一种用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置及控制方法与流程

本发明属于农业机械研究领域，具体涉及一种用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置及控制方法。

背景技术：

农业是国民经济的基础，农业机械化又是一个国家现代化的标志。发达国家早于上世纪中叶就已经实现了农业现代化，而我国农业现代化水平还较低。如今随着信息化的到来，很多新兴技术应用到农业机械化中来，将农业机械向着智能化、自动化的方向推进了一大步。拖拉机时农业机械化的主要动力组成，它可以与农具组成作业机完成田间作业。随着信息技术的发展，机电一体化逐渐应用到拖拉机上，为实现拖拉机的高效率的生产和较高的燃油经济性开辟了新道路。拖拉机悬挂系统主要用于悬挂和控制拖拉机连接的农机具，悬挂将拖拉机和农机具组成一个机动而又灵活的悬挂系统。悬挂系统根据不同的作业要求，以液压为动力实现农具升降，将农机具维持在工作位置。正常作业时农具降低到土壤以下进行耕作，只有在田头转向时升起农具，待转向完成后再次将农具降低到工作位置进行作业。虽然我国是农业大国，但是大型农场较少，农业生产大多属于个体作业，作业规模较小，拖拉机机组田间作业时需要不断的掉头转向，因此田头转向时需要不断的提升和降低农机具。目前，无论是机械式悬挂还是电控式悬挂，田间掉头时都是通过驾驶员控制操纵手柄或操作控制面板实现农机具的上升或下降。该种操作方式极为复杂、繁琐，给操作人员带来了极大的不便，并增加了不必要的作业强度。近年来，随着电子控制技术和智能技术的快速发展与成功应用，一些新型和智能技术开始广泛应用于农产品上，实践表明采用智能化控制不仅能够极大提高作业质量和作业效率，而且还能大大降低驾驶员的劳动强度，使驾驶员从田头转向中解放出来，从而专注于拖拉机行驶。所以，非常有必要将智能技术引入到电控悬挂中，通过控制系统自动识别出田头转向，然后控制执行机构实现悬挂系统的自动升降。本发明专利正是基于这一观点，研究出一种基于智能控制的田头悬挂装置自适应升降系统，从而实现田头拖拉机转向时悬挂系统的自动上升和下降，进而降低作业强度提高作业质量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置及控制方法，该装置结构简单、自动化程度高，从而实现田头拖拉机转向时悬挂系统的自动上升和下降，进而降低作业强度提高作业质量。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置，包括转向监测模块、控制模块和液压执行模块；

所述转向监测模块包括驱动轮轮速监测模块和转向轮转角监测模块；所述驱动轮轮速监测模块包括左轮速传感器和右轮速传感器，所述左轮速传感器和右轮速传感器分别安装在驱动桥桥壳的两端，齿圈固定在轮毂上随车轮一起转动，用于监测驱动轮轮速；所述转向轮转角监测模块包括角度传感器，所述角度传感器的转轴与梯形臂和转向横拉杆间的转轴固结，所述转轴固结于转向横拉杆；

所述液压执行模块包括油缸、液压泵、电液比例阀、Y型三位四通换向阀、双向液压锁和第一液压缸；所述油缸通过管道依次与液压泵、电液比例阀、Y型三位四通换向阀和双向液压锁连接；所述双向液压锁的A腔与第一液压缸的无杆腔连接，双向液压锁的B腔与第一液压缸的有杆腔连接，所述第一液压缸的缸筒与拖拉机铰接，活塞杆与悬挂系统的后提升臂铰接；

所述控制模块包括控制器，控制器分别与左轮速传感器、右轮速传感器、角度传感器、Y型三位四通换向阀和电液比例阀电连接；

所述控制器根据左轮速传感器、右轮速传感器和角度传感器采集到的信号判断出转向开始和终止时刻，并向电液比例阀和Y型三位四通换向阀发出指令，控制悬挂系统的上升和下降。

上述方案中，所述液压执行模块还包括第二液压缸；第二液压缸的无杆腔与双向液压锁的A腔和所述第一液压缸之间的管道连接，第二液压缸的有杆腔与双向液压锁的B腔和所述第一液压缸之间的管道连接；

所述第二液压缸的缸筒与拖拉机铰接，活塞杆与悬挂系统的前提升臂铰接。

上述方案中，所述液压执行模块还包括滤油器；所述滤油器安装在所述油缸和液压泵之间的管道上。

上述方案中，所述液压执行模块还包括电磁溢流阀；所述电磁溢流阀的一端连接油缸，另一端与液压泵和电液比例阀之间的管道连接。

上述方案中，还包括溢流阀；所述溢流阀的一端连接油缸，另一端与Y型三位四通换向阀的进出油口连接。

上述方案中，所述液压执行模块还包括压力继电器；所述压力继电器安装在电液比例阀和Y型三位四通换向阀之间的管道上。

上述方案中，所述液压执行模块还包括单向阀；所述单向阀的一端与油缸连接，另一端与电液比例阀和Y型三位四通换向阀之间的管道连接。

一种根据所述用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置的方法，包括以下步骤：

S1、所述转向监测模块的左轮速传感器和右轮速传感器分别采集左、右驱动轮的轮速信号，角度传感器采集转向轮转角信号，并将轮速信号和轮转角信号发送到控制模块的控制器，

S2、所述控制器根据轮速信号和轮转角信号判断出拖拉机转向时刻，如果拖拉机到达田头并向左转向，控制器判断出左轮速接近零、右轮速较大、转向轮转角大于某一设定值，此时，控制器向电液比例阀和Y型三位四通换向阀发出指令，Y型三位四通换向阀的DT1得电，活塞杆从液压缸内伸出，悬挂系统的提升臂升起；

S3、拖拉机完成转向后，控制器判断出左、右驱动轮轮速近似相等并且不为零、转向轮转角为零，此时控制器向电液比例阀和Y型三位四通换向阀发出指令，Y型三位四通换向阀的DT2得电，活塞杆缩回液压杆，悬挂系统的提升臂下降到目标耕深，进行正常作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、结构简单，易于在拖拉机上布置，可以执行优良；

2、控制器能够根据左、右驱动轮轮速和转向轮转角，判断出拖拉机开始转向和转向终止时刻；

3、拖拉机行驶到田头时，控制器能够控制悬挂系统实现农机具的自动上升和下降，无需工作人员进行操作，极大的降低了工作强度；

4、悬挂系统下降时，因农机具过重活塞杆收缩过快，容易引起油缸供油不足，造成油缸进油腔局部真空，发生汽蚀现象，单向阀能够在压力差的作用下及时打开，从油箱中补油至液压缸，避免出现真空现象，确保液压缸的平稳性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的控制原理示意图；

图2是本发明一实施方式的轮速传感器安装示意图；

图3是本发明一实施方式的角度传感器安装示意图；

图4是本发明一实施方式的液压回路示意图。

图中：1、转向检测模块；101、前转向轮；102、梯形臂；103、角度传感器；104、转向横拉杆；105、驱动轮；106、左轮速传感器；107、右轮速传感器；108、转轴；109、驱动桥桥壳；2、控制模块；3、液压执行模块；301、油缸；302、滤油器；303、液压泵；304、电磁溢流阀；305、溢流阀；306、电液比例阀；307、压力继电器；308、Y型三位四通换向阀；309、双向液压锁；310、第一液压缸；311、悬挂系统；312、单向阀；313、第二液压缸。

具体实施方式

本发明提供一种用于拖拉机电液悬挂的田头自适应升降装置及控制方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1所示为用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置的一种实施方式，所述用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置包括转向监测模块1、控制模块2和液压执行模块3；

所述转向监测模块1包括驱动轮轮速监测模块和转向轮转角监测模块；所述驱动轮轮速监测模块包括左轮速传感器106和右轮速传感器107。如图2所示，所述左轮速传感器106和右轮速传感器107分别安装在驱动桥桥壳109的两端，齿圈固定在轮毂上随车轮一起转动，用于监测驱动轮轮速；如图3所示，所述转向轮转角监测模块包括角度传感器103，所述角度传感器103固结于梯形臂102，所述角度传感器103的转轴与梯形臂102和转向横拉杆104间的转轴108固结，所述转轴108固结于转向横拉杆。

如图4所示，所述液压执行模块3包括油缸301、滤油器302、液压泵303、电磁溢流阀304、溢流阀305、电液比例阀306、压力继电器307、Y型三位四通换向阀308、双向液压锁309、第一液压缸310、单向阀312、第二液压缸313；所述油缸301通过管道依次与液压泵303、电液比例阀306、Y型三位四通换向阀308和双向液压锁309连接；所述双向液压锁309的A腔与第一液压缸310的无杆腔连接，双向液压锁309的B腔与第一液压缸310的有杆腔连接，所述第一液压缸310的缸筒与拖拉机铰接，活塞杆与悬挂系统311的后提升臂铰接；所述第二液压缸313的无杆腔与双向液压锁309的A腔和所述第一液压缸310之间的管道连接，第二液压缸313的有杆腔与双向液压锁309的B腔和所述第一液压缸310之间的管道连接；所述第二液压缸313的缸筒与拖拉机铰接，活塞杆与悬挂系统的前提升臂铰接。

所述控制模块2包括控制器，控制器分别与左轮速传感器106、右轮速传感器107、角度传感器103、Y型三位四通换向阀308和电液比例阀306电连接；所述控制器根据左轮速传感器106、右轮速传感器107和角度传感器103采集到的信号判断出转向开始和终止时刻，并向电液比例阀306和Y型三位四通换向阀308发出指令，控制悬挂系统311的上升和下降。所述电液比例阀306用于控制流入油缸的流量；所述Y型三位四通换向阀308用于控制流向液压缸的流量方向；所述双向液压锁309用于保证液压缸不工作或出现故障时迅速可靠的锁定活塞。

所述滤油器302安装在所述油缸301和液压泵303之间的管道上。

所述电磁溢流阀304的一端连接油缸，另一端与液压泵303和电液比例阀306之间的管道连接。所述电磁溢流阀304用于控制进油路的压力。

所述溢流阀305的一端连接油缸，另一端与Y型三位四通换向阀308的进出油口连接。所述溢流阀305用于控制回油压力。

所述压力继电器307安装在电液比例阀306和Y型三位四通换向阀308之间的管道上。所述压力继电器307实时监测液压回路压力，压力大于设定值蜂鸣器发出警报。

所述单向阀312的一端与油缸连接，另一端与电液比例阀306和Y型三位四通换向阀308之间的管道连接。所述单向阀312用于液压杆快速收缩时，因供油不足，避免油缸进油腔局部真空发生汽蚀现象。

本发明还提供一种所述用于拖拉机电液悬挂田头自适应升降装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、所述转向监测模块1的左轮速传感器106和右轮速传感器107分别采集左、右驱动轮的轮速信号，角度传感器103采集转向轮转角信号，并将轮速信号和轮转角信号发送到控制模块2的控制器，

S2、所述控制器根据轮速信号和轮转角信号判断出拖拉机转向时刻，如果拖拉机到达田头并向左转向，控制器判断出左轮速接近零、右轮速较大、转向轮转角大于某一设定值，此时，控制器向电液比例阀306和Y型三位四通换向阀308发出指令，Y型三位四通换向阀308的DT1得电，活塞杆从液压缸内伸出，悬挂系统311的提升臂升起；

S3、拖拉机完成转向后，控制器判断出左、右驱动轮轮速近似相等并且不为零、转向轮转角为零，此时控制器向电液比例阀306和Y型三位四通换向阀308发出指令，Y型三位四通换向阀308的DT2得电，活塞杆缩回液压杆，悬挂系统311的提升臂下降到目标耕深，进行正常作业。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。