CN106379405A - 拖拉机转向控制系统 - Google Patents

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杨述庆
李宏林
李辉
刘召栋
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杨垒
范道平
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Abstract

本发明公开了一种拖拉机转向控制系统，包括转向油缸，液压转向器的两个工作油口与转向油缸的两个工作腔分别连通；电控转向装置包括受控于导航控制器发出的电信号、使液压油的方向和流量产生相应变化的阀元件，阀元件的两个工作油口与转向油缸的两个工作腔分别连通；转向油泵分别与液压转向器的进油口和阀元件的进油口相通；液压转向器的进油口与转向油泵相通的油路上串接有压力传感器，压力传感器与导航控制器电连接；与阀元件的回油口连接的回油支路上设置有回油阻力装置。该系统能够实现操作人员在操纵转向盘进行转向时自动解除电控转向装置的控制。

Description

拖拉机转向控制系统
技术领域
本发明涉及拖拉机技术领域，尤其涉及一种拖拉机转向控制系统。
背景技术
拖拉机是农业生产中必不可少的机械设备，可用于耕地、播种、施肥、运输等。拖拉机主要由行驶系统、工作装置系统、转向系统等组成。转向系统主要为液压驱动，由转向盘、转向柱、转向油泵、转向器、转向油缸、转向油管、转向桥及轮胎等组成。不转向时，转向油泵的液压油通过转向器的中间位流回油箱；当需要转向时，通过方向盘控制转向器转动使之处于工作位，转向油泵的液压油通过转向器的工作位的进油支路流入转向油缸，进而驱动转向桥及轮胎，使拖拉机根据需要调整行驶方向。
现代农业为了降低操作人员的劳动强度，精准作业，一般要求拖拉机在作业过程中能够实现自动驾驶。拖拉机正常工作时不需要人工操作，只有出现必要状况时才进行人工干预。因此，导航辅助自动驾驶技术应运而生。导航辅助自动驾驶系统通常包括电控转向装置、GNSS定位模块、RTK差分基站及通讯模块、角度传感器、航向姿态参考系统、导航控制器、导航显示器等，基于差分GNSS和实时姿态校正技术完成对作业车辆的精确定位，通过检测实际转向角度，闭环控制作业车辆的动态转向，从而实现轨迹跟踪的目的。
现有的电控转向装置主要由控制流量的比例控制元件(比例换向阀)、液压锁、溢流阀、控制开关等元件组成。拖拉机在正常作业过程中如果检测到拖拉机未在规定的路线上作业，则导航控制器发出指令使比例换向阀工作在相应的工作位，转向油泵的一部分油液通过转向器的中间位流回油箱，另一部分油液通过比例换向阀的工作位的进油支路进入转向油缸，进而驱动转向桥、转向车轮等部件实现转向，完成行驶方向调整，使拖拉机按规定路线作业。在拖拉机正常作业过程中如遇到必要情况需要人工干预，操作人员需要首先触发控制开关解除电控转向装置使其处于非工作状态，然后操作人员操纵转向盘调整拖拉机行驶方向使拖拉机按要求的路线行驶。
现有技术存在的问题是，当拖拉机在正常作业过程中如果遇到紧急情况必须首先触发控制开关解除电控转向装置使其处于非工作状态，操作人员才可手动操纵转向盘改变拖拉机行驶方向进而调整拖拉机的行驶路线，操作过程较为复杂，对操作人员的操纵技能及操作经验也有较高要求，如果遇到紧急情况可能因操作人员反应不及时，无法及时调整拖拉机行驶路线而发生重大事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种拖拉机转向控制系统，该拖拉机转向控制系统能够解决现有拖拉机不能由自动驾驶状态直接转换到人工驾驶状态的技术问题，实现操作人员在操纵转向盘进行转向时自动解除电控转向装置的控制。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种拖拉机转向控制系统，包括转向油缸，转向油缸具有两个工作腔；液压转向器具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位，液压转向器的两个工作油口与转向油缸的两个工作腔分别连通，在中间位状态下液压转向器的进油口与回油口连通；电控转向装置包括受控于导航控制器发出的电信号、使液压油的方向和流量产生相应变化的阀元件，阀元件具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位，阀元件的两个工作油口与转向油缸的两个工作腔分别连通，在中间位状态下阀元件的进油口与回油口隔断；转向油泵分别与液压转向器的进油口和阀元件的进油口相通；液压转向器的进油口与转向油泵相通的油路上串接有压力传感器，压力传感器与导航控制器电连接；与阀元件的回油口连接的回油支路上设置有回油阻力装置。
作为一种改进的方式，压力传感器连接于液压转向器的进油口。
作为一种改进的方式，回油阻力装置是连接于阀元件的回油口的回油阻力元件。
作为一种改进的方式，回油阻力元件是溢流阀或节流阀或单向阀。
作为一种改进的方式，回油阻力装置是开设于阀元件的阀体上的阻尼通道。
作为一种改进的方式，阀元件是比例换向阀或比例伺服阀。
作为一种改进的方式，电控转向装置设置有液压锁，液压锁的开启侧的两个油口分别与阀元件的两个工作油口连通，液压锁的关闭侧的两个油口分别与转向油缸的两个工作腔连通。
作为一种改进的方式，电控转向装置设置有梭阀和液压调节开启压力的液控溢流阀，梭阀的两个进油口分别与阀元件的两个工作油口连通，液控溢流阀串接于液压转向器的进油口与转向油泵相通的油路上，液控溢流阀的控制油口与梭阀的出油口连通形成液控支路。
作为一种改进的方式，液控支路与阀元件的回油支路连通，液控溢流阀控制油口的压力与回油阻力装置形成的回油背压相当。
作为一种改进的方式，在液控支路与阀元件的回油支路的连通段串接溢流阀，回油阻力装置和溢流阀串联形成的回油背压与液控溢流阀控制油口的压力相当。
采用上述技术方案所取得的技术效果为：
人工操纵方向盘进行转向时，回油路中的油液受到回油阻力装置的阻碍，形成一定的背压，压力传感器检测到高压讯号反馈给导航控制器，导航控制器控制电控转向装置处于非工作状态，即电控转向装置与转向油缸处于封闭状态，实现电控转向装置的自动解除。
由于电控转向装置设置有液压锁，液压锁的开启侧的两个油口分别与阀元件的两个工作油口连通，液压锁的关闭侧的两个油口分别与转向油缸的两个工作腔连通，液压锁可防止液压油由转向油缸反向流回阀元件。
附图说明
图1是本发明的液压原理图；
图2是本发明的流程框图；
1-转向器，2-转向油缸，3-电控转向装置，4-比例换向阀，5-溢流阀，6-转向油泵，7-发动机，8-压力传感器，9-溢流阀，10-液控溢流阀，11-液压锁，12-梭阀。
具体实施方式
下面结合附图对该技术方案进行进一步阐述。
结合图1和图2共同所示，一种拖拉机转向控制系统，包括转向油缸2，转向油缸2具有两个工作腔。液压转向器1具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位，液压转向器1的两个工作油口与转向油缸2的两个工作腔分别连通，在中间位状态下液压转向器1的进油口与回油口连通。
电控转向装置3包括受控于导航控制器发出的电信号、使液压油的方向和流量产生相应变化的阀元件，阀元件具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位。阀元件的两个工作油口与转向油缸2的两个工作腔分别连通，在中间位状态下阀元件的进油口与回油口隔断。阀元件可以是比例换向阀4或比例伺服阀。与阀元件的回油口连接的回油支路上设置有回油阻力装置。回油阻力装置可以是连接于阀元件的回油口的回油阻力元件。回油阻力元件可以是溢流阀5或节流阀或单向阀(单向阀有一定的开启压力)，还可以是开设于阀元件的阀体上的阻尼通道。
电控转向装置3设置有液压锁11，液压锁11的开启侧的两个油口分别与阀元件的两个工作油口连通，液压锁11的关闭侧的两个油口分别与转向油缸2的两个工作腔连通。液压锁11可防止液压油由转向油缸2反向流回阀元件。
转向油泵6分别与液压转向器1的进油口和阀元件的进油口相通，液压转向器1的进油口与转向油泵6相通的油路上串接有压力传感器8。压力传感器8可连接于液压转向器1的进油口，压力传感器8与导航控制器电连接。
电控转向装置3设置有梭阀12和液压调节开启压力的液控溢流阀10，梭阀12的两个进油口分别与阀元件的两个工作油口连通，液控溢流阀10串接于液压转向器1的进油口与转向油泵6相通的油路上，液控溢流阀10的控制油口与梭阀12的出油口连通形成液控支路。液控支路与阀元件的回油支路连通，液控溢流阀10控制油口的压力与回油阻力装置形成的回油背压相当。在液控支路与阀元件的回油支路的连通段可以串接溢流阀9，使回油阻力装置和溢流阀9串联形成的回油背压与液控溢流阀10控制油口的压力相当。
本发明的工作原理为：
转向液压系统由发动机7提供动力驱动转向油泵6，在拖拉机正常作业过程中即不需要人工干预时，转向油泵6的一部分液压油通过转向器1的中间位流回油箱，由于油液流过转向器中间位时的压力损失较小，此时压力传感器8检测到转向器入口压力较小。转向油泵6的另一部分油液进入电控转向装置3，如果检测到拖拉机在规定的路线上作业，则导航控制器不给比例换向阀4发出指令，比例换向阀4工作在中间位，转向油泵6进入电控转向装置3的液压油在比例换向阀4的P口被堵住，无法进入转向油缸2，则这部分液压油也通过转向器1的中间位流回油箱。当检测到拖拉机不在规定的路线上作业时，如需向左转向以调整拖拉机行驶方向使其行驶到规定的路线上，此时导航控制器对比例换向阀4发出指令使其工作在左侧工作位，此时转向油泵6的液压油通过比例换向阀4的左侧工作位的进油支路进入转向油缸2的左侧，在液压油的作用下转向油缸2向右运动，转向油缸2右侧的液压油通过比例换向阀4的左侧工作位的回油支路和溢流阀5后流回油箱，转向桥、转向车轮等部件在转向油缸的带动下向左运动进而实现向左转向。当需要向右转向时，导航控制器对比例换向阀4发出指令使其工作在右侧工作位，此时转向油泵6的液压油通过比例换向阀4的右侧工作位的进油支路进入转向油缸2的右侧，在液压油的作用下转向油缸2向左运动，转向油缸2左侧的液压油通过比例换向阀4的右侧工作位的回油支路和溢流阀5后流回油箱，转向桥、转向车轮等部件在转向油缸2的带动下向右运动进而实现整机向右转向。以上，可以实现拖拉机电控转向控制。
实际使用过程中，电控转向装置3存在以下工况：
工况1：拖拉机在正常作业过程中，如果拖拉机在规定的路线上作业时，此时电控转向装置3中的比例换向阀4处于中间位，电控转向装置3与转向油缸2的管路处于封闭状态，如果此时遇到必要情况需人工操纵转向盘时，无论向左转动转向盘还是向右转动转向盘，转向油泵6中的液压油会通过转向器1的左侧工作位或右侧工作位的进油支路进入转向油缸2的右侧或左侧。由于电控转向装置3与转向油缸2处于封闭状态，进入转向油缸的液压油无法进入电控转向装置3，只能推动转向油缸2进而带动转向桥、转向车轮等部件实现左转向或右转向。
工况2：拖拉机在正常作业过程中，如果拖拉机未在规定路线上作业时，检测到此工况，导航控制器对比例换向阀4发出指令使拖拉机向左或者向右转向，使拖拉机能够在规定路线上作业，如果此时发生必要情况需人工操纵转向盘时，具体操纵过程分如下几种模式：
模式1：拖拉机在正常作业过程中需要向左转向调整拖拉机行驶路线使其在规定路线上作业时，则导航控制器对比例换向阀4发出指令使其工作在左侧工作位，此时转向油泵6的一部分液压油通过转向器1的中间位流回油箱，由于油液流过转向器1中间位时的压力损失较小，此时压力传感器8检测转向器的入口压力较小。转向油泵6的另一部分油液进入电控转向装置3，通过比例换向阀4的左侧工作位的进油支路进入转向油缸2的左侧,转向油缸2右侧的液压油流回电控转向装置3，通过比例换向阀4的左侧工作位的回油支路后，再经过溢流阀5流回油箱。
A、如果此时遇到紧急情况需要向左转向，操作人员打转向盘向左动作，则原转向油泵6经过转向器1中间位的液压油通过转向器1的右侧工作位的进油支路后再进入转向油缸2的左侧，此时由于电控转向装置3的进油同样作用在转向油缸2的左侧，因此压力传感器8检测到转向器1的入口压力明显比原转向油泵6的一部分液压油经过转向器1中间位时的压力要高，此时压力传感器8将该检测结果反馈给导航控制器，导航控制器发出指令使电控转向装置3处于非工作状态，即电控转向装置3与转向油缸2处于封闭状态，此时转向油泵6的液压油将全部进入转向器1右侧工作位的进油支路再进入转向油缸2的左侧推动转向油缸2向右运动，转向油缸2带动转向桥、转向车轮等部件实现左转向。
B、如果此时遇到紧急情况需要向右转向，操作人员打转向盘向右动作，则原转向油泵6经过转向器1中间位的液压油通过转向器1的左侧工作位的进油支路后再进入转向油缸2的右侧，再通过电控转向装置3中比例换向阀4的左侧回油支路和溢流阀5流回油箱，由于溢流阀设定一定压力，因此压力传感器8检测到转向器1的入口压力明显比原转向油泵6的一部分液压油经过转向器1中间位时的压力要高，此时压力传感器8将该检测结果反馈给导航控制器，导航控制器发出指令使电控转向装置3处于非工作状态，即电控转向装置3与转向油缸2处于封闭状态，此时转向油泵6的液压油将全部进入转向器1左侧工作位的进油支路再进入转向油缸2的右侧推动转向油缸2向左运动，转向油缸2带动转向桥、转向车轮等部件实现右转向。
模式2：拖拉机在正常作业过程中需要向右转向调整拖拉机行驶路线使其在规定路线上作业时，则导航控制器给比例换向阀4发出指令使其工作在右侧工作位，此时转向油泵6的一部分液压油通过转向器1的中间位流回油箱，由于油液流过转向器1中间位时的压力损失较小，此时压力传感器8检测转向器入口压力较小。转向油泵6的另一部分油液进入电控转向装置3，通过比例换向阀4的右侧工作位的进油支路进入转向油缸2的右侧,转向油缸2左侧的液压油流回电控转向装置3，通过比例换向阀4的右侧工作位的回油支路后，再经过溢流阀5流回油箱。
A、如果此时遇到紧急情况需要向左转向，操作人员打转向盘向左动作，则原转向油泵6经过转向器1中间位的液压油通过转向器1的右侧工作位的进油支路后再进入转向油缸2的左侧，再通过电控转向装置3中比例换向阀4的右侧回油支路和溢流阀5流回油箱，由于溢流阀5设定一定压力，此时压力传感器8将该检测结果反馈给导航控制器，导航控制器发出指令使电控转向装置3处于非工作状态，即电控转向装置3与转向油缸2处于封闭状态，此时转向油泵6的液压油将全部进入转向器1左侧工作位的进油支路再进入转向油缸2的左侧推动转向油缸2向右运动，转向油缸2带动转向桥、转向车轮等部件实现左转向。
B、如果此时遇到紧急情况需要向右转向，操作人员打转向盘向右动作，则原转向泵6经过转向器1中间位的液压油通过转向器1的左侧工作位的进油支路后再进入转向油缸2的右侧，此时由于电控转向装置3的进油同样作用在转向油缸2的右侧，因此压力传感器8检测到转向器1的入口压力明显比原转向油泵6的一部分液压油经过转向器1中间位时的压力要高，此时压力传感器8将该检测结果反馈给导航控制器，导航控制器发出指令使电控转向装置3处于非工作状态，即电控转向装置3与转向油缸2处于封闭状态，此时转向油泵6的液压油将全部进入转向器1左侧工作位的进油支路再进入转向油缸2的右侧推动转向油缸2向左运动，转向油缸2带动转向桥、转向车轮等部件实现右转向。
该控制系统可快速解除电控转向装置，恢复手动转向，不需要额外解除电控转向装置的开关。具有操作简单可靠，对操作人员技能及操作经验要求较低，可大大降低由于操作人员反应不及时或操作不当，无法及时恢复手动操纵而发生重大事故的状况的发生。

Claims (10)

1.一种拖拉机转向控制系统，包括：
转向油缸，所述转向油缸具有两个工作腔；
液压转向器，所述液压转向器具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位，所述液压转向器的两个工作油口与所述转向油缸的两个工作腔分别连通，在中间位状态下所述液压转向器的进油口与回油口连通；
电控转向装置，所述电控转向装置包括受控于导航控制器发出的电信号、使液压油的方向和流量产生相应变化的阀元件，所述阀元件具有一个进油口、一个回油口和两个工作油口并具有左转工作位、右转工作位和中间位，所述阀元件的两个工作油口与所述转向油缸的两个工作腔分别连通，在中间位状态下所述阀元件的进油口与回油口隔断；
转向油泵，所述转向油泵分别与所述液压转向器的进油口和所述阀元件的进油口相通；其特征在于，
所述液压转向器的进油口与所述转向油泵相通的油路上串接有压力传感器，所述压力传感器与所述导航控制器电连接；
与所述阀元件的回油口连接的回油支路上设置有回油阻力装置。
2.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述压力传感器连接于所述液压转向器的进油口。
3.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述回油阻力装置是连接于所述阀元件的回油口的回油阻力元件。
4.如权利要求3所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述回油阻力元件是溢流阀或节流阀或单向阀。
5.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述回油阻力装置是开设于所述阀元件的阀体上的阻尼通道。
6.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述阀元件是比例换向阀或比例伺服阀。
7.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述电控转向装置设置有液压锁，所述液压锁的开启侧的两个油口分别与所述阀元件的两个工作油口连通，所述液压锁的关闭侧的两个油口分别与所述转向油缸的两个工作腔连通。
8.如权利要求1所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述电控转向装置设置有梭阀和液压调节开启压力的液控溢流阀，所述梭阀的两个进油口分别与所述阀元件的两个工作油口连通，所述液控溢流阀串接于所述液压转向器的进油口与所述转向油泵相通的油路上，所述液控溢流阀的控制油口与所述梭阀的出油口连通形成液控支路。
9.如权利要求8所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，所述液控支路与所述阀元件的回油支路连通，所述液控溢流阀控制油口的压力与所述回油阻力装置形成的回油背压相当。
10.如权利要求9所述的拖拉机转向控制系统，其特征在于，在所述液控支路与所述阀元件的回油支路的连通段串接溢流阀，所述回油阻力装置和所述溢流阀串联形成的回油背压与所述液控溢流阀控制油口的压力相当。
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