拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究說(shuō)明書[帶圖紙].doc

I目錄1緒論.-1-1.1引言.-1-1.2研究背景和意義.-1-1.2.1研究背景.-1-1.2.2研究意義.-1-1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析.-3-1.3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀.-3-1.3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀.-4-1.4研究?jī)?nèi)容.-5-1.5本章小結(jié).-7-2拖拉機(jī)電控液壓懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì).-8-2.1傳統(tǒng)拖拉機(jī)的液壓懸掛系統(tǒng).-8-2.1.1液壓懸掛系統(tǒng)組成.-8-2.1.2液壓系統(tǒng)類型.-9-2.2電控液壓懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì).-10-2.2.1設(shè)計(jì)方案的提出.-10-2.2.2設(shè)計(jì)方案的確定.-14-2.3工作機(jī)理.-14-2.4本章小結(jié).-15-3液壓回路設(shè)計(jì)和信號(hào)處理電路設(shè)計(jì).-16-3.1液壓回路設(shè)計(jì)和硬件選型.-16-3.1.1電控液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì).-16-3.1.2液壓泵和分配器的選擇.-17-3.1.3小油缸的選型.-17-3.1.4換向閥的選擇.-18-3.1.5減壓閥和溢流閥的選擇.-18-3.2信號(hào)處理電路設(shè)計(jì).-19-3.2.1傳感器的選擇.-19-3.2.2傳感器信號(hào)放大電路和濾波電路設(shè)計(jì).-22-3.2.3光電耦合器和三極管放大電路設(shè)計(jì).-23-3.3控制回路設(shè)計(jì).-23-3.3.1ECU特點(diǎn).-23-3.3.280C196KC系統(tǒng)設(shè)計(jì).-24-3.4本章小結(jié).-25-4電控液壓懸掛系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).-27-4.1主程序設(shè)計(jì).-27-4.2A/D轉(zhuǎn)換中斷程序設(shè)計(jì).-27-4.3本章小結(jié).-29-結(jié)論及展望.-30-參考文獻(xiàn).-31-I附錄1.-33-附錄2.-34-附錄3.-38-致謝.-41-拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)自動(dòng)控制研究摘要隨著新興科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通訊等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)拖拉機(jī)工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響和滲透。而采用機(jī)電液一體化控制技術(shù)是拓寬拖拉機(jī)功能、提高其技術(shù)性能以及解決其所面臨諸多技術(shù)難題的最佳選擇方案，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代拖拉機(jī)及其配套機(jī)組的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。本文首先介紹了傳統(tǒng)拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)的組成和類型。在此基礎(chǔ)上，選擇了拖拉機(jī)半分置式液壓懸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)新型拖拉機(jī)電控液壓懸掛系統(tǒng)。在原拖拉機(jī)半分置式液壓懸掛機(jī)構(gòu)中改進(jìn)設(shè)計(jì)了自動(dòng)控制系統(tǒng)。分別闡述了自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、工作原理、土壤阻力傳感器、農(nóng)具提升高度傳感器、主控制閥位移傳感器信號(hào)的測(cè)取與處理以及單片機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)。在液壓油路方面，該系統(tǒng)用電磁換向閥控制分配器取代傳統(tǒng)機(jī)械式的控制分配器，并設(shè)計(jì)配套油路；在控制反饋信號(hào)獲取方面，系統(tǒng)中安裝位移傳感器、壓力傳感器和角位移傳感器；同時(shí)，對(duì)拖拉機(jī)電子液壓懸掛的各種耕深控制方法進(jìn)行比較分析。拖拉機(jī)電控液壓懸掛控制單元設(shè)計(jì)包括硬件和軟件設(shè)計(jì).根據(jù)本系統(tǒng)各功能模塊的具體需求，選用Intel公司MSC-96系列的80C196KC單片機(jī)設(shè)計(jì)控制器。在軟件方面，完成了主程序控制程序總體流向。關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；液壓懸掛系統(tǒng)；換向閥；自動(dòng)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第一章緒論1.1引言現(xiàn)有的多數(shù)農(nóng)用拖拉機(jī)使用液壓懸掛系統(tǒng)，拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)可分為3種形式：分置式液壓系統(tǒng)、半分置式液壓系統(tǒng)、整體式液壓系統(tǒng)。其農(nóng)具的提升和下降的控制部分是機(jī)械式的，由駕駛員通過(guò)操縱手柄和一套桿件機(jī)構(gòu)以位移量的形式輸入信號(hào)，輸出量則是通過(guò)彈簧、凸輪和力、位調(diào)節(jié)杠桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成的位移量，從而實(shí)現(xiàn)操縱主控制閥對(duì)農(nóng)具位置的調(diào)整。機(jī)械控制的液壓懸掛系統(tǒng)采用桿件和彈性元件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，彈性元件的遲滯、機(jī)械摩擦和桿件的脹縮會(huì)影響調(diào)節(jié)性能。進(jìn)入21世紀(jì)后，拖拉機(jī)向大功率、低油耗、輕排放、智能化、密封和舒適性方向發(fā)展，機(jī)械式的控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置和性能方面已不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)機(jī)發(fā)展的要求。將農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)融合現(xiàn)代液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，可極大地提高液壓懸掛系統(tǒng)操作的舒適性和簡(jiǎn)捷性，準(zhǔn)確、快速地使用和調(diào)節(jié)液壓懸掛系統(tǒng)，可提高生產(chǎn)率和作業(yè)質(zhì)量。因此，對(duì)傳統(tǒng)式液壓懸掛系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)勢(shì)在必行。1.2研究背景和意義1.2.1研究背景農(nóng)業(yè)機(jī)械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容和標(biāo)志。世界發(fā)達(dá)國(guó)家己在上世紀(jì)50年代至70年代就實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，各國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展歷程表明，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可逾越的階段。農(nóng)業(yè)機(jī)械化作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的載體，把工業(yè)、自然科學(xué)等引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，使現(xiàn)代工程技術(shù)與現(xiàn)代生物技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛應(yīng)用，極大地改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，大大提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率、資源利用率和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品商品化率，也使現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)由于有現(xiàn)代裝備和工程技術(shù)手段的支持而得到實(shí)施和進(jìn)一步發(fā)展。拖拉機(jī)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和現(xiàn)代化不可缺少的重要?jiǎng)恿C(jī)械。我國(guó)的拖拉機(jī)工業(yè)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。目前大中型拖拉機(jī)的生產(chǎn)能力己超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)，小型拖拉機(jī)的生產(chǎn)能力己超過(guò)200萬(wàn)臺(tái)，各類拖拉機(jī)的擁有量已超過(guò)1500萬(wàn)臺(tái)，其中大中型拖拉機(jī)約為80萬(wàn)臺(tái)，配套機(jī)具的社會(huì)擁有量己超過(guò)2000萬(wàn)臺(tái)套(含掛車)。但隨著我國(guó)加入WTO，大量具有高新技術(shù)裝備并且性能優(yōu)良的拖拉機(jī)產(chǎn)品將會(huì)涌入中國(guó)市場(chǎng)，這對(duì)產(chǎn)品技術(shù)含量相對(duì)較低的國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)工業(yè)來(lái)說(shuō)，將會(huì)面臨巨大的挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)市場(chǎng)需要，進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，提高產(chǎn)品的科技含量，改善產(chǎn)品的技術(shù)性能，將是我國(guó)拖拉機(jī)工業(yè)所面臨和需要解決的重要課題1、2。1.2.2研究意義隨著新興科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通訊等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)拖拉機(jī)工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響和滲透。各國(guó)拖拉機(jī)I研究人員普遍認(rèn)識(shí)到，采用機(jī)電液一體化控制技術(shù)是拓寬拖拉機(jī)功能、提高其技術(shù)性能以及解決其所面臨諸多技術(shù)難題的最佳選擇方案，并且已經(jīng)成為現(xiàn)代拖拉機(jī)及其配套機(jī)組的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。目前在國(guó)外拖拉機(jī)上，機(jī)電液一體化控制技術(shù)己經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，例如，麥塞福格森、雷諾、薩姆、約翰迪爾、菲亞特、鈕荷蘭、道伊茲等公司近幾年推向市場(chǎng)的大功率拖拉機(jī)基本都裝備了電液懸掛系統(tǒng)，使電液懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入主流市場(chǎng)；在電液負(fù)載換檔技術(shù)方面，不少拖拉機(jī)采用了電液控制的全負(fù)載換檔的變速箱，使得負(fù)載換檔操縱變得十分簡(jiǎn)單；一些拖拉機(jī)上還采用了基于CAN總線的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得機(jī)電液一體化應(yīng)用在拖拉機(jī)上達(dá)到很高的水平。由此可知拖拉機(jī)上采用了大量的機(jī)電一體化技術(shù)，這些技術(shù)主要用于改善和優(yōu)化拖拉機(jī)以下幾個(gè)方面的特性:提高拖拉機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率；提高拖拉機(jī)的操縱性能和自動(dòng)化程度，降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度；將該技術(shù)應(yīng)用在人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)中，優(yōu)化人機(jī)界面，改善駕駛室操縱環(huán)境；提高機(jī)器的可靠性和安全性；降低拖拉機(jī)尾氣排放，減少環(huán)境污染；實(shí)現(xiàn)對(duì)拖拉機(jī)機(jī)組的性能監(jiān)測(cè)、參數(shù)優(yōu)化匹配和故障診斷等綜合性工作。機(jī)電一體化技術(shù)在農(nóng)用拖拉機(jī)上的應(yīng)用必然向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。拖拉機(jī)智能化的實(shí)現(xiàn)，是以機(jī)電一體化技術(shù)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用為先導(dǎo)的，以微電子技術(shù)和微機(jī)技術(shù)為核心的機(jī)電一體化技術(shù)，將機(jī)械、液壓、電子、信息和控制等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使拖拉機(jī)控制系統(tǒng)具備了一定的信息處理能力，為智能化技術(shù)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用和發(fā)展開辟了道路。智能化技術(shù)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用目標(biāo)不僅要使拖拉機(jī)的各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度、高實(shí)時(shí)性的自動(dòng)控制，而且還應(yīng)使拖拉機(jī)的控制系統(tǒng)具有一定程度的邏輯判斷能力，提高拖拉機(jī)對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力，能夠在復(fù)雜多變的工作條件下自適應(yīng)地選擇最佳的工作方式，最大限度地提高拖拉機(jī)各子系統(tǒng)的工作效能，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)及懸掛系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的自動(dòng)控制以及各子系統(tǒng)之間的優(yōu)化匹配，更好地滿足對(duì)拖拉機(jī)的各項(xiàng)使用要求。歸納起來(lái)對(duì)拖拉機(jī)的研究大致分為兩個(gè)方面:一方面，