CN110933965A - 一种联合收割机底盘姿态自动调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联合收割机底盘姿态自动调节装置及调节方法，属于农业机械技术领域。该装置由电子控制系统、底盘系统和液压操控系统构成；底盘系统的下架旁侧前部和后部分别通过前升降机构、后升降机构支撑上架，并构成左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸四点支撑平面；液压操控系统含有源自油箱的液压泵，液压泵经总控二位三通电磁换向阀的出油通路接四个并联的三位四通电磁换向阀，四个并联的三位四通电磁换向阀分别接左前、右前、左后和右后油缸。工作时，电子控制系统根据传感器传来的信号确定相应油缸的伸缩补偿参数，进而通过换向阀控制各油缸的伸缩动作，实现车身工作姿态稳定调平的自动调控，解决了泥泞田地收获作业的难题。

Description

一种联合收割机底盘姿态自动调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及一种收割机部件，尤其涉及一种联合收割机底盘姿态自动调节装置,同时还涉及相应的调节方法，属于农业机械技术领域。

背景技术

水稻与小麦等农作物收获季节，一些地区的阴雨绵绵，常导致出现许多泥泞的“烂田”。传统联合收割或收获机采用的高地隙履带式点虽然具有较好的通过性，但是由于底盘离地间隙大，使得车体重心上移，容易倾斜。另外，履带式联合收割机由于结构紧凑，大多采用左边脱粒部右边粮箱的结构，在收获过程中，粮箱的重量随着收获的进行不断增加，从而导致车体左右重心偏移，当车体在烂田中作业时，重心的偏移使得车体十分容易倾斜，导致联合收割机无法正常作业。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提出一种可以根据重心变化自动调整姿态保持平稳的联合收割机底盘姿态自动调节装置，同时给出相应的调节方法，从而解决泥泞田地作物的机械化收获难题。

为了达到上述目的，本发明的基本技术方案是：一种联合收割机底盘姿态自动调节装置，由电子控制系统、底盘系统和液压操控系统构成；

所述底盘系统包括分别支撑在履带行进装置左右两侧负重轮上的下架，所述下架旁侧的前部和后部分别通过前升降机构、后升降机构支撑上架；所述前升降机构的前拐臂下端铰支于下架，所述前拐臂的上端与铰支在上架的前摇臂的下端连轴，所述前摇臂的上端与缸体铰支于上架的前油缸的活塞伸出端铰接；所述后升降机构的后拐臂下端与下端铰支于下架的辅助拐臂的上端铰接，所述后拐臂的上端与铰支在上架的后摇臂的下端连轴，所述后摇臂的上端与缸体铰支于上架的后油缸的活塞伸出端铰接；从而构成左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸四点支撑平面；

所述液压操控系统含有液压泵，所述液压泵经总控二位三通电磁换向阀的出油通路接四个并联的三位四通电磁换向阀，所述四个并联的三位四通电磁换向阀分别接左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸；

所述左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸的活塞伸出端分别通过传动机构与左前、右前、左后和右后位移传感器连接，所述上架的中部装有带垂向陀螺仪的姿态传感器；各传感器的信号输出端分别接电子控制系统的信号输入端，用以分别传输底盘左前、右前、左后、右后随动高度变化以及底盘横向与纵向倾斜角度；所述电子控制系统的控制信号输出端分别接控制左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸进油方向的换向阀受控端，用以根据传感信号求得实需高度增量后，控制各油缸完成调平升降动作。

工作时，电子控制系统ECU可以根据姿态传感器传来的车身倾斜信号，并结合各位移传感器传来的反映车身两侧前后离地高度的信号，从而确定相应油缸的伸缩补偿参数，进而通过相应的换向阀控制各油缸的伸缩动作，实现车身工作姿态的自动调控，以解决泥泞田地收获作业的难题。

实现本发明相应的调节方法为，所述电子控制系统运行步骤如下：

第一步、读取各位移传感器的随动高度变化数据，并求重心初始离地间隙与随动高度变化数据平均值之和，得到重心当前离地间隙；

第二步、读取姿态传感器测得的底盘横向与纵向倾斜角度；

第三步、根据读取的随动高度变化数据以及横向与纵向倾斜角度，计算左前、右前、左后、右后油缸在调平过程中的实需高度增量；

第四步、判断各实需高度增量是否超过预定阈值；如否，则保持现状进行下一步；如是，则相应输出控制各油缸驱动升降动作的控制信号，再进行下一步；

第五步、返回第一步。

本发明进一步的完善是，所述活塞伸出端通过连杆与摇杆的一端铰接，所述摇杆的另一端与铰支于上架的位移传感器连轴。这样可以将活塞的位移转化为转角，有助于提高可靠性、简化结构、以及适应恶劣工况。

本发明更进一步的完善是，所述前拐臂的上端固定套装在铰支于上架的前花键轴的花键段，所述前花键轴的另一端与前摇臂下端的夹紧套夹紧固连；所述后拐臂的上端套装固定在铰支于上架的后花键轴的花键段，所述后花键轴的另一端与后摇臂下端的夹紧套夹紧固连。此结构便于组装时按需调整拐臂与摇臂的初始角相位，从而调节重心初始离地间隙。

本发明再进一步的完善是，所述三位四通电磁换向阀经平衡阀接相应的油缸，因而可以在油缸负载敏感端形成背压，防止由于重力作用导致油缸下降速度过快。

本发明又进一步的完善是，所述二位三通电磁换向阀的出油通路并联有溢流阀。这样可以防止由于油缸到达极限位置时造成液压管路压力过高。

总之，本发明的联合收割机底盘姿态自动调节系统可将底盘倾斜时各油缸位移信号通过底盘结构的几何关系，转换为左前、左后、右前、右后支撑点（例如上架轴承座中心）的随动高度变化数据，进而以其平均值和底盘重心（或几何中心）初始离地间隙求出当前离地间隙，之后对这些数据综合处理计算，得出底盘调平各支撑点分别应受控升降的实需高度增量，最后输出控制信号控制各换向阀使相应油缸按需伸缩，驱使各升降机构实现所需的全升、全降、前升后降、前降后升、左升右降或左降右升，实现根据田间状况自动调节车身姿态，使底盘保持调平位置，极大提高了联合收割机的适应性与通过性。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的立体结构示意图。

图3是图1的立体分解结构示意图。

图4是图1实施例的液压操控系统示意图。

图5是图1实施例的操控手柄示意图。

图6是图1实施例的控制电路构成示意图。

图7是图1实施例的手动操控流程图。

图8 是图1实施例的自动控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

实施例一

本实施例的联合收割机底盘姿态自动调节装置如图1所示，履带行进装置两侧的履带3分别环绕于底部多个负重轮8以及两端的驱动轮4、张紧轮9和上部的托带轮2。两侧的负重轮8上分别承载支撑相互分离的左、右下架6，两下架6的前部和后部分别通过前升降机构5、后升降机构7支撑上架1。上架1为一整体框架结构，支撑驱动轮4和托带轮2，张紧轮9通过张紧机构安置于下架6的一端。

如图2、3所示，前升降机构5具有下端通过下架轴承座501铰支于下架的前拐臂502，前拐臂502的上端套装固定在通过上架轴承座504铰支于上架1的前花键轴503的花键段，前花键轴503的另一端与前摇臂505下端的夹紧套夹紧固连，从而构成便于按需调整角向位置的前拐臂上端与铰支在上架的前摇臂下端连轴结构。前摇臂505的上端与缸体铰支于上架1的前油缸506的活塞伸出端叉口铰接。后升降机构7具有下端通过另一下架轴承座701铰支于下架6的辅助拐臂702，该辅助拐臂702的上端与后拐臂703的下端铰接，后拐臂703的上端套装固定在通过另一上架轴承座704铰支于上架1的后花键轴的花键段，后花键轴的另一端与后摇臂705下端的夹紧套夹紧固连，从而构成便于按需调整角向位置的后拐臂上端与铰支在上架的后摇臂下端连轴结构。后摇臂705的上端与缸体铰支于上架1的后油缸706的活塞伸出端叉口铰接。

由于下架（相当于机架）、前拐臂（相当于前连架杆）、辅助拐臂（相当于后连架杆）、后拐臂、上架（相当于连杆）构成了下部连杆机构，而刚性连接的前拐臂和前摇臂、与前油缸活塞铰接的前摇臂以及刚性连接的后拐臂和后摇臂、与后油缸活塞铰接的后摇臂则构成了上部的双向伸缩调节机构，两机构有机结合后形成了前拐臂和后拐臂与辅助拐臂支撑角度可调的复合机构，因此采用该复合机构的底盘承载收割或收获机的车体后，不仅当车体重心倾斜时，可以酌情操控相应油缸的伸缩，从而借助升降机构分别实现左前、右前、左后、右后以及左侧、右侧各种升降动作，使收获机的车身姿态始终保持水平状态；而且调整环节位于上架，不直接受地面的影响，便于保证调节的可靠性，其油缸可以始终保持基本水平状态，结构紧凑。

前油缸506和后油缸706的活塞伸出端分别通过连杆507、707与相应摇杆的一端铰接，摇杆的另一端则与铰支于上架1的相应位移传感器508、708连轴，从而可以将活塞的位移转换为转角信号。上架1的中部装有带垂向陀螺仪的姿态传感器10（深圳维特智能公司、SINDT型倾角传感器），可以感知前后、左右倾斜状况。

此外，该底盘还安置有电子控制系统11、操作面板12、显示器13和液压操控系统15。

本实施例的联合收割机底盘姿态自动调节装置借助图5所示的操作面板12，可以实现半自动和全自动两种调平控制状态。该操作面板12含有姿态调节手柄121、横向灵敏度调节旋钮122、纵向灵敏度调节旋钮124、横向调节锁定按钮123、纵向调节锁定按钮125、模式切换按钮125、底盘升降手柄127。姿态调节手柄向前推实现车体前面下降、后面上升；向后推实现车体前面上升、后面下降；向左实现车体左面下降、右面上升；向右推实现车体右面下降、左面上升。底盘升降旋钮向前推实现车体总体下降；向后推实现车体总体上升。横向灵敏度旋钮实现，顺时针横向调平的灵敏度增加，逆时针减少。纵向灵敏度旋钮实现，顺时针纵向调平灵敏度增加，逆时针减少。横向调平锁定按钮实现按下去横向调平锁定、弹起来横向调平开启。纵向调平锁定按钮实现按下去纵向调平锁定、弹起来纵向调平开启。模式切换按钮实现按下去调用全自动调平子程序、弹起来调用半自动调平子程序。

受控电子控制系统ECU的液压操控系统具体如图4所示，源自油箱17的液压泵16经过液压操控系统15的总控二位三通电磁换向阀151的出油通路接四个并联的三位四通电磁换向阀152，再分别经相应的四个平衡阀153接左前油缸506-1、右前油缸506-2、左后油缸706-1和右后油缸706-2。二位三通电磁换向阀151的回油通路经过滤器18返回油箱17，且二位三通电磁换向阀151的出油通路并联有溢流阀154。二位三通电磁换向阀实现液压操控系统的“使能”，并可以控制液压卸荷，当液压操控系统处于非工作状态时，将高压油导入油箱，保证液压管路安全。三位四通电磁换向阀用于控制相应油缸的运动方向与状态。平衡阀可以在油缸负载敏感端形成背压，防止由于重力作用导致油缸下降速度过快。溢流阀可以起保护液压管路作用，防止由于油缸到达极限位置时，造成液压管路压力过高。该液压操控系统的调节过程为，总控电磁阀151出油通路接通后，高压油进入各三位四通电磁换向阀152，这些换向阀可以分别受控使左前油缸506-1、右前油缸506-2、左后油缸706-1和右后油缸706-2的无杆腔进油、有杆腔回油，或有杆腔进油、无杆腔回油反之，从而通过各升降机构实现保持底盘上架调平所需的各种动作。

如图6所示，姿态传感器和各位移传感器的信号输出端分别接电子控制系统（可以选用诸如BOSCH16位ECU系列等车用Electronic Control Unit）的信号输入端，该电子控制系统的控制信号输出端分别接液压操控系统中控制总控电磁阀151以及左前、右前、左后和右后油缸的进油方向切换电磁阀的受控电磁线圈。

本实施例含有智能器件的ECU根据操作面板指令以及传感器信号实现半自动控制的运行步骤如图7所示：

步骤一、读取面板手柄指令

步骤二、判断具体指令是否是上升按钮闭合、下降按钮闭合、前升按钮闭合、后升按钮闭合、左升按钮闭合、右升按钮闭合工作指令之一；

步骤三、如否则进行下一步；如是则根据指令分别输出控制左前油缸、右前油缸、左后油缸、右后油缸全升、全降、前升后降、前降后升、左升右降、左降右升信号，再进行下一步；

步骤四、结束此次读取操作。

本实施例ECU根据操作面板指令以及传感器信号实现全自动控制的基本运行步骤如图8所示：

第一步、读取左前、右前、左后和右后各位移传感器的随动高度变化数据，按下式计算重心当前离地间隙

H=H_B+（H₁+H₂+H₃+H₄）/4

式中H—重心当前离地间隙 ,H_B—重心初始离地间隙，H₁、H_2、H_3、H₄分别为左前、右前、左后、右后随动高度变化数据；

第一步、读取各位移传感器的随动高度变化数据，并求重心初始离地间隙与随动高度变化数据平均值之和，得到重心当前离地间隙；

第二步、读取姿态传感器，获得底盘横向与纵向倾斜角度α、β；

第三步、根据读取的随动高度变化数据以及横向与纵向倾斜角度，计算左前、右前、左后、右后调平分别应升降的实需高度增量ΔH₁、ΔH_2、ΔH_3、ΔH₄；

第四步、判断各实需高度增量是否超过阈值5毫米；如否，则保持现状进行下一步；如是，则相应输出控制左前、右前、左后、右后油缸全升、全降、前升后降、前降后升、左升右降或左降右升信号，再进行下一步；

第五步、返回第一步。

由于各位移传感器实质上反馈控制的是相应上架轴承座的垂向位移信息，因此以上循环控制过程实际是将前、后升降机构中四个上架轴承座中心组成了一个矩形平面，当底盘下架倾斜时，该矩形平面将随之倾斜，计算得出的ΔH₁、ΔH_2、ΔH_3、ΔH₄是四个上架轴承座中心至该矩形平面几何中心（优化设计与重心重合、或位于重心垂线上）的垂向补偿距离，通过控制各油缸伸缩驱使各升降机构动作消除补偿距离，即可因矩形平面调平而达到底盘上架调平的目的。实验表面，以5mm为阈值、且每秒钟循环上述控制过程二十次左右，可以保证油缸到位后能够及时停止，防止出现超调与振荡，控制效果理想。

以下是一次实验的ECU控制过程：第一步读取H_B为200，H₁、H_2、H_3、H₄分别等于30mm、20mm、40mm、10mm，求得H=200+（30+20+40+10）/4=225mm；第二步读取α=12°、β=10°；第三步按根据实际设计参数预先推导的几何算式以及底盘系统结构设计决定的Lx=630、Ly=880

求得ΔH₁=-288.4754、ΔH₂=80.1382、ΔH₃=-80.1382、ΔH₄=288.4754；第四步控制左前升288.4754、右前降80.1382、左后升80.1382、右后降288.4754，即完成了车身姿态的调平。

此外，当本实施例操作面板12的横向调节锁定按钮123、纵向调节锁定按钮125处于未锁定状态时，ECU的全自动控制运行步骤还含有灵敏度调控环节，即在上述第二步之后，判断底盘横向倾斜角度和纵向倾斜角度是否分别小于横向灵敏度调节旋钮122和纵向灵敏度调节旋钮124设置的阈值，如是则视为相应倾斜角度为0，如否则进行下一步。这样，不仅可以避免自动调节装置“过敏”导致的不稳定，而且可以根据联合收割机行进时纵向与横向颠簸倾斜幅度的大小，酌情在0.5-3°范围设置横向与纵向的灵敏度阈值，分别加以调控，从而更有利于保持联合收割机底盘的姿态。例如，在横向和纵向调节锁定按钮均处于未锁定状态时，设置横向和纵向灵敏度阈值分别为1.5°和2°，当姿态传感器反映出的横向和纵向倾斜角度分别为1.8°和1.9°时，则只触发横向调平，纵向不调；而当姿态传感器反映出的横向和纵向倾斜角度分别为1.4°和2.5°时，则横向与纵向都调；这样更符合联合收割机行进时允许纵向波动大于横向的实际需求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种联合收割机底盘姿态自动调节装置，由电子控制系统、底盘系统和液压操控系统构成；其特征在于：

所述底盘系统包括分别支撑在履带行进装置左右两侧负重轮上的下架，所述下架旁侧的前部和后部分别通过前升降机构、后升降机构支撑上架；所述前升降机构的前拐臂下端铰支于下架，所述前拐臂的上端与铰支在上架的前摇臂的下端连轴，所述前摇臂的上端与缸体铰支于上架的前油缸的活塞伸出端铰接；所述后升降机构的后拐臂下端与下端铰支于下架的辅助拐臂的上端铰接，所述后拐臂的上端与铰支在上架的后摇臂的下端连轴，所述后摇臂的上端与缸体铰支于上架的后油缸的活塞伸出端铰接；从而构成左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸四点支撑平面；

所述液压操控系统含有液压泵，所述液压泵经总控二位三通电磁换向阀的出油通路接四个并联的三位四通电磁换向阀，所述四个并联的三位四通电磁换向阀分别接左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸；

所述左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸的活塞伸出端分别通过传动机构与左前、右前、左后和右后位移传感器连接，所述上架的中部装有带垂向陀螺仪的姿态传感器；各传感器的信号输出端分别接电子控制系统的信号输入端，用以分别传输底盘左前、右前、左后、右后随动高度变化以及底盘横向与纵向倾斜角度；所述电子控制系统的控制信号输出端分别接控制左前油缸、右前油缸、左后油缸和右后油缸进油方向的换向阀受控端，用以根据传感信号求得实需高度增量后，控制各油缸完成调平升降动作。

2.根据权利要求1所述的联合收割机底盘姿态自动调节装置，其特征在于：所述活塞伸出端通过连杆与摇杆的一端铰接，所述摇杆的另一端与铰支于上架的位移传感器连轴。

3.根据权利要求2所述的联合收割机底盘姿态自动调节装置，其特征在于：所述前拐臂的上端固定套装在铰支于上架的前花键轴的花键段，所述前花键轴的另一端与前摇臂下端的夹紧套夹紧固连；所述后拐臂的上端套装固定在铰支于上架的后花键轴的花键段，所述后花键轴的另一端与后摇臂下端的夹紧套夹紧固连。

4.根据权利要求3所述的联合收割机底盘姿态自动调节装置，其特征在于：所述三位四通电磁换向阀经平衡阀接相应的油缸。

5.根据权利要求4所述的联合收割机底盘姿态自动调节装置，其特征在于：所述二位三通电磁换向阀的出油通路并联有溢流阀。

6.根据权利要求1至5任一所述联合收割机底盘姿态自动调节装置的调节方法，其特征在于所述电子控制系统运行步骤如下：

第一步、读取各位移传感器的随动高度变化数据，并求重心初始离地间隙与随动高度变化数据平均值之和，得到重心当前离地间隙；

第二步、读取姿态传感器测得的底盘横向与纵向倾斜角度；

第三步、根据读取的随动高度变化数据以及横向与纵向倾斜角度，计算左前、右前、左后、右后油缸在调平过程中实需高度增量；

第四步、判断各实需高度增量是否超过预定阈值；如否，则保持现状进行下一步；如是，则相应输出控制各油缸驱动升降动作的控制信号，再进行下一步；

第五步、返回第一步。

7.根据权利要求6所述联合收割机底盘姿态自动调节装置的调节方法，其特征在于：所述第二步之后，判断底盘横向倾斜角度和纵向倾斜角度是否分别小于相应的设置阈值，如是则视为相应倾斜角度为0，如否则进行下一步。

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