一种拖拉机电液悬挂系统的制作方法

本实用新型属于农业机械技术领域，涉及一种拖拉机电液悬挂系统，特别涉及一种具有工作效率高、操作简单、安全性能好等特点的电液悬挂系统。

背景技术：

随着机电液一体化技术的进步，拖拉机悬挂装置的液压系统也朝着自动化、智能化和人性化的方向发展，主要是通过机械技术、液压技术、自动控制技术、和电子技术将机械、液压、控制等方面结合起来，进而发展成为电液悬挂系统。但是目前国内关于拖拉机上悬挂装置液压系统的研究，仍然存在很多未解决的问题，比如液压系统的效率低和安全性低等问题。此外，传统的拖拉机悬挂装置的液压系统主要由液压泵、液压缸、分配器、油箱等组成，存在结构单一、功能不全、效率低等缺点。同时，当前国内对于电液悬挂系统的控制基本停留在手动操作的模式，控制效果由驾驶员的工作经验决定，存在不稳定因素。

针对已有的拖拉机液压悬挂系统存在的问题，以后的液压系统需更加注重提高整机的综合性能， 并且操作简单，要具有实用价值、工作效率高、安全性能好等特点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种拖拉机电液悬挂系统，以提高液压系统的工作效率和安全性能。

为解决上述技术问题，本实用新型主要提供了一个完整的拖拉机电液悬挂系统，设计了拖拉机电液悬挂系统的液压工作回路和控制系统，并对主要液压元件进行改进。以前的拖拉机液压悬挂系统主要采用分配器作为主控制阀，效率较低，本实用新型采用电液比例换向阀与液控单向阀、溢流阀、截止阀的组合使用，提高了液压系统的控制精度和工作效率，也使得操作更加简便、安全性更好。本实用新型针对拖拉机电液悬挂系统提出了一种控制系统的设计方法，使拖拉机电液悬挂系统不仅能够实现手动和自动两种工作模式，还能够实现力优先、位置优先和力位综合控制三种工作模式。本实用新型采用的具体技术方案如下：

一种拖拉机电液悬挂系统，包括液压缸(1)、齿轮泵(12)、电液比例换向阀(2)、液控单向阀(4)、溢流阀(7)、截止阀(6)、直流电机(8)、蓄能器(3)、压力表(5)、冷却器(10)、滤油器(11)、油箱(9)、油管(13)，控制系统控制整个电液悬挂系统的动作；油液在齿轮泵(12)的作用下，经过冷却器(10)和滤油器(11)之后分成进油和回油两条支路，进油管路经过液控单向阀(4)与电液比例换向阀(2)推动液压缸(1)工作，农机具通过悬挂系统与液压缸(1)相连，从而使农机具完成执行动作要求，且有蓄能器(3)、截止阀(6)等液压元件保护该进油管路；回油时油液从液压缸(1)经电液比例换向阀(2)与液控单向阀(4)回到油箱(9)；控制器控制电液比例换向阀(2)的工作，溢流阀(7)保证整个液压系统的压力稳定；

其特征在于：所述拖拉机电液悬挂系统采用电液比例换向阀(2)作为主控制阀，以此代替以前拖拉机电液悬挂系统普遍使用的分配器；

所述拖拉机电液悬挂系统中增加使用蓄能器(3)作为能量储存装置，并且与截止阀(6)一起使用；

所述拖拉机电液悬挂系统中增加压力表(5)的使用，且压力表(5)前端安装蓄能器(3)，压力表(5)下方安装截止阀(6)；

所述拖拉机电液悬挂系统的控制系统分硬件设计和软件设计。

所述电液比例换向阀(2)的主阀芯和先导阀芯都配装位置电反馈，通过比例电磁铁驱动作为功率级的先导阀芯工作；所述电液比例换向阀(2)工作时是通过电子放大器提供功率级的先导阀比例电磁铁的驱动电流，根据电信号的大小和方向提供方向控制及无压力补偿的流量控制。

所述液压系统中采用两个电液比例换向阀(2)与两个液控单向阀(4)分别组成进油管路和回油管路，用以防止因一个电液比例换向阀(2)的损坏而影响整个液压系统的进油和回油。

所述液压系统中的蓄能器(3)作为能量储存装置可以储存液压油，在系统需要时放出供系统使用；并且同时安装一个截止阀(6)，用以切断或调节流量，且便于蓄能器(3)的维修与更换。

所述压力表(5)安装在进油管路中液控单向阀(4)之后，压力表(5)可以直观反映系统压力的高低，便于对整个液压系统压力的控制。

所述溢流阀(7)使用于液压油路中可以保持液压系统的压力稳定，起到调压、稳压和限压的作用。

所述油箱(9)内置冷却器(10)和滤油器(11)，油液经冷却器(10)的冷却和滤油器(11)的过滤之后，可以提高油液的使用效率，并且防止杂质损伤液压元件。

所述齿轮泵(12)与直流电机(8)之间通过挠性联轴器连接，直流电机(8)用以给齿轮泵(12)提供动力，将电能转化为系统所需的液压能，从而驱动液压系统完成所需的动作。

所述控制系统硬件部分以一块主控制器为核心，并与两个位移传感器、两个力传感器和一个倾角传感器配合使用，分别获取左右液压缸(1)的位移、左右下拉杆的牵引力和车身倾角的工作参数；然后根据控制算法确定控制量，并利用驱动模块驱动电液比例换向阀(2)来调节液压缸(1)的位移；可通过触摸屏对控制器的参数进行设定。

所述控制系统软件部分依赖于悬挂机构的数学模型；根据悬挂机构的连接关系建立相应的数学模型，再利用此模型实现已知量到未知量的求解，然后配合控制算法求出最终想要的调节目标值，最后利用控制器控制相应机构运行达到控制效果。

本实用新型的工作过程如下：本实用新型通过液压缸1、齿轮泵12、电液比例换向阀2、液控单向阀4、溢流阀7、截止阀6、直流电机8、蓄能器3、压力表5、冷却器10、滤油器11、油箱9、油管13等构成一个完整的电液悬挂系统，同时控制系统控制整个电液悬挂系统的动作。其工作过程是：油液在齿轮泵12的作用下，经过冷却器10和滤油器11之后分成进油和回油两条支路，进油管路经过液控单向阀4与电液比例换向阀2推动液压缸1工作，农机具通过悬挂系统与液压缸1相连，从而使农机具完成执行动作要求；且有蓄能器3、截止阀6等液压元件保护该进油管路；回油时油液从另一个液压缸1经电液比例换向阀2与液控单向阀4回到油箱9；控制器控制电液比例换向阀2的工作，溢流阀7保证整个液压系统的压力稳定。

本实用新型具有有益效果。本实用新型通过采用电液比例换向阀与液控单向阀、溢流阀、截止阀的组合使用，提高了液压系统的控制精度和工作效率，也使得操作更加简便、安全性更好；通过使用蓄能器作为能量储存装置，可以储存部分液压油，在系统需要时放出供系统使用；通过使用截止阀，可以切断或调节流量，且便于蓄能器的维修与更换；通过安装压力表，可以直观反映系统压力的高低，便于对整个液压系统压力的控制；通过油箱中内置的冷却器和滤油器，可以提高油液的使用效率，并且防止杂质损伤液压元件；通过设计控制系统的硬件部分和软件部分，使拖拉机电液悬挂系统不仅能够实现手动和自动两种工作模式，还能够实现力优先、位置优先和力位综合控制三种工作模式；设计了一个完整的拖拉机电液悬挂系统，具有工作效率高、操作简单、安全性能好等特点。

附图说明

图1为本实用新型拖拉机电液悬挂系统原理图；

图2为本实用新型拖拉机电液悬挂系统布局图；

图3为本实用新型拖拉机电液悬挂系统中控制系统的硬件组成。

图中：1液压缸；2电液比例换向阀；3蓄能器；4液控单向阀；5压力表；6截止阀；7溢流阀；8直流电机；9油箱；10冷却器；11滤油器；12齿轮泵；13油管。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。

如图1所示的液压回路中，如果农机具要执行某一动作，可以通过控制系统，使电液比例换向阀2获得相应的动作命令，再与其他液压元件配合，使液压缸1发生相应的动作，从而实现农机具的动作要求。比如，当农机具需要上升时，可以设置控制农机具上升的程序，通过控制系统使电液比例换向阀2产生动作反应，此时一个液控单向阀4打开，油箱9中的油液在液压泵12的作用下，分别经过冷却器10的冷却和滤油器11的过滤，通过油管13到达液压缸1，推动液压缸1中的活塞杆向上移动，再通过悬挂机构使农机具上升。在该工作过程中，冷却器10可以维持液压系统的油温，确保液压系统能够正常有效地工作；蓄能器3通过储存一定体积的液压油，在系统需要时放出以供液压系统使用；而溢流阀7则可以保持液压工作回路的压力稳定。当农机具需要下降时，同理可以控制另一个电液比例换向阀2和另一个液控单向阀4，使液压缸1往相反的方向运动，从而实现农机具的下降动作。

如图1所示，液压缸1为双作用单活塞杆式液压缸，由活塞的两侧输入液压油；活塞杆只从液压缸的一端伸出，并且活塞在两腔的作用面积不同；当向液压缸的两腔进行分别供油时，保持压力和流量都不变，此时活塞在两个方向上的推力和运动速度都不相等。

如图2所示，在本实用新型的液压系统中，液压缸1与拖拉机的三点悬挂系统直接相连，然后通过油管13与各种液压阀和其他液压辅助元件连接，再依次经过齿轮泵12、滤油器11和冷却器10到达油箱9。液压元件及其辅助元件的安装形式如下：将阀块安装在拖拉机本体上，并且将电液比例换向阀2、液控单向阀4、溢流阀7、截止阀6、蓄能器3、压力表5安装在阀块上，这些液压元件及其辅助元件与阀块之间采用板式连接，通过在阀块上打孔实现液压元件及其辅助元件的连通，从而完成液压系统的动作要求。

如图2所示，液压系统中油管13的布置方案如下：进油时油液通过油管13分别经过油箱9、冷却器10、滤油器11、液控单向阀4、电液比例换向阀2到达液压缸1;回油时油管13输送油液的方向相反，此时不需要齿轮泵的作用；同时通过油管13将蓄能器3、压力表5和截止阀6分别并联在进油管路两端；在油箱9吸油处使用吸油管，在油箱9回油处使用回油管，除吸油处和回油处外，其他连接管路均使用普通油管。

如图2所示，油箱9中内置冷却器10和滤油器11；油液经过冷却器10的冷却，可以降低油液的温度，避免因油温过高而影响液压系统的工作效率；油液经过滤油器11的过滤，可以过滤掉杂质，防止杂质损伤液压元件，并且保证液压系统的正常工作。

图3是拖拉机电液悬挂系统的控制系统的硬件组成，图中虚线表示电源线，实线表示信号线，箭头方向表示信号传输方向。硬件组成以一个主控制器为核心，周边依次并联了压力传感器、位移传感器、倾角传感器、驱动模块、变压/稳压模块和触摸屏，其中驱动模块的另一端连接了电液比例换向阀2。车载蓄电池一般是24V，并且不带滤波功能，在此需要进行滤波和电压转换；驱动模块和触摸屏采用24V驱动，压力传感器采用9V驱动，其余硬件均为5V驱动。

如图3所示，位移传感器采用的是红外测距传感器，其优点是测量精度高、实时性好，其缺点是易受光线干扰。为了增强使用过程中的安全性，系统中红外测距传感器用螺钉固定安装在汽缸底部，导线通过侧面孔引出；汽缸两端用鱼眼轴承与之连接，再将两鱼眼轴承以转动副的形式与液压缸并列安装在悬挂机构的上拉杆和基座上。

如图3所示，力传感器的安装位置是下拉杆与基座的铰接点，将原本的连接轴用轴销传感器代替，再用固定销固定防止脱落。

如图3所示，倾角传感器水平安装在后控制柜内，后控制柜再安装在提升器机构基座上，并确保水平安装。

如图3所示，触摸屏、控制板及其附属器件通过导线连接并安装在前控制柜上，其中控制板安装在控制柜内，触摸屏通过开口安装在控制柜表面。

控制系统的主要作用就是根据农机具当前不同的状态实时调节耕深，以达到更好的耕作效果。一般来说，耕深的调节方式主要有力调节、位调节和力位综合调节。其中，力调节是根据土壤阻力的变化动态调节耕深；当阻力较大时，提升农机具；当阻力较小时，使农机具下降；以保持发动机动力输出的稳定性。但是在土质变化较频繁的环境下会导致耕深不均匀，影响耕作效果。位调节与力调节相反，位调节尽量保持耕深一致而忽略阻力变化对发动机的影响，在极端情况下会损坏发动机。综上所述，将阻力和耕深综合起来考虑的力位综合调节是较好的控制方式；力位综合调节是根据当前耕深、阻力等状态进行综合评价，从而确定当前条件下最适合的耕深，再通过控制器控制农机具到达期望的耕深。