【正文】 在彈簧總成上，并通過彈簧桿作用在壓力傳感器上。力、位調(diào)節(jié)過程的信號傳遞路線如圖 27所示。方案二用小油缸控制分配器的主控制閥，簡單方便，輕巧，并不會有太大的能量損失。 工作機(jī)理 拖拉機(jī)電子液壓懸掛可以實(shí)現(xiàn)懸掛的可調(diào)速提升、下降。該系統(tǒng)整體框架如附錄一圖所示。 圖 28 控制面板 鎖定開關(guān) 四位旋鈕 (a下降位 b停止位。該面板主要功用是完成人機(jī)交互通信作用。 左邊的四位開關(guān)旋鈕可以控制懸掛上升和下降，處于上升或下降工作狀態(tài)時，對應(yīng)三角形工作指示燈點(diǎn)亮表明工作狀態(tài)。 拖拉機(jī)懸掛犁耕地機(jī)組的位調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一種位置控制系統(tǒng)，它要求農(nóng)機(jī)具與拖拉機(jī)的 相對位置保持不變。設(shè)定值是用戶希望達(dá)到的耕地深度，拖拉機(jī)工作時的實(shí)際耕深由提升臂轉(zhuǎn)軸上的位置傳感器間接測量出來，并作為反饋信號。在此信號作用下，電磁換向閥按 PWM占空比進(jìn)行開關(guān)閉合量 調(diào)節(jié)來改變液壓系統(tǒng)中液壓油的流動方向和流量，從而使農(nóng)機(jī)具提升或下降。偏差信號 e越大，閥芯開口量越大，輸出油液越多，農(nóng)機(jī)具動作就越迅速。為提高控制精度，士 10%范圍降低為士 %。牽引阻力作用在上拉桿上改變其拉壓力，通過力傳感器直接測量作用于上拉桿 的拉壓力。根據(jù) e的大小由 CPU通過 HSO口產(chǎn)生一定占空比的 PWM波，再經(jīng)過功率放大控制電液比例換向閥改變液壓系統(tǒng)中液壓油的流動方向和流量，從而使農(nóng)機(jī)具提升或下降。當(dāng) e的大小在控制范圍士 %內(nèi)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，農(nóng)機(jī)具不升不降。兩套方案都是利用電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想提出的，并最終確定方案做下一步的設(shè)計(jì)工作。根據(jù)農(nóng)田作業(yè)中的基本要求， 電控液壓懸掛系統(tǒng)需滿足農(nóng)具的提升、中立、下降的要求。設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)約翰 迪爾天拖 1204拖拉機(jī)系統(tǒng)的工作壓力、流量、功率的大小以及系統(tǒng)對溫升、工作平穩(wěn)性等方面的要求選擇回路，以滿足上述要求。 表 31 JD1204拖拉機(jī)相關(guān)參數(shù) 拖拉機(jī) 型號 系統(tǒng)額定輸出 壓力 /MPa 液壓輸出總流量 L/min 提升能力（懸掛點(diǎn)后610mm外） /Kg 液壓泵轉(zhuǎn)速 r/min 電氣系統(tǒng) /V JD1204 19 3150 2500 12 圖 31 電控液壓系統(tǒng)回路 2．電磁換向閥 3．小油缸 4．活塞桿 5．回油閥 6．單向閥 7． 分配器 8．主控制閥 9．減壓閥 10．油泵 11．濾油器 12． 油缸 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 由于所采用分配器中推動主控制閥彈簧的最大負(fù)荷力為 1000N，因此控制主控制閥的小油缸內(nèi)的油壓大于 720 kPa即可，遠(yuǎn)小于油泵的輸出壓力 19 MPa. 為了系統(tǒng)的安全和節(jié)能，懸掛系統(tǒng)中要有減壓回路。為了減輕負(fù)值負(fù)載所造成的不良影響，回油路上裝有背壓閥，在背壓閥作用下，小油缸的速度受到限制，防止出現(xiàn)速度失控現(xiàn)象。由于小油缸要實(shí)現(xiàn)向左、右運(yùn)動和中立 3種狀態(tài)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)油路時，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，需要一個三位四通電磁換向閥。 液壓泵和分配器選擇 泵的主要參數(shù)有壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和泵的使用壽命，一般在固定設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵 的額定壓力的 80%左右，泵的 Q要大于系統(tǒng)工作壓力。 表 32 JD1204拖拉機(jī)液壓泵相關(guān)參數(shù) 類別 型號 排量 ml/r 壓力 /MPa 轉(zhuǎn)速 r/min 容積效率 /% 額定 最高 額定 最高 外嚙合齒輪 CBQ 2060 20 25 2020 2500 92 同時電控液壓懸掛系統(tǒng)中的分配器，使用 JD1204拖拉機(jī)開心式半分置式液壓 系統(tǒng)的分配器。 分配器內(nèi)的彈簧對主控制閥的負(fù)荷力為 1000 N，分配器中主控制閥的位移量為 25 mm。查 [14] P20282 表 2062，不妨令液壓缸的內(nèi)徑為 50 mm，即 D=50 mm。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 下面確定小油缸的工作壓力 P，由于所采用的推動分配器主控制閥彈簧的最大負(fù)荷力為 1000 N,因此，控制主控制閥的小油缸內(nèi)的油壓： )1050( 100044 232 MPDFP ??? ??? ??? 又液壓回路中存在背壓，即小油缸的出油口存在背壓，取小油缸的工作壓力為 3MPa。 綜上，查 [14] P20311 表 20630，取小油缸的型號為 HSG178。 E。根據(jù)小油缸控制分配器主閥完成提升、中立、下降的需要及壓力、流量和拖拉機(jī)采用直流電的條件，查 [14] P20528 表 207164選擇 DSGG013C2AD245O型三位四通電磁換向閥，如圖 32所示。其最大流量為 63 L／ min，最高壓力 MPa，T口允許背壓 16 MPa，最高換向頻率為 300次／ min。在電控液壓 系統(tǒng)中，減壓閥作為穩(wěn)定油路工作壓力的調(diào)節(jié)裝置，使油路的壓力不受油源壓力的影響。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 其中： PRCV單向減壓閥； G安裝形式板式安裝； 10公稱直徑 32mm； 1壓力調(diào)節(jié)范圍 770MPa； 32設(shè)計(jì)號低壓型。根據(jù)油路的流量確定其型號為RFG06132型，由 上海公新機(jī)械有限公司供應(yīng) 。 信號處理電路設(shè)計(jì) 傳感器的選擇 在電控液壓懸掛系統(tǒng)中，需要把主控制閥的位置信號、農(nóng)具的提升位置信號和土壤阻力對彈簧桿的壓力信號傳給 CPU，以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和發(fā)出控制指令。 農(nóng)具提升時，油缸的活塞桿推動內(nèi)提升臂使提升臂軸轉(zhuǎn)動，經(jīng)外提升臂和上下拉桿帶動農(nóng)具提升。傳感器采用 BT13WYT2轉(zhuǎn)角傳感器，其技術(shù)參數(shù)見表 33所示。與線繞式、金屬膜式或?qū)щ娝芰鲜诫娢黄飨啾?，該傳感器具有以下特點(diǎn)： ① 無觸點(diǎn)，高靈敏度，極長壽命； ② 無噪聲，高重復(fù)性，單調(diào)無限分辨率； ③ 無磨損，高可靠性，高頻響應(yīng)特性好； ④ 低轉(zhuǎn)矩， 360176。 磁敏電阻式角度傳感器廣泛應(yīng)用于航空、電子、機(jī)械、紡織、輕工、船舶、冶金等諸行業(yè)，尤其適用于機(jī)械變化頻繁，環(huán)境惡劣，需要使用壽命長的場合。主閥的位置由位移傳感器檢測，位移傳感器采用 LVDT差動式直線位移傳感器，其技術(shù)參數(shù)如表 34所示。 % 重復(fù)誤差 ＜ % of FS 使用溫度 25℃ +85℃ 溫度系數(shù) ≤零點(diǎn) %/℃ 靈敏度≤ %/℃ 承受沖擊力 150g/11ms 承受加速度 20g (1) LVDT差動式直線位移傳感器的特點(diǎn)： ① 直流單電源供電，內(nèi)置高性能信號調(diào)節(jié)器，無待機(jī)消耗； ② 外徑 20mm，或 12mm，不銹鋼 304外殼； 型 號 BT13WYT－ 2 機(jī)械轉(zhuǎn)角 軸承固定 360176。45176。) 獨(dú)立線性度 % 輸入電壓 ≤DC12V 工作電流 ≤5mA 輸入阻抗 5KΩ177。 分辨率 理論上連續(xù) 使用溫度 25℃ ～ +55℃ 溫度系數(shù) 177。 (2) LVDT差動式直線位移傳感器的檢測鐵芯與傳感器主體分開。其檢測元件之間無接觸，非接觸式，沒有任何摩擦，壽命長，頻響高。 農(nóng)具入土中的土壤阻力測定，是通過上拉桿對力調(diào)節(jié)彈簧的作用力來反映的，該力通過彈簧桿作用在壓力傳感器上，當(dāng)壓力變化時，輸出電量變化。壓力傳感器原理圖 如圖 33所示。 工作溫度范圍 35℃ +125℃ 插頭類型 3針插頭 正常行程 10mm 線性度 ?? 2％ 將農(nóng)具作用在下拉桿前連接點(diǎn)的牽引力引起的剪切力轉(zhuǎn)變成磁場力。感應(yīng)電壓與外界拉力或壓力的大小對應(yīng)成比例。 傳感器信號放大電路和濾波器的設(shè)計(jì) 由于傳感器輸出信號較弱，角位移傳感器的工作電流小于 5 mA，壓力傳感器輸出電壓為 ，信號需經(jīng)放大電路放大。 圖 34 傳感器放大電路圖 該放大電路為兩 級放大，兩級都是反向輸入：第一級由 LM358A組成模放大， R1為調(diào)節(jié)電位器，由它輸入一個補(bǔ)償電壓，適當(dāng)調(diào)節(jié)它的大小，可以抵消放大器本身的失調(diào)電壓，消除傳感器輸入的共模干擾信號。圖中 C R C2組成π型濾波電路，以濾除噪聲。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。 光電耦合器和三極管放大電路設(shè)計(jì) 電路中涉及到電磁換向閥。光電耦合器輸出電流較小 (10～ 20 mA)，不能直接驅(qū)動大的負(fù)載。光電耦合器 由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管 。 圖 36 電磁換向閥控制電路原理圖 當(dāng)光電耦合 器前端為低電平時，光耦后接通三極管放大電路驅(qū)動電磁換向閥的左(或右 )端電磁鐵，控制小液壓缸向右 (左 )運(yùn)動，進(jìn)而控制農(nóng)具升降，達(dá)到耕深自動調(diào)節(jié)的目的。 控制回路設(shè)計(jì) ECU特點(diǎn) 80C196KC單片機(jī)的組成可分為 CPU及片內(nèi)外設(shè)備兩大部分， CPU為 16位單片機(jī)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有 [16]: (1) CPU的主要部件寄存器算術(shù)邏輯單元 RALU沒有采用常見的累加器結(jié)構(gòu)，而是寄存器 — 寄存器結(jié)構(gòu)， CPU的操作直接面向 00H01FFH的片內(nèi)寄存器空間 (其中 OOH17H共24字節(jié)為特殊功能寄存器 SFR,18H01FFH共 488字節(jié)稱為寄存器陣列 )， CPU與外設(shè)的通信均是通過各 SFR，寄存器陣列或存儲器控制器來進(jìn)行的。這種結(jié)構(gòu)消除了累加器的單一功能。在 12MHz的晶振下，一個狀態(tài)周期為 167ns。 (3) 80C196KC有多種總線的操作方式，可以 16位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用的標(biāo)準(zhǔn)總線、 8位外總線、以及在運(yùn)行過程中， 80CI%KC的總線可以動態(tài)的配置為 16位或 8位。在多機(jī)共享存儲器系統(tǒng)中， 80C196KC也具有 DMA功能，還可以出讓總線。用于滿足一些系統(tǒng)對低功耗和編程的要求。具有高速輸入輸出口 HSI/HS0， HSO具有 CAM事件鎖定功能。 (7) A/D轉(zhuǎn)換器可以用作 8位或 10位，其采樣時間和轉(zhuǎn)換時間可以編程。 表 36 80C196KC芯片的功能列表 型號 80C196KC ROM(KB) 16 寄存器 RAM/B 488 定時器 /計(jì)數(shù)器 2 A/D通道 8 I/O引腳 48 捕獲 /計(jì)較 HSIO 串行口 1 PWM 3 速度 /MHz 1620 尋址空間 /KB 64 其他主要特征 PTS 80C196KC系統(tǒng)設(shè)計(jì) (1) 時鐘電路 80C196KC需要一個時鐘源進(jìn)行操作，時鐘頻率在 612MHz之間。本系統(tǒng)采用如圖畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 37所示的晶體振蕩器電路提供時鐘源。圖中 RESET連接到復(fù)位腳 RESET，S6為復(fù)位開關(guān)按鈕。 (3) 串口通信電路設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)通過 UART0串口通信方式將采集數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，這樣便于實(shí)驗(yàn)后對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)分析。 CPU串口采用模式 1與 PC計(jì)算機(jī)通訊，波特率為 :9600B/s。 圖 39 串口通信電路圖 本章小結(jié) 本 章繼第二章在方案二的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步設(shè)計(jì)，主要完成了液壓油路的設(shè)計(jì)及硬件選型和信號處理電路設(shè)計(jì)，其中包括電控液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)、液壓泵和分配器的選擇、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 小油缸的選型、換向閥的選擇、減壓閥和溢流閥的選擇、傳感器的選擇、傳感器信號放大電路和濾波電路的設(shè)計(jì)、光電耦合器和三極管放大電路設(shè)計(jì)等內(nèi)容。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 第四章 電控液壓懸掛系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 一個控制系統(tǒng)要正常工作，僅有硬件部分是不夠的，還需要軟件部分的配合才能構(gòu)成一 個完整的控制系統(tǒng)。 主程序設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了耕深的 3種調(diào)節(jié)控制方式：位調(diào)節(jié)控制、力調(diào)節(jié)控制和力位綜合調(diào)節(jié)控制。電控液壓懸掛系統(tǒng)的主程序框圖如圖 41所示。在 80C196KC單片機(jī)中采用逐次逼近算法實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)化。首先，以滿量程參考電壓的 1/2作為測試電壓，與輸入作比較，相當(dāng)于把 10位二進(jìn)制值的 O111111111b與輸入作比較。若這一次是測試電壓低于輸入電壓，則把 SAR的第 9位置 1，再把位 8清除，作為下一個測試電壓 (01 011111llb)，與輸入再作比較，以此類推，直至作完 10次比較。 A/D結(jié)果寄存器位于 02H和 03H。結(jié)果寄存器除了存放轉(zhuǎn)化結(jié)果以外，還包括有通道號以及 A/D轉(zhuǎn)化器的狀態(tài)信息。 A/D轉(zhuǎn)化程序的啟動時間間隔是由采樣頻率設(shè)定的，當(dāng)采樣頻率到產(chǎn)生中斷進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換子程序。具體流程如圖 42所示