CN112205378B - 一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，它包括轴、中心架、喷杆、旋转接头、加速度计、液压缸、弹性铰链，还包括控制用的模拟量输入、比例控制放大器、比例电磁铁、比例压力控制阀、执行器、位移传感器。喷杆通过旋转接头安装在中心架上，中心架可以在轴上滑动，因此喷杆具有水平旋转和上下移动的自由度。喷雾机机身的振动通过悬架传递到喷杆上，液压缸的活塞杆与喷杆连接，位移传感器检测到的活塞杆的位置信号和加速度计测得的喷杆运动信号传递给控制器，控制器计算出合适的控制动作发送到执行机构补偿喷杆的振动。本发明装置可有效的抑制喷杆水平振动，改善喷雾分布模式，提升喷雾机的喷洒作业质量，降低了主动悬架的使用成本。

Description

一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置。
背景技术
喷杆式喷雾机雾化效果好，喷幅宽，作业效率高，是最重要的田间植保机械之一。在田间作业时，土壤不均匀性导致喷杆振动，喷杆振动引发不均匀的喷雾模式，影响喷雾分布模式最重要的喷杆运动是横摇、偏航和颠簸。
实验和理论研究表明，对于不均匀的喷雾模式，臂架的偏航和颠簸比横摇运动更为关键。为了减少由不平路面对车身的冲击引起的喷杆振动，在喷杆与车身间安装悬架系统。对水平喷杆悬架系统性能的研究表明，主动系统比被动悬挂系统效率高很多。现有的慢主动悬架又称为有限带宽主动悬架，它的主动控制覆盖了主要的车身振动，包括纵向、俯仰、侧倾以及转向控制等要求的频率范围，改善了车身共振频率附近的行驶性能，提高了对车身姿态的控制。相比全主动悬架，它降低了系统的成本及复杂程度，尽管如此，其安装成本还是相当高。
发明内容
针对主动悬架技术安装成本高的问题，本发明提供了一种使用标准和廉价的液压设备设计一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置。
本发明的技术方案为：
一种抑制喷杆水平振动的主动悬架装置，其特征在于，包括结构装置与控制装置；
所述结构装置包括轴、中心架、喷杆、旋转接头、加速度计、单杆式液压缸、伸缩式液压缸、弹性铰链；
所述轴安装在喷雾机前端机身上，轴上安装有套筒；
所述中心架为一长方形框架，安装在轴上的套筒固连在中心架上，套筒的位置与短边有一定距离，距离为长边的四分之一，套筒能够在轴上滑动；
所述喷杆位于中心架短边中间位置处并与中心架通过旋转接头连接，以中心架长边中线为中心线对称分布在中心架两侧，旋转接头安装在中心架对角线交点处，通过一根与短边平行的杆连接到中心架上；
所述喷杆由喷杆中心杆件和位于喷杆中心杆件两侧的喷杆侧臂组成；
所述加速度计分别布置在两个喷杆侧臂上，用于检测喷杆的水平运动；
所述单杆式液压缸与喷杆中心杆件相连，单杆式液压缸接收来自控制装置的指令，传递动力源产生的作用力，抑制喷杆的振动；
所述伸缩式液压缸的活塞杆与喷杆侧臂相连；
所述弹性铰链连接喷杆侧臂与喷杆中心杆件。
优选的，所述液压缸为伸缩式液压缸，既可以实现喷杆侧臂的折叠与展开，也可以作为抑制水平振动的主动执行机构。
优选的，喷杆侧臂与喷杆中心杆件通过弹性铰链连接，因此喷杆侧臂可以实现折叠与展开的功能。
优选的，所述加速度计布置在伸缩式液压缸的相邻位置，伸缩式液压缸作为执行器与喷杆侧臂相连，执行器的运动直接传输到加速度计上，执行器运动和记录的加速度之间没有时间延迟，所述加速度计测量的运动信号反馈给控制装置。
一种基于所述的抑制喷杆水平振动的主动悬架装置的控制装置，包括模拟量输入、比例控制放大器、比例电磁铁、比例压力控制阀、执行器、位移传感器。所述模拟量输入与比例控制放大器电连接，比例控制放大器与比例电磁铁电连接，比例电磁铁将电信号转化为位移信号从而控制比例压力控制阀阀芯的位置，改变油液的压力大小，执行器通过油压大小改变输出作用力。所述位移传感器与比例控制放大器电连接，位移传感器检测的活塞杆位移信号传递给比例控制放大器。
优选的，所述比例控制放大器由输入接口、信号处理电路、调节器、功率放大级、测量放大电路组成。所述输入接口与信号处理电路相连，所述信号处理电路的输出端与调节器的输入端相连，调节器的输入端接有测量放大电路，所述测量放大电路用来放大传感器输出电压，所述调节器的输出端与功率放大级的输入端相连。
优选的，所述模拟量输入采用最简单的手动输入，在带电压跟随器的电位器上移动触头P可取0～Uk之间的任意值。
优选的，所述功率放大级采用开关式脉宽调制功率放大级，功放管始终工作在饱和区或截止区，因而功放管的功耗大为降低。此外，PWM信号控制比例电磁铁产生电磁力使阀门产生轻微抖动，减小库仑摩擦，提高响应时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1.本装置添加了旋转接头，使喷杆具有旋转的自由度，从而可以抑制喷杆水平方向的振动。2.采用伸缩式液压缸作为主动悬架的执行器，占用空间小，结构紧凑。3.用电液比例控制代替伺服控制耗能减小，结构更加简单。
附图说明
图1为主动悬架装置结构示意图主视图；
图2为主动悬架装置结构示意图俯视图；
图3为主动悬架装置控制系统示意图；
图4为比例控制放大器示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明装置进一步说明。
如图1-2所示，一种抑制喷杆水平振动的主动悬架装置包括轴1、中心架2、喷杆3、旋转接头4、加速度计5、单杆式液压缸6、伸缩式液压缸7、弹性铰链8。本实施例中，整个喷杆悬架呈左右对称结构，轴1安装在喷雾机前端机身上，轴上安装有套筒，套筒固连在中心架2上，套筒能够在轴1上滑动，在中心架2对角线交点处设有旋转接头4，喷杆3位于中心架短边中间位置处并与中心架通过旋转接头4连接，在喷杆3的两个喷杆侧臂上设有加速度计5，用于检测喷杆的运动，液压缸6与喷杆中心杆件相连，接收来自控制装置的指令，传递动力源产生的作用力，抑制喷杆的振动。伸缩式液压缸7与喷杆侧臂相连，既可以实现喷杆侧臂的折叠与展开，也可以作为抑制水平振动的主动执行机构。在喷杆3上设有弹性铰链8，弹性铰链8连接喷杆侧臂与喷杆中心杆件，当喷杆侧臂需要折叠或者展开时，伸缩式液压缸产生动作使得喷杆侧臂能够绕弹性铰链8做旋转运动。
图3反映了模拟量输入、比例控制放大器、比例电磁铁、比例压力控制阀、执行器、位移传感器之间的连接关系。模拟量输入与比例控制放大器电连接，模拟量输入采用最简单的手动输入，在带电压跟随器的电位器上移动触头P可取0～Uk之间的任意值，比例控制放大器与比例电磁铁电连接，比例电磁铁将电信号转化为位移信号从而控制比例压力控制阀阀芯的位置，改变油液的压力大小，执行器通过油压大小改变输出作用力。所述位移传感器与比例控制放大器电连接，位移传感器检测的伸缩式液压缸的活塞杆位移信号传递比例控制放大器。加速度计5测量的运动信号反馈给控制装置，控制装置根据反馈信号给执行器发出命令。
如图4，比例控制放大器由输入接口、信号处理电路、调节器、功率放大级、测量放大电路组成。所述输入接口与信号处理电路相连，所述信号处理电路的输出端与调节器的输入端相连，调节器的输入端接有测量放大电路，所述测量放大电路用来放大传感器输出电压，所述调节器的输出端与功率放大级的输入端相连。功率放大级采用开关式脉宽调制功率放大级，其中，PWM信号控制比例电磁铁产生电磁力使阀门产生轻微抖动，减小库仑摩擦，提高响应时间。
主动悬架实施过程为：
车身在喷雾机行驶过程中对单杆式液压缸6产生激励，位移传感器检测到伸缩式液压缸的活塞杆的位移并将位移信号发送给控制装置，控制装置给执行器发出命令，伸缩式液压缸的活塞杆产生动作补偿这段位移并带动喷杆3上下运动，与喷杆3相连的中心架2也随之在轴1上滑动，在喷杆3的侧臂上的加速度计5检测到喷杆的运动也发送给控制装置，伸缩式液压缸7根据控制装置的指令产生动作使喷杆绕旋转接头4旋转。
模拟控制信号由外设通过模拟量输入接口输入，利用带电压跟随器的手调电位器输入控制电信号。在信号处理电路中对输入指令信号进行处理，处理后的电信号经调节器处理输出与输入信号成比例的量，信号再经开关式功率放大级输出控制电流。当输入电压ui≤0时，输出电流i＝0；当u＞0时，ui与经测量放大电路传来的反馈信号相比较，其差值经调节器运算放大后输给脉宽调制器，脉宽调制器将调节器输出的连续信号转换成脉冲宽度与其大小成比例的脉冲信号，该脉冲信号经功率驱动电路功率放大，在比例电磁铁线圈两端产生与之相同的脉冲电压。比例电磁铁将电信号转化为位移信号从而控制比例压力控制阀阀芯的位置，改变油液的压力大小，从而实现对执行器输出力的大小进行比例控制的目的。
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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应在本发明保护范围内。

Claims (8)

1.一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于，所述主动悬架控制 装置由结构装置与控制装置组成；
所述结构装置包括轴(1)、中心架(2)、喷杆(3)、旋转接头(4)、加速度计(5)、单杆式液压缸(6)、伸缩式液压缸(7)和弹性铰链(8)；
所述轴(1)安装在喷雾机前端机身上，轴(1)上安装有套筒；
所述中心架(2)为一长方形框架，安装在轴(1)上的套筒固连在中心架(2)上，套筒能够在轴(1)上滑动；
所述喷杆(3)与中心架(2)通过旋转接头(4)连接，以中心架(2)长边中线为中心线对称分布在中心架(2)两侧，旋转接头(4)安装在中心架(2)对角线交点处，通过一根与短边平行的杆连接到中心架(2)上；
所述喷杆由喷杆中心杆件和位于喷杆中心杆件两侧的喷杆侧臂组成；
所述加速度计(5)分别布置在两个喷杆侧臂上，用于检测喷杆的运动；
所述单杆式液压缸(6)与喷杆中心杆件相连，单杆式液压缸(6)接收来自控制装置的指令，传递动力源产生的作用力，抑制喷杆(3)的振动；
所述伸缩式液压缸(7)的活塞杆与喷杆侧臂相连；
所述弹性铰链(8)连接喷杆侧臂与喷杆中心杆件；
所述控制装置，包括模拟量输入、比例控制放大器、比例电磁铁、比例压力控制阀、执行器、位移传感器；所述模拟量输入与比例控制放大器电连接，比例控制放大器与比例电磁铁电连接，比例电磁铁将电信号转化为位移信号从而控制比例压力控制阀阀芯的位置，改变油液的压力大小，执行器通过油压大小改变输出作用力；所述位移传感器与比例控制放大器电连接，位移传感器检测的活塞杆位移信号传递给比例控制放大器。
2.如权利要求1所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于，套筒的位置与中心架(2)短边有一定距离，距离为长边的四分之一，所述喷杆(3)位于中心架(2)短边中间位置处。
3.根据权利要求1所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于：所述伸缩式液压缸(7)既能够实现喷杆侧臂的折叠与展开，也能够作为抑制水平振动的主动执行机构。
4.根据权利要求1所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于：喷杆侧臂与喷杆中心杆件通过弹性铰链连接，因此喷杆侧臂能够实现折叠与展开的功能。
5.根据权利要求1所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于：所述加速度计(5)布置在执行器的相邻位置，伸缩式液压缸(7)作为执行器与喷杆侧臂相连，执行器的运动直接传输到加速度计(5)上，执行器运动和记录的加速度之间没有时间延迟，所述加速度计(5)测量的运动信号反馈给控制装置。
6.根据权利要求1所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于：所述比例控制放大器由输入接口、信号处理电路、调节器、功率放大级、测量放大电路组成；所述输入接口与信号处理电路相连，所述信号处理电路的输出端与调节器的输入端相连，调节器的输入端接有测量放大电路，所述测量放大电路用来放大传感器输出电压，所述调节器的输出端与功率放大级的输入端相连。
7.根据权利要求6所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于，所述模拟量输入采用最简单的手动输入，在带电压跟随器的电位器上移动触头P取0～Uk之间的任意值。
8.根据权利要求6所述的一种抑制喷杆水平振动的主动悬架控制装置，其特征在于，所述功率放大级采用开关式脉宽调制功率放大级，功放管始终工作在饱和区或截止区，因而功放管的功耗大为降低，此外，PWM信号控制比例电磁铁产生电磁力使阀门产生轻微抖动，减小库仑摩擦，提高响应时间。
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