拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究说明书[带图纸].doc

I目录1绪论.-1-1.1引言.-1-1.2研究背景和意义.-1-1.2.1研究背景.-1-1.2.2研究意义.-1-1.3国内外研究现状分析.-3-1.3.1国外研究现状.-3-1.3.2国内研究现状.-4-1.4研究内容.-5-1.5本章小结.-7-2拖拉机电控液压悬挂系统设计.-8-2.1传统拖拉机的液压悬挂系统.-8-2.1.1液压悬挂系统组成.-8-2.1.2液压系统类型.-9-2.2电控液压悬挂系统设计.-10-2.2.1设计方案的提出.-10-2.2.2设计方案的确定.-14-2.3工作机理.-14-2.4本章小结.-15-3液压回路设计和信号处理电路设计.-16-3.1液压回路设计和硬件选型.-16-3.1.1电控液压系统回路设计.-16-3.1.2液压泵和分配器的选择.-17-3.1.3小油缸的选型.-17-3.1.4换向阀的选择.-18-3.1.5减压阀和溢流阀的选择.-18-3.2信号处理电路设计.-19-3.2.1传感器的选择.-19-3.2.2传感器信号放大电路和滤波电路设计.-22-3.2.3光电耦合器和三极管放大电路设计.-23-3.3控制回路设计.-23-3.3.1ECU特点.-23-3.3.280C196KC系统设计.-24-3.4本章小结.-25-4电控液压悬挂系统软件设计.-27-4.1主程序设计.-27-4.2A/D转换中断程序设计.-27-4.3本章小结.-29-结论及展望.-30-参考文献.-31-I附录1.-33-附录2.-34-附录3.-38-致谢.-41-拖拉机液压悬挂系统自动控制研究摘要随着新兴科学技术的不断创新，尤其是计算机技术、电子控制、人工智能、网络通讯等高新技术的迅速发展，对拖拉机工业的发展产生了很大的影响和渗透。而采用机电液一体化控制技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案，并且已经成为现代拖拉机及其配套机组的主要技术发展趋势。本文首先介绍了传统拖拉机液压悬挂系统的组成和类型。在此基础上，选择了拖拉机半分置式液压悬系统进行设计，设计新型拖拉机电控液压悬挂系统。在原拖拉机半分置式液压悬挂机构中改进设计了自动控制系统。分别阐述了自动控制系统的组成、工作原理、土壤阻力传感器、农具提升高度传感器、主控制阀位移传感器信号的测取与处理以及单片机控制的实现。在液压油路方面，该系统用电磁换向阀控制分配器取代传统机械式的控制分配器，并设计配套油路；在控制反馈信号获取方面，系统中安装位移传感器、压力传感器和角位移传感器；同时，对拖拉机电子液压悬挂的各种耕深控制方法进行比较分析。拖拉机电控液压悬挂控制单元设计包括硬件和软件设计.根据本系统各功能模块的具体需求，选用Intel公司MSC-96系列的80C196KC单片机设计控制器。在软件方面，完成了主程序控制程序总体流向。关键词：拖拉机；液压悬挂系统；换向阀；自动控制IStudyonAutomaticControlforHydraulicHitchEquipmentofTractorAbstractWiththeperpetualinnovationoftheemergingtechnology,especiallytherapiddevelopmentofhighandnewtechnology,suchascomputertechnology,electroniccontrol,artificialintelligenceandnetworkcommunications,thetractorindustryisinfluencedgreatly.Takingtheintegratedcontroltechnologyofhydromechatronicsisthebestprojectforbroadeningtractorfunction,improvingitstechnicalperformanceandsolvingnumerousfacingtechnicaldifficultiesandithasbecomethemajortechnologytrendofmoderntractorsandthesupportingunits.Thispaperfirstintroducesthecompositionandtypeofthetraditionaltractorhitchcontrolsystem.Basedonthis,choosingthestructureofsemi-partitionhydraulichitchsystemtocarryonthedesignanddesigninganewelectrohydraulichitchsystem.Asimplestructureofsemi-partitionhydraulichitchequipmentandconstitutingofautomaticcontrolsystemwasprovided.Thesignalofsoilresistancesensorandtheimplementliftheightsensorandthecontrol-valvesensorweremeasuredandmanaged.ThesystemwasunderthecontroloftheSCM.Thetraditionalmechanicalsplitterisreplacedbyproportionalsolenoidvalveanditssupportingcircuit.Adisplacementsensor,aforcesensorandananglesensorisusedforgainingfeedbackcontrolsignal.Furthermore,Thevariousdeep-conditioningmethodofcultivationoftractorelectrohydraulichitcharecomparedandanalyzedinthispaper.Controlunitoftractorelectrohydraulichitchsystemisconsistedofhardwareandsoftwaresystems.Accordingtospecificrequirementsofthesystemfunctionmodules,80C196KCmicrocontrollerofIntelCorporationMSC-96seriesisselected.Forthesoftwaresystem,weusedtheassemblylanguagetofinishthecontrolsystemprogram.Itsmainprogramisusedtocontroltheoverallflowofthesystem.Keywords:Tractor；Hydraulichitchsystem；Changevalve；AutomaticcontrolI第一章绪论1.1引言现有的多数农用拖拉机使用液压悬挂系统，拖拉机液压悬挂系统可分为3种形式：分置式液压系统、半分置式液压系统、整体式液压系统。其农具的提升和下降的控制部分是机械式的，由驾驶员通过操纵手柄和一套杆件机构以位移量的形式输入信号，输出量则是通过弹簧、凸轮和力、位调节杠杆机构转换成的位移量，从而实现操纵主控制阀对农具位置的调整。机械控制的液压悬挂系统采用杆件和弹性元件，结构比较复杂，弹性元件的迟滞、机械摩擦和杆件的胀缩会影响调节性能。进入21世纪后，拖拉机向大功率、低油耗、轻排放、智能化、密封和舒适性方向发展，机械式的控制系统在结构布置和性能方面已不适应现代农机发展的要求。将农业机械装备技术融合现代液压技术、传感器技术、电子技术和单片机控制技术，可极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和简捷性，准确、快速地使用和调节液压悬挂系统，可提高生产率和作业质量。因此，对传统式液压悬挂系统的技术改进势在必行。1.2研究背景和意义1.2.1研究背景农业机械化是现代农业的重要物质技术基础，是农业现代化的重要内容和标志。世界发达国家己在上世纪50年代至70年代就实现了农业现代化，各国农业现代化发展历程表明，农业机械化是农业现代化不可逾越的阶段。农业机械化作为现代化农业生产的载体，把工业、自然科学等引入农业生产过程，使现代工程技术与现代生物技术在现代农业生产中得以广泛应用，极大地改善了农业生态环境，促进了农业的可持续发展，大大提高农业劳动生产率、资源利用率和农业产品商品化率，也使现代生产技术由于有现代装备和工程技术手段的支持而得到实施和进一步发展。拖拉机是实现农业机械化和现代化不可缺少的重要动力机械。我国的拖拉机工业经过几十年的发展，已经取得了很大的进展。目前大中型拖拉机的生产能力己超过10万台，小型拖拉机的生产能力己超过200万台，各类拖拉机的拥有量已超过1500万台，其中大中型拖拉机约为80万台，配套机具的社会拥有量己超过2000万台套(含挂车)。但随着我国加入WTO，大量具有高新技术装备并且性能优良的拖拉机产品将会涌入中国市场，这对产品技术含量相对较低的国内拖拉机工业来说，将会面临巨大的挑战。如何适应市场需要，进行产品结构调整，提高产品的科技含量，改善产品的技术性能，将是我国拖拉机工业所面临和需要解决的重要课题1、2。1.2.2研究意义随着新兴科学技术的不断创新，尤其是计算机技术、电子控制、人工智能、网络通讯等高新技术的迅速发展，对拖拉机工业的发展产生了很大的影响和渗透。各国拖拉机I研究人员普遍认识到，采用机电液一体化控制技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案，并且已经成为现代拖拉机及其配套机组的主要技术发展趋势。目前在国外拖拉机上，机电液一体化控制技术己经获得了广泛的应用，例如，麦塞福格森、雷诺、萨姆、约翰迪尔、菲亚特、钮荷兰、道伊兹等公司近几年推向市场的大功率拖拉机基本都装备了电液悬挂系统，使电液悬挂产品已经进入主流市场；在电液负载换档技术方面，不少拖拉机采用了电液控制的全负载换档的变速箱，使得负载换档操纵变得十分简单；一些拖拉机上还采用了基于CAN总线的多路传输网络系统，使得机电液一体化应用在拖拉机上达到很高的水平。由此可知拖拉机上采用了大量的机电一体化技术，这些技术主要用于改善和优化拖拉机以下几个方面的特性:提高拖拉机的使用经济性和生产效率；提高拖拉机的操纵性能和自动化程度，降低驾驶员的劳动强度；将该技术应用在人机工程学设计中，优化人机界面，改善驾驶室操纵环境；提高机器的可靠性和安全性；降低拖拉机尾气排放，减少环境污染；实现对拖拉机机组的性能监测、参数优化匹配和故障诊断等综合性工作。机电一体化技术在农用拖拉机上的应用必然向着自动化、智能化的方向发展。拖拉机智能化的实现，是以机电一体化技术在拖拉机上的应用为先导的，以微电子技术和微机技术为核心的机电一体化技术，将机械、液压、电子、信息和控制等技术有机地结合起来，使拖拉机控制系统具备了一定的信息处理能力，为智能化技术在拖拉机上的应用和发展开辟了道路。智能化技术在拖拉机上的应用目标不仅要使拖拉机的各个子系统实现高精度、高实时性的自动控制，而且还应使拖拉机的控制系统具有一定程度的逻辑判断能力，提高拖拉机对外界环境的适应能力，能够在复杂多变的工作条件下自适应地选择最佳的工作方式，最大限度地提高拖拉机各子系统的工作效能，实现发动机、传动系统及悬挂系统的各子系统的自动控制以及各子系统之间的优化匹配，更好地满足对拖拉机的各项使用要求。归纳起来对拖拉机的研究大致分为两个方面:一方面，应用最优适应控制、模糊控制等先进的控制理论，进一步完善原有的控制系统，提高系统对复杂工况的适应能力和逻辑判断能力；另一方面，根据系统工程学的思想，从对拖拉机各个子系统的单独、分割监控走向相关系统联合、协调控制，在一定程度上实现多个子系统的信息共享，最终形成对整个拖拉机系统的全面控制体系，实现拖拉机作业机组在各种工作条件下的最优匹配。基于以上所述，加强拖拉机行业与电子产品的密切结合，走机电一体化是必经之路，加快消化吸收国外产品机电一体化的成果和经验，搞好拖拉机产品的更新换代，缩短与世界同行业先进水平的距离。