一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制系统及方法

技术领域

本发明涉及拖拉机系统控制技术领域，具体涉及一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制系统及方法。

背景技术

目前，在农业生产过程中，广泛使用拖拉机进行耕地、播种等；由于农田地块面积的限制，拖拉机行进到农田一端时需要转弯、掉头，以便对相邻区域的土地进行耕作，通过增加倍速转向机构，拖拉机缩短转弯时间，可以有效提升工作效率。

目前，倍速转向在国内拖拉机上应用很少，其作为一项新技术，关于倍速转向的机械传动机构相关研究比较多，而整机倍速转向控制系统的开发相关研究极少。拖拉机转向时，前桥通过什么方式把转向信号提供给分动箱倍速机械机构，从而启动倍速功能，同时要保证倍速机构的稳定性；没有在田间作业，而在道路上行驶，为了人身安全，不想转向倍速，通过什么方式控制系统不开启倍速功能；田间作业，为了人身安全，通过什么方式控制系统在高于某速度状态下，不开启倍速功能；前桥在什么状态下，倍速转向允许开启......以上种种状态，都需要一套成熟的控制系统来实现拖拉机倍速转向有效控制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制系统及方法，通过电气系统、液压系统和机械传动系统的有效结合，构成了可靠的拖拉机倍速转向整机控制系统。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制系统，包括电气系统、液压系统和机械系统，所述电气系统包括蓄电池、电源总开关、电锁、电阻、发动机ECU控制器、安全启动开关、起动继电器、起动机、发电机、组合仪表、电源继电器、北斗定位终端、接近开关、倍速转向接近开关继电器、倍速转向使能开关、倍速转向电磁阀继电器和倍速转向电磁阀；其中，北斗定位终端用于获取整机速度信号并同时反馈给组合仪表、倍速转向接近开关继电器和倍速转向电磁阀继电器；接近开关用于在待前桥转到合适角度时接通并将信号输入到倍速转向接近开关继电器，倍速转向接近开关继电器吸合并反馈给组合仪表；组合仪表用于接收北斗定位终端和倍速转向接近开关继电器反馈的电信息并经过处理后将信号传输到倍速转向使能开关；倍速转向使能开关按下接通后，将信号传输给倍速转向电磁阀继电器；倍速转向电磁阀继电器同时接收到北斗定位终端的速度电信号、接近开关闭合电信号和倍速转向使能开关闭合电信号时，倍速转向电磁阀继电器吸合，倍速转向电磁阀通电，开启倍速转向模式，液压系统工作，液压油进入到倍速转向电磁阀，倍速转向电磁阀将液压油输入到倍速转向湿式离合器，湿式离合器结合后将扭矩传递给传动轴，带动机械传动系统工作，前桥开始进行倍速转向作业模式。

进一步地，所述液压系统包括传动系箱体、粗滤、齿轮泵、高压滤、倍速转向湿式离合器和散热器；倍速转向电磁阀通电后，齿轮泵从传动系箱体中吸油，液压油经粗滤、高压滤过滤后进入到倍速转向电磁阀，电磁阀将液压油输入到倍速转向湿式离合器，湿式离合器结合后将扭矩传递给传动轴，而多余的液压油将经过散热器散热后回到传动系箱体。

进一步地，电磁阀输入到倍速转向湿式离合器的液压油压力为2Mpa、流量为5L/min。

进一步地，所述机械系统包括发动机总成、传动系总成、倍速转向分动箱总成、传动轴总成和前桥总成。

进一步地，在车速和前桥转弯角度均满足一定要求时，组合仪表内部程序才会将开启倍速转向模式的信号传递给倍速转向使能开关。

进一步地，开启倍速转向模式的车速要求为≤15km/h。

进一步地，前桥转弯角度通过接近开关进行监测反馈，当前桥转角≥35°时，接近开关接通，并通过倍速转向接近开关继电器将信号反馈给组合仪表。

进一步地，倍速转向使能开关用于供操作人员手动选择是否进入倍速转向模式。

一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制方法，通过电气系统、液压系统和机械系统的结合实现拖拉机倍速转向，所述方法包括以下步骤：

（1）开启电气系统：电源总开关打开，蓄电池接通，电流经电阻输入到电锁；电锁旋开，同时安全启动开关处在接通状态时，发动机ECU控制器通电工作，将启动电信号分别传入到起动继电器、组合仪表、北斗定位终端、接近开关和倍速转向电磁阀继电器；起动继电器吸合，起动机开始工作，带动发电机开始蓄能发电，同时电源继电器吸合，北斗定位终端接通开始获取整机速度信号并同时反馈给组合仪表、倍速转向接近开关继电器和倍速转向电磁阀继电器；待前桥转到≥35°时接近开关接通，将信号输入到倍速转向接近开关继电器，继电器吸合并反馈给组合仪表，组合仪表将北斗定位终端反馈的电信息和倍速转向接近开关继电器反馈的电信息处理后传输到倍速转向使能开关；倍速转向使能开关按下接通后，将信号传输给倍速转向电磁阀继电器；倍速转向电磁阀继电器同时接收到北斗定位终端的速度电信号、接近开关闭合电信号和倍速转向使能开关闭合电信号时，倍速转向电磁阀继电器吸合，倍速转向电磁阀通电；此时整个电气系统已经全部进入倍速转向工作状态，下一步将开启液压系统工作；

（2）开启液压系统：当倍速转向电磁阀通电后，齿轮泵将从传动系箱体中吸油，液压油经粗滤、高压滤过滤后进入到倍速转向电磁阀，电磁阀将2Mpa压力的液压油，以流量5L/min输入到倍速转向湿式离合器，湿式离合器结合后将扭矩传递给传动轴，而多余的液压油将经过散热器散热后回到传动系箱体；此时整个液压系统已经全部进入倍速转向工作状态，下一步将开启机械传动系统工作；

（3）机械系统工作：当电气系统和液压系统全部进入倍速工作状态时，正在运转的发动机将扭矩和转速传入到机械系统的传动系总成，传动系总成经过内部的各齿轮调速后将扭矩和转速传入到倍速转向分动箱总成，倍速转向分动箱总成中已经结合的湿式离合器将扭矩和转速传入到传动轴总成，最终传动轴总成将扭矩和转速传入到前桥总成，前桥开始进行倍速转向作业模式。

有益效果：

1、本发明采用智能仪表模块获取北斗定位信号，能够精准实现安全车速状态下，倍速转向系统可以开启的信号输入，而超出安全车速状态下，无法开启倍速转向的信号输入；通过前桥接近开关采集选型使用，能够精准实现前桥转到合适角度时，倍速转向系统可以开启的信号输入，与安全车速的条件属于并列关系，开启倍速转向模式两种条件缺一不可；同时设置倍速转向使能开关，开关按下后才能正常使用倍速转向功能；不仅简单有效的保证了拖拉机驾驶时的人身安全，而且确保作业时前桥大转角状态下倍速转向功能的实现，有效提升工作效率。

2、组合仪表选用智能仪表，智能仪表内部程序能够作为载体实现倍速转向系统开启信号的接收和转化输出，同时通过匹配电磁阀和单稳阀，实现从电控到液压的转换，为倍速转向模块湿式离合器功能的实现提供了可靠的系统保障。

3、稳定的液压输入流量和稳定的液压输入压力，使得倍速转向模块的湿式离合器能够快速和平稳的结合，从而驱动传动轴将稳定的转速和扭矩传递到前桥输入端，实现前桥倍速转向工作状态。从液压到机械的转换，确保了倍速转向的机械传动机构顺利工作，技术原理成熟可靠，系统稳定性高。

4、本发明技术方案简便易实现，已通过了拖拉机试制样机试验测试，结果稳定可靠，既适用于新产品拖拉机开发的倍速转向控制系统技术方案，也适用于已批量机型的倍速转向控制系统改制方案。

附图说明

图1 倍速转向控制系统电气原理图；

图2 倍速转向控制系统液压原理图；

图3 倍速转向控制系统机械结构示意图。

附图标记： 1－蓄电池；2－电源总开关；3－电锁；4－电阻；5－发动机ECU控制器；6－安全启动开关；7－起动继电器；8－起动机；9－发电机；10－组合仪表；11－电源继电器；12－北斗定位终端；13－接近开关；14-倍速转向接近开关继电器；15－倍速转向使能开关；16－倍速转向电磁阀继电器；17－倍速转向电磁阀；18－传动系箱体；19－粗滤；20－齿轮泵；21－高压滤；22－倍速转向湿式离合器；23－散热器；24－发动机总成；25－传动系总成；26－倍速转向分动箱总成；27－传动轴总成；28－前桥总成。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明的一种大马力轮式拖拉机倍速转向控制系统，包括电气系统、液压系统和机械系统，通过各系统的有效结合，实现拖拉机安全可靠的倍速转向控制。

如图1，电气系统包括蓄电池1、电源总开关2、电锁3、电阻4、发动机ECU控制器5、安全启动开关6、起动继电器7、起动机8、发电机9、组合仪表10、电源继电器11、北斗定位终端12、接近开关13、倍速转向接近开关继电器14、倍速转向使能开关15、倍速转向电磁阀继电器16和倍速转向电磁阀17，具体连接关系如图1所示。

其中，北斗定位终端12用于获取整机速度信号，并同时反馈给组合仪表10、倍速转向接近开关继电器14和倍速转向电磁阀继电器16；接近开关13用于待前桥转到合适角度时接通并将信号输入到倍速转向接近开关继电器14，倍速转向接近开关继电器14吸合并反馈给组合仪表10。

组合仪表选用智能仪表，通过开发其内部程序，实现对车速信息和前桥转弯信息的信号处理，在车速和前桥转弯角度两者均满足要求时，才会将开启信号反馈给电磁阀，控制倍速转向电磁阀开启，电气系统进入倍速转向模式。倍速转向使能开关，即安全气动开关，通过手动操作进行控制，开关按下后，倍速转向电磁阀才能接收组合仪表传输的倍速转向信号，才能正常使用倍速转向功能。

在本发明实施例中，采取北斗定位信号实现车速监测反馈（采集频率0.2s）；通过开发智能仪表程序，以及接近开关和继电器选型，保证在车速≤15Km/h时，同时从前桥接近开关采集到开启信号后（前桥转到》35°时），即车速和前桥转弯角度均满足要求时，才能开启倍速转向模式，有效提高倍速转向功能的安全性。

电气系统的控制原理和工作过程为：电源总开关2打开，蓄电池1接通，电流经电阻4输入到电锁3；电锁3旋开，同时安全启动开关6处在接通状态时，发动机ECU控制器5通电工作，将启动电信号分别传入到起动继电器7、组合仪表10、北斗定位终端12、接近开关13和倍速转向电磁阀继电器16；起动继电器吸合，起动机8开始工作，带动发电机9开始蓄能发电，同时电源继电器11吸合，北斗定位终端12接通开始获取整机速度信号并同时反馈给组合仪表10、倍速转向接近开关继电器14和倍速转向电磁阀继电器16；待前桥转到≥35°时接近开关接通，将信号输入到倍速转向接近开关继电器14，倍速转向接近开关继电器14吸合并反馈给组合仪表10；组合仪表程序接收北斗定位终端112反馈的速度电信号以及倍速转向接近开关继电器14反馈的电信号，然后通过内部程序将信息处理后传输到倍速转向使能开关15；倍速转向使能开关15按下接通后，将信号传输给倍速转向电磁阀继电器16；倍速转向电磁阀继电器16同时接收到北斗定位终端12的速度电信号、接近开关13闭合电信号和倍速转向使能开关15闭合电信号时，倍速转向电磁阀继电器16，倍速转向电磁阀17通电。此时整个电气系统已经全部进入倍速转向工作状态，下一步将开启液压系统工作。

如图2，液压系统与电气系统通过倍速转向电磁阀17连接，液压系统中的齿轮泵20通过粗滤19连接传动系箱体18，之后经高压滤21连接倍速转向电磁阀17，倍速转向电磁阀17连接机械系统的倍速转向湿式离合器22。

液压系统设计电磁阀，通过连接块将油路导出到箱体外侧；选型单稳阀（保证倍速转向系统压力2Mpa，流量5L/min），通过液压管路，电磁阀开启后将压力油输入到倍速转向模块进油口。

液压系统工作原理如下：当倍速转向电磁阀17通电后，齿轮泵20将从传动系箱体18中吸油，液压油经粗滤19、高压滤21过滤后进入到倍速转向电磁阀17，电磁阀将2Mpa压力的液压油，以流量5L/min输入到倍速转向湿式离合器22，湿式离合器结合后将扭矩传递给传动轴，而多余的液压油将经过散热器23散热后回到传动系箱体。此时整个液压系统已经全部进入倍速转向工作状态，下一步将开启机械传动系统工作。

如图3，机械系统包括发动机总成24、传动系总成25、倍速转向分动箱总成26、传动轴总成27和前桥总成28；采用四级减速前桥匹配小轮胎，获得大转向角度；匹配开发拖拉机湿式离合器分动箱（即倍速转向机械模块），倍速转向电磁阀17开启后，液压系统输送的压力油推动倍速转向机械模块的湿式离合器工作，从而驱动传动轴和前桥实现倍速转向机构机械传动功能。

机械结构传动方式如下：当电气系统和液压系统全部进入倍速工作状态时，正在运转的发动机24将扭矩和转速传入到传动系总成25，传动系总成25经过内部的各齿轮调速后将扭矩和转速传入到倍速转向分动箱总成26，倍速转向分动箱总成26中已经结合的倍速转向湿式离合器22将扭矩和转速传入到传动轴总成27，最终传动轴总成27将扭矩和转速传入到前桥总成28，前桥开始进行倍速转向作业模式。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。