устройство для управления гусеничным транспортным средством

Формула изобретения

Устройство для управления гусеничным транспортным средством, содержащее рулевое колесо, установленное на валу, следящие по перемещению сервоприводы с управляющим механизмом, связанные с механизмом поворота гусеничного транспортного средства, датчик отклонения направления движения от заданного в виде приемника спутниковой навигационной системы, пропорционально преобразующего отклонение от заданного направления движения гусеничного транспортного средства в электрический сигнал рассогласования, изменяющий свой знак в зависимости от направления отклонения, вращающееся кольцо, связанное с валом рулевого колеса механической передачей, корпус с вертикальной осью вращения, расположенный внутри кольца соосно с ним, причем наружная поверхность корпуса выполнена цилиндрической со срезом, при этом установленный на кольце управляющий механизм сервоприводов снабжен золотниками, а также трехплечим рычагом, взаимодействующим с наружной поверхностью корпуса и с этими золотниками, и связан с сервоприводами и гибкими трубопроводами, блок управления и датчик угла поворота корпуса относительно кузова транспортного средства, причем корпус связан механической передачей с управляющим электродвигателем, обеспечивающим поворот корпуса, причем блок управления предназначен для поворота корпуса за счет вращения электродвигателя на основании величины и направления сигнала рассогласования и показаний датчика угла поворота корпуса относительно кузова таким образом, чтобы постоянно обеспечивалось совпадение требуемого направления движения, определяемого приемником спутниковой навигационной системы, и направления продольной оси корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области технической кибернетике и предназначено для управления поворотом транспортных средств на гусеничном ходу.

Известно устройство для управления транспортным средством, содержащее рычаги и рулевое колесо, связанное с золотниками гидрораспределителей и клапанами плавного сброса давления в бортах коробки перемены передач. При повороте рулевого колеса вначале происходит отключение гусеницы отстающего борта машины, а затем ее затормаживание. При увеличении угла поворота рулевого колеса уменьшается радиус поворота гусеничной машины (см. книгу: Землянский Б. А., Дроновой Н.Ф. и др. Эксплуатация тракторов Т-150 и Т-150 К.- М.: Россельхозиздат, 1975, с. 31-32).

Для сохранения водителем требуемого направления движения, учитывая возмущающие воздействия опорной поверхности, несимметричную крюковую нагрузку, поперечный уклон дороги и т.п., необходимо непрерывно корректировать положение машины, что утомительно. Кроме того, при выполнении сельскохозяйственных работ поперечные колебания, вызванные отклонениями от курса гусеничной машины - тягача, приводят к ухудшению качества выполняемых работ, перерасходу семенного материала и удобрений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению (прототипом) является устройство для управления транспортным средством, содержащее рулевое колесо, установленное на вал, следящие по перемещению сервоприводы с управляющим механизмом, датчик отклонения направления от заданного, вращающееся кольцо, связанное с валом рулевого колеса механической передачей, корпус, расположенный внутри кольца, соосно с ним, причем наружная поверхность корпуса выполнена цилиндрической со срезом, трехплечий рычаг управляющего механизма сервопривода, взаимодействующий одним плечом с поверхностью среза, а двумя другими - с двумя золотниками управляющего механизма сервопривода, связанными с двумя соответствующими сервоприводами управления движением левой и правой гусениц. При этом золотники и трехплечий рычаг установлены на кольце и связаны с сервоприводами гибкими трубопроводами, а датчик отклонения направления движения от заданного выполнен в виде гироскопа с двумя степенями свободы, ротор которого имеет горизонтальную ось вращения. Вертикальная ось вращения гироскопа совпадает с осью вращения кольца. Гироскоп расположен внутри корпуса и соединен с ним (см. авторское свидетельство СССР 1126931, МПК 50 G 05 D 1/08).

Основными недостатками такого устройства для управления транспортным средством являются пониженная токсичность датчика отклонения направления движения от заданного из-за суточного вращения Земли и ограниченные функциональные возможности, позволяющие поддерживать только траектории, близкие к прямолинейным.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения точности работы устройства и расширения функциональных возможностей, обеспечивающих движение машины по траектории произвольной формы.

Для достижения этого технического результата в устройстве для управления гусеничным транспортным средством, содержащем рулевое колесо, установленное на валу, следящие по перемещению сервоприводы с управляющим механизмом, связанные с механизмом поворота гусеничной машины, датчик отклонения направления движения от заданного, вращающееся кольцо, связанное с валом рулевого колеса механической передачей, корпус, расположенный внутри кольца соосно с ним, причем наружная поверхность корпуса выполнена цилиндрической со срезом, при этом установленный на кольце управляющий механизм сервоприводов снабжен золотниками, а также трехплечим рычагом, взаимодействующим с наружной поверхностью корпуса и этими золотниками, и связан с сервоприводами гибкими трубопроводами, датчик отклонения направления движения от заданного выполнен в виде приемника спутниковой навигационной системы, пропорционально преобразующего отклонения от заданного направления движения гусеничного транспортного средства в электрический сигнал и подключенного через блок управления к управляющему электродвигателю, связанному механической передачей с корпусом.

Повышение точности работы устройства обеспечивается тем, что на показания датчика отклонения направления движения от заданного не будет оказывать влияние суточное вращение Земли, так как этот датчик выполнен в виде приемника спутниковой навигационной системы.

Расширение функциональных возможностей достигается тем, что помимо обеспечения движения по траектории, близкой к прямолинейной, имеется возможность движения по траектории произвольной формы, предварительно заданной в приемнике спутниковой навигационной системы.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где изображена схема устройства.

Корпус 1 имеет ось вращения 2, вокруг которой свободно поворачивается. Наружная поверхность корпуса 1 выполнена цилиндрической, состоящей из участка 3, выполненного по дуге окружности с центром на оси 2 вращения корпуса 1, и участков 4, образующих срез. Концентрично относительно оси 2 вращения корпуса 1 расположено кольцо 5. На кольце 5 выполнен зубчатый венец, входящий в зацепление с шестерней 6, установленной на валу рулевого колеса 7. На корпусе 1 соосно с ним установлено червячное колесо 8, входящее в зацепление с червяком 9, находящимся на валу управляющего двигателя 10. Управляющий двигатель 10 получает питание от блока управления 11, связанного с датчиком отклонения направления движения от заданного, выполненного в виде приемника 12 спутниковой навигационной системы, жестко укрепленного на кузове 13 транспортного средства. Приемник 12 спутниковой навигационной системы предназначен для пропорционального преобразования отклонения от заданного направления движения колесного транспортного средства в электрический сигнал. Нa кузове 13 транспортного средства укреплен датчик угла поворота 14, связанный с осью 2 корпуса 1. Датчик угла поворота 14 определяет угол поворота корпуса 1 относительно кузова 13 и электрически связан с блоком управления 11. Червячное колесо 8, червяк 9, управляющий двигатель 10, блок управления 11 и датчик угла поворота 14 образуют систему слежения по угловому перемещению между направлением движения 15, определяемым приемником 12 спутниковой навигационной системы и направлением продольной оси 16 корпуса 1 таким образом, чтобы эти два направления 15 и 16 совпадали при выполнении любых маневров мобильной машиной.

На рулевом валу 7 установлено рулевое колесо 17. Гусеницы машины 18 и 19 управляются при помощи исполнительных цилиндров первого и второго сервоприводов 20 и 21 через механизм поворота, например, фрикционного типа. Насос 22, приводимый от основного двигателя, связан с исполнительными цилиндрами сервоприводов 20 и 21 системой гибких трубопроводов 23 и 24 через управляющий механизм 25, расположенный на кольце 5. Управляющий механизм имеет первый 26 и второй 27 золотники, управляющие сервоприводами 20 и 21. Подвижные штоки 28 и 29 золотников подпружинены к двум плечам трехплечего рычага 30, который шарнирно укреплен в корпусе управляющего механизма 25 на оси 31. Третье плечо рычага 30 кинематически связано с поверхностью среза участков 4 корпуса 1. При относительном повороте кольца 5 относительно корпуса 1 рычаг 30 поворачивается относительно оси 31 и нажимает на шток 28 или 29 первого или второго золотников 26 или 27 в зависимости от направления поворота. Тем самым обеспечивается рабочий ход исполнительных цилиндров 20 или 21, пропорциональный перемещению штоков 28 или 29 золотников. Рабочий ход исполнительных цилиндров сервоприводов 20 и 21 вызывает срабатывание механизма поворота гусеничной машины (на чертеже не указан). Вначале производится отключение отстающей гусеницы от трансмиссии, а затем ее затормаживание. Максимальный тормозной момент при этом соответствует максимальному рабочему ходу исполнительных цилиндров первого и второго сервоприводов 20 или 21 и максимальному углу поворота рычага 30 при движении его плеча по участку 4 (угол 32).

Перед началом движения приемник 12 спутниковой навигационной системы устанавливается в один из двух режимов работы: режим компаса или режим движения по заданной ранее в памяти приемника траектории, ориентированной относительно окружающей среды (см. книги: Соловьев Ю.А. Система спутниковой навигации М.: Эко-Тренд, 2000, 267 с. GPS-12, GPS-12 XL. Руководство по эксплуатации, GARMIN, 1997. 62 с.). В случае появления угла рассогласования - отклонения текущего направления продольной оси кузова 13 транспортного средства от требуемого (заданного режимом компаса для прямолинейного движения или текущего направления траектории в режиме движения по произвольной траектории) приемником 12 спутниковой навигационной системы подается на блок управления 11 электрический сигнал, величина и направление которого зависят от величины и направления угла рассогласования. В соответствии с полученным сигналом блок управления 11 включает управляющий двигатель 10 и через механическую передачу, а именно червячное колесо 8 и червяк 9, поворачивает корпус 1 на угол, равный по величине углу рассогласования, но противоположно направленный.

Устройство работает следующим образом. При прямолинейном направлении движения, совпадающем с заданным, положение органов управления соответствует изображенному на чертеже. В случае отклонения транспортного средства от заданного направления, т.е. при появлении угла рассогласования, кузов 13 транспортного средства будет повернут на этот угол рассогласования. Приемник 12 спутниковой навигационной системы, поскольку он повернется вместе с кузовом 13, выдает сигнал, пропорциональный углу рассогласования, на блок управления 11, который включит управляющий двигатель 10. Сигнал обратной связи будет поступать от датчика угла поворота 14 на блок управления 11. Управляющий двигатель 10 через механическую передачу, а именно червячное колесо 8 и червяк 9, повернет корпус 1 на угол, равный углу рассогласования, но направленный в противоположную сторону, т.е. направление продольной оси 16 корпуса 1 будет всегда соответствовать требуемому направлению движения 15. При этом произойдет поворот кольца 5 (вместе с кузовом 13) относительно корпуса 1 на угол, соответствующий углу отклонения транспортного средства.

Трехплечий рычаг 30 выходит из нейтрального положения и, скользя по срезу 4, поворачивается, нажимая на один из штоков 28 или 29 золотника 26 или 27 в зависимости от направления поворота. При этом срабатывает сервопривод включения механизма поворота гусеницы, скорость движения которой необходимо уменьшить для возвращения гусеничной машины на нужное направление. По мере увеличения рабочего хода исполнительного цилиндра происходит вначале отключение гусеницы от трансмиссии. Если этого недостаточно для возвращения машины на прежнее направление, то при дальнейшем увеличении рабочего хода исполнительного цилиндра начинается затормаживание гусеницы. По мере возвращения гусеничной машины на нужное направление движения угол поворота кольца 5 относительно корпуса 1 уменьшается и при полном возвращении рычаг 30 занимает первоначальное нейтральное положение между участками.

Для осуществления поворота водитель должен вращать рулевое колесо 17 в нужную сторону. Кольцо 5 через зубчатую передачу получает отклонение на угол, пропорциональный углу поворота рулевого колеса. Рычаг 30, выйдя из нейтрального положения, нажимает на один из штоков золотника 26 или 27. При этом за счет срабатывания сервопривода 20 или 21 происходит отключение или отключение и затормаживание гусеницы соответствующего борта в зависимости от угла поворота рулевого колеса 17. Транспортное средство совершает поворот, радиус которого уменьшается увеличением угла поворота рулевого колеса 17. При повороте корпус 1 сохраняет прежнее положение. Кольцо 5, поворачиваясь вместе с корпусом 13, уменьшает угол поворота относительно корпуса 1, снижение скорости движения гусеницы прекращается, а рычаг 30 приходит в нейтральное положение - происходит автоматический выход гусеничной машины из поворота. Изменение радиуса поворота может производиться поворотом рулевого колеса 17. При повороте рулевого колеса 17 на большой угол плечо рычага 30 скользит по поверхности 3, не изменяя максимальной степени торможения гусеницы.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности работы устройства, расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности движения колесного транспортного средства по траектории, близкой к прямолинейной, и по предварительно заданной траектории произвольной формы.