CN107046818A - 一种速比可控液压驱动旋耕机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种速比可控液压驱动旋耕机，它的三点悬挂装置固定在横梁上，刀轴设置在侧板上，旋耕刀安装在刀轴上，液压马达固定在机架上，液压马达的输出轴通过联轴器与刀轴的一端连接，机组行进速度传感器的测量轴通过联轴器与拖拉机后轮轴连接，刀轴旋转速度传感器的测量轴通过联轴器与刀轴的另一端连接；液压泵输入轴用于通过万向节连接拖拉机后输出轴，液压泵的液体输入端连通油箱，液压泵控制液压马达工作，刀轴旋转速度传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端，机组行进速度传感器的信号输出端连接控制器的信号输入端，控制器的控制信号输出端连接电液比例阀的控制信号输入端。该旋耕机实现旋耕机速比调节与控制，降低作业功耗。

Description

一种速比可控液压驱动旋耕机

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种速比可控液压驱动旋耕机。

背景技术

旋耕机作为一种耕整地机械，广泛应用于我国南方水田与北方旱地，速比(刀尖点线速度与机组行进速度的比值)对旋耕机作业功耗与作业质量具有重要影响。研究表明，旋耕作业中，在土壤工作环境和刀具几何参数一定的条件下，单位体积土壤旋耕粉碎功耗由速比决定，而土壤粉碎大小与切土节距(相邻刀片相继入土机具所走过的距离)相关，而切土节距由速比决定，因此保证速比恒定有助于降低作业功耗，提高碎土质量。

传统的旋耕机采用变速箱传动，通过万向节将拖拉机后输出轴动力传递至变速箱输入轴，经变速转向后输出，驱动刀轴旋转工作，这种传动方式，由于机手操作、地表起伏，带来机组行进速度的波动，由于土壤物理性质的变化，导致刀具土壤作用力的改变，带来刀具转速的变化，难以保证旋耕机工作过程中速比恒定，降低了土壤粉碎均匀性，无法使旋耕机一直处于最低阻力工作状态，增大了作业功耗。此外，由于刀轴转速不可调节，无法根据不同区域的不同作业工况及耕整要求改变速比。针对这一问题，目前已发明液压驱动旋耕机，可以实现刀轴转速调节，但未针对液压系统由于泄露、发热所导致的传动精确低的问题提出有效方案，且该液压驱动旋耕机无法实现速比控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种速比可控液压驱动旋耕机，该旋耕机实现旋耕机速比调节与控制，提高旋耕粉碎质量，降低作业功耗。

为实现上述目的，本发明公开的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于，它包括刀轴转速传感器、机架、旋耕刀、刀轴、液压马达、三点悬挂装置、油箱、液压泵、电液比例阀、控制器和机组行进速度传感器，其中，机架包括横梁和固定在横梁两端的两块侧板，三点悬挂装置固定在横梁上，刀轴通过对应的两个轴承设置在两块侧板上，旋耕刀安装在刀轴上，液压马达通过液压马达固定架固定在机架上，液压马达的输出轴通过对应的联轴器与刀轴的一端连接，机组行进速度传感器的测量轴通过对应的联轴器与拖拉机后轮轴连接，刀轴旋转速度传感器的测量轴通过对应的联轴器与刀轴的另一端连接；

所述液压泵输入轴用于通过万向节连接拖拉机后输出轴，液压泵的液体输入端连通油箱，液压泵的液体输出端连通电液比例阀的进油口P，电液比例阀的出油口A连接液压马达的进油口，液压马达的出油口连接电液比例阀的出油口B，电液比例阀的回油口T连通油箱，刀轴旋转速度传感器的信号输出端连接控制器的刀轴旋转速度信号输入端，机组行进速度传感器的信号输出端连接控制器的机组行进速度信号输入端，控制器的控制信号输出端连接电液比例阀的控制信号输入端。

本发明的有益效果：

本发明采用液压驱动系统代替传统的变速箱传动，可以降低整机重量，精简整机结构；采用基于单片机的控制器，以机组的行进速度作为控制信号，根据设定的速比，计算出马达转速，从而控制电液比例阀的阀口开度，改变进入液压马达的液体流量，使马达转速达到理论值，并以刀轴转速作为反馈信号，通过刀轴实际转速与理论转速的差值，进一步调节电液比例阀的开度，克服了液压系统传动精度低的问题，实现速比精确控制，从而使旋耕机维持在最小阻力与切土节距恒定的条件下工作，而不受机手操作、地表起伏、土壤物理性质变化造成的影响，降低了作业功耗，提高了碎土均匀性。

附图说明

图1为本发明第一个方向上的三维结构示意图；

图2为本发明第二个方向上的三维结构示意图；

图3为本发明控制原理图。

其中，1—刀轴转速传感器、2—侧板、3—旋耕刀、4—刀轴、5—横梁、6—万向节、7—联轴器、8—液压马达、9—液压马达固定架、10—压力计、11—挡土罩、12—三点悬挂装置、13—油箱、14—过滤器、15—液压泵、16—溢流阀、17—电液比例阀、18—控制器、1801—速比输入键、1802—显示器、1803—单片机、1804—数模转换器、19—传感器固定架、20—压土板、21—比例放大器、22—机组行进速度传感器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

本发明的一种速比可控液压驱动旋耕机，如图1～3所示，它包括刀轴转速传感器1、机架、旋耕刀3、刀轴4、液压马达8、三点悬挂装置12、油箱13、液压泵15、电液比例阀17、控制器18和机组行进速度传感器22，其中，机架包括横梁5和固定在横梁5两端的两块侧板2，三点悬挂装置12焊接在横梁5上，刀轴4通过对应的两个轴承设置在两块侧板2上，旋耕刀3安装在刀轴4上，液压马达8通过液压马达固定架9固定在机架上，液压马达8的输出轴通过对应的联轴器7与刀轴4的一端连接，机组行进速度传感器22安装在拖拉机上，机组行进速度传感器22的测量轴通过对应的联轴器7与拖拉机后轮轴连接，所述刀轴旋转速度传感器1通过传感器固定架19固定在机架上，刀轴旋转速度传感器1的测量轴通过对应的联轴器7与刀轴4的另一端连接；

所述液压泵15输入轴用于通过万向节6连接拖拉机后输出轴，液压泵15的液体输入端连通油箱13，液压泵15的液体输出端连通电液比例阀17的进油口P，电液比例阀17的出油口A连接液压马达8的进油口，液压马达8的出油口连接电液比例阀17的出油口B，电液比例阀17的回油口T连通油箱13，刀轴旋转速度传感器1的信号输出端连接控制器18的刀轴旋转速度信号输入端，机组行进速度传感器22的信号输出端连接控制器18的机组行进速度信号输入端，控制器18的控制信号输出端连接电液比例阀17的控制信号输入端。控制器18通过拖拉机前置12V铅蓄电池供电。

上述技术方案中，机组行进速度传感器22和刀轴转速传感器1均为增量型旋转编码器。

上述技术方案中，它还包括比例放大器21，所述控制器18包括速比输入键1801、单片机1803和数模转换器1804，其中，单片机1803的刀轴旋转速度信号输入端连接刀轴旋转速度传感器1的信号输出端，单片机1803的机组行进速度信号输入端连接机组行进速度传感器22的信号输出端，速比输入键1801的信号输出端连接单片机1803的速比输入端，单片机1803的控制信号输出端连接数模转换器1804的数字信号输入端，数模转换器1804的模拟信号输出端连接比例放大器21的信号输入端，比例放大器21的信号输出端连接电液比例阀17的控制信号输入端。

上述技术方案中，所述控制器18还包括显示器1802，所述单片机1803的显示信号输出端连接显示器1802的显示信号输入端。

上述技术方案中，它还包括溢流阀16，所述电液比例阀17的进油口P还通过溢流阀16连通油箱13。

上述技术方案中，所述电液比例阀17的进油口P与溢流阀16之间设有压力计10。

上述技术方案中，所述液压泵15的液体输入端与油箱13之间设有过滤器14。

本发明的液压驱动系统中，拖拉机后输出轴输出的动力，经万向节6带动液压泵15，输出高压油，液压油经过电液比例阀17，进入液压马达8，驱动刀轴4旋转。

本发明的控制系统中，速比输入键1801进行速比输入，机组行进速度传感器22与刀轴转速传感器，分别采集的机组行进速度信号与刀轴4转速信号，输入到单片机1803，单片机1803根据速比、机组行进速度，经过逻辑运算，输出电流信号，经过数模转换器1804输入到比例放大器21，并经比例放大器21进行功率放大后，控制电液比例阀17阀口开度，调节进入液压马达8的流量，改变刀轴4转速，并以刀轴4转速作为反馈信号，通过刀轴4实际转速与理论转速的差值，进一步调节电液比例阀17的开度，降低液压系统由于泄露、油温过高造成的流量变化，保证液压马达8转速控制精度，实现速比精确控制，并通过显示器1802进行显示。

上述技术方案中，所述横梁5有两根，两根横梁5的顶部之间设有挡土罩11。溢流阀16固定在挡土罩11上。

上述技术方案中，所述两块侧板2的后端边缘之间设有压土板20。

上述技术方案中，所述控制器18安装在挡土罩11上。

上述技术方案中，所述油箱13、液压泵15和电液比例阀17安装在横梁5上。

本发明工作时，拖拉机后输出轴动力通过万向节6输入到液压泵15输入轴，驱动液压泵15工作，液压泵15从液压油箱13中抽取液压油，经过过滤器14，将机械能转化为液压能，输出高压油，高压油经过溢流阀16、电液比例阀17、油管进入液压马达8，液压马达8与通过联轴器7带动刀轴4旋转，实现旋耕作业。过滤器14用于过滤油液中的杂质；溢流阀16起安全保护作用，在系统压力过高时，实现溢流保护；电液比例阀17可以通过电流连续、成比例的控制阀口开度，并保证进出油口压差不随负载变化，从而实现对液体流量的控制，进而控制马达转速，实现刀轴4转速调节。

随着机组的行进，机组行进速度传感器22采集机组的行进速度并将这一信号传递至单片机1803，单片机1803根据速比输入键1801输入的速比与机组行进速度计算出液压马达8转速，根据转速与流量的关系计算出流量，根据电液比例阀17流量与电流关系计算出单片机1803输出电流的大小，该电流经比例放大器21进行功率放大，驱动电液比例阀17动作，实现刀轴4转速调节。当机组行进速度变大时，单片机1803将会根据这一信号增大输出数字信号，通过数模转换器1804，将数字信号转化为电流信号，使输出电流增大，则马达转速增大，反之当旋耕阻力增大，机组行进速度减小时，单片机1803输出电流变小，马达转速降低，实现刀轴4转速随机组行进速度变化而变化，从而保持速比恒定。为提高控制精度，引入刀轴4转速作为反馈信号，通过刀轴转速传感器1采集刀轴4转速，并将这一信号传递至单片机1803，单片机1803对刀轴4理论转速与实际转速进行比较，以其差值作为控制信号，进一步控制输出电流大小，调节马达转速，实现速比精确控制，克服液压系统泄露以及油温变化对控制精度的影响。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于，它包括刀轴转速传感器(1)、机架、旋耕刀(3)、刀轴(4)、液压马达(8)、三点悬挂装置(12)、油箱(13)、液压泵(15)、电液比例阀(17)、控制器(18)和机组行进速度传感器(22)，其中，机架包括横梁(5)和固定在横梁(5)两端的两块侧板(2)，三点悬挂装置(12)固定在横梁(5)上，刀轴(4)通过对应的两个轴承设置在两块侧板(2)上，旋耕刀(3)安装在刀轴(4)上，液压马达(8)通过液压马达固定架(9)固定在机架上，液压马达(8)的输出轴通过对应的联轴器(7)与刀轴(4)的一端连接，所述机组行进速度传感器(22)的测量轴通过对应的联轴器(7)与拖拉机后轮轴连接，所述刀轴旋转速度传感器(1)的测量轴通过对应的联轴器(7)与刀轴(4)的另一端连接；

所述液压泵(15)输入轴用于通过万向节(6)连接拖拉机后输出轴，液压泵(15)的液体输入端连通油箱(13)，液压泵(15)的液体输出端连通电液比例阀(17)的进油口P，电液比例阀(17)的出油口A连接液压马达(8)的进油口，液压马达(8)的出油口连接电液比例阀(17)的出油口B，电液比例阀(17)的回油口T连通油箱(13)，刀轴旋转速度传感器(1)的信号输出端连接控制器(18)的刀轴旋转速度信号输入端，机组行进速度传感器(22)的信号输出端连接控制器(18)的机组行进速度信号输入端，控制器(18)的控制信号输出端连接电液比例阀(17)的控制信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：它还包括比例放大器(21)，所述控制器(18)包括速比输入键(1801)、单片机(1803)和数模转换器(1804)，其中，单片机(1803)的刀轴旋转速度信号输入端连接刀轴旋转速度传感器(1)的信号输出端，单片机(1803)的机组行进速度信号输入端连接机组行进速度传感器(22)的信号输出端，速比输入键(1801)的信号输出端连接单片机(1803)的速比输入端，单片机(1803)的控制信号输出端连接数模转换器(1804)的数字信号输入端，数模转换器(1804)的模拟信号输出端连接比例放大器(21)的信号输入端，比例放大器(21)的信号输出端连接电液比例阀(17)的控制信号输入端。

3.根据权利要求2所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述控制器(18)还包括显示器(1802)，所述单片机(1803)的显示信号输出端连接显示器(1802)的显示信号输入端。

4.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：它还包括溢流阀(16)，所述电液比例阀(17)的进油口P还通过溢流阀(16)连通油箱(13)。

5.根据权利要求4所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述电液比例阀(17)的进油口P与溢流阀(16)之间设有压力计(10)。

6.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述液压泵(15)的液体输入端与油箱(13)之间设有过滤器(14)。

7.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述横梁(5)有两根，两根横梁(5)的顶部之间设有挡土罩(11)，所述机组行进速度传感器(22)安装在拖拉机上，所述刀轴旋转速度传感器(1)通过传感器固定架(19)固定在机架上。

8.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述两块侧板(2)的后端边缘之间设有压土板(20)。

9.根据权利要求7所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述控制器(18)安装在挡土罩(11)上。

10.根据权利要求1所述的一种速比可控液压驱动旋耕机，其特征在于：所述油箱(13)、液压泵(15)和电液比例阀(17)安装在横梁(5)上。