版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:内蒙古呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:100010
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

4YZ-4型玉米联合收割机液压行走系统控制策略研究*

时间:2016-07-28来源: 作者: 点击: 140次



摘要:为提高4YZ-4型玉米联合收割机的作业效率、作业质量,改善其动力性和经济性,提出一种联合收割机静液压行走系统控制策略:在收割机转场运输工况下,以整车动力性和经济性为控制核心,在收割机工作工况下,以作业质量和作业效率为控制核心。通过控制系统的调节,改善整车性能。

关键词:联合收割机,静液压传动,控制策略

中图分类号:S225.5  文献标识码:A

文章编号:

Research on Control Strategy of Hydraulic Transmission Used on 4YZ-4 Type Corn Combined Harvester

Zhang Yun   Wang Jizhong   Gao Jin   Ni Xin

 (College of Automobile and Transportation, Qing Dao University of Technology, Qing Dao 266520, China)

Abstract: Presenting a kind of control policy of hydraulic transmission of 4YZ-4 type combine harvester to reinforce its performance on working and driving, this paper provided theoretical foundation for the design of the control system. And this policy is distinguished into two different sections based on harvester’s various conditions. Indeed, the core of working condition is reaping efficiency and quality, while the goal of driving condition is to promote the dynamic and economic performance.

Key words: Combine harvester, Hydraulic transmission, Control strategy

1.引言

联合收割机已被广泛应用于农业生产中。随着社会各行各业对“低碳”、“环保”、“节能”、“高效”之要求的日益提高,农业机械化生产面临着巨大的压力与挑战。单靠驾驶员的操作经验作业的收割机已经不能满足这些要求。目前,国内大多数联合收割机液压驱动行走控制系统仅能满足收割机作业质量需求,控制功能较为单一。因此需要一种既可以满足作业质量要求又能保证收割机动力性、经济性的行走控制系统[1-3]

2.控制系统构成与工作原理

本文研究的4YZ-4型玉米联合收割机驱动行走系统采用变量泵—定量马达闭式液压回路;前轮驱动后轮转向;发动机横置并通过皮带带动变量泵。其行走控制系统主要由三大部分构成:检测部分、控制部分、液压驱动行走部分,基本结构如图1所示。检测部分主要检测:变量泵转速、变量泵斜盘倾角、马达转速、车速、系统压力等信息;控制部分主要由控制器和信号处理装置组成。


开始

检测当前车速

检测变量泵转速与系统压力

计算理论车速


判断当前车速是否与理论车速一致

结束


检测当前车速

计算理论车速

检测喂入量

判断当前车速是否与理论车速一致

结束



2 转场运输工况控制流程图                          3 工作工况控制流程图

3.控制要求

对联合收割机而言,有两个最主要的工况,即:工作工况与转场运输工况。工作工况以保证作业质量和作业效率为控制核心:在被允许的损失量范围内,给予收割机以较高的工作车速以提高其作业效率;转场运输工况则以动力性、经济性为控制核心,在满足收割机行驶动力性要求的前提下,使整车具备良好的经济性能[4]

此外,联合收割机液压驱动行走控制系统既要具备应对外界负荷变化的能力,还要能够有效的抑制控制系统内部的参数波动。这就要求控制系统要调节收割机液压驱动行走系统,使系统压力、系统流量、液压油温度、收割机行驶车速等参数保持在合理的范围之内。而且当收割机遇到突然性大负荷时,控制系统调节液压驱动行走系统回到稳态的时间不应过长,即控制系统要有良好的调稳能力[5]

4.控制策略研究

基于收割机两大工况控制要求,分别分析4YZ-4型玉米联合收割机转场运输工况与工作工况的特点并研究相应的控制策略。收割机在进入工作区域工作之前的阶段,由于其工作机构并没有工作,所以该阶段属于转场运输工况。

4.1转场运输工况控制策略

4YZ-4型玉米联合收割机采用全程式调速柴油机,装机功率取12h标定功率,其外特性曲线穿过发动机的最低油耗区,与理想的经济性目标控制曲线(发动机等功率线与等油耗线相切点的连线)相近。所以,取12h标定功率的外特性曲线作为发动机的目标控制曲线符合经济性与动力性的要求。为使发动机具备一定的动力储备,以充分发挥调速器控制和控制系统的作用,使发动机在动态负荷和合理的控制误差下具有较好的控制冗余,选择12h标定功率外特性的96%作为目标控制曲线。

由于发动机在启动、怠速工况的特殊要求,发动机2h标定功率外特性的96%曲线并不能作为实际的控制目标曲线。在收割机进入工作区域之前以及转场运输工况中,为保证发动机的启动可靠性和怠速稳定性,发动机处于启动与怠速工况时不被允许承受行驶负载。因此,在发动机转速为0~时,变量泵排量为零。此外,为使发动机具备一个适当的空载加速时段又不会因高速空转而无谓增加油耗,设置变量泵开启时发动机的转速为1.3;在发动机最大转矩转速点加速完毕(或进入工作区域作业)。

对变量泵的控制要在满足发动机目标控制曲线的前提下,为提高液压元件的机械效率和容积效率,应以使液压传动系统在较大压力、较高的转速范围内变换动力。

由功率平衡可得(不计量纲与补油泵消耗):

                                                          1

式中:—发动机输出功率;—变量泵排量;—变量泵转速;—变量泵总效率;—发动机到变量泵的传动效率。

经验公式:                                                2

式中:—发动机输出转矩;—发动机转速                    

联立式(1)与式(2)得:                                     3

又:

式中:—发动机与变量泵之间的传动比(为常数)。

                                                      4

则变量泵的控制目标为:                               5

变量泵进出口压力差和转速为检测系统检测量,取变量泵效率和发动机到变量泵的传动效率均为均值(95%)。满足式(5)的泵排量值为转场运输工况下,静液压行走系统变量泵的最佳排量,同时也是达到发动机最佳工况的必要条件。

当发动机处于高转速区间时,由于其外特性曲线较为平缓,这时如果收割机负载突然增大,那么发动机的转速将会迅速下降。为防止发动机熄火,控制系统应当控制变量泵减小排量。

4.2 工作工况控制策略

在实际使用过程中,首先要保证收割机在具备良好的作业质量的前提下拥有较高的作业效率,而收割机的动力性和经济性需求降为其次。因此,在田间作业期间应使联合收割机尽量保持恒定的行驶速度。收割机作业的田间土地路况较为一致,整车的阻力起伏不大,并且外界突然性负荷造成的液压系统的冲击频率不高,工作环境较为温和。所以联合收割机的液压驱动行走控制曲线较为平缓。

在影响收割机作业质量和作业效率的诸多因素中,工作车速和喂入量起着至关重要的作用。合理的工作车速可以给予收割机最佳喂入量。工作车速过高会导致喂入量过大,使损失量上升、作业质量下降,甚至会造成脱粒滚筒堵塞导致设备损坏;工作车速过低则导致喂入量过小,使生产效率降低[6-8]。所以选择合适的工作速度以保证合理的喂入量是十分重要的。喂入量与工作车速的数学关系可以被描述为[9]

                                                           6

式中:—工作车速(m/s);—喂入量(kg/s);—割幅(m);

—作物密度(kg/)。

由上式可以看出,割幅与作物密度相对稳定时,收割机的喂入量与工作车速为正比关系。在田间环境里,一定气候区域内的作物生长状况是一定的。作物在播种和成熟过程中,其生长密度趋于稳定。而割幅取决于收割机自身。所以,收割机工作车速决定了其喂入量。

由流量关系(忽略变量泵、马达、管路损失):                          7

式中:—变量泵流量;—液压马达流量。

得到:                                                      8

式中:—液压马达排量;—液压马达转速。

根据车速与马达转速的关系:                                  9

式中:—驱动车轮到液压马达的总传动比;—驱动车轮半径。

将式(6)和式(9)代入式(8),整理得到:            10

喂入量与变量泵转速为检测系统检测量,式(10)基于喂入量需求的变量泵排量为工作工况下,4YZ-4型玉米联合收割机液压驱动行走系统变量泵的最佳排量。亦是保证收割机作业质量和提高作业效率的必要条件。

5.结束语

在实际使用中,联合收割机是一个复杂的系统,存在着各种内部波动和外部扰动。本文根据4YZ-4型玉米联合收割机的两大工况特点分别提出与之相对应的控制策略。该控制策略不仅可以满足收割机转场运输工况下收割机对动力性、经济性的要求,还能满足收割机工作工况下对作业质量、作业效率的要求。为4YZ-4型玉米联合收割机控制系统的开发、设计提供了理论依据。

6.参考文献

[1]  姚怀新. 工程车辆液压动力学与控制原理 [M]. 北京:人民交通出版社,2006.

[2]  张仁成,桑正中,张际先. 联合收割机自动控制系统研究现状与展望 [J]. 江苏理工大学报1998192):11-16.

[3]  姚怀新. 车辆液压驱动系统的控制原理及参数匹配 [J].中国公路学报2002,153):115-118

[4]  王意. 车辆与行走机械的静液压驱动 [M].北京:化学工业出版社,2014.

[5]  Mars Taneli, Fabio Codeca, Sergio M Savaresi, et al. On transmission ratio computation for the control of acontinously variable transmission in agricultural tractors [C].Proceedings of the 2007American Control Conference. 2007(5): 5730-5735.

[6]  张志起,崔中凯,刘继元等. 4YX-4型全液压自走式玉米收获机液压系统设计 [J].农机化研究201512):97-101

[7]  牛利田. 某收割机液压行走驱动系统匹配与性能仿真 [D].青岛理工大学,2015

[8]  刘枫,范志强. 玉米收获机闭式静液压行走系统的研究 [J].价值工程,2011,30:35

[9]  庹朝永. 联合收割机行走速度分析及控制系统设计 [J].农机化研究,2011,8(8):97

 

 



*收稿日期:

*青岛经济技术开发区重点科技发展计划项目(编号:2013-1-70)。

作者简介:张云(1993—),男,山东泰安人,硕士,研究方向为车辆现代设计理论及应用研究。Tel:17864211565;E-mail:619857133@qq.com

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。