CN111252150A - 一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘 - Google Patents

一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘 Download PDF

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张敏
吴崇友
王刚
金梅
梁苏宁
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Abstract

本发明公开一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，包括机架、安装于机架上方的驾驶室和发动机，其特征在于：还包括液压行走驱动系统、转向驱动控制系统以及安装于机架底部的前轮三角履带总成、左右转向后轮及转向桥；所述液压驱动系统包括与发动机动力输出轴相连的行走液压泵和转向液压泵，所述行走液压泵的输出油口经电比例控制阀组和冲洗阀后分别与左、右行走马达连接，所述左、右行走马达的输出轴分别与前轮三角履带总成的驱动轮连接。本发明液压行走系统采用一泵双马达方式，通过检测后轮相对机架转角对前轮2个驱动马达进行主动流量分配，简化了液压行走驱动系统，实现了前轮主动跟随后轮转向，转向灵活，结构简单。

Description

一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘
技术领域
本发明涉及一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，属于农业机械技术领域。
背景技术
油菜是我国最主要油料作物，是优质食用植物油重要来源，常年种植面积约1亿亩，特别是占我国油菜种植面积80％左右的长江流域冬油菜区，多种作物轮作，油菜植株高大、分支多，收获时高温、高湿等特殊条件给机械化收获带来复杂性和艰巨性。国内外多年油菜收获试验表明，油菜分段收获方式对作物条件、适收期、气候条件适应性强，且分段收获油菜籽品质(叶绿素含量低、出油率高等)显著优于联合收获方式，产品附加值高。现有与履带式收割机底盘配套的油菜侧铺放割晒机存在的首行开道难以及油菜植株间相互牵扯导致铺放一致性差、输送不畅，作业效率低，北方现有的高地隙轮式中央铺放割晒机高地隙轮式底盘在土壤黏重条件下通过性差等问题。因此中央铺放式油菜割晒机迫切需要一种履带式高地隙底盘来解决南方地区油菜割晒收获期土壤含水率高下陷严重行走不便的问题。
现有高地隙油菜割晒机底盘通常采用轮式结构，为避免割晒作业时前轮碾压到铺放的油菜等作物，通常采用前轮固定，通过后轮转向实现方向控制，前轮通过机械差速器实现转向时左右轮的速度匹配，如佳木斯市阳光农业机械有限公司生产的4SZ-4.5割晒机配套的高地隙底盘和佳木斯华能机械制造有限公司生产的4SZ-5.0型自走式割晒机底盘均采用该种结构方式。也有中央铺放油菜割晒机的高地隙底盘采用液压马达驱动前轮后轮为自由转向轮(万向轮)的控制方式，通过前轮左右马达的主动流量分配实现前轮左右轮的主动差速，后轮随动只起支撑不控制转向，如加拿大MacDon M155等系列自走式割晒机高地隙底盘和约翰迪尔W150等高地隙割晒机底盘，以上中央铺放油菜割晒机的高地隙底盘均为轮式，不适应长江流域收获期土壤高含水率的土壤环境，导致下陷、转弯不灵活等问题突出，尤其采用后轮自由转向轮的方式，转弯掉头时自由转向轮在含水率高的黏重土壤自由转动困难，甚至产生转向阻力，影响转向灵活性。
国内外也有联合收割机通过采用三角履带替换轮胎，通过增加接触面积的方式减少机具下陷的问题。在现有前轮采用机械差速器的高地隙底盘上替换三角履带的方式，该种方式由于转向靠后方向轮转角形成的阻力牵扯实现转向，对于采用前轮胎的方式由于轮胎和土壤接触面积小转向不灵活的现象不严重，换成三角履带后履带与土壤接触面积大，在长江流域黏重土壤条件下后轮转向的推动力严重不足，导致该种类型的轮履组合底盘转弯半径增大，转弯不灵活，而长江流域采用水旱轮作，田块面积小，转弯不灵活严重制约机具作业效率的提高。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种适应长江流域黏重高含水率土壤的静液压驱动的高地隙油菜割晒机轮履组合式通用底盘，本发明的底盘通过性、转弯灵活性以及调速方便性能都大大提高。
技术方案：一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，包括机架、安装于机架上方的驾驶室和发动机，其特征在于：还包括液压行走驱动系统、转向液压驱动与控制系统以及安装于机架底部的前轮三角履带总成、左右转向后轮及转向桥；
所述液压行走驱动系统包括与发动机动力输出轴相连的行走液压泵，所述行走液压泵的输出油口经电比例控制阀组和冲洗阀后分别与左、右行走马达连接，所述左、右行走马达的输出轴分别与前轮三角履带总成的驱动轮动力连接；
所述转向驱动与控制系统包括控制器、转向液压泵、液压转向油缸、液压转向器以及角度传感器，所述转向液压泵与发动机动力输出轴动力连接，所述转向液压泵通过液压转向器与液压转向油缸连接，所述液压转向器与方向盘传动连接，所述液压转向油缸的伸缩油缸与转向桥传动连接；所述角度传感器安装于左右转向后轮的转向桥上，所述角度传感器、电比例控制阀组分别与控制器信号连接；
所述角度传感器实时测量后轮相对机架方向的转角并传输至控制器，所述控制器通过采集到的角度传感器实时测量的后轮转角对电比例控制阀组进行实时控制，从而控制左右行走马达的转速以实现后轮转向，前三角履带主动差速。当后轮与机具平行即转角位零时，前轮左右驱动轮的驱动马达流量相等，底盘直线行驶，当变量泵处于零位时，前轮左右驱动轮停止转动，实现驻车。
本发明进一步限定的技术方案为：所述前轮三角履带的左右轮速比与角度传感器检测到的后轮转角间的关系为：
Figure BDA0002390017540000031
其中：L1为前轮三角履带轮距，L2为左右转向后轮轮距，B为轴距，θ为角度传感器测的后轮相对机架方向的转角，L为前轮距瞬时转动中心距离。
优选的，还包括连接在行走液压泵和转向液压泵之间的液压油箱以及与液压油箱连接的吸油滤清器、回油滤油器、空气滤清器以及连接在回油滤油器和冲洗阀之间的散热器。
优选的，所述行走液压泵为变量泵。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，结构设计更加合理、运转灵活，轮履组合方式解决了长江流域收获期土壤高含水率的土壤环境导致的下陷，后轮转向控制前轮主动差速，解决了转弯不灵活等问题，在含水率高的黏重土壤中可灵活自由转动。对于一直以来困扰长江流域水旱轮作，田块面积小，下陷严重、机械转弯不灵活的问题得到了有效的解决，提高了作业效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中轮履组合液压驱动高地隙底盘的原理图。
图2为本发明实施例1中的底盘的整机结构示意图。
图3为本发明实施例1中前三角履带和后轮转向的同步控制原理图。
图4为本发明实施例1中前三角履带和后轮转向的参数关系图。
图5为本发明实施例1中角度传感器接线原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例1，进一步阐明本发明。
如图1-5所示，本实施例1提供了一种静液压驱动的高地隙油菜割晒机轮履组合式通用底盘，包括机架3、安装于机架上方的驾驶室1、发动机及液压行走驱动系统5、转向液压与控制系统以及安装于机架底部的前轮三角履带总成2、左右转向后轮及转向桥4。
所述液压行走和转向驱动系统5包括与发动机的动力输出轴11相连的变量柱塞泵10、吸油滤清器6、回油滤油器8、空气滤清器9以及连接在回油滤油器8和冲洗阀12之间的散热器7，所述变量柱塞泵的输出油口经电比例控制阀组13和冲洗阀12后分别与左、右行走马达14连接，左、右行走马达的输出轴分别与前轮三角履带驱动轮动力连接。
所述转向液压与控制系统包括控制器、液压转向器、转向液压泵、角度传感器、伸缩油缸、转向桥，所述转向液压泵通过液压转向器与伸缩油缸连接；所述液压转向器与方向盘传动连接，所述液压转向油缸与转向桥传动连接。
所述角度传感器为1个，安装于后轮的转向桥上，并实时测量后轮转角，角度传感器、电比例控制阀组分别与控制器信号连接，当后轮转向时，控制器通过采集到的角度传感器实时测量的后轮相对机架的转角对电比例控制阀组进行控制，实现左右驱动轮的马达流量按后轮转角关系进行流量分配，从而控制左右行走马达的转速，实现后轮转向，前三角履带主动差速，从而适应长江流域黏重含水率条件下的灵活转弯。
作为优选，本实施例中的行走液压泵为变量泵，底盘行走速度由发动机转速和变量泵开度控制，当变量泵处于零位时实现驻车；转向液压泵与发动机动力输出轴相连，转向液压泵输出的液压油经液压转向器驱动液压转向油缸，液压转向器与驾驶室内转向方向盘相连，转动方向盘控制转向油缸伸缩改变后轮转角；角度传感器与转向支架连接，并通过控制器连接电比例控制阀组，角度传感器实时检测后轮转角，根据检测的后轮转角实时控制电比例控制阀组并对左、右行走马达的流量进行分配，实现后轮转向前轮精准主动差速和速度匹配。
如图4所示：本实施例还公开了通过后轮转角控制前三角履带分配阀的控制方法，前轮三角履带的转向旋转中心在通过2轮的轴心连线上，后轮转角的旋转中心与后轮胎面垂直，如果前轮的2个马达带动履带也按后轮的旋转中心转动，则前后轮不出现轮胎打滑现象。
设左前轮速度为v1右前轮的速度为v2
则左前轮的速度为v1＝wr1右前轮的转速为v2＝wr2
Figure BDA0002390017540000041
Figure BDA0002390017540000042
联立式(1)和式(2)可得前轮履带左右率速比关系为：
Figure BDA0002390017540000051
其中：L1为前轮三角履带轮距，L2为后轮轮距，B为轴距，θ为角度传感器测的后轮转角，L为前轮距瞬时转动中心距离；
通过式(1)可知，为实现转向不打滑，后轮转角和前轮左右轮的转速成比例关系，液压马达的转速又与流量成正比关系，因此可以通过测量后轮转角通过主动对前轮左右马达按比例关系进行流量分配，即可实现后轮转向前轮主动差速转向。由式(3)得知，后轮转角θ和前轮左右轮转速的关系。本实施例通过检测后轮转角控制分配阀控制信息，实现对左右驱动马达的流量分配，从而控制前轮左右驱动轮的转速，实现前后轮转向同步。
本实施例结构底盘的工作原理为：液压转向泵的出油口通过液压转向器与液压转向油缸连接，液压转向器与方向盘连接，当转动方向盘时，控制液压转向油缸伸缩变化，带动转向桥转动，转向轮与转向桥连接。
液压行走系统，液压行走变量泵的出油口通过电比例流量阀和冲洗阀与行走马达连接，行走马达与三角履带总成的驱动轮连接。其中角度传感器与转向桥的转向轴连接，角度传感器实时测量后轮的转角。角度传感器通过控制器控制电比例流量阀，根据角度传感器测的转角变化控制电比例流量阀对左右2个行走马达的流量进行分配，实现后轮转向控制三角履带前轮转速不同，从而实现轮履组合式高地隙底盘行走系统适应长江流域黏重土壤高含水率的条件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，包括机架、安装于机架上方的驾驶室和发动机，其特征在于：还包括液压行走驱动系统、转向液压驱动与控制系统以及安装于机架底部的前轮三角履带总成、左右转向后轮及转向桥；
所述液压行走驱动系统包括与发动机动力输出轴相连的行走液压泵，所述行走液压泵的输出油口经电比例控制阀组和冲洗阀后分别与左、右行走马达连接，所述左、右行走马达的输出轴分别与前轮三角履带总成的驱动轮动力连接；
所述转向驱动与控制系统包括控制器、转向液压泵、液压转向油缸、液压转向器以及角度传感器，所述转向液压泵与发动机动力输出轴动力连接，所述转向液压泵通过液压转向器与液压转向油缸连接，所述液压转向器与方向盘传动连接，所述液压转向油缸的伸缩油缸与转向桥传动连接；所述角度传感器安装于左右转向后轮的转向桥上，所述角度传感器、电比例控制阀组分别与控制器信号连接；
所述角度传感器实时测量后轮相对机架方向的转角并传输至控制器，所述控制器通过采集到的角度传感器实时测量的后轮转角对电比例控制阀组进行实时控制，从而控制左右行走马达的转速以实现后轮转向，前三角履带主动差速。
2.根据权利要求1所述的高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，其特征在于：所述前轮三角履带的左右轮速比与角度传感器检测到的后轮转角间的关系为：
Figure FDA0002390017530000011
其中：L1为前轮三角履带轮距，L2为左右转向后轮轮距，B为轴距，θ为角度传感器测的后轮相对机架方向的转角，L为前轮距瞬时转动中心距离。
3.根据权利要求2所述的高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，其特征在于：还包括连接在行走液压泵和转向液压泵之间的液压油箱以及与液压油箱连接的吸油滤清器、回油滤油器、空气滤清器以及连接在回油滤油器和冲洗阀之间的散热器。
4.根据权利要求3所述的高地隙油菜割晒机静液压驱动轮履组合通用底盘，其特征在于：所述行走液压泵为变量泵。
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