電動拖拉機液壓懸掛裝置設計.doc

第1章 緒論1.1 引言拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)主要用來在使用過程中根據外界條件或者特定要求對農機具進行調節(jié)，對農機具調節(jié)的方式比較常用的有：位置調節(jié)，阻力調節(jié)，力位綜合調節(jié)等，還有在非耕作情況下對農機具實現快速上升和下降的調節(jié)。在前面的調節(jié)方式中，位置調節(jié)則由提升器的位調節(jié)手柄或油缸限位卡箍來控制農具與拖拉機之間的相對位置，以保證農具在選定的耕深下工作。力調節(jié)的作用在于當土壤密度或地表面變化而使負荷增加時，提升器會自動將農具提升，當負荷減小時會自動將農具下降，通過自動升降農具保持工作負荷的穩(wěn)定。同時考慮到在土壤比阻變化比較大的情況下，力調節(jié)只能保證發(fā)動機的負荷的穩(wěn)定性而不能保證耕深的均勻性，因此提出了力位綜合調節(jié)，綜合調節(jié)法的基礎是阻力控制法，在土壤比阻均勻條件下，還是要盡量保持發(fā)動機負荷穩(wěn)定的，只是在比阻變化較大時，它才靠犧牲發(fā)動機負荷的穩(wěn)定來保持耕深的比較穩(wěn)定。傳統(tǒng)的拖拉機液壓懸 掛機組的控制方式是機液控制系統(tǒng)，從70年代它逐漸被電液控制系統(tǒng)代替1。進入21世紀后，拖拉機向低排放、低油耗、大功率、智能化、舒適性方向發(fā)展，機械式的控制系統(tǒng)在結構布置和性能方面已不適應現代農機發(fā)展的要求。將農業(yè)機械裝備技術融合現代液壓技術、傳感器技術、電子技術和單片機控制技術，可極大地提高液壓懸掛系統(tǒng)操作的舒適性和簡捷性，準確、快速地使用和調節(jié)液壓懸掛系統(tǒng)，可提高生產率和作業(yè)質量。因此，對傳統(tǒng)式液壓懸掛系統(tǒng)的技術改進勢在必行。1.2 研究背景和研究意義1.2.1 研究背景農業(yè)機械化是現代農業(yè)的重要技術基礎，是農業(yè)現代化的重要標志和內容。世界發(fā)達國家己在上世紀60年代至70年代就實現了農業(yè)現代化，各國農業(yè)現代化發(fā)展歷程表明，農業(yè)機械化、智能化是農業(yè)現代化不可逾越的階段。農業(yè)機械化作為現代化農業(yè)生產的載體，把計算機、自然科學等引入農業(yè)生產過程，使現代工程技術在現代農業(yè)生產中得以廣泛應用，極大地改善了農業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進了農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，大大提高農業(yè)勞動資源利用率、生產率和農業(yè)產品商品化率。 拖拉機是實現農業(yè)智能化、機械化和現代化不可缺少的重要機械。我國的拖拉機工業(yè)經過幾十年的發(fā)展，已經取得了很大的進展。小型拖拉機的生產能力己超過200萬臺，目前大中型拖拉機的生產能力己超過10萬臺，各類拖拉機的擁有量已超過1000萬臺，。但隨著我國加入世界貿易組織（WTO），大量具有高新技術裝備并且性能優(yōu)良的拖拉機產品將會涌入中國市場，這對產品技術含量相對較低的國內拖拉機工業(yè)來說，將會面臨巨大的沖擊。如何適應市場需要，進行產品結構調整，提高產品的科技含量，改善產品的技術性能，將是我國拖拉機工業(yè)所需要解決的重要問題。1.2.2研究意義隨著新興科學技術的不斷創(chuàng)新，尤其是計算機技術、人工智能、電子控制、網絡通訊等高新技術的迅速發(fā)展，對拖拉機工業(yè)的發(fā)展產生了很大的影響和滲透。各國研究人員都認識到拖拉機往智能方向發(fā)張是大勢所趨，但是當前我國國內拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)還處于起步階段，在電控液壓懸掛系統(tǒng)控制技術的開發(fā)和設計上來說更是比較薄弱，所以我們還需努力改變這一現狀。本課題選擇拖拉機液壓懸掛裝置及其農具配套機組為主要對象，探討和研究其在實現機-電-液智能控制方面的關鍵技術，從而有助于提高我國農業(yè)機械的自動化和智能化水平，有助于提高農業(yè)機械的生產效率和資源利用率的發(fā)展。1.3 國內外研究現狀1.3.1 國外研究現狀 對拖拉機的液壓懸掛系統(tǒng)進行微機電子自動控制早在70年代就出現了，并且在市場上已經出現了可使用的產品，如日本芝浦公司的IC控制系統(tǒng)具有位調節(jié)、力調節(jié)控制功能外，還具有旋耕作業(yè)時控制旋耕深度的功能，拖拉機左右傾斜作業(yè)時，還具有在控制農機耕深的同時還保證農機具左右傾斜角的功能以保證耕作質量2德國博世（BOSCH）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上，它有利于提高拖拉機的效率，該系統(tǒng)具有位置調節(jié)、阻力調節(jié)、力位綜合調節(jié)和高度調節(jié)控制功能。以富格森公司3000系列拖拉機所用的電液調節(jié)系統(tǒng)為例：它是利用一個小型微處理器把力、位傳感器輸出信號與駕駛室儀表盤上給定的數據進行均衡，自動完成必要的調節(jié)，系統(tǒng)中裝有傳感器開關、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力儀,以及計算機應用在懸掛系統(tǒng)中進行懸掛裝置的計算和設計。在牽引力控制系統(tǒng)中采用電液比例換向閥時，理論上算出的控制器的增益往往比較保守，通過試驗發(fā)現，實際增益可以取得比理論值大4，這為建立控制系統(tǒng)的傳遞函數提供了參考。文獻5提出以拖拉機的滑轉率來控制變速檔位、發(fā)動機狀況、工作裝置的力調節(jié)，使各方面配合以達到機器耕作高能效低油耗目的。文獻6以牽引力數學模型來描述耕深、速度、土壤阻力三變量對牽引部分的影響，并考察了“耕深力”、“速度力”、“土壤阻力力”三模型的動態(tài)特性，是進行設計液壓懸掛控制系統(tǒng)的基礎。電液比例換向閥逐漸被應用于農用機械中，首先對控制系統(tǒng)建模，然后進行了開環(huán)、閉環(huán)傳遞函數分析、室內試驗和計算機仿真優(yōu)化來驗證及對比，得出系統(tǒng)在優(yōu)化后對 25mm 的階躍信號的響應時間為 250mm，比經驗值提高了 23%，控制精度也增加不少。 1.3.2 國內研究現狀而在我國，拖拉機上運用帶有阻力調節(jié)、位置調節(jié)、力位綜合調節(jié)的液壓懸掛系統(tǒng)出現的則比較晚。按時間劃分下面幾個階段：第一階段為初步研究階段。在70年代中期，我國一些高等院校和科研機構對某些型號的拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)的性能進行了田間耕作試驗，希望從中找出一些有規(guī)律的東西來，但是由于種種原因，如土質的影響，季節(jié)的影響，試驗周期長，試驗條件復雜從而沒有達到預期的效果。到了70年代后期，國內才有學者從理論上對力控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進行初步研究在這方面，洛陽工學院、江蘇工學院都作了一些有益的工作。第二階段為機液控制系統(tǒng)的室內模擬仿真及分析。進入80年代開始了拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)田間仿真試驗，如基于動態(tài)性能的分析，提出一種拖拉機力調節(jié)系統(tǒng)建模與優(yōu)化設計的方法，包括建立數學模型，分析穩(wěn)定性和動、靜態(tài)，求取動力機構的最佳匹配參數和系統(tǒng)的其它設計參數7；以及定性地分析了土壤阻力干擾對耕深的實際影響以及機組在實際耕作過程中各信號之間的傳遞關系，并建立了田間試驗系統(tǒng)，進行了田間仿真試驗，論述了仿真試驗原理和模擬加載裝置設計要點等8。從導致成了研究的高峰，此后不斷有新的成果出現。80年代后期為了跟上國外先進技術，國內也開始了電子化自動控制技術的研究，在原機型液壓系統(tǒng)的基礎上進行改造，增加電液控制裝置，并做了簡單的試驗工作。第三階段為電液控制系統(tǒng)的研究開發(fā)。90年代，隨著電子技術的飛速發(fā)展，計算機模擬、微計算機控制電子控制、電子控制的蓬勃興起并應用于拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)的控制中。首先在室內試驗中，提出一種新的純牽引力傳感器9，而且試驗臺的模擬加載控制和性能測試由一臺微機來完成，對原機型的機液控制系統(tǒng)進行了測試和評價其動態(tài)品質10。接著把單片機應用于拖拉機農具耕深控制中，對比了原機型的機液控制系統(tǒng)與新設計的數字式控制系統(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，進行了電液控制的初步探索。還進行了伺服自動控制 與計算機控制耕深的試驗比較11。文獻12認為懸掛系統(tǒng)的工作特性一般屬于繼電器開關型，并在此基礎上采用開關型電磁閥進行了研究。文獻進一步研究了計算機控制系統(tǒng)，采用液壓控制系統(tǒng)取代拖拉機原有的液壓系統(tǒng)，運用 MCS-51單片機控制器對拖拉機耕作作用的中的耕深進行自動控制，取代傳統(tǒng)的機械式調節(jié)裝置，并進行了田間試驗。同時期一些研究者也提出了一種新的在室內研究和評價懸掛系統(tǒng)耕作性能的方法和建立耕作過程中土壤阻力數序模型以及阻力控制 系統(tǒng)的室內模擬實驗系統(tǒng)的方法。 從國內電控液壓懸掛系統(tǒng)的發(fā)展中可以看出，目前在我國國內拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)的研究還存在下面的不足：（1）基本上是對懸掛系統(tǒng)進行單個研究，對拖拉機發(fā)動機，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）控制對象主要是牽引阻力和耕深，對多參數，如滑轉率、行駛速度和發(fā)動機負荷的聯合控制研究的比較少；（3）控制工具由單片機組成，還是在試驗室試驗階段，加上傳感器、控制總線技術和信息顯示等各方面的影響，還沒有形成產品化，國內只能從國外進口成套的系統(tǒng)使用；（4）多在室內仿真試驗研究，由于還沒有應用于實際中，因而在田間作業(yè)方面還沒有得到有效的數據指標。1.4 研究內容鑒于我國拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)的發(fā)展水平和所面臨的實際問題，本項研究擬選擇電動拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)，主要是液壓懸掛裝置及掛載農具，作為主要研究對象。研究、探討其在實現機-電-液一體化控制方面的關鍵技術，提出一套關于電動拖拉機液壓懸掛裝置及其自動控制機-電-液一體化控制系統(tǒng)的基本理論和方案，研究電動拖拉機液壓懸掛裝置及自動控制，使拖拉機作業(yè)機組能夠在復雜多變的工作條件下自動化控制工作，最大限度提高整個拖拉機的工作效率。該研究具有很大的實際應用價值和研究意義，必將對我國的農業(yè)生產活動產生顯著的經濟效益和社會效益，為我國農業(yè)以及世界做出巨大貢獻。 本課題主要完成內容有： 1、電動拖拉機懸掛系統(tǒng)結構解決方案。 2、電動拖拉機懸掛系統(tǒng)控制解決方案。 3、液壓元件的選擇，計算出所需的數據，合理選擇液壓元件，以達到最好的效果。研究背景與意義國內外文獻分析，對當前作業(yè)機組進行技術調查提出研究的問題和思路拖拉機懸掛機電液一體化控制策略的確定液壓傳動和液壓控制系統(tǒng)的研究液壓元件的選擇與液壓系統(tǒng)設計機械部分的受力分析問題與展望圖1-1 研究流程圖1.5 本章小結 本章簡要介紹了課題研究背景、研究意義以及國內外機電液一體化技在拖拉機液壓懸掛機構上的應用現狀，最后交代了本課題研究的主要內容和研究流程圖。第二章 電動拖拉機液壓懸掛裝置2.1 拖拉機的液壓懸掛系統(tǒng) 農用拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)是用液壓提升和控制農機具的整套系統(tǒng)，其功用分以下5點：1.連接和牽引農機具，2.操縱農機具的升降，3.控制農機具的耕作深度或提升高度，4.給拖拉機驅動輪增重以改善拖拉機的附著性能，5.輸出液壓能。農用拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)、操縱機構和懸掛機構三部分組成。液壓系統(tǒng)是提升農機具的動力裝置，除工作介質（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。操縱機構是用來操縱分配器的主控制閥，以控制液壓油的流動方向，它有手柄操縱機構和自動控制機構兩部分組成。懸掛機構用于連接農機具，傳遞液壓升降力和拖拉機對農機具的牽引力，并保證農機具的正常工作位置。由于液壓懸掛機組比傳統(tǒng)牽引機組操縱方便、機動性高，便于自動調節(jié)耕深，因此，液壓懸掛系統(tǒng)普遍用在各種拖拉機上。 拖拉機要進行各種作業(yè)，就必須與相應的配套農具可靠地連接在一起。根據配套農具與拖拉機連接方式的不同，一般可分為牽引式、懸掛式和半懸掛式三種。懸掛機構通過拖拉機液壓系統(tǒng)獲得動力，實現農具的上升和降落；農具依靠懸掛機構與拖拉機可靠地連接在一起。因此，拖拉機的液壓系統(tǒng)、懸掛機構、農具三者構成一個整體，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)拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)主要由:懸掛農具、懸掛機構和液壓部分組成，如圖2-1所示。圖2-1 液壓懸掛系統(tǒng)示意圖 (1) 懸掛農具:它是農田作業(yè)的工作部件，通過懸掛機構連接在拖拉機上。懸掛農具的種類很多，目前常用的有犁、耙、播種機、收割機等。根據農具在拖拉機上掛接位置的不同，可分為前懸掛、后懸掛和側懸掛三種，本論文研究對象是目前使用最廣的后懸掛機組。 (2) 懸掛機構:它由連接農具的一些桿件機構所組成。按與拖拉機機體連結點數的不同，后懸掛又有兩種形式:三點懸掛和兩點懸掛，如圖2-2所示。a)三點懸掛 b）兩點懸掛圖2-2 后懸掛的兩種方式 三點懸掛：懸掛機構以三個鉸接點與拖拉機機體聯結。農機具隨拖拉機直線行駛穩(wěn)定性好，中小功率拖拉機大多采用。兩點懸掛：懸掛機構以二個鉸接點與拖拉機機體聯結。在農機具作業(yè)時，能較輕便地矯正行駛方向，大功率拖拉機上多采用兩點懸掛由于本課題研究的電動拖拉機為中小型拖拉機，所以采用三點懸掛機構，保證農具耕作的穩(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。油泵和油缸將電動機的動力轉換為液壓能為農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，通過機械推拉杠桿裝置調節(jié)分配器位置控制油液的流量與流向，使農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) 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的不同位置上，相互間用油管連接。（典型應用有:東方紅802、鐵牛55C600L）這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是：液壓元件便于專業(yè)化批量生產，系列化產品的液壓元件通用性強，液壓元件故障已檢查，維修方便。它的缺點是:連接管路較長，易出現油液的泄漏;操縱機構全部暴露在外面，易受損傷；不便實現農具耕深的力調節(jié)等，目前只用于少數型號較老的拖拉機上。圖2-3 液壓系統(tǒng)類型 (2) 半分置式液壓系統(tǒng) 除油泵單獨布置外，其他液壓元件（油缸、分配器）和操縱機構組成一個“提升器”，安裝在后橋殼上。（代表應用有:鐵牛650、東風50）提升器通常位于傳動箱之上，駕駛座之下，并兼作傳動箱的蓋子。油泵單獨安裝在一個適宜的地方，由拖拉機的動力輸出軸驅動。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是結構緊湊，油路較短，液壓元件與操縱機構全部密封在殼體內，因而工作較為可靠；易于實現農具的力，位耕深調節(jié)。它的缺點是:個別液壓元件的故障檢查不夠方便。這種液壓系統(tǒng)廣泛應用于中、小型拖拉機上。 (3) 整體式液壓系統(tǒng)油泵、分配器、油缸等主要工作部件，都集中在拖拉機后橋殼體內，形成一個整體。豐收35、上海50等拖拉機的液壓系統(tǒng)即屬此種。這種液壓系統(tǒng)的優(yōu)點是:可采用力、位及高度調節(jié)法控制耕深，工作較可靠。但其結構復雜，體積較大，因而在拖拉機的布置上受到一定限制，拆裝檢查也相對麻煩，因而使用不廣。分置式液壓系統(tǒng)結構簡單易維修，但不可靠，整體式液壓系統(tǒng)可靠，但結構復雜，維修困難，最后折中考慮選擇半分置式液壓系統(tǒng)進行進一步研究。2.2 電液懸掛系統(tǒng)設計2.2.1 設計方案的提出懸掛系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)是控制農具提升的裝置，是懸掛裝置中的動力部分，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。為了實現對液壓懸掛系統(tǒng)的多種調節(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相連，這樣安裝既節(jié)省了空間，又減小了油道的長度。因此，為了盡量采用原拖拉機的液壓元件，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，代替原拖拉機的分配器，如圖2-4，2-5所示。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)、自動控制系統(tǒng)和信號檢測與處理系統(tǒng)組成。工作中，當電液比例換向閥左端電磁鐵通電時，液壓泵輸出的高壓油經過電液比例方向閥，再經過單向節(jié)流閥的單向閥進入液壓缸的無桿腔，使農機具提升；當電液比例換向閥右端電磁鐵通電時，同時控制電磁溢流閥的電磁鐵斷電，則液壓泵輸出的油液經過電磁溢流閥流回油箱，液壓泵處于卸荷狀態(tài)。而在農機具自重作用下，液壓缸無桿腔的液體被排出，使農機具下降，被排出的液體經單向節(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的分配器，由于液壓懸掛系統(tǒng)控制農機具的提升、中立、下降過程主要是通過控制分配器中主控制閥的移動位置來完成的，因此，為了為了盡量采用原拖拉機的液壓元件，例如液壓泵、液壓缸、濾油器、油管包括原拖拉機的分配器。我們提出用簡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，通過小油缸活塞桿與主控制閥的固接及移動來控制分配器主控制閥的移動位置，近而達到設計目的，控制農機具的提升、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c1 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)、自動控制系統(tǒng)和信號檢測與處理系統(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，以完成農具的提升、中立、下降過程。 自動控制系統(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位置的控制。信號檢測與處理系統(tǒng)：由位移傳感器、壓力傳感器、提升軸轉角傳感器、放大電路、CPU等組成，主要完成土壤阻力、農具提升高度和提升軸旋轉角度的信號檢測與數據處理。工作中，操作控制面板上的調節(jié)旋鈕，電信號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，推動主閥移動，農具提升（下降）。主閥的位移量則由位移傳感器檢測并控制。隨著農具提升(下降)高度的變化，提升器軸轉角傳感器測得電信號不斷變化，當轉角信號(提升高度)到達操縱信號預定值時，CPU發(fā)出信號，操縱電磁閥動作，小油缸位移，主閥移動使農具處于中立狀態(tài)。 電磁閥 CPU小油缸位移傳感器主閥液壓油泵油缸轉角傳感器提升臂反饋量懸掛機構 農具壓力傳感器耕深圖2-7 力、位調節(jié)的信號傳遞路線方框圖 農具入土后，隨著耕深、土質和濕度的不斷變化，土壤的阻力不斷變化。該變化經上拉桿反應在彈簧總成上，并通過彈簧桿作用在壓力傳感器上。壓力傳感器測得其壓力信號與預置參數相比較，當達到預值時，控制系統(tǒng)使電磁閥動作，改變油路，使小油缸帶動主閥移動，改變分配器油路，使液壓懸掛系統(tǒng)對農具進行相應的提升或下降。力、位調節(jié)過程的信號傳遞路線如圖2-7所示。2.2.2分配器詳解 分配器如圖2-8所示圖 2-81.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。第二道密封帶將通往回油閥背腔油孔打開，使背部油腔與主控制閥的進油孔相通，在油壓與彈簧的共同作用下，回油閥右移，關閉回油道，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入油缸這時農具開始提升。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.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回油孔流回油箱。此時，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，油缸里的油液也經回油孔流流回油箱，農具在自重的作用下下降，下降速度 可通過下降速度調節(jié)閥來控制。當順時針轉動閥的手輪時，則擰入螺紋桿，可以把閥體頂入油缸排油紀道 ，油道 被堵小，農具下降減慢，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 設計方案的確定 方案一是針對改進分配器，即用電液換向閥來代替液壓懸掛系統(tǒng)分配器的作用，進而實現電液控制的自動控制。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。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，兩個方案各有優(yōu)劣，最終選擇方案二作進一步的設計研究。2.3 本章小結 本章主要講述了傳統(tǒng)拖拉機的液壓懸掛系統(tǒng)，并簡述了液壓懸掛系統(tǒng)的組成及類型，針對電動拖拉機的半分置式液壓懸掛系統(tǒng)，進行分析提出了兩套自動控制系統(tǒng)的設計方案。兩套方案都是利用電子控制系統(tǒng)的設計思想提出的，綜合考慮后并最終確定方案二做下一步的設計工作。 第三章 懸掛裝置的受力分析與計算3.1 連桿機構的計算圖3-1 連桿機構的受力簡圖連桿機構的受力簡圖如圖3-1所示，F1為提升臂沿豎直方向上的受力，F2為掛載農具所受的重力，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。根據力矩公式:F1L1=F2L2其中L1=400sinA L2=250cosBF1=F3=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所示圖3-2 提升力的曲線圖由圖知提升力F1的最大值3.2 液壓缸的受力分析與計算圖3-3 柱塞缸簡圖液壓缸簡圖如圖3-3所示，它為提升臂提供提升力，從而來控制掛載農具的升降。柱塞缸的主要參數如下：缸內徑D1=35mm缸外徑D2=60mm壁厚=25mm活塞桿直徑d=30mm缸體材料的抗拉強度=120MPa缸筒材料的許用應力=/n，n為安全系數，一般去n=5，所以=24MPa活塞桿最大受力：F3=10280N缸筒內的最大油壓油壓：14.6MPa3.3 液壓缸的強度校核3.3.1 液壓缸額定壓力值的校核液壓缸的額定壓力值應低于一定的極限值，從而保證工作安全，根據式子： (MPa) 算得：3.3.2 活塞桿直徑校核由15P60（4-19）得活塞桿直徑d校核公式：算得d22.9mm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：算得19.8mm 而壁厚=25mm滿足要求3.4本章小結 先對連桿機構進行受力分析計算最后倒推出液壓回路所需油壓，為后面液壓元件進行選型做鋪墊，選好液壓泵后對液壓缸的強度進行校核，發(fā)現完全滿足要求，確定液壓缸的尺寸，無需進行修改。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動來控制分配器中的主控制閥，以實現液壓懸掛系統(tǒng)中的油路換向，進行農具的相關操作。 分配器內的彈簧對主控制閥的負荷力為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，于是選往復運動比=1.33，則由14 P114 式4.24得活塞桿徑： 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，由于所采用的推動分配器主控制閥彈簧的最大負荷力為1000 N,因此，控制主控制閥的小油缸內的油壓： 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又活塞長度： 導向套長度 ： 于是小油缸的長度： 最終，取 。綜上，查14 P20-311 表20-6-30，取小油缸的型號為HSGF-50/25E。4.2 換向的選型 換向閥是實現油路的換向、順序動作及卸荷等功能的閥門。根據小油缸控制分配器主閥完成提升、中立、下降的需要及壓力、流量和拖拉機采用直流電的條件，查13 P20-528 表20-7-164選擇DSG-G01-3C-2A-D24-5O型三位四通電磁換向閥，如圖4-1所示。圖4-1 三位四通電磁換向閥此電磁換向閥配有強吸力，高性能的濕式電磁鐵，具有高壓、大流量、壓力損失低等特點，其非常適用于農業(yè)機械及車輛中。其最大流量為63 Lmin，最高壓力31.5 MPa，T口允許背壓16 MPa，最高換向頻率為300次min。4.3 減壓閥的選型 減壓閥是一種利用液流流過縫隙產生壓降的原理，使出口壓力低于進口壓力的壓力控制閥。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節(jié)裝置，使油路的壓力不受油源壓力的影響。由于小油缸工作壓力變化較小，選擇定值減壓閥的型號為PRCV-G10-1-32型。其中： PRCV-單向減壓閥； G-安裝形式板式安裝； 10-公稱直徑32mm； 1-壓力調節(jié)范圍7-70MPa； 32-設計號低壓型。4.4 溢流閥的選型 溢流閥在液壓懸掛系統(tǒng)中做背壓閥用，背壓閥裝于液壓系統(tǒng)的回油路中，給液壓系統(tǒng)形成一定的背壓力，以增加小油缸的運動平穩(wěn)性。根據油路的流量確定其型號為RF-G06-1-32型。其中： RF-溢流閥； G-安裝形式板式安裝； 06-公稱直徑20mm； 1-壓力調節(jié)范圍7-70MPa； 32-設計號低壓型。4.5 液壓泵的選型 泵的主要參數有壓力、流量、轉速、效率，為了保證系統(tǒng)正常運轉和泵的使用壽命，一般在固定設備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右，泵的P要大于系統(tǒng)工作壓力。已知缸筒內的最大油壓為14.6MPa所以 P=/=18.25MPa液壓缸的額定壓力值 經分析計算約定電動拖拉機的液壓泵型號為CB-Q30，查13 P20-152 表20-5-6，相關參數如表3-2所示。表3-2 CB-Q30液壓泵相關參數類別型號排量 ml/r壓力 /MPa轉速 r/min容積效率/%額定最高額定最高外嚙合齒輪CB-Q20-60202520002500924.6本章小結 本章在第三章的計算結構的基礎上進行選型，主要完成了小油缸，換向閥，減壓閥，溢流閥，液壓泵的選型，確保所選元件能滿足各方面的需求。