果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置及控制方法，開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置附加于調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)和開溝機(jī)HST液壓無極變速系統(tǒng)上。由速度傳感器實(shí)時監(jiān)測開溝器軸的轉(zhuǎn)速，控制器對濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行微分計算得到其實(shí)時加速度a，如a小于加速度閾值a0則觸發(fā)時間采樣。如轉(zhuǎn)速ns達(dá)到0.6n0時載荷變化時間t小于時間閾值t0，表明載荷急劇增加，則電磁離合器迅速分離同時電磁制動器迅速制動、報警系統(tǒng)發(fā)出報警；如t大于t0則自動調(diào)整開溝機(jī)的前進(jìn)速度，使開溝載荷下降至最佳狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)果園開溝機(jī)作業(yè)的分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控，有效降低開溝機(jī)的故障率，提高作業(yè)效率，可應(yīng)用于果園的開溝機(jī)作業(yè)。
【專利說明】果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)裝備領(lǐng)域，具體涉及開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]果園開溝作業(yè)時，由于果園的土壤條件變化、雜草纏繞甚至石塊阻擋等因素造成開溝載荷逐漸增大甚至突然急劇增加，而現(xiàn)有開溝機(jī)無法感知開溝載荷變化，更無法對由于雜草纏繞、堵塞等造成的載荷漸增和石塊阻擋造成的載荷急劇變大等不同情況進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而根據(jù)載荷的變化和變化急劇程度進(jìn)行主動的調(diào)整，因此常常導(dǎo)致機(jī)器的刀片、傳動部件甚至發(fā)動機(jī)故障，造成停機(jī)維修率高，作業(yè)效率受到很大影響。專利CN101653069、CN201263315提出了聯(lián)合收割機(jī)的負(fù)荷反饋調(diào)控裝置及控制方法，但上述專利僅針對喂入量的變化，提出通過對聯(lián)合收割機(jī)不同部位監(jiān)測信息的融合進(jìn)行收割機(jī)的行走速度調(diào)節(jié)，以避免割臺堵塞或效率過低問題；專利CN102155033B提出了靜液壓推土機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)負(fù)荷反饋速度控制方法，但其僅根據(jù)監(jiān)測的工作油路油壓和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行進(jìn)油量和變量泵、變量馬達(dá)排量的調(diào)整，進(jìn)而保持推土機(jī)的理想車速。上述專利均未見載荷變化程度的自動區(qū)分及針對性的分級響應(yīng)模式與控制方法相關(guān)內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置及控制方法，實(shí)現(xiàn)果園開溝機(jī)作業(yè)的分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控，有效降低開溝機(jī)的故障率，提高開溝機(jī)的作業(yè)效率。
[0004]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明通過開溝作業(yè)載荷變化程度的自動區(qū)分及分級動作響應(yīng)，具體技術(shù)方案如下:
[0005]果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置，其特征在于:由電機(jī)驅(qū)動器(15)、電磁制動器(17)、行走速度傳感器(19)、電磁離合器(20)、開溝速度傳感器(22)、控制器(23)、報警系統(tǒng)(24)和兩個繼電器(25)組成；電磁制動器(17)安裝于HST液壓無級變速系統(tǒng)與行走驅(qū)動軸(18)之間，行走速度傳感器(19)安裝于行走驅(qū)動軸(18)上；電磁離合器(20)安裝于減速器(14)與開溝器軸(21)之間，開溝速度傳感器(22)安裝于開溝器軸(21)上；行走速度傳感器(19)和開溝速度傳感器(22)的傳感信號分別接入控制器(23)，報警系統(tǒng)
(24)與兩個繼電器(25)由控制器(23)接出，控制系統(tǒng)(23)通過電機(jī)驅(qū)動器(15)控制電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)動與停止，進(jìn)而通過調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)(16)對開溝機(jī)的前進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整；控制系統(tǒng)(23)通過一個繼電器(25)控制電磁離合器(20)的接合與分離,通過另一個繼電器(25)控制電磁制動器(17)的制動與脫離。
[0006]對所述的一種果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]步驟一，通過開溝速度傳感器(22)實(shí)時監(jiān)測開溝器軸(21)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號ns輸入控制器(23)；[0008]步驟二，利用控制器(23)對開溝器軸(21)的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行濾波；
[0009]步驟三，通過控制器(23)對濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行微分計算Ans/At，得到開溝器軸(21)的實(shí)時加速度a，并將實(shí)時加速度a與加速度閾值％進(jìn)行比較，如果a〈a(l，表明載荷增加速度趨勢明顯，則觸發(fā)時間采樣；
[0010]步驟四，將濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns與開溝器軸(21)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速IItl進(jìn)行比較，以判斷開溝載荷變化是否達(dá)到需進(jìn)行調(diào)控的程度:
[0011 ] 如果n/n0≥0.6，則開溝載荷變化在可控范圍內(nèi)，不做調(diào)控響應(yīng)；
[0012]如果ns/n0＜0.6,則根據(jù)轉(zhuǎn)速ns達(dá)到0.6n0時的時間采樣數(shù)確定載荷變化時間t ；
[0013]步驟五，將載荷變化時間t與時間閾值h比較，以監(jiān)測開溝載荷變化的急劇程度:
[0014]如果Ktci，表明載荷急劇增加，前方存在大石塊等障礙物，則控制器(23)發(fā)出命令，電磁離合器(20)迅速分離，使開溝器軸(21)不再有動力輸入；同時電磁制動器(17)迅速制動使開溝機(jī)停止行進(jìn)，報警系統(tǒng)(24)發(fā)出報警，提示駕駛員下車檢查；
[0015]如果t≥h，表明載荷由于排土不暢等造成載荷持續(xù)增加，則控制器(23)發(fā)出命令，電機(jī)(9)轉(zhuǎn)動，自動調(diào)整開溝機(jī)的前進(jìn)速度，使開溝載荷下降至最佳狀態(tài)。
[0016]所述最佳狀態(tài)為發(fā)動機(jī)(13)功率條件下的最快開溝作業(yè)狀態(tài)。
[0017]所述的果園為蘋果園、桃園、葡萄園、率園、橙子園中的任一種。
[0018]本發(fā)明具有有益效果。本發(fā)明通過在開溝機(jī)的HST液壓無極變速系統(tǒng)和調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)上附加開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置，并進(jìn)行載荷變化程度的自動區(qū)分及針對性的分級響應(yīng)控制，實(shí)現(xiàn)開溝機(jī)的低故障高效作業(yè)運(yùn)行，原理簡單可靠，裝置成本低而結(jié)構(gòu)簡單緊湊，滿足果園作業(yè)條件的實(shí)際應(yīng)用需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置結(jié)構(gòu)連接示意圖；
[0021]圖3為分級響應(yīng)模式與控制流程示意圖。
[0022]圖中:1.手柄，2.移動架，3.螺栓，4.摩擦片，5.墊片，6.螺母，7.拉桿，8.雙向超越離合器，9.電機(jī)，10.HST液壓無級變速系統(tǒng)，11.連桿，12.擺桿，13.發(fā)動機(jī)，14.減速器，15.電機(jī)驅(qū)動器，16.調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)，17.電磁制動器，18.行走驅(qū)動軸，19.行走速度傳感器，20.電磁離合器，21.開溝器軸，22.開溝速度傳感器，23.控制器，24.報警系統(tǒng)，25.繼電器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]本實(shí)施例以蘋果園為例。
[0025]如圖1所示，調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)16由手動調(diào)速子機(jī)構(gòu)和自動調(diào)速子機(jī)構(gòu)組成，手動調(diào)速子機(jī)構(gòu)包括手柄1、移動架2、螺栓3、摩擦片4、墊片5、螺母6、拉桿7、擺桿12和連桿11 ；自動調(diào)速子機(jī)構(gòu)包括雙向超越離合器8、擺桿12和連桿11和電機(jī)9。手柄I與移動架2鉸接，移動架2通過螺栓3、摩擦片4、墊片5、螺母6與支座鉸接；拉桿7分別與移動架2和擺桿12 —端鉸接，擺桿12另一端與連桿11鉸接；擺桿12通過雙向超越離合器8與電機(jī)9相聯(lián)接，雙向超越離合器8與電機(jī)9均通過螺栓固定在支座上。在機(jī)手操縱開溝機(jī)作業(yè)時，通過扳動手柄1，使移動架2繞其與支座的鉸接中心轉(zhuǎn)動，通過拉桿7拉動擺桿12繞軸心擺動，從而經(jīng)連桿11帶動開溝機(jī)的HST液壓無極變速系統(tǒng)10，實(shí)現(xiàn)開溝機(jī)前進(jìn)速度的手動調(diào)整。在擺桿12與電機(jī)9間安裝雙向超越離合器8，保證當(dāng)電機(jī)9主動運(yùn)動時，擺桿12也同步轉(zhuǎn)動，自動調(diào)整開溝機(jī)的前進(jìn)速度；而在機(jī)手扳動手柄I使擺桿12主動運(yùn)動時，電機(jī)9不會隨之運(yùn)動，從而保證在自動調(diào)速狀態(tài)下，操縱手柄I手動調(diào)速仍然有效，手動/自動調(diào)速任意切換且不產(chǎn)生二者的沖突。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明的開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置附加于上述調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)16上，由電機(jī)驅(qū)動器15、電磁制動器17、行走速度傳感器19、電磁離合器20、開溝速度傳感器22、控制器23、報警系統(tǒng)24和兩個繼電器25組成。電磁制動器17安裝于HST液壓無級變速系統(tǒng)10與行走驅(qū)動軸18之間，行走速度傳感器19安裝于行走驅(qū)動軸18上；電磁離合器20安裝于減速器14與開溝器軸21之間，開溝速度傳感器22安裝于開溝器軸21上；行走速度傳感器19和開溝速度傳感器22的傳感信號分別接入控制器23，報警系統(tǒng)24與兩個繼電器25由控制器23接出，控制系統(tǒng)23分別通過電機(jī)驅(qū)動器15控制電機(jī)9的轉(zhuǎn)動與停止、通過一個繼電器25控制電磁離合器20的接合與分離、通過另一個繼電器25控制電磁制動器17的制動與脫離。[0027]下面根據(jù)圖3所示分級響應(yīng)模式與控制流程，對控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0028](I)由開溝速度傳感器22實(shí)時監(jiān)測開溝器軸21的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號ns輸入控制器23 ；
[0029](2)控制器23對開溝器軸21的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行濾波；
[0030](3)控制器23對濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行微分計算A ns/ A t，得到開溝器軸21的實(shí)時加速度a，當(dāng)a〈加速度閾值5rad/s2，表明載荷增加速度趨勢明顯，則觸發(fā)時間采樣；
[0031](4)開溝器軸21的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nQ為300rpm,當(dāng)濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns≥180rpm,則開溝載荷變化在可控范圍內(nèi)，不做調(diào)控響應(yīng)；當(dāng)ns〈180rpm,則根據(jù)轉(zhuǎn)速ns達(dá)到0.6n0時的時間采樣數(shù)確定載荷變化時間t ；
[0032](5)當(dāng)載荷變化時間t〈時間閾值0.2s，表明載荷急劇增加，前方存在大石塊等障礙物，則控制器23發(fā)出命令，電磁離合器20迅速分離，使開溝器軸21不再有動力輸入；同時電磁制動器17迅速制動使開溝機(jī)停止行進(jìn)，報警系統(tǒng)24發(fā)出報警，提示駕駛員下車檢查；
[0033](6)當(dāng)t≥0.2s，表明載荷由于排土不暢等造成載荷持續(xù)增加，則控制器23發(fā)出命令，電機(jī)9轉(zhuǎn)動，自動調(diào)整開溝機(jī)的前進(jìn)速度，使開溝載荷下降至最佳狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置，其特征在于:由電機(jī)驅(qū)動器(15)、電磁制動器(17)、行走速度傳感器(19)、電磁離合器(20)、開溝速度傳感器(22)、控制器(23)、報警系統(tǒng)(24)和兩個繼電器(25)組成；電磁制動器(17)安裝于HST液壓無級變速系統(tǒng)(10)與行走驅(qū)動軸(18)之間，行走速度傳感器(19)安裝于行走驅(qū)動軸(18)上；電磁離合器(20)安裝于減速器(14)與開溝器軸(21)之間，開溝速度傳感器(22)安裝于開溝器軸(21)上；行走速度傳感器(19)和開溝速度傳感器(22)的傳感信號分別接入控制器(23)，報警系統(tǒng)(24)與兩個繼電器(25)由控制器(23)接出，控制系統(tǒng)(23)通過電機(jī)驅(qū)動器(15)控制電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)動與停止，進(jìn)而通過調(diào)速執(zhí)行機(jī)構(gòu)(16)對開溝機(jī)的前進(jìn)速度進(jìn)行調(diào)整；控制系統(tǒng)(23)通過一個繼電器(25)控制電磁離合器(20)的接合與分離，通過另一個繼電器(25)控制電磁制動器(17)的制動與脫離。
2.對權(quán)利要求1所述的果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，通過開溝速度傳感器(22)實(shí)時監(jiān)測開溝器軸(21)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號\輸入控制器(23)； 步驟二，利用控制器(23)對開溝器軸(21)的轉(zhuǎn)速信號\進(jìn)行濾波； 步驟三，通過控制器(23)對濾波后的轉(zhuǎn)速信號ns進(jìn)行微分計算Ans/At，得到開溝器軸(21)的實(shí)時加速度a，并將實(shí)時加速度a與加速度閾值％進(jìn)行比較，如果a〈a(l，表明載荷增加速度趨勢明顯，則觸發(fā)時間采樣； 步驟四，將濾波后的轉(zhuǎn)速信號\與開溝器軸(21)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速Iitl進(jìn)行比較，以判斷開溝載荷變化是否達(dá)到需進(jìn)行調(diào)·控的程度: 如果IisAici ^ 0.6,則開溝載荷變化在可控范圍內(nèi)，不做調(diào)控響應(yīng)； 如果nyn/0.6，則根據(jù)轉(zhuǎn)速ns達(dá)到0.6n0時的時間采樣數(shù)確定載荷變化時間t ； 步驟五，將載荷變化時間t與時間閾值h比較，以監(jiān)測開溝載荷變化的急劇程度: 如果Ktci，表明載荷急劇增加，前方存在大石塊等障礙物，則控制器(23)發(fā)出命令，電磁離合器(20)迅速分離，使開溝器軸(21)不再有動力輸入；同時電磁制動器(17)迅速制動使開溝機(jī)停止行進(jìn)，報警系統(tǒng)(24)發(fā)出報警，提示駕駛員下車檢查； 如果t > &，表明載荷由于排土不暢等造成載荷持續(xù)增加，則控制器(23)發(fā)出命令，電機(jī)(9)轉(zhuǎn)動，自動調(diào)整開溝機(jī)的前進(jìn)速度，使開溝載荷下降至最佳狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的果園開溝機(jī)分級響應(yīng)負(fù)荷反饋調(diào)控裝置的控制方法，其特征在于:所述最佳狀態(tài)為發(fā)動機(jī)(13)功率條件下的最快開溝作業(yè)狀態(tài)。
【文檔編號】A01B13/04GK103529867SQ201310491313
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】劉繼展, 馮上海 申請人:江蘇大學(xué)