買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)自動控制研究 摘 要 隨著新興科學技術的不斷創(chuàng)新，尤其是計算機技術、電子控制、人工智能、網(wǎng)絡通訊等高新技術的迅速發(fā)展，對拖拉機工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響和滲透。而采用機 電 液一體化控制技術是拓寬拖拉機功能、提高其技術性能以及解決其所面臨諸多技術難題的最佳選擇方案，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代拖拉機及其配套機組的主要技術發(fā)展趨勢。 本文首先介紹了傳統(tǒng)拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)的組成和類型。在此基礎上，選擇了拖拉機半分置式液壓懸系統(tǒng)進行設計，設計新型拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)。在原拖拉機半 分置式液壓懸掛機構中改進設計了自動控制系統(tǒng)。分別闡述了自動控制系統(tǒng)的組成、工作原理、土壤阻力傳感器、農(nóng)具提升高度傳感器、主控制閥位移傳感器信號的測取與處理以及單片機控制的實現(xiàn)。在液壓油路方面，該系統(tǒng)用電磁換向閥控制分配器取代傳統(tǒng)機械式的控制分配器，并設計配套油路；在控制反饋信號獲取方面，系統(tǒng)中安裝位移傳感器、壓力傳感器和角位移傳感器；同時，對拖拉機電子液壓懸掛的各種耕深控制方法進行比較分析。 拖拉機電控液壓懸掛控制單元設計包括硬件和軟件設計 用 司 列 的 80片機設計控制器。在軟件方面，完成了主程序控制程序總體流向。 關鍵詞： 拖拉機；液壓懸掛系統(tǒng)；換向閥；自動控制 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 of of as is of is it of of on of to on a A of of of of is by A a an is of of in of is of to of 80is we to is to of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 目 錄 1 緒 論 . . . 研究背景 . 研究意義 . . 國外研究現(xiàn)狀 . 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 . . . 拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)設計 . . 液壓懸掛系統(tǒng)組成 . 液壓系統(tǒng)類型 . 控液壓懸掛系統(tǒng)設計 . 設計方案的提出 . 設 計方案的確定 . 作機理 . 章小結 . 液壓回路設計和信號處理電路設計 . . 電控液壓系統(tǒng)回路設計 . 液壓泵和分配器的選擇 . 小油缸的選型 . 換向閥的選擇 . 減壓閥和溢流閥的選擇 . 號處理電路設計 . 傳感器的選擇 . 傳感器信號放大電路和濾波電路設計 . 光電耦合器和三極管放大電路設計 . 制回路設計 . . 80. 章小結 . 電控液壓懸掛系統(tǒng)軟件設計 . . ， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 1 - 附錄 1 . 錄 2 . 錄 3 . 謝 . 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 2 - 第一章 緒論 言 現(xiàn)有的多數(shù)農(nóng)用拖拉機使用液壓懸掛系統(tǒng)，拖拉機液 壓懸掛系統(tǒng)可分為 3 種形式 ：分置式液壓系統(tǒng) 、 半分置式液壓系統(tǒng) 、 整體式液壓系統(tǒng) 。 其農(nóng)具的提升和下降的控制部分是機械式的，由駕駛員通過操縱手柄和一套桿件機構以位移量的形式輸入信號，輸出量則是通過彈簧、凸輪和力、位調節(jié)杠桿機構轉換成的位移量，從而實現(xiàn)操縱主控制閥對農(nóng)具位置的調整。機械控制的液壓懸掛系統(tǒng)采用桿件和彈性元件，結構比較復雜，彈性元件的遲滯、機械摩擦和桿件的脹縮會影響調節(jié)性能。進入 21世紀后，拖拉機向大功率、低油耗、輕排放、智能化、密封和舒適性方向發(fā)展，機械式的控制系統(tǒng)在結構布置和性能方面已不適應現(xiàn)代農(nóng)機 發(fā)展的要求。將農(nóng)業(yè)機械裝備技術融合現(xiàn)代液壓技術、傳感器技術、電子技術和單片機控制技術，可極大地提高液壓懸掛系統(tǒng)操作的舒適性和簡捷性，準確、快速地使用和調節(jié)液壓懸掛系統(tǒng)，可提高生產(chǎn)率和作業(yè)質量。因此，對傳統(tǒng)式液壓懸掛系統(tǒng)的技術改進勢在必行。 究背景和意義 究背景 農(nóng)業(yè)機械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質技術基礎，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容和標志。世界發(fā)達國家己在上世紀 50年代至 70年代就實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，各國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展歷程表明，農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可逾越的階段。農(nóng)業(yè)機械化作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的 載體，把工業(yè)、自然科學等引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使現(xiàn)代工程技術與現(xiàn)代生物技術在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應用，極大地改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，大大提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率、資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品商品化率，也使現(xiàn)代生產(chǎn)技術由于有現(xiàn)代裝備和工程技術手段的支持而得到實施和進一步發(fā)展。 拖拉機是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化和現(xiàn)代化不可缺少的重要動力機械。我國的拖拉機工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的進展。目前大中型拖拉機的生產(chǎn)能力己超過 10萬臺，小型拖拉機的生產(chǎn)能力己超過 200萬臺，各類拖拉機的擁有量已超過 1500萬臺，其中 大中型拖拉機約為 80萬臺，配套機具的社會擁有量己超過 2000萬臺套 (含掛車 )。但隨著我國加入 量具有高新技術裝備并且性能優(yōu)良的拖拉機產(chǎn)品將會涌入中國市場，這對產(chǎn)品技術含量相對較低的國內(nèi)拖拉機工業(yè)來說，將會面臨巨大的挑戰(zhàn)。如何適應市場需要，進行產(chǎn)品結構調整，提高產(chǎn)品的科技含量，改善產(chǎn)品的技術性能，將是我國拖拉機工業(yè)所面臨和需要解決的重要課題 1、 2。 究意義 隨著新興科學技術的不斷創(chuàng)新，尤其是計算機技術、電子控制、人工智能、網(wǎng)絡通訊等高新技術的迅速發(fā)展，對拖拉機工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的 影響和滲透。各國拖拉機買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 3 - 研究人員普遍認識到，采用機 電 液一體化控制技術是拓寬拖拉機功能、提高其技術性能以及解決其所面臨諸多技術難題的最佳選擇方案，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代拖拉機及其配套機組的主要技術發(fā)展趨勢。目前在國外拖拉機上，機 電 液一體化控制技術己經(jīng)獲得了廣泛的應用，例如，麥塞福格森、雷諾、薩姆、約翰迪爾、菲亞特、鈕荷蘭、道伊茲等公司近幾年推向市場的大功率拖拉機基本都裝備了電液懸掛系統(tǒng)，使電液懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進入主流市場；在電液負載換檔技術方面，不少拖拉機采用了電液控制的全負載換檔的變速箱，使得負載換檔操縱變得十 分簡單；一些拖拉機上還采用了基于 得機 電 液一體化應用在拖拉機上達到很高的水平。 由此可知拖拉機上采用了大量的機電一體化技術，這些技術主要用于改善和優(yōu)化拖拉機以下幾個方面的特性 : 提高拖拉機的使用經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率； 提高拖拉機的操縱性能和自動化程度，降低駕駛員的勞動強度； 將該技術應用在人機工程學設計中，優(yōu)化人機界面，改善駕駛室操縱環(huán)境； 提高機器的可靠性和安全性； 降低拖拉機尾氣排放，減少環(huán)境污染； 實現(xiàn)對拖拉機機組的性能監(jiān)測、參數(shù) 優(yōu)化匹配和故障診斷等綜合性工作。 機電一體化技術在農(nóng)用拖拉機上的應用必然向著自動化、智能化的方向發(fā)展。拖拉機智能化的實現(xiàn)，是以機電一體化技術在拖拉機上的應用為先導的，以微電子技術和微機技術為核心的機電一體化技術，將機械、液壓、電子、信息和控制等技術有機地結合起來，使拖拉機控制系統(tǒng)具備了一定的信息處理能力，為智能化技術在拖拉機上的應用和發(fā)展開辟了道路。智能化技術在拖拉機上的應用目標不僅要使拖拉機的各個子系統(tǒng)實現(xiàn)高精度、高實時性的自動控制，而且還應使拖拉機的控制系統(tǒng)具有一定程度的邏輯判斷能力，提高拖拉機對外界環(huán) 境的適應能力，能夠在復雜多變的工作條件下自適應地選擇最佳的工作方式，最大限度地提高拖拉機各子系統(tǒng)的工作效能，實現(xiàn)發(fā)動機、傳動系統(tǒng)及懸掛系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的自動控制以及各子系統(tǒng)之間的優(yōu)化匹配，更好地滿足對拖拉機的各項使用要求。歸納起來對拖拉機的研究大致分為兩個方面 :一方面，應用最優(yōu)適應控制、模糊控制等先進的控制理論，進一步完善原有的控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)對復雜工況的適應能力和邏輯判斷能力；另一方面，根據(jù)系統(tǒng)工程學的思想，從對拖拉機各個子系統(tǒng)的單獨、分割監(jiān)控走向相關系統(tǒng)聯(lián)合、協(xié)調控制，在一定程度上實現(xiàn)多個子系統(tǒng)的信息共 享，最終形成對整個拖拉機系統(tǒng)的全面控制體系，實現(xiàn)拖拉機作業(yè)機組在各種工作條件下的最優(yōu)匹配。 基于以上所述，加強拖拉機行業(yè)與電子產(chǎn)品的密切結合，走機電一體化是必經(jīng)之路，加快消化吸收國外產(chǎn)品機電一體化的成果和經(jīng)驗，搞好拖拉機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短與世界同行業(yè)先進水平的距離。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 4 - 內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 20世紀 70年代以來，隨著電子技術和微機控制技術的出現(xiàn)和成熟，機 電 液一體化技術逐步被應用到拖拉機上，為提高拖拉機作業(yè)機組的性能開辟了嶄新的道路。 外研究現(xiàn)狀 1978年德國奔馳公司率先在其生產(chǎn) 的農(nóng)用拖拉機上采用了電液控制的三點懸掛機構，標志著商業(yè)化的機電一體化產(chǎn)品開始在拖拉機上得到了成功應用。經(jīng)過幾十年的研究和開發(fā)，各國紛紛推出新式控制系統(tǒng)。德國 核心是一個帶有 8路模擬量輸入輸出通道的微處理器和程序存儲器，系統(tǒng)使用的傳感器主要包括安裝在下拉桿的磁滯伸縮式測力銷和安裝在提升臂上的角位置傳感器。電子控制裝置通過對各傳感器上送來的數(shù)據(jù)進行分析，驅動液壓執(zhí)行元件，實現(xiàn)阻力調節(jié)、位置調節(jié)、壓力調節(jié)。為了與 拖拉機上的其它電子控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換， 懸掛系統(tǒng)的所有控制操作均可以通過安裝于駕駛室內(nèi)的控制面板來完成。該系統(tǒng)可以調節(jié)耕深，控制驅動輪滑轉率。芬特、萬國、福格森等多個拖拉機生產(chǎn)廠家均在其生產(chǎn)的幾種大功率拖拉機上裝備了此種電液控制裝置，該裝置對提高拖拉機的作業(yè)效率和質量、降低燃油消耗起到了很好的作用。德國 裝置與傳統(tǒng)的三點懸掛裝置相比具有更加簡單，更加靈活的特點。首先，在上拉桿和兩個提升桿上分別裝有液壓缸 ，通過相應的控制閥控制液壓缸內(nèi)活塞的運動，可以通過提升桿直接控制農(nóng)具的升降，在機構方面省去了提升軸和提升臂，結構尺寸更加緊湊；其次，將位置傳感器與液壓缸集成在一起，通過將位置傳感器獲得的信號輸入到控制系統(tǒng)之中進行相應的位置和速度控制，省去了傳統(tǒng)的機械反饋控制機構，控制更加靈活。目前，該系統(tǒng)主要存在著以下兩方面的問題 :第一，左右提升桿的動力性能尚需提高；第二，低價位的比例閥和液壓缸的優(yōu)化匹配問題還沒有徹底解決。通過實驗分析，該系統(tǒng)中提升桿的位置偏差能夠控制在幾個毫米以內(nèi)。由于技術原因，該懸掛裝置目前仍處于試驗 研究階段，沒有實用化。 在耕深控制方面，日本京都大學研制了一種耕深控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由測量單元、控制單元、液壓單元、懸掛系統(tǒng)連接單元、耕深設定值和死區(qū)控制單元組成。其中，測量單元主要由超聲波傳感器、光傳感器、傾斜角度傳感器和提升臂位置傳感器 (分壓計 )構成，用于測量提升臂的位移、拖拉機的俯仰角度和傳感器離地面的高度；控制單元由數(shù)模轉換板、接口板、螺旋閥驅動電路板與計算機組成，總體控制系統(tǒng)的運轉，是整個控制系統(tǒng)的中心；液壓單元模塊由液壓缸、螺旋閥和液壓油路組成，主要用來驅動三點懸掛系統(tǒng)。該系統(tǒng)整個控制過程大致如下 :由傳感器得到信號與設定值比較得到誤差信號，該誤差信號和死區(qū)設定值進行比較，如果小于死區(qū)設定值，控制系統(tǒng)沒有輸出，當大于死區(qū)設定值時，通過計算一個控制電磁閥的負荷比參數(shù)，經(jīng)過該參數(shù)的計算得到一個輸買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 5 - 出控制信號，該信號經(jīng)過放大電路，放大后控制電磁閥的輸出。經(jīng)過試驗驗證，該控制系統(tǒng)存在隨著負載的增加，拖拉機的行駛速度變慢的問題。南非 系統(tǒng)裝配在 160要由傳感器模塊、控制模塊、輸出模塊、液壓模塊等組成。其中，傳感 器模塊包括一個雷達傳感器、一個磁性傳感器和一個電位計，雷達傳感器用來測量拖拉機實際行走的距離，磁性傳感器測量拖拉機輪子行走的距離，通過計算兩者之差來得到輪滑率，電位計安裝在提升軸上，通過提升軸的轉角來計算耕深；控制模塊主要采用 單片機具有兩個頻率捕捉器、兩個脈寬調制輸出模塊、和強大的指令集以及一個 8位乘法器。該控制系統(tǒng)的控制過程如下 :首先由傳感器得到拖拉機的實際行走距離和輪子行走距離，然后通過數(shù)模轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號輸入到控制單元，再經(jīng)控制單元的計算將控制信號利用單片機的脈 寬調制信號輸出，最后經(jīng)輸出放大電路放大后控制電磁比例閥，從而通過液壓系統(tǒng)來控制農(nóng)具的升降。這樣就完成了一個有輪滑率來控制耕深的過程。實踐證明，該控制系統(tǒng)的特點有 :能夠將土壤表面的各種阻力情況納入控制當中；能夠使拖拉機以最優(yōu)的輪滑率行駛，從而得到最優(yōu)的牽引效率；可以節(jié)省燃油消耗和拖拉機的作業(yè)時間。同樣，該系統(tǒng)也存在反應靈敏度問題，因為各個環(huán)節(jié)引起的滯后問題造成了控制系統(tǒng)的反應靈敏度不高，主要有以下幾個原因 :第一，因為雷達模塊內(nèi)部含有各種濾波電路，從而造成了大約 200二，控制其內(nèi)部的軟件濾波算法引 起的大約 50三，由于系統(tǒng)的慣性引起的滯后。第四，當農(nóng)具升高或降低時，拖拉機的后輪要先進行壓縮，由于該壓縮引起的滯后。上述原因引起的滯后問題造成了該控制系統(tǒng)的靈敏度難以提高 2。 綜上所述，目前在國外拖拉機上，機 電 液一體化技術已經(jīng)獲得了廣泛的應用，許多公司近期推向市場的大功率拖拉機裝備了電液懸掛系統(tǒng)，使電液懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進入主流市場，還有一些拖拉機上還采用了基于 得機 電 液控制系統(tǒng)在拖拉機上的應用達到很高的水平。但同時，也還存在著許多有待于進一步研究探討的 問題，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和實用化方面。 內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國對具有力調節(jié)、位調節(jié)、力位綜合調節(jié)的拖拉機液壓懸掛裝置的研究比較晚。可分為三個階段 : 第一階段為初步研究階段。在 20世紀七十年代中期，我國一些高等院校和科研機構對一些型號的拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)的性能進行了田間耕作試驗，希望從中找出一些有用的規(guī)律，但是由于種種原因，如季節(jié)的影響，試驗周期長，試驗條件復雜，沒有達到預期的效果。到了七十年代后期，國內(nèi)才有人從理論上對力控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進行初步研究。 第二階段為機液控制系統(tǒng)的室內(nèi)模擬仿 真及分析。進入八十年代開始了拖拉機液壓買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 6 - 懸掛系統(tǒng)室內(nèi)仿真試驗，一些具有拖拉機專業(yè)的高校先后建立了拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)室內(nèi)仿真試驗臺，并基于此進行了一些有關機組動態(tài)性能的實驗和理論分析，這些研究主要有拖拉機力調節(jié)系統(tǒng)建模、穩(wěn)定性分析、動靜態(tài)特性試驗和理論分析、土壤阻力干擾對耕深的影響分析以及機組在實際耕作過程中諸信號之間的傳遞關系等，從而形成了研究的高峰，此后不斷有新的成果出現(xiàn)。八十年代后期為了跟蹤國外先進技術，也開始了電子化自動控制技術的研究，在原機型液壓系統(tǒng)的基礎上進行改造，增加電液控制裝置和器件，并做了初步 的試驗工作。 第三階段為電液控制系統(tǒng)的研究。 20世紀九十年代以及 21世紀初，隨著電子技術的飛速發(fā)展，國內(nèi)有些高校開始探討電子技術、計算機控制技術等新技術在拖拉機液壓懸掛中的應用。 文獻 3、 4、 5中提出一種新的純牽引力傳感器，拖拉機液壓試驗臺的模擬加載控制和性能測試由一臺微機來完成，對原機型的機液控制系統(tǒng)的動態(tài)品質進行了測試和評價。接著把單片機應用于拖拉機農(nóng)具耕深控制中，對比原機型的機液控制系統(tǒng)與新設計的數(shù)字式控制系統(tǒng)，提出位置控制、阻力控制、耕深控制和力位綜合控制四種方式，進行了電液控制的初步探索和伺服 自動控制與計算機控制耕深的試驗比較。文獻 6認為懸掛系統(tǒng)的工作特性一般屬于繼電器開關型，并在此基礎上采用開關型電磁閥進行了試驗研究。文獻 7進一步研究了微機控制系統(tǒng)，采用液壓伺服系統(tǒng)取代拖拉機原有的液壓系統(tǒng)，運用 51單片機控制器對拖拉機耕作作業(yè)中的耕深進行自動控制，取代傳統(tǒng)的機械式調節(jié)裝置，并進行了田間試驗。文獻 8中，將原有機械式液壓懸拄控制系統(tǒng)改裝為電液式懸拄控制系統(tǒng)，采用單片機對拖拉機電液懸掛控制系統(tǒng)進行了硬件和軟件設計并在室內(nèi)仿真試驗臺上進行了試驗驗證試驗。文獻 9在原拖拉機半分置式 液壓懸掛機構中改進設計了自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將原有的機械式分配器控制裝置改為由一些傳感器、小油缸和一套配套油路驅動分配器的方式進行控制。 我國當前拖拉機作業(yè)機組的生產(chǎn)和實際應用而言，對機 電 液一體化控制技術的研究工作還處于起步階段，對一些關鍵性技術問題尚缺芝系統(tǒng)和深入的研究，沒有形成可行的解決方案。液壓技術在拖拉機作業(yè)機組中的應用，仍然處于以液壓懸掛的推廣完善為代表的液壓懸掛階段，并且更多的研究都是針對傳統(tǒng)機液控制系統(tǒng)的仿真拖拉機電子液壓懸掛控制器設計和控制技術研究和實驗研究，還未進入實際應用階段 10、 11、 12。 究內(nèi)容 鑒于我國拖拉機工業(yè)的發(fā)展水平和所面臨的實際問題，本項研究擬選擇拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)，主要是液壓懸掛裝置及其自動控制，作為主要研究對象。研究、探討其在實現(xiàn)機 電 液一體化控制方面的關鍵技術，提出一套關于拖拉機液壓懸掛裝置及其自動控制機 電 液一體化控制系統(tǒng)的基本方案和理論，研究液壓系統(tǒng)的優(yōu)化匹配方法，最終設計開發(fā)新型拖拉機機 電 液一體化控制器系統(tǒng)，使拖拉機作業(yè)機組能買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 7 - 夠在復雜多變的工作條件下自動化控制工作，最大限度提高整個拖拉機作業(yè)機組的工作效能。該研究具有很大的實 際應用價值和研究意義，必將對我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。本研究以約翰 204為研究對象，主要研究其液壓懸掛系統(tǒng)的自動控制。 本課題主要完成的內(nèi)容有 : 1、拖拉機液壓懸掛控制方法分析 2、液壓系統(tǒng)的改造，傳感器選型和安裝 3、液壓懸掛控制策略選擇及研究 4、液壓懸掛系統(tǒng)電液控制的設計和研制 圖 1研究流程圖 研究背景與意義 國內(nèi)外文獻分析，對當前作業(yè)機組進行技術調查 提出研究的問題和思路 拖拉機懸掛機 電 液一體化控制策略的確定 液壓傳動和液壓控制系統(tǒng)的研究 傳感器、控制單元的選擇與外圍電路設計 液壓元件的選擇與液壓系統(tǒng)設計 信號檢測、傳輸和處理方法的研究 編寫系統(tǒng)控制軟件 問題與展 望 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 論文研究流程圖如圖 1 章小結 本章簡要介紹 了課題研究背景、研究意義以及國內(nèi)外機 電 液一體化技在拖拉機液壓懸掛機構上的應用現(xiàn)狀。最后提出了課題研究的主要內(nèi)容和研究流程圖。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 8 - 第二章 拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)的設計 統(tǒng)拖拉機的液壓懸掛系統(tǒng) 農(nóng)用拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)是用液壓提升和控制農(nóng)機具的整套系統(tǒng)，其功用是連接和牽引農(nóng)機具，操縱農(nóng)機具的升降，控制農(nóng)機具的耕作深度或提升深度，給拖拉機驅動輪增重以改善拖拉機的附著性能，把液壓能輸出到作業(yè)機械上進行其他操作。農(nóng)用拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)是由液壓 系統(tǒng)、操縱機構和懸掛機構三部分組成。液壓系統(tǒng)是提升農(nóng)機具的動力裝置，除工作介質（液壓油）外，液壓泵、油缸、分配器等液壓元件和附屬裝置組成。操縱機構是用來操縱分配器的主控制閥，以控制液壓油的流動方向，它有手柄操縱機構和自動控制機構兩部分組成。懸掛機構用于連接農(nóng)機具，傳遞液壓升降力和拖拉機對農(nóng)機具的牽引力，并保證農(nóng)機具的正常工作位置。由于液壓懸掛機組比牽引機組操縱方便、機動性高，便于自動調節(jié)耕深，因此，目前國產(chǎn)大、中、小型拖拉機普遍采用液壓懸掛系統(tǒng)。 拖拉機要進行各種作業(yè)，就必須與相應的配套農(nóng)具可靠地連接在一起 。根據(jù)配套農(nóng)具與拖拉機連接方式的不同，一般可分為牽引式、懸掛式和半懸掛式三種。 懸掛農(nóng)具通過拖拉機液壓系統(tǒng)獲得動力，實現(xiàn)農(nóng)具的上升和降落；農(nóng)具依靠懸掛機構與拖拉機可靠地連接在一起。因此，拖拉機的液壓系統(tǒng)、懸掛機構、農(nóng)具三者構成一個整體，叫做“液壓懸掛系統(tǒng)” 13。 壓懸掛系統(tǒng)的組成 傳統(tǒng)拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)主要由 :懸掛農(nóng)具、懸掛機構和液壓部分組成，如圖 22。 圖 2液壓懸掛系統(tǒng)示意圖 (1) 懸掛農(nóng)具 :它是農(nóng)田作業(yè)的工作部件，通過懸掛機構連接在拖拉機上。懸掛農(nóng)具的種類很多 ，目前常用的有犁、耙、播種機、收割機等。根據(jù)農(nóng)具在拖拉機上掛接位置的不同，可分為前懸掛、后懸掛和側懸掛三種，本論文研究對象是目前使用最廣的后買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 9 - 懸掛機組。 (2) 懸掛機構 :它由連接農(nóng)具的一些桿件機構所組成。按與拖拉機機體連結點數(shù)的不同，后懸掛又有兩種形式 :三點懸掛和兩點懸掛，如圖 213。 a)三點懸掛 b）兩點懸掛 圖 2懸掛的兩種方式 三點懸掛農(nóng)具相對拖拉機沒有太大的偏擺，因而農(nóng)具隨拖拉機的直線行駛穩(wěn)定性較好。但拖拉機走偏方向時，農(nóng)具己 經(jīng)入土，要矯正機組的行駛方向比較困難。三點懸掛多用于中小型拖拉機上。 兩點懸掛農(nóng)具，工作中相對拖拉機可以作較大的擺動，多用于大功率拖拉機懸掛重型或寬幅農(nóng)具。 (3) 液壓系統(tǒng) :它由油泵、油缸、分配器和其他輔件組成。油泵和油缸將發(fā)動機的動力轉換為農(nóng)具提升所需要的力量。 傳統(tǒng)液壓懸掛的主要執(zhí)行部件是分配器，通過機械推拉杠桿裝置調節(jié)分配器位置控制油液的流量與流向，使農(nóng)具處于不同的工作位置。 壓系統(tǒng)的類型 在液壓系統(tǒng)中，按油泵、分配器，油缸三個主要部件位置布置和組合方式的不同，分為分置式、半分置式和整 體式三種類型，如圖 2一 3所示 13。 (1) 分置式液壓系統(tǒng) 油泵、分配器、油缸分別布置在拖拉機的適當位置上，然后用油管把它們連接起來。東方紅 75、鐵牛 55、東方紅 28等拖拉機采用這種液壓系統(tǒng)。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是液壓元件便于專業(yè)化批量生產(chǎn)，系列化產(chǎn)品的液壓元件通用性強，維修方便，由于在拖拉機上容易布置，所以易手實現(xiàn)農(nóng)具的前懸掛和側懸掛。它的缺點是 :連接管路較長，易出現(xiàn)油液的泄漏 ;操縱機構全部暴露在外面，易受損傷；不便實現(xiàn)農(nóng)具耕深的力調節(jié)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 10 - 等，目前只用于少數(shù)型號較老的拖拉機上。 圖 2液壓系 統(tǒng)類型 (2) 半分置式液壓系統(tǒng) 分配器、油缸、操縱機構甚至油箱，都集中在一個殼體內(nèi)，稱為提升器。提升器通常位于傳動箱之上，駕駛座之下，并兼作傳動箱的蓋子。油泵單獨安裝在一個適宜的地方，由拖拉機的動力輸出軸驅動。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是結構緊湊，油路較短，液壓元件與操縱機構全部密封在殼體內(nèi)，因而工作較為可靠；易于實現(xiàn)農(nóng)具的力，位耕深調節(jié)。它的缺點是 :個別液壓元件的故障檢查不夠方便。這種液壓系統(tǒng)廣泛應用于中、小型拖拉機上，如常發(fā)集團 方紅 300、東方紅 分置式液壓系統(tǒng)。 (3) 整體式液壓系統(tǒng) 油泵、分配器、油缸等主要工作部件，都集中在拖拉機后橋殼體內(nèi)，形成一個整體。豐收 35、上海 50等拖拉機的液壓系統(tǒng)即屬此種。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是 :可采用力、位及高度調節(jié)法控制耕深，工作較可靠。但其結構復雜，體積較大，因而在拖拉機的布置上受到一定限制，拆裝檢查也比較麻煩，因而使用不廣。 控液壓懸掛系統(tǒng)的設計 計方案的提出 懸掛系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)是提升農(nóng)具的動力和控制裝置，是懸掛裝置中的動力部分，它一般由液壓泵、提升液壓缸及其他 一些閥類和輔助裝置組成。為了實現(xiàn)對液壓懸掛系統(tǒng)的多種調節(jié)方式，液壓懸掛系統(tǒng)必須采用電液懸掛控制方式，因此需要在按照國際標準的前提下，對約翰 204輪式拖拉機液壓控制系統(tǒng)的基礎上進行改造。 方案一：原拖拉機的分配器把主控制閥、回油閥和安全閥集成于一體，組成了一個總成，其輸入口與液壓泵通過油管連接，輸出口直接與單作用液壓缸無桿腔相連，這樣安裝節(jié)省了空間，減小了油道的長度。因此，為了盡量采用原拖拉機的液壓元件，例如液壓泵、液壓油缸、濾清器、油管等。我們提出采用電液比例方向閥、電磁溢流閥、單向節(jié)流 閥、壓力表及壓力傳感器等，代替原拖拉機的分配器，如圖 22 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 11 - 圖 2電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 a 圖 2電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 b 電控液壓懸掛系統(tǒng)由液壓懸掛系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和信號檢測與處理系統(tǒng)組成。工作中，當電液比例換向閥左端電磁鐵通電時，液壓泵輸出的高壓油經(jīng)過電液比例方向閥，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 12 - 再經(jīng)過單向節(jié)流閥的單向閥進入液壓缸的無桿腔，使農(nóng)機具提升；當電液比例換向閥右端電磁鐵通電時，同時控制電磁溢流閥的電磁鐵斷電，則液壓泵輸出的油液經(jīng)過電磁溢流閥流回油箱，液壓泵處于卸荷狀態(tài)。而在農(nóng)機具自重作 用下，液壓缸無桿腔的液體被排出，使農(nóng)機具下降，被排出的液體經(jīng)單向節(jié)流閥的節(jié)流閥和比例方向閥流回油箱。 方案二：與方案一不同，不使用其它的液壓元件代替原拖拉機的分配器，由于液壓懸掛系統(tǒng)控制農(nóng)機具的提升、中立、下降過程主要是通過控制分配器中主控制閥的移動位置來完成的，因此，為了為了盡量采用原拖拉機的液壓元件，例如液壓泵、液壓油缸、 圖 2電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 c 1 背壓閥 2光電耦合器 3電磁換向閥 4中央處理器 5控制面板 6小油缸 7 力傳感器 8活塞桿 9位移傳感器 10角位移傳感器 11回油閥 12單向閥 13液壓缸 14分配器 15主控制閥 16減壓閥 17油泵 18濾油器 19油缸 濾清器、油管包括原拖拉機的分配器。我們提出用簡單的三位四通電磁換向閥組成的液壓油路控制一小油缸的方案，通過小油缸活塞桿與主控制閥的固接及移動來控制分配器主控制閥的移動位置，近而達到設計目的，控制農(nóng)機具的提升、中立、下降過程。如圖2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 13 - 方案二中電控液壓懸掛系統(tǒng)也包括液壓懸掛系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和信號檢測與處理系統(tǒng)。 液壓懸掛系統(tǒng)：由原液壓懸掛系統(tǒng)的油泵、分配器、液壓油缸、提升臂、拉桿和彈簧等組成。主要完成液壓油路的控制，以完成農(nóng)具的提升、中立、下降過程。 自動控制系統(tǒng)：由電磁換向閥、減壓閥、小油缸、控制面板等組成。主要完成控制信號的輸入，并由三位四通電磁換向閥和小油缸，完成分配器主閥移動位置的控制。 信號檢測與處理系統(tǒng)：由位移傳感器、壓力傳感器、提升軸轉角傳感器、放大電路、要完成土壤阻力、農(nóng)具提升高度和主閥位移量的信號檢測與數(shù)據(jù)處理。 工作中，操作控制面板上的調節(jié)旋鈕， 電信號輸入控制電路使電磁閥換向，改變小油缸中的液壓流向，使小油缸位移，推動主閥移動，農(nóng)具提升或下降。主閥的位移量則 圖 2、位調節(jié)的信號傳遞路線方框圖 由位移傳感器檢測并控制。隨著農(nóng)具提升 (下降 )高度的變化，提升器軸轉角傳感器測得電信號不斷變化，當轉角信號 (提升高度 )與操縱信號進行比較量達到預定值時， 縱電磁閥動作，小油缸位移，主閥移動使農(nóng)具處于中立狀態(tài)。 農(nóng)具入土后，隨著耕深、土質和濕度的不斷變化，土壤的阻力不斷變化。該變化經(jīng)上拉桿反應在彈簧總成上，并通過彈簧桿作用在壓力傳感器上。壓力傳感器測得其壓力信號與預置參數(shù)相比較，當達到預值時，控制系統(tǒng)使電磁閥動作，改變油路，使小油缸電磁閥 主閥 小油缸 油缸 提升臂 耕深 懸掛機構 農(nóng)具 液壓油泵 位移傳感器 轉角傳感器 壓力傳感器 定調節(jié)量 反饋量 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 14 - 帶動主閥移動，改變分配器油路，使液壓懸掛系統(tǒng)對農(nóng)具進行相應的提升或下降。力、位調節(jié)過程的信號傳遞路線如圖 2 計方案的確定 方案一是針對改進分配器，即用電液換向閥來代替液壓懸掛系統(tǒng)分配器的作用，進而 實現(xiàn)電液控制的自動控制。方案二用小油缸控制分配器的主控制閥，簡單方便，輕巧，并不會有太大的能量損失。綜合上述兩種電控液壓懸掛系統(tǒng)的方案提出過程及依據(jù)，兩個方案各有優(yōu)劣，最終選擇方案二作進一步的設計研究。 作機理 拖拉機電子液壓懸掛可以實現(xiàn)懸掛的可調速提升、下降。耕深調節(jié)方式有 :位調節(jié)、力調節(jié)以及它們之間的綜合調節(jié)。該系統(tǒng)整體框架如附錄一圖所示。 系統(tǒng)控制面板設計如圖 2 圖 2制面板 1、 鎖定開關 2、四位旋鈕 (升位 3、下降指示燈 4、上升指示燈 5、耕深設定旋鈕 6、綜合調節(jié)開關 7、力調節(jié)開關 8、位調節(jié)開關 9、位調節(jié)指示燈 10、力調節(jié)指示燈 11、綜合調節(jié)指示燈 12、位置非安全報警指示燈 13、懸掛載荷非安全報警指示燈 控制面板主要由 :四位旋鈕、耕深設定旋鈕、工作選擇按鍵、工作指示燈和報警示燈五部分組成。該面板主要功用是完成人機交互通信作用。拖拉機駕駛員通過控制面板控制懸掛，并由控制面板了解懸掛的工作模式以及判斷系統(tǒng)是否工作于安全工作區(qū) 域。 左邊的四位開關旋鈕可以控制懸掛上升和下降，處于上升或下降工作狀態(tài)時，對應三角形工作指示燈點亮表明工作狀態(tài)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 - 15 - 當四位開關旋鈕處于工作位，操作人員可以選擇各種工作調節(jié)模式 (位調節(jié)、力調節(jié)和綜合調節(jié) )，選擇確定后，控制面板將信號送給主控制器單元，系統(tǒng)進入對應的工作模式控制拖拉機電控液壓懸掛進行相應的工作狀態(tài)，此時控制面板上對應菱形工作狀態(tài)指示燈點亮。 拖拉機懸掛犁耕地機組的位調節(jié)系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它要求農(nóng)機具與拖拉機的相對位置保持不變。當相對位置發(fā)生變化時，位調節(jié)起作用，系統(tǒng)自動使農(nóng)機具回到原 位。設定值是用戶希望達到的耕地深度，拖拉機工作時的實際耕深由提升臂轉軸上的位置傳感器間接測量出來，并作為反饋信號。此反饋信號通過一定的信號處理后送入 采樣、 A/設定值比較得到偏差量