Сільськогосподарський комбайн

Реферат: Сільськогосподарський комбайн містить основний силовий агрегат (агрегат), який має номінальну основну вихідну потужність, причому зазначений основний силовий агрегат являє собою основний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Також комбайн містить допоміжний силовий агрегат, який є механічно незалежним від зазначеного основного силового агрегата. Причому зазначений допоміжний силовий агрегат може зчіплюватися з зовнішнім навантаженням. Також комбайн містить принаймні одну електричну процесорну схему, призначену для вибіркового зчеплення зазначеного допоміжного силового апарата з зазначеним зовнішнім навантаженням. Зазначений допоміжний силовий агрегат являє собою допоміжний ДВЗ і має номінальну допоміжну вихідну потужність, яка є меншою, ніж зазначена номінальна основна вихідна потужність. Причому основний силовий агрегат може зчіплюватися принаймні з одним основним навантаженням, яке включає навантаження трансмісії, що приводиться зазначеною основною силовою передачею, а також містить безступінчасту трансмісію (БТ). UA 100365 C2 (12) UA 100365 C2 UA 100365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до сільськогосподарського комбайну. Робоча машина, така, як будівельна робоча машина, сільськогосподарська робоча машина або лісогосподарська робоча машина, зазвичай містить силовий агрегат у вигляді двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ). ДВЗ може бути у вигляді двигуна із запаленням при стисненні (тобто, дизель) або двигуна з іскровим запаленням (тобто, бензиновий двигун). Для більшості важких робочих машин силовий агрегат має вигляд дизеля, який має кращі характеристики при перевантаженні двигуна, тягові характеристики й характеристики крутного моменту для пов'язаних робочих операцій. Ступінчаста реакція ДВЗ на навантаження у перехідному режимі після динамічного навантаження є характеристикою, вплив на яку справляють здебільшого робочий об'єм циліндрів двигуна, комплектуюче обладнання двигуна (наприклад, чи має він стандартний турбонагнітач, турбонагнітач з перепускним клапаном або зі змінюваною геометрією лопатей тощо) й стратегія програмного забезпечення для виконавчих механізмів подачі повітря й палива (наприклад, рециркуляція відпрацьованих газів, турбонагнітач з турбіною зі змінюваною геометрією (ТЗГ), конструктивне виконання паливної форсунки тощо) на виконання вимог законодавства, що регулює викиди (наприклад, видимий дим, оксиди азоту (NO2) тощо), щодо шуму або вібрацій. Динамічне навантаження може бути результатом навантаження, пов'язаного з силовою передачею (наприклад, навісне устаткування, що тягнеться ззаду робочої машини), або зовнішнього навантаження (тобто, навантаження, не пов'язаного з силовою передачею). Зовнішні навантаження можна класифікувати як такі, що включають як паразитні, так й допоміжні навантаження. Паразитні навантаження - це навантаження, не пов'язані із силовою передачею, що прикладаються до двигуна при нормальній роботі робочої машини без втручання водія (наприклад, охолоджуючий вентилятор двигуна, помпа контуру охолодження робочої рідини тощо). Допоміжні навантаження - це навантаження, не пов'язані із силовою передачею, що прикладаються до двигуна через вибіркове втручання водія (наприклад, допоміжне гідравлічне навантаження, таке, як вивантажний шнек на комбайні, фронтальний навантажувач, навісне обладнання зворотної лопати тощо). При прикладанні перехідного навантаження системи двигунів у цілому реагують лінійно. Спочатку навантаження прикладається до приводного вала ДВЗ. При збільшенні навантаження швидкість ДВЗ зменшується. На падіння швидкості двигуна справляє вплив те, чи є регулятор ізохронним або має падіння числа обертів. Потік повітря збільшується для забезпечення додаткового повітря в ДВЗ шляхом внесення змін до пневматичного виконавчого механізму. Для досягнення нової уставки потоку повітря необхідна видержка часу. Кількість впорскування палива, яка є майже безпосередньою, збільшується відносно як до границі диму, так й до максимальної допустимої кількості палива. Потім двигун відновлюється до уставки частоти обертання двигуна. Параметри, пов'язані зі ступінчастою реакцією двигуна на навантаження у перехідному режимі після динамічного навантаження, - це падіння швидкості й час до відновлення до уставки двигуна. ДВЗ може зчіплюватися з безступінчастою трансмісією (БТ), яка забезпечую плавну зміну вихідної швидкості від 0 до максимуму безступінчастим чином. БТ зазвичай включає гідростатичні й механічні компоненти зубчастої передачі. Гідростатичні компоненти перетворюють енергію обертового вала у гідравлічний потік і навпаки. Потік потужності через БТ може відбуватися лише через гідростатичні компоненти, лише через механічні компоненти або через сполучення обох залежно від конструкції і вихідної швидкості. Робоча машина, що містить ДВЗ, зчеплений з БТ, може проявляти проблеми, які необхідно вирішити двома шляхами. По-перше, раптові навантаження на силову передачу або гідравлічні функції транспортного засобу викликають зниження частоти обертання двигуна. Час реакції, щоб змінити передаточне число БТ для зменшення навантаження на двигун, є повільнішим, ніж необхідний для того, щоб запобігти суттєвому зниженню частоти обертання двигуна й іноді заглушування. По-друге, коли до ДВЗ прикладається зовнішнє навантаження, таке, як при заповненні ковша фронтального навантажувача на транспортному засобі із БТ, водій може видати команду на швидкість транспортного засобу, яка є суттєво більшою, ніж можна очікувати від ДВЗ. В таких умовах вихідні крутний момент і частота обертання БТ можуть призвести до надмірного пробуксовування коліс й інших небажаних характеристик. Так само, якщо активоване зовнішнє навантаження від іншої зовнішньої до трансмісії функції, наприклад, гідравлічні функції, зовнішнє навантаження у сполученні з вихідною здатністю трансмісії може привести двигун у стан перевантаження. Упродовж наступного десятиріччя потреба у кращих експлуатаційних характеристиках й економії палива для робочих машин значно зросте. Ця проблема ускладнюватиметься впровадженням пристроїв для зменшення викидів. За очікуваннями, збільшення розмірів і 1 UA 100365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підвищення продуктивності робочих машин призведуть до потреби у потужності, що перевищуватиме потужність, наявну від економічних простих двигунів внутрішнього згоряння. Це обумовлюватиме розробку транспортних засобів із дуже великими, важкими й дорогими промисловими двигунами. Складність і вартість цих двигунів можуть стати перепоною і згорнути впровадження техніки більшої потужності. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є використання гібридної технології - електричний двигун - ДВЗ - з акумулятором для доповнення двигуна внутрішнього згоряння форсуванням електричною потужністю (описане, наприклад, у документах WO 2007/043924 А1, ЕР 1 219 751 А1, ЕР 1 126 086 А1, ЕР 1 571 352 А1, WO 2006/055978 А1, US 2002/0056993 А1). За очікування, це рішення є ефективним, але форсування електричною потужністю можливе лише упродовж відносно коротких періодів часу. Час форсування електричною потужністю залежить від розміру акумуляторної батареї. Акумуляторні батареї із достатньою ємністю для забезпечення сталих рівнів форсування електричною потужністю обов'язково будуть великими, важкими й дорогими, що обмежуватиме їх практичне застосування. Ще однією перевагою гібридів з акумуляторним форсуванням є можливість експлуатувати електричні приводи з виключеним ДВЗ. Наприклад, системи опалення, вентиляції і кондиціювання повітря, фари, повітряні компресори, охолоджувальні вентилятори, системи вивантаження зернових бункерів тощо можна було б експлуатувати без потреби в запуску ДВЗ. Тривалість часу, упродовж якого ці приводи можуть працювати при виключеному двигуні, зновтаки обмежується розміром акумуляторної батареї. Акумуляторні батареї, достатньо великі для виконання значної роботи упродовж тривалого часу при виключеному двигуні можуть бути занадто великими, важкими й дорогими, щоб знайти практичне застосування. Документ US 7 013 646 В1 описує допоміжну силову систему для автомобільного транспортного засобу, який містить основний двигун та допоміжний двигун, який приводить гідравлічну помпу у тому випадку, коли основний двигун не працює. Помпа приводить гідравлічний мотор, який приводить допоміжну систему ременів. Документ JP 2004 242558 А1 описує комбайн, в якому генератор приводиться двигун. Генератор підключений за допомогою електричного з'єднання до мотора, який приводить компонент для збирання сільськогосподарських культур та привідний компонент, що наявні у комбайні. Отже, є потреба у робочій машині, яка забезпечує сталу, підвищену здатність у частині потужності з багатьма перевагами гібридних приводів (електричний двигун - ДВЗ) ще й досі з дотриманням все більш жорсткіших вимог щодо викидів. Сільськогосподарський комбайн містить основний силовий агрегат, який має номінальну основну вихідну потужність, причому зазначений основний силовий агрегат являє собою основний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Допоміжний силовий агрегат, який є механічно незалежним від зазначеного основного силового агрегата, зазначений допоміжний силовий агрегат може зчіплюватися з зовнішнім навантаженням, а також принаймні одною електричною процесорною схемою, передбаченою для вибіркового зчеплення зазначеного допоміжного силового агрегата з зовнішнім навантаженням, електричною процесорною схемою, яка містить блок керування транспортним засобом (БКТЗ), який керує роботою допоміжного силового навантаження, причому зазначене зовнішнє навантаження відповідає паразитному навантаженню й допоміжному навантаженню, причому зазначене паразитне навантаження являє собою не пов'язане з силовою передачею навантаження без втручання оператора, а зазначене допоміжне навантаження являє собою не пов'язане з силовою передачею навантаження з втручанням оператора і відповідає принаймні одному з наступного: система нагріву і кондиціювання повітря, привід мотовила, привід решітного стану очистки, повітряний компресор для функції очистки, система освітлення транспортного засобу, система вивантаження чистого зерна, привід очисного вентилятора, привід різального апарата/шнека, розкидач полови, елеватор чистого зерна, розетка допоміжної електричної енергії і гідравлічне навантаження, прикладене до зазначеного допоміжного силового агрегата. Зазначений допоміжний силовий агрегат являє собою допоміжний ДВЗ і має номінальну допоміжну вихідну потужність, яка є меншою, ніж зазначена номінальна основна вихідна потужність, основний силовий агрегат може зчіплюватися принаймні з одним основним навантаженням, яке включає навантаження трансмісії, що приводиться зазначеною основною силовою передачею, а також містить безступінчасту трансмісію (БТ) і зазначена електрична процесорна схема конструктивно виконана для вибіркового зчеплення зазначеного основного силового агрегата принаймні з зазначеним основним навантаженням та містить блок керування трансмісією (БКТ), причому зазначений БКТ керує роботою зазначеної трансмісії. 2 UA 100365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фіг. 1 являє собою схематичну ілюстрацію одного варіанту здійснення пропонованої робочої машини. Фіг. 2А й 2В являють собою схематичну ілюстрацію одного конкретного варіанту здійснення пропонованої робочої машини у вигляді сільськогосподарського комбайна. Фіг. 1 являє собою схематичну ілюстрацію одного варіанту здійснення пропонованої робочої машини 10. Робоча машина 10 є сільськогосподарською робочою машиною у вигляді сільськогосподарського комбайна John Deere. Робоча машина 10 містить основний силовий агрегат у вигляді основного ДВЗ 12 і допоміжний силовий агрегат у вигляді допоміжного ДВЗ 14. Основний ДВЗ 12 має основну силову передачу, яка типово включає вихідний колінчастий вал 16 з номінальною основною вихідною потужністю, який приводить одне або кілька основних навантажень 18. Основне (основні) навантаження включають навантаження трансмісії для вибіркового просування робочої машини 10 по землі. Для цього безступінчаста трансмісія (БТ) 20 у вигляді гідростатичної (гідрооб'ємної) трансмісії може вибірково зчіплятися/розчіплятися з колінчастим валом 16 і подає рушійну силу на одне або кілька ведучих коліс 22. Звичайно, зрозуміло, що у випадку гусеничного робочого транспортного засобу колінчастий вал 16 може зчіплятися з гусеницею, що зачіпляється із землею. Допоміжний ДВЗ 14 є механічно незалежним від основного ДВЗ 12. Допоміжний ДВЗ 14 має допоміжну силову передачу, яка типово включає вихідний колінчастий вал 24 з номінальною допоміжною вихідною потужністю, яка менша, ніж номінальна основна вихідна потужність ДВЗ 12. У показаному варіанті здійснення основний ДВЗ 12 приймається як 13,5 л двигун з номінальною вихідною потужністю 425 кВт, а допоміжний ДВЗ 14 приймається як 2,4 л двигун з номінальною вихідною потужністю 56 кВт. Допоміжний ДВЗ 14 приводить одне або більше зовнішніх навантажень 26, які включають одне або більше допоміжних навантажень 28 і можуть включати одне або більше паразитних навантажень 30. Допоміжні навантаження 28 - це не пов'язані із силовою передачею гідравлічні або електричні навантаження, що прикладаються до ДВЗ 14 через вибіркове втручання оператора (наприклад, допоміжне гідравлічне навантаження, таке, як вивантажний шнек на комбайні, фронтальний навантажувач, навісне обладнання зворотної лопати тощо). Паразитні навантаження 30 - це навантаження, не пов'язані із силовою передачею, що прикладаються до ДВЗ 14при нормальній роботі робочої машини без втручання оператора (наприклад, охолоджуючий вентилятор двигуна з електричним приводом, пов'язаний з основним ДВЗ 12 тощо). Основний ДВЗ 12 і допоміжний ДВЗ 14 кожен в проілюстрованому варіанті здійснення приймається дизелем, хоча могли б бути й бензиновим двигуном, пропановим двигуном тощо. Розмір і конструктивне виконання ДВЗ 12 й 14 залежить від застосування, але ДВЗ 14 приймається таким, що має номінальну вихідну потужність меншу, ніж номінальна вихідна потужність від ДВЗ 12. Перший блок керування двигуном (БКД) 32 електронно керує роботою основного ДВЗ 12 і з'єднаний з кількома датчиками (конкретно не показаними), пов'язаними з роботою основного ДВЗ 12. Наприклад, БКД 32 може з'єднуватися з датчиком, який вказує параметри керування двигуна, такі, як витрата повітря в одному або більше впускних колекторах, частота обертання двигуна, витрата палива та/або установка випередження запалення, швидкість рециркуляції відпрацьованих газів (РВГ), положення лопатей турбонагнітача тощо. Крім того, БКД 32 може приймати вихідні сигнали з блока керування транспортним засобом (БКТЗ) 34, які представляють параметри керування двигуна, введені оператором, такі, як наказана швидкість пересування (вказана положенням важеля переключення передач і педалі газу та/або гідростату) або наказаний напрямок робочої машини 10 (вказаний кутовою орієнтацією кермового колеса). Аналогічним чином, другий БКД 36 електронно керує роботою допоміжного ДВЗ 14. БКД 36 працює подібно до БКД 32, описаного вище, й докладніше не описуватиметься. Зрозуміло, що для деяких випадків застосування БКД 32 й БКД 36 можуть об'єднуватися в один контролер. Блок керування трансмісією (БКТ) 38 електронно керує роботою безступінчастої трансмісії (БТ) 20 і типово з'єднаний з кількома датчиками (не показаними), пов'язаними з роботою БТ 20. БКД 32, БКТЗ 34, БКД 36 і БКТ 38 зв'язані між собою шинною структурою, яка забезпечує двосторонній потік даних, така, як шина 40 обчислювальної мережі контролера (ОМК). Хоча різні електроні компоненти, такі, як БКД 32, БКТЗ 34, БКД 36 і БКТ 38, показані з'єднаними з використанням дротових з'єднань, слід розуміти, що для певних випадків застосування можуть використовуватися й бездротові з'єднання. 3 UA 100365 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Далі докладніше описуватиметься показаний на фіг. 2А й 2В конкретний варіант здійснення пропонованої робочої машини 10 у вигляді сільськогосподарського комбайна. Основні навантаження, що приводяться основним ДВЗ 12, включають два типи навантажень, що приводяться силовою передачею, а саме: навантаження, пов'язані з гідростатичною трансмісією 20, і навантаження, пов'язані з системою молотильного апарата 42. Навантаження системи молотильного апарата - це навантаження силової передачі, пов'язані з одним або більше з наступного: платформна жниварка, хедер, корпус подавача, ротор, сепаратор і подрібнювач залишків. Зовнішні навантаження, що приводяться допоміжним ДВЗ 14, включають два типи не пов'язаних із силовою передачею гідравлічних або електричних навантажень, а саме: допоміжні навантаження, що керуються за командою оператора і паразитні навантаження - не за командою водія. У варіанті здійснення на фіг. 2 допоміжні навантаження 28 - це не пов'язані з силовою передачею навантаження, пов'язані з одним або більше з наступного: система вентиляції і кондиціювання повітря, привід мотовила, привід зерноочистки, повітряний компресор для функції очистки, система освітлення транспортного засобу, система вивантаження чистого зерна, привід очисного вентилятора, привід різального апарата/шнека, розкидач полови, елеватор чистого зерна й розетка допоміжної електричної енергії. Усі ці допоміжні навантаження 28 (за винятком системи освітлення й розетка допоміжної електричної енергії) показані як навантаження з електричним приводом, які живляться відповідними електричними двигунами (кожен позначений "М", але конкретно не пронумерований). Різні електричні двигуни М вибірково включаються за допомогою електронної схеми 44 (схематично показаної у вигляді блока), яка може містити БКТЗ 34, випрямляч і інвертор. Електронна схема 44 забезпечує електричні з'єднання допоміжного електричного двигуна/генератора 46 з електричним двигуном М, пов'язаним з вибраним допоміжним навантаженням 28. При подачі електричної потужності на одну або більше допоміжних навантажень 28 зрозуміло, що допоміжний електричний двигун/генератор 46 працює як електричний двигун/генератор з вихідною електричною потужністю. Допоміжні навантаження можуть включати ще й одне або більше ініційованих оператором гідравлічних навантажень, представлених гідравлічними помпами 47. У випадку, якщо допоміжний ДВЗ 14 не працює, а для тимчасового живлення одного або більше додаткових навантажень 28 потрібна електроенергія, електронною схемою 44 підключається ще й електрична акумуляторна батарея 48. Природно, для підвищення номінальної ємності (в ампер-годинах) можна електрично з'єднувати кілька акумуляторних батарей. Потужність з акумуляторної батареї 48 може прикладатися як потужність постійного струму або може перетворюватися й прикладатися як потужність перемінного струму. Зовнішні навантаження 26 можуть бути постійно підключеними до електронної схеми 44, допоміжного електричного двигуна/генератора 46 та/або акумуляторної батареї 48 або альтернативно можуть підключатися з використанням модульних з'єднувачів або вилок (наприклад, однієї або більше електричних розеток, показаних на фіг. 2А). Крім того, зовнішні навантаження 26 можуть приводитися з такою самою або іншою робочою частотою обертання, ніж частота обертання основного ДВЗ 12. Це дозволяє функціям зовнішніх навантажень мати іншу частоту обертання, ніж частота обертання функцій молотильного апарата й трансмісії, що може бути важливим для певних робочих умов, скажімо, важчий матеріал сільськогосподарської культури з наближенням сутінок тощо. Відповідно до іншого аспекту цього винаходу, основний ДВЗ 12 може з'єднуватися з основним електричним двигуном/генератором 50. Основний електричний двигун/генератор 50 і допоміжний електричний двигун/генератор 46 електрично з'єднані, як показано електричними силовими лініями 52. Це уможливлює інтелектуальне керування потужністю (ІКП) шляхом розподілу потреби в енергії між основним ДВЗ 12 і допоміжним ДВЗ 14. Електрична енергія може передаватися від основного електричного двигуна/генератора 50 в допоміжний електричний двигун/генератор 46 або навпаки, залежно від потреб в енергії, пов'язаних з основними навантаженнями 18 або зовнішніми навантаженнями 28. У варіанті здійснення, показаному й описаному вище, основний ДВЗ 12 безпосередньо приводить лише навантаження трансмісії і навантаження системи молотильного апарата. Допоміжний ДВЗ 14 приводить зовнішні навантаження 26, включаючи допоміжні навантаження 28 і паразитні навантаження 30. Однак, залежно від розміру й конструктивного виконання ДВЗ 12 й 14, може виявитися необхідним приводити принаймні деякі з допоміжних навантажень 28 та/або паразитних навантажень 30 за допомогою основного ДВЗ 12. У будь-якому випадку допоміжним ДВЗ 14 приводяться достатньо зовнішніх навантажень 26, так що під час роботи основний ДВЗ 12 не приводиться в стан перевантаження. 4 UA 100365 C2 Вище описаний переважний варіант здійснення, але зрозуміло, що можливі інші варіанти у межах обсягу цього винаходу, визначеного доданою формулою винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 Сільськогосподарський комбайн, який містить; основний силовий агрегат, який має номінальну основну вихідну потужність, причому зазначений основний силовий агрегат являє собою основний двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ); допоміжний силовий агрегат, який є механічно незалежним від зазначеного основного силового агрегата, причому зазначений допоміжний силовий агрегат може зчіплюватися з зовнішнім навантаженням, і принаймні одну електричну процесорну схему, призначену для вибіркового зчеплення зазначеного допоміжного силового апарата з зазначеним зовнішнім навантаженням, причому електрична процесорна схема містить блок керування транспортним засобом (БКТЗ), який керує роботою допоміжного навантаження, причому зазначене зовнішнє навантаження відповідає паразитному навантаженню й допоміжному навантаженню, причому зазначене паразитне навантаження являє собою не пов'язане з силовою передачею навантаження без втручання оператора, а зазначене допоміжне навантаження представляє собою не пов'язане з силовою передачею навантаження з втручанням оператора і відповідає принаймні одному з наступного: система нагріву і кондиціювання повітря, привід мотовила, привід решітного стану очистки, повітряний компресор для функції очистки, система освітлення транспортного засобу, система вивантаження чистого зерна, привід очисного вентилятора, привід різального апарата/шнека, розкидач полови, елеватор чистого зерна, розетка допоміжної електричної енергії і гідравлічне навантаження, прикладене до зазначеного допоміжного силового агрегата, який відрізняється тим, що зазначений допоміжний силовий агрегат являє собою допоміжний ДВЗ і має номінальну допоміжну вихідну потужність, яка є меншою, ніж зазначена номінальна основна вихідна потужність, причому основний силовий агрегат може зчіплюватися принаймні з одним основним навантаженням, яке включає навантаження трансмісії, що приводиться зазначеною основною силовою передачею, а також містить безступінчасту трансмісію (БТ), і причому зазначена електрична процесорна схема конструктивно виконана для вибіркового зчеплення зазначеного основного силового агрегата принаймні з зазначеним основним навантаженням та містить блок керування трансмісією (БКТ), причому зазначений БКТ керує роботою зазначеної трансмісії. 5 UA 100365 C2 6 UA 100365 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7