拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究说明书[带图纸

拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究说明书[带图纸内容摘要：

件和 软件设计并在室内仿真试验台上进行了试验验证试验。 文献 [9]在原拖拉机半分置式液压悬挂机构中改进设计了自动控制系统，该系统将原有的机械式分配器控制装置改为由一些传感器、小油缸和一套配套油路驱动分配器的方式进行控制。 我国当前拖拉机作业机组的生产和实际应用而言，对机 — 电 — 液一体化控制技术的研究工作还处于起步阶段，对一些关键性技术问题尚缺芝系统和深入的研究，没有形成可行的解决方案。 液压技术在拖拉机作业机组中的应用，仍然处于以液压悬挂的推广完善为代表的液压悬挂阶段，并且更多的研究都是针对传统机液控制系统的仿真拖拉机 电子液压悬挂控制器设计和控制技术研究和实验研究，还未进入实际应用阶段 [ 1 12]。 研究内容 鉴于我国拖拉机工业的发展水平和所面临的实际问题，本项研究拟选择拖拉机液压悬挂系统自动控制系统，主要是液压悬挂装置及其自动控制，作为主要研究对象。 研究、探讨其在实现机 — 电 — 液一体化控制方面的关键技术，提出一套关于拖拉机液压悬挂装置及其自动控制机 — 电 — 液一体化控制系统的基本方案和理论，研究液压系统的优化匹配方法，最终设计开发新型拖拉机机 — 电 — 液一体化控制器系统，使拖拉机作业机组能毕业 设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 够在复杂多变的工作条件下 自动化控制工作，最大限度提高整个拖拉机作业机组的工作效能。 该研究具有很大的实际应用价值和研究意义，必将对我国的农业生产活动产生显著的经济效益和社会效益。 本研究以约翰 迪尔天托 1204为研究对象，主要研究其液压悬挂系统的自动控制。 本课题主要完成的内容有 : 拖拉机液压悬挂控制方法分析 液压系统的改造，传感器选型和安装 液压悬挂控制策略选择及研究 液压悬挂系统电液控制的设计和研制 图 11 研究流程图 研究背景与意义 国内外文献分析，对当前作业机组进行技术调查 提出研究的问题和思路 拖拉机悬挂机 — 电 — 液一体化控制策略的确定 液压传动和液压控制系统的研究 传感器、控制单元的选择与外围电路设计 液压元件的选 择与液压系统设计 信号检测、传输和处理方法的研究 编写系统控制软件 问题与展望 毕业 设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 论文研究流程图如图 11所示。 本章小结 本章简要介绍了课题研究背景、研究意义以及国内外机 — 电 — 液一体化技在拖拉机液压悬挂机构上的应用现状。 最后提出了课题研究的主要内容和研究流程图。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 第二章 拖拉机电控液压悬挂系统的设计 传统拖拉机的液压悬挂系统 农用拖拉机液压悬挂系统是用液压提升和控制农机具的整套系统，其功用是连接和牵引农机具，操纵农机具的升降，控制农机具的耕作深度或提升深度，给拖拉机驱动轮增重以改善拖拉机的附 着性能，把液压能输出到作业机械上进行其他操作。 农用拖拉机液压悬挂系统是由液压系统、操纵机构和悬挂机构三部分组成。 液压系统是提升农机具的动力装置，除工作介质（液压油）外，液压泵、油缸、分配器等液压元件和附属装置组成。 操纵机构是用来操纵分配器的主控制阀，以控制液压油的流动方向，它有手柄操纵机构和自动控制机构两部分组成。 悬挂机构用于连接农机具，传递液压升降力和拖拉机对农机具的牵引力，并保证农机具的正常工作位置。 由于液压悬挂机组比牵引机组操纵方便、机动性高，便于自动调节耕深，因此，目前国产大、中、小型拖拉机普遍采用液压悬挂系统。 拖拉机要进行各种作业，就必须与相应的配套农具可靠地连接在一起。 根据配套农具与拖拉机连接方式的不同，一般可分为牵引式、悬挂式和半悬挂式三种。 悬挂农具通过拖拉机液压系统获得动力，实现农具的上升和降落；农具依靠悬挂机构与拖拉机可靠地连接在一起。 因此，拖拉机的液压系统、悬挂机构、农具三者构成一个整体，叫做“液压悬挂系统” [13]。 液压悬挂系统的组成 传统拖拉机液压悬挂系统主要由 :悬挂农具、悬挂机构和液压部分组成，如图 21所示 [2]。 图 21 液压悬挂系统示意图 (1) 悬挂 农具 :它是农田作业的工作部件，通过悬挂机构连接在拖拉机上。 悬挂农具的种类很多，目前常用的有犁、耙、播种机、收割机等。 根据农具在拖拉机上挂接位置的不同，可分为前悬挂、后悬挂和侧悬挂三种，本论文研究对象是目前使用最广的后毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 悬挂机组。 (2) 悬挂机构 :它由连接农具的一些杆件机构所组成。 按与拖拉机机体连结点数的不同，后悬挂又有两种形式 :三点悬挂和两点悬挂，如图 22所示 [13]。 a)三点悬挂 b）两点悬挂 图 22 后悬挂的两种方式 三点悬挂农具相对拖拉机没有 太大的偏摆，因而农具随拖拉机的直线行驶稳定性较好。 但拖拉机走偏方向时，农具己经入土，要矫正机组的行驶方向比较困难。 三点悬挂多用于中小型拖拉机上。 两点悬挂农具，工作中相对拖拉机可以作较大的摆动，多用于大功率拖拉机悬挂重型或宽幅农具。 (3) 液压系统 :它由油泵、油缸、分配器和其他辅件组成。 油泵和油缸将发动机的动力转换为农具提升所需要的力量。 传统液压悬挂的主要执行部件是分配器，通过机械推拉杠杆装置调节分配器位置控制油液的流量与流向，使农具处于不同的工作位置。 液压系统的类型 在液压系统中，按油泵 、分配器，油缸三个主要部件位置布置和组合方式的不同，分为分置式、半分置式和整体式三种类型，如图 2一 3所示 [13]。 (1) 分置式液压系统 油泵、分配器、油缸分别布置在拖拉机的适当位置上，然后用油管把它们连接起来。 东方红 — 7铁牛 — 5东方红 — 28等拖拉机采用这种液压系统。 这种液压系统的优点是液压元件便于专业化批量生产，系列化产品的液压元件通用性强，维修方便，由于在拖拉机上容易布置，所以易手实现农具的前悬挂和侧悬挂。 它的缺点是 :连接管路较长，易出现油液的泄漏。 操纵机构全部暴露在外面，易受损伤；不便实现农 具耕深的力调节毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 等，目前只用于少数型号较老的拖拉机上。 图 23 液压系统类型 (2) 半分置式液压系统 分配器、油缸、操纵机构甚至油箱，都集中在一个壳体内，称为提升器。 提升器通常位于传动箱之上，驾驶座之下，并兼作传动箱的盖子。 油泵单独安装在一个适宜的地方，由拖拉机的动力输出轴驱动。 这种液压系统的优点是结构紧凑，油路较短，液压元件与操纵机构全部密封在壳体内，因而工作较为可靠；易于实现农具的力，位耕深调节。 它的缺点是 :个别液压元件的故障检查不够方便。 这种液压系统广泛应用于中、小型拖拉 机上，如常发集团 CF800、东方红 — 300、东方红 — MG600等拖拉机均采用半分置式液压系统。 (3) 整体式液压系统 油泵、分配器、油缸等主要工作部件，都集中在拖拉机后桥壳体内，形成一个整体。 丰收 — 3上海 — 50等拖拉机的液压系统即属此种。 这种液压系统的优点是 :可采用力、位及高度调节法控制耕深，工作较可靠。 但其结构复杂，体积较大，因而在拖拉机的布置上受到一定限制，拆装检查也比较麻烦，因而使用不广。 电控液压悬挂系统的设计 设计方案的提出 悬挂系统的液压控制系统是提升农 具的动力和控制装置，是悬挂装置中的动力部分，它一般由液压泵、提升液压缸及其他一些阀类和辅助装置组成。 为了实现对液压悬挂系统的多种调节方式，液压悬挂系统必须采用电液悬挂控制方式，因此需要在按照国际标准的前提下，对约翰 迪尔天托 1204轮式拖拉机液压控制系统的基础上进行改造。 方案一：原拖拉机的分配器把主控制阀、回油阀和安全阀集成于一体，组成了一个总成，其输入口与液压泵通过油管连接，输出口直接与单作用液压缸无杆腔相连，这样安装节省了空间，减小了油道的长度。 因此，为了尽量采用原拖拉机的液压元件，例如液压泵 、液压油缸、滤清器、油管等。 我们提出采用电液比例方向阀、电磁溢流阀、单向节流阀、压力表及压力传感器等，代替原拖拉机的分配器，如图 24， 25所示。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 图 24 电控液压悬挂系统原理图 a 图 25 电控液压悬挂系统原理图 b 电控液压悬挂系统由液压悬挂系统、自动控制系统和信号检测与处理系统组成。 工作中，当电液比例换向阀左端电磁铁通电时，液压泵输出的高压油经过电液比例方向阀，毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 再经过单向节流阀的单向阀进入液压缸的无杆腔，使农机具提升；当电液比例换向阀右端电磁铁通电时，同时控制电磁溢流阀的电磁铁断电，则 液压泵输出的油液经过电磁溢流阀流回油箱，液压泵处于卸荷状态。 而在农机具自重作用下，液压缸无杆腔的液体被排出，使农机具下降，被排出的液体经单向节流阀的节流阀和比例方向阀流回油箱。 方案二：与方案一不同，不使用其它的液压元件代替原拖拉机的分配器，由于液压悬挂系统控制农机具的提升、中立、下降过程主要是通过控制分配器中主控制阀的移动位置来完成的，因此，为了为了尽量采用原拖拉机的液压元件，例如液压泵、液压油缸、 图 26 电控液压悬挂系统原理图 c 1． 背压阀 2．光电耦合器 3．电磁换向阀 4．中 央处理器 5．控制面板 6．小油缸 7． 力传感器 8．活塞杆 9．位移传感器 10．角位移传感器 11．回油阀 12．单向阀 13．液压缸 14．分配器 15．主控制阀 16．减压阀 17．油泵 18．滤油器 19．油缸 滤清器、油管包括原拖拉机的分配器。 我们提出用简单的三位四通电磁换向阀组成的液压油路控制一小油缸的方案，通过小油缸活塞杆与主控制阀的固接及移动来控制分配器主控制阀的移动位置，近而达到设计目的，控制农机具的提升、中立、下降过程。 如图26所示。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 方案二中电控液压悬挂系统也包括液压悬挂系统、自动控制系统和信号检测与处理系统。 液压悬挂系统：由原液压悬挂系统的油泵、分配器、液压油缸、提升臂、拉杆和弹簧等组成。 主要完成液压油路的控制，以完成农具的提升、中立、下降过程。 自动控制系统：由电磁换向阀、减压阀、小油缸、控制面板等组成。 主要完成控制信号的输入，并由三位四通电磁换向阀和小油缸，完成分配器主阀移动位置的控制。 信号检测与处理系统：由位移传感器、压力传感器、提升轴转角传感器、放大电路、CPU等组成，主要完成土壤阻力、农具提升 高度和主阀位移量的信号检测与数据处理。 工作中，操作控制面板上的调节旋钮，电信号输入控制电路使电磁阀换向，改变小油缸中的液压流向，使小油缸位移，推动主阀移动，农具提升或下降。 主阀的位移量则 图 27 力、位调节的信号传递路线方框图 由位移传感器检测并控制。 随着农具提升 (下降 )高度的变化，提升器轴转角传感器测得电 信号不断变化，当转角信号 (提升高度 )与操纵信号进行比较量达到预定值时， CPU发出信号，操纵电磁阀动作，小油缸位移，主阀移动使农具处于中立状态。 农具入土后，随着耕深、土质和湿度的不断变化，土壤的阻力不断变化。 该变化经上拉杆反应在弹簧总成上，并通过弹簧杆作用在压力传感器上。 压力传感器测得其压力信号与预置参数相比较，当达到预值时，控制系统使电磁阀动作，改变油路，使小油缸电磁阀 主阀 小油缸 油缸 提升臂 耕深 悬挂机构 农具 液压油泵 位移传感器 转角传感器 压力传感器 CPU 设定调节量 反馈量 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 带动主阀移动，改变分配器油路，使液压悬挂系统对农具进行相应的提升或下降。 力、位调节过程的信号传递路线如图 27所示。 设计方案的确定 方案一是针对改进分配器，即用电液换向阀来代替液压悬挂系统分配器的作用，进而实现电液控制的自动控制。 方案二用小油缸控制分配器的主控制阀，简单方便，轻巧，并不会有太大的能量损失。 综合上述两种电控液压悬挂系统的方案提出过程及依据，两个方。