2. Автоматическое управление движением машин и их рабочих органов в горизонтальной плоскости

САР направления движения машин и отдельных рабочих органов служат для поддержания движения агрегатов или их рабочих органов по заданным траекториям и ориентирам. Эти системы могут быть разделены на следующие основные группы: системы автоматического вождения (САВ) мобильных сельскохозяйственных агрегатов; САВ самоходных сельскохозяйственных машин; системы автоматического направления движения рабочих органов сельскохозяйственных орудий при междурядной обработке.

При работе на машинно-тракторном агрегате водитель выполняет одновременно несколько операций: управляет направлением движения агрегата, контролирует качество выполнения технологических операций орудиями агрегата и управляет режимом работы двигателя. Все эти операции определяют физическую и психологическую нагрузку на механизатора. Эта нагрузка характеризуется однообразием действий при управлении движением агрегата. Поэтому работа по созданию САВ тракторов началась с момента их создания. Уже в 1911 г. в России было зарегистрировано изобретение «Автоматически действующий руль для пахотных тракторов». В 1930 г. делались попытки осуществить вождение колесных тракторов с помощью механических направителей. С 1957 г. тракторы оснащали первыми опытными устройствами для автоматического вождения.

Работы над созданием совершенных САВ сельскохозяйственных агрегатов ведутся и в настоящее время. Особенно это важно для увеличения скорости движения машинно-тракторных агрегатов. Известно, что от момента регистрации механизатором какого-либо отклонения в ведении технологического процесса до начала реакции системы на это отклонение проходит не менее 1 с. За это время агрегат, двигаясь со скоростью 10 км/ч, пройдет 2,8 м. Поэтому при увеличении скорости и ширины захвата мобильных агрегатов механизатору без автоматических средств вождения невозможно обеспечить необходимое качество выполнения технологических операций.

2.1. Автоматическое вождение пахотных агрегатов

Значительное облегчение условий труда тракториста и уменьшение его психофизической нагрузки при пахоте достигается использованием систем автоматического вождения.

Базовой линией, по которой осуществляется автовождение, является граница вспаханного и невспаханного поля или борозда предыдущего прохода, которая копируется различного рода устройствами. Среди этих устройств наиболее широко применяются механические копиры различной конструкции. Ведутся работы по созданию индукционных систем вождения, воспринимающих магнитное поле постоянно проложенных токоведущих проводов (шпалерная проволока на виноградниках, подземные кабели).

На рис. 2.6 показана САВ агрегата с колесным трактором вдоль борозды. Рассмотрим рис. 2.6, а. При движении трактора 1 (рис. 2.6, а) вдоль направляющей борозды боковое давление почвы, воспринимаемое рабочими органами плуга 3, передается на копир 2 и полевую доску 4, вследствие чего они постоянно прижаты к стенкам борозд. Так как плуг соединен с трактором подвижно, он независимо от трактора копирует направляющую борозду.

Рис. 2.6. САВ агрегата с колесным трактором вдоль борозды:

а – общий вид; б – структурная схема

Автоматическое управление трактором включается выключателями 5. Если трактор отклоняется в сторону от орудия, то вместе с ним смещается поперечная балка 6, и каретка 8, двигаясь по балке на роликах 7, упирается в один из выключателей 5, который замыкает цепь питания электрогидравлического усилителя механизма поворота, вызывая поворот трактора в нужную сторону.

При малом числе рабочих органов применяется простейшая конструкция копира в виде полозка 2, а при большом числе рабочих органов и на рыхлых почвах – в виде наклонного катка.

Структурная схема системы показана на рис. 2.6, б, где приняты следующие обозначения: 1 – чувствительный элемент, 2 – гидрораспределитель, 3 – гидроцилиндр, 4 – трактор.

Разработаны САВ, которые имеют два контура управления. Один контур вырабатывает управляющее воздействие на основе линейного отклонения агрегата. Второй контур управляет агрегатом по отклонению от заданного курса. Контур управления по отклонению ничем не отличается от рассмотренных нами систем вождения. Регулятор управления по курсу прямого действия. Его действие начинается после действия контура системы управления по линейному отклонению. При ликвидации ошибки по линейному отклонению в действие вступает силовая трапеция, состоящая из Т-образной рамы и двух пружин и являющаяся преобразователем и исполнительным механизмом. Т-образная рама системой рычагов связана с рулевой трапецией. При наличии угла между заданным курсом и положением колес трактора после ликвидации линейного отклонения действием пружин этот угол исчезает.