регулятор сцепного веса сельскохозяйственного трактора

Формула изобретения

Регулятор сцепного веса сельскохозяйственного трактора, содержащий связанный с остовом трактора несущий элемент, который содержит установленные на вертикальном валу верхнюю и нижнюю поверхности и оборудован приводом, отличающийся тем, что верхняя и нижняя поверхности несущего элемента не имеют жесткой связи друг с другом и выполнены в виде двух плоских дисков, установленных на вертикальном валу с возможностью вращения и с зазором между ними, а привод обеспечивает возможность вращения верхнего диска при зафиксированном нижнем или вращение нижнего диска при зафиксированном верхнем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к регуляторам сцепного веса с.-х. тракторов.

Известен регулятор сцепного веса с.-х. тракторов, содержащий навесную систему, который обеспечивает увеличение сцепного веса, приходящегося на задние ведущие колеса трактора за счет уменьшения силы тяжести агрегата, приходящейся на передние колеса, путем изменения высоты точки сопряжения центральной тяги навесной системы с остовом трактора (Гуревич А.М. Тракторы и автомобили. - М.: Колос, 1983, с.313-314).

Но такой регулятор не дает положительного эффекта в случае, если колесный трактор является полноприводным, так как увеличение сцепного веса задних колес обеспечивается лишь при снижении сцепного веса передних ведущих колес.

Известен гидравлический регулятор сцепного веса трактора, содержащий навесную гидрофицированную систему, который обеспечивает увеличение сцепного веса, приходящегося на задние ведущие колеса трактора за счет уменьшения силы тяжести агрегата, приходящейся на передние колеса, в результате приложения к рычагам навесной системы регулируемого выглубляющего усилия, но не допуская выглубления почвообрабатывающих рабочих органов из почвы (Гуревич А.М. Тракторы и автомобили. - М.: Колос, 1983, с.314-315).

Такой регулятор также не дает положительного эффекта в случае, если колесный трактор является полноприводным, так как увеличение сцепного веса задних колес обеспечивается лишь при снижении сцепного веса передних ведущих колес. Кроме того, такой регулятор работоспособен лишь при агрегатировании трактора с почвообрабатывающими орудиями и не позволяет уменьшить давление движителей на почву для преодоления, например, заболоченных участков.

Известен регулятор сцепного веса трактора, выполненный в виде самолетного крыла с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней и связанный с остовом трактора (Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С.Ландсберга. т.1. - М. : Наука, 1968, с.413). При достаточно большой скорости агрегата относительно воздуха его поток над крылом проходит больший путь, чем под крылом. Поэтому относительная скорость воздуха у верхней поверхности крыла больше, чем у нижней. Кроме того, возникающее при этом циркуляционное движение воздуха вокруг крыла способствует еще большему увеличению скорости над крылом и уменьшению скорости воздуха у нижней поверхности крыла. Известно, что давление в потоке жидкости или газа обратно пропорционально скорости потока. Поэтому давление воздуха на нижней поверхности крыла больше, чем на верхнюю, этим обусловливается возникновение подъемной силы крыла. Таким образом, крыло может обеспечить догрузку движителей трактора для снижения их буксования или при его развороте на 180^o их разгрузку, для преодоления слабонесущих участков почвы (например, заболоченных). Но такая работоспособность крыла возможна лишь при высоких скоростях, которые недоступны сельскохозяйственным тракторам.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является регулятор сцепного веса сельскохозяйственного трактора, содержащий связанный с остовом трактора несущий элемент, который включает установленные на вертикальном валу верхнюю и нижнюю поверхности и оборудован приводом, причем нижняя и верхняя поверхности жестко связаны друг с другом и выполнены в виде несущего винта вертолета, который представляет собой лопасти, аналогичные по назначению и устройству крылу самолета (А.С. СССР 139563, В 64 С 27/32, 1961 г. - прототип).

Такой регулятор сцепного веса обеспечивает разгрузку или догрузку движителей трактора при вращении винта при малых скоростях агрегата и даже при остановках агрегата.

Недостатком его является сложность конструкции и неудовлетворительные условия труда оператора из-за высокой шумности работы и наличия реактивной струи воздуха, направленной вниз при работе в режиме разгрузки движителей, что может приводить к повышению запыленности воздуха и ухудшению качества выполнения с.-х. работ (например, при скашивании риса навесной жаткой).

Техническим решением задачи является упрощение конструкции и улучшение условий труда оператора в результате снижения шумности и скорости движения воздуха в рабочей зоне агрегата.

Задача достигается тем, что верхняя и нижняя поверхности несущего элемента не имеют жесткой связи друг с другом и выполнены в виде двух плоских дисков, установленных на вертикальном валу с возможностью вращения и с зазором между ними, а привод обеспечивает возможность вращения верхнего диска при зафиксированном нижнем или вращение нижнего диска при зафиксированном верхнем.

Новизну авторы и заявитель усматривают в том, что верхняя и нижняя поверхности несущего элемента не имеют жесткой связи друг с другом и выполнены в виде двух плоских дисков, установленных на вертикальном валу с возможностью вращения и с зазором между ними, а привод обеспечивает возможность вращения верхнего диска при зафиксированном нижнем или вращение нижнего диска при зафиксированном верхнем, что обеспечивает упрощение конструкции и улучшение условий труда оператора в результате снижения шумности и скорости движения воздуха в рабочей зоне агрегата, т.к. при вращении дисков воздух, сходящий с их поверхностей под действием центробежных сил, движется горизонтально в плоскости дисков, т.е. не возникает реактивной струи воздуха, направленной вниз в рабочую зону агрегата.

Заявленное решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию "изобретательский уровень".

Данное техническое решение может быть использовано в сельскохозяйственном машиностроении при разработке тракторов и транспортных средств, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 схематично показан общий вид трактора с регулятором сцепного веса.

Регулятор сцепного веса включает связанный с остовом 1 трактора несущий элемент, который содержит установленные на вертикальном валу 2 два плоских диска 3 и 4 с зазором между ними. Диски не имеют жесткой связи друг с другом и оборудованы приводом 5 и 6, что обеспечивает возможность вращения верхнего диска 3 при зафиксированном нижнем диске 4 или вращения нижнего диска при зафиксированном верхнем.

Работа происходит следующим образом.

При вращении вала 2 при помощи привода 5 верхняя поверхность диска имеет некоторую скорость. Давление воздуха в непосредственной близости к поверхности вращающегося диска ниже атмосферного, так как его скорость не равна нулю в результате того, что частицы воздуха увлекаются в движение поверхностью вращающегося диска. Причем давление воздуха обратно пропорционально скорости его движения.

Известно, что любой движитель, основанный на взаимодействии с окружающей средой, имеет две составляющие силы тяги: первая из которых - реактивная составляющая силы тяги, и вторая - статическая составляющая силы тяги.

Реактивная составляющая тяги равна разности выходного и входного импульсов (в вертикальном направлении). В данном случае эта составляющая равна нулю, так как нет реактивной струи воздуха, отбрасываемой несущим элементом вниз либо вверх.

Статическая составляющая силы тяги Р_стат пропорциональна разности давления на выходе из движителя P_вых и давления на входе Р_вх, т.е.

Р_стат=(Р_вых-Р_вх)S_вх=Р₀-Р₃,

где S_вх - площадь входного сечения, которая в нашем случае равна площади диска (размеры верхнего и нижнего дисков одинаковы);

Р₀ - сила давления воздуха (при этом давление воздуха равно атмосферному давлению) на нижнюю поверхность нижнего неподвижного диска;

Р₃ - сила давления воздуха на верхнюю поверхность верхнего диска при его вращении с угловой скоростью .

Разница давлений определяется скоростью V(r) воздушного потока у поверхности вращающегося диска:



где V(r)= r - скорость точки вращающегося диска, расположенной на расстоянии r от центра диска.

Сила давления воздуха на поверхность диска определяется его площадью и величиной давления. Поэтому общая величина статической тяги может быть рассчитана путем интегрирования функции p(r) по поверхности диска, радиус которого R, следующим образом:



где P_стат - статическая сила тяги, которая равна разности силы давления воздуха на верхнюю поверхность верхнего диска при его вращении и силы давления воздуха на нижнюю поверхность нижнего неподвижного диска;

R - радиус диска;

p(r) - функция зависимости давления воздуха у верхней поверхности верхнего диска при его вращении от значения текущего радиуса r диска;

- плотность воздуха;

- угловая скорость диска.

Таким образом, на механическую систему двух дисков, которую представляет собой регулятор сцепного веса, действует вертикальная результирующая сил, величина которой определяется по уравнению (1). В данном случае, когда верхний диск вращается, а нижний неподвижен, эта сила направлена вверх. При этом достигается уменьшение сцепного веса трактора, что позволяет повысить проходимость на слабонесущих почвах, например в рисовых чеках. Кроме того, такой режим работы позволяет уменьшить уплотнение почвы движителями трактора при выполнении работ, которые не требуют достижения значительного тягового усилия, например при агрегатировании трактора с навесной жаткой.

Если при помощи привода 5 и 6 обеспечивается вращение нижнего диска при неподвижном верхнем, то вертикальная сила направлена вниз. При этом достигается догрузка движителей, что приводит к снижению буксования. Это обеспечивает улучшение условий работы оператора за счет снижения уровня шума и запыленности воздуха рабочей зоны. Кроме того, отсутствие реактивной струи воздуха, направленной вниз, обеспечивает улучшение качества выполнения с.-х. работ (например, работа с жаткой, разбрасывателем удобрений, опрыскивателем и т. д. ). Диски, расположенные над кабиной трактора, кроме того, выполняют роль зонтика, защищая оператора от солнечных лучей и осадков.