技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置。
背景技术
[0002] 拖拉机通常通过液压
悬挂装置挂接悬挂
犁具进行田间作业或者通过牵引架牵引犁具进行田间犁耕作业。为了提高拖拉机作业机组的作业效率和降低
发动机负荷的变化，常采用阻
力调节方式，以犁具作业的阻力负荷为
信号对犁具耕深进行调节。
[0003] 目前中
马力，大马力拖拉机有多种耕深调节方式，如：
位置控制，阻力控制，位置-阻力综合控制能。其中，为了增加拖拉机机组作业效率，防止耕作
土壤阻力土壤增加导致发动机超负荷运转，使得发动机负荷稳定，经常用阻力调节方式。传统的阻力调节是通过测量出犁具耕作阻力大小，依据耕作阻力对犁具耕深进行调节的。
[0004] 当阻力负荷大于设定阻力时，减小犁具耕作深度，减小耕作阻力，从而降低拖拉机的牵引负荷，使得拖拉机发动机负荷不至于过载；当阻力负荷小于设定阻力时，增加作业深度，增加耕作阻力，保持拖拉机牵引负荷的
稳定性。阻力负荷常可通过阻力
传感器检测出，传统的机械式阻力调节装置中，用弹性销轴铰接悬挂机构的下拉杆，弹性销轴的受力
变形反映了犁具的耕作阻力的大小，弹性销的位移同时通过机械机构控制液压控制
阀阀芯，当阻力大时，通过液压
控制阀提升犁具，减小耕作深度；当耕作阻力小时，通过液压控制阀下降犁具位置，增加耕作阻力。电控耕深调节是通过测力销测出耕作阻力，通过
电子控制单元控制
算法控制液压系统的
液压阀和提升油缸，从而控制犁具耕作深度，同样地，当犁具耕作阻力超过电控单元设置的阻力设定值时，通过电控单元控制提升油缸，提升农具，减小农具的耕作深度，当农具耕作阻力小于阻力设定值时，电控单元通过液压系统控制农具增加耕深，保持拖拉机的牵引负荷稳定在设定值。
[0005] 本发明提出一种根据驱动轮负荷对拖拉机机组耕作深度的进行电控调节的装置，可用于拖拉机犁耕机组的耕深调节中。
发明内容
[0006] 本发明基于驱动轮负荷包含驱动轮的
牵引阻力和驱动轮自身
滚动阻力，因此，驱动轮的负荷更能表达发动机负荷的大小，因此，本发明提出驱动轮负荷的耕深电控调节是依据驱动轮驱动力矩的大小对犁具耕作深度进行调节，用于拖拉机犁耕机组的耕深调节中。本 发明的驱动轮负荷的耕深电控调节原理是通过
压力传感器检测行星减速机构中齿圈对驱动
桥壳的作用力信号，由电控单元采集检测出齿圈作用力信号，根据行星减速机构的结构尺寸和压力传感器安装尺寸计算出驱动轮的驱动力矩，实现对驱动力矩的检测；拖拉机驾驶员根据
车轮与耕作田地的附着工况在电控单元上设定驱动力矩上限值，同时电控单元计算出设定驱动力矩的下限值；电控单元将检测的驱动力矩与驱动力矩设定上限值和下限值对比，通过控制液压系统的液压油缸调节犁具的耕作深度参数，当检测的驱动轮力矩大于设定上限值时，通过油缸提升犁具，减小耕深，减小驱动轮的驱动力矩，从而减小发动机的负荷；当驱动轮的驱动力矩小于设定下限值时，通过油缸下降犁具，增加耕深，增加驱动轮的驱动力矩，实现将拖拉机在犁耕作业中驱动轮力矩保持在驱动轮力矩设定上限值和下限值范围内，从而保持拖拉机发动机负荷的稳定性。
[0007] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0008] 一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置，包括
驱动桥半轴、驱动桥壳体、
太阳轮齿轮、行星齿轮、齿圈、压力传感器、
行星架、驱动轮轴、齿圈凸缘、轴销、驱动桥壳凹槽、驱动桥壳体、压力传感器、电控单元、
液压泵、电磁换向阀、液压油缸。所述拖拉机驱动桥半轴与太阳
轮齿轮通过
花键连接，太阳轮齿轮与行星齿轮一侧外
啮合，行星齿轮通过轴销固定在行星架上，行星架通过花键与驱动轮轴联接，行星齿轮可绕轴销转动，行星齿轮另一侧与齿圈内啮合，齿圈上的凸缘安装在驱动桥壳体上的凹槽内，在凸缘两侧和凹槽面之间各安装一个压力传感器；拖拉机驾驶员事先根据驱动轮和耕作田地附着工况在电控单元上设定驱动力矩的上限值，但驱动力矩设定上限值不大于拖拉机驱动轮的最大驱动力矩，电控单元按给出计算方法获得驱动力矩的设定下限值。耕作中，电控单元采集压力传感器的信号，并根据行星减速机构的结构尺寸参数和压力传感器位置尺寸计算出驱动轮轴的力矩，将计算出的驱动力矩与电控单元的驱动力矩设定上限值和下限值进行比较，根据比较结果，电控单元向液压系统中的电磁换向阀发出
控制信号，控制液压油缸的升降，调节犁具的耕深，保持耕作阻力的稳定性，实现将拖拉机在犁耕作业中驱动轮力矩保持在驱动轮力矩设定上限值和下限值范围内，从而保持了拖拉机发动机负荷的稳定性。
[0009] 本发明所述技术方案的有益效果：
[0010] 1、拖拉机的驱动轮驱动力矩能准确的反映出拖拉机牵引负荷，增加了犁具耕深调节的准确性。
[0011] 2、由于驱动轮的动力来自发动机，因此，驱动轮力矩信号能快速反映发动机负荷变化，因此，对犁具耕深的调节响应时间短，控制迅速。
附图说明
[0012] 图1基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置原理示意图。
[0013] 图2是基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置的A向示意图。
[0014] 图3应用案例中驱动力矩测量装置在拖拉机驱动桥中的安装图。
[0015] 图4基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置在悬挂犁耕作中应用案例示意图。
[0016] 图5基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置在牵引犁耕作中应用案例示意图。
[0017] 附图标记说明如下：
[0018] 1-驱动桥半轴 2-驱动桥壳体 3-太阳轮齿轮 4-行星齿轮 5-齿圈 6-压力传感器Ⅰ 7-行星架 8-驱动轮轴 9-齿圈凸缘 10-凹槽 11-压力传感器Ⅱ 12-电控单元 13-轴销 14-驱动轮 15-液压油缸 16-
液压泵 17-电磁换向阀 18-下拉杆 19-提升臂 20-提升杆
21-上拉杆22-悬挂犁 23-限位轮 24-
牵引杆 25-限位轮
摇臂 26-犁架 27-主动小
锥齿轮 28-
差速器 29-半轴齿轮 30-从动大椎齿轮。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图以及具体
实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0020] 1)一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置的结构与联接：
[0021] 图1和图2是基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置原理示意图，如图1所示，本发明的装置包括驱动桥半轴1、驱动桥壳体2、太阳轮齿轮3、行星齿轮4、齿圈5、压力传感器6、行星架7、驱动轮轴8、齿圈凸缘9、驱动桥壳凹槽10、压力传感器11，电控单元12，轴销13，驱动轮14，液压油缸15，液压泵16，电磁换向阀17。
[0022] 具体的连接如图1、图2所示，来自拖拉机驱动桥差速器的动力专递给驱动桥半轴1，驱动桥半轴1与太阳轮齿轮3通过花键连接，太阳轮齿轮3与行星齿轮4外啮合，行星齿轮4与齿圈5内啮合，行星架7通过轴销13与行星齿轮4连接，行星齿轮4可在轴销13上转动，行星架7与驱动轮轴8通过花键联接，这样，作为动力
输出轴的驱动桥半轴1、太阳轮齿轮3、行星齿轮4、齿圈5，行星架7和驱动轮轴8组成一个行星减速装置，驱动桥半轴1是行星减速装置的动力输入端，驱动轮轴8是行星减速装置的动力输出端，将齿圈5安装在驱动桥壳体2中，通过齿圈凸缘9和驱动桥壳体2上的凹槽10配合安装，在齿圈凸缘9两侧和驱动桥壳凹槽10侧面之间各安装压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11，驱动桥壳体2上的凹槽10通过压力传感器压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11限定齿圈5的转动
自由度；电控单元12采集压力传感器压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11的力信号，并且 通过计算方法获得驱动轮轴8的输出驱动力矩值，驱动轮轴8与驱动轮14通过花键联接；因此，驱动轮轴8的驱动力矩就是驱动轮14的驱动力矩；电控单元12通过控制信号控制电磁换向阀17上的电磁
铁1DT和2DT的得电或失电，液压泵16与电磁换向阀17通过液压管路联接，电磁换向阀17通过液压管路与液压油缸
15联接。
[0023] 2)一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置的工作原理及调节过程：
[0024] 如图1、图2所示，来自拖拉机驱动桥差速器的动力专递给驱动桥半轴1，驱动桥半轴1、太阳轮齿轮3、行星齿轮4、齿圈5、行星架7和驱动轮轴8组成一个行星减速装置，驱动轮轴8与驱动轮14通过花键联接，这就将动力传递给驱动轮14。由于驱动桥壳体2上的凹槽10通过压力传感器Ⅰ(6)和压力传感器Ⅱ(11)限制了齿圈5上的齿圈凸缘9的位移，因此齿圈5的转动自由度被安装在驱动桥壳体2凹槽内的压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11限制，设驱动桥半轴1的输入转矩为T1，行星架7和驱动轮轴(8)的输出转矩为T2，齿圈的转矩T3，太阳轮齿轮齿数为z1，行星齿轮齿数为z2，齿圈齿数为z3，各齿轮模数都为m，T1、T2,T3的关系为：
[0025]
[0026]
[0027] 压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11的安装位置距离太阳轮齿轮3的中心为l，压力传感器Ⅰ6的力信号为F1，压力传感器Ⅱ11力信号为F2；此时齿圈5承受转矩T3可通过压力传感器Ⅰ6压力信号F1和压力传感器Ⅱ11力信号F2计算出：
[0028] T3＝(F1+F2)·l； (3)
[0030]
[0031] 由上式(1)和式(4)，驱动桥半轴1的输入转矩为T1可通过T2表示，电控单元12采集压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11的力信号可计算出T2；然后电控单元12根据T2与驱动力矩设定上限值、下限值进行比较，然后对电磁换向阀17进行控制，由液压泵16通过电磁换向阀17驱动液压油缸15，使得液压油缸伸长、暂停和缩短。具体控制规则如表1所示，表中Tmax表示驱动力矩设定上限值，驱动力矩设定下限值Tmin＝0.9×Tmax，驱动力矩 设定上限值Tmax由驾驶员根据驱动轮与耕作田地的附着工况在电控单元12上设定，但驱动力矩的设定Tmax不大于单个驱动轮的最大驱动力矩(单个驱动轮的最大驱动力矩可在GB/T3871.9标准规定条件下通过转鼓试验台架测得)，1DT和2DT表示电磁换向阀17中左右电
磁铁，见图1、图2所示。
[0032] 表1液压油缸控制规则
[0033]
[0034] 根据液压油缸的控制规则，电控单元由驱动轮驱动力矩T2与驱动力矩设定值比较控制液压油缸15的动作，在应用中，液压油缸15为调节犁具耕深的执行元件，对犁具进行耕深调节，使得驱动轮负荷在设定上限值和下限值的范围内，保持耕作阻力和驱动轮力矩的稳定性，保持拖拉机发动机工作负荷的稳定。
[0035] 应用案例
[0036] 案例1
[0037] 本发明所述一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深电控调节装置及调节过程在悬挂犁机组中的应用案例
[0038] 应用中，首先将驱动轮驱动力矩的测量装置装入拖拉机的驱动桥中，如图3是驱动力矩测量装置在拖拉机驱动桥中的安装示意图，工作时，主动小锥齿轮27将拖拉机传动箱的动力传递给从动大锥齿轮30，从动大椎齿轮30驱动差速器28转动，差速器28又驱动半轴齿轮29转动，半轴齿轮29将动力传递给驱动桥半轴1，通过由太阳轮齿轮3、行星齿轮4、齿圈5，轴销13，行星架7和驱动轮轴8组成的行星减速机构将动力传递给驱动轮14，实现驱动轮
14转动和在地面行走。安装在齿圈5和驱动桥壳体2之间压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11输出力信号F1和F2。
[0039] 其次，如图4所示，电控单元12采集压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11的力信号，根据图3中太阳轮齿轮3的齿数，行星齿轮4的齿数、齿圈5的齿数、压力传感器Ⅰ6和压 力传感器Ⅱ11安装的位置尺寸计算出驱动轮14的驱动力矩T2。
[0040] 如图4所示，拖拉机挂接悬挂犁进行耕作。拖拉机通过三点悬挂装置挂接悬挂犁22，三点悬挂装置由上拉杆21、下拉杆18，提升杆20，提升臂19组成，该三点悬挂装置的联接方式和尺寸符合《农业轮式拖拉机后置式三点悬挂装置GB/T 1593.1-2015》标准，悬挂犁22的挂
节点与下拉杆18(下拉杆分左下拉杆、右下拉杆)、上拉杆21末端悬挂点挂接。液压泵16由拖拉机发动机驱动运转，液压油缸15联接在提升臂19和拖拉机
机体之间，联接方式为球副铰接；耕作中，当液压油缸伸长时，悬挂犁上升，耕深减小，耕作阻力减小；当
液压缸缩短时，悬挂犁下降，耕深增加，耕作阻力增加。事先经测试该型号拖拉机的单个驱动轮最大驱动力矩为3000Nm，驱动轮与耕作田地附着性能良好，驾驶员耕作前通过电控单元12设置驱动力矩设定上限值为3000Nm，电控单元12内的程序计算出驱动力矩下限值为3000Nm×0.9＝2700Nm；耕作中，电控单元12将驱动轮14的驱动力矩计算值与驱动力矩设定上限值和下限值进行比较，根据比较结果通过电磁换向阀17控制液压油缸15，从而调节悬挂犁22的耕深，电控单元12的控制规则如表2所示，其中，1DT和2DT表示电磁换向阀17中左右电磁铁。
[0041] 表2液压油缸控制规则
[0042]T2与设定值比较 1DT 2DT 液压油缸动作 耕深
T2＞3000 得电 失电 伸长 减小
T2＝3000 失电 失电 暂停 不变
T2＜2700 失电 得电 缩短 增加
T2＝2700 失电 失电 暂停 不变
[0043] 该拖拉机挂接悬挂犁进行耕作时，安装在拖拉机上的电控单元12根据表2的控制规则完成根据驱动轮驱动负荷调节悬挂犁22的耕深，使得驱动负荷稳定在2700Nm～3000Nm之间，从而将拖拉机的驱动轮负荷保持在驱动力矩设定上限值和下限值的范围内，保持耕作阻力和驱动轮力矩的稳定性，保持拖拉机发动机工作负荷的稳定。
[0044] 案例2
[0045] 本发明所述一种基于驱动轮负荷的拖拉机耕深调节装置及调节过程在牵引犁中的应用案例
[0046] 应用中，首先将驱动轮驱动力矩的测量装置装入拖拉机的驱动桥中，如图3是驱动力 矩测量装置在拖拉机驱动桥中的安装示意图，工作时，主动小锥齿轮27将拖拉机传动箱的动力传递给从动大锥齿轮30，从动大椎齿轮30驱动差速器28转动，差速器28又驱动半轴齿轮29转动，半轴齿轮29将动力传递给驱动桥半轴1，通过由太阳轮齿轮3、行星齿轮4、齿圈5，轴销13，行星架7和驱动轮轴8组成的行星减速机构将动力传递给驱动轮14，实现驱动轮
14转动和在地面行走。安装在齿圈5和驱动桥壳体2之间压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11输出力信号F1和F2。
[0047] 其次，如图5所示，电控单元12采集压压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11的力信号，根据图3中太阳轮齿轮3的齿数，行星齿轮4的齿数、齿圈5的齿数、压力传感器Ⅰ6和压力传感器Ⅱ11安装的位置尺寸计算出驱动轮14的驱动力矩T2。
[0048] 如图5所示，拖拉机牵引杆24牵引犁架26进行耕作，牵引杆24与拖拉机机体和犁架26都为铰接，限位轮摇臂25一端和限位轮23通过回转副联接，另一端和犁架26通过回转副联接，将液压油缸15通过球副联接在限位轮摇臂25和犁架26之间，液压泵16由拖拉机发动机驱动运转。耕作中，当液压油缸伸长时，犁架26上升，耕深减小，耕作阻力减小；当液压缸缩短时犁架26下降，耕深增加，耕作阻力增加；
[0049] 事先经测试该型号拖拉机的单个驱动轮最大驱动力矩为6500Nm，驱动轮与耕作田地附着性能一般，驾驶员耕作前通过电控单元12设置驱动力矩设定上限值为6000Nm，电控单元12内的程序计算出驱动力矩下限值为6000Nm×0.9＝5400Nm；该拖拉机的耕作中，电控单元12将驱动轮14的驱动力矩计算值与驱动力矩设定值进行比较，根据比较结果通过电磁换向阀17控制液压油缸15，从而调节犁架26的升降，调节耕作深度，电控单元12的控制规则如表2所示，其中，1DT和2DT表示电磁换向阀17中左右电磁铁。
[0050] 表2液压油缸控制规则
[0051]T2与设定值比较 1DT 2DT 液压油缸动作 耕深
T2＞6000 得电 失电 伸长 减小
T2＝6000 失电 失电 暂停 不变
T2＜5400 失电 得电 缩短 增加
T2＝5400 失电 失电 暂停 不变
[0052] 该拖拉机联接牵引犁进行耕作时，安装在拖拉机上的电控单元12根据表2的控制规 则完成根据驱动轮驱动负荷调节犁架26的的升降，调节耕深，使得驱动负荷稳定在5400Nm～6000Nm之间，从而将拖拉机在驱动轮负荷保持在设定值的范围内，保持耕作阻力和驱动轮力矩的稳定性，保持拖拉机发动机工作负荷的稳定。
[0053] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
