия, а следовательно, и усилие на центральной тяге, что вызовет деформацию пружин датчика, усилие от деформации пружин передается по тяге золотнику, перемещая его в одну из сторон относительно гильзы, золотник перекрывает канал управления, масло от насоса через обратные клапаны направляется в гидроцилиндр,происходит подъем навесной машины, уменьшается глубина обработки почвы, далее с помощью обратной связи уменьшается натяжение пружин датчика, силовая тяга устанав 2 7587 1 2005.12.30 ливает золотник опять в нейтральное положение. Аналогично работа известного устройства происходит при уменьшении глубины обработки почвы, только при этом происходит заглубление рабочих органов навесной машины. Однако тяговое усилие меняется при работе не только от глубины обработки почвы, но и при изменении состава почвы. Буксование поэтому может быть разной величины при одной и той же глубине обработки почвы. Поэтому данному текущему значению буксования в устройстве может не соответствовать положение центральной тяги, что вызывает ухудшение топливной экономичности машины. Возникает необходимость в создании устройства для улучшения топливной экономичности машины, в котором регулирование сцепного веса происходило бы непосредственно от величины буксования. Известно транспортное средство, содержащее дизель, топливный насос, первый датчик частоты вращения, установленный на ведущем колесе транспортного средства, второй датчик частоты вращения, установленный на ведомом колесе транспортного средства, соленоид с первой и второй обмотками и подвижным сердечником, соединенным с рейкой топливного насоса дизеля, элемент сравнения, первый и второй усилители и первый и второй диоды, первый и второй фильтры определения среднего значения частот вращения колес, первый и второй блоки определения среднеквадратического отклонения частот вращения колес, при этом фильтры и блоки входами подключены параллельно к выходам соответствующих датчиков частот вращения колес, первый и второй сумматоры, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с инвертирующим включением, при этом первый сумматор подключен первым входом к выходу первого фильтра определения среднего значения частоты вращения ведущего колеса, вторым входом - к выходу первого блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведущего колеса, второй сумматор подключен первым входом к выходу второго фильтра определения среднего значения частоты вращения ведомого колеса, вторым входом - к выходу второго блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведомого колеса, делитель выполнен в виде делителя напряжения на двух последовательно соединенных резисторах с коэффициентом деления по напряжению, равным разности между единицей и значением оптимального коэффициента буксования, и входом подключен к выходу первого сумматора, элемент сравнения выполнен в виде последовательно соединенных вычитающего операционного усилителя и инвертирующего триггера Шмитта, при этом инвертирующий вход вычитающего операционного усилителя подключен к выходу делителя,неинвертирующий - к выходу второго сумматора, первый и второй усилители выполнены в виде повторителей напряжения на операционных усилителях, входы которых подключены к выходу триггера Шмитта, а выходы - соответственно к первой и второй обмоткам соленоида через включенные соответственно в прямом и обратном направлениях первый и второй диоды 3. Недостатком известного транспортного средства являются его ограниченные возможности. Объясняется это тем, что улучшение топливной экономичности в нем происходит с изменением подачи топлива в цилиндры дизеля транспортной машины, при формировании управляющих сигналов не учитывается влияние на величину буксования агрегатируемого орудия. Учет этого влияния обеспечит улучшение топливной экономичности машины. Задачей изобретения является улучшение топливной экономичности путем регулирования сцепного веса в зависимости от буксования и обеспечение возможности получения высокой урожайности путем сохранения заданной глубины обработки почвы в процессе этого регулирования. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для регулирования сцепного веса тяговой машины, содержащее первый датчик частоты вращения, установленный на ведущем колесе тяговой машины, второй датчик частоты вращения, установленный на 3 7587 1 2005.12.30 ведомом колесе тяговой машины, первый и второй фильтры определения среднего значения частот вращения колес, первый и второй блоки определения среднеквадратического отклонения частот вращения колес, при этом фильтры и блоки входами подключены параллельно к выходам соответствующих датчиков частот вращения колес, первый и второй сумматоры, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с инвертирующим включением, при этом первый сумматор подключен первым входом к выходу первого фильтра определения среднего значения частот вращения ведущего колеса, вторым входом - к выходу первого блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведущего колеса, а второй сумматор подключен первым входом к выходу второго фильтра определения среднего значения частоты вращения ведомого колеса, вторым входом - к выходу второго блока определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведомого колеса, делитель, выполненный в виде делителя напряжения на двух последовательно соединенных резисторах с коэффициентом деления по напряжению, равным разности между единицей и значением оптимального коэффициента буксования, и входом подключенный к выходу первого сумматора, элемент сравнения, выполненный в виде последовательно соединенных вычитающего операционного усилителя и инвертирующего триггера Шмитта, при этом инвертирующий вход вычитающего операционного усилителя подключен к выходу делителя, неинвертирующий - к выходу второго сумматора, первый и второй усилители, выполненные в виде повторителей напряжения на операционных усилителях, входы которых подключены к выходу триггера Шмитта, первый и второй диоды, включенные соответственно в прямом и обратном направлениях, согласно изобретению содержит кронштейн, центральную тягу, которая передним своим концом упирается в кронштейн, а задним концом соединена посредством первой оси с орудием,гидросистему, включающую в себя гидрораспределитель, гидроцилиндр с поршнем и штоком, при этом шток гидроцилиндра соединен посредством второй оси с передним концом центральной тяги, механизм навески, при этом кронштейн выполнен с прорезью по дуге окружности радиусом, равным длине центральной тяги относительно оси соединения ее с орудием, гидрораспределитель выполнен электроуправляемым и снабжен двумя электромагнитами, при этом выходы повторителей напряжения подключены соответственно к обмоткам первого и второго электромагнитов золотника через включенные соответственно в прямом и обратном направлениях первый и второй диоды. На фиг. 1 изображен график изменения сопротивления движению в процессе работы машины на фиг. 2 изображена зависимость касательной силы тяги от коэффициента буксования машины на фиг. 3 изображена общая схема устройства для регулирования сцепного веса тяговой машины на фиг. 4 приведена передаточная характеристика триггера Шмитта. Устройство для регулирования сцепного веса тяговой машины содержит (фиг. 3) кронштейн 1, центральную тягу 2, передним своим концом 3 упирающуюся в кронштейн 1, а задним концом 4 посредством первой оси 5 соединенную с орудием 6, при этом кронштейн 1 выполнен с прорезью 7 по дуге окружности радиусом, равным длине центральной тяги относительно оси 5 соединения ее с орудием 6, гидрораспределитель 8, выполненный электроуправляемым и снабженным первым 9 и вторым 10 электромагнитами, гидросистему 11, гидроцилиндр 12 с поршнем и штоком, при этом шток гидроцилиндра 12 посредством второй оси 13 соединен с передним концом 3 центральной тяги 2, механизм навески 14, первый 15 датчик частоты вращения, установленный на ведущем колесе тяговой машины, второй 16 датчик частоты вращения, установленный на ведомом колесе тяговой машины, первый 17 и второй 18 фильтры определения средних значений частот вращения колес, первый 19 и второй 20 блоки определения среднеквадратического отклонения частот вращения колес, при этом фильтры 17, 18 и блоки 19, 20 входами подключены параллельно к выходам соответствующих датчиков 15 и 16 частот вращения колес, первый 21 и 4 7587 1 2005.12.30 второй 22 сумматоры, каждый из которых выполнен на операционном усилителе с инвертирующим включением, при этом первый сумматор 21 подключен первым входом 23 к выходу первого фильтра 17 определения среднего значения частоты вращения ведущего колеса, вторым входом 24 - к выходу первого блока 19 определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведущего колеса, второй сумматор 22 подключен первым входом 25 к выходу второго фильтра 18 определения среднего значения частоты вращения ведомого колеса, вторым входом 26 - к выходу блока 20 определения среднеквадратического отклонения частоты вращения ведомого колеса, делитель 27, выполненный в виде делителя напряжения, и собранный на двух последовательно соединенных резисторах 28 и 29 с коэффициентом деления по напряжению, равным разности между единицей и значением оптимального коэффициента буксования, и входом подключенный к выходу первого сумматора 21, элемент сравнения 30, выполненный в виде последовательно соединенных вычитающего операционного усилителя 31 и инвертирующего триггера Шмитта 32, при этом инвертирующий вход вычитающего операционного усилителя 31 подключен к выходу делителя 27, неинвертирующий - к выходу второго сумматора 22,первый и второй усилители, выполненные в виде повторителей напряжения 33, 34 на операционных усилителях, входы которых подключены к выходу триггера Шмитта 32, а выходы - соответственно к обмоткам первого 9 и второго 10 электромагнитов через включенные соответственно в прямом и обратном направлениях первый 35 и второй 36 диоды. Датчики частоты вращения 15, 16 имеют импульсные преобразователи 37, 38. Каждый датчик содержит дифференцирующую цепь 39, состоящую из двух резисторов 40, 41 и конденсатора 42, диод 43, сглаживающую цепь 44, состоящую из резистора 45 и конденсатора 46, резистор 47 нагрузки. Каждый фильтр определения средних значений частот вращения колес имеет свой резистор 48, 49, конденсатор 50, 51. Каждый блок определения среднеквадратического отклонения частоты вращения колес состоит из трех резисторов 52, 53, 54, диода 55 и двух конденсаторов 56, 57. Каждый из сумматоров состоит из операционного усилителя 58, резисторов 59, 60, 61, 62. Вычитающий операционный усилитель 31 состоит из операционного усилителя 63, резисторов 64, 65, сопротивления которых равны между собой, резисторов 66, 67, сопротивления которых также равны между собой. Инвертирующий триггер Шмитта 32 выполнен на операционном усилителе 68 и резисторах 69, 70. Устройство для регулирования сцепного веса тяговой машины работает следующим образом. При наличии буксования машины ведущее колесо вращается с большей частотой, чем ведомое колесо. На выходе датчиков 15 и 16 частот вращения колес машины появляются соответствующие сигналы. На выходах фильтров 17 и 18 формируются средние значения частот вращения колес. На выходах блоков 19 и 20 формируются среднеквадратические отклонения частот вращения колес. На выходах сумматоров 21 и 22 формируются суммы средних значений и среднеквадратических отклонений частот вращения колес машины. На выходе делителя 27 формируется сигнал, пропорциональный разности между единицей и значением оптимального коэффициента буксования машины. В исходном состоянии перед включением устройства передний конец центральной тяги 2 занимает среднее положение в прорези 7 кронштейна 1. При работе тяговой машины с буксованием 2 напряжение на выходе операционного вычитающего усилителя 31 отрицательно, и в соответствии с передаточной характеристикой триггера 32 Шмитта (фиг. 4) на выходе последнего устанавливается положительное напряжение ВЫХМАКС. Электромагнит 9 срабатывает, шток гидроцилиндра 12 перемещается вверх, передний конец 3 центральной тяги 2 также перемещается в прорези 7 кронштейна 1 в верхнее положение. Происходит разгружение ведущих колес. 5 7587 1 2005.12.30 С повышением буксования и достижении им значения 2 напряжение на входе вычитающего операционного усилителя 31 становится положительным. В соответствии с передаточной характеристикой триггера 32 Шмитта (фиг. 4) на его выходе устанавливается отрицательное напряжение ВЫХ.МИН, электромагнит 10 срабатывает, шток гидроцилиндра 12 перемещается вниз, передний конец 3 центральной тяги 2 также перемещается в прорези 7 кронштейна 1 в нижнее положение. Происходит догружение ведущих колес трактора посредством механизма навески 14 за счет использования силы , действующей вдоль центральной тяги 2, прижимающей заднюю ось трактора к земле и создающей дополнительную нагрузку на ведущие колеса, увеличивая их сцепление с почвой. Буксование снижается, расход топлива снижается, производительность увеличивается. При достижении буксованием значения, равного 1, напряжение на выходе операционного вычитающего усилителя 31 становится отрицательным, что опять приводит к срабатыванию электромагнита 9. Шток гидроцилиндра 12 перемещается вверх, передний конец 3 центральной тяги 2 также перемещается в прорези 7 кронштейна 1 в верхнее положение. Догружение ведущих колес трактора силой, действующей вдоль центральной тяги 2, снимается. Таким образом, устройством автоматически поддерживается буксование машины в пределах заданных значений. Применением предлагаемого устройства обеспечивается получение экономического эффекта за счет улучшения топливной экономичности машин и повышения их производительности. Источники информации 1. Деминцев С.И. Тракторы Т-40 и 40. - . Высшая школа, 1972. - С. 173, рисунок 90. 2. Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82. - М. Колос,1975 / И.П. Ксеневич, С.Л. Кустанович,П.Н. Степанюк, П.Г. Хиловец, Б.Н. Готовцев. - С. 161-170. 3. Патент РБ 3101, В 60 К 41/00. Транспортное средство / В.В. Геращенко, П.В. Жадик,А.В. Жадик, А.Г. Пархоменко, В.Ф. Быков, 1999. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.