CN107140017B - 四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台 - Google Patents

四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，包括前置动力输出自动离合器和后置动力输出自动离合器、前置减速箱、后置减速箱、前转向驱动桥、后转向驱动桥、电控单元、分动变速箱，前置左右轮换向驱动箱、后置左右轮换向驱动箱、动力输出轴，还包括四个转向油缸分别控制四个轮子。本发明提供的四轮驱动转向果园管理动力平台使用内燃式发动机为动力，提供前轮转向后轮回正锁定，前后轮反相位转向，四轮同相位转向平移和原地转向四种模式，能在狭窄的果园或道路上灵活行进和作业，四轮驱动在山区或丘陵山地复杂多变地形中具有良好的坡地适应性，为多种果园管理机具提供动力，提高丘陵山地果园机械化水平。

Description

四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台
技术领域
本发明涉及农机领域，具体为四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台。
背景技术
随着我国农业产业结构的调整，果蔬生产规模日益剧增，林果种植面积不断扩大，但是目前我国果园受到种植方式，生产规模，以及技术水平等因素限制，果园地势多样，工作条件恶劣，机械化程度不高，这严重制约着我国林果业的发展。
我国果园机械发展起步比较晚，基础比较落后，果园机械化程度与发达国家存在较大的差距，果园管理机械的有效利用可以减轻林果业管理人员的劳动强度，提高其工作效率以及扩大社会效益和经济效益，同时还能提高果品生产品质，所以发展果园管理机械化显得尤为重要。
当前我国果园环境条件差异地势复杂，分布区域有平原，梯田，山坡，丘陵等，其中山地丘陵地区坡度高低差较大，地块小林间窄，传统大型机械作业时转弯掉头时半径较大，受地域限制，灵活性不高，而且坡度起伏不平地形复杂，两轮驱动的动力平台驱动方式抓地性能欠佳，爬坡性能不高，很可能会出现打滑失控状态。
果园的耕作，施肥以及到灌溉，喷药，果实运输多数是靠人工手扶机械完成，现有果园管理机械难以完成上述多种工序一体化操作，从而使得手扶式机械很难适应现代果园安全高效多适应性的要求。
发明内容
为了克服现有小型果园管理机械马力不足，工作效率不高以及大中型管理机械在果园中转向半径大，灵活性低，地形适应性不强的缺点，本发明提供了一种在用于果园管理四轮驱动四轮转向动力平台。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：
四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，包括发动机、前置动力输出自动离合器、后置动力输出自动离合器；
前置动力输出自动离合器与发动机前置动力输出连接，前置动力输出自动离合器安装在前转向驱动桥上，前置动力输出自动离合器依次连接前置减速箱、前置差速器，前置差速器分别连接前左轮、前置左右轮换向驱动箱，前置左右轮换向驱动箱连接前右轮；所述的前右轮和前左轮分别固定在前轴上；
后置动力输出自动离合器与发动机后置动力输出连接，后置动力输出自动离合器安装在后转向驱动桥上，后置动力输出自动离合器再依次连接后置减速箱、万向节、分动变速箱，分动变速箱的两个动力输出轴，分动连接后置差速器和动力输出轴，所述的动力输出轴连接机具，后置差速器分别连接后左轮和后置左右轮换向驱动箱，后置左右轮换向驱动箱连接后右轮；所述的后右轮和后左轮分别固定在后轴上；
还包括四个转向油缸，前右转向油缸、前左转向油缸、后右轮转向油缸、后左轮转向油缸，分别控制前右轮、前左轮、后右轮、后左轮的转向；
其中前右转向油缸、前左转向油缸由前置转向液压油路供油，后右轮转向油缸、后左轮转向油缸由后置转向液压油路供油；前置转向液压油路和后置转向液压油路上的控制阀由电控单元控制；
方向盘连接转向传动轴，转向传动轴通过转向万向节与齿轮连接，齿轮与横拉杆齿条啮合；转角传感器安装在转向传动轴上，并与电控单元连接；
前右轮的转向系装配结构为：前右转向油缸的活塞杆轴向连接横拉杆齿条；横拉杆齿条通过轴销与前摆臂铰接，所述前摆臂另一端铰接有固定弯折角度转向臂；所述的前左轮、后右轮、后左轮的转向系装配结构与前右轮的转向系装配结构相同。
前右转向油缸、前左转向油缸的活塞杆上分别安装有前置位移传感器，每个前置位移传感器分别与前置转向桥伺服放大器和电控单元连接；前置转向桥伺服放大器通过控制线与前置伺服阀连接；
后右轮转向油缸、后左轮转向油缸的活塞杆上分别安装有后置位移传感器，每个后置位移传感器分别与后置转向桥伺服放大器和电控单元连接；后置转向桥伺服放大器通过控制线与后置伺服阀连接。
进一步的，前置转向液压油路包括提供液压油的前置液压油泵，前置液压油泵由前置电机驱动，前置液压油泵依次连接前置普通单向阀、前置二位二通电磁换向阀，前置二位二通电磁换向阀的两路油路中的左路依次连接前置先导式比例电磁控制阀、前置三位四通电磁换向阀、前左转向油缸，右路依次连接前置伺服阀、前右转向油缸；
后置转向液压油路包括提供液压油的后置液压油泵，后置液压油泵由后置电机驱动，后置液压油泵依次连接后置普通单向阀、后置二位二通电磁换向阀，后置二位二通电磁换向阀的两路油路中的左路依次连接后置先导式比例电磁控制阀、后置三位四通电磁换向阀、后左轮转向油缸，右路依次连接后置伺服阀、后右轮转向油缸。
另外，所述的后右轮和后左轮分别安装有电子锁定装置，用于转向固定；还包括节臂和锁紧拉杆，所述的节臂和锁紧拉杆分别铰接在后摆臂两端，锁紧拉杆上配有销孔，锁紧拉杆通过导向槽限制其自由度在水平方向内平移。
在控制室操纵平台上具有可执行不同转向方式的控制按钮，四轮转向系统可实现三种动力平台转向模式，后轮回正锁定时的前轮转向，前后轮同相位转向，原地转向，操作人员可以根据不同地形和周边情况选择不同的转向模式。
当选用后轮回正锁定时的前轮转向模式时，前后轮轮心轴心线交于一点，每个转向油缸活塞杆上安装有位移传感器检测的响应触发装置，位移传感器受电控单元控制开启关闭，位移传感器实时检测转向油缸活塞杆的位移量，同时将位移量信号输入到电控单元和伺服放大器，其中前轮驱动转向位移量偏差信号输入前转向桥伺服放大器，后轮驱动转向位移量偏差信号输入后转向桥伺服放大器，将输入信号和反馈信号放大的伺服放大器连接到液电伺服阀，使前后桥左右轮进行同步精确转向，同时电控单元收到位移传感器的电信号，当活塞杆位移量达到动力平台原地转向指定的车轮偏转角度时，启动液压电磁换向阀的阀芯移动换向响应，转向油缸被锁紧，使前后轮偏转固定角度进行原地转向。
后轮回正锁定时的前轮转向模式和原地转向模式的前后转向角度均由电控单元进行编码控制调节各自转角油缸速度，从而使转角符合阿克曼转向原理。
每一个车轮与在平台固定的节臂装配，转向油缸活塞杆轴向固接横拉杆齿条。
电控单元接受用户指令发出电子信号分别控制离合器油缸活塞来进行所述前置输出自动离合器和后置输出自动离合器的断开闭合，从而实现传动两驱和四驱之间的切换。
左右轮换向驱动箱包括换向齿轮组，滑移齿轮，输入轴齿轮齿数与输出轴齿轮齿数相同，与输入轴齿轮啮合的齿轮齿数与输出轴齿轮啮合的齿轮齿数相同。
动力驱动输入轴分配动力到两个同向输出轴，分动变速箱一端动力输出轴连接所述差动器，另一端动力输出轴连接机具，以便所述果园管理动力平台进行林间复式作业，用户以手动换挡的形式通过变换箱体内齿轮组的啮合调节增大或减小对所述动力输出轴的转矩分配以实现动力输出轴的转速调整。
本发明有益效果是：四轮驱动转向果园管理动力平台能实现在狭窄的果园或道路中小半径转向，四轮同相位移动和原地转向，而且能够根据果园或道路的不同情况来选择转向方式，提高其作业灵活性。坡地适应性强，能在山区或丘陵山地复杂多变地形中行进，并且能够适应于不同林间类型的复式作业。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2a为本发明的控制室操纵面板结构示意图；
图2b为本发明的转向模式一示意图；
图2c为本发明的转向模式二示意图；
图2d为本发明的转向模式三示意图；
图2e为本发明的转向模式四示意图；
图3为本发明的前置转向液压油路的原理图；
图4为本发明的后置转向液压油路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，包括发动机10、前置动力输出自动离合器9、后置动力输出自动离合器12；
前置动力输出自动离合器9与发动机10前置动力输出连接，前置动力输出自动离合器9 安装在前转向驱动桥35上，前置动力输出自动离合器9依次连接前置减速箱32、前置差速器27，前置差速器27分别连接前左轮36、前置左右轮换向驱动箱6，前置左右轮换向驱动箱6连接前右轮1；所述的前右轮1和前左轮36分别固定在前轴2上；
后置动力输出自动离合器12与发动机10后置动力输出连接，后置动力输出自动离合器 12安装在后转向驱动桥16上，后置动力输出自动离合器12再依次连接后置减速箱13、万向节14、分动变速箱15，分动变速箱15的两个动力输出轴，分动连接后置差速器28和动力输出轴20，所述的动力输出轴20连接机具，后置差速器28分别连接后左轮26和后置左右轮换向驱动箱18，后置左右轮换向驱动箱18连接后右轮17；所述的后右轮17和后左轮26分别固定在后轴19上；
还包括四个转向油缸，前右转向油缸7、前左转向油缸42、后右轮转向油缸50、后左轮转向油缸51，分别控制前右轮1、前左轮36、后右轮17、后左轮26的转向；
其中前右转向油缸7、前左转向油缸42由前置转向液压油路52供油，后右轮转向油缸 50、后左轮转向油缸51由后置转向液压油路53供油；前置转向液压油路52和后置转向液压油路53上的控制阀由电控单元11控制；
方向盘29连接转向传动轴31，转向传动轴31通过转向万向节33与齿轮34连接，齿轮 34与横拉杆齿条5啮合；转角传感器30安装在转向传动轴31上，并与电控单元11连接；
前右轮1的转向系装配结构为：前右转向油缸7的活塞杆轴向连接横拉杆齿条5；横拉杆齿条5通过轴销与前摆臂4铰接，所述前摆臂4另一端铰接有固定弯折角度转向臂3；所述的前左轮36、后右轮17、后左轮26的转向系装配结构与前右轮1的转向系装配结构相同。
前右转向油缸7、前左转向油缸42的活塞杆上分别安装有前置位移传感器41，每个前置位移传感器41分别与前置转向桥伺服放大器49和电控单元11连接；前置转向桥伺服放大器 49通过控制线与前置伺服阀43连接；
后右轮转向油缸50、后左轮转向油缸51的活塞杆上分别安装有后置位移传感器61，每个后置位移传感器61分别与后置转向桥伺服放大器54和电控单元11连接；后置转向桥伺服放大器54通过控制线与后置伺服阀58连接。
如图3所示，前置转向液压油路52包括提供液压油的前置液压油泵46，前置液压油泵46由前置电机8驱动，前置液压油泵46依次连接前置普通单向阀45、前置二位二通电磁换向阀44，前置二位二通电磁换向阀44的两路油路中的左路依次连接前置先导式比例电磁控制阀47、前置三位四通电磁换向阀48、前左转向油缸42，右路依次连接前置伺服阀43、前右转向油缸7；
如图4所示，后置转向液压油路53包括提供液压油的后置液压油泵57，后置液压油泵 57由后置电机62驱动，后置液压油泵57依次连接后置普通单向阀56、后置二位二通电磁换向阀55，后置二位二通电磁换向阀55的两路油路中的左路依次连接后置先导式比例电磁控制阀59、后置三位四通电磁换向阀60、后左轮转向油缸51，右路依次连接后置伺服阀58、后右轮转向油缸50。
所述的后右轮17和后左轮26分别安装有电子锁定装置23，用于转向固定；还包括节臂 25和锁紧拉杆22，所述的节臂25和锁紧拉杆22分别铰接在后摆臂24两端，锁紧拉杆22上配有销孔，锁紧拉杆22通过导向槽21限制其自由度在水平方向内平移。
具体的工作过程为：
发动机10的前置动力输出与前置动力输出自动离合器9连接，前置动力输出自动离合器 9再将动力传输至前置减速箱32，通过前置减速箱32降低转速后将扭矩传动至前置差速器 27，前置差速器27一端与前左轮36连接，另一端将动力传输到前置左右轮换向驱动箱6，然后再驱动前右轮1。后置动力输出自动离合器12安装在发动机10后置输出动力与后置减速箱13之间，从后置减速箱13输出的动力经万向节14传向分动变速箱15，通过分动变速箱15将扭矩分配给两个动力输出轴，分动变速箱一端动力输出轴连接后置差速器28，另一端动力输出轴20连接机具，后置差速器28将动力传动至后左轮26和后置左右轮换向驱动箱 18。同时后轮两轮均分别由电子锁定装置23进行转向固定，所述电子锁定装置23固定于机架上。四个转向油缸分别控制前后四车轮的转向。当前置动力输出自动离合器9和后置动力输出自动离合器12闭合时，实现动力平台的四轮驱动。用户根据道路情况选择传统后轮驱动模式时，电控单元11通过用户指令控制前置动力输出自动离合器断开，从而进行两轮驱动状态。
如图2a所示，在控制室操纵面板37上具有可执行不同转向方式的控制按钮，四轮转向系统可实现四种动力平台转向模式，分别如图2b、图2c、图2d、图2e所示，对应的转向模式一38后轮回正锁定时的前轮转向；转向模式二63前后轮反相位转向；转向模式三39前后轮同相位转向；转向模式四40原地转向；操作人员可以根据不同地形和周边情况选择不同的转向模式。
如图3所示，前置转向液压油路52包括锁紧回路和同步回路，每个转向油缸上安装了位移传感器监测响应装置，前置位移传感器41受所述电控单元11控制开启关闭，位移传感器实时检测转向油缸活塞杆的位移量，同时将位移量信号输入到电控单元11和前置转向桥伺服放大器49中，电控单元11内部编码将左右轮转向角度符合阿克曼原理，将输入信号和反馈信号放大的前置转向桥伺服放大器49连接到前置伺服阀43，控制前右转向油缸7、前左转向油缸42进出流量。后置转向液压油路53同理，使得前后桥左右轮进行同步精确转向。
图2b所示的模式一和图3，实现后轮回正锁定时的转向模式一38前轮转向，当后轮轴心线垂直于车身纵轴线时，由电子锁定装置23进行后轮转向锁定，此时整个动力平台转向由前转向桥提供。操作员带动方向盘29转动将扭矩经过之间带有转向万向节33的转向传动轴 31，转向传动轴末端安装的齿轮34将动力传递至与之啮合的横拉杆齿条5上，同时转角传感器30监测转向传动轴的转角大小将实时信号发送至电控单元11，由电控单元11接受信号在内部编码控制前置先导式比例电磁控制阀47控制液压油流量从而达到用户的转向角度要求。前轮转向液压回路由前置液压油泵46提供液压油，液压流体从前置液压油泵46经过前置普通单向阀45流动到对整个液压回路通断控制的前置二位二通电磁换向阀44，然后分成两路油路分别流向前轮左右控制转向油缸，左路液压流体流经前置先导式比例电磁控制阀47通过前置三位四通电磁换向阀48，根据所述转角传感器30监测方向盘转向从而使电控单元11控制前置三位四通电磁换向阀48换向阀阀芯的左右位移动，达到精确助力转向的目的，右路液压流体经过前置伺服阀43进入右轮转向油缸缸体。动力平台进行向左转向时，通过前置二位二通电磁换向阀44后的油路左路流经上述前置三位四通电磁换向阀48左位，同时右路流经前置伺服阀43的右位，动力平台进行向右转向时，通过前置二位二通电磁换向阀44后的油路左路流经上述前置三位四通电磁换向阀48右位，同时右路流经前置伺服阀43的左位。
图2c所示的模式二，实现前后轮反相位转向状态。动力平台向左转向时，在图3中，通过前置二位二通电磁换向阀44后的油路左路流经前置先导式比例电磁控制阀47，在通过前置三位四通电磁换向阀48左位，同时右路流经前置伺服阀43右位，在如图4中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60左位，同时右路流经后置伺服阀58的右位。动力平台向右转向时，在图 3中，通过前置二位二通电磁换向阀44后的油路左路流经前置先导式比例电磁控制阀47，在通过前置三位四通电磁换向阀48右位，同时右路流经前置伺服阀43左位，在如图4中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60右位，同时右路流经后置伺服阀58的左位。
图2d所示的模式三，实现前后轮同相位转向状态。动力平台进行向左平移时，在如图3 中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60左位，同时右路流经后置伺服阀58的右位，在如图4中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60右位，同时右路流经后置伺服阀58的左位。动力平台进行向右平移时，在如图3中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60右位，同时右路流经后置伺服阀58的左位，在如图4中，通过后置二位二通电磁换向阀55后的油路左路流经后置先导式比例电磁控制阀59，再通过后置三位四通电磁换向阀60左位，同时右路流经后置伺服阀58的右位。
图2e所示的模式四，实现原地转向状态。进行前置左右轮换向驱动箱和后置左右轮换向驱动箱的齿轮滑移变向操作，前轮左右轮转向相反，前轮左右轮反向位偏转，后轮左右轮转向相反，后轮左右轮反向位偏转，图3和图4所示的液压油路，液压流体均通过二位二通电磁换向阀后的油路左路流经三位四通电磁换向阀右位，同时右路流经伺服阀的右位。

Claims (4)

1.四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，包括发动机(10)、前置动力输出自动离合器(9)、后置动力输出自动离合器(12)；
其特征在于：
前置动力输出自动离合器(9)与发动机(10)前置动力输出连接，前置动力输出自动离合器(9)安装在前转向驱动桥(35)上，前置动力输出自动离合器(9)依次连接前置减速箱(32)、前置差速器(27)，前置差速器(27)分别连接前左轮(36)、前置左右轮换向驱动箱(6)，前置左右轮换向驱动箱(6)连接前右轮(1)；所述的前右轮(1)和前左轮(36)分别固定在前轴(2)上；
后置动力输出自动离合器(12)与发动机(10)后置动力输出连接，后置动力输出自动离合器(12)安装在后转向驱动桥(16)上，后置动力输出自动离合器(12)再依次连接后置减速箱(13)、万向节(14)、分动变速箱(15)，分动变速箱(15)的两个动力输出轴，分动连接后置差速器(28)和动力输出轴(20)，所述的动力输出轴(20)连接机具，后置差速器(28)分别连接后左轮(26)和后置左右轮换向驱动箱(18)，后置左右轮换向驱动箱(18)连接后右轮(17)；所述的后右轮(17)和后左轮(26)分别固定在后轴(19)上；
还包括四个转向油缸，前右转向油缸(7)、前左转向油缸(42)、后右轮转向油缸(50)、后左轮转向油缸(51)，分别控制前右轮(1)、前左轮(36)、后右轮(17)、后左轮(26)的转向；
其中前右转向油缸(7)、前左转向油缸(42)由前置转向液压油路(52)供油，后右轮转向油缸(50)、后左轮转向油缸(51)由后置转向液压油路(53)供油；前置转向液压油路(52)和后置转向液压油路(53)上的控制阀由电控单元(11)控制；
方向盘(29)连接转向传动轴(31)，转向传动轴(31)通过转向万向节(33)与齿轮(34)连接，齿轮(34)与横拉杆齿条(5)啮合；转角传感器(30)安装在转向传动轴(31)上，并与电控单元(11)连接；
前右轮(1)的转向系装配结构为：前右转向油缸(7)的活塞杆轴向连接横拉杆齿条(5)；横拉杆齿条(5)通过轴销与前摆臂(4)铰接，所述前摆臂(4)另一端铰接有固定弯折角度转向臂(3)；所述的前左轮(36)、后右轮(17)、后左轮(26)的转向系装配结构与前右轮(1)的转向系装配结构相同。
2.根据权利要求1所述的四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，其特征在于：
所述的前右转向油缸(7)、前左转向油缸(42)的活塞杆上分别安装有前置位移传感器(41)，每个前置位移传感器(41)分别与前置转向桥伺服放大器(49)和电控单元(11)连接；前置转向桥伺服放大器(49)通过控制线与前置伺服阀(43)连接；
所述的后右轮转向油缸(50)、后左轮转向油缸(51)的活塞杆上分别安装有后置位移传感器(61)，每个后置位移传感器(61)分别与后置转向桥伺服放大器(54)和电控单元(11)连接；后置转向桥伺服放大器(54)通过控制线与后置伺服阀(58)连接。
3.根据权利要求1或2所述的四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，其特征在于：
所述的前置转向液压油路(52)包括提供液压油的前置液压油泵(46)，前置液压油泵(46)由前置电机(8)驱动，前置液压油泵(46)依次连接前置普通单向阀(45)、前置二位二通电磁换向阀(44)，前置二位二通电磁换向阀(44)的两路油路中的左路依次连接前置先导式比例电磁控制阀(47)、前置三位四通电磁换向阀(48)、前左转向油缸(42)，右路依次连接前置伺服阀(43)、前右转向油缸(7)；
后置转向液压油路(53)包括提供液压油的后置液压油泵(57)，后置液压油泵(57)由后置电机(62)驱动，后置液压油泵(57)依次连接后置普通单向阀(56)、后置二位二通电磁换向阀(55)，后置二位二通电磁换向阀(55)的两路油路中的左路依次连接后置先导式比例电磁控制阀(59)、后置三位四通电磁换向阀(60)、后左轮转向油缸(51)，右路依次连接后置伺服阀(58)、后右轮转向油缸(50)。
4.根据权利要求1所述的四轮转向四轮驱动的果园管理动力平台，其特征在于：
所述的后右轮(17)和后左轮(26)分别安装有电子锁定装置(23)，用于转向固定；还包括节臂(25)和锁紧拉杆(22)，所述的节臂(25)和锁紧拉杆(22)分别铰接在后摆臂(24)两端，锁紧拉杆(22)上配有销孔，锁紧拉杆(22)通过导向槽(21)限制其自由度在水平方向内平移。
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