专利名称：手动优先的拖拉机自动转向装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及控制技术领域，特别是涉及一种应用于拖拉机自动导航控制系统中的自动转向装置。
背景技术：
在拖拉机田间作业过程中，由于作业机组操纵性差，易因重耕、漏耕或多走路程而 影响生产率。为了减少相邻作业垄间重作和漏作现象的发生，现有技术多采用划线器划线 或者喷洒泡沫的方法在田间进行标记作为驾驶员作业导航的依据。随着近几年国内精准农 业技术研究的开展，研究人员开发了农机导航指示系统，采用GPS、PC104计算机和导航指 示光棒为农机田间作业提供导航指示。然而，上述两种用于农机作业的导航指示方法均存 在一定缺陷。传统的采用划线器划线和泡沫喷洒的方法在农田作业环境可见度较低、农田表面 没有明显参考物和地表起伏较大的情况下基本不可行或导航指示效果很差，达不到导航和 提高作业质量的目的。现有的导航指示系统多采用RS232总线，导致系统接线繁杂、可靠性 差，且系统各模块的通用性不强，兼容性差。同时，这类导航指示系统受人为操作因素影响 较大，作业导航精度差，不能满足精度要求较高的农田作业如播种等环节的应用需求。此 夕卜，现有导航指示系统的操作控制仍需要驾驶人员完成，实际上是一种辅助作业导航系统， 驾驶人员劳动强度仍然较大。因此，需要一种拖拉机田间作业的自动导航系统。
实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型要解决技术问题是实现拖拉机的自动转向，并保证手动操作的优先 权，从而为拖拉机田间作业自动导航系统提供技术基础。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案提供一种手动优先的拖拉机自动转 向装置，包括闭式液压转向器、电液比例方向阀、电磁开关阀、优先阀、压力开关、液控换向 阀以及控制器；其中，所述优先阀的压力感应口 LS分别和闭式液压转向器的控制口、液控 换向阀、压力开关相连接，所述优先阀的CF 口与闭式液压转向器的进油口相连接，所述优 先阀的EF 口与电液比例方向阀、电磁开关阀的进油口连接；所述控制器与所述压力开关、 电磁开关阀和电液比例方向阀相连接；所述优先阀用于通过阀芯的移动使油泵的油液分别进入所述电液比例方向阀或 闭式液压转向器来分别建立自动转向油路和手动转向油路；所述控制器通过控制信号控制电液比例方向阀的阀芯开度以执行期望的自动转 向操作。其中，所述电液比例方向阀、电磁开关阀、优先阀、压力开关、液控换向阀通过阀块 和液压管道连接，并与所述闭式液压转向器和转向油缸构成的油路并联。[0011]其中，所述装置还包括转向油缸，所述液控换向阀通过阀芯的移动使所述自动转 向油路或手动转向油路分别与所述转向油缸相连通。其中，所述压力开关在检测到所述闭式液压转向器处于工作状态时向所述控制器 发送低电平信号。其中，所述控制器用于响应所述低电平信号，通过给所述电磁开关阀断电，使所述 液控换向阀换向以切断所述自动转向油路。其中，所述控制器为PID控制器。(三)有益效果本实用新型的有益效果在于1、在拖拉机进行人工驾驶时，可以满足驾驶人员正常操作，不影响拖拉机的正常 转向操作；2、在拖拉机进入自动导航状态时，通过手动转动方向盘可以自动切换到人工驾驶 状态；3、数字化控制器可以通过采集压力开关输出电平变化而感知拖拉机由自动导航 状态进入人工驾驶状态；4、通过数字化控制器和相应的控制程序实现对电液比例方向阀控液压缸的控制， 进而控制拖拉机转向轮转角大小和方向。
图1为本实用新型的手动优先的拖拉机自动转向装置的结构图；图2为本实用新型的手动优先的拖拉机自动转向装置的液压控制原理图；图3为本实用新型的手动优先的拖拉机自动转向装置的安装示意图；1-拖拉机转向器；2-转向油缸；3-溢流阀；4-液控换向阀；5-优先阀；6_电液比 例方向阀；7-电磁开关阀；8-油泵；9-压力开关；10-阀块；11-压力补偿器；12-电子压 力传感器；13-压力表；14-丝堵；15-组合垫片；16-螺栓；17-垫片；18-液压油管接头； 19-阀块支撑板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下 实施例用于说明本实用新型的目的，但不用来限定本实用新型的范围。如图1-2所示，本实用新型的装置包括闭式液压转向器1、电液比例方向阀6、电 磁开关阀7、优先阀5、压力开关9、液控换向阀4、转向油缸2以及控制器(未示出)。其中， 各液压元件通过阀块和液压管路相连接；电液比例方向阀6易于实现数字化控制且结构简 单，可以按输入电信号指令连续成比例地控制液压系统流量以及流体方向，其与控制器、电 磁开关阀7、优先阀5、压力开关9、液控换向阀4共同构成一个电液比例阀控系统，并与拖拉 机原有液压控制系统(闭式液压转向器1、转向油缸2)并联，通过优先阀使油泵的油液进入 电液比例方向阀6或转向器1来分别实现拖拉机的自动转向和手动转向；通过控制器控制 电磁开关阀7和电液比例方向阀6的阀芯开度实现自动转向和手动转向之间的切换；当在 自动转向过程中感应到转向器1的工作状态时，压力开关发送低平信号，控制器接收到信号后，通过电磁开关阀7关闭电液比例方向阀，从而保证手动操作的优先权。具体地，如图 2所示，将优先阀5的压力感应口 LS和拖拉机转向器1的控制口连接，CF 口与转向器1的 进油口和液控换向阀4连接，EF 口与电液比例方向阀6、电磁开关阀7的进油口连接。具体实施过程中，如图3所示，通过阀块将电液比例方向阀6、电磁开关阀7、压力 开关(包括电子压力传感器12和压力表13)、压力补偿器11等主要液压元器件通过阀块 内部设计加工的油路孔道连接(参见液压油管接头18)，构成整个阀块10，并通过支撑板 19安装固定在拖拉机机体上，同时通过相应的液压管道与转向器(未示出)、优先阀(未示 出)及拖拉机原有油源系统(未示出)连接。本实用新型中使用的电液比例方向阀可以较为简单地实现对进入拖拉机转向油 缸的液压油的方向和流量，进而实现对拖拉机转向系统和转向轮期望转角的数字化控制。 其次，通过与原有转向系统液压油路(转向器)并联电液比例阀控系统的方式，在拖拉机现 有转向系统基础上实现手动(转向器)与自动(电液比例方向阀)一体化转向功能共存， 保证在增加自动转向功能的基础上而不影响原有手动转向功能。再次，考虑实际应用和工 作的需要，当自动转向系统失效或在田间作业过程中，手动转向操作功能的优先权始终高 于自动转向系统。也就是说，本实用新型转向装置使得手动转向功能运用时能屏蔽自动转 向功能；控制器采用比例微分积分(PID)控制器，可以获得较高精度的路径跟踪效果，且具 有较高的鲁棒性和可靠性。下面将对上述自动转向装置执行拖拉机自动转向的过程进行详细描述，以使本实 用新型装置的结构更加清楚。使用本实用新型的手动优先的拖拉机自动转向装置进行手自动转换的方法包括 以下步骤S101 压力开关判断与其相连接的闭式液压转向器是否处于工作状态，若否，控制 器给电磁开关阀加电使其处于关闭状态以建立自动转向系统油液压力；S102:优先阀的阀芯移动使得油泵中的油液进入电液比例方向阀中，建立自动转 向油路；具体地，当系统压力建立且当转向器不工作时，优先阀的CF 口处于封闭状态；此 时LS 口的压力为零，优先阀的阀芯右端进油，液压力作用在阀芯右端，克服阀芯弹簧的预 压力，使阀芯向左移动，此时优先阀的P 口与EF 口连通，转向系统油泵泵出的压力油流向电 液比例方向阀中。S103 通过液控换向阀将所述自动转向油路与拖拉机的转向油缸相连通；具体地，此时液控换向阀控制油路压力为零，阀芯处在左侧，使电液比例方向阀与 转向油缸油路连通，此时拖拉机自动转向功能有效。S104:控制器通过控制电液比例方向阀的阀芯开度来控制所述自动转向油路中油 液的流动方向和流速，使转向液压缸的活塞伸出或收回以执行期望的转向操作。具体地，通过对电液比例方向阀的数字化控制(PWM控制信号)实现对转向轮的转 动方向和角度进行实时控制。其中，步骤S101中，当转向器工作时，也就是手动操作转向系统时，则通过优先阀 使得油泵中的油液进入闭式液压转向器中，建立手动转向油路；具体地，优先阀的压力感应 口 LS在压力油的作用下，使得P 口与CF 口连通；此时液控换向阀控制油路压力建立，阀芯向右侧移动，使转向器与转向油缸油路连通，转向系统油泵泵出的压力油通过优先阀进入 转向器，再通过液控换向阀进入转向油缸，使拖拉机转向系统转向，实现手动转向操作。在执行步骤S101-104的自动转向控制过程中，当需要切换为手动操作时，压力开 关检测到闭式液压转向器的工作状态，向控制器发送低电平信号，控制器响应所述低电平 信号给电磁开关阀断电使其处于导通状态，给电液比例方向阀断电使其处于中位，从而切 断自动转向油路，停止自动转向，从而保证了手动操作优先。综上所述，本实用新型的装置为拖拉机田间作业自动导航系统提供了技术基础， 实现了全液压转向拖拉机的自动转向功能与手动转向功能无缝自动切换，并保证任何时刻 手动转向功能的优先权；同时，在拖拉机自动转向控制功能失效时支持人工转动方向盘实 现人工驾驶。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领 域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和 变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应 由权利要求限定。
权利要求一种手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，包括闭式液压转向器、电液比例方向阀、电磁开关阀、优先阀、压力开关、液控换向阀以及控制器；其中，所述优先阀的压力感应口LS分别和闭式液压转向器的控制口、液控换向阀、压力开关相连接，所述优先阀的CF口与闭式液压转向器的进油口相连接，所述优先阀的EF口与电液比例方向阀、电磁开关阀的进油口连接；所述控制器与所述压力开关、电磁开关阀和电液比例方向阀相连接；所述优先阀用于通过阀芯的移动使油泵的油液分别进入所述电液比例方向阀或闭式液压转向器来分别建立自动转向油路和手动转向油路；所述控制器通过控制信号控制电液比例方向阀的阀芯开度以执行期望的自动转向操作。
2.如权利要求1所述的手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述电液比例 方向阀、电磁开关阀、优先阀、压力开关、液控换向阀通过阀块和液压管道连接，并与所述闭 式液压转向器和转向油缸构成的油路并联。
3.如权利要求1所述的手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，还包括转向油 缸，所述液控换向阀通过阀芯的移动使所述自动转向油路或手动转向油路分别与所述转向 油缸相连通。
4.如权利要求1所述的手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述压力开关 在检测到所述闭式液压转向器处于工作状态时向所述控制器发送低电平信号。
5.如权利要求4所述的手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述控制器用 于响应所述低电平信号，通过给所述电磁开关阀断电，使所述液控换向阀换向以切断所述 自动转向油路。
6.如权利要求1所述的手动优先的拖拉机自动转向装置，其特征在于，所述控制器为 PID控制器。
专利摘要本实用新型提供一种手动优先的拖拉机自动转向装置，包括闭式液压转向器、电液比例方向阀、电磁开关阀、优先阀、压力开关、液控换向阀、转向油缸以及控制器；其中，所述优先阀的压力感应口LS和闭式液压转向器的控制口、液控换向阀、压力开关相连接，CF口与闭式液压转向器的进油口相连接，EF口与电液比例方向阀、电磁开关阀的进油口连接；所述控制器与所述压力开关、电磁开关阀和电液比例方向阀相连接。本实用新型的装置实现了拖拉机的自动转向，并保证手动操作的优先权，从而为拖拉机田间作业自动导航系统提供技术基础。
文档编号B62D5/06GK201592732SQ20102011417
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者付卫强, 孟志军, 徐飞军, 赵春江, 陈立平 申请人:北京农业信息技术研究中心