带传动无级变速控制系统论文和设计-郭辉

全文摘要

本实用新型提供一种带传动无级变速控制系统，系统包括控制器、显示调节终端、转速传感器、角度传感器、电磁换向阀、油缸、主动带轮、中间带轮、从动带轮；显示调节终端将用户设定转速发送至控制器；控制器将用户设定转速根据传动比算法转换为理论角度，与角度传感器所测实际角度对比进行转速粗调；当满足粗调结果时控制器将用户设定转速与速度传感器检测的速度对比进行转速精调；转速的粗调和精调是通过控制电磁换向阀进而控制油缸伸缩量，以改变带轮传动比实现无级变速和满足用户设定转速要求；本实用新型通过控制油缸伸缩量来调节带轮的传动比以实现无级变速控制，具有控制结构简单，控制精度高等优点。

主设计要求

1.一种带传动无级变速控制系统，其特征在于，包括控制器、显示调节终端、转速传感器、角度传感器、电磁换向阀、带传动系统；所述转速传感器、角度传感器、电磁换相阀和显示调节终端均与所述控制器连接；所述带传动系统包括：油缸、主动带轮、中间带轮和从动带轮；所述中间带轮为一种双槽分度圆直径可变带轮。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种带传动无级变速控制系统，其特征在于，所述控制器包括主控制器、第一从控制器、第二从控制器；其中主控制器、第一从控制器、第二从控制器均包括微处理器、CAN收发器、光电隔离电路、复位电路、电源电路、晶振电路、A\/D转换电路；所述主控制器还包括存储卡、RS232接口；所述第二从控制器还包括继电器控制电路，所述第一从控制器、第二从控制器、主控制器通过CAN总线进行通讯。

3.根据权利要求1所述的一种带传动无级变速控制系统，其特征在于，所述转速传感器固定于机架和从动带轮的连接处，用于实时检测从动带轮转速，并将检测到的转速信号发送至所诉控制器；

所述角度传感器固定于回转臂与机架的铰接处，用于检测回转臂与机架之间的角度α，并将检测到的角度信号发送至所述控制器；

所述电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，并与油缸相连，用于控制油缸伸缩量以控制中间带轮做相应回转运动；

所述显示调节终端与控制器连接，包括窗口一和窗口二，所述窗口一用于人机间交互，设定从动带轮转速，所述窗口二用于显示实时转速值。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及无级变速控制领域，更具体地，涉及带传动无级变速控制系统。

背景技术

在目前的农业机械领域带传动无级变速相较于液体传动无级变速、电力传动无级变速，具有结构简单，成本较低，维护方便，过载保护避免其他零件破坏，传动距离较远，传动平稳、噪声小等特点，在农业机械等领域应用广泛。随着现代技术自动化、信息化的不断发展，对于传动自动化及精度要求逐渐增加，带传动无级变速的自动控制发展就显得尤为重要。

发明内容

主要解决的问题，在自走式农业机械中，大多采用有级调速，在带传动无级变速的自动控制方面发展不足，为此提出一种结构简单，易于实现的带传动无级变速控制系统及控制方法。

根据本实用新型的一个方面，提供一种带传动无级变速控制系统，包括控制器、显示调节终端、转速传感器、角度传感器、电磁换向阀、带传动系统等；所述转速传感器、角度传感器、电磁换相阀和显示调节终端均与所述控制器连接；所述控制器包括主控制器、第一从控制器、第二从控制器；其中主控制器、第一从控制器、第二从控制器均包括微处理器、CAN收发器、光电隔离电路、复位电路、电源电路、晶振电路、A\/D转换电路；所述主控制器还包括存储卡、RS232接口；所述第二从控制器还包括继电器控制电路，所述第一从控制器、第二从控制器、主控制器通过CAN总线进行通讯。

所述带传动系统包括：油缸、主动带轮、中间带轮和从动带轮；所述中间带轮为一种双槽特殊带轮，中间幅板可沿轴向移动，以改变两带轮槽的分度圆直径从而改变传动比；所述转速传感器为反射式光电传感器，固定于机架和从动带轮的连接处，用于实时检测从动带轮转速，并将检测到的转速信号发送至所述第一从控制器；所述角度传感器固定于回转臂与机架的铰接处，用于检测回转臂与机架之间的角度α，并将检测到的角度信号发送至所述第二从控制器；所述电磁换向阀为三位四通电磁换向阀，并与油缸相连，用于控制油缸伸缩量以控制中间带轮做相应回转运动，从而保证相应的无级变速要求；所述显示调节终端与主控制器连接，包括窗口一和窗口二；所述窗口一用于人机间交互，设定从动带轮转速；所述窗口二用于实时显示来自主控制器发送的转速传感器检测的实时转速值。

所述主控制器接收来自显示调节终端的设定转速信号和转速传感器检测的实际转速信号，用于对比用户设定转速值和转速传感器检测转速值，生成转速调节指令。

所述第一从控制器与转速传感器连接，第一从控制器接收转速传感器发送的信号并通过算法转换为实时的转速值，并将转速值通过CAN总线传送到主控制器。

所述第二从控制器与角度传感器连接，第二从控制器接收角度传感器发送的信号，并通过算法转化为机架与回转臂的角度值α，运用三角函数关系，通过算法实现油缸长度的精确测量，根据油缸初始长度，可以得到油缸伸缩量，最终得到角度α与从动轮转速的关系。

所述第二从控制器与电磁换向阀连接，并通过CAN总线接收来自主控制器的控制信号，控制电磁换向阀的换向和通断，进而控制油缸伸缩量。

本实用新型有益效果是：此系统可以在允许范围内根据用户设定转速，控制系统自行调整从动带轮转速；通过角度传感器检测的实际角度值与用户设定转速转化的实际角度值对比可较快的实现速度的初步调整；通过转速传感器可实时获取从动轮转速并与用户设定转速对比可实现转速的精确调整；此系统的结构相对简单，通过控制油缸的长度就能实现带轮无级变速，通过速度传感器可实时监测转速的变化，控制系统能及时的调整，保证了带轮无级变速控制的精确性和稳定性。

附图说明

图1为带传动无级变速控制系统组成框图。

图2为带传动无级变速机构示意图。

图3为带传动无级变速液压原理图。

图4为带传动无级变速显示终端界面图。

图5为带传动无级变速机构极限位置示意图。

附图中：主动带轮1、油缸2、中间带轮3、从动带轮4、机架5、铰接块6、回转臂7、三角带8、转速传感器9、角度传感器10、进油口11、单向阀12、溢流阀13、节流阀14、电磁换向阀15、过滤器16、油箱17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1：结合图1至图4进行说明。图1为本实用新型实施例中的一种带传动无级变速控制系统结构示意图，如图1所示：包括显示调节终端、主控制器、第一从控制器、第二从控制器、转速传感器9、角度传感器10、电磁换向阀15、油缸2等；所述显示调节终端与主控制相连，所述转速传感器与第一从控制器相连，所述电磁换向阀15、角度传感器10与第二从控制相连，所述油缸2与电磁换向阀15相连；所述主控制器、第一从控制器、第二从控制器均包括微处理器、CAN收发器、光电隔离电路、复位电路、电源电路、晶振电路、A\/D转换电路；所述主控制器还包括存储卡、RS232接口；所述第二从控制器还包括继电器控制电路，所述第一从控制器、第二从控制器、主控制器通过CAN总线进行通讯。图2为带传动无级变速机构示意图，如图2所示：带传动无级变速系统主要由带传动系统和机架1组成；其中带传动系统包括主动带轮1、油缸2、中间带轮3、从动带轮4、三角带8等；中间带轮3是一种分度圆直径可变的双槽带轮，从动带轮9、主动带轮1、三角带8-1和三角带8-2位置和尺寸均不发生改变，当油缸2的伸缩量发生改变时，将改变中间带轮3的两个带轮槽的分度圆之比，从而改变带传动系统的传动比，最终达到无级变速的目的；机架5与回转臂7通过铰接块6铰接，通过检测机架5与回转臂7之间的夹角α可间接测得油缸2的伸缩量，因此可得到夹角值α与传动比之间的对应关系。图3为带传动无级变速液压原理图，如图3所示：被控对象为油缸2，执行元件为电磁换向阀15，其中还包括的液压元件有进油口11、单向阀12、溢流阀13、节流阀14、过滤器16以及油箱17；通过液压泵出来液压油从进油口11经过单向阀12和溢流阀13以及节流阀14获得稳定的较小的流量，经过电磁换向阀实现油缸伸缩量的控制。图4为带传动无级变速显示终端界面图，所述显示调节终端与主控制器连接，包括窗口一和窗口二；所述窗口一用于人机间交互，设定从动带轮转速，其中设定的转速在带传动无级变速的范围之内，有两种转速设定形式：第一种是精确的在窗口输入转速值，第二种是类似的模拟转速推杆；滑动在窗口一中表示转速的黑点在低速、中速和高速之间调整到适合的转速；所述窗口二用于实时显示转速传感器检测转速值，该值为从动带轮的实际转速值。

实施例2：结合图1至图4进行说明，所述显示调节终端发送用户设定转速指令，主控制器接收到显示器终端发送的用户设定转速指令并通过传动比算法转化对应的角度指令，将角度α指令发送至第二从控制器；所述第二从控制器接收来自所述主控制器发送的角度指令，并与角度传感器所检测的角度值对比，判断实际角度是否在在理论角度的误差范围内，若不在，则所述第二从控制器控制电磁阀15，调节油缸2伸缩量，进而调整实际角度，当实际角度满足理论角度的误差范围时，所述第二从控制器停止对油缸2伸缩量的调整，并向所述主控制器发送转速精确调整指令，此时转速初调结束。所述主控制器接收到来自所述第二从控制器的转速精确调整指令，并将用户设定转速值与转速传感器发送的实际转速值做差比较，并判断转速差值是否超过预设值，当超过预设值时，生成精确调速指令，并将精确调速指令发送所述第二控制器；所述第二控制接收来自所述第一控制器的精确调速指令，并通过精确调速算法控制电磁阀，精确调速算法是控制所述电磁阀换向时间，电磁阀换向时间可以到达以ms为单位的时间值，因此可以实现油缸伸缩量的微调，到达精确调整油缸伸缩量进而精确控制从动带轮转速，实现从动带轮4转速的精确调整，当所述第一从控制器所接收到的转速传感器9检测到的实际转速值与用户设定值的差值在设定范围内时，无级变速控制结束。

实施例3：结合图2和图5，图5为带传动无级变速机构极限位置示意图，其中L1是主动带轮1与回转臂7之间的中心距，L2是从动带轮9与回转臂7之间中心距，L3、L3’是主动带轮1与中间带轮3之间的中心距，L4、L4’是从动带轮4与中间带轮之间的中心距，L5、L5’表示油缸伸缩长度；其中三角带8-1连接主动带轮1与中间带轮3，三角带8-2连接从动带轮4与中间带轮3，三角带8-1、8-2长度不变；当油缸长度L5发生变化时相应的中心距L3、L4发生变化，在三角带8-1、8-2长度不变的情况下，使得中间带轮3两个槽的分度圆直径发生变化，从而改变主动带轮1到从动带轮4的传动比，实现带轮的无级变速；因油缸长度L5的变化范围有限，因此带传动的无级变速存在变速范围，当L5处于最小值时，从动带轮有最低转速，当L5处于最大值时，从动带轮有最高转速。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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