CN108204451A - 一种软轴式三档变速箱和离合器的液压控制系统和控制方法及操作方法 - Google Patents

一种软轴式三档变速箱和离合器的液压控制系统和控制方法及操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种广泛应用于农用机械的软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统和控制方法及操作方法，在机械结构上去抛弃了原有的换挡摇臂总成和离合器踏板总成，取而代之是四向自锁开关，用户只需要通过开关给控制系统输入指令，液压系统就能代替用户完成一系列换挡操作。由于其结构简单，布置灵活，对操作人员要求不高，在农用机械领域，特别是需要农用机械驾驶人员在短时间内完成繁杂操作的农作物联合收获机械，本发明能够明显降低驾驶人员的操作强度，对提高作业的安全性、降低作业的难度困难性等方面具有重要意义。

Description

一种软轴式三档变速箱和离合器的液压控制系统和控制方法 及操作方法
技术领域
本发明涉及农用机械自动化领域，更特别地，本发明涉及一种基于软轴式变速箱和离合器的压控制系统和控制方法及操作方法。
背景技术
农业机械在完成不同的作业任务时，驾驶员为适应不同的作业任务需要频繁换挡，传统的农用机械的换挡过程通常对换挡摇臂和离合器踏板的配合操作完成的，导致劳动强度增大、作业的生产效率降低，并且传动效率难以保证。为解决以上问题，需要开发出操作简易的换挡装置，更具体的说，有必要开发出由控制开关来完成换挡即实现农用机械的自动换挡，以适应农用机械特殊的工作环境和提高农用机械的使用性能，这样就可以将驾驶员在繁琐的换挡中解放出来，专注于配套农机具的操作，从而提高生产效率和经济效益。
发明内容
本发明针对传统农用机械换挡时存在的缺点，开发了一套适用于三挡变速箱和离合器的液压控制系统和控制方法及操作方法，将以往需要驾驶员配合操作的换挡摇臂和离合器踏板用液压元器件取代，驾驶员只需要对操作台上的四向自锁开关给予相应的换挡指令输入，控制系统就能针对控制指令，按照预先设定的换挡流程，依次对液压系统的元件发送指令，使其代替驾驶员完成换挡操作。
具体来说，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，主要包括液压系统、控制系统和执行机构，其中液压系统包括液压泵、三位四通电磁换向阀和液压缸；控制系统包括plc、电磁继电器、位置传感器和四向自锁开关；执行机构包括软轴、离合器和变速箱。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述液压系统的三位四通电磁换向阀，根据其最终控制对象的不同分三种，分别是选挡摇臂三位四通电磁换向阀、换挡摇臂三位四通电磁换向阀和离合器摇臂三位四通电磁换向阀，它们又分别通过高压油路联接到与其对应的选挡摇臂液压缸、换挡摇臂液压缸和离合器摇臂液压缸，这三种液压缸可以通过软轴将其运动传递给执行机构。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，为满足离合器快分离和慢结合的工作特征，所述离合器摇臂的三位四通电磁换向阀的左侧油路与离合器摇臂液压缸采用采用差动连接增速回路，液压缸的出油口连接到其进油口，以增大进油流量，提高离合器液压缸在离合器分离过程中的工作速度，使其速度输出更加拟合离合器的工作特性，液压系统更加合理高效的与执行机构建立运动联系。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述执行机构有工作位，所述离合器摇臂有结合工作位和分离工作位；选挡摇臂有1/倒挡工工作位和2/3挡工作位；换挡摇臂杆有空挡工作位、1/3挡工作位和2/倒挡工作位。共7个工作位，在每个工作位处安装有位置传感器。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，三位四通电磁切换油路控制所述工作位置，其对应关系如下：
离合器摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应离合器摇臂结合工作位；离合器摇臂三位四通电磁换向阀右侧油路对应离合器摇臂分离工作位。
选挡摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应选挡摇臂1/倒挡工作位；选挡摇臂三位四电磁阀右侧油路对应选挡摇臂2/3挡工作位。
换挡摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应换挡摇臂1/3挡工作位；换挡摇臂三位四通电磁换向阀右侧油路对应换挡摇臂2/3挡工作位。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述换挡摇臂空挡工作位与换挡摇臂三位四通电磁换向阀无对应关系，通过给换挡摇臂三位同电磁阀两侧以一定频率循环通断电，通过位置传感器的反馈信号，一个周期内能把换挡摇臂定位到空挡工作位。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述三位四通电磁换向阀的油路切换由plc输出信号控制，plc输入信号分为控制信号和反馈信号。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述plc输出信号与液压系统之间通过电磁继电器进行中间过渡，plc24V输出信号控制电磁继电器的220V输出电路的通断情况，进而对与电磁继电器输出电路连接的三位四通电磁换向阀进行控制，实现plc的输出低电压对三位四通电磁换向阀工作高电压的控制。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述控制信号由四向自锁开关输入；所述反馈信号由位置传感器输入。两种信号具有如下合作关系：
首先四向自锁开关掰动至其四个方向的某一方向，plc控制信号输入端口输入控制信号，经plc内部程序对输入控制信号进行处理，按照内部程序逻辑，plc输出信号控制与其连接电磁继电器的高压回路导通，进而与此电磁继电器连接的三位四通电磁换向阀的一侧得电，该侧油路导通，其对应执行机构向该侧对应工作位移动，当移动到工作位，位置传感器触发，反馈信号经plc处理，控制三位四通电磁换向阀失电，三位四通电磁换向阀中间油路导通，对执行机构位置锁存。
一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制方法，其特征在于，一个完整的换挡过程可以分为两个过程即为摘旧挡和挂新挡。摘旧挡分为两步走，依次是离合器分离和换挡杆回中位（即空挡位）；挂新挡分三步走，依次是选挡摇臂到新选挡位、换挡摇臂到新换挡位和离合器结合。
摘旧挡的具体控制方法为:
第一步离合器分离，离合器摇臂三位四通电磁换向阀左侧得电，左侧油路导通，离合器摇臂向离合器摇臂分离工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，离合器摇臂三位四通电磁换向阀失电，离合器摇臂分离工作位锁存；第二步，对换挡摇臂三位四通电磁换向阀两侧以一定频率循环通电，当换挡摇臂移动至中间工作位，位置传感器反馈信号信号输入plc，换挡摇臂三位四通电磁换向阀失电，换挡摇臂在中间工作位锁存。
换新挡的具体控制方法为：
第一步选挡摇臂到新选挡位，选挡摇臂三位四通电磁换向阀一侧得电，该侧油路导通，选挡摇臂向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，选挡摇臂三位四通电磁换向阀失电，选挡摇臂工作位锁存；第二步换挡摇臂到新换挡位，换挡杆三位四通电磁换向阀一侧得电，该侧油路导通，换挡杆向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，换挡杆三位四通电磁换向阀失电，选挡摇臂工作位锁存；第三部离合器结合，离合器摇臂三位四通电磁换向阀右侧得电，右侧油路导通，离合器摇臂向离合器摇臂结合工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，离合器摇臂三位四通电磁换向阀失电，离合器摇臂结合工作位锁存。
一种基于软轴式三挡变速箱和离合器的液压系统操作方法，其特征在于，系统提供人机交互的操作面板，操作面板给给用户提供四向自锁式开关，四向开关的四个方向代表四个挡位，四向开关的中间位置代表空挡，用户只需要对四向开关掰动至挡位对应的方向，液压系统就可以帮助用户完成换挡操作。
附图说明
图1是软轴式3挡变速箱和离合器的液压控制系统示意图；
图2—3是软轴式3挡变速箱和离合器的控制系统示意图；
图4—5是四向自锁开关挡位与方向对应图；
图6—7是3挡变速箱示意图；
图8是离合器示意图；
图中所示：1-溢流阀；2-液压泵；3-离合器摇臂三位四通电磁换向阀；4-离合器摇臂液压缸；5-换挡摇臂三位四通电磁换向阀；6-换挡摇臂液压缸；7-选挡摇臂液压缸；8-选挡摇臂三位四通电磁换向阀；9-换挡摇臂1/3挡工作位传感器；10-换挡摇臂空挡工作位传感器；11-换挡摇臂2/倒挡工作位传感器；12-选挡摇臂1/倒挡工作位传感器；13-选挡摇臂2/3挡工作位传感器；14-分离工作位传感器；15-结合工作位传感器；16-换挡摇臂软轴；17-选挡摇臂软轴；18-离合摇臂软轴；19-四向自锁开关；20-换挡摇臂；21-选挡摇臂；22-离合器摇臂。
具体实施方式
<实施例1>
本实施例针对软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统在进行换挡操作时，用户的操作方法及系统内部的控制方法及工作流程进行阐述。
一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，主要包括液压系统、控制系统和执行机构，其中液压系统包括溢流阀1、液压泵2、三位四通电磁换向阀和液压缸；控制系统包括plc、电磁继电器、位置传感器和四向自锁开关；执行机构包括软轴、离合器摇臂22和变速箱换挡摇臂20和选挡摇臂21。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述液压系统的三位四通电磁换向阀，根据其最终控制对象的不同分三种，分别是选挡摇臂三位四通电磁换向阀8、换挡摇臂三位四通电磁换向阀6和离合器摇臂三位四通电磁换向阀3，它们又分别通过高压油路联接到与其对应的选挡摇臂液压缸7、换挡摇臂液压缸6和离合器摇臂液压缸4，这三种液压缸可以通过软轴将其运动传递给执行机构。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，为满足离合器快分离和慢结合的工作特征，所述离合器摇臂的三位四通电磁换向阀3的左侧油路与离合器摇臂液压缸4采用采用差动连接增速回路，液压缸的出油口连接到其进油口，以增大进油流量，提高离合器液压缸在离合器分离过程中的工作速度，使其速度输出更加拟合离合器的工作特性，液压系统更加合理高效的与执行机构建立运动联系。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述执行机构有工作位，所述离合器摇臂有结合工作位和分离工作位；选挡摇臂有1/倒挡工工作位和2/3挡工作位；换挡摇臂杆有空挡工作位、1/3挡工作位和2/倒挡工作位。共7个工作位，在每个工作位处安装有位置传感器，所述离合器摇臂有结合工作位传感器15和分离工作位传感器14；选挡摇臂有1/倒挡工作位传感器12和2/3挡工作位传感器13；换挡摇臂杆有空挡工作位传感器10、1/3挡工作位传感器9和2/倒挡工作位传感器12。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，三位四通电磁切换油路控制所述离合器摇臂和变速箱摇臂工作位置，其对应关系如下：
离合器摇臂三位四通电磁换向阀3左侧油路对应离合器摇臂结合工作位；离合器摇臂三位四通电磁换向阀3右侧油路对应离合器摇臂分离工作位。
选挡摇臂三位四通电磁换向阀8左侧油路对应选挡摇臂1/倒挡工作位；选挡摇臂三位四电磁阀8右侧油路对应选挡摇臂2/3挡工作位。
换挡摇臂三位四通电磁换向阀6左侧油路对应换挡摇臂1/3挡工作位；换挡摇臂三位四通电磁换向阀6右侧油路对应换挡摇臂2/3挡工作位。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述换挡摇臂空挡工作位与换挡摇臂三位四通电磁换向阀6无对应关系，通过给换挡摇臂三位同电磁阀两侧以一定频率循环通断电，通过位置传感器的反馈信号，一个周期内能把换挡摇臂定位到空挡工作位。
更进一步地，一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述三位四通电磁换向阀的油路切换由plc输出信号控制，plc输入信号分为控制信号和反馈信号。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述plc输出信号与液压系统之间通过电磁继电器进行中间过渡，plc24V输出信号控制电磁继电器的220V输出电路的通断情况，进而对与电磁继电器输出电路连接的三位四通电磁换向阀进行控制，实现plc的输出低电压对三位四通电磁换向阀工作高电压的控制。
更进一步地，所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述控制信号由四向自锁开关6输入，四向自锁开关的方向和挡位对应关系如图4所示；所述反馈信号由位置传感器输入。两种信号具有如下合作关系：
首先四向自锁开关6掰动至其四个方向的某一方向，plc控制信号输入端口输入控制信号，经plc内部程序对输入控制信号进行处理，按照内部程序逻辑，plc输出信号控制与其连接电磁继电器的高压回路导通，进而与此电磁继电器连接的三位四通电磁换向阀的一侧得电，该侧油路导通，其对应执行机构向该侧对应工作位移动，当移动到工作位，位置传感器触发，反馈信号经plc处理，控制三位四通电磁换向阀失电，三位四通电磁换向阀中间油路导通，对执行机构位置锁存。
一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制方法，其特征在于，一个完整的换挡过程可以分为两个过程即为摘旧挡和挂新挡。摘旧挡分为两步走，依次是离合器分离和换挡杆回中位（即空挡位）；挂新挡分三步走，依次是选挡摇臂到新选挡位、换挡摇臂到新换挡位和离合器结合。
摘旧挡的具体控制方法为:
第一步离合器分离。离合器摇臂三位四通电磁换向阀3右侧得电，右侧油路导通，离合器摇臂19向离合器摇臂分离工作位移动，到位后，分离工作位传感器反馈信号输入plc，plc控制离合器摇臂三位四通电磁换向阀3失电，离合器摇臂三位四通电磁换向阀3回中位，离合器摇臂分离工作位锁存；第二步，换挡摇臂回中位。对换挡摇臂三位四通电磁换向阀5两侧以一定频率循环通电，当换挡摇臂20移动至中间工作位，空挡工作位传感器反馈信号信号输入plc，plc换挡摇臂三位四通电磁换向阀5失电，换挡摇臂三位四通电磁换向阀5回中位，换挡,摇臂20在中间工作位锁存。
挂新挡的具体控制方法为：
第一步选挡摇臂21到新选挡位，选挡摇臂三位四通电磁换向阀8一侧得电，该侧油路导通，选挡摇臂21向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，选挡摇臂三位四通电磁换向阀8失电，选挡摇臂三位四通电磁换向阀8回中位，选挡摇臂工作位锁存；第二步换挡摇臂到新换挡位，换挡摇臂三位四通电磁换向阀5一侧得电，该侧油路导通，换挡摇臂20向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，换挡摇臂三位四通电磁换向阀5失电，换挡摇臂三位四通电磁换向阀5回中位，选挡,摇臂工作位锁存；第三步离合器结合，离合器摇臂三位四通电磁换向阀3右侧得电，右侧油路导通，离合器摇臂22向离合器摇臂结合工作位移动，到位后，结合工作位传感器15反馈信号输入plc，离合器摇臂三位四通电磁换向阀3失电，离合器摇臂三位四通电磁换向阀3回中位，离合器摇臂结合工作位锁存。
一种基于软轴式三挡变速箱和离合器的液压系统操作方法，其特征在于，系统提供人机交互的操作面板，操作面板给用户提供四向自锁式开关19，四向开关的四个方向代表四个挡位，四向开关的中间位置代表空挡，用户只需要对四向开关掰动至挡位对应的方向，液压系统就可以帮助用户完成换挡操作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，主要包括液压系统、控制系统和执行机构，其中液压系统包括液压泵、三位四通电磁换向阀、液压缸和溢流阀，控制系统包括plc、电磁继电器、位置传感器和四向自锁开关，执行机构包括软轴、离合器摇臂、变速箱选挡摇臂和变速箱换挡摇臂，所述液压系统的三位四通电磁换向阀，根据其最终控制对象的不同分三种，分别是选挡摇臂三位四通电磁换向阀、换挡摇臂三位四通电磁换向阀和离合器摇臂三位四通电磁换向阀，它们又分别通过高压油路联接到与其对应的选挡摇臂液压缸、换挡摇臂液压缸和离合器摇臂液压缸，这三种液压缸可以通过软轴将其运动传递给执行机构。
2.根据权利要求1所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述执行机构有工作位，所述离合器摇臂有结合工作位和分离工作位；选挡摇臂有1/倒挡工作位和2/3挡工作位；换挡摇臂有空挡工作位、1/3挡工作位和2/倒挡工作位；共7个工作位，在每个工作位处安装有位置传感器。
3.根据权利要求2所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，三位四通电磁切换油路控制所述工作位置，其对应关系如下：
离合器摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应离合器摇臂结合工作位；离合器摇臂三位四通电磁换向阀右侧油路对应离合器摇臂分离工作位；选挡摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应选挡摇臂1/倒挡工作位；选挡摇臂三位四电磁阀右侧油路对应选挡摇臂2/3挡工作位；换挡摇臂三位四通电磁换向阀左侧油路对应换挡摇臂1/3挡工作位；换挡摇臂三位四通电磁换向阀右侧油路对应换挡摇臂2/3挡工作位。
4.根据权利要求3所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述离合器摇臂的三位四通电磁换向阀的左侧油路与离合器摇臂液压缸采用采用差动连接增速回路，液压缸的出油口连接到进油口。
5.根据权利要求1-4所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述三位四通电磁换向阀的油路切换由plc输出信号控制，plc输入信号分为控制信号和反馈信号。
6.根据权利要求5所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述控制信号由四向自锁开关输入，所述反馈信号由位置传感器输入，两种信号具有如下合作关系：
首先自锁开关输入控制信号，三位四通电磁继电器一侧得电，其对应执行机构向该侧对应工作位移动，当移动到工作位，位置传感器触发，反馈信号经plc处理，控制三位四通电磁换向阀失电，三位四通电磁换向阀中间油路导通，对执行机构位置锁存。
7.根据权利要求3-6所述一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制系统，其特征在于，所述换挡摇臂空挡工作位与换挡摇臂三位四通电磁换向阀无对应关系，通过给换挡摇臂三位同电磁阀两侧以一定频率循环通断电，通过位置传感器的反馈信号，一个周期内能把换挡摇臂定位到空挡工作位。
8.一种软轴式三挡变速箱和离合器的液压控制方法，其特征在于，一个完整的换挡过程可以分为两个过程即为摘旧挡和挂新挡：
摘旧挡分为两步走，依次是离合器分离和换挡杆回中位（即空挡位）；挂新挡分三步走，依次是选挡摇臂到新选挡位、换挡摇臂到新换挡位和离合器结合；
摘旧挡的具体控制方法为:
第一步离合器分离，离合器摇臂三位四通电磁换向阀左侧得电，左侧油路导通，离合器摇臂向离合器摇臂分离工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，离合器摇臂三位四通电磁换向阀失电，离合器摇臂分离工作位锁存；第二步，对换挡摇臂三位四通电磁换向阀两侧以一定频率循环通电，当换挡摇臂移动至中间工作位，位置传感器反馈信号信号输入plc，换挡摇臂三位四通电磁换向阀失电，换挡摇臂在中间工作位锁存；
换新挡的具体控制方法为：
第一步选挡摇臂到新选挡位，选挡摇臂三位四通电磁换向阀一侧得电，该侧油路导通，选挡摇臂向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，选挡摇臂三位四通电磁换向阀失电，选挡摇臂工作位锁存；第二步换挡摇臂到新换挡位，换挡杆三位四通电磁换向阀一侧得电，该侧油路导通，换挡杆向该侧工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，换挡杆三位四通电磁换向阀失电，选挡摇臂工作位锁存；第三部离合器结合，离合器摇臂三位四通电磁换向阀右侧得电，右侧油路导通，离合器摇臂向离合器摇臂结合工作位移动，到位后，位置传感器反馈信号输入plc，离合器摇臂三位四通电磁换向阀失电，离合器摇臂结合工作位锁存。
9.一种基于软轴式三挡变速箱和离合器的液压系统操作方法，其特征在于，系统提供人机交互的操作面板，操作面板给给用户提供四向自锁式开关，四向开关的四个方向代表四个挡位，四向开关的中间位置代表空挡，用户只需要对四向开关掰动至挡位对应的方向，液压系统就可以帮助用户完成换挡操作。
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