【正文】 ....................................................14 可靠性測試結(jié)果 .............................................................................................................15參考文獻 ...................................................................................................................................16附錄 ...........................................................................................................................................17致謝 ...........................................................................................................................................21華南農(nóng)業(yè)大學本科生畢業(yè)設計成績評定表 11 前言 研究背景中國是一個農(nóng)業(yè)大國，用占世界 7％的耕地解決了世界 22％的人口溫飽問題，取得了舉世矚目的成就。2 秒、1 秒和 秒的方波測試時間為 30 分鐘，持續(xù)輸入高電平的測試時間為 60 分鐘。ARM 板主控電路產(chǎn)生 PWM 信號，通過驅(qū)動電路放大信號，控制電磁閥油路。該測試系統(tǒng)包括：基于 AT91SAM9263 的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)板、電磁閥驅(qū)動放大電路和美國 HYDRAFORCE 公司生產(chǎn)的 SV1031N24VDC 電磁閥。在工作過程中，二位三通換向閥需要頻繁通斷以實現(xiàn)手動和自動油路的切換，直接關系到系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性測試本 科 畢 業(yè) 設 計無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性測試無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的可靠性測試摘 要本文主要針對我校自主研發(fā)的無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，開展電磁閥可靠性測試，檢驗電磁閥對長期通電和頻繁通斷電的耐受性。分析了現(xiàn)有電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成，包括有過濾器、定量泵、手動換向閥、轉(zhuǎn)向器、液壓泵、壓力表、溢流閥、二位三通換向閥、三位四通電磁比例換向閥和油箱等，描述了其基本工作原理。因此，本文設計了一套二位三通換向閥的可靠性測試系統(tǒng)?；?SBC6330XARM 開發(fā)板，開發(fā)了測試程序。本次測試一共進行了 4 中不同的控制信號測試，分別為周期為 2 秒、1 秒、 秒的方波以及持續(xù)輸出 高電平。測試結(jié)果表明：ARM 主控板和驅(qū)動電路控制下有效地工作，電磁閥對長期通電和頻繁通斷具有較好的耐受性。目前，我國面對“人多地少，資源短，環(huán)境惡化，人增地減”的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。目前，農(nóng)業(yè)機械智能導航技術(shù)在歐美發(fā)達國家已經(jīng)得到深入的研究，其產(chǎn)品在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應用并取得的顯著的生產(chǎn)效益。農(nóng)業(yè)機械智能導航的自動化、信息化和智能化是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)基礎。 研究目的本文的研究主要有三個方面的目的：第一，通過對無人駕駛拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的了解，得知系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和工作原理。第三，通過電磁閥的可靠性測試，檢驗電磁閥對長期通電和頻繁通斷電的耐受性。在復雜的農(nóng)田生產(chǎn)環(huán)境下，農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制器的設計不同于公路行走車輛，因為其面對的工作環(huán)境是變化的，不可預知的地形，行走的地表有硬有軟，具有高度的非線性性（Q. Zhang， 2022） 。最優(yōu)的農(nóng)業(yè)機械轉(zhuǎn)向控制器對于智能農(nóng)業(yè)機械來說無疑是有力的技術(shù)基礎。 國內(nèi)外研究狀況現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械自動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)可以分為轉(zhuǎn)向機構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制兩部分（田海清，2022） ，轉(zhuǎn)向機構(gòu)的作用是直接控制農(nóng)業(yè)機械的實際角位移，使農(nóng)業(yè)機械不斷調(diào)整位置2和方向從而實現(xiàn)沿預定路徑運動。而轉(zhuǎn)向機構(gòu)目前可以大致的分為兩種液壓驅(qū)動和電機驅(qū)動兩種方式。電機驅(qū)動方面，Noboru Noguchi（Noboru Noguchi，1997 ）等人對傳統(tǒng)的小型后輪驅(qū)動汽油拖拉機改裝，采用步進電機驅(qū)動方向盤，磁阻航向傳感器實時采集車輛航向信號，轉(zhuǎn)向角通過電位計獲得，后輪旋轉(zhuǎn)角則通過旋轉(zhuǎn)編碼器獲取。在國內(nèi)，液壓驅(qū)動方式方面，魏延富等設計了基于電液伺服及反饋系統(tǒng)的拖拉機轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)（魏延富，2022） ，該系統(tǒng)是由力傳動裝置控制方向盤，從而控制油路液壓驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動。位置的信號，不能解決車輪轉(zhuǎn)向任意角度（允許范圍內(nèi)）的轉(zhuǎn)動。而人工與自動轉(zhuǎn)向模式切換則通過電磁換向閥控制液壓油流經(jīng)原有轉(zhuǎn)向器或改裝轉(zhuǎn)向器中流向?qū)崿F(xiàn)。在此基礎上經(jīng)行改進，以同步帶取代鏈條，對電機進行控制。東方紅X804 自身的轉(zhuǎn)向機構(gòu)也是采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用獨立油路，全液壓前輪轉(zhuǎn)向。機構(gòu)的動作原理是：東方紅X804 拖拉機起動后，發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)向油泵運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動方向盤，液壓油經(jīng)轉(zhuǎn)向器油路到轉(zhuǎn)向油缸，液壓驅(qū)動油缸動作，拉動前輪轉(zhuǎn)向，當轉(zhuǎn)向動作到位后，油路液壓平衡，液壓油回油到油箱。開芯和閉芯是依據(jù)轉(zhuǎn)向器中位機能來定義，而液壓油泵的類型是依據(jù)轉(zhuǎn)向器的類型配套。4 A 轉(zhuǎn)向器基本連接圖 B 開芯無反應轉(zhuǎn)向器原理圖 C 閉芯無反應轉(zhuǎn)向器原理圖圖 2 拖 拉 機 轉(zhuǎn) 向 器 原 理 圖圖 2 中 A 是拖拉機全液壓轉(zhuǎn)向器的基本組裝圖，它有液壓油箱、液壓油泵、過濾器、溢流閥、單向閥、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向油缸、轉(zhuǎn)向車輪及一些液壓輔助元件組成。5全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)除了上面列舉的基本元件外，有的轉(zhuǎn)向器還配套安全閥、雙向過載閥、雙向補油閥和單向閥，如下圖 3 所示：P T R L轉(zhuǎn)向器21341安全閥 2單向閥 3雙向補油閥 4雙向過載閥圖 3 轉(zhuǎn) 向 器 配 套 閥 組安全閥的功能是壓力油到達安全閥設定壓力時，安全閥打開泄油，提供轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力的安全保護；雙向過載閥的功能是當轉(zhuǎn)向油缸受到外部沖擊時，油缸內(nèi)的壓力高，壓力油到達過載閥設定壓力時，過載閥打開泄油，對轉(zhuǎn)向油缸實施過載保護；雙向補油閥功能是當過載閥開啟時，為了防止油液產(chǎn)生氣蝕，補油閥打開從組合閥塊的回油口吸油，及時將壓力油補充到轉(zhuǎn)向油缸的左或右油腔；單向閥是轉(zhuǎn)向器進油時打開，在低轉(zhuǎn)速時防止由于外部載荷的沖擊，高壓油倒流，造成方向盤的抖動。 拖拉機電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理本文中電控液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設計是，在原轉(zhuǎn)向油路并聯(lián)安裝一個轉(zhuǎn)向控制機構(gòu)，即并聯(lián)一個用于電路控制的“轉(zhuǎn)向器”。6如圖 4 所示，改動上并聯(lián)安裝了 O 型的三位四通比例換向閥，為了油路油壓的安全，還需要安裝一個安全溢流閥，油管路上，加多了油管和 3 個同原來油路轉(zhuǎn)換的切換閥。液壓油可以經(jīng)過單向閥無約束地從平衡閥正向（液壓缸進油）通過（圖中 A→A1 或 B→B1），但從反向通過（液壓缸回油）時需要克服平衡閥設定的開啟壓力，該壓力構(gòu)成回油背壓壓力。設定兩個平衡閥開啟壓力略大于一般情況下回正力矩 Tz 對應的壓力（本機經(jīng)試驗驗證約 4MPa 即可）。設 A 口接7通 P，B 口接通 T，現(xiàn)在 A 口壓力油經(jīng)過上面的平衡閥的單向閥可以通至 A1，但在壓力小于下面的平衡閥設定壓力之前，下面這個平衡閥不會開通，即油缸無法回油，轉(zhuǎn)向輪不會轉(zhuǎn)動，直到 A 口壓力大于設定的背壓壓力（ 4MPa），如前所述此時該壓力已大于克服回正力矩需要的壓力，故在電磁比例換向閥換向的短時間內(nèi)，不會出現(xiàn)驅(qū)動力矩小于地面回正力矩的情況，車輪不會發(fā)生回擺現(xiàn)象。為了保證拖拉機原來全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完整性，二位三通電磁閥 2 常通位置是定量泵與轉(zhuǎn)向器相連，即在電磁閥 2 不通電的狀態(tài)下系統(tǒng)與原裝的全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一模一樣。此外，還在系統(tǒng)的關鍵部位留了油壓口，方便測試系統(tǒng)的壓力特性。改進的電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有一個“人工/自動”模式開關，系統(tǒng)的工作原理是 “人工/自動”模式開關斷開時，拖拉機的轉(zhuǎn)向方式與拖拉機原來的轉(zhuǎn)向方式一樣，通過手動轉(zhuǎn)動方向盤實現(xiàn)拖拉機轉(zhuǎn)向，液壓油流向:過濾器 →定量泵→二位三通電磁閥左位→轉(zhuǎn)向器→轉(zhuǎn)向油缸→轉(zhuǎn)向器→油箱；當需要電控轉(zhuǎn)向時，“人工/自動”模式開關接通，有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和卸荷三種工作方式：（一）左轉(zhuǎn)：二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥 a 位得電時，即 Sy 和 Sa有電信號，液壓油流向: 過濾器→定量泵→二位三通電磁閥右位 →單向閥→三位四通比例電磁換向閥左位→平衡閥→轉(zhuǎn)向油缸→平衡閥→三位四通比例電磁換向閥左位→油箱，車輪左轉(zhuǎn)；（二）右轉(zhuǎn)：二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥 b 位得電時，即 Sy 和 Sb有電信號，液壓油流向: 過濾器→定量泵→二位三通電磁閥右位 →單向閥→三位四通比例電磁換向閥右位→平衡閥→轉(zhuǎn)向油缸→平衡閥→三位四通比例電磁換向閥右位→油箱，車輪右轉(zhuǎn)；8（三）卸荷：電控模式下車輪不需要轉(zhuǎn)向時（實際轉(zhuǎn)角達到目標角度要求）液壓油通過轉(zhuǎn)向器卸荷，二位三通電磁閥和三位四通比例電磁換向閥都不得電，液壓油流向:過濾器→定量泵→二位三通電磁閥左位→轉(zhuǎn)向器→油箱。生產(chǎn)此電磁閥的公司為美國的 HYDRAFORCE。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。當通電時，電磁閥打開位置①到位置③之間的通路，阻塞位置②。手動操作的選項：重寫，按鈕和扭曲逆時針旋轉(zhuǎn) 180176。在這個位置，閥門可能只是部分地轉(zhuǎn)移。恢復正常瓣膜功能，按鈕，順時針旋轉(zhuǎn) 180176。覆蓋將被拘禁在這個位置。其中 ARM 主控電路的功能是輸出 PWM 控制信號。ARM 主控電路使用的是 SBC6300X 開發(fā)板。測試的電磁閥為美國 HYDRAFORCE 公司生產(chǎn)的