CN107318288B - 一种电液悬挂控制装置 - Google Patents

一种电液悬挂控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电液悬挂控制装置，适用于拖拉机的深耕控制，属于农业机械技术领域，通过两个传感器分别设置于提升臂上和拖拉机内，分别检测提升臂的水平夹角和拖拉机的俯仰角度，并将两个角度值输出至控制器内，控制器与操作面板连接，获取使用者通过操作面板输入的控制指令，将两个角度值的差值作为反馈信号与控制指令比较，根据比较结果得到控制信号输出至液压提升分配器，以实现耕深控制。上述技术方案的有益效果是：通过使用两个倾角传感器分别检测拖拉机机体的俯仰角度与提升臂的水平夹角，并将两者的差值作为位置反馈信息实现耕深位置控制，倾角传感器在工作时与提升臂没有相对运动，可极大提高电液悬挂控制装置的使用寿命。

Description

一种电液悬挂控制装置
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种适用于拖拉机的深耕控制的电液悬挂控制装置。
背景技术
农业是国民经济的基础，农业机械化又是一个国家现代化的标志。发达国家早于上世纪中叶就已经实现了农业现代化，而我国农业现代化水平还较低。如今随着信息化的到来，很多新兴技术应用到农业机械化中来，将农业机械向着智能化、自动化的方向推进了一大步。拖拉机是农业机械化的主要动力组成，它可以与农机具组成作业机完成田间作业。随着信息技术的发展，机电一体化逐渐应用到拖拉机上，为实现拖拉机的高效率的生产和较高的燃油经济性开辟了新道路。拖拉机的电液悬挂控制装置主要用于悬挂和控制拖拉机连接的农机具，将拖拉机和农机具组成一个机动而又灵活的悬挂系统。电液悬挂控制装置根据不同的作业要求，以液压为动力实现农机具升降，将农机具维持在工作位置。
现有技术中，在拖拉机的耕深控制过程中，通过在提升轴上设置角位移传感器来测量悬挂机组的具体位置，由于角位移传感器在工作的过程中与提升轴之间有相对移动，容易损坏，使得电液悬挂控制装置的使用寿命短，需要经常维修，降低工作效率。
发明内容
根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种电液悬挂控制装置，适用于拖拉机的深耕控制，所述电液悬挂控制装置包括：
液压提升单元，包括提升油缸和提升臂，所述提升油缸用于驱动所述提升臂带动所述拖拉机的农机具完成相应的动作；
液压提升分配器，用于通过控制液压油在所述提升油缸内的流量和流向来控制提升油缸驱动所述提升臂完成相应的动作；
第一倾角传感器，设置于所述提升臂上，用于测量所述提升臂的水平夹角并输出第一角度值；
第二倾角传感器，设置于所述拖拉机上并相较于所述拖拉机水平设置，所述第二倾角传感器用于测量所述拖拉机的俯仰角度并输出第二角度值；
电子控制单元，设置于所述拖拉机的驾驶室内，所述电子控制单元包括操作面板和与所述操作面板连接的控制器，所述控制器还与所述第一倾角传感器、所述第二倾角传感器及所述液压提升分配器连接；
所述操作面板用于提供给使用者输入操作指令；
所述控制器用于处理得到所述第一角度值和所述第二角度值之间的差值并作为反馈信号，将所述反馈信号与所述操作指令进行比较，根据比较结果得到相应的控制信号输出至所述液压提升分配器，以控制所述液压提升分配器分配液压油的动作。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，所述操作面板包括：
四档旋转开关，包括提升档位、停止档位、下降档位及浮动档位；
耕深设置旋钮，用于提供给使用者设置耕深参数；
最高位置设置旋钮，用于提供给使用者设置所述提升臂提升的最高位置参数；
力位调节方式设置旋钮，用于提供给使用者设置力位调节的方式；
下降速度设置旋钮，用于提供给使用者设置所述提升臂下降时的下降速度。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，所述操作面板的四档旋转开关还与所述液压提升分配器连接，用于在所述控制器出现故障时，直接提供给使用者通过操作面板控制所述液压提升分配器分配液压油的动作，以实现对农具的操作功能。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，所述控制器还通过总线与所述拖拉机的发动机连接，所述控制器通过总线获取所述拖拉机的发动机的实测扭矩值；
所述控制器还用于根据所述实测扭矩值和所述第二角度值通过一预设的算法计算出当前力调节所使用的扭矩值，并将所述扭矩值输出至所述拖拉机的发动机，以控制所述拖拉机的发动机工作。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，在所述拖拉机上坡时，预设的所述算法如下：
M＝Mm-δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示所述实测扭矩值，δMG用于表示所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，在所述拖拉机下坡时，预设的所述算法如下：
M＝Mm+δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示所述实测扭矩值，δMG用于表示所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，采用下述公式处理得到所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化：
其中，K为一常量系数，G用于表示所述拖拉机的自重，α用于表示所述第二角度值，Fmax用于表示所述拖拉机的最大牵引力，Mmax用于表示所述拖拉机的发动机的最大扭矩。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，所述第二倾角传感器设置于所述电子控制单元内；
所述电子控制单元相较于所述拖拉机水平设置，并设置于所述拖拉机的驾驶室。
较佳的，上述电液悬挂控制装置中，所述第二倾角传感器设置于所述电子控制单元外，所述电子控制单元设置于所述拖拉机的驾驶室内。
还包括，一种拖拉机，其中，包括上述任一项所述的电液悬挂控制装置。
上述技术方案的有益效果是：通过使用两个倾角传感器分别检测拖拉机机体的俯仰角度与提升臂的水平夹角，并将两者的差值作为位置反馈信息实现耕深位置控制，倾角传感器在工作时与提升臂没有相对运动，可极大提高电液悬挂控制装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一个较佳的实施例中，一种电液悬挂控制装置的安装结构示意图；
图2是本发明的另一个较佳的实施例中，一种电液悬挂控制装置的安装结构示意图；
图3是本发明的一个较佳的实施例中，一种电液悬挂控制装置的结构框图；
图4是本发明的另一个较佳的实施例中，一种电液悬挂控制装置的结构框图；
图5是本发明的较佳的实施例中，操作面板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明的较佳的实施例中，如图1-5所示，一种电液悬挂控制装置，适用于拖拉机的深耕控制，电液悬挂控制装置包括：
液压提升单元，包括提升油缸和提升臂1，提升油缸用于驱动提升臂1带动拖拉机的农机具22完成相应的动作；
液压提升分配器3，用于通过控制液压油在提升油缸内的流量和流向来控制提升油缸驱动提升臂1完成相应的动作；
第一倾角传感器4，设置于提升臂1上，用于测量提升臂1的水平夹角并输出第一角度值；
第二倾角传感器5，设置于拖拉机上并相较于拖拉机水平设置，第二倾角传感器5用于测量拖拉机的俯仰角度并输出第二角度值；
电子控制单元6，设置于拖拉机的驾驶室内，电子控制单元6包括操作面板61和与操作面板61连接的控制器62，控制器62还与第一倾角传感器4、第二倾角传感器5及液压提升分配器3连接；
操作面板61用于提供给使用者输入操作指令；
控制器62用于处理得到第一角度值和第二角度值之间的差值并作为反馈信号，将反馈信号与操作指令进行比较，根据比较结果得到相应的控制信号输出至液压提升分配器3，以控制液压提升分配器3分配液压油的动作。
本实施例中，液压提升分配器3安装与拖拉机机体上，其进油口(P口)与拖拉机的提升泵的出油口连接，回油口(T口)与拖拉机液压油箱的回油口连接，出油口(A口)与提升油缸连接，拖拉机的有关油路都是成熟的技术，此处不再赘述；液压提升分配器3的电气接口与控制器62的控制信号输出端连接。进一步地，本实施例中，控制信号为PWM信号。
上述技术方案中，通过使用第一倾角传感器4检测提升臂1的水平夹角得到第一角度值，及使用第二倾角传感器5检测拖拉机机体的俯仰角度得到第二角度值，控制器62将第一角度值与第二角度值的差值作为位置反馈信号实现耕深位置控制，第一倾角传感器4在工作时与提升臂1没有相对运动，可极大提高电液悬挂控制装置的使用寿命。
本发明的较佳的实施例中，操作面板61包括：
四档旋转开关611，包括提升档位、停止档位、下降档位及浮动档位；
耕深设置旋钮612，用于提供给使用者设置耕深参数；
最高位置设置旋钮613，用于提供给使用者设置提升臂提升1的最高位置参数；
力位调节方式设置旋钮614，用于提供给使用者设置力位调节的方式，进一步地，本实施例中，当力位调节方式设置旋钮614置于最左端时，电液悬挂控制装置通过力调节实现耕深控制，当力位调节方式设置旋钮614置于最右端时，电液悬挂控制装置通过位调节实现耕深控制，当力位调节方式设置旋钮614置于中间某一位置时，电液悬挂控制装置通过力位调节综合调节实现耕深控制；
下降速度设置旋钮615，用于提供给使用者设置提升臂1下降时的下降速度。
以下，以通过位调节实现耕深控制的实施例进行说明，当四档旋转开关611置于下降档位，力位调节方式设置旋钮614置于最右端时，控制器2读取第一倾角传感器4的第一角度值、第二倾角传感器5的第二角度值、使用者通过耕深设置旋钮612设置的目标耕深位置，控制器2根据第一角度值与第二角度值之间的差值计算出农机具2相较于地面的位置(在已知提升臂1的长度、提升臂1安装高度、农机具2高度的情况下，结合第一角度值与第二角度值之间的差值即可计算出农机具2相较于地面的高度，该计算方法为现有技术，不再赘述)，再根据农机具2相较于地面的位置及目标耕深位置计算出农机具2需要移动的距离值，控制器2根据上述距离值控制液压提升分配器3驱动提升臂1带动农机具2移动到目标耕深位置。例如，控制器2根据第一角度值与第二角度值之间的差值计算出农机具2位于地面以上1米的位置，计为-1米，使用者通过耕深设置旋钮612设置的目标耕深位置为地下0.5米，计为0.5米，控制器2控制液压提升分配器3驱动提升臂1带动农机具2下降1.5米，使农机具2下降到地下0.5米的位置，实现耕深控制。
本发明的较佳的实施例中，如图3和图4所示，控制器62还通过总线与拖拉机的发动机连接，控制器62通过总线获取拖拉机的发动机的实测扭矩值，进一步地，控制器62连接拖拉机的发动机总线接口7实现与拖拉机的发动机连接；
控制器62还用于根据实测扭矩值和拖拉机的俯仰角度通过一预设的算法计算出当前力调节所使用的扭矩值，并将扭矩值输出至拖拉机的发动机，以控制拖拉机的发动机工作。
本发明的较佳的实施例中，在拖拉机上坡时，预设的算法如下：
M＝Mm-δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示实测扭矩值，δMG用于表示拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化。
本发明的较佳的实施例中，在拖拉机下坡时，预设的所述算法如下：
M＝Mm+δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示实测扭矩值，δMG用于表示拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化。
本发明的较佳的实施例中，采用下述公式处理得到所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化：
其中，K为一常量系数，该常量系数可由实验获得，G用于表示拖拉机的自重，α用于表示第二角度值，Fmax用于表示拖拉机的最大牵引力，Mmax用于表示拖拉机的发动机的最大扭矩。
本实施例中，对拖拉机的控制过程如下：
当四档旋转开关611置于提升档时，控制器62读取四档旋转开关611信号、最高位置旋钮613的参数、第一倾角传感器4检测第一角度值、第二倾角传感器5检测到第二角度值，控制器62处理，第一角度值与第二角度值的差值，并将上述差值信号作为反馈信号与最高位置旋钮613的参数进行比较形成反馈控制，控制拖拉机上的农机具2完成提升至最高位置旋钮613上设置的高度。
当四档旋转开关611置于停止档时，控制器62无信号输出，农机具2停留在当前位置。
当四档旋转开关611置于下降档时，力位调节方式设置旋钮614处在最右端位置调节时，控制器62读取四档旋转开关611信号、最高位置旋钮613的参数、第一倾角传感器4检测第一角度值、第二倾角传感器5检测到第二角度值，控制器62处理，第一角度值与第二角度值的差值，并将上述差值信号作为反馈信号与最高位置旋钮613的参数进行比较，根据比较结果得到相应的控制信号，控制农机具2完成位调节功能；
当力位调节方式设置旋钮614处在最左端力调节方式时，控制器62读取四档旋转开关611信号、耕深设置旋钮612的参数、第二倾角传感器5检测的第二角度值、并通过总线读取发动机的转速和扭矩信息，经上述力调节控制算法实现仿形控制和拖拉机发动机负荷稳定控制；
当力位调节方式设置旋钮614处在中间某一位置时，控制器62读取四档旋转开关611信号、耕深设置旋钮612的参数、第二倾角传感器5检测的第二角度值、转速传感器信号，经力位综合调节控制算法分配力调节和位置调节的权重，实现仿形控制和拖拉机发动机负荷稳定控制。
当四档旋转开关611置于浮动档时，浮动功能指农具通过限深轮实现耕深的限定，要求提升油缸活塞自由移动，控制器62读取四档旋转开关611信号、并输出一个确定的PWM数值，控制液压提升分配器3的下降电磁阀打开，提升油缸活塞自由移动，实现浮动功能。
本发明的较佳的实施例中，操作面板61的四档旋转开关611还与液压提升分配器3连接，用于在控制器62出现故障时，直接提供给使用者通过四档旋转开关611控制液压提升分配器3分配液压油的动作，以实现对农机具2的操作功能。
本实施例中，在控制器62出现故障时，四档旋转开关611与液压提升分配器3提电气接口连接。当四档旋转开关611置于提升档时，四档旋转开关611直接输出高电平信号打开液压提升器3的提升电磁阀，控制农机具2提升，实现农机具2的提升功能；当四档旋转开关611置于停止档时，四档旋转开关611无信号输出，农机具2停留在当前位置；当四档旋转开关611置于下降档时，四档旋转开关611直接输出高电平信号打开液压提升器3的下降电磁阀，控制农机具2下降，实现农机具2的下降功能；当四档旋转开关611置于浮动档时，四档旋转开关611直接输出高电平信号打开液压提升器3的下降电磁阀，此时提升油缸活塞自由移动，实现浮动功能。
本发明的一个较佳的实施例中，如图1和图3所示，第二倾角传感器5设置于电子控制单元6内；
电子控制单元6相较于拖拉机水平地设置于拖拉机的驾驶室，以保证第二倾角传感器5水平设置于拖拉机上。
本发明的另一个较佳的实施例中，如图2和图4所示，第二倾角传感器5设置于电子控制单元6外部，电子控制单元6以任意方式设置于拖拉机的驾驶室内。
本发明的技术方案中，还包括一种拖拉机，该拖拉机使用上述的电液悬挂控制装置。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电液悬挂控制装置，适用于拖拉机的深耕控制，其特征在于，所述电液悬挂控制装置包括：
液压提升单元，包括提升油缸和提升臂，所述提升油缸用于驱动所述提升臂带动所述拖拉机的农机具完成相应的动作；
液压提升分配器，用于通过控制液压油在所述提升油缸内的流量和流向来控制提升油缸驱动所述提升臂完成相应的动作；
第一倾角传感器，设置于所述提升臂上，用于测量所述提升臂的水平夹角并输出第一角度值；
第二倾角传感器，设置于所述拖拉机上并相较于所述拖拉机水平设置，所述第二倾角传感器用于测量所述拖拉机的俯仰角度并输出第二角度值；
电子控制单元，设置于所述拖拉机的驾驶室内，所述电子控制单元包括操作面板和与所述操作面板连接的控制器，所述控制器还与所述第一倾角传感器、所述第二倾角传感器及所述液压提升分配器连接；
所述操作面板用于提供给使用者输入操作指令；
所述控制器用于处理得到所述第一角度值和所述第二角度值之间的差值并作为反馈信号，将所述反馈信号与所述操作指令进行比较，根据比较结果得到相应的控制信号输出至所述液压提升分配器，以控制所述液压提升分配器分配液压油的动作。
2.如权利要求1所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，所述操作面板包括：
四档旋转开关，包括提升档位、停止档位、下降档位及浮动档位；
耕深设置旋钮，用于提供给使用者设置耕深参数；
最高位置设置旋钮，用于提供给使用者设置所述提升臂提升的最高位置参数；
力位调节方式设置旋钮，用于提供给使用者设置力位调节的方式；
下降速度设置旋钮，用于提供给使用者设置所述提升臂下降时的下降速度。
3.如权利要求2所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，所述操作面板的四档旋转开关还与所述液压提升分配器连接，用于在所述控制器出现故障时，直接提供给使用者通过操作面板控制所述液压提升分配器分配液压油的动作，以实现对农具的操作功能。
4.如权利要求1所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，所述控制器还通过总线与所述拖拉机的发动机连接，所述控制器通过总线获取所述拖拉机的发动机的实测扭矩值；
所述控制器还用于根据所述实测扭矩值和所述第二角度值通过一预设的算法计算出当前力调节所使用的扭矩值，并将所述扭矩值输出至所述拖拉机的发动机，以控制所述拖拉机的发动机工作；
在所述拖拉机上坡时，预设的所述算法如下：
M＝Mm-δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示所述实测扭矩值，δMG用于表示所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化；
在所述拖拉机下坡时，预设的所述算法如下：
M＝Mm+δMG；
其中，M用于表示当前力调节所使用的扭矩值，Mm用于表示所述实测扭矩值，δMG用于表示所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化。
5.如权利要求4所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，采用下述公式处理得到所述拖拉机在上下坡时产生的扭矩值的变化：
其中，K为一常量系数，G用于表示所述拖拉机的自重，α用于表示所述第二角度值，Fmax用于表示所述拖拉机的最大牵引力，Mmax用于表示所述拖拉机的发动机的最大扭矩。
6.如权利要求1所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，所述第二倾角传感器设置于所述电子控制单元内；
所述电子控制单元相较于所述拖拉机水平设置，并设置于所述拖拉机的驾驶室。
7.如权利要求1所述的电液悬挂控制装置，其特征在于，所述第二倾角传感器设置于所述电子控制单元外，所述电子控制单元设置于所述拖拉机的驾驶室内。
8.一种拖拉机，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的电液悬挂控制装置。
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