CN111771443A - 一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法 - Google Patents

一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法，该悬挂系统包括控制面板、悬挂控制器、位移传感器、拉力传感器、轮速传感器、雷达测速传感器、电液动推杆以及三点悬挂装置；所述电液动推杆包括电机、液压泵、液压集成阀组和液压缸，所述三点悬挂装置包括上拉杆、下拉杆、提升臂和提升杆；本发明中，电动拖拉机悬挂系统耕深控制采用力位—滑转率综合调节，提高电动拖拉机的作业质量和作业效率。克服现有生产的电动拖拉机电动悬挂装置在实际工作过程中抗冲击强度差、机构结构磨损严重、故障率高等问题以及拖拉机滑转率变化较大时，影响拖拉机的作业质量和作业效率。

Description

一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法
技术领域
本发明属于拖拉机技术领域，涉及一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法。
背景技术
目前，电动拖拉机动力电池组为驱动电机提供电能，驱动电机通过机械传动装置驱动车轮，为电动拖拉机行驶提供动力。电动拖拉机通常采用电动悬挂装置，电动悬挂装置由电机、减速器、丝杠螺母或涡轮蜗杆等机械结构组成，通过电机的正反转控制悬挂机构的升降。拖拉机带农具作业时土壤环境复杂，负载波动较大。电动悬挂装置没有缓冲装置，工作时完全靠机械结构承受电动悬挂装置的过剩载荷，丝杠螺母或涡轮蜗杆传动磨损较大导致定位不准确，电机容易烧毁；在升降农具过程中，农具自重较大，容易造成连接件断裂。电动悬挂装置抗冲击强度差、传动效率较低、极限位置不好确定、故障率高。
拖拉机滑转率控制在0.10~0.15之间时，拖拉机具有高效的工作效率。拖拉机耕深调节方式有力调节、位调节、力位综合调节等，在实际耕作过程中，尤其在松软路面及湿滑路面时土壤阻力变化较大，驱动轮易发生滑转，拖拉机滑转率变化较大时，会加剧轮胎磨损、燃油消耗率增加、影响拖拉机的作业质量和作业效率，此时传统的力、位耕深调节方式便不能有效的调节耕深。
并且，现有生产的电动拖拉机电动悬挂装置在实际工作过程中抗冲击强度差、机构结构磨损严重、故障率高等问题以及拖拉机滑转率变化较大时，影响拖拉机的作业质量和作业效率。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法，电动拖拉机悬挂系统耕深控制采用力位—滑转率综合调节，提高电动拖拉机的作业质量和作业效率。克服现有生产的电动拖拉机电动悬挂装置在实际工作过程中抗冲击强度差、机构结构磨损严重、故障率高等问题以及拖拉机滑转率变化较大时，影响拖拉机的作业质量和作业效率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，包括控制面板、悬挂控制器、位移传感器、拉力传感器、轮速传感器、雷达测速传感器、电液动推杆以及三点悬挂装置；所述电液动推杆包括电机、液压泵、液压集成阀组和液压缸，所述三点悬挂装置包括上拉杆、下拉杆、提升臂和提升杆；
所述上拉杆与下拉杆上下连接，提升臂与提升杆连接，提升杆连接设在下拉杆上，所述悬挂控制器分别通过电缆与电液动推杆、控制面板、位移传感器、拉力传感器、轮速传感器、雷达测速传感器相连，所述电液动推杆的一端与机架铰接，另一端与提升臂铰接，所述位移传感器设在提升臂转角处，所述拉力传感器连接设在下拉杆处，所述轮速传感器连接设在驱动轮上，所述雷达测速传感器位于车身上。
进一步的，所述悬挂控制器设在驾驶室操作面板内。
进一步的，所述电机、液压泵、液压集成阀组依次连接，所述液压缸与液压集成阀组连接，液压缸与液压泵平行设置。
进一步的，所述电液动推杆的液压集成阀组由电液换向阀、单向阀、液控单向阀和溢流阀组成。
进一步的，通过改变电液动推杆的电液换向阀阀芯的移动方向来调节农机具的上升或下降；单向阀做背压阀使用，起缓冲作用防止液压油回流。
进一步的，所述电液动推杆的活塞杆运动时带动提升臂绕提升轴作旋转运动，带动农机具的升降。
进一步的，一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：在液压缸进、回油路上串接液控单向阀，当电机停转时，液控单向阀立即关闭，液压系统处于保压状态，农具可以停止在行程任意位置上；
S2：该悬挂系统负载超过额定负载时，电机仍在运转，当该悬挂系统压力高于溢流阀设定压力时，液压油直接由溢流阀流回油箱，可有效避免电机过载；
S3：将位移传感器检测到的提升臂位移参数转化为农具耕作深度，拉力传感器用来检测农机具受到的土壤阻力，通过轮速传感器检测到的转速和雷达测速传感器检测到的车速可计算得到电动拖拉机滑转率；
S4：在悬挂系统中设置一个位调节和力调节参与耕深控制的比例，将位移传感器检测到的提升臂位移参数转化为农具耕作深度H1，并与拉力传感器检测到的土壤阻力F利用综合度系数进行综合（H=aH1+（1-a）F/β），输出耕深综合控制值H实现力位综合耕深调节，其中a为位调节参与耕深控制的比例，1-a为力调节参与耕深控制的比例，β为土壤比阻；
S5：该悬挂系统实现力位—滑转率综合耕深调节，当滑转率不位于最优滑转率区间内时，耕深控制采用滑转率调节，悬挂控制器发出信号通过改变耕深值使滑转率趋于最优滑转率区间；当滑转率处于最优滑转率区间内，耕深控制采用力位综合调节，悬挂控制器（2）发出信号使实际耕深值趋于设定耕深值。
本发明的有益效果是：
本发明的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法，通过电液换向阀阀芯的移动带动悬挂机构的升降，系统压力过高时溢流阀溢流实现电机过载保护，液压回路中增加液控单向阀使电机停转时，农机具可以停止在行程任意位置上；将滑转率纳入耕深调节方式中，通过改变耕深值将拖拉机滑转率控制在最优滑转率区间内，进行力位—滑转率综合调节，提高电动拖拉机的作业质量和作业效率。克服现有生产的电动拖拉机电动悬挂装置在实际工作过程中抗冲击强度差、机构结构磨损严重、故障率高等问题以及拖拉机滑转率变化较大时，影响拖拉机的作业质量和作业效率。具体表现在：
电动拖拉机悬挂系统通过改变电液动推杆电液换向阀阀芯的移动方向可调节农机具的上升、下降或中立；电液动推杆在液压缸进、回油路上串接液控单向阀，当电机停转时，液控单向阀立即关闭，液压系统处于保压状态，农机具可以停止在行程任意位置上；电动拖拉机悬挂系统在农机具负载超过额定负载时，电液动推杆电机仍在运转，当系统压力过高时，液压油直接由溢流阀流回油箱，可有效避免电机过载；
电动拖拉机悬挂系统将滑转率纳入耕深控制范围，当检测到滑转率不位于最优滑转率区间内时，耕深控制采用滑转率调节，此时悬挂控制器发出信号通过改变耕深值使滑转率趋于最优滑转率区间；当检测到滑转率处于最优滑转率区间内，耕深控制采用力位综合调节，悬挂控制器发出信号使实际耕深值趋于设定耕深值。提高电动拖拉机悬挂系统的耕深控制精度和控制的适应性，提高电动拖拉机的作业效率；
本发明采用基于电液动推杆的悬挂系统具有无级调速、过载自动保护、自锁、结构紧凑和安全可靠等优点；耕深控制采用力位—滑转率综合调节，可保证耕深均匀性，减少拖拉机滑转，提高电动拖拉机的作业效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的电液动推杆的结构示意图；
图3为本发明的电液动推杆的工作原理图；
图4为本发明的耕深调节流程图；
图中标记：1、控制面板，2、悬挂控制器，3、位移传感器，4、拉力传感器，5、轮速传感器，6、雷达测速传感器，7、电液动推杆，8、电机，9、液压泵，10、液压集成阀组，11、液压缸，12、提升臂，13、提升杆，14、上拉杆，15、下拉杆，16、电液换向阀，17、单向阀，18、液控单向阀，19、溢流阀。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，包括控制面板1、悬挂控制器2、位移传感器3、拉力传感器4、轮速传感器5、雷达测速传感器6、电液动推杆7以及三点悬挂装置；所述电液动推杆7包括电机8、液压泵9、液压集成阀组10和液压缸11，所述三点悬挂装置包括上拉杆14、下拉杆15、提升臂12和提升杆13；
所述上拉杆14与下拉杆15上下连接，提升臂12与提升杆13连接，提升杆13连接设在下拉杆15上，所述悬挂控制器2分别通过电缆与电液动推杆7、控制面板1、位移传感器3、拉力传感器4、轮速传感器5、雷达测速传感器6相连，所述电液动推杆7的一端与机架铰接，另一端与提升臂12铰接，所述位移传感器3设在提升臂12转角处，所述拉力传感器4连接设在下拉杆15处，所述轮速传感器5连接设在驱动轮上，所述雷达测速传感器6位于车身上。
进一步的，所述悬挂控制器2设在驾驶室操作面板内。
进一步的，所述电机8、液压泵9、液压集成阀组10依次连接，所述液压缸11与液压集成阀组10连接，液压缸11与液压泵9平行设置。
进一步的，所述电液动推杆7的液压集成阀组10由电液换向阀16、单向阀17、液控单向阀18和溢流阀19组成。
进一步的，通过改变电液动推杆7的电液换向阀16阀芯的移动方向来调节农机具的上升或下降；单向阀17做背压阀使用，起缓冲作用防止液压油回流。
进一步的，所述电液动推杆7的活塞杆运动时带动提升臂12绕提升轴作旋转运动，带动农机具的升降。电液动推杆6活塞杆运动时，带动提升臂12绕提升轴作顺时针或逆时针旋转运动，带动农机具升降。电液动推杆液压集成阀组10由电液换向阀16、单向阀17、液控单向阀18和溢流阀19等组成。通过改变电液换向阀阀芯16的移动方向可调节农机具的上升、下降或中立；单向阀17做背压阀使用保证液压油回油流量的稳定；在液压缸进、回油路上串接液控单向阀18，当电机8停转时，液控单向阀18立即关闭，液压系统处于保压状态，农机具可以停止在行程任意位置上；当系统压力超过溢流阀19设定压力时，液压油直接由溢流阀19流回油箱，此时电机8一直在转却不会烧毁，可有效避免电机8过载。
进一步的，一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统的控制方法，包括以下步骤：
S1：在液压缸11进、回油路上串接液控单向阀18，当电机8停转时，液控单向阀18立即关闭，液压系统处于保压状态，农具可以停止在行程任意位置上；
S2：该悬挂系统负载超过额定负载时，电机8仍在运转，当该悬挂系统压力高于溢流阀19设定压力时，液压油直接由溢流阀19流回油箱，可有效避免电机过载；
S3：将位移传感器3检测到的提升臂12位移参数转化为农具耕作深度，拉力传感器4用来检测农机具受到的土壤阻力，通过轮速传感器5检测到的转速和雷达测速传感器6检测到的车速可计算得到电动拖拉机滑转率；
S4：在悬挂系统中设置一个位调节和力调节参与耕深控制的比例，将位移传感器3检测到的提升臂12位移参数转化为农具耕作深度H1，并与拉力传感器4检测到的土壤阻力F利用综合度系数进行综合（H=aH1+（1-a）F/β），输出耕深综合控制值H实现力位综合耕深调节，其中a为位调节参与耕深控制的比例，1-a为力调节参与耕深控制的比例，β为土壤比阻；
S5：该悬挂系统实现力位—滑转率综合耕深调节，当滑转率不位于最优滑转率区间内时，耕深控制采用滑转率调节，悬挂控制器2发出信号通过改变耕深值使滑转率趋于最优滑转率区间；当滑转率处于最优滑转率区间内，耕深控制采用力位综合调节，悬挂控制器2发出信号使实际耕深值趋于设定耕深值。
本发明的基于电液推杆的电动拖拉机悬挂系统的工作原理为：在耕作前，用户根据土壤条件、拖拉机的实际作业工况，通过控制面板1设定目标耕深，悬挂控制器2在拖拉机作业时采集到的位移传感器3、拉力传感器4、轮速传感器5，雷达测速传感器6的信号处理后与设定目标耕深信号作比较，然后计算出输出信号，控制电液动推杆7运转带动悬挂机构的升降。当农具需要提升时，悬挂控制器2发出信号使电液换向阀16阀芯移向左位，液压泵9的液压油经电液换向阀16流向液压缸11无杆腔，活塞杆向右移动，带动农具上升；当农具需要下降时，悬挂控制器发出信号使电液换向阀16阀芯移向右位，液压泵9的液压油经过电液换向阀16流向液压缸11有杆腔，活塞杆向左移动，带动农具下降；当需要农具中立时，悬挂控制器1发出信号使电液换向阀16阀芯移向中位，液压系统保压，液压泵9不卸荷，液压缸11闭锁。
电动拖拉机悬挂系统采用力位—滑转率综合耕深调节，当检测到滑转率不位于最优滑转率区间内时，耕深控制采用滑转率调节，此时悬挂控制器2发出信号通过改变耕深值使滑转率趋于最优滑转率区间；当检测到滑转率处于最优滑转率区间内，耕深控制采用力位综合调节，悬挂控制器2发出信号使实际耕深值趋于设定耕深值。
耕深调节的过程包括以下步骤：
步骤一、检测实时滑转率，判断滑转率是否在最优滑转率区间内（0.10~0.15），若是，进入步骤三；若否，进入步骤二；
步骤二、判断实际滑转率是否小于最优滑转率区间，若是，电液动推杆7带动农具下降；若否，电液动推杆带动农具下降；
步骤三、判断实际耕深值是否小于设定耕深值时，若是，电液动推杆7带动农具下降；若否，电液动推杆7带动农具上升。
综上所述，一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统及控制方法，电动拖拉机悬挂系统耕深控制采用力位—滑转率综合调节，提高电动拖拉机的作业质量和作业效率。克服现有生产的电动拖拉机电动悬挂装置在实际工作过程中抗冲击强度差、机构结构磨损严重、故障率高等问题以及拖拉机滑转率变化较大时，影响拖拉机的作业质量和作业效率。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：包括控制面板（1）、悬挂控制器（2）、位移传感器（3）、拉力传感器（4）、轮速传感器（5）、雷达测速传感器（6）、电液动推杆（7）以及三点悬挂装置；所述电液动推杆（7）包括电机（8）、液压泵（9）、液压集成阀组（10）和液压缸（11），所述三点悬挂装置包括上拉杆（14）、下拉杆（15）、提升臂（12）和提升杆（13）；
所述上拉杆（14）与下拉杆（15）上下连接，提升臂（12）与提升杆（13）连接，提升杆（13）连接设在下拉杆（15）上，所述悬挂控制器（2）分别通过电缆与电液动推杆（7）、控制面板（1）、位移传感器（3）、拉力传感器（4）、轮速传感器（5）、雷达测速传感器（6）相连，所述电液动推杆（7）的一端与机架铰接，另一端与提升臂（12）铰接，所述位移传感器（3）设在提升臂（12）转角处，所述拉力传感器（4）连接设在下拉杆（15）处，所述轮速传感器（5）连接设在驱动轮上，所述雷达测速传感器（6）位于车身上。
2.根据权利要求1所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：所述悬挂控制器（2）设在驾驶室操作面板内。
3.根据权利要求1所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：所述电机（8）、液压泵（9）、液压集成阀组（10）依次连接，所述液压缸（11）与液压集成阀组（10）连接，液压缸（11）与液压泵（9）平行设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：所述电液动推杆（7）的液压集成阀组（10）由电液换向阀（16）、单向阀（17）、液控单向阀（18）和溢流阀（19）组成。
5.根据权利要求4所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：通过改变电液动推杆（7）的电液换向阀（16）阀芯的移动方向来调节农机具的上升或下降；单向阀（17）做背压阀使用，起缓冲作用防止液压油回流。
6.根据权利要求1所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统，其特征在于：所述电液动推杆（7）的活塞杆运动时带动提升臂（12）绕提升轴作旋转运动，带动农机具的升降。
7.根据权利要求1所述的一种基于电液动推杆的电动拖拉机悬挂系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在液压缸（11）进、回油路上串接液控单向阀（18），当电机（8）停转时，液控单向阀（18）立即关闭，液压系统处于保压状态，农具可以停止在行程任意位置上；
S2：该悬挂系统负载超过额定负载时，电机（8）仍在运转，当该悬挂系统压力高于溢流阀（19）设定压力时，液压油直接由溢流阀（19）流回油箱，可有效避免电机过载；
S3：将位移传感器（3）检测到的提升臂（12）位移参数转化为农具耕作深度，拉力传感器（4）用来检测农机具受到的土壤阻力，通过轮速传感器（5）检测到的转速和雷达测速传感器（6）检测到的车速可计算得到电动拖拉机滑转率；
S4：在悬挂系统中设置一个位调节和力调节参与耕深控制的比例，将位移传感器（3）检测到的提升臂（12）位移参数转化为农具耕作深度H1，并与拉力传感器（4）检测到的土壤阻力F利用综合度系数进行综合（H=aH1+（1-a）F/β），输出耕深综合控制值H实现力位综合耕深调节，其中a为位调节参与耕深控制的比例，1-a为力调节参与耕深控制的比例，β为土壤比阻；
S5：该悬挂系统实现力位—滑转率综合耕深调节，当滑转率不位于最优滑转率区间内时，耕深控制采用滑转率调节，悬挂控制器（2）发出信号通过改变耕深值使滑转率趋于最优滑转率区间；当滑转率处于最优滑转率区间内，耕深控制采用力位综合调节，悬挂控制器（2）发出信号使实际耕深值趋于设定耕深值。
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