PL244766B1 - Aktywne podwozie kołowe pojazdu samobieżnego, zwłaszcza automatu do sadzenia drzew - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest aktywne podwozie kołowe pojazdu samobieżnego, zwłaszcza automatu do sadzenia drzew, mającego zastosowanie w szczególności podczas zalesiania terenów porolnych i rekultywowanych. Podwozie charakteryzuje się tym, że cztery skrętne, napędzane koła (7), zamocowane są do ramy poprzez elementy adaptacyjnego zawieszenia w postaci czterech podwójnych wahaczy (1, 2), gdzie każde z kół (7) posiada niezależny napęd, korzystnie hydrauliczny i połączone jest z wodzikiem (4) poprzez zwrotnicę (6), natomiast każdy z wodzików (4) połączony jest z ramą za pomocą wahacza górnego (1) i wahacza dolnego (2), przy czym w strefie połączenia wodzika (4) z wahaczem górnym (1), do wodzika (4) zamocowany jest siłownik skrętu (5), a w miejscu połączenia wodzika (4) z wahaczem dolnym (2) zamocowany jest siłownik położenia wahacza, gdzie siłowniki (3a) położenia wahaczy kół (7) co najmniej jednej osi, korzystnie osi tylnej, połączone są ze sobą przewodem hydraulicznym w sposób umożliwiający przepływ oleju między nimi, zaś układ sterowania przepływem połączony jest z czujnikiem poziomu, który to czujnik jest zamocowany do ramy.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest aktywne podwozie kołowe pojazdu samobieżnego, zwłaszcza automatu do sadzenia drzew, mającego zastosowanie w szczególności podczas zalesiania terenów porolnych i rekultywowanych. Dziedzinę techniki stanowią podwozia i układy jezdne pojazdów specjalnych, zwłaszcza pojazdów poruszających się w trudnym terenie.

Znany jest przykładowo układ zawieszenia hydropneumatycznego przedstawiony w opisie patentowym opublikowanym pod numerem US 7163208 B2, który przeznaczony został do amortyzowania przedniej osi mniejszych ciągników. Układ ten składa się z dwóch siłowników hydraulicznych dwustronnego działania połączonych ze sobą niezależnie stronami tłoczyskowymi i komorami beztłoczyskowymi. Do każdej z linii połączenia siłowników dołączony jest jeden gazowy akumulator hydrauliczny. W układzie zawieszenia jako elementy przełączające wykorzystano również dwupołożeniowe zawory elektrohydrauliczne ze sprężynami powrotnymi.

Z opisu zgłoszenia patentowego P.411573 znane jest kołowe podwozie adaptacyjne, przeznaczone dla pojazdów poruszających się po nierównym terenie, charakteryzuje się tym, że składa się z ramy głównej połączonej przegubem podłużnym z ramą wahliwą, na końcach której znajduje się przegub poprzeczny wózka i wspornik wózka, zaś na obu końcach wspornika wózka znajdują się połączone przegubami podłużnymi wsporniki kół na końcach których zamontowane są obrotowo koła.

Z innego opisu zgłoszenia patentowego P.392251 znany jest układ jezdny pojazdu o dużej zwrotności do pojazdu kołowego, zwłaszcza samochodu lub robota mobilnego. Układ jezdny podwozia pojazdu o dużej zwrotności, którego podwozie wyposażone jest w cztery koła jezdne, dwa kierowane połączone z podwoziem i układem kierowniczym za pomocą zwrotnic i dwa niekierowane, połączone z podwoziem za pośrednictwem elementów prowadzących. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że dwa współosiowe koła niekierowane i mają osie obrotu położone w osi prostopadłej do kierunku jazdy pojazdu na wprost, zaś dwa koła kierowane i znajdują się w osi zgodnej z kierunkiem jazdy na wprost, przy czym jedno koło kierowane znajduje się przed osią prostopadłą do kierunku jazdy, zaś drugie koło kierowane znajduje się za osią. Koła kierowane połączone są z układem kierowniczym tak, aby dokonywały obrotu wokół osi i zwrotnic w przeciwnych do siebie kierunkach.

W rozwiązaniu opisanym w dokumencie patentowym opublikowanym pod numerem US 2009//0261541 ujawniono hydropneumatyczne zawieszenie półosi pojazdów. W tym rozwiązaniu pokazano jedynie układ zawieszenia pojedynczej półosi. Skok zawieszenia realizowany jest za pomocą siłownika hydraulicznego dwustronnego działania. Siłownik hydrauliczny połączony jest z dwoma gazowymi akumulatorami hydraulicznymi, przy czym jeden podłączony jest po stronie tłoczyska, a drugi z komorą nad tłokiem siłownika. W układzie zawieszenia zastosowano sterowane elektrycznie zawory hydrauliczne ze sprężynami powrotnymi. W momencie wzrostu ciśnienia w układzie hydraulicznym komory siłownika zostają ze sobą połączone za pomocą dwóch zaworów sterowanych z modułu elektronicznego poprzez zawory dławiące.

Znane jest z opisu patentowego Pat.224357 hydropneumatyczne zawieszenie podwozia bezzałogowego robota inżynieryjnego służące przede wszystkim do zwiększenia możliwości roboczych bezzałogowych robotów inżynieryjnych, poprzez poprawę ich zdolności do pokonywania przeszkód terenowych, zwiększenie zapasu stateczności wzdłużnej i poprzecznej zarówno podczas jazdy jak i pracy osprzętami roboczymi oraz zapewnienie równomiernego rozkładu nacisków na podłoże i w rezultacie efektywne przenoszenie siły napędowej na koła robota. Hydropneumatyczne zawieszenie podwozia sześciokołowego bezzałogowego robota inżynieryjnego składa się z sześciu siłowników hydraulicznych dwustronnego działania, trzech elektrohydraulicznych, czterodrogowych, trójpołożeniowych rozdzielaczy z zatrzaskami i sprężynami powrotnymi, dwunastu zaworów ręcznych, siedmiu zaworów elektrohydraulicznych z zatrzaskami, jednego elektrohydraulicznego, czterodrogowego, dwupołożeniowego rozdzielacza z zatrzaskiem, ośmiu gazowych akumulatorów hydraulicznych oraz ośmiu regulowanych zaworów dławiących.

W opisie patentowym nr Pat. 198676 ujawniono podwozie pojazdu kołowego wieloosiowego zwłaszcza specjalnego, w którym koła jezdne są osadzone na wahaczach, a wahacze są związane za pośrednictwem elementów sprężynujących z konstrukcją nośną pojazdu, przy czym wahacze pierwszej pary kół jezdnych są wyposażone w łączące je z konstrukcją nośną amortyzatory hydrauliczne. Wynalazek charakteryzuje się tym, że wahacze dwóch par kół jezdnych są wyposażone w łączące je z konstrukcją nośną amortyzatory cierne ze sterowaną charakterystyką tłumienia drgań i blokadą ruchu.

W opisie zgłoszenia patentowego P.396573 ujawniono natomiast podwozie pojazdu, które znajduje zastosowanie w pojazdach wielozadaniowych z silnikiem spalinowym, korzystnie z napędem na wszystkie koła, które przeznaczone są do prowadzenia akcji ratowniczych z możliwością zamontowania wideł widlaka, urządzeń do holowania pojazdów itp. Podwozie pojazdu składa się z: ramy, dwóch mostów napędowych, czterech resorów półeliptycznych i czterech miechów, przy czym rama usytuowana jest pod mostami, a na każdym moście zamocowane są dwa resory, skierowane wypukłością do góry. Jeden koniec każdego resoru połączony jest z ramą wahliwie za pomocą wieszaka jedno albo dwusworzniowego, drugi zaś połączony jest z ramą suwliwie w gnieździe. Na każdym moście osadzone są dwa miechy, a na każdym z nich osadzony jest uchwyt w kształcie litery „U”, z ramionami uchwytu skierowanymi w dół, zamocowanymi do ramy. Wszystkie miechy włączone są w układ pneumatyczny, za pomocą którego regulowane jest położenie ramy w czasie jazdy i postoju pojazdu. Rama ma zarys trapezu równoramiennego, zawierającego ramiona trapezu oraz cztery poprzeczne, równoległe do siebie belki podstawy zamykające konstrukcję ramy, oraz belki wewnętrzne usztywniające konstrukcję ramy. Odległości między sąsiednimi belkami są sobie równe i stanowią 1/3 długości całej ramy. Mosty umocowane są w przestrzeniach wewnętrznych ramy, za podstawami. Na ramie, w zależności od potrzeb, są zamocowane między innymi: siodło naczepy, zaczep przyczepy, widły widłaka, uchwyty do zamocowania organów roboczych koparki albo spycharki.

Znane są także różne rozwiązania konstrukcyjne podwozi gąsienicowych.

Niedogodnością wynikającą z możliwości zastosowania rozwiązań znanych ze stanu techniki są ograniczone możliwości zastosowania tychże konstrukcji w leśnych pracach odnowieniowych, zwłaszcza podczas zalesiania terenów porolnych i rekultywowanych, w których wykorzystywane są zautomatyzowane procesy sadzenia drzew.

Rozwiązanie według wynalazku eliminuje wady i niedogodności wynikające z możliwości zastosowania rozwiązań znanych ze stanu techniki.

Istota wynalazku, którym jest aktywne podwozie kołowe pojazdu samobieżnego, zwłaszcza automatu do sadzenia drzew, polega na tym, że cztery skrętne, napędzane koła, zamocowane są do ramy poprzez elementy adaptacyjnego zawieszenia w postaci czterech podwójnych wahaczy, gdzie każde z kół posiada niezależny napęd, korzystnie hydrauliczny, i połączone jest z wodzikiem poprzez zwrotnicę, natomiast każdy z wodzików połączony jest z ramą za pomocą wahacza górnego i wahacza dolnego, przy czym w strefie połączenia wodzika z wahaczem górnym, do wodzika zamocowany jest siłownik skrętu, a w miejscu połączenia wodzika z wahaczem dolnym zamocowany jest siłownik położenia wahacza, gdzie siłowniki położenia wahaczy kół co najmniej jednej osi, korzystnie osi tylnej, połączone są ze sobą przewodem hydraulicznym w sposób umożliwiający przepływ oleju między nimi, zaś układ sterowania przepływem połączony jest z czujnikiem poziomu, który to czujnik jest zamocowany do ramy.

Korzystnym jest gdy koła są napędzane elektrycznie, jak również korzystnym jest gdy koła napędzane są pneumatycznie.

Dodatkowo korzystnym jest gdy każdy z siłowników położenia wahaczy kół, korzystnie tylnej osi aktywnego układu jezdnego, zamocowany jest między ramą i wodzikiem w takiej relacji geometrycznej, że niezależnie od położenia wahaczy siła nacisku koła na grunt jest proporcjonalna do siły napędu tego siłownika.

Szczególnie korzystnym jest gdy siłowniki położenia wahaczy kół drugiej osi jezdnej, korzystnie przedniej osi aktywnego układu jezdnego usytuowane są w przestrzeni pomiędzy wahaczem górnym a wahaczem dolnym.

Ponadto korzystnym jest gdy koła są zamocowane do usytuowanej kątowo zwrotnicy w taki sposób, że maksymalny kąt skrętu a koła względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku do wewnątrz pojazdu, zawiera się w przedziale od 55° do 65°, najkorzystniej 60°, natomiast maksymalny kąt skrętu β względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku na zewnątrz pojazdu, zawiera się w przedziale od 25° do 35°, najkorzystniej 30°.

Dodatkowo korzystnym jest gdy do ramy w strefie przedniej i/albo tylnej podwozia, zamocowany jest co najmniej jeden czujnik wykrywania przeszkód, połączony z układem sterowania układem hydraulicznym.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku osiągnięto następujące korzyści technicznoużytkowe:

- podwyższone zdolności terenowe i możliwość pokonywania wysokich przeszkód w postaci np. pieńków pozostałych na terenach leśnych po ściętych drzewach, przy zachowaniu poziomego ustawienia ramy względem podłoża,

- zwiększona zwrotność pojazdu pozwalająca na manewrowania pomiędzy przeszkodami i omijanie przeszkód przy zachowaniu toru jazdy przebiegającego możliwie blisko przeszkody,

- możliwość zawracania w miejscu,

- możliwość zintegrowania podwozia z automatami do sadzenia drzew i podzespołami magazynująco-pobierającymi sadzonki z kaset szkółkarskich.

Przedmiot wynalazku w przykładowym lecz nieograniczającym wykonaniu, przedstawiono w schemacie na rysunku, gdzie na Fig. 1 i Fig. 2 w widoku perspektywicznym pokazano szczegóły konstrukcji układu zawieszenia kół przednich i tylnych podwozia, natomiast na Fig. 3 i Fig. 4 pokazano możliwości adaptacyjne zawieszenia, odpowiednio w widoku z przodu i od lewej strony. Model podwozia z układem jezdnym w widoku perspektywicznym pokazano na Fig. 5, na którym zobrazowano odpowiednio układ jezdny z kołami ustawionymi: dojazdy na wprost (5a), kołami skręconymi na zewnątrz względem osi wzdłużnej (5b) oraz kołami skręconymi do wewnątrz (5c). Możliwości układu jezdnego pokazano na Fig. 6 - Fig. 9.

W przykładowym wykonaniu aktywne podwozie kołowe według wynalazku składa się z ramy 8 z układem jezdnym sterowanym hydraulicznie, który to układ jezdny stanowią cztery skrętne koła 7 połączonych z ramą 8 przez układ zawieszenia. Każde z kół 7 jest niezależnie skrętne i niezależnie napędzane. Cztery skrętne, napędzane hydraulicznie koła 7, zamocowane są do ramy 8 poprzez elementy adaptacyjnego zawieszenia w postaci czterech podwójnych wahaczy 1, 2 gdzie każde z kół 7 posiada niezależny hydro napęd i połączone jest z wodzikiem 4 poprzez zwrotnicę 6.

Koła 7 w przykładowym wykonaniu są zamocowane do usytuowanej kątowo zwrotnicy 6 w taki sposób, że maksymalny kąt skrętu a koła 7 względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku do wewnątrz pojazdu, wynosi 60°, natomiast maksymalny kąt skrętu β względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku na zewnątrz pojazdu, wynosi 30°.

Każdy z wodzików 4 połączony jest z ramą 8 za pomocą wahacza górnego 1 i wahacza dolnego 2, przy czym w strefie połączenia wodzika 4 z wahaczem górnym 1, do wodzika 4 zamocowany jest siłownik skrętu 5, a w miejscu połączenia wodzika 4 z wahaczem dolnym 2 zamocowany jest siłownik 3 położenia wahacza. Każdy z siłowników 3a położenia wahaczy kół 7 tylnej osi aktywnego układu jezdnego, zamocowany jest między ramą 8 i wodzikiem 4 w takiej relacji geometrycznej, że niezależnie od położenia wahaczy siła nacisku koła 7 na grunt jest proporcjonalna do siły napędu tego siłownika 3a. Dzięki temu połączenie wahaczy przednich lub tylnych zapewnia realizację kopiowania terenu przez zawieszenie bowiem każde koło pozostaje w stałym kontakcie z gruntem.

Siłowniki 3a położenia wahaczy kół 7 tylnej osi układu jezdnego połączone są ze sobą przewodem hydraulicznym w sposób umożliwiający swobodny przepływ oleju między nimi, natomiast siłowniki 3b położenia wahaczy kół 7 osi przedniej, w przykładowym wykonaniu, usytuowane są pomiędzy wahaczem górnym 1 a wahaczem dolnym 2, co umożliwiło zwiększenie prześwitu pomiędzy podwoziem a podłożem. Dzięki temu w przestrzeni poniżej ramy 8 możliwe jest zamontowanie dodatkowych zespołów, np. automatu do sadzenia. Swobodny podczas jazdy przepływ oleju między siłownikami 3a położenia wahaczy kół tylnych, umożliwia uzyskanie efektu wahliwej osi przedniej, a tym samym uzyskanie trzech punktów podparcia ramy automatu, co jest niezwykle istotne w kontekście zapewnienia ciągłego kontaktu z podłożem każdego z kół podczas jazdy. Dodatkowo takie połączenie znacznie ułatwia korekcję poziomu platformy.

Do ramy 8 aktywnego podwozia według wynalazku zamocowane są czujniki wykrywania przeszkód, które połączone są z układem sterowania układem hydraulicznym. Układ sterowania przepływem połączony jest z czujnikiem poziomu, który to czujnik poziomu również zamocowany jest do ram y 8.

Podwozie z układem jezdnym według wynalazku, wyposażone w cztery niezależnie skrętne i niezależnie napędzane koła, zapewnia możliwość:

- ruchu prostoliniowego - do przodu (Fig. 6a) i do tyłu (Fig. 6b);

- wykonywania skrętów podczas jazdy poprzez skręt dwóch kół (Fig. 7a);

- wykonywania ostrych skrętów podczas jazdy poprzez skręt wszystkich czterech (Fig. 7b);

- wykonywania obrotów w miejscu poprzez skręt dwóch kół (Fig. 8a) przy założeniu, że koła ustawione do jazdy na wprost mają swobodę ruchu, a koła skrętne kręcą się w przeciwnych kierunkach;

- wykonywania obrotów w miejscu poprzez skręt czterech kół (Fig. 8b);

- wykonywanie obrotów w miejscu poprzez przeciwny napęd prawej i lewej strony (Fig. 9).

W drugim wariancie wykonania każde z kół 7 posiada niezależny napęd elektryczny, natomiast w kolejnym wariancie koła 7 napędzane są pneumatycznie.

Claims (7)

1. Aktywne podwozie kołowe pojazdu samobieżnego, zwłaszcza automatu do sadzenia drzew, zawierające ramę z układem jezdnym, który to układ jezdny stanowią skrętne koła połączone z ramą poprzez układ wahaczy górnych i dolnych, znamienne tym, że cztery skrętne, napędzane koła (7), zamocowane są do ramy (8) poprzez elementy adaptacyjnego zawieszenia w postaci czterech podwójnych wahaczy (1,2), gdzie każde z kół (7) posiada niezależny napęd, korzystnie hydrauliczny, i połączone jest z wodzikiem (4) poprzez zwrotnicę (6), natomiast każdy z wodzików (4) połączony jest z ramą (8) za pomocą wahacza górnego (1) i wahacza dolnego (2), przy czym w strefie połączenia wodzika (4) z wahaczem górnym (1), do wodzika (4) zamocowany jest siłownik skrętu (5), a w miejscu połączenia wodzika (4) z wahaczem dolnym (2) zamocowany jest siłownik (3) położenia wahacza, gdzie siłowniki (3a) położenia wahaczy kół (7) co najmniej jednej osi, korzystnie osi tylnej, połączone są ze sobą przewodem hydraulicznym w sposób umożliwiający przepływ oleju między nimi, zaś układ sterowania przepływem połączony jest z czujnikiem poziomu, który to czujnik jest zamocowany do ramy (8).

2. Podwozie według zastrz. 1, znamienne tym, że koła (7) są napędzane elektrycznie.

3. Podwozie według zastrz. 1, znamienne tym, że koła (7) są napędzane pneumatycznie.

4. Podwozie według zastrz. 1 albo zastrz. 2 albo zastrz. 3, znamienne tym, że każdy z siłowni- ków (3a) położenia wahaczy kół (7), korzystnie tylnej osi aktywnego układu jezdnego, zamocowany jest między ramą (8) i wodzikiem (4) w takiej relacji geometrycznej, że niezależnie od położenia wahaczy siła nacisku koła (7) na grunt jest proporcjonalna do siły napędu tego siłownika (3a).

5. Podwozie według zastrz. 1 albo zastrz. 4, znamienne tym, że siłowniki (3b) położenia wahaczy kół (7) drugiej osi jezdnej, korzystnie przedniej osi aktywnego układu jezdnego usytuowane są w przestrzeni pomiędzy wahaczem górnym (1) a wahaczem dolnym (2).

6. Podwozie według zastrz. 1 albo zastrz. 3, znamienne tym, że koła (7) są zamocowane do usytuowanej kątowo zwrotnicy (6) w taki sposób, że maksymalny kąt skrętu a koła (7) względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku do wewnątrz pojazdu, zawiera się w przedziale od 55° do 65°, korzystnie 60°, natomiast maksymalny kąt skrętu β względem osi wzdłużnej pojazdu w kierunku na zewnątrz pojazdu, zawiera się w przedziale od 25° do 35°, korzystnie 30°.

7. Podwozie według zastrz. 1, znamienne tym, że do ramy (8) w strefie przedniej i/albo tylnej podwozia, zamocowany jest co najmniej jeden czujnik wykrywania przeszkód, korzystnie połączony z systemem sterowania układem hydraulicznym.