CN210444801U - 一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农机装备领域，具体的说是一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统。包括液压单元和由液压单元驱动的悬挂单元；液压单元包括轴向柱塞变量泵、电液比例换向阀、梭阀、负荷传感阀、压力切断阀、液压缸以及油箱；轴向柱塞变量泵通过分动器与电动拖拉机的驱动电机传动连接，轴向柱塞变量泵的进油口与油箱连接，轴向柱塞变量泵的出油口与电液比例换向阀和梭阀依次连接，梭阀的一端进油口与液压缸的有杆腔连接，另一端进油口与液压缸的无杆腔连接；本实用新型可解决现有的拖拉机悬挂系统结构复杂，能耗消耗高，控制不精确的问题，适于电动拖拉机使用。

Description

一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统

技术领域

本实用新型涉及农机装备领域，具体的说是一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统。

背景技术

拖拉机作为现代农业生产的主要动力，承担着农田的建设、梨耕、中耕、植保、收获等农业任务。伴随着工业化与城镇化的不断推进，拖拉机的保有量不断增加。传统拖拉机通常采用柴油机驱动，虽然工作可靠性高，制造技术成熟，但由于世界范围内的环境污染和能源的紧缺，新能源动力系统的开发与利用已经成为当今工业技术发展的重中之重。纯电动拖拉机作为一种新型的农业动力机械通常由电动机驱动，而电动机的电能可由很多种能源形式转化得到，从而可以有效的利用谷电去平衡电网系统，也可以实现零排放和零污染从而去改善环境污染。纯电动拖拉机的电动机经过调速后，机械输出特性可以接近理想外特性，相对于传统燃油拖拉机能源利用率更高，在作业时产生的噪声也会比较小，驾驶人员的工作环境也会更加舒适。随着电源技术和电动机技术的发展，电动拖拉机技术迅速发展，电动拖拉机的研究和开发为实现绿色农机技术提供了新途径。

悬挂系统作为拖拉机连接和牵引农机具的重要装置，其性能直接影响拖拉机的作业质量。拖拉机的悬挂系统可以为与它结合的各种农具提供动力，并且需保持农具的提升、下降、中立能力，以及保持耕深的自动精确控制。在拖拉机后悬挂系统当中传统的机械控制方式，驾驶员操作机械手柄，机械手柄带动与分配器相连的机械推杆机构，分配器控制液压缸中活塞的运动，实现农具的升降或中立。随着新兴科学技术的不断发展，传统人力机械控制已不能满足人们对智能化和自动化的要求。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，以解决现有的拖拉机悬挂系统结构复杂，能耗消耗高，控制不精确的问题，适于电动拖拉机使用。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，包括液压单元和由液压单元驱动的悬挂单元；

液压单元包括轴向柱塞变量泵、电液比例换向阀、梭阀、负荷传感阀、压力切断阀、液压缸以及油箱；轴向柱塞变量泵通过分动器与电动拖拉机的驱动电机传动连接，轴向柱塞变量泵的进油口与油箱连接，轴向柱塞变量泵的出油口与电液比例换向阀和梭阀依次连接，梭阀的一端进油口与液压缸的有杆腔连接，另一端进油口与液压缸的无杆腔连接，梭阀的出油口与负荷传感阀连接，负荷传感阀与轴向柱塞变量泵中的变量活塞的无杆腔连接，压力切断阀一端连接轴向柱塞变量泵的出口，另一端与油箱连接；

悬挂单元包括铰连在电动拖拉机机体尾端位置并用于连接机载农具的一根上拉杆和两根下拉杆，两根下拉杆的中部分别铰连有提升杆，两根提升杆远离下拉杆的一端分别铰连在提升臂上，两根提升臂相背于对应提升杆的一端固定在转轴的两端，转轴转动设置在电动拖拉机机体的尾端位置，其中一根提升臂的中部与液压单元中的液压缸的活塞杆铰连，以通过液压缸活塞杆的伸缩驱动机载农具升降。

优选的，在下拉杆上设有用于检测牵引拉力的拉力传感器，在一根提升臂和对应的提升杆之间设有用于检测提升臂和对应提升杆之间的相对转动角度的角度传感器。

优选的，拉力传感器、角度传感器以及电液比例换向阀均通过电缆与具有控制面板的悬挂控制器连接，悬挂控制器作为一个节点通过CAN总线与电动拖拉机的整车控制器通信连接。

有益效果

本实用新型中电动拖拉机的驱动电机通过分动箱分别为驱动系统和电液悬挂系统提供动力。驱动电机将动力通过分动箱及联轴器传递给电液悬挂系统，轴向柱塞变量泵不需要单独的电机驱动，从而使电动拖拉机电液悬挂系统布置灵活，电液悬挂系统采用电控制，动态响应特性好，精准控制。

液压单元中的梭阀可将负载的压力反馈到负荷传感阀，通过变量活塞调节轴向柱塞变量泵的排量，泵的输出压力和流量都能随负载压力和速度的变化自动调节而不产生过剩，从而可以使泵发出的功率得到充分利用，进而可以达到减少液压系统能量损失，提高系统效率的效果。

液压单元中的电液比例换向阀不仅可以改变油路中油液的流向从而控制农机具移动的方向，还可以调节油液的流量去控制农机具移动的速度，并可以利用电液比例换向阀的中位机能，使液压泵流量最小，液压缸闭锁，使农具可以停止在任意位置。

电液比例换向阀、角度传感器、拉力传感器、控制面板通过电缆与悬挂控制器连接，悬挂控制器作为一个节点通过CAN总线与整车控制器通信。控制器可将接收到的传感器信号与控制面板输入信号比较得出偏差，从而发出相应的指令去控制和调节悬挂系统的工作状态。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的动力传输示意图；

图3为与本实用新型中与轴向柱塞变量泵传动连接的分动箱内部的结构示意图；

图4为本实用新型中的悬挂控制器CAN总线网络拓扑图；

图中标记：1、轴向柱塞变量泵，101、复位活塞，102、变量活塞，2、油箱，3、压力切断阀，4、负荷传感阀，5、机载农具，6、下拉杆，7、提升杆，8、角度传感器，9、上拉杆，10、拉力传感器，11、提升臂，12、转轴，13、液压缸，14、梭阀，15、电液比例换向阀。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型的一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，由电动拖拉机的驱动电机进行驱动，在驱动电机和离合器之间设置分动箱，将驱动电机的动力分为两路，驱动电机的动力一路经分动箱、离合器、变速箱、后桥传递给车轮；另一路经分动箱、联轴器传递给电液悬挂系统。分动箱如图3所示，其内部有锥齿轮、圆柱齿轮、电机动力输入轴、液压动力输出轴、驱动动力输出轴。驱动电机动力输入轴的动力分别传递给液压动力输出轴或者驱动动力输出轴，驱动电机动力输入轴与液压动力输出轴通过锥齿轮进行传动，驱动电机动力输入轴与驱动动力输出轴通过圆柱齿轮进行传动。

如图1所示，电液悬挂系统主要包括液压单元、悬挂单元以及操作单元。

液压单元包括轴向柱塞变量泵1、电液比例换向阀15、梭阀14、负荷传感阀4、压力切断阀3、液压缸13以及油箱2。轴向柱塞变量泵1通过分动器与电动拖拉机的驱动电机传动连接，轴向柱塞变量泵1的进油口与油箱2连接，轴向柱塞变量泵1的出油口与电液比例换向阀15和梭阀14依次连接，梭阀14的一端进油口与液压缸13的有杆腔连接，另一端进油口与液压缸13的无杆腔连接，梭阀14的出油口与负荷传感阀4连接，负荷传感阀4与轴向柱塞变量泵1中的变量活塞102的无杆腔连接，压力切断阀3一端连接轴向柱塞变量泵1的出口，另一端与油箱2连接。

悬挂单元包括铰连在电动拖拉机机体尾端位置并用于连接机载农具5的一根上拉杆9和两根下拉杆6，两根下拉杆6的中部分别铰连有提升杆7，两根提升杆7远离下拉杆6的一端分别铰连在提升臂11上，两根提升臂11相背于对应提升杆7的一端固定在转轴12的两端，转轴12转动设置在电动拖拉机机体的尾端位置，其中一根提升臂11的中部与液压单元中的液压缸13的活塞杆铰连，以通过液压缸13活塞杆的伸缩驱动机载农具5升降。

操作单元包括控制面板、悬挂控制器、角度传感器8、拉力传感器10。其中的控制面板设置在拖拉机驾驶室中，拉力传感器10设置在悬挂单元中的一根下拉杆6上；角度传感器8设置在其中一根提升臂11和对应的提升杆7之间。角度传感器8、拉力传感器10、控制面板以及电液比例换向阀15通过电缆与悬挂控制器连接，悬挂控制器作为一个节点通过CAN总线与整车控制器通信。

本实用新型的工作原理如下：在耕作前，用户根据土壤条件、拖拉机的实际作业工况，通过控制面板选择力调节或位调节控制方式。在电动拖拉机进行犁耕作业时，悬挂控制器接收角度传感器8或拉力传感器10信号，并与控制面板设定信号作比较，然后计算出耕深信号发出相应的指令，驱动电机将动力通过分动箱及联轴器传递给电液悬挂系统。

电液压悬挂系统工作时候，压力切断阀3用来限制轴向柱塞变量泵1的最高输出压力，复位活塞101使轴向柱塞变量泵1在初始状态下保持排量最大值。轴向柱塞变量泵1能够根据梭阀14反馈的负载压力来改变泵的排量，使轴向柱塞变量泵1的输出流量根据负载压力和速度变化而变化，并使轴向柱塞变量泵1输出压力与负载压力始终保持恒定值。梭阀14将负载压力反馈至负荷传感阀4的弹簧腔，通过弹簧腔的弹簧调节轴向柱塞变量泵1的输出压力与负载压力之间的差值保持恒定值。初始状态下，轴向柱塞变量泵1在复位活塞101的作用下保持在最大排量值。当轴向柱塞变量泵1输出压力与负载压力差值小于恒定值时，负荷传感阀4阀芯左侧作用力小于右侧作用力使阀芯工作在右位，油箱2液压油经过负荷传感阀4与变量活塞102无杆腔相通，变量活塞102推动轴向柱塞变量泵1使轴向柱塞变量泵1排量增大，从而使轴向柱塞变量泵1输出压力与负载压力差值为恒定值。当轴向柱塞变量泵1输出压力与负载压力小于恒定值时，负荷传感阀4左侧作用力大于右侧作用力使阀芯工作在左位，液压油进入变量活塞102无杆腔，推动轴向柱塞变量泵1使排量减小，从而使轴向柱塞变量泵1输出压力与负载压力差值为恒定值。

当机载农具5需要提升时，悬挂控制器控制电液换向阀阀芯移向右位，轴向柱塞变量泵1的液压油经换向阀流向液压缸13无杆腔，液压缸13活塞向上移动，带动悬挂单元实现机载农具5的上升；当机载农具5需要下降时，悬挂控制器控制电液换向阀阀芯移向左位，轴向柱塞变量泵1的液压油经过电液比例换向阀15流量液压缸13有杆腔，液压缸13活塞向下移动，带动悬挂单元实现机载农具5的下降；当机载农具5需要中立时，可利用三位电液比例换向阀15的M型中位机能，使液压泵排量最小，液压缸13闭锁，机载农具5可以停止在任意固定位置。

在提升臂11和提升杆7的转角安装角度传感器8，位调节时悬挂控制器通过对角度传感器8检测到的角度信号与控制面板设定的提升臂11转角参数比较得出偏差，从而去调节提升臂11转角与设定参数相同；在下拉杆6处安装拉力传感器10，力调节时悬挂控制器通过对拉力传感器10检测到的牵引力值与控制面板设定的牵引力值比较得出偏差，从而去调节下拉杆6受力与设定参数相同。当需要调节机载农具5上升、下降速度的时候，在控制面板上选择速度调节旋钮，悬挂控制器将接收到的信号传递给电液比例换向阀15，调节电液比例换向阀15调节主阀杆的开度大小从而控制液压缸13活塞运动的速度，带动悬挂单元实现机载农具5上升、下降速度的调节。在系统输出压力达到设定值时，压力切断阀3可以使轴向柱塞变量泵1的斜盘迅速回到中位，使轴向柱塞变量泵1输出很小的流量从而降低系统输出压力，系统内无溢流损失。

Claims (3)

1.一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，其特征在于：包括液压单元和由液压单元驱动的悬挂单元；

液压单元包括轴向柱塞变量泵（1）、电液比例换向阀（15）、梭阀（14）、负荷传感阀（4）、压力切断阀（3）、液压缸（13）以及油箱（2）；轴向柱塞变量泵（1）通过分动器与电动拖拉机的驱动电机传动连接，轴向柱塞变量泵（1）的进油口与油箱（2）连接，轴向柱塞变量泵（1）的出油口与电液比例换向阀（15）和梭阀（14）依次连接，梭阀（14）的一端进油口与液压缸（13）的有杆腔连接，另一端进油口与液压缸（13）的无杆腔连接，梭阀（14）的出油口与负荷传感阀（4）连接，负荷传感阀（4）与轴向柱塞变量泵（1）中的变量活塞（102）的无杆腔连接，压力切断阀（3）一端连接轴向柱塞变量泵（1）的出口，另一端与油箱（2）连接；

悬挂单元包括铰连在电动拖拉机机体尾端位置并用于连接机载农具（5）的一根上拉杆（9）和两根下拉杆（6），两根下拉杆（6）的中部分别铰连有提升杆（7），两根提升杆（7）远离下拉杆（6）的一端分别铰连在提升臂（11）上，两根提升臂（11）相背于对应提升杆（7）的一端固定在转轴（12）的两端，转轴（12）转动设置在电动拖拉机机体的尾端位置，其中一根提升臂（11）的中部与液压单元中的液压缸（13）的活塞杆铰连，以通过液压缸（13）活塞杆的伸缩驱动机载农具（5）升降。

2.根据权利要求1所述的一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，其特征在于：在下拉杆（6）上设有用于检测牵引拉力的拉力传感器（10），在一根提升臂（11）和对应的提升杆（7）之间设有用于检测提升臂（11）和对应提升杆（7）之间的相对转动角度的角度传感器（8）。

3.根据权利要求2所述的一种可精确控制机载农具升降的电动拖拉机用悬挂系统，其特征在于：拉力传感器（10）、角度传感器（8）以及电液比例换向阀（15）均通过电缆与具有控制面板的悬挂控制器连接，悬挂控制器作为一个节点通过CAN总线与电动拖拉机的整车控制器通信连接。

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