【正文】 系統(tǒng)控制面板設(shè)計如圖 28。耕深調(diào)節(jié)方式有 :位調(diào)節(jié)、力調(diào)節(jié)以及它們之間的綜合調(diào)節(jié)。綜合上述兩種電控液壓懸掛系統(tǒng)的方案提出過程及依據(jù)，兩個方案各有優(yōu)劣，最終選擇方案二作進一步的設(shè)計研究。 設(shè)計方案的確定 方案一是針對改進分配器，即用電液換向閥來代替液壓懸掛系統(tǒng)分配器的作用，進而實現(xiàn)電液控制的自動控制。壓力傳感器測得其壓力信號與預(yù)置參數(shù)相比較，當達到預(yù)值時，控制系統(tǒng)使電磁閥動作，改變油路，使小油缸電磁閥 主閥 小油缸 油缸 提升臂 耕深 懸掛機構(gòu) 農(nóng)具 液壓油泵 位移傳感器 轉(zhuǎn)角傳感器 壓力傳感器 CPU 設(shè)定調(diào)節(jié)量 反饋量 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 帶動主閥移動，改變分配器油路，使液壓懸掛系統(tǒng)對農(nóng)具進行相應(yīng)的提升或下降。 農(nóng)具入土后，隨著耕深、土質(zhì)和濕度的不斷變化，土壤的阻力不斷變化。主閥的位移量則 圖 27 力、位調(diào)節(jié)的信號傳遞路線方框圖 由位移傳感器檢測并控制。 信號檢測與處理系統(tǒng)：由位移傳感器、壓力傳感器、提升軸轉(zhuǎn)角傳感器、放大電路、CPU等組成，主要完成土壤阻力、農(nóng)具提升 高度和主閥位移量的信號檢測與數(shù)據(jù)處理。 自動控制系統(tǒng)：由電磁換向閥、減壓閥、小油缸、控制面板等組成。 液壓懸掛系統(tǒng)：由原液壓懸掛系統(tǒng)的油泵、分配器、液壓油缸、提升臂、拉桿和彈簧等組成。如圖26所示。 方案二：與方案一不同，不使用其它的液壓元件代替原拖拉機的分配器，由于液壓懸掛系統(tǒng)控制農(nóng)機具的提升、中立、下降過程主要是通過控制分配器中主控制閥的移動位置來完成的，因此，為了為了盡量采用原拖拉機的液壓元件，例如液壓泵、液壓油缸、 圖 26 電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 c 1． 背壓閥 2．光電耦合器 3．電磁換向閥 4．中 央處理器 5．控制面板 6．小油缸 7． 力傳感器 8．活塞桿 9．位移傳感器 10．角位移傳感器 11．回油閥 12．單向閥 13．液壓缸 14．分配器 15．主控制閥 16．減壓閥 17．油泵 18．濾油器 19．油缸 濾清器、油管包括原拖拉機的分配器。工作中，當電液比例換向閥左端電磁鐵通電時，液壓泵輸出的高壓油經(jīng)過電液比例方向閥，畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 再經(jīng)過單向節(jié)流閥的單向閥進入液壓缸的無桿腔，使農(nóng)機具提升；當電液比例換向閥右端電磁鐵通電時，同時控制電磁溢流閥的電磁鐵斷電，則 液壓泵輸出的油液經(jīng)過電磁溢流閥流回油箱，液壓泵處于卸荷狀態(tài)。我們提出采用電液比例方向閥、電磁溢流閥、單向節(jié)流閥、壓力表及壓力傳感器等，代替原拖拉機的分配器，如圖 24， 25所示。 方案一：原拖拉機的分配器把主控制閥、回油閥和安全閥集成于一體，組成了一個總成，其輸入口與液壓泵通過油管連接，輸出口直接與單作用液壓缸無桿腔相連，這樣安裝節(jié)省了空間，減小了油道的長度。 電控液壓懸掛系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計方案的提出 懸掛系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)是提升農(nóng) 具的動力和控制裝置，是懸掛裝置中的動力部分，它一般由液壓泵、提升液壓缸及其他一些閥類和輔助裝置組成。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是 :可采用力、位及高度調(diào)節(jié)法控制耕深，工作較可靠。 (3) 整體式液壓系統(tǒng) 油泵、分配器、油缸等主要工作部件，都集中在拖拉機后橋殼體內(nèi)，形成一個整體。它的缺點是 :個別液壓元件的故障檢查不夠方便。油泵單獨安裝在一個適宜的地方，由拖拉機的動力輸出軸驅(qū)動。 圖 23 液壓系統(tǒng)類型 (2) 半分置式液壓系統(tǒng) 分配器、油缸、操縱機構(gòu)甚至油箱，都集中在一個殼體內(nèi)，稱為提升器。它的缺點是 :連接管路較長，易出現(xiàn)油液的泄漏 。東方紅 — 7鐵牛 — 5東方紅 — 28等拖拉機采用這種液壓系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)的類型 在液壓系統(tǒng)中，按油泵 、分配器，油缸三個主要部件位置布置和組合方式的不同，分為分置式、半分置式和整體式三種類型，如圖 2一 3所示 [13]。油泵和油缸將發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)換為農(nóng)具提升所需要的力量。 兩點懸掛農(nóng)具，工作中相對拖拉機可以作較大的擺動，多用于大功率拖拉機懸掛重型或?qū)挿r(nóng)具。但拖拉機走偏方向時，農(nóng)具己經(jīng)入土，要矯正機組的行駛方向比較困難。按與拖拉機機體連結(jié)點數(shù)的不同，后懸掛又有兩種形式 :三點懸掛和兩點懸掛，如圖 22所示 [13]。根據(jù)農(nóng)具在拖拉機上掛接位置的不同，可分為前懸掛、后懸掛和側(cè)懸掛三種，本論文研究對象是目前使用最廣的后畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 懸掛機組。 圖 21 液壓懸掛系統(tǒng)示意圖 (1) 懸掛 農(nóng)具 :它是農(nóng)田作業(yè)的工作部件，通過懸掛機構(gòu)連接在拖拉機上。因此，拖拉機的液壓系統(tǒng)、懸掛機構(gòu)、農(nóng)具三者構(gòu)成一個整體，叫做“液壓懸掛系統(tǒng)” [13]。根據(jù)配套農(nóng)具與拖拉機連接方式的不同，一般可分為牽引式、懸掛式和半懸掛式三種。由于液壓懸掛機組比牽引機組操縱方便、機動性高，便于自動調(diào)節(jié)耕深，因此，目前國產(chǎn)大、中、小型拖拉機普遍采用液壓懸掛系統(tǒng)。操縱機構(gòu)是用來操縱分配器的主控制閥，以控制液壓油的流動方向，它有手柄操縱機構(gòu)和自動控制機構(gòu)兩部分組成。農(nóng)用拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)、操縱機構(gòu)和懸掛機構(gòu)三部分組成。最后提出了課題研究的主要內(nèi)容和研究流程圖。 本課題主要完成的內(nèi)容有 : 拖拉機液壓懸掛控制方法分析 液壓系統(tǒng)的改造，傳感器選型和安裝 液壓懸掛控制策略選擇及研究 液壓懸掛系統(tǒng)電液控制的設(shè)計和研制 圖 11 研究流程圖 研究背景與意義 國內(nèi)外文獻分析，對當前作業(yè)機組進行技術(shù)調(diào)查 提出研究的問題和思路 拖拉機懸掛機 — 電 — 液一體化控制策略的確定 液壓傳動和液壓控制系統(tǒng)的研究 傳感器、控制單元的選擇與外圍電路設(shè)計 液壓元件的選 擇與液壓系統(tǒng)設(shè)計 信號檢測、傳輸和處理方法的研究 編寫系統(tǒng)控制軟件 問題與展望 畢業(yè) 設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 論文研究流程圖如圖 11所示。該研究具有很大的實際應(yīng)用價值和研究意義，必將對我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。 研究內(nèi)容 鑒于我國拖拉機工業(yè)的發(fā)展水平和所面臨的實際問題，本項研究擬選擇拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)，主要是液壓懸掛裝置及其自動控制，作為主要研究對象。 我國當前拖拉機作業(yè)機組的生產(chǎn)和實際應(yīng)用而言，對機 — 電 — 液一體化控制技術(shù)的研究工作還處于起步階段，對一些關(guān)鍵性技術(shù)問題尚缺芝系統(tǒng)和深入的研究，沒有形成可行的解決方案。文獻 [8]中，將原有機械式液壓懸拄控制系統(tǒng)改裝為電液式懸拄控制系統(tǒng)，采用單片機對拖拉機電液懸掛控制系統(tǒng)進行了硬件和 軟件設(shè)計并在室內(nèi)仿真試驗臺上進行了試驗驗證試驗。文獻 [6]認為懸掛系統(tǒng)的工作特性一般屬于繼電器開關(guān)型，并在此基礎(chǔ)上采用開關(guān)型電磁閥進行了試驗研究。 文獻 [ 5]中提出一種新的純牽引力傳感器，拖拉機液壓試驗臺的模擬加載控制和性能測試由一臺微機來完成，對原機型的機液控制系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)進行了測試和評價。 第三階段為電液控制系統(tǒng)的研究。進入八十年代開始了拖拉機液壓畢業(yè) 設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 懸掛系統(tǒng)室內(nèi)仿真試驗，一些具有拖拉機專業(yè)的高校先后建立了拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)室內(nèi)仿真試驗臺，并基于此進行了一些有關(guān)機組動態(tài)性能的實驗和理論分析，這些研究主要有拖拉機力調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模、穩(wěn)定性分析、動靜態(tài)特性試驗和理論分析、土壤阻力干擾對耕深的影響分析以及機組在實際耕作過程中諸信號之間的傳遞關(guān)系等，從而形成了研究的高峰，此后不斷有新的成果出現(xiàn)。到了七十年代后期，國內(nèi)才有人從理 論上對力控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進行初步研究?？煞譃槿齻€階段 : 第一階段為初步研究階段。但同時，也還存在著許多有待于進一步研究探討的問題，主要表現(xiàn)在系統(tǒng)的靈敏度、可靠性和實用化方面。上述原因引起的滯后問題造成了該控制系統(tǒng)的靈敏度難以提高 [2]。第三，由于系統(tǒng)的慣性引起的滯后。同樣，該系統(tǒng)也存在反應(yīng)靈敏度問題，因為各個環(huán)節(jié)引起的滯后問題造成了控制系統(tǒng)的反應(yīng)靈敏度不高，主要有以下幾個原因 :第一，因為雷達模塊內(nèi)部含有各 種濾波電路，從而造成了大約 200ms的滯后。這樣就完成了一個有輪滑率來控制耕深的過程。其中，傳感器模塊包括一個雷達傳感器、一個磁性傳感器和一個電位計，雷達傳感器用來測量拖拉機實際行走的距離，磁性傳感器測量拖拉機輪子行走的距離，通過計算兩者之差來得到輪滑率，電位計安裝在提升軸上，通過提升軸的轉(zhuǎn)角來計算耕深；控制模塊主要采用 PIC17C44單片機，該單片機具有兩個頻率捕捉器、兩個脈寬調(diào)制輸出模塊、和強大的指令集以及一個 8位乘法器。南非 Witwatersrand大學的研究人員提出了一種利用拖拉機的輪滑率來控制耕深的方法。該系統(tǒng)整個控制過程大致如下 :由傳感器得到信號與設(shè)定值比較得到誤差信號，該誤差信號和死區(qū)設(shè)定值進行比較，如果小于死區(qū)設(shè)定值，控制系統(tǒng)沒有輸出，當大于死區(qū)設(shè)定值時，通過計算一個控制電磁閥的負荷比參數(shù)，經(jīng)過該參數(shù)的計算得到一個輸畢業(yè) 設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 出控制信號，該信號經(jīng)過放大電路，放大后控制電磁閥的輸出。 在耕深控制方面，日本京都大學研制了一種耕深控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由測量單元、控制單元、液壓單元、懸掛系統(tǒng)連接單元、耕深設(shè)定值和死區(qū)控制單元組成。通過實驗分析，該系統(tǒng)中提 升桿的位置偏差能夠控制在幾個毫米以內(nèi)。首先，在上拉桿和兩個提升桿上分別裝有液壓缸，通過相應(yīng)的控制閥控制液壓缸內(nèi)活塞的運動，可以通過提升桿直接控制農(nóng)具的升降，在機構(gòu)方面省去了提升軸和提升臂，結(jié)構(gòu)尺寸更加緊湊；其次，將位置傳感器與液壓缸集成在一起，通過將位置傳感器獲得的信號輸入到控制系統(tǒng)之中進行相應(yīng)的位置和速度控制，省去了傳統(tǒng)的機械反饋控制機構(gòu)，控制更加靈活。芬特、萬國、福格森等多個拖拉機生產(chǎn)廠家均在其生產(chǎn)的幾種大功率拖拉機上裝備了此種電液控制裝置，該裝置對提高拖拉機的作業(yè)效率和質(zhì)量、降低燃油消耗起到了很好的作用。為了與拖拉機上的其它電子控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換， BOSCH公司還專門開發(fā)了 CAN總線結(jié)構(gòu)，對懸掛系統(tǒng)的所有控制操作均可以通過安裝于駕駛室內(nèi)的控制面板來完成。德國 BOSCH公司研制的農(nóng)用拖拉機電子控制式液壓懸掛機構(gòu)采用帶有數(shù)字信號處理設(shè)備的 HERD提升調(diào)節(jié)裝置，其核心是一個帶有 8路模擬量輸入輸出通道的微處理器和程序存儲器，系統(tǒng)使用的傳感器主要包括安裝在下拉桿的磁滯伸縮式測力銷和安裝在提升臂上的角位置傳感器。 國外研究現(xiàn)狀 1978年德國奔馳公司率先在其生產(chǎn)的農(nóng)用拖拉機上采用了電液控制的三點懸掛機構(gòu)，標志著商業(yè)化的機電一體化產(chǎn)品開始在拖拉機上得到了成功應(yīng)用。 基于以上所述，加強拖拉機行業(yè)與電子產(chǎn)品的密切結(jié)合，走機電一體化是必經(jīng)之路，加快消化吸收國外產(chǎn)品機電一體化的成果和經(jīng)驗，搞好拖拉機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，縮短與世界同行業(yè)先進水平的距離。智能化技術(shù)在拖拉機上的應(yīng)用目標不僅要使拖拉機的各個子系統(tǒng)實現(xiàn)高精度、高實時性的自動控 制，而且還應(yīng)使拖拉機的控制系統(tǒng)具有一定程度的邏輯判斷能力，提高拖拉機對外界環(huán)境的適應(yīng)能力，能夠在復(fù)雜多變的工作條件下自適應(yīng)地選擇最佳的工作方式，最大限度地提高拖拉機各子系統(tǒng)的工作效能，實現(xiàn)發(fā)動機、傳動系統(tǒng)及懸掛系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的自動控制以及各子系統(tǒng)之間的優(yōu)化匹配，更好地滿足對拖拉機的各項使用要求。 機電一體化技術(shù)在農(nóng)用拖拉機上的應(yīng)用必然向著自動化、智能化的方向發(fā)展。目前在國外拖拉機上，機 — 電 — 液一體化控制技術(shù)己經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，例如，麥塞福格森、雷諾、薩姆、約翰迪爾、菲亞特、鈕荷蘭、道伊茲等公司近幾年推向市場的大功率拖拉機基本都裝備了電液懸掛系統(tǒng)，使電液懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進入主流市場；在電液負載換檔技 術(shù)方面，不少拖拉機采用了電液控制的全負載換檔的變速箱，使得負載換檔操縱變得十分簡單；一些拖拉機上還采用了基于 CAN總線的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得機 — 電 — 液一體化應(yīng)用在拖拉機上達到很高的水平。 研究意義 隨著新興科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，尤其是計算機技術(shù)、電子 控制、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通訊等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，對拖拉機工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響和滲透。但隨著我國加入 WTO，大量具有高新技術(shù)裝備并且性能優(yōu)良的拖拉機產(chǎn)品將會涌入中國市場，這對產(chǎn)品技術(shù)含量相對較低的國內(nèi)拖拉機工業(yè)來說，將會面臨巨大的挑戰(zhàn)。我國的拖拉機工業(yè)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的進展。農(nóng)業(yè)機械化作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的載體，把工業(yè)、自然科學等引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，使現(xiàn)代工程技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(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，促進了農(nóng)