CN104782259A - 一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法。该装置由电液比例换向阀、控制器、销轴式牵引力传感器、角度传感器、显示器、控制面板等组成。显示器、控制面板、控制器安装在拖拉机驾驶室或右轮翼子板上。控制器通过信号电缆分别与控制面板、显示器、下拉杆销轴力传感器，角度传感器、电液比例换向阀连接；轴销式牵引力传感器安装在下拉杆与拖拉机机体的铰接孔中，检测下拉杆作用在拖拉机机体上牵引力信号；角度传感器分别连接在拖拉机提升器壳体和拖拉机外提升臂转轴上，检测农机具与拖拉机的相对位置；电控液压换向阀安装在拖拉机后部，可根据控制器信号控制液压悬挂系统提升油缸的位移，从而调节农具提升和下降的位置。

Description

一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法

技术领域

本发明涉及到农用拖拉机机组作业深度调节控制领域，是一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法。

背景技术

拖拉机悬挂机组通常通过液压三点悬挂装置挂接农机具进行田间作业。液压悬挂装置通过机械传感装置推动液压换向滑阀运动，控制液压油缸提升或下降农机具，对农具机组作业深度进行调节。拖拉机机组田间作业既要满足不同农艺的要求，例如作业深度的均匀性、碎土能力、土壤细碎率、地表平整度等，又要力求拖拉机机组负荷的稳定、节省燃油、提高生产率等重要指标。特别是对于进行开荒、深松、深耕作业的拖拉机机组，在作业中经常碰到地形起伏、田埂、树根等短期突变阻力，引起拖拉机超载，甚至引起机器损坏。对于进行这类作业的拖拉机，必须保证机组作业安全和拖拉机负荷相对稳定，避免因短期超载而中断作业，拖拉机悬挂装置除了设置位置控制以外，还需要设置阻力控制方式[1～5]。

目前生产的拖拉机液压悬挂装置绝大多数采用机械式阻力位置调节方法。

机械式位置调节多数采用内悬挂轴上的凸轮升程作为农机具作业深度的输出信号，机械传动杆系将凸轮升程位移信号传递到液压提升滑阀，与驾驶员选择作业深度设定的液压提升滑阀的位移相平衡。若因各种干扰导致农机具上升或下降，凸轮升程变化导致提升滑阀的平衡位置被破坏，提升滑阀的位移控制液压油缸驱动农机具产生与干扰相反的位移，使农机具下降或提升，控制农机具在预定的作业深度附近。

机械式阻力调节采用上拉杆压缩力调节弹簧产生的位移作为牵引阻力信号，机械传动杆系将弹簧位移信号传递到液压提升滑阀，与驾驶员选择阻力调节比例设定的液压提升滑阀的位移相平衡。当拖拉机机组作业时载荷变化时，牵引阻力增大导致上拉杆传递的压力增大，压力增量使弹簧压缩变形量增大，机械传动杆系将弹簧变形增量传递到液压提升阀，提升滑阀的平衡位置被破坏，提升滑阀的位移控制液压油缸驱动农机具产生与干扰相反的位移，提升/下降农具，减小/增加机组作业深度和牵引阻力，控制农机具在预定的牵引阻力附近作业。

驾驶员通过选择力调节和位调节操作手柄的位置，使得机械式阻力位置调节装置实现农机具位置/阻力综合调节。其工作原理是通过杠杆机构的杠杆比，将机械传动杆传递的阻力信号与位置信号加权处理，得到阻力与位置相综合的位移量，使之与液压提升滑阀弹簧变形相 平衡。当机组作业载荷或农机具位置发生变化时，机械传动杆系中的杠杆机构，按照驾驶员设定杠杆比对这些干扰信号进行加权后产生相应的位移来推动提升滑阀，对农机具的作业位置实施控制。

综上所述，机械式阻力位置调节装置的阻力和位置调节信号全部由机械机构检查和传递，机械传动机构的间隙、弹性变形、摩擦磨损等因素都直接导致整个系统的控制精度低、响应速度慢、故障多。而且驾驶员无法直接读出农具实际作业深度和阻力参数，直观地根据耕作作业工况和土壤情况选择和调节控制参数。

目前，经专利搜索国内关于拖拉机电控悬挂系统的专利仅有一项，名称是“可转换悬挂方式限位杆限位的履带拖拉机电控悬挂装置”专利号201220502117.6。该专利提供了一种拖拉机两点悬挂与三点悬挂的切换，以限位杆限位的履带拖拉机电控悬挂装置。着重研究的是用限位杆限位的悬挂装置，而且仅能实现牵引阻力电控策略。

发明内容

本发明提供了一种拖拉机农具机组作业深度的自动调节方法及装置，可采用多种控制策略控制拖拉机机组作业过程，实现机组作业深度均匀、负荷稳定、燃油经济，并且可以根据拖拉机机组作业土地情况自由选择控制策略和参数。

本发明采用的技术方案：一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，包括控制器，角度传感器、下拉杆、销轴式牵引力传感器和电液控比例换向阀，所述拖拉机包括提升器、提升壁转轴提升油缸、液压油箱、农具和液压泵，所述角度传感器分别固定在所述提升器壳体和提升壁转轴上，所述下拉杆一端与拖拉机机体铰接，另一端连接所述农具，所述销轴式牵引力传感器安装在所述下拉杆与拖拉机机体的铰接孔中，所述电液比例换向阀包括出油口、进油口和回油口，所述出油口与所述提升油缸压力腔连接，所述进油口与所述液压泵的出油口相连，所述回油口连接液压油箱，所述控制器连接所述销轴式牵引力传感器和角度传感器，并将控制信号输送到所述电液控比例换向阀。

上述方案中，所述控制器还包括显示器和控制面板，所述显示器和控制面板分别连接所述控制器。

上述方案中，所述角度传感器分别通过连接板和弹性联轴节安装在所述的提升器壳体和提升臂转轴上。

上述方案中，所述控制器、控制面板和显示器通过职称连接板安装在拖拉机驾驶室内。

一种拖拉机作业深度阻力-位置调节方法，包括步骤：

第一步，所述控制器实时采集所述角度传感器测得的农具的作业深度参数和销轴式牵引力传感器测得的农具的牵引力参数，并计算出农具作业深度参数P1和牵引力参数N1，并显示在所述显示器上；

第二步，驾驶员获取显示器上的作业深度参数后，在控制面板上选择合适的作业深度参数P2和牵引力参数N2；

第三步，控制器计算出作业深度参数P1和作业深度参数P2的差值，以及牵引力参数N1和牵引力参数N2的差值，并将差值作为控制算法计算；

第四步，控制器向电液比例换向阀输出调节信号，电液比例换向阀根据所述控制信号控制液压油缸的行程，从而驱动农机具的上升或下降。

本发明的优势在于：

1.该装置电控采用角度传感器和销轴式力传感器直接测量农机具的实时作业深度和实时牵引力，通过控制器驱动电液比例阀，能够对农具机组作业深度、作业阻力实施单参数闭环实时自动控制，也能够对农具机组作业深度、作业阻力实施双参数加权闭环实时自动控制，控制精度高，响应速度快，可靠性好。

2.通过控制器和显示器可以实时监控控制系统的工作状态。

3.工作参数设置与调整方便、直观。

4.控制器、控制面板和显示适用性广，装置安装设置方便，能够应用在不同功率等级的机组上。

附图说明

图1是拖拉机液压悬挂阻力-位置综合调节的电控装置示意图。

图2是控制面板图

图3是阻力控制方式原理框图。

图4是阻力-位置综合控制原理框图。

图5是阻力控制策略实施方式图

1.控制器  2.控制面板  3.显示器  4.电液比例换向阀  5角度传感器  6.提升臂7.液压油缸  8.农具  9.下拉杆  10.轴销式牵引力传感器  11.液压泵  12.模式旋钮  13.升降速度调节旋钮  14.阻力控制比例旋钮  15.机组作业深度旋钮16.牵引力旋钮

具体实施方式

该电控装置由控制器、电液比例换向阀、显示器、控制面板、角度传感器和销轴式力传感器组成，代替传统拖拉机液压悬挂系统中的液压控制阀和机械式牵引阻力信号和机具位置信号检测和传递机构。整个装置结构如图1所示，在悬挂装置的提升臂6的回转轴处安装角度传感器5，用来检测提升臂6的转角；轴销式牵引力传感器10安装在下拉杆9与拖拉机机体的铰接孔中，实现下拉杆与拖拉机机体的铰接连接，用于检测下拉杆拉力，即牵引力。

控制面板2设置模式旋钮12、农具升降速度调节旋钮13、阻力控制比例旋钮14、机组作业深度设定旋钮13，如附图2所示，驾驶员可通过模式旋钮的四个位置选择提升装置的提升、下降、停止和调节的四种工作模式。

当模式旋钮处于提升位置时，控制器1控制液压油缸7提升农具8。

当模式旋钮处停止位置时，农具8停止升或降。 

当模式旋钮处于下降位置，控制器1控制液压油缸7下降农具。驾驶员同时可以通过升降速度调节旋钮13调节农具下降速度，防止农具下降过快或过慢。

当模式旋钮处于调节位置时，电控液压悬挂系统对农机具作业深度进行自动调节。控制器将提升臂转角传感器5和轴销式牵引力传感器10测得的实时信号分别换算实时耕作深度和实时牵引力。

驾驶员通过控制面板上的阻力控制比例旋钮14上的箭头指示的刻度选择阻力控制的比例，阻力控制比例旋钮的选择刻度范围是0～100％之间。

若阻力控制比例旋钮14被旋转处于最大刻度100％处，该电控液压悬挂装置采用阻力控制方式。控制器1比较驾驶员通过牵引力旋钮16设定的牵引力参考值与轴销式牵引力传感器10测得的实时牵引力值进行比较，采用负反馈原则对农具进行位置进行阻力控制。

若阻力控制比例旋钮14被旋转处于最大刻度0％处，该电控液压悬挂装置采用位置控制方式。控制器1比较驾驶员通过作业深度旋钮15设定的作业深度参考值与提升臂转角传感器5信号换算得到的实时耕作深度进行比较，采用负反馈原则对农具进行位置进行阻力控制。

若阻力控制比例旋钮14处于0刻度与100％之间，该电控液压悬挂装置采用阻力-位置综合控制。控制器1首先分别对牵引力旋钮设定的牵引力与实时测得阻力、耕深设定旋钮设定的耕深值与实时测得的耕深值进行比较，然后根据阻力控制比例旋钮设定的比例值、阻力误差和耕深位置误差，按照设计控制策略计算出农机具调整指令，将输出调整指令到电液比例换向阀，对农具位置进行控制调节。

下面结合附图对本发明做进一步详述，

拖拉机悬挂农具在农田间转移时，将控制面板2上的模式旋钮12拨到提升位置，使农具提升至合适的运输高度以后，再将模式旋钮12拨回停止位置，使得农具停留在运输位置，以便拖拉机机组在农田间安全转移。

在开始作业时，将模式旋钮12拨至下降位置，下降农具，农具下降速度可通过调节升降速度调节旋钮13调节。

使用位置调节作业方式：

当农具落地以后，将模式旋钮12拨至调节位置，并且通过机组作业深度旋钮13选择机组作业深度设定值，同时将阻力控制比例旋钮14调节到0，拖拉机机组将以位置控制的方式进行农田作业，位置调节控制的原理如图3。

使用阻力调节作业方式：

机组作业深度较深时，适用阻力控制。当农具落地以后，将模式旋钮12拨至调节位置，并且通过牵引力旋钮16选择牵引力设定值，同时将阻力控制比例旋钮14调节到100％，拖拉机机组将以阻力控制的方式进行农田作业，阻力调节控制的原理如图4。与下拉杆9铰接的销轴式牵引力传感器10将阻力实时信号反馈至控制器1，控制器1将阻力实时信号与设定的牵引力参考值作比较，用两者的偏差作为电液比例阀4的控制量来调节农具8的机组作业深度。使得农具8受到的土壤水平阻力维持在参考值附近，拖拉机机组的工作载荷的基本稳定。

使用阻力-位置综合调节作业方式：

当农具落地以后，将模式旋钮12拨至调节位置，并且通过牵引力旋钮16选择牵引力设定值，通过机组作业深度旋钮13选择机组作业深度设定值，同时将阻力控制比例旋钮14调节到需要的百分比，拖拉机机组将以阻力-位置综合调节控制的方式进行农田作业，阻力-位置综合调节控制的原理如图5。

阻力-位置综合调节控制策略实施如下：

阻力控制策略实施方式如图5所示。

阻力-位置综合控制策略实施方式如图5所示。当拖拉机机组作业田块土壤比阻变化较大或时常遭遇冲击载荷时，若只用阻力控制方式，会导致机组作业深度的差异较大。考虑到作业深度均匀性要求，将阻力控制和机组位置参数控制按一定比例进行加权综合，以此调节作业中农具的位置。将阻力控制比例旋钮14设定值a选择在0-100％之间，用机组作业深度旋钮13选择预期机组作业深度，用牵引力旋钮16选择预期的牵引力，该装置对农具实施阻力- 位置综合控制。控制器1以阻力控制比例旋钮14设定值a作为权系数，将实时牵引力与设定牵引力的误差乘以权系数a，将实时位置参数与设定位置参数的误差乘以1-a。控制器把将二者的加权误差综合，并驱动电液比例换向阀4对农具实施阻力-位置综合调节。

综上所述，通过调节控制面板2上的阻力控制比例旋钮14、牵引力旋钮16和机组作业深度旋钮13的选择可以实现阻力-位置综合控制方式。拖拉机驾驶员可以根据显示器3上机组作业深度数值和阻力数值来决定阻力控制比例参数的设定值；例如：深耕常用阻力控制方式，可将阻力控制比例旋钮14设定为100％；深耕时若发现显示器3显示的机组作业深度变化较大，此时可将阻力控制比例旋钮14设定为0-100％之间的设定值，降低机组作业深度的变化量，通过调试阻力控制比例设定值，直到机组作业深度满足农艺要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，其特征在于，包括控制器(1)，角度传感器(5)、下拉杆(9)、销轴式牵引力传感器(10)和电液控比例换向阀(4)，所述拖拉机包括提升器、提升壁转轴提升油缸、液压油箱、农具(8)和液压泵(11)，所述角度传感器(5)分别固定在所述提升器壳体和提升壁转轴上，所述下拉杆(10)一端与拖拉机机体铰接，另一端连接所述农具(8)，所述销轴式牵引力传感器(4)安装在所述下拉杆(9)与拖拉机机体的铰接孔中，所述电液比例换向阀(4)包括出油口、进油口和回油口，所述出油口与所述提升油缸压力腔连接，所述进油口与所述液压泵(11)的出油口相连，所述回油口连接液压油箱，所述控制器连接所述销轴式牵引力传感器(10)和角度传感器(5)，并将控制信号输送到所述电液控比例换向阀(4)。

2.根据权利要求1所述的一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，其特征在于，所述控制器(1)还包括显示器(3)和控制面板(2)，所述显示器(3)和控制面板(2)分别连接所述控制器(1)。

3.根据权利要求1所述的一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，其特征在于，所述角度传感器(5)分别通过连接板和弹性联轴节安装在所述的提升器壳体和提升臂转轴上。

4.根据权利要求2所述额一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，其特征在于，所述控制器(1)、控制面板(2)和显示器(3)通过职称连接板安装在拖拉机驾驶室内。

5.一种拖拉机作业深度阻力-位置调节方法，其特征在于，包括步骤：

第一步，所述控制器(1)实时采集所述角度传感器(5)测得的农具(8)的作业深度参数和销轴式牵引力传感器(10)测得的农具(8)的牵引力参数，并计算出农具作业深度参数P1和牵引力参数N1，并显示在所述显示器(3)上；

第二步，驾驶员获取显示器(3)上的作业深度参数后，在控制面板(2)上选择合适的作业深度参数P2和牵引力参数N2；

第三步，控制器(1)计算出作业深度参数P1和作业深度参数P2的差值，以及牵引力参数N1和牵引力参数N2的差值，并将差值作为控制算法计算；

第四步，控制器(1)向电液比例换向阀(4)输出调节信号，电液比例换向阀(4)根据所述控制信号控制液压油缸(7)的行程，从而驱动农机具(8)的上升或下降。