一种基于多片式离合器的拖拉机PTO控制系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制系统，包括拖拉机本体，其特征在于，所述拖拉机本体上连接有拖拉机pto(18)和节气门调控模块(22)，所述拖拉机pto(18)内安装有多片式离合器(19)，所述多片式离合器(19)上安装有液力夹紧模块(1)和温控模块(2)；所述液力夹紧模块(1)包括有液力夹紧装置(3)和位移传感器(4)，所述多片式离合器(19)上连接有离合器脚踏杆，所述液力夹紧装置(3)固定套装在多片式离合器(19)与二级变速机构(20)之间，所述位移传感器(4)与液力夹紧装置(3)固定连接；所述温控模块(2)包含有温控表(5)、流量调节阀(6)和一个加热器(7)，所述温控表(5)安装于拖拉机本体的底盘上，所述拖拉机pto(18)内还固定安装有润滑油箱，所述润滑油箱上设置有润滑油进油口(8)和润滑油出油口(9)，所述流量调节阀(6)固定在润滑油出油口(9)处，所述加热器(7)固定安装在润滑油箱内；所述节气门调节模块(22)包括有节气门和旋转电机，所述节气门固定安装在拖拉机本体上，所述旋转电机与节气门相连接，所述旋转电机的内部固定安装有编码器(23)；所述拖拉机本体上还安装有动力源，所述动力源的输出轴上固定连接有传动轮轴，所述拖拉机本体的底盘上固定安装有振幅传感器(12)；所述拖拉机本体的动力源上还连接有pto输入轴(17)，所述pto输入轴(17)远离拖拉机本体一端与拖拉机pto(18)内的多片式离合器(19)相连接，所述多片式离合器(19)的输入端上固定安装有第一转速传感器(10)和第一扭矩传感器(11)，所述多片式离合器(19)的输出端上固定安装有第二扭矩传感器(13)和第二转速传感器(14)；所述多片式离合器(19)上还连接有二级变速机构(20)，所述二级变速机构(20)上同时固定连接有pto输出轴(21)；所述拖拉机本体内安装有控制器(15)和拖拉机仪表盘，所述拖拉机仪表盘内安装有显示器(16)。2.根据权利要求1所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制系统所使用的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、系统进行自检，根据自检情况，判断是否满足运行条件，若满足，进入步骤2)，否则系统进行初始化，等待系统满足条件；s2、选择工作模式，当人工选择手动模式时，进入步骤3)，当人工选择自动模式时，进入s4；s3、用户通过pto离合器操纵杆控制拖拉机pto(18)内的多片式离合器(19)的离合；s4、进入温控模块(2)，利用温控表(5)测量多片式离合器(19)的润滑油温度，并判断所测温度是否在区间[a,b]内，得到第一工作指令；s5、根据s4所得的工作指令，对多片式离合器(19)的润滑油温度进行调节；s6、进入液力夹紧模块(1)，利用第一转速传感器(10)测量pto多片式离合器输入端转速，并使用第二转速传感器(14)测量pto多片式离合器输出端转速，判断pto多片式离合器输入端与输出端转速差是否在[0,c]内，得到第二工作指令；s7、根据s6所得的工作指令，pto多片式离合器输入端与输出端转速差进行记录，记录值为
ɑ
；s8、利用振幅传感器(12)测量工况路面平整情况，并判断所采集振幅的均方根高度是否在区间[d,e]内，得到第三工作指令；s9、根据s8所得的工作指令，对振幅的均方根高度进行记录，记录值为β；
s10、利用拖拉机pto多片式离合器输出端上的第二扭矩传感器(13)测量pto多片式离合器输入端扭矩，并使用第二扭矩传感器(13)pto多片式离合器输出端扭矩，判断pto多片式离合器输入端与输出端扭矩差是否在[0,c]内，得到第四工作指令；s11、根据s10所得的工作指令，对pto多片式离合器输入端与输出端扭矩差移进行记录，记录值为γ；s12、通过
ɑ
，β，γ的值，控制器(15)得出最佳夹紧位移值x；得到第五工作指令；s13、根据s12所得的工作指令，对拖拉机pto(18)内的多片式离合器(19)进行调节，并通过位移传感器(4)将多片式离合器(19)调节位移反馈回控制器(15)；s14、进一步利用第二转速传感器(11)第二扭矩传感器(13)测量pto多片式离合器输出端的转速和扭矩，得到第六工作指令；s15、根据s14所得工作指令，对拖拉机本体的节气门进行调节，通过控制器(15)对节气门调节模块(22)的旋转电机的旋转角度进行控制；s16、通过编码器(23)对节气门的开合角度进行判断，得到第七工作指令；s17、根据s16中所得的工作指令，利用液力夹紧模块(1)对多片式离合器(19)进行调节；s18、完成中s17中多片式离合器的调节后，重复s4中的工作步骤，得到新的工作指令，并依次重复进行s4
‑
s17中所述操作步骤。3.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s4中提到的温度测量具体包括以下操作：a1、通过温控表(5)采集多片式离合器(19)内润滑油油温；a2、将温控表(5)的at探头固定在多片式离合器(19)外层离合片上和冷却润滑油油箱内；a3、在拖拉机本体工作时，利用温控表(5)实时获取多片式离合器(19)和冷却润滑油油箱内油温大小，并将测得的温度数值实时传输给温控模块(2)和显示器(16)。4.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s5中的温度控制具体包括以下操作：b1、若所测多片式离合器(19)油温在温度区间[a,b]内，温度调控系统保持；b2、若所测温度大于温度区间[a,b]，温度调控系统工作，流量调节阀(6)打开，向多片式离合器(19)内喷冷却润滑油，单位时间内，油从一个摩擦副带走的热量由下式计算：式中：q
y
为冷却液从摩擦片上散走的热量(j)t1，t2为冷却液入口和出口的温度(℃)τ
o
为冷却摩擦片的时间(s)q
y
为1秒钟时间向一个摩擦副的供油量(m3/s)c
y
γ
y
为单位体积油的热容量(j/(kg.k))冷却液比流量计算如下式：
式中：δq为比流量，即单位摩擦表面上的冷却液流量(m3/(m2*s)；cγ为摩擦片单位体积热容量(j(kg.k))；h为摩擦片的厚度(m)；c
y
γ
y
为单位体积冷却液的热容量(j(kg.k))；τ
o
为冷却摩擦片的时间(t)；ξ为散热系数；ψ为摩擦副表面接触系数；t
p
为没有冷却液时摩擦片滑磨发热的平均温度(℃)；t0为摩擦片结合前的表面温度(℃)；t1为冷却液的初始温度(℃)；b3、若所测温度小于温度区间[a,b]，温度调控系统工作，加热器(7)工作，加热冷却润滑油油箱内的冷却润滑油，当加热温度达到温控表(5)设定值b时，流量调节阀(6)打开，向多片式离合器(19)内喷冷却润滑油。5.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s6中提到的转速测量具体包括以下操作：c1、通过第一转速传感器(10)采集pto多片式离合器输入端转速；c2、通过第二转速传感器(14)采集pto多片式离合器输出端转速；c3、第一转速传感器(10)安装于pto多片式离合器输入端；c4、第二转速传感器(14)安装于pto多片式离合器输出端；c5、在拖拉机工作时，利用第一转速传感器(10)和第二转速传感器(14)实时获取pto多片式离合器输入端和输出端转速大小，并将测得的速度数值实时传输给控制器(15)和显示器(16)。所述s7中提到的记录pto多片式离合器输入端转速与pto多片式离合器输出端转速差具体包括以下操作：d1、若所测pto多片式离合器输入端转速与pto多片式离合器输出端转速差在速度区间[0,c]内，记录转速差
ɑ
为0；d2、若所测pto多片式离合器输入端转速与pto多片式离合器输出端转速差高于速度区间[0,c]，将转速差记录为
ɑ
。所述s8中提到的扭矩测量具体包括以下操作：e1、通过振幅传感器(12)采集拖拉机本体的工况振幅；e2、振幅传感器(12)安装于拖拉机本体的底盘上；e3、在拖拉机工作时，将振幅传感器(12)采集的拖拉机本体的工况振幅实时传输给控制器(15)和显示器(16)，并计算拖拉机本体工况振幅的均方根高度。6.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s9中提到的记录拖拉机工况振幅的均方根高度具体包括以下操作：f1、若所测拖拉机工况振幅的均方根高度在区间[d,e]内，记录均方根高度β为0；f2、若所测拖拉机工况振幅的均方根高度大于区间[d,e]内，将均方根高度记录为β。7.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s10中提到的扭矩测量具体包括以下操作：
g1、采用第一扭矩传感器(11)获得pto多片式离合器输入端扭矩；g2、采用第二扭矩传感器(13)获得pto多片式离合器输出端扭矩；g3、将第一扭矩传感器(11)的一端连接pto多片式离合器输入端，另一端连接pto输入轴(17)；g4、将第二扭矩传感器(13)的一端连接pto多片式离合器输出端，另一端连接pto输出轴(21)；g5、在拖拉机本体运作时，利用第一扭矩传感器(11)和第二扭矩传感器(13)实时获取pto多片式离合器输入端和输出端扭矩大小，并将测得的扭矩数值实时传输给控制器(15)和显示器(16)。所述s10中提到的记录pto多片式离合器输入端扭矩与pto多片式离合器输出端扭矩差具体包括以下操作：h1、若所测pto多片式离合器输入端扭矩与pto多片式离合器输出端扭矩差在区间[0,f]内，记录扭矩差γ为0；h2、若pto多片式离合器输入端扭矩与pto多片式离合器输出端扭矩差大于区间[d,e]，将扭矩差记录为γ。8.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s12中提到的得出最佳夹紧位移值x具体包括以下操作：i1、将所记录的
ɑ
，β，γ值输入到控制器(15)；i2、控制器(15)通过计算，得出最佳夹紧位移值x。9.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s13中提到的对拖拉机pto(18)的多片式离合器(19)进行调节具体包括以下操作：j1、若所得出的最佳夹紧位移值x小于等于0，液力夹紧模块(1)保持不变；j2、若所得出的最佳夹紧位移值x大于0，液力夹紧模块(1)工作，液力夹紧装置(3)推动多片式离合器(9)，使多片式离合器(9)摩擦片压紧，pto输入轴(17)的扭矩、转速提高；j3、位移传感器(4)将液力夹紧装置(3)的位移传回给控制器(15)，判断液力夹紧装置(3)是否夹紧到位，所述扭矩与夹紧压力的变化函数关系为：
①
离合片完全分离时：式中，n
f
为摩擦面的个数，n
g
为摩擦片上沟槽个数，θ0为沟槽间角度，b为摩擦片的外半径，a为摩擦片的内半径，n为油液粘度，ω为离合器摩擦副转速差值，为patir因数，为cheng因数，h为油液的油膜厚度。
②
离合片为滑磨状态时：t
总
＝t
v
t
c
式中，n
f
为摩擦面的个数，n
g
为摩擦片上沟槽个数，θ0为沟槽间角度，b为摩擦片的外半径，a为摩擦片的内半径，μ
c
为动摩擦系数，p
c
摩擦副受到的压强，由位移传感器(4)通过液力
夹紧装置(3)的位移计算得出。j4、控制器(15)将当前液力夹紧装置(3)的位移量按接合率显示在显示器上(14),所述接合率变化函数为：p＝(x
÷
x
总
)*100％式中，x为当前液力夹紧装置(3)的位移值，x
总
为液力夹紧装置(3)的最大位移值。10.根据权利要求2所述的一种基于多片式离合器的拖拉机pto控制方法，其特征在于，所述s15～s16中提到的对节气门的调节，具体包括以下步骤：k1、根据第二转速传感器(11)第二扭矩传感器(13)测量所得的pto多片式离合器输出端的转速和扭矩，将其传输给控制器(15)；k2、控制器(15)计算得出旋转电机的最佳旋转量，并控制旋转电机旋转相应角度，使得节气门达到最佳开合角度；k3、编码器(23)采集旋转电机的旋转角度，判断旋转电机是否旋转到位；k4、若旋转角度到位，直接控制液力夹紧模块(1)使多片式离合器松开，若旋转角度不到位，则重复k3所述操作。

技术总结
本发明公开了一种基于多片式离合器的拖拉机PTO控制系统及方法，属于拖拉机控制领域。一种基于多片式离合器的拖拉机PTO控制系统及方法具体包括有拖拉机PTO控制系统和拖拉机PTO控制方法，通过测量拖拉机PTO多片式离合器输入端转速和拖拉机PTO多片式离合器输出端转速和扭矩，以及测量并计算拖拉机本体工况路面振幅的均方根高度，使用控制器计算多片式离合器的液力夹紧装置的最佳夹紧位移和节气门最佳开度程度，实时调整拖拉机PTO的多片式离合器的闭合与节气门开度程度；同时通过测量多片式离合器内油温，判断油温是否超出温度临界值，实时调整多片式离合器内润滑油油温；本发明有效解决了现有拖拉机PTO无法通过监测拖拉机的行车状态来实时调节的问题。机的行车状态来实时调节的问题。机的行车状态来实时调节的问题。


技术研发人员：刘立超 汤君杰 毕全鹏 陈黎卿 张千伟 毕大伟
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：2021.07.12
技术公布日：2021/10/19