Сельскохозяйственное орудие с электрогидравлическими цилиндрами - RU2653081C2
Код документа: RU2653081C2
Чертежи
Описание
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В данной заявке испрашивается приоритет согласно §119 35 раздела свода законов США по предварительной заявке № 61/931256, поданной 24 января 2014 года, которая включена сюда путем ссылки во всей своей полноте.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
В общем, изобретение относится к сельскохозяйственному оборудованию. Более конкретно, но не исключительно, изобретение относится к использованию с сельскохозяйственными орудиями узлов электромеханических гидравлических цилиндров вместо гидравлических цилиндров, а также к самим узлам электромеханических гидравлических цилиндров.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере увеличения мощности тракторов и сельскохозяйственной эффективности, увеличиваются размеры или ширина сельскохозяйственных орудий, таких как сеялки, для размещения большего количества отдельных высевающих секций. Сеялки обычно содержат главную раму, имеющую передний сцепной узел для буксирования трактором, и секции левого и правого крыльев, шарнирно прикрепленных к участку главной рамы. Соединения поворачивающихся крыльев обеспечивают возможность складывания крыльев относительно главной рамы для транспортировки и хранения сеялки.
Сельскохозяйственная сеялка для пропашных культур представляет собой машину, построенную для точного распределения семян в землю. Сеялка для пропашных культур обычно содержит горизонтальный брус для навешивания рабочих органов, прикрепленный к сцепному узлу для буксирования позади трактора или другого орудия. Высевающие секции устанавливают на брус для навешивания рабочих органов. В различных конфигурациях семена могут храниться в индивидуальных бункерах на каждой высевающей секции, или они могут содержаться в центральном бункере и доставляться в высевающие секции по мере необходимости. Высевающие секции содержат землеобрабатывающие инструменты для нарезания и заделывания борозды для семян и систему дозирования семян для распределения семян в борозду для семян.
В дополнение, гидравлические линии могут быть проложены по сеялке для передачи мощности большой плотности из трактора в сеялку. Гидравлические системы доказали свою эффективность при получении этой мощности и ее передаче в сельскохозяйственные механические системы. Сеялка может содержать ряд цилиндров, используемых для перемещения составных элементов сеялки, а также для поддержания некоторых сил или давления для составных элементов. Например, сеялка может иметь на каждом крыле сеялки маркер с гидравлическим приводом. Гидравлическая энергия, передаваемая из трактора, проходит по всей длине и ширине сеялки в маркер. Чтобы совершить работу в цилиндре маркера мощность понижается на своем пути за счет шлангов, блоков управления и клапанов.
Вследствие этого, несмотря на то, что гидравлика может быть идеальной для предоставления мощности в различные цилиндры сельскохозяйственных орудий, имеются некоторые недостатки. Вследствие длины гидравлических шлангов и количества цилиндров с гидравлическим приводом орудия, в процессе транспортировки гидравлической жидкости посредством шлангов может теряться большая мощность. Кроме того, перемещение гидравлической жидкости по шлангам большой длины, а также по всему множеству шлангов требует мощности большой величины, которая должна подаваться трактором.
Вследствие этого, в данной области имеется потребность в узле цилиндров и сельскохозяйственном орудии, включающем использование одного или более узлов цилиндров, которое использует электрическую энергию из трактора или другого источника энергии, и где необходимо преобразует ее в гидравлическую энергию простым и компактным образом и обеспечивает возможность объединения с датчиками и электронными системами управления сеялки.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вследствие этого, принципиальная задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в преодолении недостатков в данной области.
Еще одна задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении узла цилиндра, который содержит гидравлический источник и который может быть задействован для работы с использованием источника электрической энергии.
Еще одна задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении сельскохозяйственного орудия, которое не требует использования единственного гидравлического источника и системы шлангов для всех цилиндров.
Еще одна задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении сельскохозяйственного орудия, которое включает использование одного или более узлов электромеханических гидравлических цилиндров.
Дополнительная задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении узла электромеханических гидравлических цилиндров, который не содержит гидравлических линий за пределами автономной системы цилиндров.
Еще одна дополнительная задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении автономного узла электромеханических гидравлических цилиндров, который приводится в действие электрической системой трактора.
Дополнительная задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении автономного узла электромеханических гидравлических цилиндров, который приводится в действие внешней электрической системой, такой как генератор.
Еще одна дополнительная задача, отличительная особенность и/или преимущество изобретения состоит в предоставлении узла электромеханических гидравлических цилиндров, который содержит электрический блок управления и датчики для создания системы без обратной связи или системы с обратной связью.
Данные и/или другие задачи, отличительные особенности и преимущества изобретения будут очевидны квалифицированным специалистам в данной области. Изобретение не должно ограничиваться данными целями, отличительными особенностями и преимуществами. Нет необходимости, чтобы единственный вариант осуществления предоставлял все до единой цели, отличительные особенности или преимущества.
Аспекты изобретения включают использование электромеханического гидравлического насоса и узла цилиндра. Узел и/или узлы могут использоваться с сельскохозяйственными орудиями вместо стандартных систем гидравлических цилиндров. Узел может содержать цилиндр, содержащий шток, содержащий поршень, способный перемещаться в корпусе, накопитель гидравлической жидкости, функционально соединенный с цилиндром и содержащий гидравлическую жидкость, и электрический насос, функционально соединенный с накопителем, для направления гидравлической жидкости из одной стороны поршня цилиндра в другую для перемещения штока. Для предоставления мощности в узел может использоваться источник электрической энергии.
Предусматривается, что узел цилиндра изобретения может использоваться с сельскохозяйственными орудиями с помощью любого количества способов. Например, цилиндр может заменить существующие системы, в которых используется гидравлическая энергия и цилиндры. В некоторых аспектах изобретения на сельскохозяйственном орудии, например, на маркере сеялки, помещается электромеханический гидравлический насос. Насос узла получает от трактора электрическую энергию, которая эффективно передается по орудию по электрическим проводам. Электромеханический насос, прикрепленный к гидравлическому цилиндру, преобразует электрическую энергию в гидравлическую энергию; прямо в тот цилиндр, где это необходимо. Насос перемещает гидравлическую жидкость через порты в цилиндре из одной стороны поршня цилиндра в другую, таким образом приводя в действие цилиндр с его выдвижением и втягиванием. За пределами автономной системы не имеется никаких гидравлических линий. Частотой вращения электрического двигателя можно управлять с помощью электронного блока управления (ECU) и датчиков для регулирования приведения в действие цилиндров. ECU может получать команду от оператора сеялки через главную электронную систему управления. Система также может использоваться в общем для любых систем орудия с гидравлическим приводом, как линейных, так и роторных.
Другие гидравлические цилиндры сеялки, которые могут быть заменены цилиндрами и узлами цилиндров изобретения, включают, но без ограничения, цилиндры для предоставления прижимного усилия на высевающих секциях сеялки, цилиндры для обеспечения распределения массы сеялки, цилиндры, используемые для складывания крыльев сеялки, цилиндры, используемые для поднимания крыльев сеялки, цилиндры, используемые для поднимания высевающих секций сеялки, или общую замену любого цилиндра или узла цилиндра сеялки или другого сельскохозяйственного орудия.
Другие аспекты и варианты осуществления изобретения включают другие варианты. Например, цилиндры с гидравлическим приводом также могут быть заменены электрическими цилиндрами, такими как цилиндры с шарико-винтовой парой. Цилиндры данного типа могут действовать исключительно на электрической энергии, причем энергия по необходимости приводит в действие цилиндр сельскохозяйственного орудия в системе управления без обратной связи или с обратной связью. Системы других типов могут включать системы блочного и талевого типа, в которых для выдвижения и втягивания штока цилиндра используется множество прикрепленных и подвижных шкивов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет собой перспективное изображение сельскохозяйственного посевного орудия.
Фигура 2 представляет собой схематичное изображение узла электромеханических гидравлических цилиндров согласно аспектам изобретения.
Фигура 3 представляет собой еще одно схематичное изображение узла электромеханических гидравлических цилиндров.
Фигура 4 представляет собой схематичное изображение модели насоса для использования с узлом цилиндра фигуры 3.
Фигура 5 представляет собой схематичное изображение еще одной модели насоса для использования с узлом цилиндра фигуры 3.
Фигура 6A представляет собой перспективное изображение еще одного узла электромеханических гидравлических цилиндров.
Фигура 6B представляет собой схематичное изображение в разрезе узла электромеханических гидравлических цилиндров фигуры 6A.
Фигура 7 представляет собой изображение еще одного узла цилиндра.
Фигура 8 представляет собой изображение крыла сеялки, содержащего узел электромеханического гидравлического цилиндра, прикрепленный к маркеру для сеялки.
Фигура 9 представляет собой схематичное изображение централизованного гидравлического блока питания, прикрепленного к посевному орудию.
Фигура 10 представляет собой перспективное изображение посевного орудия с расположенным на нем гидравлическим блоком питания.
Фигура 11 представляет собой схематичное изображение гидравлического блока питания фигуры 10.
Различные варианты осуществления изобретения будут подробно описаны со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные номера представляют одинаковые части на нескольких изображениях. Ссылка на различные варианты осуществления не ограничивает объем правовых притязаний изобретения. Фигуры, представленные в данном документе, не являются ограничениями различных вариантов осуществления согласно изобретению и представлены для пояснения изобретения на примерах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фигура 1 показывает иллюстративный вариант осуществления сельскохозяйственного орудия 10, в данном случае сеялки для использования с аспектами изобретения. Орудием 10 может быть сеялка, разбрасыватель удобрений и тому подобное, и оно обычно прикрепляется к трактору и буксируется им. Однако, следует иметь в виду, что орудие 10 может перемещать другое оборудование и/или транспортные средства. Для целей представленного раскрытия орудие 10 будет упоминаться, как сеялка. Сеялка 10 содержит дышло 14, имеющее первый конец 16 и противоположный второй конец 20. Дышло 14 содержит сцепку 18, при этом сцепка 18 может присоединяться к трактору 12. На втором конце 20 дышла 14 имеется центральный брус 22 для навешивания рабочих органов. Дышлом 14 может быть телескопическое дышло с составными элементами, способными входить друг в друга таким образом, что сеялка 10 представляет собой орудие складывающегося вперед типа. Однако, изобретение не ограничено подобным орудием складывающегося вперед типа и предназначено для включения в себя любого подобного орудия для использования в сельскохозяйственной промышленности.
Как показано на фигуре 1, на центральном брусе 22 для навешивания рабочих органов расположены центральные бункеры 24. Бункеры 24 выполнены с возможностью хранения семян, удобрений, инсектицидов или других типов материала для использования в сельском хозяйстве. Использование центральных бункеров 24 обеспечивает возможность добавления большого количества материала в централизованное местоположение. Однако, изобретение также предусматривает использование множества бункеров, расположенных на каждой из высевающих секций 34 сеялки 10. Когда используют центральные бункеры 24 на центральном брусе 22 для навешивания рабочих органов, следует иметь в виду, что центральные бункеры должны находиться в гидравлическом сообщении с каждой из высевающих секций 34. Также с центральным брусом 22 для навешивания рабочих органов соединено множество центральных колес 26, расположенных обычно внизу от центрального бруса 22 для навешивания рабочих органов. Колеса контактируют с землей и поддерживают по существу всю или большую часть массы центральных бункеров 24. Колеса стабилизируют орудие 10 и представляют собой общие колеса, которые контактируют с землей, когда находятся в рабочем положении или в транспортировочном положении, напр., если орудием 10 является складывающееся вперед орудие, так что крылья 28, 30 складываются вперед, при этом колеса 32 крыльев не контактируют с землей.
Обычно от обеих сторон бруса 22 для навешивания рабочих органов продолжаются первое и второе крылья 28, 30. Крылья 28, 30 обычно являются идентичными и представляют собой зеркальные отображения друг друга. Вследствие этого, будет описано только одно крыло, зная, что другое крыло будет иметь в общем такую же конфигурацию. Первое крыло 28 содержит брус 29. К брусу 29 прикреплено множество высевающих секций 34, а также множество колес 32. Колеса 32 выполнены с возможностью контакта с землей. Высевающие секции 34 могут содержать дозаторы семян, разбрасыватели удобрений, опрыскиватели инсектицидов или другие разбрасыватели, диски или бороздоделы. Крылья 28, 30 также могут содержать по меньшей мере один складывающий цилиндр 42 и цилиндр 48 распределения массы. Складывающий цилиндр (цилиндры) 42 выполнен с возможностью складывания крыльев в положение, в котором первое и второе крылья 28, 30 обычно находятся рядом с дышлом 14 орудия 10. Вследствие этого, складывающие цилиндры 42 должны быть довольно сильными, в достаточной степени, чтобы перемещать крылья. Кроме того, между дышлом 14 и крыльями 28, 30 могут продолжаться продольные тяги 15 для помощи в поддерживании и складывании крыльев.
Цилиндры 52 распределения массы обеспечивают усилие для прижимания крыльев вниз, или цилиндры 52 могут поднимать крылья для уменьшения давления контакта с землей. В процессе поворота или в процессе складывания крыльев может быть необходимо поднимать крылья. Однако, так как крылья обычно продолжаются наружу от центрального бруса 22 для навешивания рабочих органов, может потребоваться усилие прижима крыладля обеспечения, чтобы высевающие секции 34 проникали в землю или оставались по существу сцепленными с землей. Сеялка также может содержать дополнительные цилиндры 46, которые могут поднимать и/или опускать сеялку или даже чередовать положение центральных колес 26.
Фигура также показывает маркеры 12, соединенные с каждым из крыльев 28, 30. Маркеры создают идентифицируемую границу для помощи в перемещении по полю. Маркеры 12 могут использоваться избирательно, так что цилиндр 44 активируется для поднимания и опускания маркера 12 из положения, показанного на фигуре 1, в положение, в котором маркер 12 находится в контакте или около контакта с землей.
Таким образом, как можно видеть, имеется множество цилиндров, используемых с орудиями. Изобретение предоставляет различные узлы цилиндров, которые могут заменять стандартные гидравлические цилиндры, которые широко используются с сельскохозяйственными орудиями, посредством замены некоторых или всех стандартных гидравлических цилиндров, которые могут обеспечивать такие выгоды, как сохранение эффективности, устранение необходимости в ряде гидравлических линий на орудии, использование электрической энергии для приведения в действие цилиндров, а также возможность иметь более хорошее управление для работы цилиндров в процессе использования орудия.
Фигура 2 представляет собой схематичное изображение иллюстративного варианта узла 50 электромеханического гидравлического цилиндра, который может использоваться с сельскохозяйственным орудием 10 согласно вариантам осуществления изобретения. Узел 50 цилиндра, как показано на фигуре 2, будет предоставлять возможность замены стандартных гидравлических цилиндров, которые используются с сельскохозяйственными орудиями, так как узел 50 представляет собой по существу автономную систему, которая не требует гидравлических линий, продолжающихся из трактора или другого центрального местоположения в местоположение узла 50 цилиндра. Как показано на фигуре 2, узел 50 цилиндра содержит цилиндр 52, содержащий корпус 53 цилиндра для размещения штока 54 и поршня 56. Штоком 54 может быть выходной вал цилиндра 52, так что перемещение штока 54 в направлении стрелки 65 будет приводить в действие или вызывать функционирование присоединенного составного элемента. Поршень 56 содержит первую сторону 57 и вторую сторону 59. К цилиндру 52 функционально прикреплены гидравлический накопитель 58 и связанный с ним насос 62, который представляет собой электрический насос. Накопитель 58 может содержать секцию резервуара для скапливания, сохранения и/или временного содержания некоторого количества гидравлической жидкости. Кроме того, насос 62 может использоваться для транспортировки некоторой части указанной гидравлической жидкости.
Кроме того, к цилиндру 52 и накопителю 58 и/или насосу 62 функционально прикреплены гидравлические линии 60. Гидравлические линии 60 имеют выходы, расширяющиеся в корпус 53 цилиндра на противоположных первой и второй сторонах 57, 59 поршня 56. Вследствие этого, добавление гидравлической жидкости в корпус 53 цилиндра на одной из сторон поршня 56 будет предоставлять усилие, воздействующее на сторону поршня, которая будет заставлять поршень и шток совместно перемещаться в связанном направлении. Например, когда требуется выдвижение поршня 56 и штока 54 в направлении в общем вниз, как показано на фигуре 2, насос 62 и/или накопитель 58 будет действовать таким образом, чтобы направлять гидравлическую жидкость в корпус 53 цилиндра из первой стороны 57 поршня 56. Добавление гидравлической жидкости, воздействующее на первую сторону 57 поршня 56, будет предоставлять усилие, воздействующее на поршень, которое будет заставлять поршень перемещаться в направлении в общем вниз относительно Фигуры 2, что, в свою очередь, будет заставлять шток перемещаться в том же направлении. Когда требуется обратное, т.е., втягивание штока 54 в корпус 53 цилиндра, насос 62 может включаться, чтобы перенаправлять гидравлическую жидкость из первой стороны 57 поршня 56, через накопитель 58 и гидравлические линии 60 в корпус 53 цилиндра таким образом, что она воздействует на вторую сторону 59 поршня 56. Добавление гидравлической жидкости, воздействующей на вторую сторону 59 поршня 56, будет заставлять поршень 56 начинать перемещаться в направлении в общем вверх, как показано на фигуре 2, что будет втягивать шток 54 в корпус 53 цилиндра 52.
В дополнение, насосом 62 может быть электрический насос, так что он приводится в действие от источника электрической энергии. Фигура 2 показывает, что узел 50 цилиндра содержит электрический провод 64, продолжающийся в узел 50 цилиндра. Источником 64 электрической энергии может быть электрический провод, продолжающийся в узел 50 цилиндра от источника энергоснабжения трактора и/или от отдельного источника энергоснабжения на самом орудии. Например, источником энергии может быть генератор или другой источник энергии, который расположен на орудии, тракторе или другом устройстве. Так как электрическая энергия является более эффективной, чем перемещение гидравлической жидкости на расстояние от трактора до места расположения цилиндра, насос 62 эффективно получает электрическую энергию из источника энергии в место расположения узла 50 цилиндра. Насос 62 перемещает гидравлическую жидкость через порты в корпусе 53 цилиндра из одной стороны поршня цилиндра в другую для приведения в действие цилиндра с его выдвижением и втягиванием за счет электрической энергии. Другими словами, отсутствуют гидравлические линии, которые находятся за пределами автономного узла 50 цилиндра.
Изобретение также предусматривает использование зональных насосов, в отличие от выделенных насосов для каждого узла. Например, может иметься зональные насос и/или источник гидравлической жидкости, который используется для зоны или области орудия, например, для ряда высевающих секций сеялки, крыла сеялки или некоторых других произвольных отделов. Указанный зональный насос будет управлять подачей гидравлической жидкости для ряда цилиндров, которые расположены в пределах области. Если область включает шесть насосов различных размеров, насос может использоваться для приведения в действие и управления ими всеми в одно и то же время. Кроме того, предусматривается, что насосы могут использоваться для всех цилиндров конкретного размера или типа. В таком случае насосы могут быть выполнены с возможностью управления жидкостью для приведения в действие цилиндра некоторого размера, включая шток, поршень, допустимую нагрузку и т.д. Вследствие этого, насосы могут лучше подходить для конкретных цилиндров, без необходимости перегрузки или недогрузки некоторых насосов, которые могут управлять цилиндрами с множеством размеров.
Электрическим насосом 62 можно управлять с помощью электрического блока управления (ECU) и датчиков для регулирования приведение в действие узла 50 цилиндра либо автоматически, либо при вводе оператором информации. Таким образом, изобретение предусматривает, что узел может представлять собой систему без обратной связи, в которой регулирование узла 50 цилиндра происходит автоматически, или систему с обратной связью, в которой цилиндр регулируется на основании ввода информации пользователем. Эти вводы информации можно производить в или внутри трактора или иным образом через пользовательский интерфейс, который является проводным или беспроводным, так что регулирование узла 50 цилиндра может производиться дистанционно от места нахождения узла 50.
Кроме того, как должно быть понятно, размер, и таким образом допустимая мощность узла 50 цилиндра может регулироваться для приспосабливания в общем к любому требуемому перемещению орудия. Как отмечалось, орудие может содержать любое количество цилиндров, выполняющих множество задач, которые могут требовать различных выходов мощности. Вследствие этого, предусматривается, что размер узла 50 цилиндра, имеющего площадь поверхности боковых сторон поршня 56, и количество используемой гидравлической жидкости, может регулироваться для обеспечения требуемой выходной нагрузки цилиндра 52 в требуемом месте нахождения узла 50 цилиндра. Вследствие этого, для выполнения различных задач узел цилиндров может содержать изменяющиеся размеры.
Фигура 3 показывает еще один узел 70 цилиндра согласно вариантам осуществления и/или аспектам изобретения. Аналогично узлу 50, показанному на фигуре 2, узел 70 фигуры 3 содержит цилиндр 72, который содержит корпус 73 для размещения и заключения в себя штока 74, а также поршня 76, прикрепленного к штоку 74, при этом поршень имеет первую сторона 77 и противоположную вторую сторону 79. Однако, в варианте осуществления, показанном на фигуре 3, корпус 73 может содержать аккумулирующий шток 78, который может представлять собой кольцо, расположенное внутри стенки или стенок корпуса 73. Дополнительно составные элементы узла 70 цилиндра, показанного на фигуре 3, включают гидравлические линии 80, электрический насос 82, запорные клапаны 84 и/или контрольные клапаны 86. Насосом 82 может быть любой электрический насос, способный перемещать гидравлическую жидкость из одной стороны поршня в другую и/или в накопитель узла 70. Фигуры 4 и 5 показывают некоторые иллюстративные примеры электронных насосов для использования с узлом 70 цилиндра.
Фигура 4 показывает насос 82, который может быть известен, как шестеренный насос 90. Шестеренный насос 90 содержит первую и вторую шестерни 92, 94, которые используются для вращения друг относительно друга для направления через них выбранного количества гидравлической жидкости на основании направления вращения первой и второй шестерней 92, 94. Например, когда первая шестерня вращается в направлении по часовой стрелке, вторая шестерня 94 будет вращаться в направлении против часовой стрелки. Это будет вызывать перемещение жидкости из первой стороны поршня 77, через гидравлическую линию 80 в направлении второй стороны 79 поршня 76. Однако, противоположное вращение шестерней 92, 94 будет вызывать перемещение гидравлической жидкости в противоположном направлении, которое будет совпадать с усилием, прикладываемым к первой стороне 77 поршня 76, которое будет выдвигать шток из корпуса 73 цилиндра. Шестерни могут иметь размеры и располагаться таким образом, чтобы выбранное количество гидравлической жидкости могло проходить между шестернями по мере того, как они вращаются друг относительно друга и в направлении требуемого местоположения. Однако, шестерни могут быть заблокированы, так чтобы через них жидкость не могла проходить, когда узел 70 цилиндра должен быть заблокирован на месте. Таким образом, узел 70 способен блокировать шток 74 на месте для сохранения постоянной длины штока 74.
Фигура 5 представляет собой еще один вариант осуществления электрического насоса 82 для использования с узлом 70 цилиндра. Насос 82, показанный на фигуре 5, может быть известен, как лопастной насос 96. Лопастной насос 96 содержит лопасти 98, ротор 100, один или более всасывающих портов 102 и один или более напорных портов 104. Вращение лопастей 98 относительно ротора 100 будет вызывать всасывание или доставку гидравлической жидкости через один из портов для перемещения гидравлической жидкости в требуемом направлении для активирования расширения или втягивания комбинации штока и поршня. Кроме того, следует иметь в виду, что с узлом 70 цилиндра могут содержаться и использоваться другие типы насосов, а также другие варианты осуществления узлов цилиндров изобретения для выполнения требуемого перемещения гидравлической жидкости в по существу автономных электромеханических гидравлических цилиндрах изобретения.
Для электрического насоса могут использоваться дополнительные типы насосов, такие как поршневые насосы. Поршневыми насосами, которые могут быть осевыми или радиальными, являются виды нагнетательных поршневых насосов, где уплотнение высокого давления совершает возвратно-поступательные движения с поршнем. Поршневой насос может использоваться для перемещения гидравлической жидкости из одной стороны поршня в другую для того, чтобы приводить в движение шток цилиндра.
Далее снова со ссылкой на Фигуру 3 будут описаны дополнительные аспекты. Как упоминалось, корпус 73 может содержать аккумулирующий шток 78, который может представлять собой кольцеобразный элемент, который может перемещаться внутри стенок корпуса 73 цилиндра. Гидравлическая жидкость также направляется в одну из первой или второй стороны 77, 79 поршня 76 для прикладывания к нему усилия с целью вызвать перемещение поршня и, вследствие этого, штока 74 для выдвижения или втягивания штока 74 в направлении, в общем показанном на фигуре 3 стрелкой 88. Однако, использование аккумулирующего штока 78 предусматривает дополнительные выгоды для цилиндра 70. Узел 70 цилиндра содержит множество запорных клапанов 84, расположенных вдоль пути гидравлической жидкости между первой и второй сторонами 77, 79 поршня 76. Данные запорные клапаны могут активироваться для обеспечения возможности прохождения жидкости только в одну сторону, что будет препятствовать прохождения жидкости в противоположную сторону. Запорные клапаны 84 могут удерживать жидкость на месте, чтобы блокировать шток фиксированным образом так, чтобы шток не двигался. Однако, когда закрыты только запорные клапаны гидравлических линий 80, а запорный клапан между внутренней частью цилиндра 72 и пространством стенок корпуса 73 цилиндра открыт, это может обеспечивать возможность по меньшей мере частичного плавания штока. Например, если нижнему запорному клапану 84, показанному на фигуре 3, позволить оставаться открытым, некоторая часть жидкости может проходить в полость в стенке 73 корпуса 73 цилиндра. Однако, жидкость не может втягиваться в гидравлическую линию 80 вследствие закрытого запорного клапана между полостью и линией. Гидравлическая жидкость имеет возможность свободно перемещаться между полостью в стенках корпуса цилиндра и внутренней частью цилиндра 72 рядом с боковой стороной поршня 76. Данное движение жидкости и стенки обеспечивает возможность некоторого перемещения штока 74 и поршня 76 в зависимости от количества жидкости и величины свободного пространства во внутренней части цилиндра, а также во внутренней части полости стенок цилиндра. Плавание штока 74 может быть полезно в некоторых ситуациях, например, при применении на неровной местности, чтобы предусмотреть некоторую податливость составного элемента орудия таким образом, чтобы нежесткость цилиндра уменьшала повреждение составных элементов орудия. Однако, так как величина плавания ограничена вследствие величины свободного пространства в полостях стенки корпуса цилиндра, цилиндр 72 будет все-таки содержаться в нагруженном положении, так что он будет пытаться вернуться обратно в свою первоначальную конфигурацию.
Дополнительные отличительные особенности и/или выгоды узла 70 цилиндра типа, показанного на фигуре 3, могут быть следующие. Узел 70 цилиндра все время предусматривает положительное давление на систему, что не требует кавитации насоса. Кроме того, так как накопитель окружает цилиндр 72 и фактически содержится в виде части корпуса 73 цилиндра, узел 70 цилиндра требует или занимает минимальное пространство, так что он может быть помещен в любом числе местоположений и/или конфигураций на сеялке или другом орудии или вокруг него. Дополнительные аспекты включают электронный модуль управления, который запрограммирован управлять частотой вращения двигателя насоса, чтобы управлять при необходимости выдвижением и втягиванием штока 74. Однако, необязательным добавлением или составным элементом узла 70 цилиндра может быть контрольный клапан 86 перегрузки. Контрольные клапан 86 перегрузки может быть помещен в поршень 76 или на него, чтобы препятствовать или обеспечивать один путь протекания гидравлической жидкости. Кроме того, в узле 70 цилиндра может содержаться магнитный фильтр (не показан) для обеспечения фильтрации гидравлической жидкости для помощи в удалении из гидравлической жидкости загрязнений.
Фигуры 6A и 6B представляют собой перспективные и схематичные изображения в разрезе еще одного узла 105 электромеханических гидравлических цилиндров согласно аспектам и/или вариантам осуществления изобретения. Узел 105 цилиндра, показанный на фигурах 6A и 6B, содержит узел двухходового поршня 110 и штока 108. Узел 105 цилиндра содержит корпус 106 цилиндра для размещения штока 108 и поршня 110. В одной из стенок корпуса 106 цилиндра может быть канал 118, который может содержать отверстия и блокировочные клапаны 116 или управляющие клапаны 120, расположенные в отверстиях между стенками между внутренней частью цилиндра и каналом 118. Кроме того, узел 105 цилиндра, показанный на фигурах 6A и 6B, содержит электрический насос, который может представлять собой насос 114 винтового типа для транспортировки гидравлической жидкости из первой стороны 111 поршня 110 ко второй стороне 112 поршня 110 и от нее. Насос 114 винтового типа представляет собой электронный насос, который содержит каналы, аналогичные шнеку или червячной шестерне. Вращение насоса 114 может транспортировать жидкость между зубьями шнека или зубьями шестерни для перемещения жидкости. Таким образом, вращение насоса 114 винтового типа, показанного на фигуре 6B, может перемещать гидравлическую жидкость от первой стороны 111 поршня 110 ко второй стороне 112 поршня 110, что будет приводить к жидкости, предоставляющей усилие на одну из сторон поршня 110, что будет приводить к перемещению узла поршня и штока в указанном направлении. Несмотря на то, что на фигуре 6B показано, что узел поршня и штока представляет собой двухходовой шток, следует также иметь в виду, что шток выдвигается только в одном направлении от одной из сторон поршня 110, как было показано ранее, и все-таки получает такие же или аналогичные результаты.
Узел 105 цилиндра обеспечивает канал 118, который также может представлять собой накопитель для хранения гидравлической жидкости узла 105 цилиндра. Кроме того, канал 118 может закрываться или открываться за счет использования запорных клапанов 116 или других управляющих клапанов 120, таких как контрольные клапаны или шаровые клапаны. Когда шток 108 должен перемещаться, например, в направлении стрелки 119, показанной на фигуре 6B, гидравлическая жидкость транспортируется из второй стороны 112 поршня 110 в первую сторону 111. Электрическим образом может активироваться или приводиться в действе для вращения, насос 114 винтового типа, который будет транспортировать жидкость из второй стороны 112 в первую сторону 111 поршня 110. Жидкость, которая проходит через клапан, начинает прикладывать усилие к первой стороне 111 поршня 110. Оно будет заставлять поршень перемещаться в направлении, показанном стрелкой 119, что будет заставлять шток перемещаться в таком же направлении, что и стрелка 119. Как только достигнута величина расширения штока 108, насос 114 винтового типа может быть остановлен, и клапаны в насосе 114 могут быть закрыты. Однако, запорные, контрольные или другие управляющие клапаны 116, 120 между внутренней частью корпуса 106 цилиндра в канале 118 могут оставаться открытыми, обеспечивая возможность плавания штока 108 и узла 105 цилиндра внутри корпуса 106 цилиндра. Плавание обеспечивает возможность некоторых перемещений штока 108 и поршня 110 с учетом требуемого перемещения орудия в поле. Однако, когда шток 108 должен быть заблокирован, все клапаны узла 105 цилиндра могут быть отсечены таким образом, что шток 108 не будет перемещать относительно корпуса 106 цилиндра.
Имеется множество выгод от наличия электрогидравлического цилиндра с динамическим управлением, например, выгоды, показанные и описанные прежде. Например, цилиндры могут включать устранение или уменьшение протечек, пространства рамы, потери энергии и т.д., связанных с длинными гидравлическими шлангами, которые обычно требуются для стандартных гидравлических цилиндров, расположенных в местоположении из трактора или другого гидравлического источника. Использование цилиндров изобретения также устраняет или иным образом уменьшает взаимное загрязнение гидравлической жидкости и резервуара трактора. Когда жидкость передается из цилиндров в резервуар трактора, жидкость может загрязняться, что уменьшает эффективность жидкости. Могут потребоваться самые современные системы фильтрации, которые могут быть дорогими и занимать много необходимого пространства системы. Таким образом, узлы цилиндров изобретения предусматривают повышенную ответственность за производительность цилиндров.
Дополнительные выгоды и/или преимущества включают возможность динамической синхронизации перемещений цилиндра посредством электронного модуля или блоков управления, которая также может быть известна, как интеллектуальное устройство управления. Интеллектуальное устройство управления может активироваться для точного непосредственного перемещения штоков цилиндров посредством точного перемещения гидравлической жидкости из одной стороны поршня в другую сторону поршня в по существу автономных узлах цилиндров. Кроме того, узлы могут быть соединены с электронным блоком управления посредством систем без обратной связи или с обратной связью, при этом системы регулируются автоматически или регулируются иным образом посредством вводимой оператором информации. Изобретение не должно ограничиваться системой одного конкретного типа. Использование цилиндров изобретения предусматривает обратную связь движения, которое можно просто и быстро отслеживать через кодировщик в двигателе узлов цилиндров, для предоставления оператору орудия улучшенной обратной связи непосредственно или дистанционно через использование проводной или беспроводной технологии. Например, узлы цилиндров могут непрерывно обновлять дисплеи пользователя либо по проводам в трактор, так чтобы оператор находился в кабине трактора, либо могут быть беспроводными, так что сигналы и/или данные узлов цилиндров могут автоматически передаваться беспроводным образом на планшетные устройства, телефоны или в другие вычислительные системы оператора в любом удаленном месте.
Цилиндры также обеспечивают возможность модульного ремонта замены или замещения в полевых условиях, что может обеспечить возможность, чтобы узлы цилиндров различных размеров/возможности нагрузки могли быть заменены, обеспечивая изменяющиеся величины выходной нагрузки на основании потребности узла цилиндра. Так как цилиндры представляют собой по существу автономные блоки, нет необходимости разрывать гидравлические линии и заправлять систему. Узлы цилиндров, показанные и описанные в данном документе, могут просто быть заменены, когда требуется замена, например, вследствие старения, ремонта или других проблем. Другие выгоды включают более последовательную работу сверх экстремальных температур, так как система будет автономной.
Как упоминалось, узлами цилиндров изобретения можно управлять посредством систем без обратной связи или с обратной связью. Пользователь или оператор может вводить данные на дисплей или в другую систему для выдвижения штока, втягивания штока, блокировки цилиндров или предоставления возможности плавания узла цилиндра или множества узлов цилиндров. Пользователь также может управлять скоростью потока гидравлической жидкости, задержкой времени или продолжительностью ее включения или выключения. Кроме того, для управления узлами цилиндров изобретение предусматривает использование логической схемы электронного модуля управления. Модуль управления может использовать входные данные пользователя или использовать систему без обратной связи или с обратной связью, в которой внешние данные получают и сохраняют для определения правильной работы конкретного или множества цилиндров. Для достижения требуемого перемещения модуль управления может регулировать двигатель и клапаны расхода. Например, может потребоваться более низкая, медленная скорость потока с открыванием клапанов расхода, а мощность двигателя может не потребоваться совсем. Можно принять во внимание и предусмотреть другие выгоды и преимущества, очевидные квалифицированным специалистам в данной области.
Также изобретением предусматриваются дополнительные узлы цилиндров и функции. Например, Фигура 7 представляет собой схематичное изображение еще одного узла цилиндра 122, который устраняет потребность в гидравлической жидкости. Узел 122, показанный на фигуре 7, для обеспечения перемещения штока 126 включает использование блока и поршня талевого-типа. Узел цилиндра 122, показанный на фигуре 7, содержит цилиндр 124, имеющий корпус 125 цилиндра для содержания штока 126 и поршня 128. Поршень 128 содержит первую сторону 130 и противоположную вторую сторону 131. Шток 126 продолжается от первой стороны 130 поршня 128. Однако, следует иметь в виду, что шток может продолжаться от каждой стороны поршня, а также может иметься двухходовой шток, который продолжается от обеих сторон поршня 128.
На второй стороне 131 поршня 128 показано множество закрепленных шкивов 132 и множество подвижных шкивов 134. Шнур 136 продолжается через, вокруг и между закрепленными и подвижными шкивами 132, 134. Закрепленные шкивы 132 прикреплены к корпусу 125 цилиндра, тогда как подвижные шкивы 134 соединены со второй стороной 131 поршня 128. Перемещение или регулирование шнура 136, например, с помощью наматывающего двигателя 138 или другого двигателя, будет заставлять поршневой 128 и штоковый 126 узел перемещаться в зависимости от движения шнура. Например, когда шнур 136 втягивается посредством двигателя 138, подвижные шкивы 134 будут перемещаться в направлении закрепленных шкивов 132 таким образом, что шток 126 втягивается в корпус 125 цилиндра. Однако, когда шнур 136 высвобождается, шток 126 будет начинать выдвижение из корпуса 125 цилиндра. Таким образом, движение штока 126 будет происходить в направлении, в общем показанном стрелкой 139 фигуры 7. Цилиндр 124, содержащий множество шкивов 132, 134, будет обеспечивать в общем линейное движение за счет использования наматывающего двигателя 138 и шкивов 132, 134.
Также могут использоваться другие типы цилиндров, которые могут считаться частью изобретения. Например, изобретение предусматривает использование цилиндров внутреннего сгорания для использования с сельскохозяйственными орудиями. Цилиндры внутреннего сгорания содержат свободнопоршневой двигатель для загрузки поршня. Сгорание будет вызывать перемещения поршня таким образом, что он будет выдвигать или втягивать шток, соединенный с поршнем. Подобный цилиндр может лучше использоваться для ситуаций, в которых цилиндр используется нечасто, однако, он также может использоваться с накопителем для предоставления дополнительной мощности в некоторых ситуациях, в которых цилиндр требуется для перемещения более тяжелой нагрузки или требуется, чтобы иметь большее усилие.
Еще один тип цилиндров может включать цилиндры с шарико-винтовой парой для использования с сельскохозяйственным орудием. Цилиндр с шарико-винтовой парой включает использование винта низкого или нулевого трения, прикрепленного к валу. Винт вращается вокруг вала, толкая или вытягивая поршень, который может продолжаться в шток. Шарико-винтовая пара может быть предпочтительна, так как она способна к очень большим нагрузкам, так что через цилиндр с шарико-винтовой парой могут проходить более большие нагрузки на сельскохозяйственном орудии или в нем.
Другие типы цилиндров могут представлять собой электромагниты, регенеративные цилиндры и цилиндры электрического движения, которые могут содержать динамические движущиеся магниты. Например, электрический двигатель или участок цилиндра с гидравлическим насосом может приводиться в движение в обратном направлении, так что он подобен регенеративному торможению. Реверсивное движение гидравлического насоса будет приводить в действие электрический генератор. Подобная ситуация может использоваться с сеялкой в цилиндре, колесе или насосе, который работает против силы тяжести или источника значительного момента движения таким образом, чтобы он был способен к регенерации. Некоторые примеры включают опускание бруса для навешивания рабочих органов сеялки, замедление скорости сеялки и/или опускание рядкового маркера. Однако, могут содержаться другие иллюстративные аспекты.
Фигура 8 представляет собой изображение крыла сеялки 10, содержащего узел 50 электрогидравлического цилиндра, прикрепленный к маркеру 12 сеялки 10. Как упоминалось, узлы цилиндров, раскрытые в данном документе, могут использоваться для замены в общем любого цилиндром сельскохозяйственного орудия, такого как сеялка. Однако, для иллюстративных целей будет описана замена узла цилиндра, используемого для поднимания и опускания маркера 12 сеялки. Сеялка 10 имеет гидравлический привод на каждом маркере 12 на каждом крыле сеялки 10. Чтобы достигнуть маркера 12, гидравлическая энергия, требующаяся для активирования узла цилиндра с гидравлическим приводом, должна проходить по всей длине и ширине сеялки. Таким образом, чтобы совершить работу в цилиндре маркера, данная мощность понижается на своем пути за счет шлангов, блоков управления и клапанов. Для использования по существу автономного электрогидравлического узла 50 цилиндра изобретения на цилиндр маркера помещают насос. Насос узла получает электрическую энергию из трактора, которая эффективно передается по сеялке в узел 50 цилиндра. Когда это необходимо, насос 62, прикрепленный к цилиндру 52, преобразует электрическую энергию в гидравлическую энергию, прямо в цилиндре 52. Насос 62 может перемещать гидравлическую жидкость через порты в цилиндре 52 из одной стороны поршня 56 в другую, таким образом приводя в действие цилиндр 52 для выдвижения и/или втягивания его штока 54. Вследствие этого, за пределами автономного узла 50 цилиндра не имеется никаких гидравлических линий. Частотой вращения электрического двигателя можно управлять с помощью электронного модуля или блока управления и датчиков для регулирования приведения в действие маркеров 12 для поднимания и опускания указанных маркеров. Электронный блок управления может получать команду от оператора сеялки через главную электронную систему управления, или им можно управлять автоматически посредством другого интеллектуального управления. Однако, узел 50 цилиндра также может содержать встроенное интеллектуальное устройство управления. В дополнение, узел 50 цилиндра может использоваться в общем для любых посевных систем с гидравлическим приводом, как линейных, так и роторных.
Таким образом, уменьшение и/или устранение гидравлических шлангов предоставит сеялку или другое сельскохозяйственное орудие, выглядящее более организовано, в то же время предоставляя также более эффективный узел цилиндра, например, электрическая энергия, передаваемая в узел цилиндра, может передаваться более эффективным образом, чем передача в системе с гидравлическим приводом, требующей передачи гидравлической жидкости из трактора в место расположения узла гидравлического цилиндра.
Фигуры 9 и 10 представляют собой перспективные и схематичные изображения централизованного гидравлического блока и системы питания для его управления с целью использования с трактором и орудием, содержащим по существу автономные узлы цилиндров. Как показано на фигуре 10, гидравлический источник 152 может быть расположен на дышле 14 сеялки или иным образом прикрепляться к центральной раме или брусу 22 для навешивания рабочих органов сеялки 10. Гидравлическим источником может быть выделенный резервуар гидравлической жидкости, и он может содержать другие механизмы управления для непосредственного снабжения узлов гидравлических или электрогидравлических цилиндров гидравлической жидкостью для приведения в действие его цилиндров.
Для управления централизованным гидравлическим блоком 152 питания, как показано на фигурах, Фигура 9 предоставляет схематичную систему. Трактор 140 содержит контроллер 142 трактора, которым может быть электрический блок управления (TECU) трактора. Средства управления трактором, которые могут содержать дисплей или виртуальный терминал 144, а также средства управления оператора или пользовательские интерфейсы 146, обеспечивают передачу в контроллер 142 трактора. Контроллер 142 трактора подключен к ISOBUS, который ретранслирует на шину управляющие сообщения трактора. ISOBUS, который на фигуре 9 показан под номером 148, представляет собой протокол обмена данными для сельскохозяйственной промышленности на основе протокола SAE J1939 (который включает CANBUS). Блок 154 гидравлического управления сеялки 150 принимает данные команды и приводит в действие клапаны для выполнения функций на сеялке 150, как если бы они были связаны непосредственно с трактором 140. Например, клапаны могут содержаться внутри блока 152 гидравлического и, который показан на фигуре 11.
Фигура 11 показывает блок 152 гидравлического питания, содержащий коллектор или блок 156 управления, силовой вход 158, соединяющий электрическая двигатель 160 и насос 162, резервуар для содержания запаса гидравлической жидкости 164 и составные элементы 166 для подготовки жидкости. Как упоминалось, ISOBUS 148 ретранслирует входные сигналы средств 144, 146 управления трактором, которые посылались через блок 142 управления трактора. Данные принимает гидравлический регулятор 154, который расположен на сеялке 150 и функционально соединен с блоком 152 гидравлического питания. Блок 154 гидравлического управления предоставляет команды в блок 152 питания. Например, он может управлять блоком 156 управления с помощью управляющего сигнала 157 для предоставления некоторого количества гидравлической жидкости из резервуара 164 в конкретное место. Силовой вход 158 приводит в действие электрический двигатель 160, который управляет насосом 162 для направления гидравлической жидкости из резервуара 164 через блок 156 управления и в направлении конечного места использования гидравлической жидкости. При возврате гидравлическая жидкость направляется через элемент 166 подготовки жидкости, который может очищать или иным образом фильтровать гидравлическую жидкость перед ее возвратом в резервуар 164 для будущего использования. Таким образом, централизованный блок или установка подачи гидравлической жидкости, которая расположена на сеялке 150, может приводиться в действие таким образом, что гидравлическая жидкость не регулируется и подается самим трактором. Таким образом, система, показанная на фигурах 9-11, обеспечивает ситуацию, в которой гидравлическая жидкость находится в более близком местоположении к месту конечного использования жидкости, так что имеется меньшая потеря гидравлической мощности за время, когда жидкость достигает цилиндра для конечного использования. В дополнение, наличие в централизованном месте элемента 166 подготовки жидкости также обеспечивает, что гидравлическая жидкость может быть отфильтрована или иным образом очищена от загрязнений таким образом, чтобы гидравлическая жидкость могла повторно использоваться для обеспечения более длительных промежутков времени между необходимостью замены гидравлической жидкости в блоке 152 снабжения гидравлической жидкостью.
Таким образом, как было раскрыто, изобретение предоставляет множество вариантов, способов осуществления и других аспектов альтернативных узлов цилиндров для использования с сельскохозяйственными орудиями. Некоторые аспекты включают использование по существу автономных блоков, которые не зависят от трактора для гидравлического питания. Подобные автономные блоки могут быть модульными и в ином случае иметь электрическое управление для обеспечения использования в конкретных местах сеялки или другого сельскохозяйственного орудия. Квалифицированный специалист в данной области в значительной степени оценит выгоды, аспекты и другие преимущества подобных систем, а также поймет, что имеются различные модификации, которые могут быть сделаны для показанных и описанных иллюстративных аспектов, также являющиеся в то же время частью объема правовых притязаний изобретения.
Реферат
Сельскохозяйственное орудие включает дышло, раму с высевающими секциями, маркеры и автономный узел электромеханического гидравлического цилиндра, функционально соединенный с каждым из маркеров для выдвижения и втягивания маркеров относительно рамы. При этом узел электромеханического гидравлического цилиндра содержит цилиндр со штоком, включающим поршень, перемещающийся в корпусе. Также в состав узла входит накопитель гидравлической жидкости, функционально соединенный с цилиндром и содержащий гидравлическую жидкость, электрический насос, функционально соединенный с накопителем, для направления гидравлической жидкости из одной стороны поршня цилиндра в другую для перемещения штока, и электрический блок управления. Последний функционально соединен с сельскохозяйственным орудием для приведения в действие узла электромеханического гидравлического цилиндра вручную или автоматически с помощью системы, включающей блок управления для получения управляющих сигналов, связанных с работой, ISOBUS, и соединенный с ним гидравлический блок управления. Использование изобретения позволит уменьшить потери мощности гидравлической жидкости за счет устранения шлангов от гидравлической системы трактора. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 11 ил.
