CN110199591A - 一种水田旋耕平地机构的液压控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水田旋耕平地机构的液压控制装置，包括对液压油缸进、回油进行控制的三位四通换向阀和液压回路；液压回路包括油箱、液压泵、单向阀、溢流阀、过滤器、蓄能器和管道，液压泵的输入端通过管道、过滤器连接油箱，液压泵的输出端通过管道连接溢流阀进油口和单向阀一端，单向阀的另一端与溢流阀遥控口相连，形成液压输出端，蓄能器连接液压输出端，液压泵和蓄能器间歇工作，有效减少液压泵由于工作时间长而引起的发热，同时动态响应快，能量损失小；三位四通换向阀与对应液压缸连接，并根据电压信号控制对应液压缸的液油方向及流量，使液压油缸伸缩变化，带动旋耕机构框架运动。使用电液比例换向阀，有效解决换向冲击较大的问题。

Description

一种水田旋耕平地机构的液压控制装置

技术领域

本发明涉及智能农业机械领域，特别涉及一种水田旋耕平地机构的液压控制系统。

背景技术

旋耕机一般具有若干平行并列于刀轴上的旋耕刀，旋耕刀轴支承在旋耕机构框架上，旋耕机构框架由拖拉机牵引并通过旋耕刀轴转动带动若干旋耕刀转动进行旋耕作业。由于水田硬底层不平，若刀轴距地面的高度不变，遇有下凹的地面旋耕刀作业不到，而遇有上凸的地面旋耕刀因受较大阻力而致使旋耕机构框架振动、倾斜，严重影响旋耕作业质量与效率，不能实现水田平整作业，不利于水田灌溉、施肥及水稻作物的生长。平整的水田有利于农业规模化和精细化的推进，是可持续发展的必然选择。

因此目前不少旋耕机配有水田旋耕平地机构，该平地机构设有传感设备及GNSS天线，油泵连接液压阀和油源，并基本处于负载待机状态，以便在获取当前水田底层的高低位置信息时，根据位置信息产生的控制信号使液压阀向油缸对应位置供油，使油缸产生伸缩变化，油缸的伸缩变化带动旋耕机构框架做对应于水田底层高低位置的适应性的调整，使旋耕机构框架上的所有旋耕刀进行均衡的旋耕作业。例如，名称为GPS智能旋耕平地一体机的中国专利（CN206542709U）就是这样的这种旋耕平地机构，该平地一体机中的调整悬挂架是一个旋耕机构框架。

上述这种现有技术的旋耕平地机构在工作过程中，液压泵基本处于负载待机状态，使其频繁或持续工作，不能及时卸荷，致使液压油温度过高，在造成较大的功率损耗同时，还导致平地机构工作性能下降，甚至影响液压泵的寿命，造成液压泵的损坏。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种水田旋耕平地机构的液压控制系统，其中所述水田旋耕平地机构包括所述悬挂架、相对悬挂架可转动和上下移动的旋耕机构框架及可伸缩两端分别连接悬挂架和旋耕机构框架的两组液压油缸，两组液压油缸分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心一侧；所述液压控制装置包括对每组液压油缸进、回油进行控制的一个三位四通换向阀和液压回路；所述液压回路包括油箱、液压泵、单向阀、溢流阀、过滤器、蓄能器和管道，所述液压泵的输入端通过管道、过滤器连接油箱，液压泵的输出端通过管道连接溢流阀进油口和单向阀一端，单向阀的另一端与溢流阀遥控口相连，形成液压输出端，蓄能器连接液压输出端，在液压输出端压力不小于溢流阀的开启压力时，液压泵处于卸荷状态，在液压输出端压力小于溢流阀的开启压力时，液压泵通过单向阀向液压输出端及蓄能器供油；每组的三位四通换向阀中的进、回油口分别连接液压控制回路的液压输出端和油箱，两工作油口分别与对应一组液压缸的上、下油腔连接，三位四通换向阀根据电压信号控制对应一组液压缸的液油方向及流量，使液压油缸两端伸缩变化，带动旋耕机构框架运动。

进一步的设计还在于：

所述液压控制装置还包括三位四通换向阀的控制机构，该控制机构包括车载计算机，信号接收模块和嵌入式自动调平集成控制单元，所述信号接收模块为双天线GNSS接收模块，该GNSS接收模块包括主天线、副天线和接收机，接收机接收主天线、副天线接收到的旋耕机构框架对应于主天线、副天线当前位置的高度信号和对应于该两位置信号产生的倾角信号，并将接收的信号发送给车载计算机，车载计算机对接收机发送的信号进行处理，形成控制信号，嵌入式自动调平集成控制单元将控制信号转变为对应于三位四通换向阀的换向或开度调节的电信号，通过对三位四通换向阀的换向和开度调节，液压油缸做对应的伸缩变化，使旋耕机构框架运动至平地所需状态。

所述主天线和副天线分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心两侧。

所述信号接收模块包括单天线GNSS接收模块和倾角传感器，倾角传感器接收旋耕机构框架倾角信号，单天线GNSS接收模块接收旋耕机构框架的高度信号，并将接收的信号发送给车载计算机。

所述倾角传感器和天线置于旋耕机构框架上。

所述两组液压油缸的对应两组三位四通换向阀受到对应两路输出电压信号VA、VB控制；VA、VB均为正信号或负信号，二组三位四通换向阀的同位阀打开，两组液压缸同时伸长或缩短，使旋耕架做上升或下降运动；VA、VB为一正一负信号，二组三位四通换向阀的不同位阀打开，两组液压缸分别伸长和缩短，使旋耕架做转动运动；VA、VB均为零，两组液压缸所对应的三位四通换向阀均处于中位的断电位置，两组液压缸锁定在原有位置。

所述悬挂架上设有滑槽，旋耕机构框架上设有转轴，旋耕机构框架通过转轴相对滑槽的转动或上下滑动而活动连接在悬挂架上。

所述两组液压油缸中每组液压油缸包含两个液压油缸，每组的两个液压油缸分别设置在对应于悬挂架左侧或右侧的两边角位置上。

所述液压泵为齿轮泵。

所述三位四通换向阀为三位四通电液比例换向阀。

本发明通过蓄能器并结合由单向阀、溢流阀组成卸荷溢流阀，使蓄能器和液压泵之间既相互隔开，又协同工作，系统压力由蓄能器保持，使液压泵间隙工作，有效减少液压泵由于工作时间长而引起的发热，延长液压泵使用寿命，同时还动态响应快，能量损失小；此外结合电液比例换向阀使用，有效解决换向冲击较大，不能及时停止的问题，保证了系统的稳定性和平地精度。

附图说明

图1为实施例一中的平地机构结构示意图。

图2为实施例一中的液压控制装置的结构示意图。

图3为实施例二中的平地机构结构示意图。

图4为实施例二中的液压控制装置的结构示意图。

图中，3-悬挂机构，31-悬挂架，310-挂接部，311-滑槽，32-旋耕机构框架，321-转轴，322-天线，323-倾角传感器，325-主天线，327-副天线，9-油箱，15-液压泵，16-电机，17-单向阀，18-蓄能器，19-溢流阀，20、21-三位四通换向阀， 41-左侧液压油缸， 42-右侧液压油缸， 43、44-左侧一组液压油缸， 45、46-右侧一组液压油缸， 5-拖拉机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作详细说明。

实施例一：

如图1，本实施例的液压控制装置实施于平地机构3上，该平地机构具有悬挂架31、旋耕机构框架32和两组液压油缸。悬挂架31通过其上的挂接部310与拖拉机5悬挂连接，旋耕机构框架32相对悬挂架可转动和上下移动地连接在悬挂架31上。具体的，在悬挂架31上设置滑槽311，旋耕机构框架32上设置转轴321，旋耕机构框架32通过转轴321相对滑槽311的转动或/和上下滑动地活动连接在悬挂架31上。当然也可将滑槽设置在旋耕机构框架32上，将转轴设置在悬挂架31上，旋耕机构框架32同样可以通过转轴321与滑槽311的相对转动和滑动，使其活动连接在悬挂架31上。本实施例中的液压油缸竖直放置，上端连接悬挂架31，下端连接于旋耕机构框架32，两组液压油缸分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心的左、右一侧，左侧一组液压油缸包含一只左侧液压油缸41，右侧一组液压油缸包含一只右侧液压油缸42。液压油缸通过活塞在缸内的运动，使其整体可伸缩，从而形成可伸缩的上下两端。液压油缸的伸缩变化使旋耕机构框架32可相对悬挂架31运动，由此调节旋耕机构框架32的姿态，使旋耕机构框架32上的旋耕刀326保持做平地作业所需的作业状态。

如图2，对液压油缸伸缩进行控制的液压控制装置包括三位四通换向阀和液压回路，两三位四通换向阀20、21分别对左侧液压油缸41和右侧液压油缸42的进、回油进行控制。

液压回路主要由油箱9、液压泵15、单向阀17、溢流阀19和蓄能器18和过滤器10组成，本实施例的液压泵采用齿轮泵，该齿轮泵由拖拉机动力输出轴PTO提供的动力来驱动。该液压泵的输入端连接油箱11，输出端连接溢流阀18和单向阀17的一端，单向阀17的另一端与溢流阀19的遥控口连接形成液压输出端12，蓄能器18连接压输出端12。蓄能器18作为辅助动力源，使液压泵15间歇工作，蓄能器18由液压泵15供油，中间通过单向阀17隔开，单向阀17与溢流阀19组成卸荷溢流阀，用于控制液压系统压力。当系统压力达到溢流阀19的开启压力时，蓄能器18的压力作用在卸荷溢流阀的遥控口，使得该阀完全打开，液压泵15处于卸荷状态，蓄能器18和液压泵15之间由单向阀17隔开，系统压力由蓄能器18保持。当系统压力降到关闭压力时，溢流阀关闭，液压泵15通过单向阀17通过液压输出端12向系统及向蓄能器18供油。

本实施例的两三位四通换向阀20、21采用三位四通电液比例换向阀，阀中的进油口P和回油口T分别连接液压控制回路的液压输出端12和油箱9，两工作油口A、B分别与对应液压缸的上油腔U和下油腔D连接，三位四通换向阀根据电压信号控制对应液压缸的液油方向及流量，使液压油缸两端伸缩变化，带动旋耕机构框架运动。

对两三位四通换向阀20、21的控制是根据平地作业的田地不平整状况进行的，因此液压控制装置还包括三位四通换向阀的控制机构，该控制机构包括车载计算机、信号接收模块和嵌入式自动调平集成控制单元，信号接收模块为单天线GNSS接收模块和倾角传感器323，单天线GNSS接收模块包括天线322和接收机（未画出），倾角传感器323和天线322设置在旋耕机构框架32上，参见图1，单天线GNSS接收模块接收旋耕机构框架的高度信号，倾角传感器接收旋耕机构框架的倾角信号，并将接收的信号发送给车载计算机。车载计算机对接收机发送的信号进行处理，形成对应于两三位四通换向阀20、21的相关数字控制信号，嵌入式自动调平集成控制单元将该控制信号转变为对应于两三位四通换向阀的换向或开度调节的对应两路电压信号VA、VB。通过对两三位四通换向阀20、21的换向和开度调节，使对应液压油缸41、42做对应的伸缩变化，从而使旋耕机构框架上的旋耕刀保持平地作业所需的姿态。

两个三位四通换向阀分别受到对应输出电压信号VA、VB控制，两路输出电压信号VA、VB基本包括下述几种情况：

1）旋耕机构框架32中心平面与基准平面平行且低于基准平面时，两路输出电压VA、VB均为负，两三位四通电液比例换向阀20、21均左位侧通电，使左位阀工作，蓄能器18输出的高压油流入液压缸下腔，液压缸上腔U的液压油流回油箱9，液压缸收缩，旋耕机构框架32受到液压缸的拉力作用，通过其上转轴321沿着悬挂架31上的滑槽311向上移动，旋耕机构框架向上平移，直至上升到基准平面高度。

2）旋耕机构框架32中心平面与基准平面平行且高于基准平面时，两路输出电压VA、VB均为正，两三位四通电液比例换向阀20、21均右位侧通电，使右位阀工作，蓄能器18输出的高压油流入液压缸上腔U，液压缸下腔D的液压油流回油箱9，液压缸伸长，旋耕机构框架32受到液压缸的推力作用，通过其上转轴321沿着悬挂架31上的滑槽311向下移动，旋耕机构框架向下平移，直至下降到基准平面高度。

3）旋耕机构框架32中心与基准平面高度一致但左高右低时，施于三位四通电液比例换向阀20的输出电压VA为正，右侧通电，右位工作，蓄能器18输出的高压油流入左侧液压缸41上腔，左侧液压缸41下腔的液压油流回油箱9，液压缸41伸长。与此同时，施于三位四通电液比例换向阀21的输出电压VB为负，左侧通电，左位工作，蓄能器18输出的高压油流入右侧液压缸43上腔，右侧液压缸43下腔的液压油流回油箱9，右侧液压缸43收缩。由此旋耕机构框架32在左侧液压缸41和右侧液压缸43的作用下绕着旋转轴321顺时针转动，直至旋耕机构框架重合于基准平面。

4）旋耕机构框架32中心与基准平面高度一致但右高左低时，施于三位四通电液比例换向阀20的输出电压VA为负，左侧通电，左位工作，蓄能器18输出的高压油流入右侧液压缸41上腔，右侧液压缸41下腔的液压油流回油箱9，液压缸41收缩。与此同时，施于三位四通电液比例换向阀21的输出电压VB为正，右侧通电，右位工作，蓄能器18输出的高压油流入左侧液压缸43上腔，左侧液压缸43下腔的液压油流回油箱9，左侧液压缸43伸长。由此旋耕机构框架32在左侧液压缸41和右侧液压缸43的作用下绕着旋转轴321逆时针转动，直至旋耕机构框架重合于基准平面。

5）旋耕机构框架32中心高度与基准平面一致且处于水平状态时，两路输出电压VA、VB均为0，左侧三位四通电液比例换向阀20和右侧三位四通电液比例换向阀21均断电，此时三位四通电磁换向阀处于中位，液压缸活塞锁住不动，系统保压，液压缸41、43停止对旋耕平地装置的调节，高度不变。

实施例二：

本实施例的液压控制装置实施于如图3所示的平地机构3上，该平地机构3具有如同实施例1的相同功能构件，包括悬挂架31、旋耕机构框架32和两组液压油缸。悬挂架31通过一个与其焊接的挂接部310与拖拉机悬挂连接，悬挂架31对称中心设有滑槽311，旋耕机构框架32上设有滑槽311相匹配的转轴321，转轴321置于滑槽311中，旋耕机构框架32通过转轴321相对滑槽311的转动或/和上下滑动地活动连接在悬挂架31上。本实施例中的液压油缸竖直放置，两组液压油缸中每组包含二只液压油缸，两组液压油缸分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心的左右一侧，左侧一组液压油缸43、44和右侧一组液压油缸45、46设置在对应于悬挂架左侧边和右侧边对应的边角位置上。液压油缸通过活塞在缸内的运动，使其整体可伸缩，从而形成可伸缩的上下两端，上端连接在悬挂架31上，下端连接在旋耕机构框架32，液压油缸的伸缩变化会使旋耕机构框架32相对悬挂架31运动，由此调节旋耕机构框架32的姿态，使旋耕机构框架32上的旋耕刀323保持做平地作业所需的作业状态。

对左侧一组液压油缸43、44和右侧一组液压油缸45、46的进、回油进行控制的液压控制装置如图3所示，其中的液压泵也采用齿轮泵，该齿轮泵由拖拉机上的电源驱动电机16提供动力。左侧一组液压油缸43、44和右侧一组液压油缸45、46分别连接在左侧三位四通换向阀20和右侧三位四通换向阀21上，本实施例的两三位四通换向阀20、21也采用三位四通电液比例换向阀，其连接的方式和具体工作原理与实施例1相同，不再一一赘述。

同上述实施例一样，液压控制装置还含有包括车载计算机、信号接收模块和嵌入式自动调平集成控制单元的三位四通换向阀的控制机构。但信号接收模块为双天线GNSS接收模块，该GNSS接收模块包括主天线325、副天线327和接收机（未画出），主天线325和副天线327分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心两侧，参见图3，主天线325和副天线327分别将接收到的旋耕机构框架32对应位置上的高度信号和对应于该两位置产生的倾角信号发送给接收机，接收机将接收的信号发送给车载计算机，车载计算机对接收机发送的信号进行处理，形成对应于两组液压油缸的两三位四通换向阀20、21的相关数字控制信号，嵌入式自动调平集成控制单元将该控制信号转变为对应于两三位四通换向阀的换向或开度调节的对应两路电压信号VA、VB。通过对两三位四通换向阀20、21的换向和开度调节，使对应液压油缸41、42做对应的伸缩变化，从而使旋耕机构框架上的旋耕刀保持平地作业所需的姿态。

如同上述实施例，两个三位四通换向阀分别受到对应输出电压信号VA、VB控制，并且两路输出电压信号VA、VB所包括的情形也与上述实施例相同，不再一一赘述。

Claims (10)

1.水田旋耕平地机构的液压控制装置，所述水田旋耕平地机构包括悬挂架、相对悬挂架可转动和上下移动的旋耕机构框架及可伸缩两端分别连接悬挂架和旋耕机构框架的两组液压油缸，两组液压油缸分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心一侧；其特征在于：所述液压控制装置包括对每组液压油缸进、回油进行控制的一个三位四通换向阀和液压回路；所述液压回路包括油箱、液压泵、单向阀、溢流阀、过滤器、蓄能器和管道，所述液压泵的输入端通过管道、过滤器连接油箱，液压泵的输出端通过管道连接溢流阀进油口和单向阀一端，单向阀的另一端与溢流阀遥控口相连，形成液压输出端，蓄能器连接液压输出端，在液压输出端压力不小于溢流阀的开启压力时，液压泵处于卸荷状态，在液压输出端压力小于溢流阀的开启压力时，液压泵通过单向阀向液压输出端及蓄能器供油；每组的三位四通换向阀中的进、回油口分别连接液压控制回路的液压输出端和油箱，两工作油口分别与对应一组液压缸的上、下油腔连接，三位四通换向阀根据电压信号控制对应一组液压缸的液油方向及流量，使液压油缸两端伸缩变化，带动旋耕机构框架运动。

2.根据权利要求1所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述液压控制装置还包括三位四通换向阀的控制机构，该控制机构包括车载计算机，信号接收模块和嵌入式自动调平集成控制单元，所述信号接收模块为双天线GNSS接收模块，该GNSS接收模块包括主天线、副天线和接收机，接收机接收主天线、副天线接收到的旋耕机构框架对应于主天线、副天线当前位置的高度信号和对应于该两位置信号产生的倾角信号，并将接收的信号发送给车载计算机，车载计算机对接收机发送的信号进行处理，形成控制信号，嵌入式自动调平集成控制单元将控制信号转变为对应于三位四通换向阀的换向或开度调节的电信号，通过对三位四通换向阀的换向和开度调节，液压油缸做对应的伸缩变化，使旋耕机构框架运动至平地所需状态。

3.根据权利要求2所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述主天线和副天线分置于旋耕机构框架相对悬挂架转动的转动中心两侧。

4.根据权利要求2所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述信号接收模块包括单天线GNSS接收模块和倾角传感器，倾角传感器接收旋耕机构框架倾角信号，单天线GNSS接收模块接收旋耕机构框架的高度信号，并将接收的信号发送给车载计算机。

5.根据权利要求4所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述倾角传感器和天线置于旋耕机构框架上。

6.根据权利要求1-5任一项所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述两组液压油缸的对应两组三位四通换向阀受到对应两路输出电压信号VA、VB控制；VA、VB均为正信号或负信号，二组三位四通换向阀的同位阀打开，两组液压缸同时伸长或缩短，使旋耕架做上升或下降运动；VA、VB为一正一负信号，二组三位四通换向阀的不同位阀打开两组液压缸分别伸长和缩短，使旋耕架做转动运动；VA、VB均为零，两组液压缸所对应的三位四通换向阀均处于中位的断电位置，两组液压缸锁定在原有位置。

7.根据权利要求1所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述悬挂架上设有滑槽，旋耕机构框架上设有转轴，旋耕机构框架通过转轴相对滑槽的转动或上下滑动而活动连接在悬挂架上。

8.根据权利要求7所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述两组液压油缸中每组液压油缸包含两个液压油缸，每组的两个液压油缸分别设置在对应于悬挂架左侧或右侧的两边角位置上。

9.根据权利要求1所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述液压泵为齿轮泵。

10.根据权利要求1所述的水田旋耕平地机构的液压控制装置，其特征在于：所述三位四通换向阀为三位四通电液比例换向阀。