電子控制技術(shù)在拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的研究

路少中

摘 要：電子控制技術(shù)的出現(xiàn)不僅帶動了農(nóng)業(yè)發(fā)展，同時(shí)也對農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了較高的要求，即：作業(yè)效率高、質(zhì)量好、燃油消耗低。電子控制技術(shù)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用，使得現(xiàn)代拖拉機(jī)走向機(jī)電液一體化的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。電氣化、控制智能化的液壓懸掛系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代大馬力拖拉機(jī)必備的配置。本文就電子控制技術(shù)在拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的研究進(jìn)行簡要分析。

關(guān)鍵詞：電子控制技術(shù)；拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)；研究分析

中圖分類號：S219.032.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180432075

我國是農(nóng)業(yè)大國，機(jī)械化已成為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的標(biāo)志，而拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要組成部分，與各種農(nóng)機(jī)具匹配使用，組合成作業(yè)機(jī)組，完成田地耕種或?qū)崿F(xiàn)園林修剪等功能。而信息技術(shù)的出現(xiàn)，使機(jī)電液一體化得到了重視并廣泛應(yīng)用于拖拉機(jī)中，效果顯著。為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)具和拖拉機(jī)之間組合成作業(yè)機(jī)組，并且能夠利用農(nóng)機(jī)具升降以及翻轉(zhuǎn)等運(yùn)動實(shí)現(xiàn)不同功能的需求，必須有一套安全可靠的機(jī)電液一體化的系統(tǒng)作為橋梁。在拖拉機(jī)系統(tǒng)中，用于升降農(nóng)機(jī)具的設(shè)備叫做懸掛系統(tǒng)（其各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能和使用說明及注意事項(xiàng)在此不加詳述，有研究需要的讀者可以通過查閱《雷沃P5系列輪式拖拉機(jī)產(chǎn)品技術(shù)手冊》 獲得），拖拉機(jī)通過后部的三點(diǎn)懸掛掛接不同農(nóng)機(jī)具，不僅可以牽引農(nóng)機(jī)具作業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和園林等各種需求，又推動了各種機(jī)具的發(fā)展。

1 懸掛系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)與力學(xué)分析

1.1 懸掛機(jī)構(gòu)力學(xué)研究

下拉桿順著桿的方向受力和提升臂轉(zhuǎn)角關(guān)系。拖拉機(jī)運(yùn)行時(shí)農(nóng)機(jī)具由于土壤阻力影響，力傳至2個(gè)下拉桿與上拉桿。拖拉機(jī)掛接的農(nóng)機(jī)具以四鏵犁為例：假設(shè)農(nóng)機(jī)具質(zhì)量為500kg，犁耕地寬為340mm。因?yàn)榫唧w土壤比阻為隨機(jī)變化參數(shù)，現(xiàn)階段選擇土壤比阻平均參數(shù)6N/cm2。具體阻力控制過程中，設(shè)置的參數(shù)可以按照土壤比阻平均參數(shù)選擇。模型內(nèi)用力模塊加載于農(nóng)機(jī)具中，水平與垂直方向的力根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算，設(shè)置阻力和水平面夾角為12°。仿真計(jì)算過程中把外提升臂轉(zhuǎn)角由12～36°間隔2°取點(diǎn)并記錄下拉桿順著桿的方向受力參數(shù)。把數(shù)據(jù)錄入EXCEL研究拉桿受力和外提升臂轉(zhuǎn)角關(guān)系。

1.2 液壓系統(tǒng)動態(tài)特點(diǎn)

在控制面板中調(diào)節(jié)旋鈕能夠控制系統(tǒng)的壓力沖擊，特別是提高停止與下降終止時(shí)間油缸出現(xiàn)的壓力振蕩。在符合有關(guān)田間作業(yè)時(shí)間要求下，農(nóng)機(jī)具的升降速度應(yīng)緩慢進(jìn)行進(jìn)而保護(hù)系統(tǒng)壽命、提升駕駛舒適度。

2 電液懸掛系統(tǒng)控制方法

2.1 懸掛系統(tǒng)控制機(jī)理

想要實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)懸掛農(nóng)機(jī)具達(dá)到預(yù)期的耕深并實(shí)現(xiàn)自動控制，需要結(jié)合作業(yè)要求制定有效的控制方法。拖拉機(jī)在耕地過程中要求達(dá)到的效果為耕深勻稱、發(fā)動機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定、燃油經(jīng)濟(jì)效果良好。拖拉機(jī)在淺耕作業(yè)過程中，對于耕深均勻性提出的要求比較嚴(yán)格。對此，還需要通過位置控制進(jìn)而確保農(nóng)機(jī)具和地面之間保持在適宜并相對安全的位置，以免損壞農(nóng)機(jī)具。

想要提升拖拉機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)效益，還應(yīng)做好驅(qū)動輪控制。其中，經(jīng)濟(jì)效益指的是發(fā)動機(jī)功率盡量用于牽引拖拉機(jī)運(yùn)行中，即拖拉機(jī)的牽引率盡量高。結(jié)合牽引效果和滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系，有效的滑轉(zhuǎn)率參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)的牽引效率達(dá)到最佳，一般只需采取最高牽引效率的0.9～0.95即可。不過，不同地區(qū)甚至不同的輪胎最高滑轉(zhuǎn)率參數(shù)差異性明顯，參照輪式拖拉機(jī)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)所確定的允許的滑轉(zhuǎn)率參數(shù)為：旱田茬地20%，水田茬地25%。

2.2 電液懸掛系統(tǒng)控制方法

位置控制。位置控制為耕深控制，也就是需要確保農(nóng)機(jī)具在耕地時(shí)相對土地表面距離不變。當(dāng)控制系統(tǒng)因?yàn)楦铍y以進(jìn)行檢測時(shí)，可以結(jié)合提升臂轉(zhuǎn)角和耕深近乎線性關(guān)系，在外提升臂轉(zhuǎn)軸位置安裝角度傳感器，傳感器信號傳送到控制器內(nèi)。控制器結(jié)合反饋角度信號與控制面板設(shè)置的提升臂轉(zhuǎn)角參數(shù)偏差視為PID控制算法的輸入量，得出控制量并調(diào)整比重轉(zhuǎn)向閥，進(jìn)而校正提升臂的轉(zhuǎn)角和設(shè)置參數(shù)相同。

阻力控制。阻力控制中的反饋信號不僅為下拉桿順著桿方向受力，也能夠使上拉桿順著桿的方向受力，通常選擇下拉桿拉力作為反饋信號。把牽引力傳感器安裝于下拉桿和機(jī)體鉸鏈位置，控制器接收信號，反饋參數(shù)和內(nèi)置參數(shù)對比得出偏差。控制算法得出控制量校正下拉桿受力，確保受力穩(wěn)定。拉力設(shè)置參數(shù)結(jié)合下拉桿拉力和提升臂轉(zhuǎn)角關(guān)系確定。

3 結(jié)語

在今后的發(fā)展中，電控液壓懸掛系統(tǒng)有待進(jìn)一步深入研究，我國在相關(guān)方面處于起步階段，與發(fā)達(dá)國家尚存在一定距離。對此，還需要研發(fā)人員加大研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的電控化。

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