Šiuolaikiniai technikos valdymo procesai ir jų kontrolės mastai nepalyginami su vyravusiais prieš tris-keturis dešimtmečius. Mašinos operatorius ne tik geriau informuotas, nes jam pateikiama detali bet kokios sistemos būsena, bet ir jo darbas efektyvesnis: operatoriaus norams vykdyti pasitelkiama gausybė valdiklių ir kontrolės prietaisų, skirtų bene visoms funkcijoms atlikti.

Be to, dauguma funkcijų (ir pavienės, atskiros, ir jų grupės) automatizuotos. Turintys ilgesnę darbo su traktoriais patirtį operatoriai patvirtins, kaip išsiplėtė mašinos valdymo galimybės bei atliekamų operacijų tikslumas.

Nuo mechaninio iki elektrohidraulinio

Gana ilgai traktoriaus mechanizmų valdymo sistemoje dominavo mechaniniai valdikliai: svirtys, pedalai, vairalazdės. Net vairavimo sistemoje kurį laiką (iki septintojo dešimtmečio) apsieita be hidraulinio stiprintuvo. Tobulėjant, o kartu ir pingant hidraulinių komponentų gamybai, mechanines valdymo sistemas po truputį papildė hidrauliniai, rečiau - pneumatiniai stiprintuvai. Toliau tobulinant hidraulines valdymo sistemas, ypač jas papildžius elektroniniais komponentais, žemės ūkio mašinose pradėtos diegti proporcinio valdymo sistemos, t. y. tokios valdymo sistemos, kuriose valdymo parametras (alyvos debitas, slėgis) tiksliai atitinka valdymo įtaiso signalo dydį. Pavyzdžiui, kintant valdymo svirties pastūmimui, keičiasi (didėja arba mažėja) perdavos sūkiai, krautuvo pakėlimo greitis ir pan. Proporcinis valdymas pakylėjo sistemų kontrolę viena pakopa aukštyn: valdymas tapo tikslesnis, proceso atlikimas - kokybiškesnis. Rezultatas - padidėjęs mašinos našumas.

Šiuolaikinių valdymo sistemų plėtotė labai susijusi su elektroninių komponentų įsigalėjimu visuose valdymo lygiuose. Atsirado nauji, traktoriuose iki tol menkai pažįstami dalykai - programiniai paketai, modeliuojantys vienokią ar kitokią veiksmų seką, valdantys vis didėjantį duomenų srautą.

Moderniame traktoriuje didžiąją dalį valdymo prietaisų sudaro elektroniniai valdikliai, kurių valdymo signalai perduodami elektrohidrauliškai valdomiems proporciniams skirstytuvams, vožtuvams arba sudėtingiems mechatroniniams įrenginiams. Taip yra valdoma traktoriaus transmisija, hidraulinė sistema, GTV.

Nuotolinės elektroninės valdymo sistemos neturi mechaninių ir hidraulinių valdymo sistemų trūkumų. Jos yra lengvos ir kompaktiškos, greitaveikės ir pasižymi dideliu poziciniu tikslumu. Tai vadinamosios shift-by-wire koncepcijos įgyvendinimo praktikoje pavyzdys.

Nepaisant trūkumų, mechaninės valdymo sistemos vis dar plačiai naudojamos baziniuose mažos ir vidutinės galios traktoriuose. Kai kurių gamintojų asortimente galima rasti net didelės galios mašinų, kuriose atskiros funkcijos, pavyzdžiui, transmisijos valdymas, atliekamas mechaniškai. Tokios sistemos bus naudojamos ir ateityje, nes alternatyvos, kainos prasme ir paprastumu, paprasčiausiai nėra.

Mechaniškai valdomose sistemose jėga, kuria perstumiama svirtis, neturi viršyti atitinkamų dydžių: variklio valdymui 30 N (arba 3 kg), transmisijos - 60 N (arba 6 kg). Jei valdoma koja, pedalo paspaudimo jėga turi būti ne didesnė kaip 150 N (iki 15 kg), išskyrus stabdžius - staigaus stabdymo metu leistina ne didesnė kaip 500 N (50 kg) apkrova. Jei faktiniai jėgų dydžiai didesni, naudojami stiprintuvai. Štai kodėl beveik visuose traktoriuose naudojami efektyvesni už mechaninius hidrauliniai stabdžių stiprintuvai. Palyginimui: anksčiau svirties perjungimo arba pedalo, ypač sankabos ir stabdžių, paspaudimo jėgos viršydavo reikalavimuose numatytus dydžius. Dažniausiai būdavo naudojami mechaniniai stiprintuvai, t. y. sudėtingos kinematinės schemos su suspaustomis arba ištęstomis spyruoklėmis.

Jėga, kuria perjungiami rečiau naudojami mechaniniai valdikliai, gali siekti ir 250 N (apie 25 kg). Papildomai reikia įvertinti reikalavimus svirčių eigai iš vienos padėties į kitą, kuri neturi viršyti 350 mm. Projektuotojai turi atsižvelgti ir į tai, kad kelių valdymo svirčių judėjimo trajektorijos turi ne tik nesikirsti, bet ir operatoriaus ranka perjungimo metu neturi kliudyti šalia esančių kitų valdymo prietaisų.

Nors mechaninės valdymo sistemos yra pigiausios ir sąlyginai patikimos, nes perdavoje nėra preciziškai pagamintų komponentų (priešingas pavyzdys - hidraulinės arba elektrohidraulinės valdymo sistemos, kuriose naudojami preciziniai hidrauliniai cilindrai ir sklandiniai skirstytuvai), eksploatacijos metu jų perdavų lankstai ir jungtys labai dėvisi, išsiderina, todėl joms reikia nuolatinės priežiūros. Nesiimant priemonių, pasikeičia jėga, su kuria svirtis perjungiama iš vienos padėties į kitą, nukenčia valdymo tikslumas.

Pažangesni yra hidrauliniai ir elektrohidrauliniai valdikliai.

Elektrohidraulinių valdiklių grupės pagal veikimo principą

● Dviejų padėčių: įjungtas/išjungtas.

● Sekantys vykdymo įrenginį veikiančią jėgą.

● Sekantys vykdymo įrenginio padėtį.

● Kombinuoto veikimo: sekantys ir jėgą, ir padėtį.

Pirmąjį atvejį geriausia iliustruoja GTV, priekinio tilto arba priverstinio diferencialo blokavimo įjungimas/išjungimas. Antrąjį ir trečiąjį - jėginis ir pozicinis dirvos dirbimo gylio reguliavimas. Papildomai trečiajam atvejui galima paminėti ir priekinio tilto diferencialo blokavimo bei GTV įjungimo-išjungimo valdymą, priklausomai nuo priekinių traktoriaus ratų ir keltuvo apatinių trauklių padėties. Ketvirtąjį atvejį galima pailiustruoti to paties elektrohidraulinio keltuvo mišriuoju arba kombinuotu dirvos dirbimo gylio reguliavimo principu, tarpusavyje derinančiu pozicinį ir jėginį reguliavimus.

Prieš penkis dešimtmečius aukštos, hi-tech klasės valdikliais buvo laikomi šiandien įprasti dviejų padėčių (įjungta/išjungta) mygtukai. Tada jie buvo itin populiarūs aviacijoje ir transporto sektoriuje. Traktoriuose šiuo metu jie naudojami, tačiau dažniausiai kaip išoriniai GTV, trijų taškų pakabinimo ir hidraulinės sistemos skirstytuvo valdikliai ant galinių purvasaugių arba priekyje, šalia žibintų. Anksčiau šio tipo jungikliais buvo valdomi ne tik GTV, diferencialų blokavimas ir priekinio tilto (4WD) įjungimas, bet ir atskiros hidraulinės sistemos funkcijos, apšvietimo prietaisai. Šiuolaikines hidraulines sistemas ir elektrohidraulinius keltuvus preciziškai valdyti būtini proporciniai valdymo signalai. Pasirinktos funkcijos veikimas tiesiogiai priklauso nuo jungiklio eigos bei jo aktyvinimo trukmės.

Valdymo konsolės - viskas po ranka

Projektuojant bet kokias valdymo sistemas pirmiausia atsižvelgiama į operatoriaus fizines galimybes. Viską, kas jas peržengia, būtina automatizuoti. Neatsitiktinai traktorių efektyvumo, kombainų našumo kontrolė patikėta sudėtingoms automatinėms valdymo sistemoms. Įsibėgėja tiksliojo ūkininkavimo sistemos (TŪS), tuo pat metu atitinkamu hierarchijos lygiu valdančios kelias mašinas (angl. Vehicle-To-Vehicle Control), pavyzdžiui, kombainas-traktorius (Case IH V2V), traktorius-traktorius (Fendt GuideConnect).

Paklusdami šiuolaikiniams ergonomikos reikalavimams gamintojai visus valdiklius stengiasi sutelkti vienoje plokštumoje. Traktoriuje tokią plokštumą (valdymo konsolę) patogiausia įrengti dešiniajame vairuotojo sėdynės ranktūryje.

Vienoje konsolėje sugrupuoti valdiklius į atskiras funkcines grupes ir išskirti pagal svarbą kartu jos neperkraunant - nemažas iššūkis gamintojui. Be to, mašinai valdyti naudojami ne tik dviejų, trijų padėčių jungikliai, bet ir sukami selektoriai, potenciometrai, šliaužikliai, daugiaveiksmės svirtys. Uždavinys sprendžiamas keliais būdais. Ne pirmos svarbos, programavimui skirti valdikliai paslepiami po atverčiama alkūnės atrama. Taip konsolė vizualiai neperkraunama šalutiniais valdymo prietaisais. Beje, gero garso gerbėjai šį sprendimą gali pamatyti ir brangioje komponentinėje aparatūroje, kurioje dalis antraeilių valdymo prietaisų paslėpti už atverčiamo skydelio.

Antrasis būdas - dalį dažniausiai naudojamų valdiklių įrengti ant daugiaveiksmės svirties, kuria įprastai reguliuojamas mašinos greitis ir judėjimo kryptis. Verta pastebėti, kad moderniose savaeigėse žemės ūkio mašinose daugiaveiksmėje svirtyje įrengiama antroji, kompaktiška valdymo konsolė - tiek svarbių operacijų turi būti pasiekiamos tuojau pat, neatitraukiant rankos nuo svirties.

Šiuo metu sparčiai populiarėja trečiasis būdas - valdymo funkcijų sutelkimas didelės įstrižainės raiškiuosiuose, lietimui jautriuose ekranuose. Kada ekrano įstrižainės dydis viršija 10 colių, jame labai patogu išdėstyti visas, įprastomis priemonėmis sunkiai įgyvendinamas mašinos valdymo funkcijas. Operatoriui paliekama visiška laisvė pasirinkti tik tą meniu langą arba kelis iš jų, kurie konkrečiu momentu reikalingiausi.

Akivaizdu, kad universalių, su traktoriaus CAN-Bus magistrale ir taip pat su agregatų valdymo linija ISO-Bus sujungtų valdymo terminalų diegimo sparta proporcingai mažina ant kabinos skydų viduje įrengtų valdiklių gausą. Tai atitinka valdymo sistemų gamintojų siekį pasiūlyti traktorių gamintojams kompaktiškesnius, kabinos erdvėje lanksčiau komponuojamus sprendimus.

Tobulinimo kryptys

Sparčiausiai besikeičiančios traktoriuje yra jo valdymo sistemos. Mašinų gamintojai sulig kiekviena nauja gaminio karta kelia papildomus, vis didesnius valdymo tikslumo reikalavimus, kurių neatitinka senesni prietaisai.

Valdymo sistemų tobulinimo kryptys

● Visų valdiklių telkimas į vieną konsolę, rodmenų - į vieną ekraną; prie pastarojo gali būti prijungtos išorinės sistemos: automatinio vairavimo, agregatų valdymo.

● Universalus, vienodas visoms vieno gamintojo mašinų grupėms valdymo protokolas.

● Intensyvi paieška dar nepanaudotų priemonių, pavyzdžiui, duomenų atvaizdavimo ant priekinio stiklo.

Šiuolaikiniai valdikliai atveria kelią tiksliojo ūkininkavimo sistemoms: automatiniam vairavimui, telemetrijai - nuotoliniam vienos mašinos arba mašinų grupės stebėjimui ir duomenų perdavimui per atstumą.

Šiuolaikinėje valdiklių pramonėje didžiausią pranašumą turi tos įmonės, kuriose visi etapai - kompiuterizuotas 3D CAD projektavimas, leidžiantis gauti erdvinį būsimos detalės vaizdą, priešserijinių natūralaus dydžio maketų ruošimas, detalių liejimas, jų apdirbimas skaitmeninį programinį valdymą (CNC) turinčiomis staklėmis ir gamyba serijomis - yra sutelkti vienose rankose. Tai imlus darbui ir ištekliams procesas. Kol priimamas galutinis sprendimas, gamybai paruošiama aibė natūralaus dydžio valdymo konsolės maketų iš specialaus termoplastiko.

Gamintojai stengiasi ne specializuotis atskirose „ekosistemos" dalyse, o tolesniems naudotojams (pavyzdžiui, traktorių gamintojams) pasiūlyti baigtinį sprendimą, apimantį visus etapus, nuo projektavimo iki galutinio produkto, atsižvelgiant ne tik į konkretaus gamintojo reikalavimus, bet ir atitinkamos mašinos specifiką, pateikimo. Laimima iškart keliose pozicijose: gaunama aukštesnė gaminio kokybė, sumažinamas gaminio pateikimo naudotojui laikas ir jam pasiūloma geresnė kaina.

Teigiama, kad atsakingiausias valdymo sistemų kūrimo etapas - pirmasis, t. y. tikslus užsakovo poreikių supratimas ir jų konversija į techninę užduotį. Kaip bendradarbiauja traktorių ir valdymo sistemų gamintojai, koks šios užduoties įgyvendinimui skiriamas dėmesys, toks ir rezultatas, kurį pajuntame vos tik padedame ranką ant sėdynės ranktūrio. Kiekvienas veiksmas, kuris savaime atrodo logiškas ir lieka nepastebėtas, dažnai būna ilgų ergonominių ieškojimų rezultatas.

Pavyzdžiui, projektuojant valdymo konsolę, įrengtą sėdynės ranktūryje, visas procesas išskaidomas į kelis etapus, kurių kiekviename sprendžiami konkretūs uždaviniai:

*  optimaliausias išlaidų ir funkcijų prasme sprendimas konkrečiam traktoriaus modeliui;

*  geriausias ergonominis sprendimas, sumažinantis operatoriaus veiksmų skaičių ir jo nuovargį;

*  privalomas visų valdiklių pasiekiamumas ranka;

*  valdiklių sujungimas magistralinėmis linijomis į bendrą duomenų perdavimo terpę CAN-Bus;

*  modulinė konstrukcija, supaprastinanti priežiūros ir remonto procedūras.

Atkreipkite dėmesį į bet kuriame traktoriuje įrengtą valdymo konsolę ir suskaičiuokite, kiek skirtingo tipo valdiklių joje įrengta. Be įprastų ir nebrangių dviejų padėčių jungiklių, yra proporcinio valdymo klavišai, vienos (Y) arba dviejų (X ir Y) ašių svirtelės, pasukami selektoriai arba potenciometrai, įvairūs šliaužikliai (pvz., rankinio akceleratoriaus valdymo arba akceleratoriaus pedalo eigos nustatymui), neskaitant integruotų į bendrą valdymo sistemą ekranų su savąja valdymo sistema. Pastaruoju metu valdiklių gretas papildė triašės (X, Y ir Z) valdymo svirtelės, kurios gali būti perstumiamos ne tik pirmyn/atgal, į kairę/dešinę, bet ir pasukamos atitinkamu kampu.

Nauji valdikliai ilgaamžiai, nes svirtelės pasukimo kampas matuojamas bekontakčiu Holo impulsų jutikliu, kurį sudaro rotorius su atitinkamomis išpjovomis, Holo plokštelė ir nuolatinės srovės magnetas. Keičiant svirtelės padėtį tiesioginio kontakto tarp šių elementų nėra. Paprasti skaičiai: kompanijos „Otto" (JAV) teigimu, neprarasdama valdymo tikslumo svirtelė aplink ašį arba bet kuria kryptimi atlaiko ne mažiau kaip 5 mln. ciklų.

Dviejų arba trijų ašių svirtelėmis itin patogu tuo pat metu valdyti kelias hidraulinės sistemos funkcijas. Šis valdymas - proporcinis, t. y. alyvos srauto parametrai priklauso nuo svirtelės eigos ir paspaudimo trukmės. Pasukamos aplink vertikalią ašį svirtelės į centrinę (neutralią) padėtį grąžinamos specialiomis spyruoklėmis.

Daugelis specializuotų kompanijų, projektuojančių ir gaminančių valdiklius, prietaisų skydelius, tiekia juos daugumai pramonės sričių: ne tik žemės ūkiui ir miško ruošos pramonei, bet ir automobilių pramonei, statybinėms mašinoms, aviacijai. Universalius valdiklius galima aptikti visur. Pavyzdžiui, galinio elektrohidraulinio keltuvo valdymo sistemos Bosch EHR originalūs valdikliai naudoti Fendt F 345/360/380 GT, Fendt Farmer 300 LS/LSA-300 C/CA/Ci ir Fendt Favorit 600 LS/LSA traktoriuose, gamintuose nuo 1978 iki 2008 m. Originalūs Bosch EHR sistemos valdikliai sėkmingai naudojami ir šiandien, dažniausiai juos renkasi nedideli, regioniniai traktorių gamintojai, pavyzdžiui, Austrijos kompanija „Lindner". Minėtus dviejų padėčių jungiklius naudoja visų traktorių gamintojai. Pavyzdžiui, valdiklius, kuriais keičiama Claas Xerion 3300/3800 ir Fendt 900 Vario SCR priekinio elektrohidraulinio keltuvo apatinių trauklių padėtis, galima pamatyti ir prieš kelis mėnesius pristatyto šešiaračio (!) Mercedes-Benz G 63 AMG slėgio padangų reguliavimo sistemoje, jau nekalbant apie „pusiau traktorių" Mercedes-Benz Unimog.

Dainius Šišlavas

Mano ūkis, 2013/06