一種拖拉機電液懸掛系統的製作方法

2023-05-05 11:54:37 2

本實用新型屬於農業機械技術領域，涉及一種拖拉機電液懸掛系統，特別涉及一種具有工作效率高、操作簡單、安全性能好等特點的電液懸掛系統。

背景技術：

隨著機電液一體化技術的進步，拖拉機懸掛裝置的液壓系統也朝著自動化、智能化和人性化的方向發展，主要是通過機械技術、液壓技術、自動控制技術、和電子技術將機械、液壓、控制等方面結合起來，進而發展成為電液懸掛系統。但是目前國內關於拖拉機上懸掛裝置液壓系統的研究，仍然存在很多未解決的問題，比如液壓系統的效率低和安全性低等問題。此外，傳統的拖拉機懸掛裝置的液壓系統主要由液壓泵、液壓缸、分配器、油箱等組成，存在結構單一、功能不全、效率低等缺點。同時，當前國內對於電液懸掛系統的控制基本停留在手動操作的模式，控制效果由駕駛員的工作經驗決定，存在不穩定因素。

針對已有的拖拉機液壓懸掛系統存在的問題，以後的液壓系統需更加注重提高整機的綜合性能， 並且操作簡單，要具有實用價值、工作效率高、安全性能好等特點。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種拖拉機電液懸掛系統，以提高液壓系統的工作效率和安全性能。

為解決上述技術問題，本實用新型主要提供了一個完整的拖拉機電液懸掛系統，設計了拖拉機電液懸掛系統的液壓工作迴路和控制系統，並對主要液壓元件進行改進。以前的拖拉機液壓懸掛系統主要採用分配器作為主控制閥，效率較低，本實用新型採用電液比例換向閥與液控單向閥、溢流閥、截止閥的組合使用，提高了液壓系統的控制精度和工作效率，也使得操作更加簡便、安全性更好。本實用新型針對拖拉機電液懸掛系統提出了一種控制系統的設計方法，使拖拉機電液懸掛系統不僅能夠實現手動和自動兩種工作模式，還能夠實現力優先、位置優先和力位綜合控制三種工作模式。本實用新型採用的具體技術方案如下：

一種拖拉機電液懸掛系統，包括液壓缸(1)、齒輪泵(12)、電液比例換向閥(2)、液控單向閥(4)、溢流閥(7)、截止閥(6)、直流電機(8)、蓄能器(3)、壓力表(5)、冷卻器(10)、濾油器(11)、油箱(9)、油管(13)，控制系統控制整個電液懸掛系統的動作；油液在齒輪泵(12)的作用下，經過冷卻器(10)和濾油器(11)之後分成進油和回油兩條支路，進油管路經過液控單向閥(4)與電液比例換向閥(2)推動液壓缸(1)工作，農機具通過懸掛系統與液壓缸(1)相連，從而使農機具完成執行動作要求，且有蓄能器(3)、截止閥(6)等液壓元件保護該進油管路；回油時油液從液壓缸(1)經電液比例換向閥(2)與液控單向閥(4)回到油箱(9)；控制器控制電液比例換向閥(2)的工作，溢流閥(7)保證整個液壓系統的壓力穩定；

其特徵在於：所述拖拉機電液懸掛系統採用電液比例換向閥(2)作為主控制閥，以此代替以前拖拉機電液懸掛系統普遍使用的分配器；

所述拖拉機電液懸掛系統中增加使用蓄能器(3)作為能量儲存裝置，並且與截止閥(6)一起使用；

所述拖拉機電液懸掛系統中增加壓力表(5)的使用，且壓力表(5)前端安裝蓄能器(3)，壓力表(5)下方安裝截止閥(6)；

所述拖拉機電液懸掛系統的控制系統分硬體設計和軟體設計。

所述電液比例換向閥(2)的主閥芯和先導閥芯都配裝位置電反饋，通過比例電磁鐵驅動作為功率級的先導閥芯工作；所述電液比例換向閥(2)工作時是通過電子放大器提供功率級的先導閥比例電磁鐵的驅動電流，根據電信號的大小和方向提供方向控制及無壓力補償的流量控制。

所述液壓系統中採用兩個電液比例換向閥(2)與兩個液控單向閥(4)分別組成進油管路和回油管路，用以防止因一個電液比例換向閥(2)的損壞而影響整個液壓系統的進油和回油。

所述液壓系統中的蓄能器(3)作為能量儲存裝置可以儲存液壓油，在系統需要時放出供系統使用；並且同時安裝一個截止閥(6)，用以切斷或調節流量，且便於蓄能器(3)的維修與更換。

所述壓力表(5)安裝在進油管路中液控單向閥(4)之後，壓力表(5)可以直觀反映系統壓力的高低，便於對整個液壓系統壓力的控制。

所述溢流閥(7)使用於液壓油路中可以保持液壓系統的壓力穩定，起到調壓、穩壓和限壓的作用。

所述油箱(9)內置冷卻器(10)和濾油器(11)，油液經冷卻器(10)的冷卻和濾油器(11)的過濾之後，可以提高油液的使用效率，並且防止雜質損傷液壓元件。

所述齒輪泵(12)與直流電機(8)之間通過撓性聯軸器連接，直流電機(8)用以給齒輪泵(12)提供動力，將電能轉化為系統所需的液壓能，從而驅動液壓系統完成所需的動作。

所述控制系統硬體部分以一塊主控制器為核心，並與兩個位移傳感器、兩個力傳感器和一個傾角傳感器配合使用，分別獲取左右液壓缸(1)的位移、左右下拉杆的牽引力和車身傾角的工作參數；然後根據控制算法確定控制量，並利用驅動模塊驅動電液比例換向閥(2)來調節液壓缸(1)的位移；可通過觸控螢幕對控制器的參數進行設定。

所述控制系統軟體部分依賴於懸掛機構的數學模型；根據懸掛機構的連接關係建立相應的數學模型，再利用此模型實現已知量到未知量的求解，然後配合控制算法求出最終想要的調節目標值，最後利用控制器控制相應機構運行達到控制效果。

本實用新型的工作過程如下：本實用新型通過液壓缸1、齒輪泵12、電液比例換向閥2、液控單向閥4、溢流閥7、截止閥6、直流電機8、蓄能器3、壓力表5、冷卻器10、濾油器11、油箱9、油管13等構成一個完整的電液懸掛系統，同時控制系統控制整個電液懸掛系統的動作。其工作過程是：油液在齒輪泵12的作用下，經過冷卻器10和濾油器11之後分成進油和回油兩條支路，進油管路經過液控單向閥4與電液比例換向閥2推動液壓缸1工作，農機具通過懸掛系統與液壓缸1相連，從而使農機具完成執行動作要求；且有蓄能器3、截止閥6等液壓元件保護該進油管路；回油時油液從另一個液壓缸1經電液比例換向閥2與液控單向閥4回到油箱9；控制器控制電液比例換向閥2的工作，溢流閥7保證整個液壓系統的壓力穩定。

本實用新型具有有益效果。本實用新型通過採用電液比例換向閥與液控單向閥、溢流閥、截止閥的組合使用，提高了液壓系統的控制精度和工作效率，也使得操作更加簡便、安全性更好；通過使用蓄能器作為能量儲存裝置，可以儲存部分液壓油，在系統需要時放出供系統使用；通過使用截止閥，可以切斷或調節流量，且便於蓄能器的維修與更換；通過安裝壓力表，可以直觀反映系統壓力的高低，便於對整個液壓系統壓力的控制；通過油箱中內置的冷卻器和濾油器，可以提高油液的使用效率，並且防止雜質損傷液壓元件；通過設計控制系統的硬體部分和軟體部分，使拖拉機電液懸掛系統不僅能夠實現手動和自動兩種工作模式，還能夠實現力優先、位置優先和力位綜合控制三種工作模式；設計了一個完整的拖拉機電液懸掛系統，具有工作效率高、操作簡單、安全性能好等特點。

附圖說明

圖1為本實用新型拖拉機電液懸掛系統原理圖；

圖2為本實用新型拖拉機電液懸掛系統布局圖；

圖3為本實用新型拖拉機電液懸掛系統中控制系統的硬體組成。

圖中：1液壓缸；2電液比例換向閥；3蓄能器；4液控單向閥；5壓力表；6截止閥；7溢流閥；8直流電機；9油箱；10冷卻器；11濾油器；12齒輪泵；13油管。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的技術方案做進一步詳細說明。

如圖1所示的液壓迴路中，如果農機具要執行某一動作，可以通過控制系統，使電液比例換向閥2獲得相應的動作命令，再與其他液壓元件配合，使液壓缸1發生相應的動作，從而實現農機具的動作要求。比如，當農機具需要上升時，可以設置控制農機具上升的程序，通過控制系統使電液比例換向閥2產生動作反應，此時一個液控單向閥4打開，油箱9中的油液在液壓泵12的作用下，分別經過冷卻器10的冷卻和濾油器11的過濾，通過油管13到達液壓缸1，推動液壓缸1中的活塞杆向上移動，再通過懸掛機構使農機具上升。在該工作過程中，冷卻器10可以維持液壓系統的油溫，確保液壓系統能夠正常有效地工作；蓄能器3通過儲存一定體積的液壓油，在系統需要時放出以供液壓系統使用；而溢流閥7則可以保持液壓工作迴路的壓力穩定。當農機具需要下降時，同理可以控制另一個電液比例換向閥2和另一個液控單向閥4，使液壓缸1往相反的方向運動，從而實現農機具的下降動作。

如圖1所示，液壓缸1為雙作用單活塞杆式液壓缸，由活塞的兩側輸入液壓油；活塞杆只從液壓缸的一端伸出，並且活塞在兩腔的作用面積不同；當向液壓缸的兩腔進行分別供油時，保持壓力和流量都不變，此時活塞在兩個方向上的推力和運動速度都不相等。

如圖2所示，在本實用新型的液壓系統中，液壓缸1與拖拉機的三點懸掛系統直接相連，然後通過油管13與各種液壓閥和其他液壓輔助元件連接，再依次經過齒輪泵12、濾油器11和冷卻器10到達油箱9。液壓元件及其輔助元件的安裝形式如下：將閥塊安裝在拖拉機本體上，並且將電液比例換向閥2、液控單向閥4、溢流閥7、截止閥6、蓄能器3、壓力表5安裝在閥塊上，這些液壓元件及其輔助元件與閥塊之間採用板式連接，通過在閥塊上打孔實現液壓元件及其輔助元件的連通，從而完成液壓系統的動作要求。

如圖2所示，液壓系統中油管13的布置方案如下：進油時油液通過油管13分別經過油箱9、冷卻器10、濾油器11、液控單向閥4、電液比例換向閥2到達液壓缸1;回油時油管13輸送油液的方向相反，此時不需要齒輪泵的作用；同時通過油管13將蓄能器3、壓力表5和截止閥6分別並聯在進油管路兩端；在油箱9吸油處使用吸油管，在油箱9回油處使用回油管，除吸油處和回油處外，其他連接管路均使用普通油管。

如圖2所示，油箱9中內置冷卻器10和濾油器11；油液經過冷卻器10的冷卻，可以降低油液的溫度，避免因油溫過高而影響液壓系統的工作效率；油液經過濾油器11的過濾，可以過濾掉雜質，防止雜質損傷液壓元件，並且保證液壓系統的正常工作。

圖3是拖拉機電液懸掛系統的控制系統的硬體組成，圖中虛線表示電源線，實線表示信號線，箭頭方向表示信號傳輸方向。硬體組成以一個主控制器為核心，周邊依次並聯了壓力傳感器、位移傳感器、傾角傳感器、驅動模塊、變壓/穩壓模塊和觸控螢幕，其中驅動模塊的另一端連接了電液比例換向閥2。車載蓄電池一般是24V，並且不帶濾波功能，在此需要進行濾波和電壓轉換；驅動模塊和觸控螢幕採用24V驅動，壓力傳感器採用9V驅動，其餘硬體均為5V驅動。

如圖3所示，位移傳感器採用的是紅外測距傳感器，其優點是測量精度高、實時性好，其缺點是易受光線幹擾。為了增強使用過程中的安全性，系統中紅外測距傳感器用螺釘固定安裝在汽缸底部，導線通過側面孔引出；汽缸兩端用魚眼軸承與之連接，再將兩魚眼軸承以轉動副的形式與液壓缸並列安裝在懸掛機構的上拉杆和基座上。

如圖3所示，力傳感器的安裝位置是下拉杆與基座的鉸接點，將原本的連接軸用軸銷傳感器代替，再用固定銷固定防止脫落。

如圖3所示，傾角傳感器水平安裝在後控制櫃內，後控制櫃再安裝在提升器機構基座上，並確保水平安裝。

如圖3所示，觸控螢幕、控制板及其附屬器件通過導線連接並安裝在前控制柜上，其中控制板安裝在控制櫃內，觸控螢幕通過開口安裝在控制櫃表面。

控制系統的主要作用就是根據農機具當前不同的狀態實時調節耕深，以達到更好的耕作效果。一般來說，耕深的調節方式主要有力調節、位調節和力位綜合調節。其中，力調節是根據土壤阻力的變化動態調節耕深；當阻力較大時，提升農機具；當阻力較小時，使農機具下降；以保持發動機動力輸出的穩定性。但是在土質變化較頻繁的環境下會導致耕深不均勻，影響耕作效果。位調節與力調節相反，位調節儘量保持耕深一致而忽略阻力變化對發動機的影響，在極端情況下會損壞發動機。綜上所述，將阻力和耕深綜合起來考慮的力位綜合調節是較好的控制方式；力位綜合調節是根據當前耕深、阻力等狀態進行綜合評價，從而確定當前條件下最適合的耕深，再通過控制器控制農機具到達期望的耕深。