PL247688B1 - Sposób i urządzenie ustawiające układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy - Google Patents

Abstract

Sposób i urządzenie ustawiające układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy, który zawiera zaczep układu zawieszenia maszyny rolniczej z ruchomo na wahaczu zawieszonym zespołem roboczym, a zaczep maszyny połączony jest na sztywno z układem zawieszenia zamocowanym na nośniku, charakteryzuje się tym, że do zaczepu maszyny rolniczej (1) lub do ruchomego wahacza (2) połączonego z zespołem roboczym (6) zamocowany jest w odpowiednim miejscu czujnik położenia (3, 4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie ułatwiające optymalne ustawianie wysokości zaczepu układu zawieszenia do pracy względem podłoża, wykorzystywane w maszynach rolniczych, zwłaszcza w kosiarkach do zbioru zielonek.

Każda maszyna rolnicza podłączana do nośnika, w opisywanym przypadku kosiarka do zbioru zielonek, posiada przynajmniej dwa podstawowe położenia podyktowane funkcjonalnością użytkową. Położenie transportowe umożliwia poruszanie się po drogach publicznych oraz położenie robocze sprecyzowane wyłącznie do efektywnej pracy.

Z opisu wynalazku US2022240428 znany jest układ sterowania zaczepem narzędziowym pojazdu rolniczego. Zaczep jest montowany do pojazdu i zawiera jeden lub więcej cylindrów hydraulicznych lub innych siłowników służących do podnoszenia i opuszczania zaczepu między minimalną a maksymalną wysokością względem pojazdu oraz utrzymywania zaczepu statycznie na jednej lub kilku wysokościach pomiędzy minimalną a maksymalną wysokością. Układ sterowania obejmuje wahadłowe urządzenie sterujące mające pierwsze położenie robocze i poruszające się w pierwszym kierunku do pierwszego położenia krańcowego oraz w drugim kierunku do drugiego położenia krańcowego. Elektroniczna jednostka sterująca (ECU) jest połączona z urządzeniem sterującym wahacza i steruje działaniem jednego lub każdego z cylindrów hydraulicznych lub siłowników, a tym samym steruje podnoszeniem i opuszczaniem zaczepu w odpowiedzi na działanie użytkownika urządzenia sterującego wahaczem. ECU może sterować podnoszeniem i opuszczaniem zaczepu, aby przemieścić go do wybranej jednej z dwóch lub więcej wcześniej zapisanych pozycji między wspomnianą minimalną i maksymalną wysokością.

Ze zgłoszenia wynalazku EP4014709 znane jest urządzenie rolnicze, zawierające pojazd rolniczy i ciągnione urządzenie tnące - kosiarkę. Pojazd rolniczy zawiera trzypunktowy układ zawieszenia, a przyczepiana kosiarka zawiera podwozie zamontowane na trzypunktowym układzie zawieszenia. Podwozie zawiera co najmniej jedną jednostkę roboczą skonfigurowaną do ścinania stojącego zboża oraz pierwszy czujnik do generowania sygnałów wskazujących kąt nachylenia co najmniej jednej jednostki roboczej. Urządzenie rolnicze zawiera ponadto elektroniczną jednostkę sterującą i terminal użytkownika. Elektroniczna jednostka sterująca odbiera sygnały wskazujące kąt nachylenia co najmniej jednej jednostki roboczej i zapewnia wskazanie wysokości cięcia wzdłuż krawędzi tnącej co najmniej jednej jednostki roboczej za pośrednictwem terminala użytkownika. Elektroniczna jednostka sterująca umożliwia operatorowi automatyczne lub półautomatyczne sterowanie wysokością cięcia.

Wśród kosiarek do zbioru zielonki, wyróżnić należy dwa podstawowe ich rodzaje, podzielone w zależności od zastosowanego typu układu zawieszenia. Pierwszym wariantem są kosiarki z zawieszeniem zależnym. Położenie układu roboczego nad podłożem w takich konstrukcjach uzależnione jest od położenia ramion unoszenia nośnika. Cechą charakterystyczną takich konstrukcji jest nieskomplikowana budowa i stosunkowo niski koszt produkcji. Niestety maszyny takie posiadają również wady. Wśród nich znajdziemy ograniczony zakres kopiowania zarysu nierówności terenowych przez zespół roboczy oraz konieczność stosowania dodatkowych sprężyn odciążających połączonych z nośnikiem. Brak zachowania dokładności podążania zespołu roboczego po zmiennym ukształtowaniu terenu, owocuje mniejszą ilością pozyskiwanej paszy, co zmniejsza efektywność roboczą maszyny. Z kolei dodatkowa czynność związana z mocowaniem sprężyn odciążających do nośnika wpływa na niski poziom ergonomii użytkowania i wydłużenie czynności obsługowych realizowanych przez użytkownika.

Drugim rodzajem maszyn są kosiarki wyposażone w swój niezależny, względem nośnika układ zawieszenia. Maszyna taka składa się z ruchomego zespołu roboczego, połączonego indywidualnym układem zawieszenia ze sztywno zamocowanym na nośniku zaczepem maszyny. Konstrukcja taka charakteryzuje się dokładniejszym wykaszaniem nierówności terenowych oraz większym zakresem pracy układu zawieszenia. Układ odciążenia zespołu roboczego zintegrowany jest z maszyną, co ogranicza ilość czynności obsługowych podczas podłączania maszyny do nośnika.

W związku z koniecznością zachowania wszystkich walorów użytkowych maszyny w trakcie głównego jego zadania jakim jest praca, szereg czynności obsługowych w położeniu roboczym przyjmuje miano najważniejszych ze wszystkich jakie musi wykonać użytkownik. Tym samym, niezależność kinematyki ruchowej kosiarek posiadających własny układ zawieszenia, wiąże się z koniecznością określenia poprawnego zakresu pracy, wykorzystującego maksimum zalet płynących z tego rodzaju konstrukcji.

Najprostszym sposobem regulacji układu zawieszenia jest wykorzystanie nieruchomego podłoża jako stałego punktu odniesienia. W tym celu, należy opuścić zespół roboczy na podłoże, a regulacji dokonywać należy poprzez uniesienie zaczepu na odpowiednią wysokość. Wykorzystując zależność sztywnego połączenia zaczepu z ramionami unoszenia nośnika, regulując położenie jednego wpływa się na położenie drugiego.

Prawidłowe ustawienie wysokości zaczepu niesie ze sobą dwie podstawowe i niezbędne korzyści. Z jednej strony, umożliwia pełne wykorzystanie zakresu kinematycznego maszyny w trakcie pracy. Szczególnie mówimy tu o stromych, nagle napotykanych nierównościach terenowych. Na przykładzie wykonania, zakres pracy zespołu roboczego wynosi kolejno 340 mm poniżej i 520 mm powyżej poziomu gruntu. Stąd, aby uzyskać aż tak korzystną kompensację nierówności podłoża, należy dołożyć wszelkich starań do poprawnie przeprowadzonej czynności regulacji ustawienia maszyny do pracy. Z kolei, kosiarki wyposażone w hydropneumatyczny układ odciążenia, posiadają możliwość regulacji siły nacisku zespołu roboczego na podłoże poprzez regulacje ciśnienia podawanego z nośnika. Kinematyka układu zawieszenia oraz współpracujący z nią układ odciążenia powinny być tak dobrane, aby siła redukująca ciężar zespołu roboczego posiadała możliwie jednakową wartość, niezależnie od chwilowego położenia pokonując nierówności. Zmiany ciśnienia zatem powinny być dokonywane w ustawieniu układu zawieszenia do pracy, to jest na odpowiedniej wysokości zaczepu względem podłoża.

Zrodziła się wiec potrzeba skonstruowania urządzenia, ułatwiającego w ergonomiczny, powtarzalny i precyzyjny sposób dokonywania przedstawianych wyżej nastaw. Niniejszy wynalazek dotyczy ułatwienia przejścia z położenia transportowego do położenia roboczego zespołu roboczego.

Istotą sposobu ustawiającego układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy, w którym generuje się sygnał do układu sterowania maszyną, wysyłając jako komunikat do pulpitu sterowania w kabinie nośnika, unieruchamia się nośnik i maszynę na podłożu, jako stałym punkcie odniesienia i zespół roboczy opuszcza się na podłoże, polega na tym, że siłowniki unoszenia i odciążenia ustawia się w pozycji swobodnego przepływu oleju. Nie generuje się tym samym oporów ruchowych wahacza. Następnie podnosi się albo opuszcza (w zależności od zastanej sytuacji) dotychczas unieruchomione ramiona unoszenia nośnika, połączone z zaczepem. Przy czym poruszanie zaczepem nad nieruchomo opuszczonym na podłoże zespołem roboczym prowadzi się ruchem obrotowym wahacza wokół wspólnej osi obrotu z zaczepem aż do momentu, w którym czujnik wahacza oraz czujnik zaczepu wygenerują sygnał zbliżenia. Następnie unieruchamia się ramiona unoszenia i sztywno z nimi połączony zaczep.

Maszyna rolnicza gotowa jest do pracy.

Urządzenie ustawiające układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy, który zawiera zaczep układu zawieszenia maszyny rolniczej z ruchomo na wahaczu zawieszonym zespołem roboczym, a zaczep maszyny połączony jest na sztywno z układem zawieszenia zamocowanym na nośniku, charakteryzuje się tym, że do zaczepu maszyny rolniczej i do ruchomego wahacza połączonego z zespołem roboczym zamocowany jest czujnik położenia. Jako czujnik położenia stosuje się czujnik kontaktronowy, stykowy, kątowy, krańcowy lub optyczny.

Podstawową zaletą opisywanego wynalazku jest niski koszt produkcji oraz łatwy sposób montażu, przykręcany za pomocą śrub. Cechy te umożliwiają montaż wynalazku w istniejących już konstrukcjach jako wyposażenie opcjonalne. Zamocowanie na współosiowo skojarzonych podzespołach maszyny jakimi są zaczep i wahacz gwarantuje powtarzalność i precyzję kątowego ustawienia czujników względem siebie. Ponadto, brak jakichkolwiek elementów trących o siebie podwyższa niezawodność rozwiązania z tytułu zużycia tribologicznego, szczególnie podczas pracy w warunkach dużego zapylenia.

Kolejnym elementem zasługującym na uwagę jest sposób informowania użytkownika o optymalnym położeniu kątowym układu zawieszenia, realizowany poprzez komunikat na panelu sterowania maszyny znajdujący się przy siedzeniu operatora. Umyślnie zrezygnowano ze stosowania mechanicznych wskaźników mocowanych na maszynie. Powodem takiej decyzji był fakt, iż rozwiązanie takie niestety nie gwarantuje precyzji i powtarzalności odczytu. Kilkumetrowy dystans dzielący operatora i maszynę wymagałby stosowania wskaźnika o dużym gabarycie, narażonego na osadzanie się zanieczyszczeń podczas pracy. Dodatkowo, spora różnica poziomu siedzenia operatora i poziomu maszyny naraża na wystąpienie błędu paralaksy, co w efekcie wiązać się będzie z przekłamanym odczytem wskazania. Opisywany wynalazek wykorzystując sygnał z czujnika nie wymaga śledzenia żadnego dodatkowego punktu na maszynie. Brak dodatkowych elementów koniecznych do obserwacji korzystnie wpływa na skupienie uwagi operatora na efektywnej pracy. Finalnie, podwyższone zostaje bezpieczeństwo pracy. Wykorzystanie pulpitu sterującego jako medium informującego np. kontrolką czy wyświetlanym komunikatem, sprostał wyśrubowanym zasadom ergonomii korzystania z maszyny. Brak konieczności dodatkowego wychodzenia z kabiny nośnika celem ustawienia maszyny do pracy, skraca również czas pracy. Szczególnie zauważalne jest to przy łąkach rozsianych wokół dróg publicznych, gdzie sekwencja przygotowywania maszyny do pracy z położenia transportowego występuje wielokrotnie.

Wynalazek posiada funkcję kontroli wysokości zaczepu w trakcie wykonywanej pracy. Wieloletnie doświadczenie w projektowaniu maszyn rolniczych twórcy niniejszego wynalazku pozwoliło wypracować dodatkowe wymagania funkcjonalne stawiane kosiarkom, podyktowane uniwersalnością dopasowania do posiadanych przez użytkowników nośników maszyn. Częstokroć nośniki takie posiadają nieszczelny układ hydrauliczny ramion unoszenia maszyny. W efekcie czego następuje powolne opuszczanie maszyny na podłoże, również w czasie jej pracy. Aby temu zaradzić, należy dokonywać periodycznych korekt uniesienia maszyny, do poziomu optymalnego. Czynność tą ułatwiono, dodając na wyposażenie maszyny przedmiot niniejszego wynalazku.

Alternatywnie opisywane urządzenie przy większej ilości czujników z powodzeniem mogłoby zostać wykorzystane do ujawnienia nierówności powierzchni pól uprawnych. Poprzez odczyt przebiegu odchyleń kątowych układu zawieszenia jesteśmy w stanie przeliczyć wysokość nierówności. Odczytane dane po odniesieniu do lokalizatora GPS mogą posłużyć do odwzorowania ukształtowania nierówności terenowych na konkretnym polu.

Wynalazek poza kosiarkami frontowymi, znajdzie swoje zastosowanie również w kosiarkach tylnych. W związku z tym, wykorzystując sterowanie hydrauliczne wspólne dla zestawu maszyn tj. przedniej i tylnej, uzyskujemy nową funkcjonalność. Poprzez układ sterujący można wpływać na stopień regulacji zawieszenia tylnej kosiarki po odczytaniu wskazań z przedniej. Umożliwi to z jednej strony optymalnie zwiększyć ilość pozyskiwanej paszy. Z drugiej zaś strony przy nagłym i dynamicznym napotkaniu przedniej kosiarki na nierówność, sterowanie takie może zapobiec uszkodzeniu tylnej maszyny, chwilowo podnosząc zespół roboczy nad podłoże, mijając tym samym przeszkodę terenową.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 obrazuje widoki ogólne maszyny z zaznaczonym strzałką miejscem występowania czujnika położenia układu zawieszenia, fig. 2 prezentuje zakres ruchu wahacza w trakcie pracy, fig. 3 przybliża miejsce występowania siłowników unoszenia i odciążenia, fig. 4 prezentuje szczegółowo miejsce występowania oraz sposób mocowania czujników do podzespołów maszyny, z kolei fig. 5 przybliża zakres ruchu ramion unoszenia nośnika.

Przykład zastosowania przedstawia maszynę rolniczą jaką jest kosiarka do zbioru zielonki, wyposażoną we własny układ zawieszenia. Tego rodzaju zawieszenie charakteryzuje się występowaniem w czasie pracy części ruchomych i nieruchomych. W opisywanym przypadku mamy do czynienia ze sztywno utwierdzonym do ramion unoszenia 5 zaczepem 1 i ruchomym wahaczem 2 połączonym z zespołem roboczym 6, dostosowującym się ślizgowo do zmiennego ukształtowania terenu.

Przedmiot opisywanego wynalazku opiera swoje działanie o wykorzystanie czujnika kontaktronowego, składającego się z dwóch elementów składowych: czujnika zaczepu 4 i czujnika wahacza 3. Poprawność działania tego rodzaju sensora wymaga możliwie bliskiego i precyzyjnego zamocowania obu części względem siebie, tak aby po uzyskaniu konkretnego położenia ich obrysy zewnętrzne pokrywały się. W opisywanym przypadku wykorzystano jednakową wartość promienia wokół wspólnej osi obrotu wahacza 2 i zaczepu 1. Z podstawowych zasad geometrii powszechnie znana jest zależność, ujmująca to, iż im większa jest wartość promienia wokół wspólnej osi obrotu, tym większy obwód zarysu ruchu, przez co odczyt położenia z takiego czujnika będzie precyzyjniejszy. Niestety niesie to ze sobą również dość znaczącą wadę użytkową. Szybko reagujące ramiona unoszenia w niektórych nośnikach maszyn, zmusiły do określenia wygodnego w obsłudze zakresu pojawiania się sygnału.

Alternatywnie zastosowany w przykładnie wykonania czujnik kontaktronowy, mógłby z powodzeniem być zastąpiony innym elementem działającym w podobny sposób. Przykładem mogą tu być różnego rodzaju czujniki: stykowe, kątowe zamocowane na osi obrotu, krańcowe bądź optyczny - fotokomórka ze źródłem światła. Rodzaj zastosowanego komponentu pomiarowego, uzależniony jest od warunków pracy i typu maszyny.

Zachowując maksymalną uniwersalność wynalazku, niezależne od zagregowanego rodzaju nośnika, czujnik położenia umieszczono na maszynie. Najdogodniejszym miejscem mocowania czujnika położenia jest umiejscowienie poza wspólną osią obrotu, w strefie pokrywania się obrysów jego komponentów w czasie pracy. W prezentowanym przykładzie zastosowania, czujnik ulokowano w przedniej części wahacza 2. Umiejscowienie to odsunięte jest w przybliżeniu 1/3 odległości zawartej pomiędzy osiami obrotu wahacza 2. Położenie to odpowiada dopuszczalnej tolerancji błędu odczytu, warunkującego poprawną pracę maszyny. W innych konstrukcjach, miejsce montażu czujnika położenia może ulec znacznej zmianie, wszystko uzależnione bowiem będzie od kształtu podzespołów i rodzaju kinematyki układu zawieszenia.

Zasada działania poprawnego ustawienia maszyny do pracy, przy wykorzystaniu opisywanego wynalazku, wiąże się ze spełnieniem chronologicznie przedstawionych poniżej czynności obsługowych.

W pierwszej kolejności należy unieruchomić nośnik i maszynę, zatrzymując się na polu uprawnym w jednym miejscu. Wynika to z faktu wykorzystania nieruchomego podłoża jako stałego punktu odniesienia. Uzyskano przez to zachowanie poprawności i powtarzalności nastaw ruchomego układu zawieszenia maszyny w każdych warunkach pracy. Następnie zespół roboczy 6 powinien być opuszczony na podłoże, a siłowniki unoszenia 7 i odciążenia 8, pozostać powinny w ustawieniu swobodnego przepływu oleju, nie generując tym samym oporów ruchowych wahacza 2. Po osiągnięciu tego ułożenia kinematycznego, pozostaje jedynie podnieść lub opuścić dotychczas nieruchome ramiona unoszenia nośnika 5, sztywno połączone z zaczepem 1. Poruszenie zaczepem 1, nad nieruchomo opuszczonym na podłoże zespołem roboczym 6, wymusza ruch obrotowy wahacza 2 wokół wspólnej osi obrotu z zaczepem 1. Czujnik wahacza 3 oraz czujnik zaczepu 4 po zbliżeniu się do siebie wysyłają sygnał do układu sterowania maszyną. Operator po odczytaniu komunikatu z pulpitu sterowania, znajdującego się w kabinie nośnika, świadczącego o właściwym ustawieniu maszyny do pracy przerwać powinien regulację. Unieruchomione zostają tym samym ramiona unoszenia 5 i sztywno z nimi połączony zaczep 1. W tym momencie układ zawieszenia maszyny osiągnął optymalne ustawienie, gotowe do pracy.

Innym wariantem zarządzania powyższymi czynnościami ustawiania maszyny do pracy może być wykorzystanie bardziej rozbudowanego sterowania hydraulicznego maszyny. Po włączeniu żądanej funkcji na pulpicie sterowania, sprecyzowany algorytm wykonywałby funkcje automatycznie.

Legenda: 1 - zaczep, 2 - wahacza, 3 - czujnika wahacza, 4 - czujnik zaczepu, 5 - ramiona unoszenia, 6 - zespół roboczy, 7 - siłownik unoszenia, 8 - siłownik odciążenia.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób ustawiający układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy, w którym generuje się sygnał do układu sterowania maszyną, wysyłając jako komunikat do pulpitu sterowania w kabinie nośnika, unieruchamia się nośnik i maszynę na podłożu, jako stałym punkcie odniesienia i zespół roboczy (6) opuszcza się na podłoże, znamienny tym, że siłowniki unoszenia (7) i odciążenia (8) ustawia się w pozycji swobodnego przepływu oleju, nie generując tym samym oporów ruchowych wahacza (2), po czym podnosi się albo opuszcza dotychczas unieruchomione ramiona unoszenia nośnika (5), połączone z zaczepem (1), przy czym poruszanie zaczepem (1) nad nieruchomo opuszczonym na podłoże zespołem roboczym (6) prowadzi się ruchem obrotowym wahacza (2) wokół wspólnej osi obrotu z zaczepem (1) aż do momentu, w którym czujnik wahacza (3) oraz czujnik zaczepu (4) wygenerują sygnał zbliżenia, a następnie unieruchamia się ramiona unoszenia (5) i sztywno z nimi połączony zaczep (1).
2. 2. Urządzenie ustawiające układ zawieszenia maszyny rolniczej do pracy, który zawiera zaczep układu zawieszenia maszyny rolniczej z ruchomo na wahaczu zawieszonym zespołem roboczym, a zaczep maszyny połączony jest na sztywno z układem zawieszenia zamocowanym na nośniku, znamienne tym, że do zaczepu maszyny rolniczej (1) i do ruchomego wahacza (2) połączonego z zespołem roboczym (6) zamocowany jest czujnik położenia (3, 4).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że jako czujnik położenia stosuje się czujnik kontaktronowy, stykowy, kątowy, krańcowy albo optyczny.