CN110715801B - 一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台与试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，包括：试验平台；加载台架，其与试验平台平行设置，并且加载台架的一端与试验平台的一端固定连接；农机具框架，其一端可拆卸的连接在拖拉机悬挂系统上；两个负载油缸，其对称设置在农机具框架的两侧，负载油缸的一端与农机具框架的另一端连接；两个负载油缸位置调整机构，其与两个负载油缸一一对应设置；负载油缸位置调整机构的一端连接在加载台架上，另一端与负载油缸的另一端连接；其中，负载油缸位置调整机构能够带动负载油缸移动，使负载油缸的一端靠近或远离加载台架。同时，本发明还公开了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法。

Description

一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台与试验 方法

技术领域

本发明属于拖拉机悬挂系统加载测试技术领域，特别涉及一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台与试验方法。

背景技术

拖拉机悬挂系统是拖拉机作业机组的一个重要组成部分，在拖拉机农机具组作业中，对拖拉机悬挂系统进行自动控制，可以达到提高作业机组生产率、燃油经济性、减轻驾驶员操作强度、改善作业质量的目的。

在传统的实车试验中不管是在旱地还是在水田地，拖拉机机组的作业环境和作业王况都是复杂多变的，使得开发和测试投入大、周期长、使用和维护成本高，特别是对参数要求更高的大功率拖拉机关键部件尤其如此。拖拉机悬挂耕深控制的研究不能只局限于虚拟仿真与田间经验。对拖拉机悬挂系统控制策略进行验证可以为优化拖拉机电液悬挂系统提供依据。为减轻田间测试的负担，发明一套能够在室内完成的悬挂模拟加载试验台就显得特别重要。

南京农业大学李文明在《拖拉机悬挂试验台电液加载系统的设计与研究》中设计并制作加载试验台，采用电液加载的方式模拟土壤阻力。悬挂加载系统的试验台架主要包括三个部分：机械部分、液压部分和控制柜部分，悬挂加载系统试验台架的机械部分是试验能够完成的基础，机械部分包括整体的框架、悬挂装置试验犁架和加载缸四个主要部分，其中，整体框架起到支撑加载系统的作用，并且便于悬挂装置进行固定，悬挂装置包含了提升臂、上拉杆总成、两根提升杆杆总成、两根下拉杆总成和两根限位杆总成，配置一个提升缸，从而实现整个悬挂系统的升降。试验犁架是模拟犁架和犁体的配重装置，安装一个犁柱便于加载缸连接以实现模拟加载。

该试验台需要将悬挂装置整体安装到试验台上并进行固定，进而对农机具负载及耕深情况实现模拟加载，也就是说对于一个自带悬挂系统的完整拖拉机产品无法进行检测及模拟加载，无法验证一个完整拖拉机电控液压悬挂系统装置的控制策略，因此，试验对象具有一定的局限性。

发明内容

本发明设计开发了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其通过农机具框架直接与拖拉机悬挂系统连接，通过两个负载油缸实现对土壤阻力的模拟，并且通过两个负载油缸位置调整机构实时调整负载油缸的位置，能够保证负载油缸处于设定的加载角度，从而提高拖拉机悬挂系统加载力检测的精确度。

本发明设计开发了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，能够模拟不同的土壤阻力进行加载试验，得到土壤的阻力与悬挂系统高度的关系。

本发明提供的技术方案为：

一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，包括：

试验平台；

加载台架，其与所述试验平台平行设置，并且所述加载台架的一端与所述试验平台的一端固定连接；

农机具框架，其一端可拆卸的连接在拖拉机悬挂系统上；

两个负载油缸，其对称设置在所述农机具框架的两侧，所述负载油缸的一端与所述农机具框架的另一端连接；

两个负载油缸位置调整机构，其与所述两个负载油缸一一对应设置；所述负载油缸位置调整机构的一端连接在所述加载台架上，另一端与所述负载油缸的另一端连接；

其中，所述负载油缸位置调整机构能够带动所述负载油缸移动，使所述负载油缸的一端靠近或远离所述加载台架。

优选的是，所述负载油缸位置调整机构包括：

负载油缸位置调整油缸，其与所述加载台架垂直设置，并且所述负载油缸位置调整油缸的一端与所述加载台架铰接；

连接块，其固定连接在所述负载油缸位置调整油缸的另一端；

其中，所述负载油缸的一端与所述连接块铰接。

优选的是，所述加载台架上固定设置有导轨，所述导轨与所述加载台架垂直设置；

其中，所述连接块匹配连接在所述导轨上，并且能够沿所述导轨滑动。

优选的是，所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其还包括：

农机具框架位移测量机构，其用于测量所述农机具框架在垂直于所述加载台架方向上的位移；

两个负载油缸拉力传感器，其分别用于测量两个负载油缸的负载；

两个负载油缸位移传感器，其分别用于测量两个负载油缸的行程；以及

两个负载油缸倾角传感器，其分别用于测量两个负载油缸与所述加载台架之间的夹角。

优选的是，所述农机具框架位移测量机构包括：

移动平台，其可移动的设置在所述加载台架上；

移动平台位置调整油缸，其一端固定连接在所述加载台架上，另一端与所述移动平台铰接；

其中，所述移动平台位置调整油缸能够带动所述移动平台移动，使所述移动平台靠近或远离所述试验平台；

农机具框架位移传感器，其一端连接所述农机具框架，另一端连接所述移动平台；

农机具框架倾角传感器，其用于测量所述农机具框架与所述加载台架之间的夹角。

优选的是，所述加载台架上沿所述移动平台位置调整油缸的长度方向开设有多个滑槽，所述移动平台的底部设置有与所述滑槽匹配滑动的滑块。

优选的是，所述负载油缸拉力传感器的一端与所述农机具框架铰接，另一端与所述负载油缸的一端固定连接。

一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，包括如下步骤：

步骤一、将拖拉机车身置于试验平台上，将农机具框架连接在拖拉机悬挂系统上；

步骤二、控制负载油缸对所述农机具框架施加第一第二负载力，驱动农机具框架运动，使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；

步骤三、根据模拟加载试验台模拟的土壤性质，控制负载油缸对所述农机具框架施加第二负载力，驱动农机具框架运动，拖拉机电控液压悬挂系统调整农机具框架的高度，使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；并记录不同第二负载力对应的农机具框架的高度变化值；得到第二负载力与农机具框架的位置的关系；

其中，在农机具框架移动时，通过负载油缸位置调整机构调节负载油缸的位置，使负载油缸保持在固定的加载角度。

优选的是，所述第二负载力为：

F₂＝k·F₁；

式中，k为土壤的阻力系数，F₁为第一负载力。

优选的是，根据模拟的土壤性质，确定土壤的阻力系数；所述土壤的阻力系数为：

式中，S_f为土壤的比阻，S_f0为单位比阻；ρ_b为土壤容重，ρ_b0为土壤单位容重；w为土壤含水率，w_max为适宜耕种的土壤的最大含水率，w_min为适宜耕种的土壤的最小含水率；T_max为适宜耕种的土壤的最高温度，T_min为适宜耕种的土壤的最低温度。

本发明的有益效果是：

本发明提供的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，通过农机具框架直接与拖拉机悬挂系统连接，通过两个负载油缸实现对土壤阻力的模拟，并且通过两个负载油缸位置调整机构实时调整负载油缸的位置，能够保证负载油缸处于设定的加载角度，从而提高拖拉机悬挂系统加载力检测的精确度。

本发明提供拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，可以对拖拉机电控液压悬挂系统控制策略进行验证；同时能够模拟不同的土壤阻力进行加载试验，得到土壤的阻力与悬挂系统高度的关系。

附图说明

图1为本发明所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台的总体结构示意图。

图2为本发明所述的悬挂系统检测及模拟加载试验台的加载装置部分的主视图。

图3为本发明所述的悬挂系统检测及模拟加载试验台的加载装置部分的总体结构示意图。

图4为本发明所述的图3中A处的放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-4所示，本发明提供了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其主要包括：试验平台110，加载台架120，农机具框架130，两个负载油缸140、150，以及两个负载油缸位置调整机构160、170。

试验平台110水平设置，并且固定在水平地面上。加载台架120水平设置，并且固定在水平地面上，并且加载台架120的左端与试验平台110的右端通过螺栓固定连接。拖拉机机身210固定设置在试验平台110上，拖拉机机身210的后方具有拖拉机悬挂系统220。

如图2-4所示，农机具框架130的一端设有三个悬挂连接部，位于上侧的悬挂连接部设置有多个销轴连接孔130a，并且通过连接孔130a与拖拉机悬挂系统上悬挂点销轴连接；位于下侧的两个悬挂连接部设置有多个销轴连接孔130b，并且通过销轴连接孔130b实现与拖拉机悬挂系统的下悬挂点销轴连接。农机具框架130通过销轴可拆卸的连接在拖拉机悬挂系统220上，使农机具框架130能够跟随拖拉机悬挂系统220移动。负载油缸140和负载油缸150分别沿加载台架120的长度方向对称设置在农机具框架130的两侧，两个负载油缸位置调整机构160和170分别与所述两个负载油缸140和150一一对应设置。农机具框架130的两侧(在远离试验平台110的一端)分别竖直向下设置有连接杆131和132，负载油缸140的一端与连接杆131的下端连接，另一端连接在负载油缸位置调整机构160上；负载油缸150的一端与连接杆132的下端连接，另一端连接在负载油缸位置调整机构170上。其中，负载油缸位置调整机构160和170能够分别带动负载油缸140和150的左端上下移动，使负载油缸140和150的左端靠近或远离所述加载台架120。通过设置两个负载油缸位置调整机构能够实时调整两个负载油缸140和150的位置(与加载台架之间角度)，能够保证负载油缸处于设定的加载角度，从而提高拖拉机悬挂系统加载力检测的精确度。

由于两个负载油缸位置调整机构160和170的结构相同，下面仅以负载油缸位置调整机构160为例，对负载油缸位置调整机构的结构做进一步说明，如图3-4所示，负载油缸位置调整机构160主要包括：负载油缸位置调整油缸161及连接块162。负载油缸位置调整油缸161与加载台架120垂直设置；其中，加载台架120的前端沿竖直方向设置有油缸安装架121，并且负载油缸位置调整油缸161的(活塞杆)上端与油缸安装架121铰接；连接块162固定连接在负载油缸位置调整油缸161的下端；其中，负载油缸140的左端与连接块162铰接。负载油缸位置调整油缸161的活塞杆伸长或缩短能够带动负载油缸140的左端上下移动。

作为进一步的优选，在油缸安装架121上沿竖直方向设置有导轨122，连接块162上开设有滑槽，并通过所述滑槽匹配连接在导轨122上，使连接块162沿导轨122滑动，保证连接块带动负载油缸140的左端沿竖直方向移动。

所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台还包括：农机具框架位移测量机构210，其用于测量农机具框架130在垂直于加载台架120方向上(竖直方向上)的位移；两个负载油缸拉力传感器220和230，其分别用于测量两个负载油缸140和150的负载；两个负载油缸位移传感器240和250，其分别安装在两个负载油缸140和150上，分别用于测量两个负载油缸140和150的行程；以及两个负载油缸倾角传感器260和270，其分别安装在两个负载油缸140和150上，分别用于测量两个负载油缸140和150与加载台架120(水平面)之间的夹角。

在另一个实施例中，农机具框架位移测量机构210包括：移动平台211、移动平台位置调整油缸212、农机具框架位移传感器213、农机具框架倾角传感器214。移动平台211可移动的设置在加载台架120上；移动平台位置调整油缸212一端固定连接在加载台架120的前端，另一端(活塞杆端部)与移动平台211铰接；其中，移动平台位置调整油缸212的活塞杆伸长或缩短能够带动移动平台211移动，使移动平台211靠近或远离试验平台110。农机具框架位移传感器213采用拉线传感器，农机具框架位移传感器213的上端连接在农机具框架130上，下端连接(通过磁体吸合)在移动平台211上。农机具框架倾角传感器214设置在农机具框架130上，用于测量农机具框架130与加载台架120之间的夹角。当农机具框架倾角传感器214检测到农机具框架130发生倾斜时，通过移动平台位置调整油缸212调整移动平台211的位置，保证农机具框架位移传感器213始终处于竖直状态，使农机具框架位移传感器213测量到的位移更为准确；此外，采用拉线传感器对农机具框架进行位移测量，相对于其他非接触式传感器能够提高测量精度。

在另一个实施例中，两个负载油缸拉力传感器220和230分别设置在两个负载油缸与农机具框架之间，即：两个负载油缸拉力传感器220和230的一端(右端)分别与农机具框架的连接杆131和132铰接，两个负载油缸拉力传感器220和230的另一端(左端)分别与负载油缸140和150的一端(右端)固定连接。

作为优选，加载台架120上沿移动平台位置调整油缸212的长度方向开设有多个滑槽123，移动平台211的底部设置有与滑槽123匹配滑动的滑块(图中未示出)，滑槽123对移动平台的移动起导向作用。

所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台还包括：电控柜410，其内部设置有拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台的控制系统；以及控制面板420，其用于输入测试参数。其中，控制面板420与所述控制系统连接，控制系统用于控制拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台的运行。

同时，本发明还提供了一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，包括如下步骤：

步骤一、将拖拉机车身置于试验平台上，将农机具框架连接在拖拉机悬挂系统上；

步骤二、控制负载油缸对所述农机具框架施加第一加载力，驱动农机具框架运动；使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；

步骤三、根据模拟加载试验台模拟的土壤的阻力系数，控制负载油缸对所述农机具框架施加第二加载力，驱动农机具框架运动，拖拉机电控液压悬挂系统根据自身的控制策略，自动调整农机具框架的高度，使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；设定不同的土壤阻力系数，得到不同的第二负载力，进行多次加载试验，并记录不同第二负载力对应的农机具框架的高度变化值；得到第二加载力与农机具框架的位置(高度)的关系；从而得到土壤阻力系数与农机具框架的高度的对应关系。

其中，拖拉机悬挂系统受到的力通过销轴传感器进行检测，所述销轴传感器销轴设置在连接孔130b拖拉机悬挂系统的下悬挂点连接处，即在连接孔130b中安装销轴传感器将农机具框架130与拖拉机悬挂系统的下悬挂点连接；通过销轴传感器测量拖拉机悬挂系统受到的力能够提高测量精度。

所述第二负载力为：

F₂＝k·F₁；

式中，k为土壤的阻力系数，F₁为第一负载力。

其中，在农机具框架移动时，通过负载油缸位置调整机构调节负载油缸的位置，使负载油缸保持在固定的加载角度。

在本实施例中，根据模拟的土壤性质，确定土壤的阻力系数；所述土壤的阻力系数为：

式中，S_f为土壤的比阻，S_f0为单位比阻；ρ_b为土壤容重，ρ_b0为土壤单位容重；w为土壤含水率，w_max为适宜耕种的土壤的最大含水率，w_min为适宜耕种的土壤的最小含水率；T_max为适宜耕种的土壤的最高温度，T_min为适宜耕种的土壤的最低温度。

在实际应用中，获取土壤的性质之后即可根据土壤阻力系数与拖拉机悬挂的高度关系，改变拖拉机的悬挂系统的高度，以减小拖拉机受到的土壤阻力，从而减小拖拉机油耗，提高拖拉机使用的经济性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其特征在于，包括：

试验平台；

加载台架，其与所述试验平台平行设置，并且所述加载台架的一端与所述试验平台的一端固定连接；

农机具框架，其一端可拆卸的连接在拖拉机悬挂系统上；

两个负载油缸，其对称设置在所述农机具框架的两侧，所述负载油缸的一端与所述农机具框架的另一端连接；

两个负载油缸位置调整机构，其与所述两个负载油缸一一对应设置；所述负载油缸位置调整机构的一端连接在所述加载台架上，另一端与所述负载油缸的另一端连接；

其中，所述负载油缸位置调整机构能够带动所述负载油缸移动，使所述负载油缸的一端靠近或远离所述加载台架；

所述负载油缸位置调整机构包括：

负载油缸位置调整油缸，其与所述加载台架垂直设置，并且所述负载油缸位置调整油缸的一端与所述加载台架铰接；

连接块，其固定连接在所述负载油缸位置调整油缸的另一端；

其中，所述负载油缸的一端与所述连接块铰接；

农机具框架位移测量机构，其用于测量所述农机具框架在垂直于所述加载台架方向上的位移；

两个负载油缸拉力传感器，其分别用于测量两个负载油缸的负载；

两个负载油缸位移传感器，其分别用于测量两个负载油缸的行程；以及

两个负载油缸倾角传感器，其分别用于测量两个负载油缸与所述加载台架之间的夹角。

2.根据权利要求1所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其特征在于，所述加载台架上固定设置有导轨，所述导轨与所述加载台架垂直设置；

其中，所述连接块匹配连接在所述导轨上，并且能够沿所述导轨滑动。

3.根据权利要求2所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其特征在于，所述农机具框架位移测量机构包括：

移动平台，其可移动的设置在所述加载台架上；

移动平台位置调整油缸，其一端固定连接在所述加载台架上，另一端与所述移动平台铰接；

其中，所述移动平台位置调整油缸能够带动所述移动平台移动，使所述移动平台靠近或远离所述试验平台；

农机具框架位移传感器，其一端连接所述农机具框架，另一端连接所述移动平台；

农机具框架倾角传感器，其用于测量所述农机具框架与所述加载台架之间的夹角。

4.根据权利要求3所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其特征在于，所述加载台架上沿所述移动平台位置调整油缸的长度方向开设有多个滑槽，所述移动平台的底部设置有与所述滑槽匹配滑动的滑块。

5.根据权利要求4所述的拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验台，其特征在于，所述负载油缸拉力传感器的一端与所述农机具框架铰接，另一端与所述负载油缸的一端固定连接。

6.一种拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将拖拉机车身置于试验平台上，将农机具框架连接在拖拉机悬挂系统上；

步骤二、控制负载油缸对所述农机具框架施加第一加载力，驱动农机具框架运动，使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；

步骤三、根据模拟加载试验台模拟的土壤性质，控制负载油缸对所述农机具框架施加第二加载力，驱动农机具框架运动，拖拉机电控液压悬挂系统调整农机具框架的高度，使农机具框架达到动态平衡时，拖拉机悬挂系统受到的力等于拖拉机悬挂系统能够提供的最大牵引力；设定不同的土壤阻力系数，得到不同的第二负载力，进行多次加载试验，并记录不同第二负载力对应的农机具框架的高度变化值；得到第二加载力与农机具框架的位置的关系；从而得到土壤阻力系数与农机具框架的高度的对应关系；

其中，在农机具框架移动时，通过负载油缸位置调整机构调节负载油缸的位置，使负载油缸保持在固定的加载角度。

7.根据权利要求6所述拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，其特征在于，所述第二负载力为：

F₂＝k·F₁；

式中，k为土壤的阻力系数，F₁为第一负载力。

8.根据权利要求7所述拖拉机电控液压悬挂系统检测及模拟加载试验方法，其特征在于，根据模拟的土壤性质，确定土壤的阻力系数；所述土壤的阻力系数为：

式中，S_f为土壤的比阻，S_f0为单位比阻；ρ_b为土壤容重，ρ_b0为土壤单位容重；w为土壤含水率，w_max为适宜耕种的土壤的最大含水率，w_min为适宜耕种的土壤的最小含水率；T_max为适宜耕种的土壤的最高温度，T_min为适宜耕种的土壤的最低温度。