本發(fā)明涉及一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
：拖拉機通常通過液壓懸掛裝置掛接懸掛犁具進行田間作業(yè)或者通過牽引架牽引犁具進行田間犁耕作業(yè)。為了提高拖拉機作業(yè)機組的作業(yè)效率和降低發(fā)動機負荷的變化，常采用阻力調(diào)節(jié)方式，以犁具作業(yè)的阻力負荷為信號對犁具耕深進行調(diào)節(jié)。目前中馬力，大馬力拖拉機有多種耕深調(diào)節(jié)方式，如：位置控制，阻力控制，位置-阻力綜合控制能。其中，為了增加拖拉機機組作業(yè)效率，防止耕作土壤阻力土壤增加導致發(fā)動機超負荷運轉(zhuǎn)，使得發(fā)動機負荷穩(wěn)定，經(jīng)常用阻力調(diào)節(jié)方式。傳統(tǒng)的阻力調(diào)節(jié)是通過測量出犁具耕作阻力大小，依據(jù)耕作阻力對犁具耕深進行調(diào)節(jié)的。當阻力負荷大于設(shè)定阻力時，減小犁具耕作深度，減小耕作阻力，從而降低拖拉機的牽引負荷，使得拖拉機發(fā)動機負荷不至于過載；當阻力負荷小于設(shè)定阻力時，增加作業(yè)深度，增加耕作阻力，保持拖拉機牽引負荷的穩(wěn)定性。阻力負荷?？赏ㄟ^阻力傳感器檢測出，傳統(tǒng)的機械式阻力調(diào)節(jié)裝置中，用彈性銷軸鉸接懸掛機構(gòu)的下拉桿，彈性銷軸的受力變形反映了犁具的耕作阻力的大小，彈性銷的位移同時通過機械機構(gòu)控制液壓控制閥閥芯，當阻力大時，通過液壓控制閥提升犁具，減小耕作深度；當耕作阻力小時，通過液壓控制閥下降犁具位置，增加耕作阻力。電控耕深調(diào)節(jié)是通過測力銷測出耕作阻力，通過電子控制單元控制算法控制液壓系統(tǒng)的液壓閥和提升油缸，從而控制犁具耕作深度，同樣地，當犁具耕作阻力超過電控單元設(shè)置的阻力設(shè)定值時，通過電控單元控制提升油缸，提升農(nóng)具，減小農(nóng)具的耕作深度，當農(nóng)具耕作阻力小于阻力設(shè)定值時，電控單元通過液壓系統(tǒng)控制農(nóng)具增加耕深，保持拖拉機的牽引負荷穩(wěn)定在設(shè)定值。本發(fā)明提出一種根據(jù)驅(qū)動輪負荷對拖拉機機組耕作深度的進行電控調(diào)節(jié)的裝置和調(diào)節(jié)方法，可用于拖拉機犁耕機組的耕深調(diào)節(jié)中。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明基于驅(qū)動輪負荷包含驅(qū)動輪的牽引阻力和驅(qū)動輪自身滾動阻力，因此，驅(qū)動輪的負荷更能表達發(fā)動機負荷的大小，因此，本發(fā)明提出驅(qū)動輪負荷的耕深電控調(diào)節(jié)是依據(jù)驅(qū)動輪驅(qū)動力矩的大小對犁具耕作深度進行調(diào)節(jié)，用于拖拉機犁耕機組的耕深調(diào)節(jié)中。本發(fā)明的驅(qū)動輪負荷的耕深電控調(diào)節(jié)原理是通過壓力傳感器檢測行星減速機構(gòu)中齒圈對驅(qū)動橋殼的作用力信號，由電控單元采集檢測出齒圈作用力信號，根據(jù)行星減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸和壓力傳感器安裝尺寸計算出驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩，實現(xiàn)對驅(qū)動力矩的檢測；拖拉機駕駛員根據(jù)車輪與耕作田地的附著工況在電控單元上設(shè)定驅(qū)動力矩上限值，同時電控單元計算出設(shè)定驅(qū)動力矩的下限值；電控單元將檢測的驅(qū)動力矩與驅(qū)動力矩設(shè)定上限值和下限值對比，通過控制液壓系統(tǒng)的液壓油缸調(diào)節(jié)犁具的耕作深度參數(shù)，當檢測的驅(qū)動輪力矩大于設(shè)定上限值時，通過油缸提升犁具，減小耕深，減小驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩，從而減小發(fā)動機的負荷；當驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩小于設(shè)定下限值時，通過油缸下降犁具，增加耕深，增加驅(qū)動輪的驅(qū)動力矩，實現(xiàn)將拖拉機在犁耕作業(yè)中驅(qū)動輪力矩保持在驅(qū)動輪力矩設(shè)定上限值和下限值范圍內(nèi)，從而保持拖拉機發(fā)動機負荷的穩(wěn)定性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的。一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法，包括驅(qū)動橋半軸、驅(qū)動橋殼體、太陽輪齒輪、行星齒輪、齒圈、壓力傳感器、行星架、驅(qū)動輪軸、齒圈凸緣、軸銷、驅(qū)動橋殼凹槽、驅(qū)動橋殼體、壓力傳感器、電控單元、液壓泵、電磁換向閥、液壓油缸。所述拖拉機驅(qū)動橋半軸與太陽輪齒輪通過花鍵連接，太陽輪齒輪與行星齒輪一側(cè)外嚙合，行星齒輪通過軸銷固定在行星架上，行星架通過花鍵與驅(qū)動輪軸聯(lián)接，行星齒輪可繞銷軸轉(zhuǎn)動，行星齒輪另一側(cè)與齒圈內(nèi)嚙合，齒圈上的凸緣安裝在驅(qū)動橋殼體上的凹槽內(nèi)，在凸緣兩側(cè)和凹槽面之間各安裝一個壓力傳感器；拖拉機駕駛員事先根據(jù)驅(qū)動輪和耕作田地附著工況在電控單元上設(shè)定驅(qū)動力矩的上限值，但驅(qū)動力矩設(shè)定上限值不大于拖拉機驅(qū)動輪的最大驅(qū)動力矩，電控單元按給出計算方法獲得驅(qū)動力矩的設(shè)定下限值。耕作中，電控單元采集壓力傳感器的信號，并根據(jù)行星減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和壓力傳感器位置尺寸計算出驅(qū)動輪軸的力矩，將計算出的驅(qū)動力矩與電控單元的驅(qū)動力矩設(shè)定上限值和下限值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果，電控單元向液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥發(fā)出控制信號，控制液壓油缸的升降，調(diào)節(jié)犁具的耕深，保持耕作阻力的穩(wěn)定性，實現(xiàn)將拖拉機在犁耕作業(yè)中驅(qū)動輪力矩保持在驅(qū)動輪力矩設(shè)定上限值和下限值范圍內(nèi)，從而保持了拖拉機發(fā)動機負荷的穩(wěn)定性。本發(fā)明所述技術(shù)方案的有益效果：1、拖拉機的驅(qū)動輪驅(qū)動力矩能準確的反映出拖拉機牽引負荷，增加了犁具耕深調(diào)節(jié)的準確性。2、由于驅(qū)動輪的動力來自發(fā)動機，因此，驅(qū)動輪力矩信號能快速反映發(fā)動機負荷變化，因此，對犁具耕深的調(diào)節(jié)響應時間短，控制迅速。附圖說明圖1基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置原理示意圖。圖2是基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置的a向示意圖。圖3應用案例中驅(qū)動力矩測量裝置在拖拉機驅(qū)動橋中的安裝圖。圖4基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置在懸掛犁耕作中應用案例示意圖。圖5基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置在牽引犁耕作中應用案例示意圖。附圖標記說明如下：1-驅(qū)動橋半軸2-驅(qū)動橋殼體3-太陽輪齒輪4-行星齒輪5-齒圈6-壓力傳感器ⅰ7-行星架8-驅(qū)動輪軸9-齒圈凸緣10-凹槽11-壓力傳感器ⅱ12-電控單元13-軸銷14-驅(qū)動輪15-液壓油缸16-液壓泵17-電磁換向閥18-下拉桿19-提升臂20-提升桿21-上拉桿22-懸掛犁23-限位輪24-牽引桿25-限位輪搖臂26-牽引犁架27-主動小錐齒輪28-差速器29-半軸齒輪30-從動大椎齒輪。具體實施方式下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。1)一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)與聯(lián)接：圖1和圖2是基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置原理示意圖，如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括驅(qū)動橋半軸1、驅(qū)動橋殼體2、太陽輪齒輪3、行星齒輪4、齒圈5、壓力傳感器6、行星架7、驅(qū)動輪軸8、齒圈凸緣9、驅(qū)動橋殼凹槽10、壓力傳感器11，電控單元12，軸銷13，驅(qū)動輪14，液壓油缸15，液壓泵16，電磁換向閥17。具體的連接如圖1、圖2所示，來自拖拉機驅(qū)動橋差速器的動力專遞給驅(qū)動橋半軸1，驅(qū)動橋半軸1與太陽輪齒輪3通過花鍵連接，太陽齒輪3與行星齒輪4外嚙合，行星齒輪4與齒圈5內(nèi)嚙合，行星架7通過軸銷13與行星齒輪4連接，行星齒輪4可在銷軸13上轉(zhuǎn)動，行星架7與驅(qū)動輪軸8通過花鍵聯(lián)接，這樣，作為動力輸出軸的驅(qū)動橋半軸1、太陽齒輪3、行星齒輪4、齒圈5，行星架7和驅(qū)動輪軸8組成一個行星減速裝置，驅(qū)動橋半軸1是行星減速裝置的動力輸入端，驅(qū)動輪軸8是行星減速裝置的動力輸出端，將齒圈5安裝在驅(qū)動橋殼體2中，通過齒圈凸緣9和驅(qū)動橋殼體2上的凹槽10配合安裝，在凸緣9兩側(cè)和驅(qū)動橋殼凹槽10側(cè)面之間各安裝壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11，驅(qū)動橋殼體2上的凹槽10通過壓力傳感器壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11限定齒圈5的轉(zhuǎn)動自由度；電控單元12采集壓力傳感器壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11的力信號，并且通過計算方法獲得驅(qū)動輪軸8的輸出驅(qū)動力矩值，驅(qū)動輪軸8與驅(qū)動輪14通過花鍵聯(lián)接；因此，驅(qū)動輪軸8的驅(qū)動力矩就是驅(qū)動輪14的驅(qū)動力矩；電控單元12通過控制信號控制電磁換向閥17上的電磁鐵1dt和2dt的得電或失電，液壓泵16與電磁換向閥17通過液壓管路聯(lián)接，電磁換向閥17通過液壓管路與液壓油缸15聯(lián)接。2)一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置的工作原理及調(diào)節(jié)方法：如圖1、圖2所示，來自拖拉機驅(qū)動橋差速器的動力專遞給驅(qū)動橋半軸1，驅(qū)動橋半軸1、太陽輪齒輪3、行星齒輪4、齒圈5、行星架7和驅(qū)動輪軸8組成一個行星減速裝置，驅(qū)動輪軸8與驅(qū)動輪14通過花鍵聯(lián)接，這就將動力傳遞給驅(qū)動輪14。由于驅(qū)動橋殼體2上的凹槽10通過壓力傳感器ⅰ(6)和壓力傳感器ⅱ(11)限制了齒圈5上的凸緣9的位移，因此齒圈5的轉(zhuǎn)動自由度被安裝在驅(qū)動橋殼體2凹槽內(nèi)的壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11限制，設(shè)驅(qū)動橋半軸1的輸入轉(zhuǎn)矩為t1，行星架7和驅(qū)動輪軸(8)的輸出轉(zhuǎn)矩為t2，齒圈的轉(zhuǎn)矩t3，太陽輪齒輪齒數(shù)為z1，行星齒輪齒數(shù)為z2，齒圈齒數(shù)為z3，各齒輪模數(shù)都為m，t1、t2,t3的關(guān)系為：壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11的安裝位置距離太陽輪齒輪3的中心為l，壓力傳感器ⅰ6的力信號為f1，壓力傳感器ⅱ11力信號為f2；此時齒圈5承受轉(zhuǎn)矩t3可通過壓力傳感器ⅰ6壓力信號f1和壓力傳感器ⅱ11力信號f2計算出：t3＝(f1+f2)·l；(3)由式(2)，(3)整理得到：由上式(1)和式(4)，驅(qū)動橋半軸1的輸入轉(zhuǎn)矩為t1可通過t2表示，電控單元12采集壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11的力信號可計算出t2；然后電控單元12根據(jù)t2與驅(qū)動力矩設(shè)定上限值、下限值進行比較，然后對電磁換向閥17進行控制，由液壓泵16通過電磁換向閥17驅(qū)動液壓油缸15，使得液壓油缸伸長、暫停和縮短。具體控制規(guī)則如表1所示，表中tmax表示驅(qū)動力矩設(shè)定上限值，驅(qū)動力矩設(shè)定下限值tmin＝0.9×tmax，驅(qū)動力矩設(shè)定上限值tmax由駕駛員根據(jù)驅(qū)動輪與耕作田地的附著工況在電控單元12上設(shè)定，但驅(qū)動力矩的設(shè)定tmax不大于單個驅(qū)動輪的最大驅(qū)動力矩(單個驅(qū)動輪的最大驅(qū)動力矩可在gb/t3871.9標準規(guī)定條件下通過轉(zhuǎn)鼓試驗臺架測得)，1dt和2dt表示電磁換向閥17中左右電磁鐵，見圖1、圖2所示。表1液壓油缸控制規(guī)則根據(jù)液壓油缸的控制規(guī)則，電控單元由驅(qū)動輪驅(qū)動力矩t2與驅(qū)動力矩設(shè)定值比較控制液壓油缸15的動作，在應用中，液壓油缸15為調(diào)節(jié)犁具耕深的執(zhí)行元件，對犁具進行耕深調(diào)節(jié)，使得驅(qū)動輪負荷在設(shè)定上限值和下限值的范圍內(nèi)，保持耕作阻力和驅(qū)動輪力矩的穩(wěn)定性，保持拖拉機發(fā)動機工作負荷的穩(wěn)定。應用案例案例1本發(fā)明所述一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深電控調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法在懸掛犁機組中的應用案例應用中，首先將驅(qū)動輪驅(qū)動力矩的測量裝置裝入拖拉機的驅(qū)動橋中，如圖3是驅(qū)動力矩測量裝置在拖拉機驅(qū)動橋中的安裝示意圖，工作時，主動小錐齒輪27將拖拉機傳動箱的動力傳遞給從動大錐齒輪30，從動大椎齒輪30驅(qū)動差速器28轉(zhuǎn)動，差速器28又驅(qū)動半軸齒輪29轉(zhuǎn)動，半軸齒輪29將動力傳遞給驅(qū)動橋半軸1，通過由太陽輪齒輪3、行星齒輪4、齒圈5，軸銷13，行星架7和驅(qū)動輪軸8組成的行星減速機構(gòu)將動力傳遞給驅(qū)動輪14，實現(xiàn)驅(qū)動輪14轉(zhuǎn)動和在地面行走。安裝在齒圈5和驅(qū)動橋殼體2之間壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11輸出力信號f1和f2。其次，如圖4所示，電控單元12采集壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11的力信號，根據(jù)圖3中太陽輪齒輪3的齒數(shù)，行星齒輪4的齒數(shù)、齒圈5的齒數(shù)、壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11安裝的位置尺寸計算出驅(qū)動輪14的驅(qū)動力矩t2。如圖4所示，拖拉機掛接懸掛犁進行耕作。拖拉機通過三點懸掛裝置掛接懸掛犁22，三點懸掛裝置由由上拉桿21、下拉桿18，提升桿20，提升臂19組成，該三點懸掛裝置的聯(lián)接方式和尺寸符合《農(nóng)業(yè)輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置gb/t1593.1-2015》標準，懸掛犁22的掛節(jié)點與下拉桿18(下拉桿分左下拉桿、右下拉桿)、上拉桿21末端懸掛點掛接。液壓泵16由拖拉機發(fā)動機驅(qū)動運轉(zhuǎn)，液壓油缸15聯(lián)接在提升臂19和拖拉機機體之間，聯(lián)接方式為球副鉸接；耕作中，當液壓油缸伸長時，懸掛犁上升，耕深減小，耕作阻力減?。划斠簤焊卓s短時，懸掛犁下降，耕深增加，耕作阻力增加。事先經(jīng)測試該型號拖拉機的單個驅(qū)動輪最大驅(qū)動力矩為3000nm，驅(qū)動輪與耕作田地附著性能良好，駕駛員耕作前通過電控單元12設(shè)置驅(qū)動力矩設(shè)定上限值為3000nm，電控單元12內(nèi)的程序計算出驅(qū)動力矩下限值為3000nm×0.9＝2700nm；耕作中，電控單元12將驅(qū)動輪14的驅(qū)動力矩計算值與驅(qū)動力矩設(shè)定上限值和下限值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過電磁換向閥17控制液壓油缸15，從而調(diào)節(jié)懸掛犁22的耕深，電控單元12的控制規(guī)則如表2所示，其中，1dt和2dt表示電磁換向閥17中左右電磁鐵。表2液壓油缸控制規(guī)則t2與設(shè)定值比較1dt2dt液壓油缸動作耕深t2>3000得電失電伸長減小t2＝3000失電失電暫停不變t2＜2700失電得電縮短增加t2＝2700失電失電暫停不變該拖拉機掛接懸掛犁進行耕作時，安裝在拖拉機上的電控單元(12)根據(jù)表2的控制規(guī)則完成根據(jù)驅(qū)動輪驅(qū)動負荷調(diào)節(jié)懸掛犁(22)的耕深，使得驅(qū)動負荷穩(wěn)定在2700nm～3000nm之間，從而將拖拉機的驅(qū)動輪負荷保持在驅(qū)動力矩設(shè)定上限值和下限值的范圍內(nèi)，保持耕作阻力和驅(qū)動輪力矩的穩(wěn)定性，保持拖拉機發(fā)動機工作負荷的穩(wěn)定。案例2本發(fā)明所述一種基于驅(qū)動輪負荷的拖拉機耕深調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法在牽引犁中的應用案例應用中，首先將驅(qū)動輪驅(qū)動力矩的測量裝置裝入拖拉機的驅(qū)動橋中，如圖3是驅(qū)動力矩測量裝置在拖拉機驅(qū)動橋中的安裝示意圖，工作時，主動小錐齒輪27將拖拉機傳動箱的動力傳遞給從動大錐齒輪30，從動大椎齒輪30驅(qū)動差速器28轉(zhuǎn)動，差速器28又驅(qū)動半軸齒輪29轉(zhuǎn)動，半軸齒輪29將動力傳遞給驅(qū)動橋半軸1，通過由太陽輪齒輪3、行星齒輪4、齒圈5，軸銷13，行星架7和驅(qū)動輪軸8組成的行星減速機構(gòu)將動力傳遞給驅(qū)動輪14，實現(xiàn)驅(qū)動輪14轉(zhuǎn)動和在地面行走。安裝在齒圈5和驅(qū)動橋殼體2之間壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11輸出力信號f1和f2。其次，如圖5所示，電控單元12采集壓壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11的力信號，根據(jù)圖3中太陽輪齒輪3的齒數(shù)，行星齒輪4的齒數(shù)、齒圈5的齒數(shù)、壓力傳感器ⅰ6和壓力傳感器ⅱ11安裝的位置尺寸計算出驅(qū)動輪14的驅(qū)動力矩t2。如圖5所示，拖拉機牽引桿24牽引犁架26進行耕作，牽引桿24與拖拉機機體和犁架26都為鉸接，限位輪搖臂25一端和限位輪23通過回轉(zhuǎn)副聯(lián)接，另一端和犁架26通過回轉(zhuǎn)副聯(lián)接，將液壓油缸15通過球副聯(lián)接在限位輪搖臂25和犁架26之間，液壓泵16由拖拉機發(fā)動機驅(qū)動運轉(zhuǎn)。耕作中，當液壓油缸伸長時，犁架26上升，耕深減小，耕作阻力減??；當液壓缸縮短時犁架26下降，耕深增加，耕作阻力增加；事先經(jīng)測試該型號拖拉機的單個驅(qū)動輪最大驅(qū)動力矩為6500nm，驅(qū)動輪與耕作田地附著性能一般，駕駛員耕作前通過電控單元12設(shè)置驅(qū)動力矩設(shè)定上限值為6000nm，電控單元12內(nèi)的程序計算出驅(qū)動力矩下限值為6000nm×0.9＝5400nm；該拖拉機的耕作中，電控單元12將驅(qū)動輪14的驅(qū)動力矩計算值與驅(qū)動力矩設(shè)定值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果通過電磁換向閥17控制液壓油缸15，從而調(diào)節(jié)犁架26的升降，調(diào)節(jié)耕作深度，電控單元12的控制規(guī)則如表2所示，其中，1dt和2dt表示電磁換向閥17中左右電磁鐵。表2液壓油缸控制規(guī)則t2與設(shè)定值比較1dt2dt液壓油缸動作耕深t2>6000得電失電伸長減小t2＝6000失電失電暫停不變t2＜5400失電得電縮短增加t2＝5400失電失電暫停不變該拖拉機聯(lián)接牽引犁進行耕作時，安裝在拖拉機上的電控單元12根據(jù)表2的控制規(guī)則完成根據(jù)驅(qū)動輪驅(qū)動負荷調(diào)節(jié)犁架26的的升降，調(diào)節(jié)耕深，使得驅(qū)動負荷穩(wěn)定在5400nm～6000nm之間，從而將拖拉機在驅(qū)動輪負荷保持在設(shè)定值的范圍內(nèi)，保持耕作阻力和驅(qū)動輪力矩的穩(wěn)定性，保持拖拉機發(fā)動機工作負荷的穩(wěn)定。上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁12