一种农机仿地形控制系统的制作方法

本实用新型涉及机电液一体化领域，具体涉及一种农机仿地形控制系统。

背景技术：

在收割农作物时，特别如采棉花时，采棉机在工作过程中，由于棉花与地面的高度很小，地面平整度不好的情况，采棉头的摘掟与地面容易产生接触，发生异常磨损，所以采棉机必须安装可靠的仿地形系统。而前期的仿地形系统是利用与地面接触的仿地形板感知地面的起伏变化，然后通过拉杆控制一个多路液压换向阀的阀芯，让换向阀的阀芯产生转动，换向阀控制液压油的油路通断，去控制一个油缸的上升和下降。由于地面波动比较大，换向阀的阀芯转动的频率比较高，很容易产生漏油的现象，污染棉花和土地，给棉花的采收造成一定的影响。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种农机仿地形控制系统。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种农机仿地形控制系统，包括控制单元，还包括地形参数传感器、液压泵、电比例换向阀、液压油缸；

所述地形参数传感器设置于农机上，采集地形参数，其输出端连接至控制单元，所述控制单元输出端连接至电比例换向阀控制端，所述电比例换向阀与液压泵连接，所述电比例换向阀的第一工作油口连接所述液压油缸的上腔，所述电比例换向阀的第二工作油口连接所述液压油缸的下腔，所述液压油缸的活塞与农机的收割件固接。

控制单元根据地形参数传感器所采集的地形参数信息输出控制信号给电比例换向阀，在控制单元中，每一个地形参数信息对应设有一个输出电压信号，控制单元输出该电压信号控制电比例换向阀的导通情况，从而控制油缸的活塞伸出度，达到控制收割件与地面高度的目的，从而保证收割件与地面的距离保持不变。

进一步的，所述地形参数传感器包括角度传感器，所述角度传感器设置于一仿地形机构上；

所述仿地形机构包括仿形主体、仿形板、顶杆和摆动架，所述仿形板的一端与仿形主体铰接，悬置在所述仿形主体的下端并与地面接触，中部铰接在所述顶杆的下端，所述顶杆的上端连接所述摆动架的自由端，所述摆动架的另一端设置所述角度传感器，所述角度传感器采集所述摆动架与水平面的偏转角度，其输出端与所述控制单元输入端连接。

控制单元根据角度传感器所采集的角度信息输出控制信号给电比例换向阀，在控制单元中，每一个角度信息对应设有一个输出电压信号，控制单元输出该电压信号控制电比例换向阀的导通情况，从而控制油缸的活塞伸出度，达到控制收割件与地面高度的目的，从而保证收割件与地面的距离保持不变。

进一步的，所述控制单元包括第一差分运算放大器和第一参考电源，所述角度传感器输出端连接所述第一差分运算放大器第一输入端，所述第一差分运算放大器第二输入端连接第一参考电源输出端，所述第一参考电源的输出电压对应所述摆动架与水平面的偏转角度达到预设角度时角度传感器输出的电压，所述第一差分运算放大器输出端连接所述电比例换向阀控制端。通过第一差分运算放大器有效实现了角度传感器所采集的角度与预设角度之间的比较，同时根据比较结果输出了控制电比例换向阀的电信号，实现了对电比例换向阀的准确控制，从而控制了油缸的活塞伸出度，达到控制收割件与地面高度的目的，从而保证收割件与地面的距离保持不变。

进一步的，所述仿地形机构设于所述收割件的前方。这样使得仿地形机构能较收割件提前感知地面起伏变化，保证收割件在进行收割时，该农机仿地形控制系统已经对收割件的高度进行了调整，更准确的保证了收割件与地面的距离保持不变。

进一步的，所述地形参数传感器包括至少一个距离传感器，所述距离传感器向下倾斜设置于农机上，所述距离传感器检测农机与前方地面之间距离，其输出端与所述控制单元连接。

进一步的，所述控制单元包括第二差分运算放大器和第二参考电源，所述距离传感器输出端连接所述第二差分运算放大器第一输入端，所述第二差分运算放大器第二输入端连接第二参考电源输出端，所述第二参考电源的输出电压对应农机与前方地面之间的距离为距离预设值时距离传感器输出的电压，所述第二差分运算放大器输出端连接所述电比例换向阀控制端。通过第二差分运算放大器有效实现了距离传感器所采集距离与距离预设值比较，同时根据比较结果输出了控制电比例换向阀的电信号，实现了对电比例换向阀的准确控制，从而控制了油缸的活塞伸出度，达到控制收割件与地面高度的目的，从而保证收割件与地面的距离保持不变。

进一步的，还包括比例放大板，所述控制单元输出端连接所述比例放大板输入端，所述比例放大板输出端连接所述电比例换向阀控制端。这样可以快速响应地形参数传感器的信号，实现控制液压油缸的活塞快速上升和下降，满足农机在行驶过程中，收割件与地面的距离保持不变。

本实用新型的有益效果是：该农机仿地形控制系统结构简单，生产成本低，能有效保持收割件与地面的距离不变，能有效保证收割的农产品不被液压油或泥土等污染，因为采用电比例换向阀也避免了液压油污染土地。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是农机仿地形控制系统的原理图；

图2是为仿地形机构的结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为预拉弹簧和预压缓冲弹簧的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种农机仿地形控制系统，控制单元7、地形参数传感器、液压泵3、电比例换向阀8、液压油缸9。

所述地形参数传感器设置于农机上，采集地形参数，其输出端连接至控制单元7，所述控制单元7输出端连接至电比例换向阀8控制端，所述电比例换向阀8与液压泵3连接，所述电比例换向阀8的第一工作油口连接所述液压油缸9的上腔，所述电比例换向阀8的第二工作油口连接所述液压油缸9的下腔，所述液压油缸9的活塞与农机的收割件10固接。

这里地形参数传感器优选但不限于为角度传感器11和/或距离传感器。

当为角度传感器11时，角度传感器11设置于一仿形机构上，该仿形机构设置于农机上。

仿地形机构包括仿形主体23、仿地形板13、顶杆12和摆动架22，仿地形板13的一端与仿形主体23铰接，悬置在仿形主体23的下端，中部铰接在顶杆12的下端，顶杆12的上端连接摆动架22的自由端，摆动架22的另一端铰接于仿形主体23上，且在摆动架22的这一端上设有角度传感器11，角度传感器11采集摆动架22的与水平面的偏转角度，其输出端与控制单元7输入端连接,控制单元7将接收到的角度信息与其存储的角度预设值进行比较，控制单元7输出端连接至电比例换向阀8控制端，电比例换向阀8连接液压泵3，液压泵3连接到油箱，电比例换向阀8与油箱之间设有液压溢流阀2，电比例换向阀8的第一工作油口连接液压油缸9的上腔，电比例换向阀8的第二工作油口连接液压油缸9的下腔，液压油缸9的活塞与农机的收割件10固接，该控制系统由车载电瓶1进行供电。

仿地形板13与地面接触，当地面地势高低发生变化时，仿地形板13绕与仿形主体23铰接的铰接点转动，顶杆12在仿地形板13的作用下，绕其与仿地形板13的铰接点偏转，使顶杆12上下移动，从使得摆动架22竖直方向上偏转，角度传感器11采集摆动架22与水平面之间的夹角，从而将地面地势的高差变化转换角度传感器11的角度变化。

控制单元7根据角度传感器所采集的角度信息输出控制信号给电比例换向阀，在控制单元的存储器里保存了每一个角度信息对应设有一个输出电压信号。比如角度传感器所采集的到角度为A，则控制单元输出与A对应的电压信号给到电比例换向阀8，这里输出的电压信号有正向电压信号，也有反向电压信号，当为正向电压信号时，电比例换向阀8的第一工作油口导通，油液进入液压油缸9上腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向下收回，从而降低农机的收割件10的高度，直至角度传感器11所采集的角度A与角度预设值一致时，控制单元7停止向电比例换向阀8输出控制信号，即输出0伏电压信号，从而保证收割件10与地面的距离保持不变；当输出电压信号为反向电压信号时，电比例换向阀8的第二工作油口导通，油液进入液压油缸9下腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向上伸出，从而提高农机的收割件10的高度，直至角度传感器11所采集的角度A与角度预设值一致时，控制单元7停止向电比例换向阀8输出控制信号，即输出0伏电压信号，从而保证收割件10与地面的距离保持不变。输出的电压信号一般为-5伏到5伏。

为了保证控制的准确性，控制单元7输出端连接比例放大板4输入端，比例放大板4输出端连接电比例换向阀8控制端，将控制单元7输出的控制信号进行放大处理，可以快速响应角度传感器11的信号，实现控制液压油缸9的活塞快速上升和下降，满足农机在行驶过程中，收割件10与地面的距离保持不变。

作为本实施例的一个优选方案，控制单元7的输出电压还可以采用以下方案实现：控制单元7包括第一差分运算放大器和第一参考电源，所述角度传感器11输出端连接所述第一差分运算放大器第一输入端，所述第一差分运算放大器第二输入端连接第一参考电源输出端，所述第一参考电源的输出电压对应所述摆动架与水平面的偏转角度达到预设角度时角度传感器11输出的电压，所述第一差分运算放大器输出端连接所述电比例换向阀8控制端。第一差分运算放大器输出的电压范围为-5伏到5伏。

当第一差分运算放大器输出正电压，电比例换向阀8的第一工作油口导通，油液进入液压油缸9上腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向下收回，从而降低农机的收割件10的高度；当第一差分运算放大器输出负电压，电比例换向阀8的第二工作油口导通，油液进入液压油缸9下腔，从而使得液压油缸9的活塞杆伸出，从而升高农机的收割件10的高度。

该农机仿地形控制系统还设有按键5单元和显示单元6，显示单元6上实时显示当前的角度数值，操作人员可通过按键5单元对控制系统的参数，如角度预设值进行设置，也可控制该控制系统的启动与关闭等。

作为本实施例的另一优选方案，仿地形板13的上端通过回转销轴15与仿形主体23铰接，悬置在仿形主体23的下端，背部朝着农机的前进方向，中部通过自润滑球头杆端关节轴承2114铰接在设置在竖直平面内的顶杆12的下端，仿形主体23的悬臂梁231上设置有槽孔232，顶杆12穿过仿形主体23的悬臂梁231上的槽孔232，上端通过预压缓冲弹簧18连接摆动架22的自由端，预压缓冲弹簧18和顶杆12外部通过套接导向套17导向，预压缓冲弹簧18通过自润滑球头杆端关节轴承2114与摆动架22连接，摆动架22的自由端还与连接仿形头基础件通过预拉弹簧20连接，通过下极限限位销轴16进行限位，本领域技术人员可以理解，也可以设置上极限限位销轴对顶杆12进行上极限的限位。

仿地形板13与地面接触，当地面地势高低发生变化时，仿地形板13以回转销轴15为圆心旋转，顶杆12在仿地形板13的作用下，以自润滑球头杆端关节轴承2114为回转中心发生偏转，使顶杆12上下移动，从而使预压缓冲弹簧18发生变形，并把位移变化传递至导向套17，当地势高差变化量较小，小于控制系统预压弹簧设定的仿形过滤值时，导向套17在竖直高度的位移不发生变化，当地势高差变化量大于预压缓冲弹簧18设定的过滤值时，导向套17向上移动，在这个过程中，预压缓冲弹簧18起到保护角度传感器11的作用，同时也使得该套仿形控制系统的稳定性和可靠性更高。通过设置预拉弹簧20，可以使仿地形板13不受的农作物障碍的影响，给顶杆12施加一个预拉力，从而使仿地形板13随实时贴着地面。当高差变化使得导向套17上下移动时，摆动架22发生偏转，角度传感器11采集摆动架22与水平面之间的夹角，从而将地面地势的高差变化转换角度传感器11的角度变化。

在实际作业时，可将仿地形机构设于收割件10的前方。这样使得仿地形机构能较收割件10提前感知地面起伏变化，保证收割件10在进行收割时，该农机仿地形控制系统已经对收割件10的高度进行了调整，更准确的保证了收割件10与地面的距离保持不变。

当地形参数传感器为距离传感器时，距离传感器向下倾斜设置于农机上，距离传感器检测农机与前方地面之间距离，其输出端与所述控制单元7连接。

控制单元7根据距离传感器所采集的距离信息输出控制信号给电比例换向阀，在控制单元的存储器里保存了每一个距离信息对应设有一个输出电压信号。比如距离传感器所采集的到距离为B，则控制单元输出与B对应的电压信号给到电比例换向阀8，这里输出的电压信号有正向电压信号，也有反向电压信号，当为正向电压信号时，电比例换向阀8的第一工作油口导通，油液进入液压油缸9上腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向下收回，从而降低农机的收割件10的高度，直至距离传感器所采集的距离B与距离预设值一致时，控制单元7停止向电比例换向阀8输出控制信号，即输出0伏电压信号，从而保证收割件10与地面的距离保持不变；当输出电压信号为反向电压信号时，电比例换向阀8的第二工作油口导通，油液进入液压油缸9下腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向上伸出，从而提高农机的收割件10的高度，直至距离传感器所采集的距离B与距离预设值一致时，控制单元7停止向电比例换向阀8输出控制信号，即输出0伏电压信号，从而保证收割件10与地面的距离保持不变。输出的电压信号一般为-5伏到5伏。

作为该实施例的优选方案，控制单元7的输出电压还可以采用以下方案实现：控制单元7包括第二差分运算放大器和第二参考电源，所述距离传感器输出端连接所述第二差分运算放大器第一输入端，所述第二差分运算放大器第二输入端连接第二参考电源输出端，所述第二参考电源的输出电压对应农机与前方地面之间的距离为距离预设值时距离传感器输出的电压，所述第二差分运算放大器输出端连接所述电比例换向阀控制端，第二差分运算放大器输出的电压范围为-5伏到5伏。

通常将农机前进方向与地面平时距离传感器所采集的距离作为距离预设值。当距离传感器所采集的距离大于距离预设值时，说明路面存在下凹情况，需要向下调整收割件10的高度，第二差分运算放大器输出正电压，电比例换向阀8的第一工作油口导通，油液进入液压油缸9上腔，从而使得液压油缸9的活塞杆向下收回，从而降低农机的收割件10的高度；当距离传感器所采集的距离小于距离预设值时，说明路面存在上凸情况，需要向上调整收割件10的高度，第二差分运算放大器输出负电压，电比例换向阀8的第二工作油口导通，油液进入液压油缸9下腔，从而使得液压油缸9的活塞杆伸出，从而升高农机的收割件10的高度。

当距离传感器和角度传感器11同时存在时，控制单元7优选采用角度传感器11所采集的角度信息作为地形参考，控制液压油缸9的活塞伸出度。

该农机仿地形控制系统适用对象范围广，比如采棉机，当用于采棉机时，农机的收割件10就对应为采棉头，当然也适用于其它农机设备。该控制系统中，控制单元可采用PLC控制器、TCU控制器等实现，第一差分运算放大器、第二差分运算放大器优选但不限于使用型号为INA169NA/250的高速差分运算放大器进行搭建，具体如何搭建为常规技术，此处不再详述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。