5. Σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών, ευφυής θάλαμος ασφαλείας & πανοραμικό σύστημα παρακολούθησης εργασιών Η αυτοματοποίηση μονότονων εργασιών καθώς και η εφαρμογή των κανόνων της εργονομίας επιφέρουν σημαντικές βελτιώσεις στην αποτελεσματικότητα της εργασίας. Στο κεφάλαιο αυτό, γίνεται παρουσίαση διαφορετικών συστημάτων που στοχεύουν στο να βελτιώσουν την ικανότητα ελέγχου του γεωργικού ελκυστήρα και να προσφέρουν συνθήκες άνεσης στον χειριστή του. Μεταξύ των συστημάτων αυτών περιλαμβάνονται το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών, τα ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα ανάρτησης θαλάμου και εμπρόσθιου άξονα και το πανοραμικό σύστημα παρακολούθησης των εργασιών που εκτελούνται στο πίσω μέρος του ελκυστήρα. Τα ανωτέρω συστήματα εξελίχθηκαν καθώς τοποθετήθηκαν ηλεκτροϋδραυλικές διατάξεις οι οποίες αυτοματοποιούν πλήρως την όλη διαδικασία μεταβίβασης εντολών και ελέγχου των λειτουργιών των επιμέρους μηχανισμών. 5.1. Σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών 5.1.1 Εισαγωγικές έννοιες Η ισχύς στη δοκό έλξης είναι μικρότερη από την ισχύ στους άξονες των κινητήριων τροχών και εξαρτάται: α) από τα χαρακτηριστικά του ελκυστήρα, όπως το βάρος, τα μέσα προώσεως, τη θέση της δοκού έλξης και β) από τα χαρακτηριστικά του εδάφους. Η ισχύς του κινητήρα φθάνει στους άξονες των κινητήριων τροχών ως ροπή στρέψης, μέσω του συστήματος μετάδοσης της κίνησης. Η μετάδοση της ισχύος από τον κινητήρα μέχρι τους άξονες των κινητήριων τροχών γίνεται με απώλειες της τάξεως του 13-18 %. Ένας δείκτης της ικανότητας μετατροπής της ροπής στρέψης που φθάνει στους άξονες των κινητήριων τροχών σε ελκτική ισχύ, είναι ο "βαθμός απόδοσης ισχύος στην έλξη". Ο "βαθμός απόδοσης ισχύος στην έλξη" ορίζεται ως ο λόγος της μέγιστης ισχύος στη δοκό έλξης προς την ισχύ στους άξονες των κινητήριων τροχών και επηρεάζεται από την ολίσθηση των κινητήριων τροχών και την αντίσταση κυλίσεως (Σούτερ, 1972). Η ολίσθηση των κινητήριων τροχών εκφράζεται επί τοις (%) και δίνεται από τη σχέση: 100n- n o s (5.1) n όπου s είναι η ολίσθηση των κινητήριων τροχών, n είναι οι στροφές των τροχών υπό φορτίο, και n ο είναι οι στροφές των τροχών χωρίς φορτίο. Όταν η ολίσθηση είναι μεγαλύτερη του 15 % προκαλεί μείωση της ταχύτητας του ελκυστήρα, αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου και ενδεχομένως φθορές λόγω τριβών. Αντιμετωπίζεται με αύξηση της διαμέτρου των τροχών, την προσθήκη αντίβαρων στους τροχούς και τη μείωση της πίεσης των ελαστικών (Σούτερ, 1972; Σταθόπουλος, 1991). Αντίσταση κυλίσεως ονομάζεται η απαιτούμενη δύναμη για την αυτο-προώθηση του ελκυστήρα με σταθερή ταχύτητα και δίνεται από τη σχέση: F R G w (5.2) όπου F R είναι η αντίσταση κυλίσεως, G είναι το συνολικό βάρος του ελκυστήρα και w είναι ο συντελεστής αντίστασης κυλίσεως. Η αντίσταση κυλίσεως οφείλεται στις τριβές μεταξύ των μέσων προώσεως του ελκυστήρα και του εδάφους. Μικρότερη αντίσταση κυλίσεως σημαίνει μικρότερη ισχύς για την αυτοπροώθηση του ελκυστήρα, άρα διατίθεται μεγαλύτερη ισχύς για την έλξη με μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου (Semetko, 1981; Σούτερ, 1972). Η αύξηση του βάρους του ελκυστήρα με πρόσθετα βάρη (χρήση αντίβαρων), αυξάνει τη δύναμη έλξης εξαιτίας της καλύτερης πρόσφυσης των κινητήριων τροχών του με το έδαφος, μειώνει την ολίσθηση και αυξάνει την αντίσταση κυλίσεως, την κατανάλωση καυσίμου και τη συμπίεση του εδάφους. Για κάθε εργασία του ελκυστήρα υπάρχει ένα βέλτιστο βάρος, για το οποίο επιτυγχάνονται τα καλύτερα αποτελέσματα (Σούτερ, 1972).
5.1.2 Σύστημα κίνησης στους τέσσερις τροχούς Το σύστημα κίνησης στους τέσσερις τροχούς (four wheel drive system) εξασφαλίζει στον ελκυστήρα καλύτερη πρόσφυση των τροχών, δηλαδή ολόκληρο το βάρος του ελκυστήρα συντελεί στη βελτίωση της δύναμης έλξης. Τα κυριότερα πλεονεκτήματα που προκύπτουν είναι τα ακόλουθα: Αύξηση της απόδοσης. Λόγω μικρότερης ολίσθησης ο ελκυστήρας μπορεί να εργάζεται με μεγαλύτερη ταχύτητα. Δυνατότητα εκτέλεσης εργασιών, που δεν θα μπορούσαν να γίνουν από ελκυστήρα χωρίς εμπρόσθιους κινητήριους τροχούς (όργωμα σε κεκλιμένο ή λασπώδες έδαφος). Εύκολη υπέρβαση των εμποδίων, αφού οι εμπρόσθιοι τροχοί που πρώτοι τα συναντούν, έχουν την απαιτούμενη ροπή για να τα ξεπεράσουν. Ικανότητα να αντεπεξέρχονται σε κρίσιμες καταστάσεις, όπως όταν οι τροχοί του ενός άξονα κινούνται σε μη συνεκτικό έδαφος, ενώ οι τροχοί του άλλου άξονα κινούνται σε συνεκτικό έδαφος. Ασφαλέστερη οδήγηση. Λόγω εμπρόσθιας κίνησης αποφεύγεται η ολίσθηση σε λασπώδες, μαλακό ή χιονισμένο έδαφος. Η τυπολογία (typology) των ελκυστήρων με τέσσερις κινητήριους τροχούς παρουσιάζεται με δύο βασικές λύσεις: α). Ελκυστήρες με το ίδιο μέγεθος τροχών. Το βάρος του ελκυστήρα και των παρελκόμενων μηχανημάτων που μεταφέρει διαμοιράζεται περισσότερο ή λιγότερο ισοδύναμα πάνω στους ίδιους άξονες με τροχούς ιδίου μεγέθους. Ο ελκυστήρας με εμπρόσθιους κινητήριους τροχούς μεγάλης διαμέτρου, για να ελίσσεται σε περιορισμένους χώρους, απαιτείται να είναι αρθρωτού τύπου (articulated structure). Η άρθρωση που συνδέει τα δύο τμήματα βρίσκεται συνήθως στο μέσον του ελκυστήρα και επιτρέπει την πραγματοποίηση κλειστών στροφών. Η λύση αυτή ως μηχανικά πολύπλοκη και υψηλού κόστους χρησιμοποιήθηκε σε ελκυστήρες με ισχύ μεγαλύτερη από 170 HP και σε μικρής ισχύος ελκυστήρες, μικρότερης των 50 HP. β). Ελκυστήρες ενιαίας κατασκευής με εμπρόσθιους κινητήριους τροχούς. Η υιοθέτηση του σχεδιασμού ελκυστήρων ενιαίας κατασκευής με τέσσερις κινητήριους τροχούς, επέτρεψε την εφαρμογή αξιόλογων τεχνικών λύσεων: Ιδανική κατανομή του βάρους. Οι εμπρόσθιοι κινητήριοι τροχοί είναι μικρότερης διαμέτρου σε σχέση με τους οπίσθιους, η κατανομή του βάρους του ελκυστήρα μεταξύ εμπρόσθιου και οπίσθιου άξονα είναι αντίστοιχα 35-40 % και 60-65 %, παρουσιάζοντας υψηλή δύναμη έλξης στους εμπρόσθιους τροχούς. Εμπρόσθιοι τροχοί μεγάλου μεγέθους. Λόγω μεγαλύτερης διαμέτρου επιτυγχάνεται μεγαλύτερη ελευθερία από το έδαφος, ενώ λόγω μεγαλύτερου πλάτους εξασφαλίζεται καλύτερη πρόσφυση, μικρότερη ολίσθηση, μικρότερη φθορά των ελαστικών, μικρότερη πίεση του εδάφους και ασφαλέστερη οδήγηση. Μεγάλη ευελιξία. Η σχεδίαση και διάταξη του κινητήρα επέτρεψαν μεγάλη γωνία διεύθυνσης του εμπρόσθιου άξονα με τροχούς μεγάλου μεγέθους και χωρίς υπερβολικό άνοιγμα τροχών. Στιβαρή κατασκευή ελκυστήρα. Η παραγόμενη δύναμη έλξης από τους εμπρόσθιους κινητήριους τροχούς μεταφέρεται δια της ενιαίας κατασκευής κινητήρα και του συστήματος μετάδοσης κίνησης εάν η κατασκευή δεν ήταν στιβαρή θα απαιτούνταν ειδικές πλευρικές διατάξεις (side frame members) που μειώνουν τη γωνία διεύθυνσης των τροχών. Εμπρόσθιο διαφορικό μικρού μεγέθους (χαμηλής σχέσης μετάδοσης) κεντρικά τοποθετημένο, επιτυγχάνει μεγαλύτερο ελεύθερο ύψος έναντι των ελκυστήρων με εμπρόσθιο διαφορικό πλευρικά τοποθετημένο και ενδείκνυται για βαθιές αρόσεις ή εργασίες γραμμικών καλλιεργειών. Πλανητικές τελικές μεταδόσεις που επιτυγχάνουν μειωμένη ταχύτητα και αυξημένη ροπή στρέψης, ενώ είναι περισσότερο συμπαγείς και λιγότερο ογκώδεις. Επαρκής ταλάντωση εμπρόσθιου άξονα, ώστε ο ελκυστήρας να αντεπεξέρχεται των ανωμαλιών του εδάφους. Εύκολη εμπλοκή ή απεμπλοκή της εμπρόσθιας κίνησης, με τον ελκυστήρα σε κίνηση ή στάση. Ελάχιστες απώλειες ισχύος, δια του υψηλής απόδοσης συστήματος μετάδοσης εμπρόσθιων τροχών με τον ελάχιστο δυνατό αριθμό συνδέσμων και οδοντωτών τροχών.
Αυτοτελές σύστημα πέδησης των τεσσάρων τροχών, εξασφαλίζει μέγιστη ασφάλεια σε επικλινή εδάφη και κατά τις μεταφορές με μεγάλες ταχύτητες (40 km/h) και μεγάλα φορτία βελτιωμένη ευελιξία λόγω της ανεξάρτητης πέδησης στους δύο δεξιούς ή αριστερούς τροχούς. Μηχανικός αναστολέας εμπρόσθιου διαφορικού, απενεργοποιεί την λειτουργία του διαφορικού επιτρέποντας το όλο σύστημα να περιστρέφεται ως ενιαίο σύνολο, όταν ο ένας τροχός συναντά μικρότερη αντίσταση και αρχίζει να περιστρέφεται ελεύθερα. Η χρήση του αναστολέα πρέπει να γίνεται όταν ο ελκυστήρας κινείται επί ευθείας και να διαρκεί όσο χρόνο χρειάζεται για να ξεπεραστεί το εμπόδιο. Δεν πρέπει να χρησιμοποιείται στις στροφές γιατί υπάρχει κίνδυνος σοβαρής βλάβης. Είναι δυνατόν η εμπλοκή του να γίνεται ταυτόχρονα με την εμπλοκή του αναστολέα του οπίσθιου διαφορικού επιτυγχάνοντας: μεγαλύτερη ασφάλεια, μικρότερη φθορά ελαστικών, μικρότερη συμπίεση του εδάφους, μικρότερη κατανάλωση καυσίμου, μεγαλύτερη απόδοση εργασίας (Semetko, 1981). 5.1.3 Μηχανισμοί μεταβίβασης εντολών, διατάξεις ρύθμισης και ελέγχου Η επιλογή και εφαρμογή μηχανισμών μεταβίβασης εντολών, διατάξεων ρύθμισης και ελέγχου προϋποθέτει τη γνώση των πλεονεκτημάτων, μειονεκτημάτων και του βαθμού εξέλιξης αυτών. Οι μηχανισμοί είναι πολύμορφοι και χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους (Prokeš, 1973): α). Μηχανική μεταβίβαση μέσω περίπλοκων μηχανικών στοιχείων, υψηλού κόστους κατασκευής και συντήρησης λόγω πρόωρης φθοράς που προξενούν οι δυνάμεις τριβής, με περιορισμένες δυνατότητες αυτοματοποίησης. β). Πνευματική μεταβίβαση μέσω πεπιεσμένου αέρα για την παραγωγή του οποίου απαιτείται εγκατάσταση αεροσυμπιεστή, ενώ η μεταβολή του όγκου του αέρα σε κάθε αλλαγή της πίεσης προκαλεί βίαιες διακυμάνσεις που δεν επιτρέπουν την ομοιόμορφη μεταβίβαση των εντολών. γ). Ηλεκτρική μεταβίβαση μέσω ηλεκτρικών διατάξεων που έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα για τη μεταβίβαση των εντολών σε μεγάλη απόσταση και είναι ιδιαίτερα διαδεδομένες, όμως είναι λιγότερο συμπαγείς και περιπλοκότερες. δ). Υδραυλική μεταβίβαση μέσω ρευστών και υδραυλικών δομικών στοιχείων που είναι μικρών διαστάσεων και έχουν εύκολο χειρισμό. Μεταβιβάζουν τις εντολές σε μεγάλες αποστάσεις και σε οποιαδήποτε κατεύθυνση ή θέση. Ο τεχνικός έλεγχος και η διάγνωση των βλαβών γίνεται εύκολα με την τοποθέτηση μανόμετρων. Έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής και απαιτούν ελάχιστη συντήρηση. Μεταξύ των μειονεκτημάτων κρίνεται σκόπιμο να αναφερθούν τα προβλήματα στεγανότητας και η μεγάλη ακρίβεια που απαιτείται στην κατασκευή των δομικών στοιχείων. ε). Συνδυαζόμενες διατάξεις. Πρόκειται για αλληλοεξαρτώμενη λειτουργία μεταξύ υδραυλικών, μηχανικών, πνευματικών, ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συστημάτων με τους εξής συνδυασμούς: υδροπνευματικά συστήματα πνευματομηχανικά συστήματα ηλεκτρομηχανικά συστήματα ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα Τα ανωτέρω συστήματα αυτοματοποιούν πλήρως την όλη διαδικασία μεταβίβασης εντολών και ελέγχου των λειτουργιών των επιμέρους μηχανισμών ενός μηχανήματος. 5.1.4 Ηλεκτροϋδραυλικά συστήματα Τα συστήματα ηλεκτροϋδραυλικού ελέγχου σταδιακά αντικαθιστούν τα συστήματα μηχανικού ελέγχου των διαφόρων λειτουργιών του ελκυστήρα, όπως η εμπλοκή και απεμπλοκή της εμπρόσθιας κίνησης ή των αναστολέων του οπίσθιου και εμπρόσθιου διαφορικού. Λειτουργούν με αξιοπιστία, ακρίβεια, ανταποκρίνονται με ταχύτητα και συγχρονισμό χωρίς να επηρεάζονται από δονήσεις, εξασφαλίζουν σταθερή και ασφαλή λειτουργία ανεξάρτητα από τις συνθήκες περιβάλλοντος εργασίας, συνδυάζουν ευκολία και εργονομία. Για τη μεταβίβαση των εντολών χρησιμοποιούνται τα ηλεκτρικά δομικά στοιχεία, ενώ για την εκτέλεση των εντολών τα υδραυλικά δομικά στοιχεία. Στην Εικόνα 5.1 παρουσιάζεται το ηλεκτρικό κύκλωμα του ηλεκτροϋδραυλικού συστήματος εμπλοκής-απεμπλοκής της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων του οπίσθιου και εμπρόσθιου διαφορικού. Η εμπρόσθια κίνηση και οι αναστολείς των διαφορικών ενεργοποιούνται πιέζοντας τον αντίστοιχο διακόπτη στον πίνακα ελέγχου. Αμέσως ανάβει η σχετική λυχνία
ειδοποιώντας για την έναρξη της λειτουργίας. Οι δύο σωληνοειδείς βαλβίδες ελέγχουν τη ροή του λαδιού προς τα στοιχεία εργασίας του υδραυλικού κυκλώματος. Όταν το ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ανοιχτό, η σωληνοειδής βαλβίδα της εμπρόσθιας κίνησης ρυθμίζει τη ροή προς το στοιχείο εργασίας, ενώ η σωληνοειδής βαλβίδα των αναστολέων ρυθμίζει την επιστροφή του λαδιού από το στοιχείο εργασίας. Όταν το ηλεκτρικό κύκλωμα κλείνει, τότε αλλάζουν κατάσταση οι δύο βαλβίδες, με αποτέλεσμα να αντιστρέφεται η διεύθυνση ροής του λαδιού προς και από τα στοιχεία εργασίας, ενώ οπλίζει ο ηλεκτρονόμος (ρελαί) που ελέγχει την ενδεικτική λυχνία ενεργοποίησης της εμπρόσθιας κίνησης (Same-Lamborghini-Hürlimann, 1992). Εικόνα 5.1 Το ηλεκτρικό κύκλωμα του ηλεκτροϋδραυλικού συστήματος εμπλοκής-απεμπλοκής της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων του εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. 1. Διακόπτες ελέγχου, 2. Σωληνοειδείς βαλβίδες. Το υδραυλικό κύκλωμα του ηλεκτροϋδραυλικού συστήματος παρουσιάζεται στην Εικόνα 5.2 και αποτελείται από τα παρακάτω δομικά στοιχεία: Αντλία: μετατρέπει την μηχανική ενέργεια σε υδραυλική και χρησιμοποιείται ως στοιχείο παραγωγής ροής. Φίλτρο: στοιχείο καθαρισμού του λαδιού, επιβάλλεται η ύπαρξή του από πολλούς παράγοντες. Δεξαμενή λαδιού: σ όλους τους σύγχρονους ελκυστήρες χρησιμοποιείται ο ενιαίος χώρος του κιβωτίου ταχυτήτων και διαφορικού. Κεντρική υδραυλική μονάδα: σ αυτή είναι ενσωματωμένες οι σωληνοειδείς βαλβίδες και η βαλβίδα ανακουφίσεως του κυκλώματος. Σωληνοειδείς βαλβίδες: ρυθμίζουν και κατευθύνουν τη ροή λαδιού προς τα στοιχεία εργασίας που εκτελούν την εμπλοκή-απεμπλοκή της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων του οπίσθιου και εμπρόσθιου διαφορικού. Στοιχεία εργασίας ή κινητήριοι μηχανισμοί: μετατρέπουν την υδραυλική ενέργεια σε μηχανική και η λειτουργία τους εξαρτάται από την παροχή και την πίεση του υδραυλικού συστήματος. Πρόκειται για υδραυλικούς κυλίνδρους απλής ενεργείας, το έμβολο των οποίων μετακινείται με το λάδι με το οποίο τροφοδοτούνται και επανέρχεται στην αρχική του θέση με την βοήθεια ενός ελατηρίου επαναφοράς, επιτρέποντας την ελεύθερη ροή του λαδιού με χαμηλή πίεση προς τη δεξαμενή. Σωληνωτό δίκτυο: αποτελείται από άκαμπτους και εύκαμπτους αγωγούς και μ αυτό εξασφαλίζεται η κυκλοφορία του λαδιού.
Εικόνα 5.2 Το υδραυλικό κύκλωμα του ηλεκτροϋδραυλικού συστήματος εμπλοκής-απεμπλοκής της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων του εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. 1. Αντλία, 2. Φίλτρο, 3. Δεξαμενή λαδιού, 4. Κεντρική υδραυλική μονάδα, 5. Σωληνοειδείς βαλβίδες και βαλβίδα ανακουφίσεως, 6. Στοιχεία εργασίας ή κινητήριοι μηχανισμοί, Α. Δίοδος λαδιού προς τα στοιχεία εργασίας, P, Δίοδος λαδιού από την αντλία, Τ. Δίοδος λαδιού προς τη δεξαμενή. Το ανωτέρω υδραυλικό κύκλωμα παρέχει τη δυνατότητα χειρισμού των σωληνοειδών βαλβίδων ταυτόχρονα ή σε διαδοχικές φάσεις. Με το κλειδί στον διακόπτη εκκίνησης του ελκυστήρα να βρίσκεται στις θέσεις 0 ή 1, έχουμε αναστολή της παροχής λαδιού και όπως παρατηρούμε στην Εικόνα 5.3, το ελατήριο επαναφοράς εμπλέκει τον άξονα της εμπρόσθιας κίνησης. Συνεπώς, όταν ο ελκυστήρας είναι εκτός λειτουργίας, ενεργοποιείται η εμπλοκή της εμπρόσθιας κίνησης για μεγαλύτερη ασφάλεια.
Εικόνα 5.3 Μηχανισμός εμπλοκής-απεμπλοκής εμπρόσθιας κίνησης. 1. Κεντρική υδραυλική μονάδα, 2. Στοιχείο εργασίας (υδραυλικός κύλινδρος απλής ενεργείας), 3. Ελατήριο επαναφοράς, 4. Ολισθαίνον κολάρο, 5. Συμπλέκτης, 6. Άξονας μετάδοσης εμπρόσθιας κίνησης, 7. Κιβώτιο ταχυτήτων. Όταν ο κινητήρας τεθεί σε λειτουργία (το κλειδί στον διακόπτη εκκίνησης βρίσκεται στη θέση 2), τότε αυτόματα απεμπλέκεται η εμπρόσθια κίνηση. Η σωληνοειδής βαλβίδα επιτρέπει τη ροή του λαδιού προς τον υδραυλικό κύλινδρο, αυξάνεται η πίεση εντός του κυλίνδρου και υπερνικώντας την αντίσταση του ελατηρίου, το βάκτρο του εμβόλου ωθείται προς τα έξω, απεμπλέκοντας τον άξονα της εμπρόσθιας κίνησης. Πιέζοντας τον διακόπτη ελέγχου, αλλάζει κατάσταση η σωληνοειδής βαλβίδα και το λάδι που είναι εγκλωβισμένο στο κύλινδρο επιστρέφει με χαμηλή πίεση στην δεξαμενή ενώ το ελατήριο επαναφοράς πραγματοποιεί εκ νέου την εμπλοκή του άξονα της εμπρόσθιας κίνησης. Στην Εικόνα 5.4 φαίνεται ο μηχανισμός εμπλοκής και απεμπλοκής των αναστολέων του εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. Η εμπλοκή επιτυγχάνεται όταν η σωληνοειδής βαλβίδα επιτρέπει τη ροή λαδιού προς τους δύο υδραυλικούς κυλίνδρους απλής ενεργείας. Ο εμπρόσθιος αναστολέας εμπλέκεται δια αρθρωτών μοχλών, ενώ ο οπίσθιος με έναν ολισθαίνοντα βραχίονα. Πιέζοντας εκ νέου τον διακόπτη, αλλάζει η κατάσταση στη σωληνοειδή βαλβίδα, μετακινείται στη θέση επιστροφής του λαδιού προς την δεξαμενή, ενώ τα ελατήρια επαναφοράς απεμπλέκουν τους δύο αναστολείς. 5.1.5 Σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών Η διαχείριση του συστήματος ηλεκτροϋδραυλικού ελέγχου της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού, εξαρτάται αποκλειστικά από τις επιλογές του χειριστή του γεωργικού ελκυστήρα.
Ο ηλεκτρονικός έλεγχος επιτυγχάνει την αυτόματη διαχείριση των λειτουργιών αυτών με τα ακόλουθα πλεονεκτήματα: α) καλύτερη έλξη, β) μικρότερη συμπίεση του εδάφους, γ) μεγαλύτερη ευελιξία, δ) καλύτερη εκμετάλλευση της ισχύος του κινητήρα, δ) μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου, ε) ομαλότερη λειτουργία και στ) ελάχιστη προσπάθεια, απελευθερώνοντας τον χειριστή από επαναλαμβανόμενες κινήσεις. Η εμπρόσθια κίνηση και οι αναστολείς των διαφορικών βρίσκονται σε διαρκή σύμπλεξη, όταν ο ηλεκτρονικός έλεγχος είναι σε λειτουργία. Αποσυμπλέκονται αυτόματα, όταν επιβεβαιώνονται οι ακόλουθες συνθήκες (Πίνακας 5.1): α) Αποσύμπλεξη εμπρόσθιας κίνησης και αναστολέων διαφορικών. Όταν η τελική ταχύτητα του ελκυστήρα υπερβαίνει τα 15 km/h, ώστε να αποφεύγεται η υπερβολική φθορά των εμπρόσθιων ελαστικών και να μειώνεται η κατανάλωση καυσίμου. β) Αποσύμπλεξη των αναστολέων εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. Όταν η γωνία διεύθυνσης υπερβαίνει τις 5 και η τελική ταχύτητα τα 10 km/h, ώστε να επιτυγχάνεται μέγιστη ασφάλεια στις καμπές των δρόμων. Όταν η γωνία διεύθυνσης υπερβαίνει τις 20, ώστε να μειώνονται οι ζημιές που προκαλούν τα πίσω ελαστικά στο έδαφος. Όταν η πέδηση των τροχών είναι ασύμμετρη, δηλαδή όταν τα ποδόπληκτρα είναι αποσυνδεδεμένα, ώστε να επιτυγχάνεται μείωση της ακτίνας περιστροφής για να διευκολύνεται η οδήγηση του ελκυστήρα. Εικόνα 5.4 Μηχανισμός εμπλοκής-απεμπλοκής αναστολέων εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. 1. Κεντρική υδραυλική μονάδα, 2. Αρθρωτοί μοχλοί εμπλοκής εμπρόσθιου αναστολέα, 3. Ολισθαίνων βραχίονας εμπλοκής οπίσθιου αναστολέα.
Πίνακας 5.1 Η εμπρόσθια κίνηση και οι αναστολείς των διαφορικών βρίσκονται σε διαρκή σύμπλεξη, όταν ο ηλεκτρονικός έλεγχος είναι σε λειτουργία. Αποσυμπλέκονται αυτόματα, όταν επιβεβαιώνονται οι ακόλουθες συνθήκες: η τελική ταχύτητα του ελκυστήρα υπερβαίνει τα 15 km/h, η πέδηση των τροχών είναι ασύμμετρη, η γωνία διεύθυνσης υπερβαίνει τις 20 και η γωνία διεύθυνσης υπερβαίνει τις 5 και η τελική ταχύτητα τα 10 km/h. Το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών που παρουσιάζεται στην Εικόνα 5.5 αποτελείται από τα ακόλουθα δομικά στοιχεία: α) ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, β) αισθητήρα γωνίας διεύθυνσης, γ) αισθητήρα στροφών συστήματος μετάδοσης, δ) αισθητήρες θέσης ποδόπληκτρων συστήματος πέδησης, ε) πίνακα ελέγχου, στ) σωληνοειδείς βαλβίδες και ενεργοποιητές.
Εικόνα 5.5 Σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών. 1. Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, 2. Αισθητήρας γωνίας διεύθυνσης, 3. Αισθητήρας στροφών συστήματος μετάδοσης, 4. Αισθητήρες θέσης ποδόπληκτρων συστήματος πέδησης, 5. Πίνακας ελέγχου, 6. Σωληνοειδείς βαλβίδες. Ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου Η ίδια ηλεκτρονική μονάδα (electronic control unit ή ECU) ελέγχει συγχρόνως το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών (selectable all-wheel drive with automatic differential
locking), το ηλεκτρονικό σύστημα υδραυλικής ανύψωσης (electronic power lift) και το σύστημα παρακολούθησης της απόδοσης (performance monitor). Για τα δύο τελευταία συστήματα γίνεται αναφορά σε άλλα κεφάλαια αυτού του βιβλίου. Το σύστημα ενεργοποιείται από τον διακόπτη αυτόματης λειτουργίας (Auto) του πίνακα ελέγχου. Όταν απενεργοποιείται, ο έλεγχος περνά στο ηλεκτροϋδραυλικό σύστημα και τη βούληση του χειριστή. Η ECU λαμβάνει πληροφορίες από τους τρείς αισθητήρες: τον αισθητήρα της γωνίας διεύθυνσης, τον αισθητήρα στροφών του συστήματος μετάδοσης και τους αισθητήρες θέσης των ποδόπληκτρων του συστήματος πέδησης. Ακολουθεί η επεξεργασία και σύγκριση των πληροφοριών αυτών με τα επιτρεπόμενα όρια λειτουργίας του συστήματος μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών: 15 km/h DT, DIFF 5 & 10 km/h DIFF 20 DIFF X1 X2 DIFF Στη συνέχεια, η ECU ενεργοποιεί κατάλληλα τις σωληνοειδείς βαλβίδες του συστήματος για την αποσύμπλεξη της εμπρόσθιας κίνησης (DT) και των αναστολέων διαφορικών (DIFF). Επιπλέον, δια της ECU, η οποία συνδέεται με την παράλληλη θύρα του φορητού οργάνου αυτοδιάγνωσης, επιτυγχάνεται η εκτέλεση διαγνωστικών ελέγχων του συστήματος. Στην οθόνη με την ένδειξη "MENU", εμφανίζεται ο κατάλογος των διαγνωστικών ελέγχων: (1) Διακόπτης ελέγχου, (2) Αισθητήρες ποδόπληκτρων πέδησης, (3) Αισθητήρας γωνίας διεύθυνσης, (4) Ρύθμιση αισθητήρα γωνίας διεύθυνσης, (5) Αισθητήρας στροφών και (6) Σωληνοειδείς βαλβίδες. Ενδιαφέρον παρουσιάζει ο διαγνωστικός έλεγχος του αισθητήρα της γωνίας διεύθυνσης. Αρχικά, με τον κινητήρα σε λειτουργία περιστρέφουμε τους τροχούς του συστήματος οδήγησης εντελώς αριστερά. Στη συνέχεια, αρχίζουμε βαθμιαία να περιστρέφουμε τους τροχούς προς τα δεξιά μέχρι να τερματίσουν, ενώ παράλληλα ελέγχουμε εάν η τιμή μέτρησης σταδιακά διαφοροποιείται. Διανύουμε με τον ελκυστήρα μικρή απόσταση, έως ότου οι τροχοί πλήρως ευθυγραμμιστούν. Για να είναι σωστή η ρύθμιση του αισθητήρα γωνίας διεύθυνσης, η τιμή θα πρέπει να κυμαίνεται από 55 έως 60 μονάδες. Για τον διαγνωστικό έλεγχο του αισθητήρα στροφών του συστήματος μετάδοσης, επιλέγουμε μία ταχύτητα από 1,5 έως 2,5 km/h και διατηρώντας σταθερό τον αριθμό των στροφών του κινητήρα, ελέγχουμε, ώστε η συχνότητα να είναι μεταξύ 90 και 150 Hz, ενώ η τάση να είναι μεγαλύτερη των 1000 mv. Αισθητήρας γωνίας διεύθυνσης Ο αισθητήρας γωνίας διεύθυνσης είναι τοποθετημένος στον άνω κατακόρυφο άξονα περιστροφής του εμπρόσθιου αριστερού τροχού (left front wheel pivot), εντός σφραγισμένου σφυρήλατου περιβλήματος (housing), για να προστατεύεται αποτελεσματικά από το νερό και τη σκόνη (Εικόνα 5.6). Πρόκειται για έναν ωμικό αισθητήρα θέσης (position control sensor) που παρακολουθεί την κίνηση του υδραυλικά ελεγχόμενου βραχίονα οδήγησης. Χρησιμοποιώντας ως ωμικό αισθητήρα θέσης ένα περιστροφικό ποτενσιόμετρο, για κάθε διαφορετική θέση του δρομέα του, έχουμε μεταβολή της τιμής αντίστασης. Επειδή η σχέση αυτή είναι γραμμική, η τάση εξόδου του ποτενσιόμετρου ανταποκρίνεται στις μεταβολές της γωνίας διεύθυνσης (Zehnula, 1990): ax U2 U1 (5.3) ax(1 ax) 1 k όπου U 2 είναι η τάση εξόδου, U 1 είναι η τάση εισόδου και a x είναι η θέση του δρομέα.
Εικόνα 5.6 Αισθητήρας γωνίας διεύθυνσης. Το ποτενσιόμετρο θεωρείται κατάλληλος αισθητήρας για την ανίχνευση της γωνίας διεύθυνσης, λόγω του απλού σχεδιασμού, του υψηλού σήματος εξόδου, της ακρίβειας και της μεγάλης διάρκειας ζωής. Ο διαγνωστικός έλεγχος του ποτενσιόμετρου γίνεται εύκολα με τη βοήθεια ενός απλού πολύμετρου. Εάν διαπιστωθούν διαφορετικές τιμές απ αυτές που ορίζονται στον παρακάτω Πίνακα 5.2 (Same- Lamborghini-Hürlimann, 1992), τότε θα πρέπει να προβούμε στη ρύθμισή του, ενεργώντας ως εξής: Αφαιρούμε το προστατευτικό κάλυμμα ελευθερώνοντας τις βίδες ασφαλείας και ευθυγραμμίζουμε τους τροχούς. Προσαρμόζουμε το ποτενσιόμετρο αντίθετα, έως ότου επιτύχουμε την επιθυμητή τιμή. Τεχνικά χαρακτηριστικά ποτενσιόμετρου Αντίσταση (ohm) (Ανοικτό κύκλωμα μεταξύ ακροδεκτών και γείωσης) Τάση (V) (Λαμβάνουμε ενδείξεις με τον διακόπτη εκκίνησης στη θέση "1") Γωνία Αριστερά Δεξιά 0 2000 2000 5 2200 1800 20 2700 1300 0 2,7 2,7 5 2,9 2,4 20 3,6 1,7 Πίνακας 5.2 Ρυθμίσεις ποτενσιόμετρου γωνίας διεύθυνσης. Αισθητήρας στροφών συστήματος μετάδοσης Ο αισθητήρας στροφών (wheel speed sensor) τοποθετημένος συνήθως στη δεξιά πλευρά του κιβωτίου ταχυτήτων (Εικόνα 5.7) ανιχνεύει τις στροφές του συστήματος μετάδοσης. Πρόκειται για έναν επαγωγικό αισθητήρα ο οποίος μετατρέπει τις στροφές του οδοντωτού τροχού που βρίσκεται λίγο πριν την έξοδο του
κιβωτίου σε ηλεκτρικούς παλμούς. Η απόσταση μεταξύ αισθητήρα και οδοντωτού τροχού ρυθμίζεται διαφορετικά για κάθε τύπο ελκυστήρα ανάλογα με τη σχέση της τελικής μετάδοσης. Συνήθως είναι της τάξεως των 0,6±0,2 mm. Εικόνα 5.7 Αισθητήρας στροφών συστήματος μετάδοσης. Αισθητήρες θέσης ποδόπληκτρων πέδησης Οι διακόπτες είναι ηλεκτρομηχανικές συσκευές (electromechanical devices) που έχουν μεγάλη εφαρμογή σε πολλές ηλεκτρονικές διατάξεις. Οι σημαντικότεροι τύποι διακοπτών είναι: α) διακόπτης με μοχλό ή αρθρωτός (toggle), β) διακόπτης με κομβίον ή ωθητικός (push button) και γ) περιστροφικός διακόπτης (rotary). Οι διακόπτες με κομβίον ή μπουτόν χρησιμεύουν για εφαρμογές στιγμιαίας επαφής (momentary contact). Τα αρχικά NO και NC στους ακροδέκτες (terminals) συμβολίζουν τις δύο καταστάσεις λειτουργίας του διακόπτη: α) κανονικά ανοικτός NO (normally open) και β) κανονικά κλειστός NC (normally closed) (Horowitz and Hill, 1989). Οι αισθητήρες θέσης των ποδόπληκτρων πέδησης είναι τοποθετημένοι στο άνω άκρο των μοχλών, πλησίον του σημείου σύνδεσης με τις αντλίες παροχής του συστήματος πέδησης. Όπως φαίνεται στο ηλεκτρικό διάγραμμα της Εικόνας 5.8, πρόκειται για ζεύγος διακοπτών με δύο καταστάσεις λειτουργίας (NO και NC). Εικόνα 5.8 Ηλεκτρικό διάγραμμα διακόπτη με δύο καταστάσεις λειτουργίας NO και NC.
Πριν ασκηθεί οποιαδήποτε δύναμη στα ποδόπληκτρα, οι διακόπτες είναι σε διαρκή επαφή με τους μοχλούς, δηλαδή βρίσκονται στην κατάσταση ΝΟ, διατηρώντας το κύκλωμα ανοιχτό. Αντιθέτως, όταν ασκηθεί δύναμη στα ποδόπληκτρα, οι μοχλοί απομακρύνονται από την θέση τους, επιτρέποντας τους διακόπτες να επανέλθουν στην κατάσταση NC και με τον τρόπο αυτό κλείνει το κύκλωμα. Το ηλεκτρικό σήμα που προκύπτει από το κλειστό κύκλωμα, πληροφορεί την ECU για την άσκηση πέδησης. Κατά την τοποθέτηση των διακοπτών απαιτείται προσοχή στη σωστή ρύθμιση της ελευθερίας μεταξύ ανοικτού διακόπτη και μοχλού, η οποία είναι συνήθως της τάξεως των 0,4 mm. Η χρήση του ζεύγους των διακοπτών στην παρακολούθηση της κίνησης των μοχλών των ποδόπληκτρων, είναι ιδιαίτερα σημαντική στην περίπτωση της ασύμμετρης πέδησης. Αυτό συμβαίνει όταν τα δύο ποδόπληκτρα είναι αποσυνδεδεμένα μεταξύ τους. Κατά την ασύμμετρη πέδηση, η ECU δίνει εντολή για την αποσύμπλεξη των αναστολέων εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού. Πίνακας ελέγχου Στον πίνακα ελέγχου, εκτός του διακόπτη αυτόματης λειτουργίας (Auto), περιλαμβάνονται οι δύο διακόπτες του ηλεκτροϋδραυλικού ελέγχου (Εικόνα 5.9). Εικόνα 5.9 Πίνακας ελέγχου. Με τον διακόπτη (Auto) ενεργοποιείται το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών. Με τους άλλους δύο διακόπτες, ο έλεγχος εμπλοκής-απεμπλοκής της εμπρόσθιας κίνησης (DT) και των αναστολέων διαφορικών (DIFF) γίνεται ηλεκτροϋδραυλικά κατά την κρίση του χειριστή. Όταν πιέσουμε τον διακόπτη αυτόματης λειτουργίας (Auto), ενεργοποιούνται, δια της ECU, η εμπρόσθια κίνηση (DT) και οι αναστολείς εμπρόσθιου και οπίσθιου διαφορικού (DIFF). Εάν διακόψουμε την αυτόματη λειτουργία, ο έλεγχος περνά στον χειριστή και γίνεται ηλεκτροϋδραυλικά. Στην Εικόνα 5.10 παρουσιάζεται το ηλεκτρικό διάγραμμα του διακόπτη αυτόματης λειτουργίας (Auto). Οι ακροδέκτες (terminals) 1 και 4 αφορούν την κατάσταση λειτουργίας ΝΟ (ανοιχτό κύκλωμα). Αντιθέτως, οι ακροδέκτες 2 και 3 αφορούν την κατάσταση λειτουργίας NC (κλειστό κύκλωμα). Ο ακροδέκτης 3 συνδέεται απευθείας με τον κονέκτορα της ECU, ενώ ο ακροδέκτης 2 συνδέεται με τη γείωση, η οποία είναι κοινή για όλους του διακόπτες (DT και DIFF). Οι ακροδέκτες 6 και 7 αφορούν τη λειτουργία της ενδεικτικής λυχνίας.
Εικόνα 5.10 Ηλεκτρικό διάγραμμα διακόπτη αυτόματης λειτουργίας (Auto). Σωληνοειδείς βαλβίδες Οι σωληνοειδείς βαλβίδες (solenoid valves) περιλαμβάνονται στην κεντρική υδραυλική μονάδα του συστήματος. Αποτελούνται από το πηνίο, το σώμα των διόδων διέλευσης του ρευστού, το κινητό κεντρικό στέλεχος, τους στεγανωτικούς δακτύλιους (Ο-ring) και το ελατήριο επαναφοράς. Στην Εικόνα 5.11 φαίνεται το σχηματικό διάγραμμα που δείχνει τη λειτουργία της σωληνοειδούς βαλβίδας ελέγχου της εμπρόσθιας κίνησης. Η λειτουργία της βαλβίδας είναι απλή. Η ECU στέλνει ένα ηλεκτρικό σήμα με το οποίο ενεργοποιεί το πηνίο της βαλβίδας. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη που ασκείται στο κινητό κεντρικό στέλεχος, το μετατοπίζει αξονικά εντός του θαλάμου του σώματος διόδων διέλευσης. Με τον τρόπο αυτό, γίνεται η επιστροφή του ρευστού (λαδιού) από τον υδραυλικό πολύδισκο συμπλέκτη για την αποσύμπλεξη της εμπρόσθιας κίνησης. Με την απενεργοποίηση του πηνίου, το κινητό στέλεχος επαναφέρεται στην αρχική του θέση με τη βοήθεια του ελατηρίου. Από τη θέση αυτή επιτρέπεται η διέλευση του ρευστού για τη σύμπλεξη της εμπρόσθιας κίνησης. Εικόνα 5.11 Διάγραμμα λειτουργίας σωληνοειδούς βαλβίδας ελέγχου της εμπρόσθιας κίνησης.
Ενεργοποιητές Στο σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών, ως ενεργοποιητές (στοιχεία σύμπλεξης και αποσύμπλεξης) χρησιμοποιούνται υδραυλικοί πολύδισκοι συμπλέκτες. Τα μέρη από τα οποία απαρτίζεται ο υδραυλικός συμπλέκτης είναι: α) το τύμπανο, β) οι κινούμενοι δίσκοι, γ) οι κινητήριοι δίσκοι, δ) το έμβολο, ε) η πλάκα πιέσεως, στ) η πλήμνη και ζ) το ελατήριο επαναφοράς. Οι δίσκοι με την εσωτερική οδόντωση εναλλάσσονται με τους δίσκους που φέρουν εξωτερική περιφερειακή οδόντωση. Εκείνοι με την εξωτερική οδόντωση εφαρμόζουν στην αντίστοιχη οδόντωση του τυμπάνου, το οποίο εδράζεται στον κινητήριο άξονα. Αντίθετα, οι δίσκοι με την εσωτερική οδόντωση εφαρμόζουν στην εξωτερική οδόντωση της πλήμνης, η οποία εδράζεται στον κινούμενο άξονα. Όταν το ρευστό υπό πίεση μετακινεί το έμβολο, αυτό πιέζει όλους τους δίσκους, κινητήριους και κινούμενους, ενσωματώνοντας τους, έτσι ώστε να περιστρέφεται σαν ένα σώμα. Με αυτόν τον τρόπο μεταφέρεται η κίνηση από τον κινητήριο άξονα στον κινούμενο, δηλαδή ο συμπλέκτης βρίσκεται σε ενέργεια. Παύει να ενεργεί, όταν διακόπτεται η παροχή του ρευστού. Τότε το έμβολο επαναφέρεται δια του ελατηρίου και αποχωρίζονται οι δίσκοι. Στην Εικόνα 5.12 παρουσιάζεται η τομή του υδραυλικού συμπλέκτη της μόνιμης τετρακίνησης (εμπρόσθιας κίνησης). Είναι τοποθετημένος εντός του κιβωτίου ταχυτήτων του συστήματος μετάδοσης και μεταξύ του ενδιάμεσου άξονα και του άξονα εμπρόσθιας κίνησης. Πρόκειται για έναν πολύδισκο εμβαπτιζόμενο συμπλέκτη. Περιλαμβάνει 8 δίσκους, διαμέτρου 106 mm. Η πίεση λειτουργίας του είναι 16 bar, η διαδρομή του εμβόλου 3 mm, ενώ η εξωτερική διάμετρος του ελατηρίου επαναφοράς είναι 50 mm. Εικόνα 5.12 Τομή υδραυλικού συμπλέκτη μόνιμης τετρακίνησης. 1. Τύμπανο, 2. Κινητήριοι και κινούμενοι δίσκοι, 3. Έμβολο, 4. Πλάκα πιέσεως, 5. Πλήμνη, 6. Ελατήριο επαναφοράς, 7. Εισαγωγή ρευστού. Στη Εικόνα 5.13 παρουσιάζεται το διάγραμμα λειτουργίας των υδραυλικών συμπλεκτών του αυτόματου κλειδώματος των διαφορικών. Ο υδραυλικός συμπλέκτης του οπίσθιου διαφορικού είναι τοποθετημένος επί του οδοντωτού τροχού του πλανητικού συστήματος, στο ημιαξόνιο του αριστερού τροχού. Αντίθετα, στο εμπρόσθιο διαφορικό είναι τοποθετημένος στο ημιαξόνιο του δεξιού τροχού. Επίσης, πρόκειται για πολύδισκους εμβαπτιζόμενους συμπλέκτες, με 6 δίσκους διαμέτρου 149 mm, πίεση λειτουργίας 16 bar και εξωτερική διάμετρο ελατηρίου επαναφοράς 90 mm. Οι υδραυλικοί συμπλέκτες, ως βελτιωμένα στοιχεία, αντικαθιστούν τα συνδετικά κολλάρα αυτοματοποιώντας πλήρως την διαδικασία της μόνιμης τετρακίνησης και του αυτόματου κλειδώματος των διαφορικών.
Εικόνα 5.13 Διάγραμμα λειτουργίας υδραυλικών συμπλεκτών αυτόματου κλειδώματος διαφορικών. 1. Τομή εμπρόσθιου διαφορικού μαζί με τον αναστολέα του, 2. Τομή οπίσθιου διαφορικού μαζί με τον αναστολέα του, 3. Κεντρική υδραυλική μονάδα. Το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα διαφορικών απαλλάσσει τον χειριστή του ελκυστήρα από την κατάσταση εγρήγορσης για την εκτέλεση της διαδικασίας σύμπλεξης-αποσύμπλεξης της εμπρόσθιας κίνησης και των αναστολέων των διαφορικών. Με τον τρόπο αυτό μειώνεται το άγχος του και επιτυγχάνεται μέγιστη ισχύς στην έλξη για τον ελκυστήρα και σε όλες τις συνθήκες εργασίας. Η ισχύς έλξης των κινητήριων τροχών είναι δυνατόν να αυξηθεί έως το 40 %, όταν οι συνθήκες του εδάφους είναι κατάλληλες. Συνεπώς, μειώνεται η ολίσθηση, βελτιώνεται ο βαθμός απόδοσης, μειώνεται η συμπίεση του εδάφους και επιτυγχάνεται μεγαλύτερη αξιοπιστία λειτουργίας και ασφάλειας. Σε συνθήκες εργασίας με τον ελκυστήρα υπό κλίση, για παράδειγμα όταν οργώνουμε, οι τροχοί της μίας πλευράς βρίσκονται εντός της αυλακιάς. Σε αυτή την περίπτωση η κατανομή του βάρους δεν είναι η βέλτιστη και στους τέσσερις τροχούς με αποτέλεσμα να υποβαθμίζεται η ελκτική ικανότητα του ελκυστήρα. Η ισχύς έλξης των τροχών της άλλης πλευράς που βρίσκονται επί του εδάφους, είναι μικρότερη έναντι εκείνης των τροχών που βρίσκονται εντός της αυλακιάς. Εάν ο οπίσθιος εσωτερικός έχει το 49 % και ο εμπρόσθιος εσωτερικός το 17 %, τότε οι τροχοί της εξωτερικής πλευράς θα έχουν αντίστοιχα το 23 % και 11 %. Σε συνθήκες υγρού εδάφους οι τροχοί της εξωτερικής πλευράς είναι δυνατόν να χάσουν πλήρως την πρόσφυσή τους, ακυρώνοντας εξ ολοκλήρου την ελκτική ικανότητα του ελκυστήρα. Προς αποφυγή παρόμοιας κατάστασης, καταφεύγουμε στην εφαρμογή του γνωστού μηχανισμού αναστολής της λειτουργίας
των διαφορικών. Όταν ο ελκυστήρας εργάζεται με ενεργοποιημένους τους αναστολείς των διαφορικών, τότε η ισχύς έλξης στους εξωτερικούς τροχούς είναι ισοδύναμη με εκείνη των τροχών που βρίσκονται εντός της αυλακιάς (εσωτερικοί τροχοί). Εάν η ισχύς έλξης στον οπίσθιο και εμπρόσθιο εσωτερικό τροχό είναι 35 % και 15 % τότε αντίστοιχα και οι δύο τροχοί της εξωτερικής πλευράς θα έχουν το ίδιο ποσοστό (35 % και 15 %) (Εικόνα 5.14) Εικόνα 5.14 Κατανομή της ισχύος έλξης στους τροχούς ελκυστήρα κατά την άροση: α) χωρίς κλείδωμα των διαφορικών και β) με αυτόματο κλείδωμα των διαφορικών. Η ενεργοποίηση του μηχανικού αναστολέα από τον χειριστή, συμβαίνει συχνά να είναι αποτέλεσμα λανθασμένης ή καθυστερημένης επιλογής, με συνέπειες την εμφάνιση ανεπιθύμητης ολίσθησης και την συμπίεση του εδάφους. Με το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης η σύμπλεξη-αποσύμπλεξη των λειτουργιών γίνεται αυτόματα ώστε ο ελκυστήρας να είναι πάντα σε θέση να αποδώσει τη μέγιστη ισχύ έλξης, μειώνοντας την συμπίεση του εδάφους στο ελάχιστο. Είναι λάθος να πιστεύουμε ότι η ισχύς στην δοκό έλξης οφείλεται στο ολικό βάρος του ελκυστήρα. Εξαρτάται από μία σειρά από άλλους παράγοντες, όπως η κατανομή του βάρους στους άξονες, οι σχέσεις του συστήματος μετάδοσης, ο τύπος των ελαστικών. Οι ελκυστήρες μεγάλου βάρους έχουν μία σειρά από αρνητικά αποτελέσματα, όπως: α) μεγαλύτερη συμπίεση εδάφους, β) μεγαλύτερες απώλειες ισχύος και γ) υψηλότερο κόστος λειτουργίας (μεγαλύτερη κατανάλωση καυσίμου και φθορά ελαστικών). Κατά συνέπεια η σχέση βάρους/ισχύος θα πρέπει να μειώνεται στο ελάχιστο. Στους σύγχρονους ελκυστήρες η σχέση αυτή κυμαίνεται από 36 έως 50 kg/hp για ελκυστήρες ισχύος 130 hp. Η μείωση του βάρους είναι εφικτή λόγω εφαρμογής καινοτόμων τεχνικών λύσεων όπως: Το σύστημα μόνιμης τετρακίνησης με αυτόματο κλείδωμα των διαφορικών. Ο ηλεκτρονικός έλεγχος του υδραυλικού συστήματος που παρέχει εξαιρετικά μεγάλη ευαισθησία. Η αυτόματη επιλογή των σχέσεων του κιβωτίου ταχυτήτων. Η βελτιστοποίηση της κατανομής του βάρους του ελκυστήρα μεταξύ εμπρόσθιου και οπίσθιου άξονα. Η χρήση ελαστικών μεγάλης διαμέτρου. Τα αντίβαρα (πρόσθετα βάρη) ταχείας σύνδεσης και αποσύνδεσης στον ελκυστήρα, όταν αυτό κρίνεται αναγκαίο. 5.1.6 Σύστημα ελέγχου έλξης Το σύστημα ελέγχου έλξης (traction control system) υπολογίζει, ανάλογα με τις επικρατούσες συνθήκες εργασίας, την απαιτούμενη δύναμη έλξης και συμπλέκει ή αποσυμπλέκει την εμπρόσθια κίνηση, εξασφαλίζοντας μέγιστη πρόσφυση των τροχών και άριστη εκμετάλλευση της ισχύος του κινητήρα.
Εάν κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε εργασίας μειωθεί η πρόσφυση των οπίσθιων τροχών, τότε αρχίζουν να ολισθαίνουν. Η ECU με τη βοήθεια των αισθητήρων λαμβάνει την πληροφορία και αυτόματα συμπλέκει την εμπρόσθια κίνηση. Όταν βελτιωθεί η πρόσφυση των τροχών, τότε το σύστημα αυτόματα αποσυμπλέκει την κίνηση στους εμπρόσθιους τροχούς (Εικόνα 5.15 Α). Όταν ο ελκυστήρας εργάζεται σε έδαφος επικλινές και επιπλέον δέχεται το φορτίο ενός παρελκόμενου μηχανήματος ή ρυμουλκούμενης πλατφόρμας, ο ελκυστήρας πραγματοποιεί πέδηση, δια του κινητήρα του, με αποτέλεσμα να ολισθαίνουν οι οπίσθιοι τροχοί. Η ECU συμπλέκει εκ νέου την εμπρόσθια κίνηση. Οι εμπρόσθιοι τροχοί δέχονται την επενέργεια της πέδησης του κινητήρα και προστατεύουν τον ελκυστήρα από τις συνέπειες της ολίσθησης. Εάν σταματήσουν οι αρνητικές συνέπειες που προκάλεσαν την ολίσθηση, τότε δίνεται η εντολή από την ECU να γίνει αυτόματα αποσύμπλεξη της κίνησης στους εμπρόσθιους τροχούς (Εικόνα 5.15 Β). Εικόνα 5.15 Α Σύστημα ελέγχου έλξης των τροχών στο οριζόντιο επίπεδο. Εικόνα 5.15 B Σύστημα ελέγχου έλξης των τροχών στο κεκλιμένο επίπεδο.
5.2. Από τα μηχανικά συστήματα ανάρτησης στον ευφυή θάλαμο ασφαλείας 5.2.1 Δονήσεις και ανθρώπινο σώμα Όλα τα αυτοκινούμενα οχήματα δονούνται και μαζί με αυτά υφίστανται δονήσεις και οι χειριστές τους. Οι δονήσεις προέρχονται κυρίως από την κίνηση του οχήματος σε ανώμαλα εδάφη (λακκούβες, εμπόδια, ξαφνικά βυθίσματα, κ.ά.). Δονήσεις ακόμη προκαλούνται και από κάθε είδους περιστρεφόμενους μηχανισμούς του οχήματος, όπως ο εμβολοφόρος κινητήρας, περιστρεφόμενοι άξονες, οδοντωτοί τροχοί, κ.ά. (Scarlett et al., 2005). Στη διερεύνηση των δονήσεων απαραίτητη είναι η κατανόηση της έννοιας της συχνότητας. Η συχνότητα των δονήσεων μετράται σε Hz και υποδηλώνει τον αριθμό των πλήρων κύκλων δόνησης ανά δευτερόλεπτο. Οι δονήσεις χαρακτηρίζονται από τη διεύθυνση, το πλάτος και την έντασή τους (σημαντικοί μετρήσιμοι παράγοντες). Η διεύθυνση των δονήσεων αναλύεται στις τρεις διαστάσεις εμπρός-πίσω, δεξιάαριστερά και πάνω-κάτω (άξονας-x, άξονας-y και άξονας-z). Η απόσταση που διανύει ένα σώμα από τη θέση ηρεμίας ως μία ακραία θέση του κύκλου της δόνησης εκφράζεται ως το πλάτος της δόνησης. Η ένταση μετράται με διαφορετικούς τρόπους, με συνηθέστερο αυτόν της επιτάχυνσης g(t). Στις τυχαίες δονήσεις μας ενδιαφέρει η ενέργεια που μεταδίδεται σε ένα φάσμα συχνοτήτων και το μέτρο της είναι η ρίζα του μέσου τετραγώνου των τιμών της επιτάχυνσης σε μία χρονική περίοδο. Τέλος, ιδιαίτερη σημασία έχει το φαινόμενο του συντονισμού. Καθώς μία δόνηση μεταφέρεται σε ένα σώμα μπορεί να ενισχύεται ή να απορροφάται. Κάθε σώμα έχει μία συχνότητα συντονισμού. Όταν το σώμα δονείται στην συχνότητα συντονισμού, τότε το πλάτος της δόνησης γίνεται μέγιστο (Λάϊος και Γιαννακούρου-Σιουτάρη, 2003; Γιαλαμάς, 2011). Επιδημιολογικές και εργαστηριακές έρευνες έχουν δείξει ότι η ολόσωμη έκθεση των χειριστών σε δονήσεις είναι μία μορφή αθροιστικής τραυματικής βλάβης που επηρεάζει αρκετά τμήματα και όργανα του ανθρώπινου σώματος και το μέγεθός της εξαρτάται από τη διάρκεια της έκθεσης, τη διεύθυνση και την ισχύ των δονήσεων. Πρακτική σημασία έχει να γνωρίζουμε την κατανομή των συχνοτήτων των δονήσεων που προκαλούν τα διάφορα αυτοκινούμενα οχήματα, ώστε να αποφεύγεται ο συντονισμός. Για παράδειγμα, στις κάθετες δονήσεις ο συντονισμός για τον κορμό εμφανίζεται σε συχνότητες από 4 έως 8 Hz. Όταν η προσβολή είναι οριζόντια ή πλάγια, ο συντονισμός εμφανίζεται σε χαμηλότερες συχνότητες από 1 έως 2 Hz. Για τα άνω άκρα ο συντονισμός είναι μεταξύ 150-200 Hz, για τον αυχένα μεταξύ 20-30 Hz και για τα μάτια 60-90 Hz. Τα αρνητικά αποτελέσματα των δονήσεων που έχουν καταγραφεί είναι παραμορφώσεις σπονδύλων, σπονδυλαρθριτικές αλλοιώσεις, μεσοσπονδύλιες επασβεστιώσεις και κοίλες του Schmorl. Άλλες σημαντικές επιπλοκές των δονήσεων αφορούν το γαστρεντερικό, το κυκλοφοριακό και το αναπνευστικό σύστημα (Σιδερίδης και Καπετάνος, 2001). Ο καλύτερος τρόπος για την αντιμετώπιση των δονήσεων είναι η ενσωμάτωση συστήματος ανάρτησης χαμηλής συχνότητας συντονισμού, προσαρμοσμένο κατάλληλα στο θάλαμο ασφαλείας ή στο αμάξωμα του οχήματος. Το σύστημα ανάρτησης χρησιμεύει στην απόσβεση των δονήσεων που δημιουργούνται από τις ανωμαλίες του δρόμου, μετατρέποντας αυτές σε θερμότητα. Επίσης, ένα κάθισμα με ανάρτηση μειώνει σημαντικά τις κατακόρυφες δονήσεις που δέχεται ο χειριστής (Loutridis et al., 2011). 5.2.2 Μηχανικά συστήματα ανάρτησης Ένα όχημα είναι υποχρεωμένο να κινείται πάνω σε ανομοιόμορφη επιφάνεια και πολλές φορές μη επίπεδη. Εάν οι τροχοί ήταν σταθερά συνδεδεμένοι με το αμάξωμα του οχήματος, τότε το παραμικρό εμπόδιο που θα συναντούσε ένας από τους τροχούς, θα είχε ως αποτέλεσμα την πρόκληση δονήσεων (κραδασμών) που θα μεταδίδονταν ακέραια σε ολόκληρο το όχημα. Οι δονήσεις αυτές θα είχαν ως συνέπεια τη σύντομη φθορά του αμαξώματος και την καταπόνηση του χειριστή. Το γεγονός αυτό ανάγκασε τους κατασκευαστές οχημάτων να παρεμβάλουν μεταξύ του αμαξώματος και των τροχών διατάξεις οι οποίες μπορούν να παραμορφώνονται ανάλογα με το βάρος και τις συνθήκες πορείας του οχήματος. Οι διατάξεις αυτές είναι γνωστές ως αναρτήσεις. Επομένως, με τον όρο "ανάρτηση" εννοείται η διάταξη που συνδέει το πλαίσιο του οχήματος με τους τροχούς. Σκοπός της ανάρτησης είναι να εξασφαλίζει την καλή οδική συμπεριφορά και ευστάθεια, να αποσβένει, έως ένα σημείο, τις δονήσεις που αναπτύσσονται κατά την κίνηση του οχήματος, καθώς και να παρέχει στον χειριστή το αίσθημα της άνεσης. Τέλος, τα ελαστικά συμβάλλουν σημαντικά στην απόσβεση των δονήσεων, δηλαδή συμμετέχουν στο αποτέλεσμα της αναρτήσεως. Οι δονήσεις επίσης απορροφούνται από την ανάρτηση και το υλικό κατασκευής του καθίσματος.
Τα συστήματα ανάρτησης των οχημάτων, ανάλογα με τον τρόπο στηρίξεως των τροχών, διακρίνονται: α) με ενιαίο ή άκαμπτο άξονα, β) με ημιεξαρτώμενο ή ημιάκαμπτο άξονα και γ) με ανεξάρτητες αναρτήσεις. Ο άκαμπτος άξονας αποτελεί μία ενιαία κατασκευή στα άκρα της οποίας τοποθετούνται οι τροχοί που έχουν μόνο τη δυνατότητα περιστροφής. Χρησιμοποιείται κυρίως για την ανάρτηση των πίσω τροχών, γιατί παρουσιάζει απλότητα στην κατασκευή και μειώνει στο ελάχιστο τη φθορά των ελαστικών επειδή κρατά τους τροχούς κάθετα ως προς την επιφάνεια του δρόμου. Ιδιαίτερη περίπτωση άκαμπτου άξονα αποτελεί ο άξονας de Dion ο οποίος αποτελείται από δύο αιωρούμενα ημιαξόνια που συνδέονται μεταξύ τους με μία δοκό. Ο άκαμπτος άξονας με ημιελλειπτικές σούστες είναι ίσως η απλούστερη μορφή αναρτήσεως. Ανάλογα με το σύστημα μετάδοσης κίνησης, έχουμε έναν ελαφρύ άκαμπτο άξονα (πρόσθια κίνηση) ή έναν βαρύ με διαφορικό και ημιαξόνια ο οποίος αναρτάται με δύο μεγάλες ημιελλειπτικές σούστες. Προκειμένου να διατηρηθεί ο άκαμπτος άξονας ο οποίος επιτυγχάνει αμετάβλητη γωνία κάμπερ των τροχών στις στροφές, προτάθηκε να αντικατασταθούν οι ημιελλειπτικές σούστες, λόγω σοβαρών μειονεκτημάτων, με βραχίονες και ελατήρια. Για τη στήριξη του άξονα χρησιμοποιούνται μονοί ή διπλοί διαμήκεις βραχίονες και για τον έλεγχο των κινήσεων του άξονα χρησιμοποιούνται ράβδοι εξισορροπήσεως Πανάρ και Βάτ. Για την ανάρτηση του άξονα χρησιμοποιήθηκαν σπειροειδή ελατήρια που ακουμπούν πάνω στον άκαμπτο άξονα ή στους βραχίονες στηρίξεως. Οι ανεξάρτητες αναρτήσεις χρησιμοποιούνται κυρίως για λόγους σταθερότητας. Οι τροχοί μπορούν να τοποθετηθούν με διάφορους τρόπους. Ο συνηθέστερος είναι ο τετράπλευρος (σύστημα με ψαλίδια), όπου το ακραξόνιο φέρεται από δύο βραχίονες που στηρίζουν το πλαίσιο. Τα μήκη των βραχιόνων έχουν τέτοια αναλογία, ώστε όταν ο τροχός διανύει καμπύλες τροχιές και παρά το γεγονός ότι το φορτίο μετατοπίζεται προς αυτόν, να είναι σε θέση να παραμένει κάθετος στην επιφάνεια. Μία άλλη κατασκευαστική λύση που βρίσκει εφαρμογή στον οπίσθιο άξονα των οχημάτων είναι αυτή του σπαστού άξονα, όπου κάθε τροχός φέρεται από ένα ημιαξόνιο. Με τη λύση αυτή, επιτρέπεται στον τροχό να μεταβάλλει συνεχώς τη γωνία κλίσεως κατά την κίνηση του οχήματος. Ο μηχανισμός που προσδίδει στην ανάρτηση το χαρακτηριστικό της υποχωρήσεως και της επαναφοράς ανάλογα με το φορτίο, αποτελείται από ένα ελικοειδές ελατήριο που συνεργάζεται με έναν αποσβεστήρα κραδασμών (αμορτισέρ). Ο μηχανισμός αυτός παραμορφώνεται είτε από την ανώμαλη επιφάνεια του εδάφους είτε από την επίδραση υψηλών φορτίων. Όταν πάψει να υπάρχει η αιτία της παραμόρφωσης, τότε αποδίδει μέρος της ενέργειας που απορρόφησε, ενώ το υπόλοιπο μέρος εξουδετερώνεται από τον αποσβεστήρα. Ο μηχανισμός αυτός επανέρχεται μετά την παραμόρφωσή του ομαλά στην αρχική κατάσταση με αποτέλεσμα η αιώρηση που προκαλείται να είναι ελεγχόμενη και να μη χάνει ο τροχός την πρόσφυσή του με την επιφάνεια του εδάφους. Ο μηχανισμός αυτός περιλαμβάνει συνήθως ελαστικούς κώνους και ελαστικές τιράντες που καθορίζουν το όριο της αιωρήσεως των τροχών. Τα ελατήρια είναι κατασκευασμένα από ατσάλι με όριο ελαστικότητας πολύ κοντά στο όριο θραύσεως. Για τον λόγο αυτό, τα ελατήρια παρουσιάζουν πολύ μεγάλη αντοχή σε υψηλά φορτία. Διακρίνονται σε ελικοειδή (παραμορφώνονται λόγω κάμψης) και ευθύγραμμα (παραμορφώνονται λόγω στρέψης). Άλλοι τύποι ελατηρίων είναι τα ελαστικά και αυτά που λειτουργούν με πίεση αέρος. Η διαδικασία της αποσβέσεως των ταλαντώσεων επιτυγχάνεται με την μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε θερμότητα με τη βοήθεια των υδραυλικών αντιστάσεων των αποσβεστήρων. Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει δύο φάσεις: α) τη φάση της διαστολής, όπου η απόσταση μεταξύ αναρτημένου και μη αναρτημένου φορτίου αυξάνεται και β) τη φάση της πίεσης, όπου η απόσταση αυτή μειώνεται. Οι αποσβεστήρες αποτελούνται από δύο σωλήνες με διαφορετική διάμετρο που ο ένας βρίσκεται μέσα στον άλλο. Αυτού του τύπου οι αποσβεστήρες ονομάζονται τηλεσκοπικοί. Επίσης, οι αποσβεστήρες αποτελούνται: α) από έναν κύλινδρο πιέσεως ο οποίος είναι γεμάτος με κάποιο ρευστό μέσο (λάδι ή άζωτο) και β) ένα έμβολο που φέρει τον μηχανισμό των βαλβίδων. Ανάλογα με το ρευστό μέσο που χρησιμοποιούν, οι αποσβεστήρες διακρίνονται σε υδραυλικούς και υδροπνευματικούς (Marcu, 2009). 5.2.3 Το μοντέλο του άκαμπτου σώματος Σύμφωνα με τα παραπάνω, οι δονήσεις που προέρχονται από την κίνηση των οχημάτων επί ανωμάλων εδαφών οφείλονται στην αλληλεπίδραση των στοιχείων απόσβεσης των δύο αξόνων. Όμως, στους γεωργικούς ελκυστήρες τα στοιχεία απόσβεσης περιορίζονται στα ελαστικά και σε ορισμένες περιπτώσεις στα άκαμπτα ελατήρια του εμπρόσθιου άξονα. Τις δονήσεις, στο διάμηκες-κατακόρυφο επίπεδο ενός
ελκυστήρα, μπορούμε να τις αναπαραστήσουμε με την κίνηση ενός άκαμπτου σώματος υποστηριζόμενου από δύο ελατήρια, όπως φαίνεται στην Εικόνα 5.16. Στη συνέχεια, απλοποιώντας το μοντέλο αυτό, επιχειρούμε να ανιχνεύσουμε μόνο τις ελεύθερες ταλαντώσεις του ελκυστήρα οι οποίες δημιουργούνται κατά την διέλευση ενός εκ των αξόνων πάνω από εμπόδιο το οποίο ως ένα βαθμό χαρακτηρίζει την συμπεριφορά του ελκυστήρα και σε πολλές άλλες συνθήκες εργασίας. Εικόνα 5.16 Άκαμπτο σώμα με δύο αποσβεστήρες κραδασμών (δύο βαθμοί ελευθερίας). Ένα άκαμπτο σώμα δεν είναι παραμορφώσιμο. Οι σχετικές θέσεις των σωματιδίων που αποτελούν το σώμα παραμένουν σταθερές. Όλα τα πραγματικά σώματα παραμορφώνονται σε κάποιο βαθμό, αλλά το μοντέλο του άκαμπτου σώματος είναι χρήσιμο σε όλες εκείνες τις περιπτώσεις, όπου η παραμόρφωση είναι αμελητέα. Για μικρές αποκλίσεις, τα σημεία 1 και 2 μετατοπίζονται κατακόρυφα. Η κίνηση του σώματος, το οποίο έχει δύο βαθμούς ελευθερίας, προσδιορίζεται από την μετατόπιση του κέντρου βάρους και ταυτόχρονα από την περιστροφή του σώματος γύρω από αυτό. Η θέση ισορροπίας του σώματος του οποίου το βάρος G περνάει από το κέντρο βάρους Τ σημειώνεται ως 1 και 2. Το σώμα στην περίπτωση αυτή ισορροπεί με τη βοήθεια των στατικών δυνάμεων των ελατηρίων. Κατά την απόκλιση του σώματος στις θέσεις 1 και 2, δημιουργούνται πρόσθετες δυνάμεις στα ελατήρια F 1 και F 2. Εάν υποθέσουμε ότι για μικρές αποκλίσεις η tgφ φ, τότε τις δυνάμεις F 1 και F 2 μπορούμε να τις εκφράσουμε με τις σχέσεις: F1 C ( ) p1 y1 Cp 1 y d (5.4) F2 C ( ) p2 y2 Cp2 y c (5.5) Οι εξισώσεις που περιγράφουν την ταλάντωση του σώματος, έχουν την μορφή: m y F F (5.6) 1 2 0 I F d F c (5.7) 1 2 0 Μετά την αντικατάσταση των δυνάμεων F 1 και F 2 και την εκτέλεση των σχετικών πράξεων θα έχουμε: Cp 1 Cp2 Cp2 c Cp 1 d y y 0 (5.8) m m
C 2 2 p1 d C p2 c C c C d p2 p1 y I I 0 (5.9) Από τις ανωτέρω κινηματικές εξισώσεις προκύπτουν οι ακόλουθοι συντελεστές: C 2 p1 Cp2 p m (5.10) 2 2 C 2 p1 d C p2c r I (5.11) Cp2c Cp 1d K1 m (5.12) Cp2c Cp 1d K2 I (5.13) Τους συντελεστές Ω p και Ω r μπορούμε να τους φανταστούμε ως τη γωνιακή ταχύτητα μίας μεταφορικής και συνάμα περιστροφικής κίνησης. Μετά την αντικατάσταση των συντελεστών, οι κινηματικές εξισώσεις θα λάβουν την ακόλουθη μορφή. 2 y y K (5.14) p 1 0 2 r K2 y 0 (5.15) Στη συνέχεια, επιλύουμε το σύστημα των γραμμικών διαφορικών εξισώσεων δεύτερης τάξης, αρχίζοντας με την επίλυση της πρώτης εξίσωσης του συστήματος, ως προς τη μεταβλητή φ: 1 2 ( y p y ) (5.16) K1 1 ( IV 2 y p y ) (5.17) K 1 Εάν αντικαταστήσουμε τα φ και στη δεύτερη εξίσωση του συστήματος των γραμμικών διαφορικών εξισώσεων, θα έχουμε: IV 2 2 2 2 y ( ) y ( K K ) y 0 (5.18) p r p r 1 2 Με παρόμοιο τρόπο λαμβάνουμε την εξίσωση: IV 2 2 2 2 ( p r ) ( p r K1 K2) 0 (5.19) Στις ανωτέρω δύο περιπτώσεις, έχουμε να κάνουμε με γραμμικές διαφορικές εξισώσεις με σταθερούς συντελεστές, οι οποίες επιλύονται με τη βοήθεια της χαρακτηριστικής εξίσωσης: 4 2 2 2 2 2 ( p r ) ( p r K1 K2) 0 (5.20) της οποίας οι λύσεις είναι: 2 2 p r 1 2 2 2 2 2 1,2,3,4 ( p r ) 4( p r K1 K2) (5.21) 2 2 Η απόλυτη τιμή της μεγάλης τετραγωνικής ρίζας αντιστοιχεί στο τετράγωνο της ιδιοσυχνότητας των δύο συστημάτων. Μετά τις σχετικές πράξεις η παραπάνω εξίσωση μπορεί να γραφεί: 2 2 2 p r 1 2 2 2 1,2 ( p r) 4 K1 K2) (5.22) 2 2 Οι ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης είναι οι εξής: i ; i ; i ; i (5.23) 1 1 2 1 3 2 4 2 Η απόκλιση του κέντρου βάρους σε συνάρτηση του χρόνου δίνεται από τη σχέση: 1 t 2 t 3 t 4 t y C e C e C e C e (5.24) 1 2 3 4 οπότε έχουμε: y A cos t B sin t A cos t B sin t (5.25) 1 1 1 1 2 2 2 2 Με τον ίδιο τρόπο ορίζουμε την φ=f(t), οπότε γράφουμε την εξίσωση ως εξής:
A cos t B sin t A cos t B sin t (5.26) ' ' ' ' 1 1 1 1 2 2 2 2 Οι σχέσεις y=f(t) και φ=f(t) περιλαμβάνουν συνολικά οκτώ σταθερές. Έτσι παίρνουμε: 2 2 ' 1 p A1 A1 (5.27) K B A B 2 2 ' 1 p 1 B1 K1 1 (5.28) (5.29) 2 2 ' 2 p 2 A2 K1 (5.30) 2 2 ' 2 p 2 B2 K1 Όπως είναι ήδη γνωστό, οι δονήσεις προκαλούν ανεπιθύμητες παρενέργειες στον χειριστή του ελκυστήρα. Σε μία προσπάθεια να μειωθούν οι ανεπιθύμητες αυτές επιδράσεις, οι κατασκευαστές τοποθέτησαν ένα σύστημα απόσβεσης δονήσεων στον εμπρόσθιο άξονα, σε ορισμένους τύπους ελκυστήρων. Επίσης, είναι γνωστό ότι το ανθρώπινο σώμα παρουσιάζει μεγαλύτερη ανοχή στους κραδασμούς στη διεύθυνση z και μικρότερη στο επίπεδο x-y. Οι χειριστές των γεωργικών ελκυστήρων οι οποίοι κάθονται πάνω στον οπίσθιο άξονα ανταποκρίνονται καλύτερα στους κατακόρυφους κραδασμούς, παρά σε αυτούς που ενεργούν κάθετα στην σπονδυλική τους στήλη. Από αυτή την άποψη, το σύστημα απόσβεσης κραδασμών του εμπρόσθιου άξονα μπορεί να λειτουργήσει αρνητικά. Στην περίπτωση που το σύστημα απόσβεσης είναι αρκετά μαλακό, μπορεί όταν ο ελκυστήρας περνά πάνω από ένα εμπόδιο, να προκαλέσει ανεπιθύμητες δονήσεις με αποτέλεσμα αυτές να ενεργήσουν σε άλλη διεύθυνση επί του σώματος του χειριστή εκτός της κατακόρυφης. Για το λόγο αυτό, είναι προτιμότερο το σύστημα απόσβεσης του εμπρόσθιου άξονα να διαθέτει ελατήριο με υψηλό συντελεστή σκληρότητας, ώστε να ταλαντώνεται περισσότερο ο οπίσθιος άξονας πάνω στα ελαστικά των τροχών του. Στην Εικόνα 5.17 φαίνεται ένα τέτοιο σύστημα απόσβεσης κραδασμών. Η σταθερά ελατηρίου του εμπρόσθιου άξονα είναι δυνατόν να προσδιοριστεί υπό τις ίδιες στατικές συνθήκες και να εκφραστεί από τις ακόλουθες εξισώσεις: d C ' c C ή p1 p2 C C ' p1 p2 c (5.31) d Εάν θεωρήσουμε αμελητέο το βάρος του εμπρόσθιου άξονα, τότε η σταθερά των ελατηρίων του εμπρόσθιου άξονα μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση: C ' p1cp3 C (5.32) p1 C C p1 p3 Αντικαθιστώντας στην πρώτη εξίσωση, θα έχουμε: ' C C p1 p1cp3 c C C ( C C ) d p2 p2 p1 p3 (5.33) οπότε: Cp 1Cp2 C p3 (5.34) d Cp 1( ) Cp2 c Είναι λοιπόν φανερό ότι η σταθερά C p3 του ελατηρίου εξαρτάται από την κατανομή του βάρους στους δυο άξονες του ελκυστήρα.