CN113086004B - 高地隙割晒机及其直线行走及转弯控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高地隙割晒机,设计合理,匹配了用于前轮驱动的行走驱动系统、用于后轮主动转向的后轮转向系统,并设计了前轮辅助转向系统,主动差速匹配左右两后轮的转角,前轮驱动采用了两泵两马达液压传动,两个前轮单独控制,既解决了左右两前轮自由差速引起的打滑现象,又解决了转弯时驱动轮阻力大不易被动差速的问题,在工作环境较差的田间具有较好的行走和转向性能,还提供了控制本发明的高地隙割晒机的控制方法,解决了高地隙割晒机在黏湿土壤条件下的高效行走及转向的问题,非常实用,应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于农用机械领域,尤其是一种高地隙割晒机及控制方法。
背景技术
随着规模化种植推进与一些高杆作物(如油菜)分段收获的需要,急需大型高效的中央集排式割晒机。现有高地隙割晒装备转向形式主要为两轮转向,一般有两种,一是前轮通过变速箱实现差速,后轮通过液压杆伸缩调节转角;二是前轮采用液压马达驱动,通过两个马达不同流量分配实现差速,后轮为万向轮跟随前轮运动。这两种形式结构较为简单,在平坦干燥的田间作业转向效果好,但在土壤较为黏重、含水率较高的田块条件下容易出现下陷、打滑、转弯半径增大、转弯不灵活等问题,影响载荷较重的机械装备的行走性能和工作效率。
现有技术有四轮转向应用在高地隙割晒机的研究表明,采用四个动力缸实现,其中有两个双作用动力缸,通过转向器、液压阀、液压缸等的共同作用调节各液压推杆的运动控制各轮转角,实现四轮转向。这种四轮转向系统结构较为复杂,成本高,对较大轮胎或者履带不易控制,也不适用于载荷较重的机械装备在黏湿土壤条件下的行走转向。
发明内容
为了解决以上问题,本发明提供一种高地隙割晒机,后轮主动转向,前轮驱动并辅助转向的液压驱动四轮转向机构和控制方法,解决了高地隙割晒机在黏湿土壤条件下的高效行走及转向的问题。
为达此目的,本发明提供了一种高地隙割晒机,包括驾驶室、机架、后桥安装架、机架护板、后桥、发动机,所述驾驶室、机架护板均位于所述机架上方,所述后桥安装架安装于所述机架下方,所述高地隙割晒机还包括行走及转向执行机构,所述行走及转向执行机构包括伺服电机、前轮、后轮、行走驱动系统、后轮转向系统、前轮辅助转向系统,所述后桥联接两个所述后轮的中心轴,所述行走驱动系统用于驱动所述前轮的转动,包括双联变量泵、前轮驱动马达,所述双联变量泵为串联的第一泵、第二泵,发动机动力轴输出动力直接与串联的第一泵、第二泵联接,第一泵、第二泵的液压出油口分别联接两个前轮驱动马达,前轮驱动马达与机架固连,两个前轮驱动马达输出轴分别联接左右两个前轮,带动前轮旋转运动,割晒机前进,所述后轮转向系统用于驱动所述后轮的转动,包括梯形转向机构、方向盘、液压转向器、双杆转向油缸、液压油箱、滤清器、齿轮泵、冷却器、溢流阀,所述梯形转向机构和所述后桥并联,且联接两个所述后轮中心轴,方向盘与液压转向器联接,液压转向器的出油口A联接双杆转向油缸的一端,进油口B与双杆转向油缸的另一端联接,液压油箱的液压油通过滤清器到齿轮泵,齿轮泵的出油口与液压转向器的P口连接,T口为出油口通过冷却器回液压油箱,溢流阀与液压转向器并联,防止系统压力过高,旋转方向盘时带动液压转向器旋转,液压转向器出油口出油推动双杆转向油缸,所述双杆转向油缸推动梯形转向机构推动后轮在垂直地面方向旋转,从而实现转向,所述前轮辅助转向系统用于辅助所述所述行走驱动系统和所述后轮转向系统,包括控制器、转速传感器、角度传感器、前进速度控制手柄、用于所述前轮的速度调节机构,所述角度传感器为一个,用于检测其中一个所述后轮的转角,所述转速传感器为两个,分别检测两个所述前轮的转速,所述速度调节机构包括第一螺母套、第二螺母套、螺纹杆、万向节、花键轴、过渡套、调速连接杆、变速箱、花键套轴,所述伺服电机通过变速箱将动力传递给花键套轴,花键套轴通过花键将动力传递给花键轴,花键轴上套有过渡套,过渡套与调速连接杆固连,调速连接杆受前进速度控制手柄调控,花键轴另一端与万向节右接头固连,万向节左接头与螺纹杆固连,第一螺母套、第二螺母套分别与螺纹杆左右螺纹配合,第一泵的调速杆与第一螺母套固连,第二泵的调速杆与第二螺母套固连,调节前进速度快慢时,推拉前进速度控制手柄带动过渡套、花键轴以及万向节和螺纹杆上的第一螺母套、第二螺母套整体左右移动,第一泵、第二泵开度随着第一螺母套、第二螺母套左右移动同步变大或变小,通过改变泵的排量来调节前进速度,转弯差速调节时,控制器根据检测的后轮的转角信号转换得到前轮速比,输出信号给伺服电机,伺服电机旋转将动力通过变速箱、花键套轴、花键轴、万向节传递给螺纹杆,螺纹杆左右两段螺纹旋向相反,当螺纹杆顺时针旋转时左边第一螺母套向右移动,右边第二螺母套向左移动,带动第一泵排量变大,第二泵排量变小,则左边前轮转速变大、右边前轮转速变小,机器右拐,反之,则机器左拐。
本发明还提供了上述高地隙割晒机的直线行走及转弯控制方法,设定左前轮实际速度为v1,理论速度为v左,右前轮实际速度为v2,理论速度为v右,右后轮转角为θ,前轮轮距为a,后轮轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0,右转弯时两前轮的理论速比为左拐时两前轮的理论速比控制器检测到的前轮实际速比为控制方法如下:
S1,控制器读取初始值前轮轮距为a,后轮轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0;
S2,转速传感器检测左前轮实际速度为v1,右前轮实际速度为v2,右后轮转角为θ,并将信息传送给控制器;
S3,控制器判断v1=v2=0是否成立,若成立则输出信号给伺服电机,伺服电机回零,则机构停机,两前轮无差速;
S4,若v1=v2=0不成立,则根据θ判断后轮转角并匹配前轮的差速,具体如下:
①-θ0≤θ≤θ0时,即后轮有轻微偏转但无实际转弯即直线行走时伺服电机回原点,两前轮无差速输出;
②当θ<-θ0(顺时针为正,逆时针为负),此时为右拐,转速传感器检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ右比较,如果λ′=λ右,维持原输出,若λ′<λ右,控制器输出信号调节伺服电机右转,若λ′>λ右,控制器输出信号调节伺服电机左转,直至λ′=λ右;
③当θ>θ0,此时为左拐,转速传感器检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ左比较,如果λ′=λ左维持原输出,若λ′<λ左,控制器输出信号调节伺服电机右转,若λ′>λ左,控制器输出信号调节伺服电机左转,直至λ′=λ左;
S5,将步骤S4的信息输出给控制器,重复步骤S2-S4,直至步骤S3成立,机构停机。
作为本发明进一步改进,为保证安全启动要求,当前进速度v1=v2=0时,伺服电机回到零位位置,保证下次工作时可顺利启动发动机。
作为本发明进一步改进,所述θ0为系统预设的不同的路面情况对应不同的值,运行时只需根据实际路况选择,所述路面情况包括平坦水泥路、黏重土、沙性土等。
本申请的一种高地隙割晒机,有如下优点:
1).设计了行走驱动系统,用于控制前轮的前进速度,同时使用了转速传感器检测前轮前进速度,安全性提高;
2).设计了后轮转向系统,用于控制后轮的转向角度,同时使用了角度传感器检测后轮转角;
3).设计了前轮辅助转向系统结合所述行走驱动系统和后轮转向系统,将角度传感器和转速传感器分别检测出的后轮转角和前轮前进速度信息发送给控制器,控制器通过检测后轮转角计算出前轮匹配速度差,控制电机转动经变速箱减速后带动速度调节机构调节双联变量泵开度实现速度差,并与检测到的前轮实际转速比相比较实现闭环控制,将前轮速差稳定在理论值附近,实现四轮转向。
总之,本申请的高地隙割晒机设计合理,匹配了用于前轮驱动的行走驱动系统、用于后轮主动转向的后轮转向系统,并设计了前轮辅助转向系统,主动差速匹配左右两后轮的转角,前轮驱动采用了两泵两马达液压传动,两个前轮单独控制,既解决了左右两前轮自由差速引起的打滑现象,又解决了转弯时驱动轮阻力大不易被动差速的问题,在工作环境较差的田间具有较好的行走和转向性能,还提供了控制本发明的高地隙割晒机的控制方法,解决了高地隙割晒机在黏湿土壤条件下的高效行走及转向的问题,非常实用,应用前景广泛。
附图说明
附图1是本发明的高地隙割晒机侧面结构示意图;
附图2是本发明的高地隙割晒机底面结构俯视图;
附图3是本发明的高地隙割晒机行走及转向执行机构联接示意图;
附图4是本发明的高地隙割晒机行走驱动及后轮转向系统液压示意图;
附图5是速度调节机构与双联变量泵、伺服电机和前进速度控制手柄的联接示意图;
附图6是本发明的高地隙割晒机直线行走及转弯控制方法流程图;
部品名称
1、驾驶室;2、机架;3、后桥安装架;4、机架护板;5、后桥;6、伺服电机;7、变速箱;8、前进速度控制手柄;9、速度调节机构;10、梯形转向机构;11、前轮;12、转速传感器;13、后轮;14、角度传感器;15、双杆转向油缸;16、液压转向器;17、方向盘;18、控制器;19、发动机;20、双联变量泵;21、前轮驱动马达;22、液压油箱;23、滤清器;24、齿轮泵;25、冷却器;26、溢流阀;27、第一螺母套;28、第二螺母套;29、螺纹杆;30、万向节;31、花键轴;32、过渡套;33、调速连接杆;34、花键套轴;20-1、第一泵;20-2、第二泵。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
如图1-5所示,本发明提供的一种高地隙割晒机,包括驾驶室1、机架2、后桥安装架3、机架护板4、后桥5、发动机19,所述驾驶室1、机架护板4均位于所述机架2上方,所述后桥安装架3安装于所述机架2下方,所述高地隙割晒机还包括行走及转向执行机构,所述行走及转向执行机构包括伺服电机6、前轮11、后轮13、行走驱动系统、后轮转向系统、前轮辅助转向系统,所述后桥5联接两个所述后轮13的中心轴,所述行走驱动系统用于驱动所述前轮11的转动,包括双联变量泵20、前轮驱动马达21,所述双联变量泵20为串联的第一泵20-1、第二泵20-2,发动机19动力轴输出动力直接与串联的第一泵20-1、第二泵20-2联接,第一泵20-1、第二泵20-2的液压出油口分别联接两个前轮驱动马达21,前轮驱动马达21与机架2固连,两个前轮驱动马达21输出轴分别联接左右两个前轮11,带动前轮11旋转运动,割晒机前进,所述后轮转向系统用于驱动所述后轮13的转动,包括梯形转向机构10、方向盘17、液压转向器16、双杆转向油缸15、液压油箱22、滤清器23、齿轮泵24、冷却器25、溢流阀26,所述梯形转向机构10和所述后桥5并联,且联接两个所述后轮13中心轴,方向盘17与液压转向器16联接,液压转向器16的出油口A联接双杆转向油缸15的一端,进油口B与双杆转向油缸15的另一端联接,液压油箱22的液压油通过滤清器23到齿轮泵24,齿轮泵24的出油口与液压转向器16的P口连接,T口为出油口通过冷却器25回液压油箱22,溢流阀26与液压转向器16并联,防止系统压力过高,旋转方向盘17时带动液压转向器16旋转,液压转向器16出油口出油推动双杆转向油缸15,所述双杆转向油缸15推动梯形转向机构10推动后轮13向另一侧运动,从而实现转向,所述前轮辅助转向系统用于辅助所述所述行走驱动系统和所述后轮转向系统,包括控制器18、转速传感器12、角度传感器14、前进速度控制手柄8、用于所述前轮11的速度调节机构9,所述角度传感器14为一个,用于检测其中一个所述后轮13的转角,所述转速传感器12为两个,分别检测两个所述前轮11的转速,所述速度调节机构9包括第一螺母套27、第二螺母套28、螺纹杆29、万向节30、花键轴31、过渡套32、调速连接杆33、变速箱7、花键套轴34,所述伺服电机6通过变速箱7将动力传递给花键套轴34,花键套轴34通过花键将动力传递给花键轴31,花键轴31上套有过渡套32,过渡套32与调速连接杆33固连,调速连接杆33受前进速度控制手柄8调控,花键轴31另一端与万向节30右接头固连,万向节30左接头与螺纹杆29固连,第一螺母套27、第二螺母套28分别与螺纹杆29左右螺纹配合,第一泵20-1的调速杆与第一螺母套27固连,第二泵20-2的调速杆与第二螺母套28固连,调节前进速度快慢时,推拉前进速度控制手柄8带动过渡套32、花键轴31以及万向节30和螺纹杆29上的第一螺母套27、第二螺母套28整体左右移动,第一泵20-1、第二泵20-2开度随着第一螺母套27、第二螺母套28左右移动同步变大或变小,通过改变泵的排量来调节前进速度,转弯差速调节时,控制器18根据检测的后轮13的转角信号转换得到前轮11速比,输出信号给伺服电机6,伺服电机6旋转将动力通过变速箱7、花键套轴34、花键轴31、万向节30传递给螺纹杆29,螺纹杆29左右两段螺纹旋向相反,当螺纹杆29顺时针旋转时左边第一螺母套27向右移动,右边第二螺母套28向左移动,带动第一泵20-1排量变大,第二泵20-2排量变小,则左边前轮11转速变大、右边前轮11转速变小,机器右拐,反之,则机器左拐。
本发明还提供了上述高地隙割晒机的直线行走及转弯控制方法,如图6所示,设定左前轮实际速度为v1,理论速度为v左,右前轮实际速度为v2,理论速度为v右,右后轮转角为θ,前轮轮距为a,后轮轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0,右转弯时两前轮的理论速比为左拐时两前轮的理论速比控制器检测到的前轮实际速比为控制方法如下:
S1,控制器18读取初始值前轮11轮距为a,后轮13轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0;
S2,转速传感器12检测左前轮实际速度为v1,右前轮实际速度为v2,右后轮转角为θ,并将信息传送给控制器;
S3,控制器18判断v1=v2=0是否成立,若成立则输出信号给伺服电机6,伺服电机6回零,则机构停机,两前轮无差速;
S4,若v1=v2=0不成立,则根据θ判断后轮转角并匹配前轮的差速,具体如下:
①-θ0≤θ≤θ0时,即后轮有轻微偏转但无实际转弯即直线行走时伺服电机6回原点,两前轮无差速输出;
②当θ<-θ0(顺时针为正,逆时针为负),此时为右拐,转速传感器12检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ右比较,如果λ′=λ右,维持原输出,若λ′<λ右,控制器18输出信号调节伺服电机右转,若λ′>λ右,控制器18输出信号调节伺服电机左转,直至λ′=λ右;
③当θ>θ0,此时为左拐,转速传感器12检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ左比较,如果λ′=λ左维持原输出,若λ′<λ左,控制器18输出信号调节伺服电机6右转,若λ′>λ左,控制器18输出信号调节伺服电机6左转,直至λ′=λ左;
S5,将步骤S4的信息输出给控制器18,重复步骤S2-S4,直至步骤S3成立,机构停机。为保证安全启动要求,当前进速度v1=v2=0时,伺服电机6回到零位位置,保证下次工作时可顺利启动发动机。
作为本发明进一步改进,所述θ0为系统预设的不同的路面情况对应不同的值,运行时只需根据实际路况选择,所述路面情况包括平坦水泥路、黏重土、沙性土等。
本申请的一种高地隙割晒机,有如下优点:
1).设计了行走驱动系统,用于控制前轮的前进速度,同时使用了转速传感器检测前轮前进速度,安全性提高;
2).设计了后轮转向系统,用于控制后轮的转向角度,同时使用了角度传感器检测后轮转角;
3).设计了前轮辅助转向系统结合所述行走驱动系统和后轮转向系统,将角度传感器和转速传感器分别检测出的后轮转角和前轮前进速度信息发送给控制器,控制器通过检测后轮转角计算出前轮匹配速度差,控制电机转动经变速箱减速后带动速度调节机构调节双联变量泵开度实现速度差,并与检测到的前轮实际转速比相比较实现闭环控制,将前轮速差稳定在理论值附近,实现四轮转向。
总之,本申请的高地隙割晒机设计合理,匹配了用于前轮驱动的行走驱动系统、用于后轮主动转向的后轮转向系统,并设计了前轮辅助转向系统,主动匹配左右两前轮的差速,前轮驱动采用了两泵两马达液压传动,两个前轮单独控制,既解决了左右两前轮自由差速引起的打滑现象,又解决了转弯时驱动轮阻力大不易被动差速的问题,在工作环境较差的田间具有较好的行走和转向性能,还提供了控制本发明的高地隙割晒机的控制方法,解决了高地隙割晒机在黏湿土壤条件下的高效行走及转向的问题,非常实用,应用前景广泛。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作任何其他形式的限制,而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化,仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (3)
1.一种高地隙割晒机,包括驾驶室(1)、机架(2)、后桥安装架(3)、机架护板(4)、后桥(5)、发动机(19),所述驾驶室(1)、机架护板(4)均位于所述机架(2)上方,所述后桥安装架(3)安装于所述机架(2)下方,其特征在于,所述高地隙割晒机还包括行走及转向执行机构,所述行走及转向执行机构包括伺服电机(6)、前轮(11)、后轮(13)、行走驱动系统、后轮转向系统、前轮辅助转向系统,所述后桥(5)联接两个所述后轮(13)的中心轴,所述行走驱动系统用于驱动所述前轮(11)的转动,包括双联变量泵(20)、前轮驱动马达(21),所述双联变量泵(20)为串联的第一泵(20-1)、第二泵(20-2),发动机(19)动力轴输出动力直接与串联的第一泵(20-1)、第二泵(20-2)联接,第一泵(20-1)、第二泵(20-2)的液压出油口分别联接两个前轮驱动马达(21),前轮驱动马达(21)与机架(2)固连,两个前轮驱动马达(21)输出轴分别联接左右两个前轮(11),带动前轮(11)旋转运动,割晒机前进,所述后轮转向系统用于驱动所述后轮(13)的转动,包括梯形转向机构(10)、方向盘(17)、液压转向器(16)、双杆转向油缸(15)、液压油箱(22)、滤清器(23)、齿轮泵(24)、冷却器(25)、溢流阀(26),所述梯形转向机构(10)和所述后桥(5)并联,且联接两个所述后轮(13)中心轴,方向盘(17)与液压转向器(16)联接,所述双杆转向油缸(15)推动梯形转向机构(10)推动后轮(13)在垂直于地面方向转动,从而实现转向,所述前轮辅助转向系统用于辅助所述后轮转向系统,包括控制器(18)、转速传感器(12)、角度传感器(14)、前进速度控制手柄(8)、用于所述前轮(11)的速度调节机构(9),所述角度传感器(14)为一个,用于检测其中一个所述后轮(13)的转角,所述转速传感器(12)为两个,分别检测两个所述前轮(11)的转速,所述速度调节机构(9)包括第一螺母套(27)、第二螺母套(28)、螺纹杆(29)、万向节(30)、花键轴(31)、过渡套(32)、调速连接杆(33)、变速箱(7)、花键套轴(34),所述伺服电机(6)通过变速箱(7)将动力传递给花键套轴(34),花键套轴(34)通过花键将动力传递给花键轴(31),花键轴(31)上套有过渡套(32),过渡套(32)与调速连接杆(33)固连,调速连接杆(33)受前进速度控制手柄(8)调控,花键轴(31)另一端与万向节(30)右接头固连,万向节(30)左接头与螺纹杆(29)固连,第一螺母套(27)、第二螺母套(28)分别与螺纹杆(29)左右螺纹配合,第一泵(20-1)的调速杆与第一螺母套(27)固连,第二泵(20-2)的调速杆与第二螺母套(28)固连,调节前进速度快慢时,推拉前进速度控制手柄(8)带动过渡套(32)、花键轴(31)以及万向节(30)和螺纹杆(29)上的第一螺母套(27)、第二螺母套(28)整体左右移动,第一泵(20-1)、第二泵(20-2)开度随着第一螺母套(27)、第二螺母套(28)左右移动同步变大或变小,通过改变泵的排量来调节前进速度,转弯差速调节时,控制器(18)根据检测的后轮(13)的转角信号转换得到前轮(11)速比,输出信号给伺服电机(6),伺服电机(6)旋转将动力通过变速箱(7)、花键套轴(34)、花键轴(31)、万向节(30)传递给螺纹杆(29),螺纹杆(29)左右两段螺纹旋向相反,当螺纹杆(29)顺时针旋转时左边第一螺母套(27)向右移动,右边第二螺母套(28)向左移动,带动第一泵(20-1)排量变大,第二泵(20-2)排量变小,则左边前轮(11)转速变大、右边前轮(11)转速变小,机器右拐,反之,则机器左拐。
2.用于权利要求1所述的一种高地隙割晒机的直线行走及转弯控制方法,其特征在于,设定左前轮实际速度为v1,理论速度为v左,右前轮实际速度为v2,理论速度为v右,右后轮转角为θ,前轮轮距为a,后轮轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0,右转弯时两前轮的理论速比为左拐时两前轮的理论速比控制器检测到的前轮实际速比为控制方法如下:
S1,控制器(18)读取初始值前轮(11)轮距为a,后轮(13)轮距为b,前后轴距为h,不同的路面情况对应不同的转角θ0;
S2,转速传感器(12)检测左前轮实际速度为v1,右前轮实际速度为v2,右后轮转角为θ,并将信息传送给控制器;
S3,控制器(18)判断v1=v2=0是否成立,若成立则输出信号给伺服电机(6),伺服电机(6)回零,则机构停机,两前轮无差速;
S4,若v1=v2=0不成立,则根据θ判断后轮转角并匹配前轮的差速,具体如下:
①-θ0≤θ≤θ0时,即后轮有轻微偏转但无实际转弯即直线行走时伺服电机(6)回原点,两前轮无差速输出;
②当θ<-θ0,顺时针为正,逆时针为负,此时为右拐,转速传感器(12)检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ右比较,如果λ′=λ右,维持原输出,若λ′<λ右,控制器(18)输出信号调节伺服电机右转,若λ′>λ右,控制器(18)输出信号调节伺服电机左转,直至λ′=λ右;
③当θ>θ0,此时为左拐,转速传感器(12)检测两前轮的实际转速并将实际转速比λ′与λ左比较,如果λ′=λ左维持原输出,若λ′<λ左,控制器(18)输出信号调节伺服电机(6)右转,若λ′>λ左,控制器(18)输出信号调节伺服电机(6)左转,直至λ′=λ左;
S5,将步骤S4的信息输出给控制器(18),重复步骤S2-S4,直至步骤S3成立,机构停机。
3.根据权利要求2所述的一种高地隙割晒机的直线行走及转弯控制方法,其特征在于,
所述θ0为系统预设的不同的路面情况对应不同的值,运行时只需根据实际路况选择,所述路面情况包括平坦水泥路、黏重土和沙性土。
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