一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到农用拖拉机机组作业深度调节控制领域，是一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置及方法。
【背景技术】
[0002]拖拉机悬挂机组通常通过液压三点悬挂装置挂接农机具进行田间作业。液压悬挂装置通过机械传感装置推动液压换向滑阀运动，控制液压油缸提升或下降农机具，对农具机组作业深度进行调节。拖拉机机组田间作业既要满足不同农艺的要求，例如作业深度的均匀性、碎土能力、土壤细碎率、地表平整度等，又要力求拖拉机机组负荷的稳定、节省燃油、提高生产率等重要指标。特别是对于进行开荒、深松、深耕作业的拖拉机机组，在作业中经常碰到地形起伏、田埂、树根等短期突变阻力，引起拖拉机超载，甚至引起机器损坏。对于进行这类作业的拖拉机，必须保证机组作业安全和拖拉机负荷相对稳定，避免因短期超载而中断作业，拖拉机悬挂装置除了设置位置控制以外，还需要设置阻力控制方式[I?5]。
[0003]目前生产的拖拉机液压悬挂装置绝大多数采用机械式阻力位置调节方法。
[0004]机械式位置调节多数采用内悬挂轴上的凸轮升程作为农机具作业深度的输出信号，机械传动杆系将凸轮升程位移信号传递到液压提升滑阀，与驾驶员选择作业深度设定的液压提升滑阀的位移相平衡。若因各种干扰导致农机具上升或下降，凸轮升程变化导致提升滑阀的平衡位置被破坏，提升滑阀的位移控制液压油缸驱动农机具产生与干扰相反的位移，使农机具下降或提升，控制农机具在预定的作业深度附近。
[0005]机械式阻力调节采用上拉杆压缩力调节弹簧产生的位移作为牵引阻力信号，机械传动杆系将弹簧位移信号传递到液压提升滑阀，与驾驶员选择阻力调节比例设定的液压提升滑阀的位移相平衡。当拖拉机机组作业时载荷变化时，牵引阻力增大导致上拉杆传递的压力增大，压力增量使弹簧压缩变形量增大，机械传动杆系将弹簧变形增量传递到液压提升阀，提升滑阀的平衡位置被破坏，提升滑阀的位移控制液压油缸驱动农机具产生与干扰相反的位移，提升/下降农具，减小/增加机组作业深度和牵引阻力，控制农机具在预定的牵引阻力附近作业。
[0006]驾驶员通过选择力调节和位调节操作手柄的位置，使得机械式阻力位置调节装置实现农机具位置/阻力综合调节。其工作原理是通过杠杆机构的杠杆比，将机械传动杆传递的阻力信号与位置信号加权处理，得到阻力与位置相综合的位移量，使之与液压提升滑阀弹簧变形相平衡。当机组作业载荷或农机具位置发生变化时，机械传动杆系中的杠杆机构，按照驾驶员设定杠杆比对这些干扰信号进行加权后产生相应的位移来推动提升滑阀，对农机具的作业位置实施控制。
[0007]综上所述，机械式阻力位置调节装置的阻力和位置调节信号全部由机械机构检查和传递，机械传动机构的间隙、弹性变形、摩擦磨损等因素都直接导致整个系统的控制精度低、响应速度慢、故障多。而且驾驶员无法直接读出农具实际作业深度和阻力参数，直观地根据耕作作业工况和土壤情况选择和调节控制参数。
[0008]目前，经专利搜索国内关于拖拉机电控悬挂系统的专利仅有一项，名称是“可转换悬挂方式限位杆限位的履带拖拉机电控悬挂装置”专利号201220502117.6。该专利提供了一种拖拉机两点悬挂与三点悬挂的切换，以限位杆限位的履带拖拉机电控悬挂装置。着重研宄的是用限位杆限位的悬挂装置，而且仅能实现牵引阻力电控策略。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种拖拉机农具机组作业深度的自动调节方法及装置，可采用多种控制策略控制拖拉机机组作业过程，实现机组作业深度均匀、负荷稳定、燃油经济，并且可以根据拖拉机机组作业土地情况自由选择控制策略和参数。
[0010]本发明采用的技术方案:一种拖拉机作业深度阻力-位置调节电控装置，包括控制器，角度传感器、下拉杆、销轴式牵引力传感器和电液控比例换向阀，所述拖拉机包括提升器、提升壁转轴提升油缸、液压油箱、农具和液压泵，所述角度传感器分别固定在所述提升器壳体和提升壁转轴上，所述下拉杆一端与拖拉机机体铰接，另一端连接所述农具，所述销轴式牵引力传感器安装在所述下拉杆与拖拉机机体的铰接孔中，所述电液比例换向阀包括出油口、进油口和回油口，所述出油口与所述提升油缸压力腔连接，所述进油口与所述液压泵的出油口相连，所述回油口连接液压油箱，所述控制器连接所述销轴式牵引力传感器和角度传感器，并将控制信号输送到所述电液控比例换向阀。
[0011]上述方案中，所述控制器还包括显示器和控制面板，所述显示器和控制面板分别连接所述控制器。
[0012]上述方案中，所述角度传感器分别通过连接板和弹性联轴节安装在所述的提升器壳体和提升臂转轴上。
[0013]上述方案中，所述控制器、控制面板和显示器通过职称连接板安装在拖拉机驾驶室内。
[0014]一种拖拉机作业深度阻力-位置调节方法，包括步骤:
[0015]第一步，所述控制器实时采集所述角度传感器测得的农具的作业深度参数和销轴式牵引力传感器测得的农具的牵引力参数，并计算出农具作业深度参数Pl和牵引力参数NI，并显示在所述显示器上；
[0016]第二步，驾驶员获取显示器上的作业深度参数后，在控制面板上选择合适的作业深度参数P2和牵引力参数N2 ；
[0017]第三步，控制器计算出作业深度参数Pl和作业深度参数P2的差值，以及牵引力参数NI和牵引力参数N2的差值，并将差值作为控制算法计算；
[0018]第四步，控制器向电液比例换向阀输出调节信号，电液比例换向阀根据所述控制信号控制液压油缸的行程，从而驱动农机具的上升或下降。
[0019]本发明的优势在于:
[0020]1.该装置电控采用角度传感器和销轴式力传感器直接测量农机具的实时作业深度和实时牵引力，通过控制器驱动电液比例阀，能够对农具机组作业深度、作业阻力实施单参数闭环实时自动控制，也能够对农具机组作业深度、作业阻力实施双参数加权闭环实时自动控制，控制精度高，响应速度快，可靠性好。
[0021]2.通过控制器和显示器可以实时监控控制系统的工作状态。
[0022]3.工作参数设置与调整方便、直观。
[0023]4.控制器、控制面板和显示适用性广，装置安装设置方便，能够应用在不同功率等级的机组上。
【附图说明】
[0024]图1是拖拉机液压悬挂阻力-位置综合调节的电控装置示意图。
[0025]图2是控制面板图
[0026]图3是阻力控制方式原理框图。
[0027]图4是阻力-位置综合控制原理框图。
[0028]图5是阻力控制策略实施方式图
[0029]
[0030]1.控制器2.控制面板3.显示器4.电液比例换向阀5角度传感器6.提升臂7.液压油缸8.农具9.下拉杆10.轴销式牵引力传感器11.液压泵12.模式旋钮13.升降速度调节旋钮14.阻力控制比例旋钮15.机组作业深度旋钮16.牵引力旋钮
【具体实施方式】
[0031]该电控装置由控制器、电液比例换向阀、显示器、控制面板、角度传感器和销轴式力传感器组成，代替传统拖拉机液压悬挂系统中的液压控制阀和机械式牵引阻力信号和机具位置信号检测和传递机构。整个装置结构如图1所示，在悬挂装置的提升臂6的回转轴处安装角度传感器5，用来检测提升臂6的转角；轴销式牵引力传感器10安装在下拉杆9与拖拉机机体的铰接孔中，实现下拉杆与拖拉机机体的铰接连接，用于检测下拉杆拉力，即牵引力。
[0032]控制面板2设置模式旋钮12、农具升降速度调节旋钮13、阻力控制比例旋钮14、机组作业深度设定旋钮13，如附图2所示，驾驶员可通过模式旋钮的四个位置选择提升装置的提升、下降、停止和调节的四种工作模式。
[0033]当模式旋钮处于提升位置时，控制器I控制液压油缸7提升农具8。
[0034]当模式旋钮处停止位置时，农具8停止升或降。
[0035]当模式旋钮处于下降位置，控制器I控制液压油缸7下降农具。驾驶员同时可以通过升降速度调节旋钮13调节农具下降速度，防止农具下降过快或过慢。
[0036]当模式旋钮处于调节位置时，电控液压悬挂系统对农机具作业深度进行自动调节。控制器将提升臂转角传感器5和轴