【正文】 電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 引言 拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)主要用來在使用過程中根據(jù)外界條件或者特定要求對農(nóng)機(jī)具進(jìn)行調(diào)節(jié)，對農(nóng)機(jī)具調(diào)節(jié)的方式比較常用的有：位 置 調(diào)節(jié)， 阻 力調(diào)節(jié)，力位綜合調(diào)節(jié)等，還有在非耕作情況下對農(nóng)機(jī)具實(shí)現(xiàn)快速上升和下降的調(diào)節(jié)。在前面的調(diào)節(jié)方式中，位置調(diào)節(jié)則由提升器的位調(diào)節(jié)手柄或油缸限位卡箍來控制農(nóng)具與拖拉機(jī)之間的相對位置，以保證農(nóng)具在選定的耕深下工作。力調(diào)節(jié)的作用在于當(dāng)土壤密度或地表面變化而使負(fù)荷增加時(shí)，提升器會(huì)自動(dòng)將農(nóng)具提升，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)會(huì)自動(dòng)將農(nóng)具下降，通過自動(dòng)升降農(nóng)具保持工作負(fù)荷的穩(wěn)定。同時(shí)考慮到在土壤比 阻變化比較大的情況下，力調(diào)節(jié)只能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷的穩(wěn)定性而不能保證耕深的均勻性，因此提出了力位綜合調(diào)節(jié)，綜合調(diào)節(jié)法的基礎(chǔ)是阻力控制法，在土壤比阻均勻條件下，還是要盡量保持發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定的，只是在比阻變化較大時(shí)，它才靠犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的穩(wěn)定來保持耕深的比較穩(wěn)定。傳統(tǒng)的拖拉機(jī)液壓懸 掛機(jī)組的控制方式是機(jī)液控制系統(tǒng)，從 70年代它逐漸被電液控制系統(tǒng)代替[1]。 進(jìn)入 21世紀(jì)后，拖拉機(jī)向 低排放 、低油耗、大功率、智能化、舒適性方向發(fā)展，機(jī)械式的控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置和性能方面已不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)機(jī)發(fā)展的要求。將農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)融合現(xiàn) 代液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，可極大地提高液壓懸掛系統(tǒng)操作的舒適性和簡捷性，準(zhǔn)確、快速地使用和調(diào)節(jié)液壓懸掛系統(tǒng)，可提高生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。因此，對傳統(tǒng)式液壓懸掛系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)勢在必行。 研究背景和研究意義 研究背景 農(nóng)業(yè)機(jī)械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要 標(biāo)志 和 內(nèi)容 。世界發(fā)達(dá)國家己在上世紀(jì) 60年代至 70年代就實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，各國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展歷程表明，農(nóng)業(yè)機(jī)械化 、 智能化 是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可逾越的階段。農(nóng)業(yè)機(jī)械化作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的載體，把 計(jì)算機(jī) 、自然科學(xué)等引 入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使現(xiàn)代工程技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用，極大地改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，大大提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)資源利用率 、 生產(chǎn)率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品商品化率 。 電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì) 2 拖拉機(jī)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè) 智能化、 機(jī)械化和現(xiàn)代化不可缺少的重要機(jī)械。我國的拖拉機(jī)工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。小型拖拉機(jī)的生產(chǎn)能力己超過 200 萬臺(tái) ，目前大中型拖拉機(jī)的生產(chǎn)能力己超過 10 萬臺(tái)，各類拖拉機(jī)的擁有量已超過 1000 萬臺(tái)。但隨著我國加入 世界貿(mào)易組織（ WTO） ，大量具有高新技術(shù)裝備并且性能優(yōu)良的拖拉機(jī)產(chǎn)品將會(huì)涌入中國市場，這對 產(chǎn)品技術(shù)含量相對較低的國內(nèi)拖拉機(jī)工業(yè)來說，將會(huì)面臨巨大的 沖擊 。如何適應(yīng)市場需要，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高產(chǎn)品的科技含量，改善產(chǎn)品的技術(shù)性能，將是我國拖拉機(jī)工業(yè)所需要解決的重要 問題。 研究意義 隨著新興科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、 人工智能 、電子控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，對拖拉機(jī)工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響和滲透。 各國研究人員都認(rèn)識(shí)到拖拉機(jī)往智能方向發(fā)張是大勢所趨，但是 當(dāng)前我國國內(nèi)拖拉機(jī)電控液壓懸掛系統(tǒng)還處于起步階段，在電控液壓懸掛系統(tǒng)控制技術(shù)的開發(fā)和設(shè)計(jì)上來說更是比較薄弱 ， 所以我們還 需努力改變這一現(xiàn)狀。 本課題選擇拖拉機(jī)液壓懸掛裝置及其農(nóng)具配套機(jī)組為主要對象，探討和研究其在實(shí)現(xiàn)機(jī) 電 液智能控制方面的關(guān)鍵技術(shù)，從而有助于提高我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化和智能化水平，有助于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的生產(chǎn)效率和 資源利用率 的發(fā)展。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外研究現(xiàn)狀 對拖拉機(jī)的液壓懸掛系統(tǒng)進(jìn)行微機(jī)電子自動(dòng)控制早在 70 年代就出現(xiàn)了，并且在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了可使用的產(chǎn)品，如日本芝浦公司的 IC 控制系統(tǒng)具有位調(diào)節(jié)、力調(diào)節(jié)控制功能外，還具有旋耕作業(yè)時(shí)控制旋耕深度的功能，拖拉機(jī)左右傾斜作業(yè)時(shí)，還具有在控制農(nóng)機(jī)耕深的同時(shí)還保證農(nóng)機(jī)具左右傾斜角的功能以保證耕作質(zhì)量 [2]．德國博世（ BOSCH）公司提供的電液控制提升器已配置在戴姆勒奔馳、麥賽福格森等公司的大功率拖拉機(jī)上，它有利于提高拖拉機(jī)的效率，該系統(tǒng)具有位 置 調(diào)節(jié)、 阻 力調(diào)節(jié)、力位綜合調(diào)節(jié)和高度調(diào)節(jié)控制功能。以富格森公司 3000 系列拖拉機(jī)所用的電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例：它是利用一個(gè)小型微處理器把力、位傳感器輸出信號(hào)與駕駛室儀表盤上給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡，自動(dòng)完成必要的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)中裝有傳感器開關(guān)、深度控制指針 、 靈敏度指示盤和升降指示燈 [3]。 七、八十年廣泛研究的懸掛 牽引測力儀 ,以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用在懸掛系統(tǒng)中進(jìn)行懸掛裝電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì) 3 置的計(jì)算和設(shè)計(jì)。在牽引力控制系統(tǒng)中采用電液比例 換向 閥時(shí)，理論上算出的控制器的增益往往比較保守，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際增益可以取得比理論值大 [4]，這為建立控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)提供了參考。文獻(xiàn) [5]提出以拖拉機(jī)的滑轉(zhuǎn)率來控制變速檔位、發(fā)動(dòng)機(jī)狀況、工作裝置的力調(diào)節(jié)，使各方面配合以達(dá)到機(jī)器耕作高 能 效低 油 耗目的。文獻(xiàn) [6]以牽引力數(shù)學(xué)模型來描述耕深、速度、土壤阻力三變量對牽引部分的影響，并考察了“耕深 — 力”、“速度 — 力”、“土壤阻力 — 力”三模型的動(dòng)態(tài)特性，是進(jìn)行設(shè)計(jì)液壓懸掛 控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。電液比例 換向 閥逐漸被應(yīng)用于農(nóng)用機(jī)械中，首先對控制系統(tǒng)建模，然后進(jìn)行了開環(huán)、閉環(huán)傳遞函數(shù)分析、室內(nèi)試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化來驗(yàn)證及對比，得出系統(tǒng)在優(yōu)化后對 25mm 的階躍信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間為 250mm，比經(jīng)驗(yàn)值提高了 23%，控制精度也增加 不少 。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 而在我國，拖拉機(jī)上運(yùn)用帶有 阻 力調(diào)節(jié)、位 置 調(diào)節(jié)、 力位 綜合調(diào)節(jié)的液壓懸掛系統(tǒng)出現(xiàn)的則比較晚。按時(shí)間劃分下面幾個(gè)階段：第一階段為初步研究階段。在 70 年代中期，我國一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)對 某 些型號(hào)的拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的性能進(jìn)行了田間耕 作試驗(yàn)，希望從中找出一些有規(guī)律的東西來，但是由于種種原因，如 土質(zhì)的影響， 季節(jié)的影響，試驗(yàn)周期長，試驗(yàn)條件復(fù)雜從而沒有達(dá)到預(yù)期的效果。到了 70 年代后期，國內(nèi)才有 學(xué)者 從理論上對力控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行初步研究在這方面，洛陽工學(xué)院、江蘇工學(xué)院都作了一些有益的工作。第二階段為機(jī)液控制系統(tǒng)的室內(nèi)模擬仿真及分析。