CN111823805A - 一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，涉及农业机械自动控制领域，包括液压调平单元、检测单元和电子控制单元，检测单元包括陀螺仪，用于检测悬挂农具工作时倾斜产生的角度；液压调平单元设置有位移传感器，用于检测所述调平油缸的伸缩量作为自动调平的输出补偿角度。本发明通过采集放置于拖拉机悬挂农具上的陀螺仪与位移传感器的数据，通过电子控制元件处理后控制液压调平单元，从而使悬挂农具保持水平状态，这种数据采集的方法，能简单、高效地将地面平整度采集出来，便于合理地进行自动水平的操作，适用于对拖拉机后悬挂的水平调控，实用性强。

Description

一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统

技术领域

本发明涉及农业机械自动控制领域，特别是涉及一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统。

背景技术

悬挂农具一般利用拖拉机提供动力和支撑平台，在农业生产中被大量使用，例如悬挂式旋耕机、悬挂式播种机等。由于农业作业环境的复杂性，拖拉机在完成作业的同时还要频繁的进行平稳度调节，实际过程中便利性较差。尤其是在水田种植地区，犁底层一般是不平坦的，当拖拉机的一侧轮胎落入低洼点时，悬挂农具也会随之倾斜，影响了工作效率，并且倾斜会导致农具内部结构出现受力不均匀的现象。但随着精准农业与智慧农业的不断发展，农业机械在自动化等方面有了很大的提高，农业机械后悬挂自动水平装置也成为农业机械基本功能之一，不仅可降低人工的操作强度，而且有利于提高农业作业效率。

然而，由于田间复杂的地况以及农业机械本身的因素致使许多自动水平装置无法运用到后悬挂机构上来。因此，如何提供一种适用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，以快速、高效、平稳地对悬挂农具进行调平，是本发明亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，通过采集陀螺仪与位移传感器的数据，控制液压调平机构，从而对悬挂农具高效、快捷、合理地进行自动水平操作。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，主要包括：

液压调平单元，所述液压调平单元包括油缸总成和位移传感器；所述油缸总成内设有调平油缸，所述调平油缸铰接于农业机械的下拉杆，所述下拉杆的末端挂接农具；所述位移传感器用于检测所述调平油缸的伸缩量作为自动调平的输出补偿角度；

检测单元，所述检测单元包括陀螺仪，用于检测悬挂农具工作时倾斜产生的角度；

电子控制单元，所述陀螺仪和所述位移传感器均与所述电子控制单元信号连接，所述电子控制单元能够根据所述陀螺仪和/或所述位移传感器的信号，以电信号驱动电磁换向阀并调控所述油缸总成，达到控制后悬挂自动水平的目的。

可选的，所述陀螺仪和/或所述位移传感器安装在悬挂农具上，且所述陀螺仪平行于农业机械底盘放置。

可选的，所述电子控制单元包括PIC单片机、触摸屏、中间线路和MOS管驱动器；所述PIC单片机的模拟I/O口连接所述陀螺仪的信号线，数字I/O口连接所述MOS管驱动器，所述MOS管驱动器连接所述电磁换向阀。

可选的，所述油缸总成包括用于带动农具进行车身纵向方向上调平的上调平油缸和用于带动农具进行水平方向上调平的侧调平机构；所述上调平油缸的一端铰接于农业机械后部，另一端挂接农具；所述侧调平机构包括提升臂、升降油缸和侧调平油缸；所述提升臂的一端铰接于农业机械后部，另一端与所述侧调平油缸的一端铰接，所述侧调平油缸的另一端铰接于所述下拉杆的中部；所述升降油缸的一端铰接于所述提升臂的中部，另一端铰接于农业机械后部。

可选的，所述油缸总成还包括提升臂轴，所述提升臂轴铰接于农业机械后部；所述提升臂轴的两端均连接一组所述侧调平机构，且所述侧调平机构通过所述提升臂与所述提升臂轴的两端固定连接。

可选的，所述油缸总成还包括电磁换向阀、液压泵、溢流阀和液压油箱，所述液压泵、所述溢流阀和所述液压油箱依次通过液压油路连接形成液压系统，所述液压系统由电机驱动；所述上调平油缸、所述侧调平油缸以及所述升降油缸分别通过一所述电磁换向阀与所述液压系统连接。

可选的，所述电磁换向阀为M型三位四通阀。

可选的，所述触摸屏有接收倾斜角度值、设置后悬挂机构总体高度、设置允许偏差范围显示界面，并设有自动/手动切换按钮。

可选的，各所述位移传感器分别通过连杆机构与对应油缸的输出端连接。

可选的，所述电子控制单元安装于农业机械的驾驶室内。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，通过采集安装于悬挂农具上的陀螺仪与位移传感器的数据，通过电子控制元件处理后控制液压调平机构，达到控制后悬挂自动水平的目的。具体有益效果如下：

1、本发明实现了农业机械后悬挂自动水平的精准调节，减轻了操作人员劳动强度，尤其适用于拖拉机后悬挂自动水平的调节；

2、本发明可保证悬挂农具左右始终水平，防止悬挂杆件因晃动产生农具自振的现象，也避免了因晃动使得悬挂杆件一端无法与地面接触所产生的损失，同时提高了安全保障性；

3、本发明在悬挂农具上两端安装了两种传感器，可同时接收悬挂农具倾角数据和油缸伸缩数据，通过对两组数据进行比较分析，有利于提高测量结果的精准度；并且，通过位移传感器检测调平油缸伸缩量作为作业机组自动调平的输出补偿角度，这种数据采集的方法，能简单、高效地将地面平整度采集出来，便于合理地进行自动水平的操作。

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为本发明用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统的结构示意图；

图2为本发明用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统的液压油路图；

图3为本发明用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统的控制原理框图；

图4为本发明用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统的液压调节控制图；

其中，附图标记为：1、上调平油缸；2、右提升臂；3、右升降油缸；4、右调平油缸；5、右下拉杆；6、左下拉杆；7、左调平油缸；8、左提升臂；9、左升降油缸；10、提升臂轴；11、PIC单片机；12、MOS管驱动器；13、电磁换向阀；13-1、前后电磁换向阀；13-2、升降电磁换向阀；13-3、左右电磁换向阀；14、单向阀；15、液压泵；16、过滤器；17、液压油箱；18、溢流阀；19、电机；20、调平电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，通过采集陀螺仪与位移传感器的数据，控制液压调平机构，从而对悬挂农具高效、快捷、合理地进行自动水平操作。

基于此，本发明提供一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，将放置在拖拉机悬挂农具上的陀螺仪和位移传感器的数据输入到PIC单片机上，进行数据处理，通过与设定阈值比对后，以电信号驱动电磁换向阀控制液压装置，达到控制后悬挂自动水平的目的。

该自动水平控制系统实现了农业机械后悬挂自动水平的精准调节，减轻了操作人员劳动强度，提高了农业机械的田间工作效率，尤其适用于拖拉机后悬挂自动水平的调节，实用性强。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1-4所示，本实施例提供一种拖拉机后悬挂自动水平控制系统，包括液压调平单元、检测单元和电子控制单元。液压调平单元中的油缸总成包括上调平油缸和两组对称设置的侧调平机构，上调平油缸用于带动农具进行车身纵向方向上调平，侧调平机构则用于带动农具进行水平方向上调平。为了区分，分别对两组侧调平机构进行“左”、“右”区分。基于此，如图1所示，上述油缸总成包括上调平油缸1、右提升臂2、右提升油缸3、右调平油缸4、左调平油缸7、左提升臂8、左提升油缸9以及提升臂轴10。其中，上调平油缸1的一端铰接在拖拉机后部，提升臂轴10与拖拉机后部铰接；左提升臂8的一端与提升臂轴10的左端固定连接，右提升臂2的一端与提升臂轴10的右端固定连接；左升降油缸9的一端与拖拉机后部铰接，另一端与左提升臂8铰接，铰接点为d点；右升降油缸3的一端与拖拉机后部铰接，另一端与右提升臂2铰接，铰接点为c点；左下拉杆6的一端和右下拉杆5的一端均与拖拉机后部铰接，铰接点分别为f点和e点；左调平油缸7的一端与左提升臂8的另一端铰接，另一端与左下拉杆6中部铰接，铰接点为h点；右调平油缸4的一端与右提升臂2的另一端铰接，另一端与右下拉杆5中部铰接，铰接点为g点。其中，上调平油缸1、左下拉杆6和右下拉杆5的末端均以现有的安装方式挂接农具。

本实施例中，液压调平单元还设置了位移传感器，位移传感器安装在悬挂农具上，用于检测上述各调平油缸的伸缩量作为自动调平的输出补偿角度。其中，位移传感器通过连杆机构与对应油缸的输出端连接。

本实施例中，检测单元包括陀螺仪，安装在悬挂农具上，且平行于拖拉机底盘放置，用于检测悬挂农具工作时倾斜产生的角度。

本实施例中，电子控制单元放置于拖拉机驾驶室内，包括PIC单片机11、触摸屏、中间线路和MOS管驱动器12；PIC单片机11的模拟I/O口连接陀螺仪的信号线，数字I/O口连接MOS管驱动器12，MOS管驱动器12连接电磁换向阀13。陀螺仪和位移传感器均与该电子控制单元信号连接，该电子控制单元能够根据陀螺仪和/或位移传感器的信号，以电信号驱动电磁换向阀并调控油缸总成，达到控制后悬挂自动水平的目的。电子控制单元中各部件的具体电性连接关系以及工作原理如图3和4所示。

本实施例中，如图2-4所示，油缸总成还包括多个电磁换向阀13、单向阀14、液压泵15、过滤器16、液压油箱17、溢流阀18和电机19，液压泵15、溢流阀18和液压油箱17依次通过液压油路连接形成液压系统，所述液压系统由电机19驱动；上述上调平油缸、侧调平油缸以及升降油缸分别通过一电磁换向阀13与上述液压系统连接。为了加以区分，本实施例中，与上调平油缸1连接的为前后电磁换向阀13-1，与升降油缸连接的为升降电磁换向阀13-2，与调平油缸连接的则为左右电磁换向阀13-3。如图2所示，右调平油缸4和左调平油缸7与左右电磁换向阀13-3之间还连接一调平电磁阀20，该调平电磁阀优选为M型三位四通阀。本实施例中，上述各电磁换向阀优选安装在拖拉机机架上，各电磁换向阀与对应油缸和液压系统的连接方式具体如图2所示。

本实施例中，触摸屏有接收倾斜角度值、设置后悬挂机构总体高度、设置允许偏差范围显示界面，并有自动/手动切换按钮。该触摸屏为一现有结构，其与电子控制单元中其余部件均采用现有的电性连接方式进行连接，以能够实现其上述功能为准，具体结构和工作原理在此不再赘述。

下面对本实施例的工作原理作具体说明：

如图3-4所示，拖拉机在田间作业时，陀螺仪和位移传感器会检测悬挂农具的平衡状态，并将该平衡状态的数据信号通过模拟I/O口传输至PIC单片机11中，PIC单片机11通过内设程序进行计算得出悬挂农具所产生的倾斜角度，并在触摸屏上显示实时该倾斜角度，以及悬挂农具左右侧离地高度，在PIC单片机11设置好所允许的误差范围内，经过PID算法将调平结束后悬挂农具所产生的真实角度与所设置的角度(水平，即0度)进行比较，如偏离所设置的角度范围，PIC单片机11向数字I/O口发送电信号，当电机19接收单片机电信号使右侧电磁铁通电，B口进油，悬挂农具左升；当左侧电磁铁通电，B口回油，悬挂农具右升。两边电磁铁都不通电时，阀芯处于中位，悬挂农具不调平。

其中，整个电子控制元件电源优选为12V蓄电池，整个油缸总成液压动力源于拖拉机燃油机，具体连接方式采用现有技术，在此不再赘述。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，包括：

液压调平单元，所述液压调平单元包括油缸总成和位移传感器；所述油缸总成内设有调平油缸，所述调平油缸铰接于农业机械的下拉杆，所述下拉杆的末端挂接农具；所述位移传感器用于检测所述调平油缸的伸缩量作为自动调平的输出补偿角度；

检测单元，所述检测单元包括陀螺仪，用于检测悬挂农具工作时倾斜产生的角度；

电子控制单元，所述陀螺仪和所述位移传感器均与所述电子控制单元信号连接，所述电子控制单元能够根据所述陀螺仪和/或所述位移传感器的信号，以电信号驱动电磁换向阀并调控所述油缸总成，达到控制后悬挂自动水平的目的。

2.根据权利要求1所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述陀螺仪和/或所述位移传感器安装在悬挂农具上，且所述陀螺仪平行于农业机械底盘放置。

3.根据权利要求1所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述电子控制单元包括PIC单片机、触摸屏、中间线路和MOS管驱动器；所述PIC单片机的模拟I/O口连接所述陀螺仪的信号线，数字I/O口连接所述MOS管驱动器，所述MOS管驱动器连接所述电磁换向阀。

4.根据权利要求1所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述油缸总成包括用于带动农具进行车身纵向方向上调平的上调平油缸和用于带动农具进行水平方向上调平的侧调平机构；所述上调平油缸的一端铰接于农业机械后部，另一端挂接农具；所述侧调平机构包括提升臂、升降油缸和侧调平油缸；所述提升臂的一端铰接于农业机械后部，另一端与所述侧调平油缸的一端铰接，所述侧调平油缸的另一端铰接于所述下拉杆的中部；所述升降油缸的一端铰接于所述提升臂的中部，另一端铰接于农业机械后部。

5.根据权利要求4所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述油缸总成还包括提升臂轴，所述提升臂轴铰接于农业机械后部；所述提升臂轴的两端均连接一组所述侧调平机构，且所述侧调平机构通过所述提升臂与所述提升臂轴的两端固定连接。

6.根据权利要求4所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述油缸总成还包括电磁换向阀、液压泵、溢流阀和液压油箱，所述液压泵、所述溢流阀和所述液压油箱依次通过液压油路连接形成液压系统，所述液压系统由电机驱动；所述上调平油缸、所述侧调平油缸以及所述升降油缸分别通过一所述电磁换向阀与所述液压系统连接。

7.根据权利要求6所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述电磁换向阀为M型三位四通阀。

8.根据权利要求3所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述触摸屏有接收倾斜角度值、设置后悬挂机构总体高度、设置允许偏差范围显示界面，并设有自动/手动切换按钮。

9.根据权利要求4所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，各所述位移传感器分别通过连杆机构与对应油缸的输出端连接。

10.根据权利要求1所述的用于农业机械后悬挂的自动水平控制系统，其特征在于，所述电子控制单元安装于农业机械的驾驶室内。

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