CN115079770A - 一种无极变速器操作手柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无极变速器操作手柄，涉及农业机械技术领域，包括手柄、多功能按键、拉绳、手动摩擦盘、传动盘、电动摩擦盘和驱动机构，多功能按键安装于手柄上，手柄的下端与手动摩擦盘连接，并能够带动手动摩擦盘转动，拉绳安装于手动摩擦盘的外边缘，并能够跟随手动摩擦盘移动，驱动机构与电动摩擦盘传动连接，并能够带动电动摩擦盘转动，电动摩擦盘的中部设有连接轴，手动摩擦盘和传动盘均套设于连接轴上，且传动盘位于手动摩擦盘和电动摩擦盘之间，传动盘的两侧分别接触手动摩擦盘和电动摩擦盘。该无极变速器操作手柄能够实现手动控制和自动控制，且可靠性好。

Description

一种无极变速器操作手柄

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体是涉及一种无极变速器操作手柄。

背景技术

现有的无人驾驶农业机械的无极变速器控制方式有两种：

1.取消无极变速器与手动操作机构之间的机械连接，使用电机驱动无极变速器，完全通过电控方式，控制无极变速器工作，在手动操作机构上安装位移传感器，通过电控方式，实现手动操作与自动操作的切换。

2.通过直线电机拉动手动操作机构来实现车体的前进、后退与停止，由于直线电机与操作手柄之间为刚性连接，导致在自动控制模式下，无法人工调节车速。

其中，第一种方式存在的问题为：电控系统延迟较大，可靠性较差，在人工操作模式下，车速控制较差，舒适性较差。

第二种方式存在的问题为：在自动控制模式下，无法人工干预，在驾驶时存在危险性。

发明内容

本发明的目的是提供一种无极变速器操作手柄，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现手动控制和自动控制，且可靠性好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种无极变速器操作手柄，包括手柄、多功能按键、拉绳、手动摩擦盘、传动盘、电动摩擦盘和驱动机构，所述多功能按键安装于所述手柄上，所述手柄的下端与所述手动摩擦盘连接，并能够带动所述手动摩擦盘转动，所述拉绳安装于所述手动摩擦盘的外边缘，并能够跟随所述手动摩擦盘移动，所述驱动机构与所述电动摩擦盘传动连接，并能够带动所述电动摩擦盘转动，所述电动摩擦盘的中部设有连接轴，所述手动摩擦盘和所述传动盘均套设于所述连接轴上，且所述传动盘位于所述手动摩擦盘和所述电动摩擦盘之间，所述传动盘的两侧分别接触所述手动摩擦盘和所述电动摩擦盘；手动模式下，所述驱动机构自锁，所述电动摩擦盘不转，所述手柄带动所述手动摩擦盘转动，实现所述拉绳的位移；自动模式下，所述驱动机构动作，并带动所述电动摩擦盘转动，所述电动摩擦盘带动所述传动盘转动，所述传动盘带动所述手动摩擦盘转动，所述手动摩擦盘带动所述拉绳的位移。

优选地，还包括外壳、蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和所述蜗杆均转动安装于所述外壳上，所述蜗杆与所述驱动机构的输出端连接，所述蜗杆外周与所述蜗轮啮合，所述蜗轮套设于所述连接轴上，所述驱动机构能够带动所述蜗杆转动，并使所述蜗杆带动所述蜗轮转动，所述蜗轮带动所述连接轴转动，所述连接轴带动所述电动摩擦盘转动。

优选地，所述驱动机构为直流减速机。

优选地，所述蜗轮的中部与所述连接轴之间键连接。

优选地，所述外壳上还安装有电磁铁和挡片，所述挡片安装于所述手动摩擦盘上，所述挡片的中部开设有长条孔，所述长条孔的中部设有一限位弧，所述限位弧将所述长条孔分为前进范围和后退范围，所述电磁铁与所述多功能按键电连接，前进状态下，所述电磁铁断电时，所述电磁铁的阀芯伸入所述前进范围内，所述手动摩擦盘能够间接带动所述挡片相较于所述电磁铁的阀芯移动，且所述电磁铁的阀芯能够通过接触所述限位弧对所述挡片限位，并使所述电磁铁的阀芯仅能在所述前进范围内移动；按下所述多功能按键或通过控制器控制所述电磁铁通电，所述电磁铁的阀芯抽出，所述挡片能够相较于所述电磁铁的阀芯向与所述前进状态相反的方向移动，进而实现后退状态。

优选地，所述手动摩擦盘和所述连接轴之间还安装有径向轴承，所述连接轴上远离所述驱动机构的一端还安装有螺母，所述螺母与所述径向轴承之间安装有弹簧垫圈。

优选地，所述手动摩擦盘的外缘固定有一凸起，所述凸起上开设有通孔，所述拉绳的上端穿过所述通孔并固定在所述通孔处。

优选地，还包括远程机构，所述远程机构包括壳体、HST调速器、HST调节柄、连杆、传感器曲柄和角位移传感器，所述HST调速器与发动机连接，且所述HST调速器的中部与所述HST调节柄的一端连接，所述HST调节柄的另一端与所述拉绳的一端连接，所述壳体固定在机身上，且所述拉绳能够穿过所述壳体，所述连杆的一端铰接于所述HST调节柄上，所述连杆的另一端铰接于所述传感器曲柄的一端，所述传感器曲柄的另一端与所述角位移传感器连接，所述拉绳能够带动所述HST调节柄转动，并通过所述角位移传感器检测位移信号。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的无极变速器操作手柄，多功能按键安装于手柄上，便于控制，手柄的下端与手动摩擦盘连接，并能够带动手动摩擦盘转动，拉绳安装于手动摩擦盘的外边缘，并能够跟随手动摩擦盘移动，进而通过操作手柄实现手动调节，驱动机构与电动摩擦盘传动连接，并能够带动电动摩擦盘转动，电动摩擦盘的中部设有连接轴，手动摩擦盘和传动盘均套设于连接轴上，且传动盘位于手动摩擦盘和电动摩擦盘之间，传动盘的两侧分别接触手动摩擦盘和电动摩擦盘，进而在电动模式时，能够利用电动摩擦盘与传动盘之间的摩擦力，以及传动盘与手动摩擦盘之间的摩擦力，实现转动的传递，最终带动拉绳位移，实现自动调节，并且，通过传动盘的设置，即使在自动控制时，也能够实现人工干预，提高可靠性；手动模式下，驱动机构自锁，电动摩擦盘不转，避免驱动机构影响手动调节，手柄带动手动摩擦盘转动，实现拉绳的位移；自动模式下，驱动机构动作，并带动电动摩擦盘转动，电动摩擦盘带动传动盘转动，传动盘带动手动摩擦盘转动，手动摩擦盘带动拉绳的位移以及手柄的动作。

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是本发明提供的无极变速器操作手柄的结构示意图；

图2是图1的爆炸图；

图3是本发明中电磁铁的阀芯和挡片配合的示意图；

图4是本发明中远程机构的结构示意图；

图5是本发明中手柄控制的流程图；

图6是本发明中手动模式和自动模式智能识别算法的示意图；

图7是本发明中自动控制车速的流程图；

图中：100、无极变速器操作手柄；1、多功能按键；2、手柄；3、挡片；4、手动摩擦盘；5、凸起；6、通孔；7、拉绳；8、螺母；9、弹簧垫圈；10、径向轴承；11、传动盘；12、连接轴；13、电动摩擦盘；14、端盖；15、驱动机构；16、外壳；17、阀芯；18、蜗轮；19、蜗杆；20、HST调速器；21、HST调节柄；22、连杆；23、传感器曲柄；24、角位移传感器；25、后退范围；26、前进范围。

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无极变速器操作手柄，以解决现有的操作手柄可靠性差的技术问题。

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。

如图1-图4所示，本发明提供一种无极变速器操作手柄100，主要适用于由静液压无极变速器驱动的农业机械，例如无人驾驶的联合收割机、植保机等农业机械，在无人驾驶与辅助驾驶条件下，实现静液压无极变速器速度的手动与自动控制，包括手柄2、多功能按键1、拉绳7、手动摩擦盘4、传动盘11、电动摩擦盘13和驱动机构15，多功能按键1安装于手柄2上，便于控制，手柄2的下端与手动摩擦盘4连接，并能够带动手动摩擦盘4转动，拉绳7安装于手动摩擦盘4的外边缘，并能够跟随手动摩擦盘4移动，进而通过操作手柄2实现手动调节，驱动机构15与电动摩擦盘13传动连接，并能够带动电动摩擦盘13转动，电动摩擦盘13的中部设有连接轴12，手动摩擦盘4和传动盘11均套设于连接轴12上，且传动盘11位于手动摩擦盘4和电动摩擦盘13之间，传动盘11的两侧分别接触手动摩擦盘4和电动摩擦盘13，进而在电动模式时，能够利用电动摩擦盘13与传动盘11之间的摩擦力，以及传动盘11与手动摩擦盘4之间的摩擦力，实现转动的传递，最终带动拉绳7位移，实现自动调节，并且，通过传动盘11的设置，即使在自动控制时，也能够实现人工干预，提高可靠性；手动模式下，驱动机构15自锁，电动摩擦盘13不转，避免驱动机构15影响手动调节，手柄2带动手动摩擦盘4转动，实现拉绳7的位移；自动模式下，驱动机构15动作，并带动电动摩擦盘13转动，电动摩擦盘13带动传动盘11转动，传动盘11带动手动摩擦盘4转动，手动摩擦盘4带动拉绳7的位移以及手柄2的动作。

具体地，本发明提供的无极变速器操作手柄100还包括外壳16、蜗轮18和蜗杆19，蜗轮18和蜗杆19均转动安装于外壳16上，避免转动受影响，蜗杆19与驱动机构15的输出端连接，蜗杆19外周与蜗轮18啮合，蜗轮18套设于连接轴12上，驱动机构15能够带动蜗杆19转动，并使蜗杆19带动蜗轮18转动，蜗轮18带动连接轴12转动，连接轴12带动电动摩擦盘13转动，再通过电动摩擦盘13带动传动盘11转动，传动盘11带动手动摩擦盘4转动，实现自动调节。其中，驱动机构15为直流减速机，优选为自带蜗轮蜗杆机构，与现有技术一致，外壳16可以是直流减速机的外壳，且与直流减速机的端盖14配合连接。

蜗轮18的中部与连接轴12之间键连接，方便安装与拆卸，且保证蜗轮18能够带动连接轴12转动，以实现电动摩擦盘13的转动。

外壳16上还安装有电磁铁和挡片3，挡片3安装于手动摩擦盘4上，挡片3的中部开设有长条孔，长条孔的中部设有一限位弧，限位弧将长条孔分为两个孔，且两个孔内的区域分别为前进范围26和后退范围25，以位于右边的孔为前进范围26，位于左边的孔为后退范围25为例，电磁铁与多功能按键1电连接，前进状态下，电磁铁断电时，电磁铁的阀芯17伸入前进范围26内（即伸入右边的孔），手动摩擦盘4能够间接带动挡片3相较于电磁铁的阀芯17移动，此时，挡片3向左移动为前进，电磁铁的阀芯17能够通过接触限位弧对挡片3限位，并使电磁铁的阀芯17仅能在前进范围26内移动，防止电磁铁的阀芯17进入后退范围25内，防止机器突然由前进状态变化为倒车状态，导致驱动机构15损坏，或者车体不平稳造成翻车，实现倒挡保护；当需要倒退时，按下多功能按键1（手动模式）或通过控制器控制（自动模式）电磁铁通电，电磁铁的阀芯17抽出，电磁铁的阀芯17不再与限位弧相互限位，挡片3能够相较于电磁铁的阀芯17向与前进状态相反的方向移动，即此时挡片3能够向右移动，进而实现后退状态，当倒车完成时，松开多功能按键1，电磁铁的阀芯17可以在弹簧的作用下回位，再次进入倒车保护位置。

手动摩擦盘4和连接轴12之间还安装有径向轴承10，连接轴12上远离驱动机构15的一端还安装有螺母8，螺母8与径向轴承10之间安装有弹簧垫圈9，保证连接稳定性，同时也保证了手动摩擦盘4的正常转动。

手动摩擦盘4的外缘固定有一凸起5，凸起5上开设有通孔6，拉绳7的上端穿过通孔6并固定在通孔6处，进而在拉动拉绳7时，能够作用于手动摩擦盘4，实现手动摩擦盘4的转动。

本发明提供的无极变速器操作手柄100还包括远程机构，远程机构包括壳体、HST调速器20（静液压无级变速器）、HST调节柄21、连杆22、传感器曲柄23和角位移传感器24，HST调速器20与发动机连接，且HST调速器20的中部与HST调节柄21的一端连接，HST调节柄21的另一端与拉绳7的一端连接，壳体固定在机身上，且拉绳7能够穿过壳体，连杆22的一端铰接于HST调节柄21上，连杆22的另一端铰接于传感器曲柄23的一端，传感器曲柄23的另一端与角位移传感器24连接，拉绳7能够带动HST调节柄21转动，并通过角位移传感器24检测位移信号，角位移传感器24通过四连杆22机构将HST调节柄21的角位移转换成角位移传感器24的角位移，再通过内部电路处理，将位移信号转换成电信号并输出，进而实现对手柄2调节效果的直接反馈，避免由于从手柄2端到执行端存在传动间隙，影响自动控制精度，并且，HST调节柄21的动作直接对应手柄2的动作，HST调节柄21向上车前进，向下车后退，向前越多，前进速度越快，向后越多，后退速度越快。

如图5所示，在实际操作过程中，几种状态的控制原理如下：

手动前进时，向前推手柄2，由于驱动机构15停止转动，蜗轮蜗杆机构自锁，电动摩擦盘13停止转动，此时只有施加足以克服手动摩擦盘4与传动盘11、或者传动盘11与电动摩擦盘13之间的摩擦力，手动摩擦盘4就可以相对电动摩擦盘13运动，当停止施加力时，由于摩擦力的作用，手柄2将保持当前状态；

手动倒车时，按下多功能按键1，系统进入倒车状态，电磁铁通电，电磁铁的阀芯17收回，此时可以手动推动手柄2向后运动，传动过程与前进相同。

自动时前进时，不再对手柄2施加作用力，驱动机构15通过蜗轮蜗杆机构，将动力传递给电动摩擦盘13，电动摩擦盘13通过传动盘11带动手动摩擦盘4运动，手动摩擦盘4运动，同时也带动手柄2前后运动，从而实现车速调节，在前进状态时，由于倒档保护机构的作用手柄2只能在前进范围26中运动；

自动倒车时，控制器先打开电磁铁，电磁铁的阀芯17抽出后驱动机构15再通电旋转，通过与前进相同的原理，带动手柄2向后，当手柄2到达位置后，电磁铁断电。

安全检测，当处于自动控制时，系统给定目标速度，调节手柄2到目标位置，正常情况下，控制器将在1s内，将手柄2调节5度以上，当控制器检测到驱动机构15运行超过2秒，且实际位置不等于零位，且2s内位移小于10度，则说明手柄2运行受到干预，发出报警信息，将手柄2调节到零位，退出自动巡航模式。

在自动控制模式下，上位机给手柄2控制器速度指令，范围为-12~12km/h，例如目标速度为1.2km/h时，表示前进速度1.2km/h，速度为-1.3km/h，表示以1.3km/h的速度后退。控制器根据当前车速、目标车速、油门大小、当前手柄2位置，输出目标手柄2位置，最终使车速稳定在目标值上。手动操作与自动巡航模式智能识别算法如图6所示，系统运行时，一直通过编码器检测手柄2的位置。

自动控制车速的流程图如图7所示，手柄2目标位置计算方法：

其中，pa为手柄2目标位置，p为手柄2当前位置，k1为控制系数系数，v为实际速度，va为目标速度，r 为发动机转速。

当目标车速1.2，实际车速1.0，控制系数50，发动机转速2000，当前位置40，则可以计算手柄2的位置增量Δp为40+50*（1.2-1.0）/2.0=45，即手柄2需要调节到45；

当目标车速1.2，实际车速1.0，控制系数50，发动机转速1600，当前位置40，则可以计算手柄2的位置增量Δp为40+50*（1.2-1.0）/1.6=46.25，即手柄2需要调节到46.25；

当目标车速0.8，实际车速1.0，控制系数50，发动机转速2200，当前位置40，则可以计算手柄2的位置增量Δp为40+50*（0.8-1.0）/2.2=35.45，即手柄2需要调节到35.45。

本说明书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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种无极变速器操作手柄，其特征在于：包括手柄、多功能按键、拉绳、手动摩擦盘、传动盘、电动摩擦盘和驱动机构，所述多功能按键安装于所述手柄上，所述手柄的下端与所述手动摩擦盘连接，并能够带动所述手动摩擦盘转动，所述拉绳安装于所述手动摩擦盘的外边缘，并能够跟随所述手动摩擦盘移动，所述驱动机构与所述电动摩擦盘传动连接，并能够带动所述电动摩擦盘转动，所述电动摩擦盘的中部设有连接轴，所述手动摩擦盘和所述传动盘均套设于所述连接轴上，且所述传动盘位于所述手动摩擦盘和所述电动摩擦盘之间，所述传动盘的两侧分别接触所述手动摩擦盘和所述电动摩擦盘；

手动模式下，所述驱动机构自锁，所述电动摩擦盘不转，所述手柄带动所述手动摩擦盘转动，实现所述拉绳的位移；自动模式下，所述驱动机构动作，并带动所述电动摩擦盘转动，所述电动摩擦盘带动所述传动盘转动，所述传动盘带动所述手动摩擦盘转动，所述手动摩擦盘带动所述拉绳的位移。

2.根据权利要求1所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：还包括外壳、蜗轮和蜗杆，所述蜗轮和所述蜗杆均转动安装于所述外壳上，所述蜗杆与所述驱动机构的输出端连接，所述蜗杆外周与所述蜗轮啮合，所述蜗轮套设于所述连接轴上，所述驱动机构能够带动所述蜗杆转动，并使所述蜗杆带动所述蜗轮转动，所述蜗轮带动所述连接轴转动，所述连接轴带动所述电动摩擦盘转动。

3.根据权利要求2所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：所述驱动机构为直流减速机。

4.根据权利要求2所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：所述蜗轮的中部与所述连接轴之间键连接。

5.根据权利要求2所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：所述外壳上还安装有电磁铁和挡片，所述挡片安装于所述手动摩擦盘上，所述挡片的中部开设有长条孔，所述长条孔的中部设有一限位弧，所述限位弧将所述长条孔分为前进范围和后退范围，所述电磁铁与所述多功能按键电连接，前进状态下，所述电磁铁断电时，所述电磁铁的阀芯伸入所述前进范围内，所述手动摩擦盘能够间接带动所述挡片相较于所述电磁铁的阀芯移动，且所述电磁铁的阀芯能够通过接触所述限位弧对所述挡片限位，并使所述电磁铁的阀芯仅能在所述前进范围内移动；按下所述多功能按键或通过控制器控制所述电磁铁通电，所述电磁铁的阀芯抽出，所述挡片能够相较于所述电磁铁的阀芯向与所述前进状态相反的方向移动，进而实现后退状态。

6.根据权利要求1所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：所述手动摩擦盘和所述连接轴之间还安装有径向轴承，所述连接轴上远离所述驱动机构的一端还安装有螺母，所述螺母与所述径向轴承之间安装有弹簧垫圈。

7.根据权利要求1所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：所述手动摩擦盘的外缘固定有一凸起，所述凸起上开设有通孔，所述拉绳的上端穿过所述通孔并固定在所述通孔处。

8.根据权利要求1所述的无极变速器操作手柄，其特征在于：还包括远程机构，所述远程机构包括壳体、HST调速器、HST调节柄、连杆、传感器曲柄和角位移传感器，所述HST调速器与发动机连接，且所述HST调速器的中部与所述HST调节柄的一端连接，所述HST调节柄的另一端与所述拉绳的一端连接，所述壳体固定在机身上，且所述拉绳能够穿过所述壳体，所述连杆的一端铰接于所述HST调节柄上，所述连杆的另一端铰接于所述传感器曲柄的一端，所述传感器曲柄的另一端与所述角位移传感器连接，所述拉绳能够带动所述HST调节柄转动，并通过所述角位移传感器检测位移信号。

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