拖拉機(jī)液壓懸掛資料

1、電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1 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(duì)農(nóng)機(jī)具 進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)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(duì)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(duì)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)

2、 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(jiǎn)捷性，準(zhǔn)確、快速

3、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(duì)傳統(tǒng)式液壓懸掛系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)勢(shì)在必行。1.2 研究背景和研究意義1.2.1 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(guó)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(guó)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

4、裝置設(shè)計(jì)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(guó)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(guó)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(guó)市場(chǎng)，這對(duì)產(chǎn)品技術(shù)含量相對(duì)較低的國(guó)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(chǎng)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(guó)拖拉機(jī)工業(yè)所需要解決的重要問題。1.2.2 研究意義 隨著新興科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新

5、，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(duì)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(guó)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(shì)所趨， 但是當(dāng)前我國(guó)國(guó)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(duì)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(guó)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。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀對(duì)拖拉機(jī)的液壓懸掛系

6、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(chǎng)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(guó)博世 （BOSC）H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

7、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(cè)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)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(duì)牽引部分的影響，

8、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(duì)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(duì)比，得出系統(tǒng)在 優(yōu)化后對(duì) 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。1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 而在我國(guó)，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(guó)一些高等院校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)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

9、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(zhǎng)，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(guó)內(nèi)才有學(xué)者從理論上對(duì)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(yáng)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。 進(jìn)入 80 年代開始了拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)田間仿真試驗(yàn)，如基于動(dòng)態(tài)性能的分析，提出 一種拖拉機(jī)力調(diào)節(jié)系統(tǒng)建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，包括建立數(shù)學(xué)模型，分析穩(wěn)定性和動(dòng)、 靜態(tài)，求取動(dòng)力機(jī)構(gòu)的最佳匹配參數(shù)和系統(tǒng)的其它設(shè)計(jì)參數(shù) 7 ；以及定性地分析了土 壤阻力干擾對(duì)耕深的實(shí)際影響以及機(jī)組在實(shí)際

10、耕作過程中各信號(hào)之間的傳遞關(guān)系， 并建 立了田間試驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了田間仿真試驗(yàn)，論述了仿真試驗(yàn)原理和模擬加載裝置設(shè)計(jì)要 點(diǎn)等8 。從導(dǎo)致成了研究的高峰，此后不斷有新的成果出現(xiàn)。 80 年代后期為了跟上國(guó) 外先進(jìn)技術(shù)，國(guó)內(nèi)也開始了電子化自動(dòng)控制技術(shù)的研究，在原機(jī)型液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn) 行改造，增加電液控制裝置，并做了簡(jiǎn)單的試驗(yàn)工作。第三階段為電液控制系統(tǒng)的研究 開發(fā)。90 年代，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬、微計(jì)算機(jī)控制電子控制、電子 控制的蓬勃興起并應(yīng)用于拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的控制中。首先在室內(nèi)試驗(yàn)中，提出一種 新的純牽引力傳感器 9 ，而且試驗(yàn)臺(tái)的模擬加載控制和性能測(cè)試由一臺(tái)微機(jī)來完成，電動(dòng)

11、拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)對(duì)原機(jī)型的機(jī)液控制系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)價(jià)其動(dòng)態(tài)品質(zhì) 10 。接著把單片機(jī)應(yīng)用于拖拉 機(jī)農(nóng)具耕深控制中，對(duì)比了原機(jī)型的機(jī)液控制系統(tǒng)與新設(shè)計(jì)的數(shù)字式控制系統(tǒng)，而且提 出位置控制、阻力控制、耕深控制和力位綜合控制四種方式，進(jìn)行了電液控制的初步探 索。還進(jìn)行了伺服自動(dòng)控制 與計(jì)算機(jī)控制耕深的試驗(yàn)比較 11 。文獻(xiàn) 12 認(rèn)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(jìn)行了研究。文 獻(xiàn)進(jìn)一步研究了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，采用液壓控制系統(tǒng)取代拖拉機(jī)原有的液壓系統(tǒng)，運(yùn)用 MCS-51單片機(jī)控制器對(duì)拖拉機(jī)耕作作用的中的耕深進(jìn)行自動(dòng)控制， 取代傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào) 節(jié)裝置，并進(jìn)

12、行了田間試驗(yàn)。同時(shí)期一些研究者也提出了一種新的在室內(nèi)研究和評(píng)價(jià)懸 掛系統(tǒng)耕作性能的方法和建立耕作過程中土壤阻力數(shù)序模型以及阻力控制 系統(tǒng)的室內(nèi) 模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方法。從國(guó)內(nèi)電控液壓懸掛系統(tǒng)的發(fā)展中可以看出， 目前在我國(guó)國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)電控液壓懸掛 系統(tǒng)的研究還存在下面的不足： （ 1）基本上是對(duì)懸掛系統(tǒng)進(jìn)行單個(gè)研究，對(duì)拖拉機(jī)發(fā)動(dòng) 機(jī)，液壓缸，液壓系統(tǒng)，電控系統(tǒng)等的綜合控制方面研究的比較少； （2）控制對(duì)象主要 是牽引阻力和耕深，對(duì)多參數(shù)，如滑轉(zhuǎn)率、行駛速度和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的聯(lián)合控制研究的比 較少；（3）控制工具由單片機(jī)組成，還是在試驗(yàn)室試驗(yàn)階段，加上傳感器、控制總線技 術(shù)和信息顯示等各方面的影響，還沒有形

13、成產(chǎn)品化，國(guó)內(nèi)只能從國(guó)外進(jìn)口成套的系統(tǒng)使 用；（4）多在室內(nèi)仿真試驗(yàn)研究，由于還沒有應(yīng)用于實(shí)際中，因而在田間作業(yè)方面還沒 有得到有效的數(shù)據(jù)指標(biāo)。1.4 研究?jī)?nèi)容鑒于我國(guó)拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的發(fā)展水平和所面臨的實(shí)際問題， 本項(xiàng)研究擬選擇電 動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)，主要是液壓懸掛裝置及掛載農(nóng)具，作為主要研究對(duì)象。研究、 探討其在實(shí)現(xiàn)機(jī) -電 -液一體化控制方面的關(guān)鍵技術(shù)，提出一套關(guān)于電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸 掛裝置及其自動(dòng)控制機(jī) -電 - 液一體化控制系統(tǒng)的基本理論和方案，研究電動(dòng)拖拉機(jī)液 壓懸掛裝置及自動(dòng)控制， 使拖拉機(jī)作業(yè)機(jī)組能夠在復(fù)雜多變的工作條件下自動(dòng)化控制工 作，最大限度提高整個(gè)拖拉機(jī)的工作效率。

14、該研究具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和研究意義， 必將對(duì)我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益， 為我國(guó)農(nóng)業(yè)以及世界做出 巨大貢獻(xiàn)。本課題主要完成內(nèi)容有：1、電動(dòng)拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解決方案電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)2、電動(dòng)拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)控制解決方案。3、液壓元件的選擇，計(jì)算出所需的數(shù)據(jù)，合理選擇液壓元件，以達(dá)到最好的效果圖 1-1 研究流程圖1.5 本章小結(jié)本章簡(jiǎn)要介紹了課題研究背景、 研究意義以及國(guó)內(nèi)外機(jī)電液一體化技在拖拉機(jī)液壓懸掛機(jī)構(gòu)上的應(yīng)用現(xiàn)狀，最后交代了本課題研究的主要內(nèi)容和研究流程圖。電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)第二章 電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置2.1 拖拉機(jī)的液壓懸掛系統(tǒng)農(nóng)用拖拉機(jī)液壓懸

15、掛系統(tǒng)是用液壓提升和控制農(nóng)機(jī)具的整套系統(tǒng)，其功用分以下 5點(diǎn)： 1.連接和牽引農(nóng)機(jī)具， 2.操縱農(nóng)機(jī)具的升降， 3.控制農(nóng)機(jī)具的耕作深度或提升高度，4. 給拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪增重以改善拖拉機(jī)的附著性能， 5.輸出液壓能。農(nóng)用拖拉機(jī)液壓懸掛 系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)和懸掛機(jī)構(gòu)三部分組成。液壓系統(tǒng)是提升農(nóng)機(jī)具的動(dòng)力裝 置，除工作介質(zhì)（例如液壓油）外，液壓系統(tǒng)是由液壓泵、油缸、分配器等液壓元件和 附屬裝置組成。操縱機(jī)構(gòu)是用來操縱分配器的主控制閥，以控制液壓油的流動(dòng)方向，它 有手柄操縱機(jī)構(gòu)和自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)兩部分組成。懸掛機(jī)構(gòu)用于連接農(nóng)機(jī)具，傳遞液壓升降 力和拖拉機(jī)對(duì)農(nóng)機(jī)具的牽引力，并保證農(nóng)機(jī)具的正常工作位置

16、。由于液壓懸掛機(jī)組比傳 統(tǒng)牽引機(jī)組操縱方便、機(jī)動(dòng)性高，便于自動(dòng)調(diào)節(jié)耕深，因此，液壓懸掛系統(tǒng)普遍用在各 種拖拉機(jī)上。拖拉機(jī)要進(jìn)行各種作業(yè)，就必須與相應(yīng)的配套農(nóng)具可靠地連接在一起。根據(jù)配套農(nóng) 具與拖拉機(jī)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。懸掛機(jī)構(gòu)通過拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)獲得動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)農(nóng)具的上升和降落；農(nóng)具依靠懸掛機(jī) 構(gòu)與拖拉機(jī)可靠地連接在一起。因此，拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)、懸掛機(jī)構(gòu)、農(nóng)具三者構(gòu)成一 個(gè)整體，叫做“液壓懸掛系統(tǒng)”2.1.1 液壓懸掛系統(tǒng)的組成傳統(tǒng)拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)主要由 :懸掛農(nóng)具、懸掛機(jī)構(gòu)和液壓部分組成，如圖2-1所示。電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)圖 2-1 液壓懸掛系統(tǒng)示意

17、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(jī)構(gòu)連接在拖拉機(jī)上。懸掛農(nóng)具 的種類很多，目前常用的有犁、耙、播種機(jī)、收割機(jī)等。根據(jù)農(nóng)具在拖拉機(jī)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(duì)象是目前使用最廣的后懸 掛機(jī)組。(2) 懸掛機(jī)構(gòu) :它由連接農(nóng)具的一些桿件機(jī)構(gòu)所組成。 按與拖拉機(jī)機(jī)體連結(jié)點(diǎn)數(shù)的不 同，后懸掛又有兩種形式 :三點(diǎn)懸掛和兩點(diǎn)懸掛，如圖 2-2 所示。a)三點(diǎn)懸掛b)兩點(diǎn)懸掛圖 2-2 后懸掛的兩種方式三點(diǎn)懸掛：懸掛機(jī)構(gòu)以三個(gè)鉸接點(diǎn)與拖拉機(jī)機(jī)體聯(lián)結(jié)。農(nóng)機(jī)具隨拖拉機(jī)直線行駛穩(wěn) 定性好，中小功率拖拉機(jī)大多采用。兩點(diǎn)懸掛：懸掛機(jī)構(gòu)以二個(gè)鉸接點(diǎn)與拖拉機(jī)機(jī)體聯(lián)

18、結(jié)。在農(nóng)機(jī)具作業(yè)時(shí)，能較輕便電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)地矯正行駛方向，大功率拖拉機(jī)上多采用兩點(diǎn)懸掛 由于本課題研究的電動(dòng)拖拉機(jī)為中小型拖拉機(jī)，所以采用三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，保證農(nóng)具 耕作的穩(wěn)定性。(3) 液壓系統(tǒng) :它由油泵、油缸、分配器和附屬裝置組成。油泵和油缸將電動(dòng)機(jī)的動(dòng) 力轉(zhuǎn)換為液壓能為農(nóng)具提升提供所需要的力量。傳統(tǒng)液壓懸掛的主要執(zhí)行部件是分配器， 通過機(jī)械推拉杠桿裝置調(diào)節(jié)分配器位置控 制油液的流量與流向，使農(nóng)具處于不同的工作位置。2.1.2液壓懸掛系統(tǒng)類型液壓系統(tǒng)中，按油泵、分配器，油缸三個(gè)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。(1)

19、分置式液壓系統(tǒng) 油泵、油缸、分配器和油箱分別安裝在拖拉機(jī)的不同位置上，相互間用油管連接。圖 2-3 液壓系統(tǒng)類型(典型應(yīng)用有 :東方紅 802、鐵牛 55C600L)這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：液壓元件便于 專業(yè)化批量生產(chǎn)，系列化產(chǎn)品的液壓元件通用性強(qiáng)，液壓元件故障已檢查，維修方便。 它的缺點(diǎn)是 :連接管路較長(zhǎng)，易出現(xiàn)油液的泄漏 ;操縱機(jī)構(gòu)全部暴露在外面，易受損傷； 不便實(shí)現(xiàn)農(nóng)具耕深的力調(diào)節(jié)等，目前只用于少數(shù)型號(hào)較老的拖拉機(jī)上。(2) 半分置式液壓系統(tǒng)除油泵單獨(dú)布置外， 其他液壓元件(油缸、分配器)和操縱機(jī)構(gòu)組成一個(gè) “提升器”， 安裝在后橋殼上。(代表應(yīng)用有 :鐵牛 650、東風(fēng) 50)提升器通常

20、位于傳動(dòng)箱之上，駕駛 座之下，并兼作傳動(dòng)箱的蓋子。油泵單獨(dú)安裝在一個(gè)適宜的地方，由拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出 軸驅(qū)動(dòng)。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，油路較短，液壓元件與操縱機(jī)構(gòu)全部密封在 殼體內(nèi)，因而工作較為可靠；易于實(shí)現(xiàn)農(nóng)具的力， 位耕深調(diào)節(jié)。 它的缺點(diǎn)是 :個(gè)別液壓元電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)件的故障檢查不夠方便。這種液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于中、小型拖拉機(jī)上。(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(jī)后橋殼體內(nèi)， 形成一個(gè)整體。 豐收 35、上海 50等拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)即屬此種。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 :可采用力、 位及高度調(diào)節(jié)法控制耕深，工作較可靠。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，

21、因而在拖拉機(jī)的布 置上受到一定限制，拆裝檢查也相對(duì)麻煩，因而使用不廣。分置式液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維修，但不可靠，整體式液壓系統(tǒng)可靠，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 維修困難，最后折中考慮選擇半分置式液壓系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究。2.2 電液懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 設(shè)計(jì)方案的提出懸掛系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)是控制農(nóng)具提升的裝置，是懸掛裝置中的動(dòng)力部分，它一 般由液壓泵、提升器、液壓缸及其他一些閥類和輔助裝置組成。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓懸掛系 統(tǒng)的多種調(diào)節(jié)方式，液壓懸掛系統(tǒng)全都采用電液懸掛控制方式。方案一：原拖拉機(jī)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(gè) 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

22、相連，這樣 安裝既節(jié)省了空間，又減小了油道的長(zhǎng)度。因此，為了盡量采用原拖拉機(jī)的液壓元件， 例如液壓泵、液壓缸、濾油器、油管等。我們提出采用電液比例方向閥、電磁溢流閥、 單向節(jié)流閥、壓力傳感器等，代替原拖拉機(jī)的分配器，如圖 2-4，2-5 所示。電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)圖2-4 電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 a圖2-5 電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 b電控液壓懸掛系統(tǒng)由液壓懸掛系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)與處理系統(tǒng)組成。工作中，當(dāng)電液比例換向閥左端電磁鐵通電時(shí)， 液壓泵輸出的高壓油經(jīng)過電液比例方向閥，- 10 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)再經(jīng)過單向節(jié)流閥的單向閥進(jìn)入液壓缸的無桿腔，使農(nóng)機(jī)具提升；當(dāng)電液比例

23、換向閥右 端電磁鐵通電時(shí)，同時(shí)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)。而在農(nóng)機(jī)具自重作用下，液壓缸無桿腔的液體被 排出，使農(nóng)機(jī)具下降， 被排出的液體經(jīng)單向節(jié)流閥、 單向閥和電液比例方向閥流回油箱。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(jī)的分配器，由于液壓 懸掛系統(tǒng)控制農(nóng)機(jī)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(dòng) 位置來完成的，因此，為了為了盡量采用原拖拉機(jī)的液壓元件，例如液壓泵、液壓缸、 濾油器、油管包括原拖拉機(jī)的分配器。我們提出用簡(jiǎn)單的三位四通電磁換向閥組成的液 壓油路控制一小油缸的方案， 通過小油缸活塞桿

24、與主控制閥的固接及移動(dòng)來控制分配器 主控制閥的移動(dòng)位置，近而達(dá)到設(shè)計(jì)目的，控制農(nóng)機(jī)具的提升、中立、下降過程。如圖 2-6 所示。圖2-6 電控液壓懸掛系統(tǒng)原理圖 c- 11 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)1溢流閥 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 方案二中電控液壓懸掛系統(tǒng)也包括液壓懸掛系統(tǒng)、 自動(dòng)控制系統(tǒng)和信號(hào)檢測(cè)與處理 系統(tǒng)。液壓懸掛系統(tǒng)：由原液壓懸掛系統(tǒng)的油泵、分配器、液壓

25、缸、提升臂、上拉桿和下 拉桿等組成。主要完成液壓油路的控制，以完成農(nóng)具的提升、中立、下降過程。自動(dòng)控制系統(tǒng)：由電磁換向閥、減壓閥、小油缸、溢流閥和各種傳感器等組成。主 要完成控制信號(hào)的輸入，并由三位四通電磁換向閥來控制小油缸活塞桿行程，完成分配 器主閥移動(dòng)位置的控制。信號(hào)檢測(cè)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)具提升高度和提升軸旋轉(zhuǎn)角度的信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處 理。工作中，操作控制面板上的調(diào)節(jié)旋鈕，電信號(hào)輸入控制電路使電磁閥換向，改變小 油缸中的液壓流向，使小油缸位移，推動(dòng)主閥移動(dòng)，農(nóng)具提升（下降） 。主閥的位移量 則由位

26、移傳感器檢測(cè)并控制。隨著農(nóng)具提升 （下降 ）高度的變化，提升器軸轉(zhuǎn)角傳感器測(cè) 得電信號(hào)不斷變化，當(dāng)轉(zhuǎn)角信號(hào) （提升高度 ）到達(dá)操縱信號(hào)預(yù)定值時(shí)， CPU 發(fā)出信號(hào)，操 縱電磁閥動(dòng)作，小油缸位移，主閥移動(dòng)使農(nóng)具處于中立狀態(tài)。- 12 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)圖2-7 力、位調(diào)節(jié)的信號(hào)傳遞路線方框圖農(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。該變化經(jīng) 上拉桿反應(yīng)在彈簧總成上，并通過彈簧桿作用在壓力傳感器上。壓力傳感器測(cè)得其壓力 信號(hào)與預(yù)置參數(shù)相比較，當(dāng)達(dá)到預(yù)值時(shí)，控制系統(tǒng)使電磁閥動(dòng)作，改變油路，使小油缸 帶動(dòng)主閥移動(dòng)，改變分配器油路，使液壓懸掛系統(tǒng)對(duì)農(nóng)具進(jìn)行相應(yīng)的提升或下降

27、。力、 位調(diào)節(jié)過程的信號(hào)傳遞路線如圖 2-7 所示。2.2.2 分配器詳解分配器如圖 2-8 所示圖 2-8- 13 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)1.回油閥彈簧 2.回油閥大頭 3.回油閥小頭 4.回油閥套5.O 型密封圈 6.單向閥螺塞7.鋼球 8.單向閥彈簧9.單向閥彈簧座10、 11.O 型密封圈 12.下降速度調(diào)節(jié)閥13.滾珠總成14.墊片 15.主控制閥彈簧16.閥門前蓋 17.回油閥前堵塞 18.O 型密封圈 19.分配器殼體 20.主控制閥套 21.回油閥后堵塞 22.主控制閥 23.限位板1.提升位置 力位調(diào)節(jié)杠桿控制端離開控制閥，由回位彈簧將其推至最后位置。第二道密封帶將 通

28、往回油閥背腔油孔打開，使背部油腔與主控制閥的進(jìn)油孔相通，在油壓與彈簧的共同 作用下，回油閥右移，關(guān)閉回油道，主控制閥的第三密封帶封閉了油缸排油道。油泵來 的高壓油頂開單向閥進(jìn)入油缸這時(shí)農(nóng)具開始提升。如圖 2-9 所示。圖 2-9 分配器提升位置1.油缸 2.下降速度調(diào)節(jié) 3.分配器殼體 4.油泵 5.主控制閥 6.回油閥 7.安全閥 8.單向閥- 14 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)2.中立位置主控制閥自最大伸出位置被操縱桿向里壓入 5mm,第二密封帶將回油閥背腔油孔稍 微打開，使背油液通過主控制閥端部的中心孔流回傳動(dòng)箱。在前端油壓的作用下，回油 閥壓縮彈簧左移，打開回油孔，從油泵來的高壓油經(jīng)回

29、油孔流回油箱。此時(shí)，第三密封 帶仍然封閉著油缸排油道，單向閥在彈簧作用下，處于關(guān)閉。如圖 2-10 所示。圖 2-10 分配器中立位置1.油缸 2.下降速度調(diào)節(jié) 3.分配器殼體 4.油泵 5.主控制閥 6.回油閥 7.安全閥 8.單向閥3.下降位置主控制閥被 操縱 杠桿向里壓入到極限，第二密封帶將加壓油閥背腔油孔完全 打 開 ，回油孔仍被 打開，從油泵來的油經(jīng)回油孔流流回油箱，第三密封帶已將油缸排油 道 打開，油缸里的油液也經(jīng)回油孔流流回油箱， 農(nóng)具在自重的作用下下降， 下降速度 可 通過下降速度調(diào)節(jié)閥來控制。當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)閥的手輪時(shí)，則擰入螺紋桿，可以把閥體頂- 15 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置

30、設(shè)計(jì)入油缸排油紀(jì)道 ，油道 被堵小，農(nóng)具下降減慢，反之，退出螺紋桿，閥體在油壓作 用下隨之向外退出 ，回油道 暢通，農(nóng)具下降加快。如圖 2-11 所示圖 2-11 分配器下降位置1.油缸 2.下降速度調(diào)節(jié) 3.分配器殼體 4.油泵 5.主控制閥 6.回油閥 7.安全閥 8.單向閥2.2.3 設(shè)計(jì)方案的確定 方案一是針對(duì)改進(jìn)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(jìn) 而實(shí)現(xiàn)電液控制的自動(dòng)控制。 方案二用小油缸控制分配器的主控制閥， 簡(jiǎn)單方便，輕巧， 并不會(huì)有太大的能量損失。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(gè)方案各有優(yōu)劣，最終選擇方案二作進(jìn)一步的設(shè)計(jì)研究。2.3

31、 本章小結(jié)本章主要講述了傳統(tǒng)拖拉機(jī)的液壓懸掛系統(tǒng)，并簡(jiǎn)述了液壓懸掛系統(tǒng)的組成及類型，針對(duì)電動(dòng)拖拉機(jī)的半分置式液壓懸掛系統(tǒng)，進(jìn)行分析提出了兩套自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)- 16 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)計(jì)方案。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，綜合考慮后并最終確定方 案二做下一步的設(shè)計(jì)工作。- 17 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)第三章 懸掛裝置的受力分析與計(jì)算3.1 連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算連桿機(jī)構(gòu)的受力簡(jiǎn)圖如圖 3-1 所示，F(xiàn)1 為提升臂沿豎直方向上的受力， F2 為掛載 農(nóng)具所受的重力， F3為柱塞缸的受力， C為 F1與 F2的夾角， B為下拉桿與水平線 的夾角。根據(jù)力矩公式 :F1L1=F

32、2L2其中 L1=400sin AL2=250cos BF1=F 2L2L14000 * 250 cosB400 * sinAF3=F1cosC由式子可以看出 F3 隨角度的變化而變化， F3的變化曲線如圖 3-2 所示- 18 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)圖 3-2 提升力的曲線圖由圖知提升力 F1 的最大值 Fmax 9330N- 19 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)3.2 液壓缸的受力分析與計(jì)算圖 3-3 柱塞缸簡(jiǎn)圖液壓缸簡(jiǎn)圖如圖 3-3 所示，它為提升臂提供提升力，從而來控制掛載農(nóng)具的升降。 柱塞缸的主要參數(shù)如下：缸內(nèi)徑 D1=35mm缸外徑 D2=60mm壁厚=25mm活塞桿直徑 d=

33、30mm缸體材料的抗拉強(qiáng)度 b =120MPa- 20 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)缸筒材料的許用應(yīng)力 =b /n，n 為安全系數(shù)，一般去 n=5，所以=24MPa活塞桿最大受力：F1F3= =10280N cosC缸筒內(nèi)的最大油壓油壓：4Fpmaxma2x 14.6MPamax d 23.3 液壓缸的強(qiáng)度校核3.3.1 液壓缸額定壓力值的校核液壓缸的額定壓力值 pn 應(yīng)低于一定的極限值，從而保證工作安全，根據(jù)式子：22 pn 0.35 (b D 2 D1 ) (MPa)D2算得： pn 27.7MPa3.3.2 活塞桿直徑校核由15P60(4-19)得活塞桿直徑 d 校核公式：4F算得 d

34、22.9mm而活塞桿直徑 d=30mm22.9mm 滿足要求3.3.3 缸筒壁厚的校核由15P60(4-18)得壁厚 校核公式： 10.34pp 1 算得 19.8mm而壁厚 =25mm 滿足要求3.4 本章小結(jié)先對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析計(jì)算最后倒推出液壓回路所需油壓， 為后面液壓元件進(jìn)行選型做鋪墊，選好液壓泵后對(duì)液壓缸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)完全滿足要求，確定液壓- 21 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)缸的尺寸，無需進(jìn)行修改- 22 -電動(dòng)拖拉機(jī)液壓懸掛裝置設(shè)計(jì)第四章 液壓硬件選型4.1 小油缸的選型電控液壓系統(tǒng)中用小油缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)來控制分配器中的主控制閥，以實(shí)現(xiàn)液壓懸 掛系統(tǒng)中的油路換向，進(jìn)行農(nóng)

35、具的相關(guān)操作。分配器內(nèi)的彈簧對(duì)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。在提升器中，小油缸的安裝空間為寬 80 mm，高 150 mm，長(zhǎng) 200 mm，由此可初 步確定小油缸的最大外徑不能超過 80 mm。查13 P20-282 表 20-6-2，不妨令液壓缸的 內(nèi)徑為 50 mm，即 D=50 mm。又查14 P115 表4-4，由于液壓缸的工作壓力小于 10 MPa， 于是選往復(fù)運(yùn)動(dòng)比 =1.33，則由14 P114 式 4.24得活塞桿徑：dD-1 50 11.3.333-1 24.906mm查 14 P20-282 表 20-6-2，取 d=25 mm。下面確定小油缸的工作壓力 P，由于所采用的推動(dòng)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：P 2 3D 2 (50 10 3)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。查13 P20-282 表 20-6-2 活塞行程系列，取活塞的最大行程為 l 40mm又活塞長(zhǎng)度： B 0.8D 0.8