一種山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及山地果園的運(yùn)輸設(shè)備，具體涉及一種山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝 置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有蓄電池驅(qū)動(dòng)型山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)裝置、載物滑車和軌道系統(tǒng) 組成，其中，驅(qū)動(dòng)裝置包括直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制器和制動(dòng)裝置，軌道系統(tǒng)由軌道及地 面支撐柱組成。該類運(yùn)輸機(jī)具備爬坡能力大，對山體適應(yīng)能力強(qiáng)，運(yùn)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是， 蓄電池驅(qū)動(dòng)型山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)在軌道上運(yùn)行時(shí)存在以下缺陷：
[0003] 1、動(dòng)力輸出較單一，驅(qū)動(dòng)裝置無法根據(jù)實(shí)際的爬坡工況輸出最佳動(dòng)力，造成能源 浪費(fèi)。
[0004] 2、雖然可以選用直流變檔差速電機(jī)，但是控制系統(tǒng)無法識(shí)別當(dāng)前的檔位，進(jìn)而無 法根據(jù)爬坡工況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)上存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種山地果園單軌運(yùn)輸 機(jī)自動(dòng)變擋裝置，該自動(dòng)變檔裝置可以根據(jù)運(yùn)輸機(jī)工作過程中的爬坡工況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋， 使得工作電機(jī)始終在最合理力矩內(nèi)運(yùn)行，減少能源的消耗。
[0006] 本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于提供一種應(yīng)用上述山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝 置實(shí)現(xiàn)的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)的控制方法。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
[0008] 一種山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置，包括傾角檢測單元、速度檢測單元、控制 單元和變檔執(zhí)行單元，其中：
[0009] 所述傾角檢測單元包括傾角傳感器；
[0010] 所述速度檢測單元包括速度傳感器，該速度傳感器由接近開關(guān)構(gòu)成；所述運(yùn)輸機(jī) 上設(shè)有在齒狀軌道中爬行的行走輪，該行走輪上設(shè)有沿圓周方向均勻分布且的外齒，所述 速度傳感器端面中心正對于行走輪的外齒設(shè)置；
[0011] 所述變檔執(zhí)行單元包括直線電機(jī)、感應(yīng)塊以及變檔行程檢測開關(guān)，其中，所述直線 電機(jī)具有作直線運(yùn)動(dòng)的推桿，該推桿通過變檔桿與用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸機(jī)行走的差速變檔直流電 機(jī)的換擋軸連接；所述感應(yīng)塊設(shè)置在推桿上；所述變檔行程檢測開關(guān)包括沿著推桿的運(yùn)動(dòng) 方向分布的三個(gè)接近開關(guān)，分別為加速檔接近開關(guān)、平衡位置接近開關(guān)以及減速檔接近開 關(guān)，其中，平衡位置接近開關(guān)位于中間，加速檔接近開關(guān)和減速檔接近開關(guān)位于平衡位置接 近開關(guān)的兩側(cè)；當(dāng)所述感應(yīng)塊隨推桿運(yùn)動(dòng)到與加速檔接近開關(guān)對應(yīng)處時(shí)，所述換擋軸位于 加速檔位，當(dāng)所述感應(yīng)塊隨推桿運(yùn)動(dòng)到與減速檔接近開關(guān)對應(yīng)處時(shí)，所述換擋軸位于加速 檔位，當(dāng)所述感應(yīng)塊隨推桿運(yùn)動(dòng)到與平衡位置接近開關(guān)對應(yīng)處時(shí)，所述換擋軸位于平衡位 置；
[0012] 所述控制單元包括控制器，所述傾角傳感器、速度傳感器、加速檔接近開關(guān)、平衡 位置接近開關(guān)以及減速檔接近開關(guān)連接在控制器的信號輸入端，所述直線電機(jī)與控制器的 信號輸出端連接。
[0013] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述運(yùn)輸機(jī) 上設(shè)有第一支撐板，所述差速變檔直流電機(jī)設(shè)置于第一支撐板的下部，所述直線電機(jī)設(shè)置 于第一支撐板的上部，所述變檔桿的下端與換擋軸連接，上端向上延伸與推桿連接。所述第 一支撐板不但便于差速變檔直流電機(jī)、直線電機(jī)、行走輪等部件的固定，而且還使得推桿、 變檔桿與換擋軸之間的連接更加緊湊。
[0014] 優(yōu)選地，所述推桿的末端設(shè)有U形槽，所述變檔桿的上端設(shè)有連接部，該連接部具 有兩個(gè)相互平行的平面，該兩平面之間的距離與所述U形槽的寬度相匹配；所述連接部伸 入到U形槽內(nèi)并通過螺栓連接結(jié)構(gòu)連接在推桿上。這樣便于推桿和變檔桿的可裝拆連接， 便于裝配。
[0015] 優(yōu)選地，所述感應(yīng)塊固定在推桿的上部且向上延伸；所述變檔行程檢測開關(guān)設(shè)置 于推桿的上方，并安裝在設(shè)置于第一支撐板上的開關(guān)安裝塊上。這樣所述變檔桿和感應(yīng)塊 分別設(shè)置在推桿的上下兩側(cè)，布局合理，結(jié)構(gòu)緊湊。
[0016] 優(yōu)選地，所述感應(yīng)塊的上端向上延伸至超過變檔行程檢測開關(guān)的中心。這樣確保 變檔行程檢測開關(guān)順利檢測到感應(yīng)塊的到位。
[0017] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述行走輪 包括主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，該主動(dòng)輪和從動(dòng)輪設(shè)置在第一支撐板中與差速變檔直流電機(jī)相對的 一側(cè)，其中，所述主動(dòng)輪與差速變檔直流電機(jī)的輸出軸連接；所述速度傳感器通過連接件固 定在第一支撐板上，其端面的中心正對于所述主動(dòng)輪；所述運(yùn)輸機(jī)上中的齒狀軌道的齒結(jié) 構(gòu)設(shè)置于下側(cè)，所述行走輪位于齒狀軌道的下方，行走輪上的外齒與所述齒結(jié)構(gòu)相嚙合。
[0018] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述運(yùn)輸機(jī) 上設(shè)有與第一支撐板平行設(shè)置的第二支撐板，第一支撐板和第二支撐板之間通過支撐橫梁 連接；所述第二支撐板上設(shè)有電控箱，所述控制器設(shè)置于電控箱內(nèi)。
[0019] 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，所述控制器由單片機(jī)構(gòu)成。
[0020] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，還包括電磁 制動(dòng)器，該電磁制動(dòng)器設(shè)置在差速變檔直流電機(jī)的輸出軸上。采用該優(yōu)選方案的目的在于 控制運(yùn)輸機(jī)在下坡時(shí)的速度，運(yùn)輸機(jī)在下坡時(shí)速度應(yīng)當(dāng)控制合適的范圍內(nèi)，不宜過快；通過 所述傾角傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測運(yùn)輸機(jī)的加速度，當(dāng)速度過大時(shí)，由控制單元控制電磁制動(dòng) 器剎車，從而將運(yùn)輸機(jī)的速度控制在合適的范圍之內(nèi)，確保運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行安全。
[0021] 一種應(yīng)用上述山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置實(shí)現(xiàn)的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)的 控制方法，包括以下步驟：
[0022] (1)傾角傳感器實(shí)時(shí)檢測運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前的傾角信號，并將該傾角信號反饋給控制單 元；控制單元根據(jù)該傾角信號再結(jié)合系統(tǒng)中設(shè)定的運(yùn)輸機(jī)的行走方向，判斷運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前是 處于上坡狀態(tài)還是下坡狀態(tài)，如果檢測到為上坡狀態(tài)，則執(zhí)行步驟（2);
[0023] (2)速度傳感器實(shí)時(shí)檢測行走輪的轉(zhuǎn)速信號，并將轉(zhuǎn)速信號反饋給控制單元；控 制單元根據(jù)速度傳感器反饋回來的轉(zhuǎn)速信號并結(jié)合差速變檔直流電機(jī)當(dāng)前的工作功率，計(jì) 算獲得差速變檔直流電機(jī)的當(dāng)前輸出力矩；常態(tài)下，感應(yīng)塊位于與平衡位置接近開關(guān)對應(yīng) 處，換擋軸位于平衡位置；控制單元根據(jù)所算得的力矩的不同，分別作出以下的控制動(dòng)作：
[0024] (2. 1)當(dāng)算得的力矩大于設(shè)定力矩時(shí)，再判斷當(dāng)前差速變檔直流電機(jī)的檔位是否 在最低檔，如果不是在最低檔，則控制退一檔：控制單元向直線電機(jī)發(fā)出控制信號，驅(qū)動(dòng)推 桿帶動(dòng)變檔桿運(yùn)動(dòng)，將位于平衡位置的換擋軸推向減速檔位使得運(yùn)輸機(jī)減速，該過程中，推 桿上的感應(yīng)塊從與平衡位置接近開關(guān)對應(yīng)處運(yùn)動(dòng)到與減速檔接近開關(guān)對應(yīng)處，而當(dāng)減速檔 接近開關(guān)檢測到感應(yīng)塊到達(dá)時(shí)，向控制單元發(fā)出到位信號，控制單元向直線電機(jī)發(fā)出控制 信號，讓推桿、感應(yīng)塊、變檔桿、換擋軸復(fù)位，等待下一次變檔動(dòng)作；
[0025] (2. 2)當(dāng)算得的力矩小于設(shè)定力矩時(shí)，再判斷當(dāng)前差速變檔直流電機(jī)的檔位是否 在最高檔，如果不是在最高檔，則控制進(jìn)一檔：控制單元向直線電機(jī)發(fā)出控制信號，驅(qū)動(dòng)推 桿帶動(dòng)變檔桿運(yùn)動(dòng)，將位于平衡位置的換擋軸推向加速檔位使得運(yùn)輸機(jī)加速，該過程中，推 桿上的感應(yīng)塊從與平衡位置接近開關(guān)對應(yīng)處運(yùn)動(dòng)到與加速檔接近開關(guān)對應(yīng)處，而當(dāng)加速檔 接近開關(guān)檢測到感應(yīng)塊到達(dá)時(shí)，向控制單元發(fā)出到位信號，控制單元向直線電機(jī)發(fā)出控制 信號，讓推桿、感應(yīng)塊、變檔桿、換擋軸復(fù)位，等待下一次變檔動(dòng)作。
[0026] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)的控制方法的一個(gè)優(yōu)選方案，其中，在步驟（1)中， 當(dāng)判斷運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前處于下坡狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行以下步驟：
[0027] (3)速度傳感器實(shí)時(shí)檢測行走輪的轉(zhuǎn)速信號，并將轉(zhuǎn)速信號反饋給控制單元；控 制單元將該轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，如果當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則輸出控制信號控制 電磁制動(dòng)器剎車，直至當(dāng)前轉(zhuǎn)速落入設(shè)定轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)，控制電磁制動(dòng)器松開。
[0028] 本發(fā)明的山地果園單軌運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)變擋裝置的工作原理是：
[0029] 首先判斷運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過傾角傳感器可以檢測運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前的傾斜角 度，再結(jié)合系統(tǒng)中設(shè)定的運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，即可判斷運(yùn)輸機(jī)是處于上坡狀態(tài)、平走狀態(tài)還 是下坡狀態(tài)（位于軌道中的同一斜坡中的運(yùn)輸機(jī)的傾斜角度一致，因此需要預(yù)先知道運(yùn)輸 機(jī)的行走方向才能判斷運(yùn)輸機(jī)當(dāng)前是上坡還是下坡，運(yùn)輸機(jī)的行走方向在工作前在系統(tǒng)中 預(yù)先設(shè)定）。
[0030] 接著計(jì)算差速變檔直流電機(jī)的工作狀態(tài)。由于行走輪上設(shè)有均勻分布的外齒，因 此與之正對的速度傳感器通過檢測通過其檢測范圍的外齒的數(shù)量，便可由控制器算得行走 輪的轉(zhuǎn)速，再通過讀取差速變檔直流電機(jī)當(dāng)前的功率，可計(jì)算差速變檔直流電機(jī)當(dāng)前輸出 的力矩（力矩等于功率除以轉(zhuǎn)速）。
[0031] 最后進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)。在確定運(yùn)輸機(jī)處于上坡狀態(tài)時(shí)，為了讓差速變檔直流電機(jī)的 輸出力矩處于合適的范圍之內(nèi)，確保電機(jī)處于最佳的工作狀態(tài)，需要進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)。驅(qū)動(dòng)運(yùn) 輸機(jī)行走的差速變檔直流電機(jī)內(nèi)置了減速箱和換擋機(jī)構(gòu)，對外表現(xiàn)為具有換擋軸伸出，通 過推動(dòng)換擋軸可改變檔位，從而改變差速變檔直流電機(jī)的輸出力矩。
[0032] 差速變檔直流電機(jī)的換擋動(dòng)作由直線電機(jī)提供動(dòng)力，由推桿和變檔軸推動(dòng)換擋軸 來進(jìn)行。常態(tài)下，感應(yīng)塊位于與平衡位置接近開關(guān)對應(yīng)處，換擋軸位于平衡位置。當(dāng)差速變 檔直流電機(jī)當(dāng)前的力矩大于設(shè)定的范圍時(shí)，需要退檔，以降低速度，減小力矩；退檔過程是： 控制器向直線電機(jī)發(fā)出控制信號，驅(qū)動(dòng)推桿帶動(dòng)變檔桿運(yùn)動(dòng)，將位于平衡位置的換擋軸推 向減速檔位使得運(yùn)輸機(jī)減速，該過程中，推桿上的感應(yīng)塊也從與平衡