一种应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的制作方法

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架。

背景技术：

喷杆作为大型高地隙喷雾机的主要工作部件，其工作性能好坏直接决定农药的利用率和整机作业稳定性。试验研究表明，喷杆的不规律运动会引起喷雾沉积均匀性超过或者低于期望值，所以提高喷杆的运动稳定性，对增加喷雾均匀性并提升农药的使用效率具有重要意义。喷雾机喷杆悬架系统主要分为被动式、半主动式和主动式三大类。现有喷杆悬架控制系统大多为被动平衡调节系统,目前对空气悬架系统的研究也多集中于半主动式。被动式和半主动式虽然结构简单、能耗低、便于维护且易于控制，但并不能做到喷杆减震程度的最大化，不能主动地减小车身摆动以及地形变化对喷雾质量的影响，影响了高地隙喷雾机的作业质量和施药效率。

技术实现要素：

发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架，通过主动调节空气弹簧的刚度，衰减喷雾机喷杆的振动，从而提高喷雾机的作业质量和施药效率、提升驾驶的稳定性和舒适度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的如下技术方案：

一种应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架，该系统包括：空气弹簧、喷杆、监测单元、控制单元、供气系统；

所述空气弹簧包括第一空气弹簧、第二空气弹簧，所述第一空气弹簧、第二空气弹簧上下两端通过固定支架分别固定于悬架底座和喷杆上；

所述的监测单元包括：倾角传感器、加速度传感器、压力传感器；所述的倾角传感器包括第一倾角传感器（3）、第二倾角传感器（24），所述的第一倾角传感器（3）、第二倾角传感器（24）分别设置在喷杆与转动滑块之间，所述的加速度传感器包括第一加速度传感器（7）和第二加速度传感器（22），所述第一加速度传感器（7）和第二加速度传感器（22）分别设置在喷杆的端部，所述的压力传感器（17）包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述的第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在第一空气弹簧（1）、第二空气弹簧（23）的端口；所述的监测单元用于实时监测喷杆的加速度、倾角以及空气弹簧的压力，所述的倾角传感器用于检测喷杆的倾斜角度，所述加速度传感器用于检测喷杆的加速度，所述的压力传感器用于检测空气弹簧的压力，并将所检测到的信息实时传递给控制单元；

所述的控制单元包括控制器、电磁阀、比例流量阀，所述的控制器与电磁阀、比例流量阀通过线路连接；所述控制器采用标准h∞状态反馈和时频非线性联合控制策略；所述的控制器接受倾角传感器、加速度传感器、压力传感器发送的信号并控制电磁换向阀阀口开关和比例流量阀的开度，从而控制空气弹簧的充放气；所述控制器在综合传感器发来的信号后，计算所需要施加主动力，进而实时调节电磁阀和换向阀的开度以控制空气弹簧，从而追踪主动力的理想值。

所述喷杆由喷杆一段、喷杆二段通过轴销连接而成，并有折叠电动推杆通过连接件分别固定在喷杆一段、喷杆二段上。

所述三位五通电磁阀与比例流量阀串联，并通过线路与实时控制器相连，从而控制三位五通电磁阀和比例流量阀的开合，供气系统的气体通过电磁阀、流量阀进出空气弹簧。

所述第一空气弹簧、第二空气弹簧分别与第一减振器、第二减振器并联安装，且第一减振器、第二减振器分别与悬架底盘和喷杆铰接、安装角度为60°。

所述供气系统包括车载空气压缩机14、空气干燥器16、过滤器15、高压气罐、安全阀，供气系统，为空气弹簧输送清洁、干燥的气体。所述车载空气压缩机、空气干燥器、过滤器、高压气罐、安全阀各自通过高压管路相连接，高压气罐通过安装有三位五通电磁阀和比例流量阀的管路与第一空气弹簧和第二空气弹簧相连。

有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用标准h∞状态反馈和时频非线性联合控制策略，通过接收喷杆加速度、倾角等信息，计算出振动状态下空气弹簧应施加的主动力，同时调节电磁阀和比例流量阀的开度进而控制空气弹簧使其跟随目标作用力，在解决空气弹簧充放气过程中的非线性问题的同时，实现了对喷杆加速度、倾角多变量的同时控制。从而主动衰减了多因素扰动下喷杆的振动、维持了喷杆作业的最佳姿态，进而提升了喷雾机作业的精度和效率，以及行驶的安全性和平稳性。

在能完成上述工作要求的前提下，本发明具有简单的结构和足够的强度，便于安装维修且具有较长的使用寿命；空气悬架使用空气作为能量传递介质，不仅清洁环保，还降低了制造和维护成本。

附图说明

图1应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的主视结构示意图。

图2应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的立体结构示意图。

图3应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的服饰结构示意图。

图4应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的空气弹簧结构示意图。

图5应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的气压控制系统原理图。

图6应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架的结构示意图。

其中：1—第一空气弹簧、2—电磁阀、3—第一倾角传感器、4—第一减振器、5—喷杆一段、6—喷杆二段、7—第一加速度传感器、8—蓄电池、9—控制器、10—折叠电动推杆、11—提升机构电动推杆、12—供气系统、13—固定支架、14—车载空气压缩机、15—过滤器、16—空气干燥器、17—压力传感器、18—高压气罐、19—第二减振器、20—喷杆一段、21—喷杆二段、22—第二加速度传感器、23—悬架底座、24—第二空气弹簧、25—第二空气弹簧。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示：

一种应用于喷雾机喷杆的主动空气悬架，包括空气弹簧、喷杆、监测单元、控制单元、供气系统；

所述空气弹簧包括第一空气弹簧1、第二空气弹簧25，所述第一空气弹簧1、第二空气弹簧25上下两端通过固定支架13分别固定于悬架底座23和喷杆上。

所述的监测单元包括：倾角传感器、加速度传感器、压力传感器（17），所述的倾角传感器包括第一倾角传感器3、第二倾角传感器24，所述的第一倾角传感器3、第二倾角传感器24分别设置在喷杆与转动滑块之间，所述的加速度传感器包括第一加速度传感器7和第二加速度传感器22，所述第一加速度传感器7和第二加速度传感器22分别设置在喷杆的端部，所述的压力传感器17包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述的第一压力传感器和第二压力传感器分别安装在第一空气弹簧（1）、第二空气弹簧23的端口。

所述的控制单元包括括控制器9，所述的控制器接受倾角传感器、加速度传感器、压力传感器发送的信号并控制电磁换向阀阀口开关和比例流量阀的开度，从而控制空气弹簧的充放气；监测单元实时监测喷杆的加速度和倾角，以及空气弹簧的压力，并将所检测到的信息实时传递给控制器；控制单元接受传感器发送的信号并控制电磁阀开关，从而控制空气弹簧的充放气。

所述的第一倾角传感器3、第二倾角传感器24、第一加速度传感器7和第二加速度传感器22、第一压力传感器和第二压力传感器分别通过线路与控制器9连接；控制器9在综合传感器发来的信号后，计算所需要施加主动力，进而实时调节电磁阀2以控制空气弹簧，从而追踪主动力的理想值。

所述的供气系统包括：车载空气压缩机、空气干燥器、过滤器、高压气罐、安全阀，空气弹簧输送清洁、干燥的气体，车载空气压缩机、空气干燥器、过滤器、高压气罐、安全阀通过高压管路相连接，高压气罐通过安装有三位五通电磁阀和比例流量阀的管路与空气弹簧相连。进一步地，所述喷杆由喷杆一段5、喷杆二段6通过轴销连接而成，并有折叠电动推杆10通过连接件分别固定在喷杆一段5、喷杆二段6上。

进一步地：所述的第一空气弹簧1、第二空气弹簧23分别与第一减振器4、第二减振器19并联安装，所述的第一减振器4、第二减振器19分别与悬架底盘和喷杆铰接、安装角度为60°。

本发明工作过程如下：

喷雾机行驶过程中，在侧向风、起伏地面或车身摆动等因素影响下，喷杆加速度、高度和倾角等发生变化，引起喷杆的振动和位姿变化。监测单元的第一倾角传感器3第二倾角传感器24、第一加速度传感器7、第二加速度传感器22将喷杆的倾角和加速度信息传递至控制器9。控制器9在接收到传感器发来的信号后，计算当前时刻空气弹簧所需施加的理想主动力。与此同时，电磁阀2开启，基于压力传感器的反馈，控制器9实时调节第一空气弹簧1、第二空气弹簧24的充放气，使空气弹簧时刻跟踪理想主动力。减振器4作为辅助执行元件与空气弹簧1一起衰减喷杆的振动；进一步地，若喷杆在晃动后倾角发生变化，控制器9在倾角传感器3的反馈下调节电磁阀2从而控制空气弹簧的高度，使喷杆恢复原来的工作姿态。

若喷杆不振动或振动幅度极小，电磁阀2位于中位，切断了空气弹簧与供气系统的连接，此时的悬架为被动悬架，仅能依靠有着固定刚度的空气弹簧和减振器4来衰减喷杆的振动。

空气弹簧充气过程中，充入空气弹簧的气体均由高压气罐提供。而高压气罐18中的气体则是分别通过空气压缩机14、空气干燥器16和过滤器15的经压缩、干燥过滤的环境气体。

以上实例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。