本實用新型屬于農(nóng)業(yè)機械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種拖拉機電液懸掛系統(tǒng)，特別涉及一種具有工作效率高、操作簡單、安全性能好等特點的電液懸掛系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著機電液一體化技術(shù)的進(jìn)步，拖拉機懸掛裝置的液壓系統(tǒng)也朝著自動化、智能化和人性化的方向發(fā)展，主要是通過機械技術(shù)、液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、和電子技術(shù)將機械、液壓、控制等方面結(jié)合起來，進(jìn)而發(fā)展成為電液懸掛系統(tǒng)。但是目前國內(nèi)關(guān)于拖拉機上懸掛裝置液壓系統(tǒng)的研究，仍然存在很多未解決的問題，比如液壓系統(tǒng)的效率低和安全性低等問題。此外，傳統(tǒng)的拖拉機懸掛裝置的液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓缸、分配器、油箱等組成，存在結(jié)構(gòu)單一、功能不全、效率低等缺點。同時，當(dāng)前國內(nèi)對于電液懸掛系統(tǒng)的控制基本停留在手動操作的模式，控制效果由駕駛員的工作經(jīng)驗決定，存在不穩(wěn)定因素。

針對已有的拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)存在的問題，以后的液壓系統(tǒng)需更加注重提高整機的綜合性能， 并且操作簡單，要具有實用價值、工作效率高、安全性能好等特點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種拖拉機電液懸掛系統(tǒng)，以提高液壓系統(tǒng)的工作效率和安全性能。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型主要提供了一個完整的拖拉機電液懸掛系統(tǒng)，設(shè)計了拖拉機電液懸掛系統(tǒng)的液壓工作回路和控制系統(tǒng)，并對主要液壓元件進(jìn)行改進(jìn)。以前的拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)主要采用分配器作為主控制閥，效率較低，本實用新型采用電液比例換向閥與液控單向閥、溢流閥、截止閥的組合使用，提高了液壓系統(tǒng)的控制精度和工作效率，也使得操作更加簡便、安全性更好。本實用新型針對拖拉機電液懸掛系統(tǒng)提出了一種控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，使拖拉機電液懸掛系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種工作模式，還能夠?qū)崿F(xiàn)力優(yōu)先、位置優(yōu)先和力位綜合控制三種工作模式。本實用新型采用的具體技術(shù)方案如下：

一種拖拉機電液懸掛系統(tǒng)，包括液壓缸(1)、齒輪泵(12)、電液比例換向閥(2)、液控單向閥(4)、溢流閥(7)、截止閥(6)、直流電機(8)、蓄能器(3)、壓力表(5)、冷卻器(10)、濾油器(11)、油箱(9)、油管(13)，控制系統(tǒng)控制整個電液懸掛系統(tǒng)的動作；油液在齒輪泵(12)的作用下，經(jīng)過冷卻器(10)和濾油器(11)之后分成進(jìn)油和回油兩條支路，進(jìn)油管路經(jīng)過液控單向閥(4)與電液比例換向閥(2)推動液壓缸(1)工作，農(nóng)機具通過懸掛系統(tǒng)與液壓缸(1)相連，從而使農(nóng)機具完成執(zhí)行動作要求，且有蓄能器(3)、截止閥(6)等液壓元件保護(hù)該進(jìn)油管路；回油時油液從液壓缸(1)經(jīng)電液比例換向閥(2)與液控單向閥(4)回到油箱(9)；控制器控制電液比例換向閥(2)的工作，溢流閥(7)保證整個液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定；

其特征在于：所述拖拉機電液懸掛系統(tǒng)采用電液比例換向閥(2)作為主控制閥，以此代替以前拖拉機電液懸掛系統(tǒng)普遍使用的分配器；

所述拖拉機電液懸掛系統(tǒng)中增加使用蓄能器(3)作為能量儲存裝置，并且與截止閥(6)一起使用；

所述拖拉機電液懸掛系統(tǒng)中增加壓力表(5)的使用，且壓力表(5)前端安裝蓄能器(3)，壓力表(5)下方安裝截止閥(6)；

所述拖拉機電液懸掛系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。

所述電液比例換向閥(2)的主閥芯和先導(dǎo)閥芯都配裝位置電反饋，通過比例電磁鐵驅(qū)動作為功率級的先導(dǎo)閥芯工作；所述電液比例換向閥(2)工作時是通過電子放大器提供功率級的先導(dǎo)閥比例電磁鐵的驅(qū)動電流，根據(jù)電信號的大小和方向提供方向控制及無壓力補償?shù)牧髁靠刂啤?/p>

所述液壓系統(tǒng)中采用兩個電液比例換向閥(2)與兩個液控單向閥(4)分別組成進(jìn)油管路和回油管路，用以防止因一個電液比例換向閥(2)的損壞而影響整個液壓系統(tǒng)的進(jìn)油和回油。

所述液壓系統(tǒng)中的蓄能器(3)作為能量儲存裝置可以儲存液壓油，在系統(tǒng)需要時放出供系統(tǒng)使用；并且同時安裝一個截止閥(6)，用以切斷或調(diào)節(jié)流量，且便于蓄能器(3)的維修與更換。

所述壓力表(5)安裝在進(jìn)油管路中液控單向閥(4)之后，壓力表(5)可以直觀反映系統(tǒng)壓力的高低，便于對整個液壓系統(tǒng)壓力的控制。

所述溢流閥(7)使用于液壓油路中可以保持液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定，起到調(diào)壓、穩(wěn)壓和限壓的作用。

所述油箱(9)內(nèi)置冷卻器(10)和濾油器(11)，油液經(jīng)冷卻器(10)的冷卻和濾油器(11)的過濾之后，可以提高油液的使用效率，并且防止雜質(zhì)損傷液壓元件。

所述齒輪泵(12)與直流電機(8)之間通過撓性聯(lián)軸器連接，直流電機(8)用以給齒輪泵(12)提供動力，將電能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)所需的液壓能，從而驅(qū)動液壓系統(tǒng)完成所需的動作。

所述控制系統(tǒng)硬件部分以一塊主控制器為核心，并與兩個位移傳感器、兩個力傳感器和一個傾角傳感器配合使用，分別獲取左右液壓缸(1)的位移、左右下拉桿的牽引力和車身傾角的工作參數(shù)；然后根據(jù)控制算法確定控制量，并利用驅(qū)動模塊驅(qū)動電液比例換向閥(2)來調(diào)節(jié)液壓缸(1)的位移；可通過觸摸屏對控制器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

所述控制系統(tǒng)軟件部分依賴于懸掛機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)懸掛機構(gòu)的連接關(guān)系建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，再利用此模型實現(xiàn)已知量到未知量的求解，然后配合控制算法求出最終想要的調(diào)節(jié)目標(biāo)值，最后利用控制器控制相應(yīng)機構(gòu)運行達(dá)到控制效果。

本實用新型的工作過程如下：本實用新型通過液壓缸1、齒輪泵12、電液比例換向閥2、液控單向閥4、溢流閥7、截止閥6、直流電機8、蓄能器3、壓力表5、冷卻器10、濾油器11、油箱9、油管13等構(gòu)成一個完整的電液懸掛系統(tǒng)，同時控制系統(tǒng)控制整個電液懸掛系統(tǒng)的動作。其工作過程是：油液在齒輪泵12的作用下，經(jīng)過冷卻器10和濾油器11之后分成進(jìn)油和回油兩條支路，進(jìn)油管路經(jīng)過液控單向閥4與電液比例換向閥2推動液壓缸1工作，農(nóng)機具通過懸掛系統(tǒng)與液壓缸1相連，從而使農(nóng)機具完成執(zhí)行動作要求；且有蓄能器3、截止閥6等液壓元件保護(hù)該進(jìn)油管路；回油時油液從另一個液壓缸1經(jīng)電液比例換向閥2與液控單向閥4回到油箱9；控制器控制電液比例換向閥2的工作，溢流閥7保證整個液壓系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。

本實用新型具有有益效果。本實用新型通過采用電液比例換向閥與液控單向閥、溢流閥、截止閥的組合使用，提高了液壓系統(tǒng)的控制精度和工作效率，也使得操作更加簡便、安全性更好；通過使用蓄能器作為能量儲存裝置，可以儲存部分液壓油，在系統(tǒng)需要時放出供系統(tǒng)使用；通過使用截止閥，可以切斷或調(diào)節(jié)流量，且便于蓄能器的維修與更換；通過安裝壓力表，可以直觀反映系統(tǒng)壓力的高低，便于對整個液壓系統(tǒng)壓力的控制；通過油箱中內(nèi)置的冷卻器和濾油器，可以提高油液的使用效率，并且防止雜質(zhì)損傷液壓元件；通過設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，使拖拉機電液懸掛系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種工作模式，還能夠?qū)崿F(xiàn)力優(yōu)先、位置優(yōu)先和力位綜合控制三種工作模式；設(shè)計了一個完整的拖拉機電液懸掛系統(tǒng)，具有工作效率高、操作簡單、安全性能好等特點。

附圖說明

圖1為本實用新型拖拉機電液懸掛系統(tǒng)原理圖；

圖2為本實用新型拖拉機電液懸掛系統(tǒng)布局圖；

圖3為本實用新型拖拉機電液懸掛系統(tǒng)中控制系統(tǒng)的硬件組成。

圖中：1液壓缸；2電液比例換向閥；3蓄能器；4液控單向閥；5壓力表；6截止閥；7溢流閥；8直流電機；9油箱；10冷卻器；11濾油器；12齒輪泵；13油管。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示的液壓回路中，如果農(nóng)機具要執(zhí)行某一動作，可以通過控制系統(tǒng)，使電液比例換向閥2獲得相應(yīng)的動作命令，再與其他液壓元件配合，使液壓缸1發(fā)生相應(yīng)的動作，從而實現(xiàn)農(nóng)機具的動作要求。比如，當(dāng)農(nóng)機具需要上升時，可以設(shè)置控制農(nóng)機具上升的程序，通過控制系統(tǒng)使電液比例換向閥2產(chǎn)生動作反應(yīng)，此時一個液控單向閥4打開，油箱9中的油液在液壓泵12的作用下，分別經(jīng)過冷卻器10的冷卻和濾油器11的過濾，通過油管13到達(dá)液壓缸1，推動液壓缸1中的活塞桿向上移動，再通過懸掛機構(gòu)使農(nóng)機具上升。在該工作過程中，冷卻器10可以維持液壓系統(tǒng)的油溫，確保液壓系統(tǒng)能夠正常有效地工作；蓄能器3通過儲存一定體積的液壓油，在系統(tǒng)需要時放出以供液壓系統(tǒng)使用；而溢流閥7則可以保持液壓工作回路的壓力穩(wěn)定。當(dāng)農(nóng)機具需要下降時，同理可以控制另一個電液比例換向閥2和另一個液控單向閥4，使液壓缸1往相反的方向運動，從而實現(xiàn)農(nóng)機具的下降動作。

如圖1所示，液壓缸1為雙作用單活塞桿式液壓缸，由活塞的兩側(cè)輸入液壓油；活塞桿只從液壓缸的一端伸出，并且活塞在兩腔的作用面積不同；當(dāng)向液壓缸的兩腔進(jìn)行分別供油時，保持壓力和流量都不變，此時活塞在兩個方向上的推力和運動速度都不相等。

如圖2所示，在本實用新型的液壓系統(tǒng)中，液壓缸1與拖拉機的三點懸掛系統(tǒng)直接相連，然后通過油管13與各種液壓閥和其他液壓輔助元件連接，再依次經(jīng)過齒輪泵12、濾油器11和冷卻器10到達(dá)油箱9。液壓元件及其輔助元件的安裝形式如下：將閥塊安裝在拖拉機本體上，并且將電液比例換向閥2、液控單向閥4、溢流閥7、截止閥6、蓄能器3、壓力表5安裝在閥塊上，這些液壓元件及其輔助元件與閥塊之間采用板式連接，通過在閥塊上打孔實現(xiàn)液壓元件及其輔助元件的連通，從而完成液壓系統(tǒng)的動作要求。

如圖2所示，液壓系統(tǒng)中油管13的布置方案如下：進(jìn)油時油液通過油管13分別經(jīng)過油箱9、冷卻器10、濾油器11、液控單向閥4、電液比例換向閥2到達(dá)液壓缸1;回油時油管13輸送油液的方向相反，此時不需要齒輪泵的作用；同時通過油管13將蓄能器3、壓力表5和截止閥6分別并聯(lián)在進(jìn)油管路兩端；在油箱9吸油處使用吸油管，在油箱9回油處使用回油管，除吸油處和回油處外，其他連接管路均使用普通油管。

如圖2所示，油箱9中內(nèi)置冷卻器10和濾油器11；油液經(jīng)過冷卻器10的冷卻，可以降低油液的溫度，避免因油溫過高而影響液壓系統(tǒng)的工作效率；油液經(jīng)過濾油器11的過濾，可以過濾掉雜質(zhì)，防止雜質(zhì)損傷液壓元件，并且保證液壓系統(tǒng)的正常工作。

圖3是拖拉機電液懸掛系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件組成，圖中虛線表示電源線，實線表示信號線，箭頭方向表示信號傳輸方向。硬件組成以一個主控制器為核心，周邊依次并聯(lián)了壓力傳感器、位移傳感器、傾角傳感器、驅(qū)動模塊、變壓/穩(wěn)壓模塊和觸摸屏，其中驅(qū)動模塊的另一端連接了電液比例換向閥2。車載蓄電池一般是24V，并且不帶濾波功能，在此需要進(jìn)行濾波和電壓轉(zhuǎn)換；驅(qū)動模塊和觸摸屏采用24V驅(qū)動，壓力傳感器采用9V驅(qū)動，其余硬件均為5V驅(qū)動。

如圖3所示，位移傳感器采用的是紅外測距傳感器，其優(yōu)點是測量精度高、實時性好，其缺點是易受光線干擾。為了增強使用過程中的安全性，系統(tǒng)中紅外測距傳感器用螺釘固定安裝在汽缸底部，導(dǎo)線通過側(cè)面孔引出；汽缸兩端用魚眼軸承與之連接，再將兩魚眼軸承以轉(zhuǎn)動副的形式與液壓缸并列安裝在懸掛機構(gòu)的上拉桿和基座上。

如圖3所示，力傳感器的安裝位置是下拉桿與基座的鉸接點，將原本的連接軸用軸銷傳感器代替，再用固定銷固定防止脫落。

如圖3所示，傾角傳感器水平安裝在后控制柜內(nèi)，后控制柜再安裝在提升器機構(gòu)基座上，并確保水平安裝。

如圖3所示，觸摸屏、控制板及其附屬器件通過導(dǎo)線連接并安裝在前控制柜上，其中控制板安裝在控制柜內(nèi)，觸摸屏通過開口安裝在控制柜表面。

控制系統(tǒng)的主要作用就是根據(jù)農(nóng)機具當(dāng)前不同的狀態(tài)實時調(diào)節(jié)耕深，以達(dá)到更好的耕作效果。一般來說，耕深的調(diào)節(jié)方式主要有力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)和力位綜合調(diào)節(jié)。其中，力調(diào)節(jié)是根據(jù)土壤阻力的變化動態(tài)調(diào)節(jié)耕深；當(dāng)阻力較大時，提升農(nóng)機具；當(dāng)阻力較小時，使農(nóng)機具下降；以保持發(fā)動機動力輸出的穩(wěn)定性。但是在土質(zhì)變化較頻繁的環(huán)境下會導(dǎo)致耕深不均勻，影響耕作效果。位調(diào)節(jié)與力調(diào)節(jié)相反，位調(diào)節(jié)盡量保持耕深一致而忽略阻力變化對發(fā)動機的影響，在極端情況下會損壞發(fā)動機。綜上所述，將阻力和耕深綜合起來考慮的力位綜合調(diào)節(jié)是較好的控制方式；力位綜合調(diào)節(jié)是根據(jù)當(dāng)前耕深、阻力等狀態(tài)進(jìn)行綜合評價，從而確定當(dāng)前條件下最適合的耕深，再通過控制器控制農(nóng)機具到達(dá)期望的耕深。