作者：尹修杰 著
出版社：化学工业出版社
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拖拉机电液控制技术试读：
前言
大马力拖拉机提升器作为大马力拖拉机的核心零部件，可连接拖拉机和农机具，完成拖拉机耕深作业，实现力调节、位调节、力位综合调节等耕深控制方法，其性能好坏直接影响拖拉机农耕作业的质量。目前在拖拉机行业，大马力拖拉机快速发展，但在耕深控制方面仍然基于机液控制的提升器和强压提升器，研发符合实际需求的大马力拖拉机耕深控制系统，很有必要。
本书对拖拉机作业机组耕深电液控制方法及系统进行了系统的研究，旨在提出一套关于拖拉机液压悬挂装置的机-电-液智能控制系统的基本方案和理论，以提高拖拉机电液悬挂装置的自动化水平和工作性能。
本书内容主要包括以下几个方面。（1）分析了现有拖拉机液压悬挂机组的结构、类型和控制方法，确定了所研究的电液耕深控制系统的总体方案，建立了拖拉机电液悬挂作业机组试验研究平台。基于我国常用中等功率拖拉机液压系统的特性和作业机组的工作性能要求，设计了电液悬挂装置的液压分配器，其中所有液压控制阀均采用了螺纹插装阀并且油路采用集成块连接，使得分配器体积小，结构紧凑；此外，利用锥阀密封性好、通流能力强的特点，解决了液压控制系统的内泄漏问题和系统的发热问题。（2）设计了拖拉机作业机组耕深控制系统的控制器硬件和软件系统。在控制器硬件设计方面，主要设计了电源电路、时钟电路、复位电路和调试电路，以及传感器信号检测电路和电磁阀控制电路等输入输出电路。利用嵌入式系统的操作系统完成了控制器软件的设计。（3）基于状态空间法，建立了拖拉机液压控制系统及作业机组的数学模型。对拖拉机作业机组进行了动力学和运动学分析，基于所设计的液压系统在农具提升和下降过程的非对称性特点，分别建立了悬挂机组农具提升和下降过程的数学模型；此外，还建立了拖拉机作业机组的平顺性数学模型。（4）利用Matlab软件的Simulink编制模块，建立了拖拉机液压控制系统及作业机组的仿真模型；仿真研究了液压系统的液压冲击特性及其主要影响因素，以及液压冲击对拖拉机作业机组俯仰振动的影响；研究确定了拖拉机作业机组控制器的模糊控制策略，通过力位综合控制仿真模型，研究了电液悬挂装置的耕深控制性能。（5）通过所建立的拖拉机电液悬挂作业机组试验研究平台，对所研制的电液控制系统和原机液控制系统的工作性能以及耕深控制方法进行了试验研究，主要包括拖拉机作业机组的俯仰振动试验、液压冲击试验、能耗及卸荷压力试验、耕深调节方法的幅相频特性，以及两种液压系统的对比试验研究等。
本书由尹修杰著。编写过程中，得到了单位领导和同事的大力支持与帮助，特此表示感谢！
由于水平所限，书中不足之处难免，敬请广大专家与读者批评指正。著者第1章 绪论
拖拉机的技术发展趋势是广泛采用高新技术，提高拖拉机性能、可靠性、操作方便性、舒适性、安全性及外观质量等。近年来，电子技术与计算机技术结合形成的智能控制技术的发展以及先进的机械制造技术、新材料的涌现，为农业机械带来了新的技术变革，推动了农业机械向智能化、自动化方向发展，极大地促进了农机产品性能的提高。随着信息技术、网络技术、人工智能技术在工业上的广泛应用，在传统农业装备上引入信息化、智能化技术是21世纪农业现代化发展的必然趋势。农业机械向智能化、精准化和实现可持续农业方向发展，以逐步实现农机作业的高效率、高质量和低成本，并提高操作者的舒适性和安全性。随着世界人口的继续增长和人民生活水平的不断提高，农业机械化在更高的水平上继续发展是必然趋势。
农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展，发展高生产率的农业机械必须提高作业机组的生产率。因此，大功率拖拉机逐年增加，作业机械的工作幅宽也相应加大，机组速度普遍提高。近几年来，一些发达国家不断将高、新、尖技术应用到农业机械上来，使农业机械不断向智能化发展，如美国纽荷兰大功率拖拉机与割晒机、收集机，法国库恩免耕播种机等。
我国的拖拉机悬挂装置研究和开发虽然取得了一定成就，但是与发达国家相比，仍有很大差距。就我国当前拖拉机生产和实际应用而言，对机、电、液一体化技术的研究工作还处于起步阶段，对一些关键性技术问题，如拖拉机液压系统的发热问题、液压冲击性问题，液压系统中的泄漏问题等，尚缺乏系统和深入的研究，没有形成可行的解决方案。在液压技术的发展上，仍然处于以液压悬挂的推广完善为代表的液压悬挂阶段，并且更多的研究都是针对传统机液控制系统的仿真和实验研究。本书内容选择拖拉机液压悬挂装置及其农具配套机组为主要对象，探讨和研究其在实现机、电、液智能控制方面的关键技术，从而有助于提高我国农业机械的自动化和智能化水平，有助于提高农业机械的生产效率和促进精确农业的发展。1.1 拖拉机电液控制技术概述
20世纪90年代以来，电子及信息技术的迅速发展对所有传统产业和产业技术发展的影响都是广泛而深刻的，与液压相结合的电液控制技术，在拖拉机上的应用领域主要有以下几个方面。
① 变速箱及传动系。如：动力换挡系统、前驱动桥控制、前后桥差速锁、前后动力输出轴、无级变速传动系统。
② 制动系。如：拖拉机用ABS技术。
③ 转向系。如：线控转向技术、基于卫星导航的自主驾驶系统。
④ 液压及悬挂系。如：电液悬挂系统、液压输出的电比例控制等。1.1.1 无级变速技术
当前，采用无级变速传动系的拖拉机的功率范围在51～384kW之间。在整个欧洲市场上，每年销售的装用无级变速传动系的拖拉机中，功率在51～77kW之间的小功率机型达到50000台左右。在2009年，德国Fendt公司向市场推出了200Vario系列小功率等级的专用型无级变速拖拉机。该系列拖拉机采用无级变速传动系、弹性悬架式前后桥体和弹性悬架式减振驾驶室，其电液悬挂（HER）机构带有抗振动装置。该系列拖拉机所装用的驾驶室自地板以上的高度达到2.5m，在这一功率等级的拖拉机中，驾驶室的这个高度是独一无二的。
在窄轮距专用型拖拉机上采用无级变速传动系这一拖拉机传动系新技术，具有历史性意义。由于其采用了发动机和传动系自动管理操纵系统，对驾驶员来讲，减轻了操纵强度，同时也使拖拉机的作业效率达到了最佳水平。
2009年，John Deere公司也向市场推出了8Rt新系列履带拖拉机，装用了无级变速传动系，成为第一个在履带拖拉机上采用无级变速箱的公司。该系列拖拉机采用了气动式弹簧悬架和橡胶履带行走机构，其橡胶履带的轨距宽度可达到4m，其轨距变换采用一个CTF型机构进行操纵。Valtra公司也向市场推出了装用无级变速传动系的拖拉机新系列，其结构特点是在其部分负载换挡变速箱（Direct 4×5型）内采用模块化设计，布置有一个5-stufiges结构。另外，该公司还设计研发了一个Versu型功率分流式无级变速箱，该变速箱有4种操纵控制方法。1.1.2 动力换挡技术
动力换挡技术在拖拉机上的应用最早是在1959年，美国卡特彼勒公司在其生产的D9E式履带式拖拉机上装备了动力换挡变速箱。由于其优越的换挡表现，在市场上大受欢迎，众多拖拉机制造厂商陆续投入到拖拉机动力换挡技术的研究与应用中。相隔不久，美国福特公司也推出了装备动力换挡变速箱的671/771/871/971系列拖拉机产品，其所使用的10＋2动力换挡变速箱，使得拖拉机在遇到较大的路边突变载荷时，可以在不停车、不踩离合器的情况下，迅速完成降挡动作，增大牵引力；在顺利克服突变载荷后，又可迅速升挡，保证拖拉机具有良好的燃油经济性，在此过程中还可以保持动力输出轴的输出速度稳定不变。
在动力换挡变速箱的电液和控制两项关键技术上，国外的公司和学者也进行了深入研究。
① Case IH公司在拖拉机上应用脉冲宽度调节换挡电磁阀，可由控制器实现自动换挡，减少了驾驶员的操作。
② ZF公司将传动控制系统与动力换挡变速辅控制器通过CAN总线进行了集成，实现了发动机、传动系和农具状态的一体化检测与控制，并可对传动系进行模块化定制。
③ Giulio Panzani等人设计了一种开环控制器，以拖拉机速度为目标，对换挡调压阀的输出进行优化，从而提高了换挡品质。
④ 美国Delta Power公司开发了一种柔性换挡技术，可实现换挡离合器快速软接合和分离，从而对换挡品质进行优化。
如图1-1所示为T7336变速箱动力换挡液压驱动系统原理图。系统由Y1～Y8共8个控制电磁阀组成。从油泵输出的液压油分为两个支路，一条支路通过比例阀Y8到主离合器，控制主离合器的结合与分离；另一条支路经过先导压力阀到开关式电磁阀Y1～Y7，控制变速箱的动力换挡。其中电磁阀Y6和Y7控制前进挡和倒退挡，Y1、Y2、Y3、Y4控制离合器A、B、C、D、F和G的工作。当动力挡由低挡L挡逐挡升到高挡S挡及由高挡S挡逐挡降到低挡L挡时，各电磁阀通断电情况及各离合器工作情况如图1-1所示。图1-1 T7336变速箱动力换挡液压驱动系统原理图1.1.3 拖拉机ABS制动系统
自从ABS系统问世以来，仅仅在一部分拖拉机上得到了快速应用，但使用的均为干式制动器。这种制动器结构技术在载重汽车上使用较为普遍。在标准型拖拉机上使用这种ABS型制动系统，是在最近才开始的，主要是这种结构的制动器为全封闭装配，与湿式盘式制动器相比，其制动性能较好，且造成的污染也不严重。此外，该制动系统对于拖拉机前轴和后轴的制动功率还可以通过四轮传动结构进行自动接通，对于典型结构的拖拉机来讲，是根据其悬挂机具的轴负荷的差异来确定的，因此，采用这种结构的制动系统就具有特别的意义。
通常的拖拉机牵引功率损失主要是拖拉机在快速转弯时，采用湿式制动器对其后轴进行制动所造成的少量功率损失。而Fendt公司的800Vario系列拖拉机，由于其最大行驶速度可以达到60km/h，因此，该拖拉机采用了慢速转弯的方法，当然，这取决于该拖拉机是否具有一个较高的制动转矩值。一个加强型大型控制活塞需要一个较大的液压流，而在Fendt公司的拖拉机上，则装备了一个功率较大的传动系液压油循环系统，从而解决了这个问题。
当前，拖拉机装备的这种ABS型结构的制动机构，主要采用了新型的Bosch-Rexroth型继电器液压阀门，以满足其系统中大液压流量的需要。
CNH公司的拖拉机上的湿式制动器则采用了一种独特的加压液体（液压传动的工作介质）。这样，其拖拉机传动系统和液压系统均可以共同采用一个液压油路，由于装用了ABS继电器液压阀，使其传动系统液压油永远保持其检测标准的清洁度。此外，CNH公司还具有另外一个可以使拖拉机采用ABS系统的方法。该方法中的液压制动系统将一个压缩空气——ABS系统与一个Knorr——制动器串联在一起，采用一个专用的空气-液压转换机构，以操纵控制制动器的液压。
New Holland公司在其拖拉机上装用的ABS型制动系统可以进行拆卸，经过检测试验证明，该系统极具经济性。New Holland公司的ABS型制动系统，不仅具有整体性制动安全的优点，而且也考虑了在农业中使用的专业技术要求。第一次采用了对拖拉机车轮进行个性化制动的方法，即根据短促的转弯半径，在车轮回转线范围内实施快速制动操纵。其相对于转向角来讲，处于半径内的车轮的转动较为迟缓，尽管如此，在进行通过性制动操作时也没有对车轮造成连续性损坏的后果。这个制动系统也可以用于拖拉机在斜坡地上行驶时的起步助力系统，以获得保护土壤和减轻驾驶员的操纵力的效果。1.1.4 线控转向技术
拖拉机上的线控转向（steer by wire）技术，是指在转向盘和齿轮之间无需机械或液压连接的齿轮转向机构。这种转向系统必须具有一个与安全性有关的严密的接触面（支承）。每当发生电信号处理时，随后在整个追加的转向功能中就完全不需要任何机械或液压连接而进行其转向操纵。例如，在Claas公司的Xerion系列拖拉机上就装用了这种线控转向型转向机构。该拖拉机装用了一个可以转动的驾驶室，并具有一个可以与后轴转向机构连接有关的转向角。而Valtra公司所装用的线控转向型机构，则在两个转向轮上采用了一个无任何液压传导的反馈装置。在约翰·迪尔（John Deere）公司的8R系列拖拉机上也成功地采用了这种线控转向技术。该系列拖拉机上采用了一个依赖于速度变化的转向变速机构，当拖拉机在进行诸如前置装载机作业时就减少了转向操纵，并在拖拉机高速行驶时对其灵敏度有反应。这种转向控制机构依靠加速度传感器发送的信号，以激活拖拉机转向调整回路的方式进行转向，从而提高了拖拉机的驾驶操纵安全性。
当前，该系统只能应用于全静液压转向系统，这是今后应改进的方面。采用这一技术后，可以减轻驾驶员在作业过程中的拖拉机转向操作强度。其转向力矩完全可以根据驾驶操纵的具体需要进行灵活变化，从而使驾驶员通过转向盘感知到与其转向操纵有关的信号。这样就避免了由于快速操纵引起的对车辆操纵失误的现象发生。今后，也可以采用一个与装在汽车上的回波抑制器（ESP）类似的装备，这项技术改进对于挂接重型拖车的拖拉机和农机的快速行驶作业特别有用。除已经涉及的安全性方面外，鉴于其能根据行驶速度而增加转向力矩这一技术特点，这个系统也可作为拖拉机的田间作业和前置装载机作业的一个新型操纵助力系统。1.1.5 基于卫星定位的拖拉机自主驾驶系统
国内外基于卫星导航的拖拉机自动驾驶系统，从驱动方面来讲，主要有电动驱动和液压驱动，其主要组成部分有：驱动转向执行机构、传感系统、控制单元、显示单元。其中，液压驱动系统包括电控转向阀、转向液压泵、转向油缸；传感系统包括前车轮转角传感器和安装在拖拉机前面的机械传感器，RTK GNSS接收机（精确度2.5cm），imu（惯性测量单元）；控制单元通过比较前轮转角传感器的电压与设定电压得到一个电压差值，这一电压差值经过放大可控制转向液压阀的开闭，从而控制转向轮的转动实现自动驾驶；显示单元主要作用有两点，一是实施显示系统的内部参数，主要包括卫星定位情况、通道数、定位精度等参数；二是实现路径规划和地块设计等功能。1.2 拖拉机液压悬挂系统的发展现状及发展趋势
近年来，技术进步比较明显地反映在大型拖拉机上。拖拉机的最大功率、最高行驶速度继续提高；液压系统的工作压力不断提升，电子技术应用进一步拓宽，液压技术日益进步，液压悬挂装置的功能日趋多样化；作业机组的操作日益简单化、宜人化；安全性能进一步提高。液压悬挂及作业机组的技术进步主要体现在以下几个方面。1.2.1 电液控制技术的发展
电液悬挂呈流行趋势，电子控制分置式液压悬挂增多。电液悬挂的信号传递准确、快捷、可靠；信号的比较、叠加和加权处理简单，易于实现多调节参数的综合调节和自动控制；控制指令可由按钮或开关输入，操纵方便省力且易于实现遥控和多点控制。电液悬挂系统的研制开发早在20世纪60年代就已经引起了一些公司的重视。到了20世纪70年代，芝浦、芬特、凯斯等公司就已向市场推出装备有电液悬挂系统的拖拉机。到了20世纪80年代，电液悬挂的推广出现了转机，随着电子计算机进入人们家庭和电液悬挂技术的日趋成熟，使电液悬挂的上述缺点不复存在，呈现出明显的流行趋势。拖拉机传统的控制方式是人力操纵的机械控制方式，随着技术的发展，人机工程对控制提出了许多新的要求，机械控制方式在很多场合已经不能满足现代拖拉机在操纵力、远距离控制、响应特性和自动化控翻等方面越来越严格的要求。最近10年，电子液压控制技术在拖拉机上已经获得广泛应用，电子液压控制已经成为拖拉机特别是大型拖拉机的最主要控制方式。近10年来几家著名拖拉机制造公司向市场推出的系列产品，其悬挂装置情况见表1-1。表1-1 国外各大公司悬挂装置情况
由表1-1可以看出，电液控制已不再局限于少数几个厂家的少数几个产品。一些著名拖拉机厂家的主导产品绝大多数应用了电液控制技术，电液控制拖拉机已进入主流市场。从形态学的角度看，电液控翻的拖拉机的操纵已完全不同于传统的踏板、拉杆、变速杆式的操纵方式，而是以开关、按钮或微动踏板进行控制操作；信号的传递不再依靠拉杆或杠杆，而是使用电缆。从人机工程学的角度看，电液控制已不再靠人力控制，大多数控制只用一个手指就能实现，非常省力。从控制学的角度看，电液控制使拖拉机实现了程序控制和人工智能控制，部分实现了自动控制，因此这是一种非常先进的控制方式。1.2.2 拖拉机挂接技术的发展
当前国外大功率拖拉机的挂接方式主要可分为前悬挂式、后悬挂式、侧面悬挂式（也称侧挂式）和中悬挂式。
前悬挂式的作业机械，其动力多来自拖拉机的前动力输出装置，利用拖拉机本身的液压输出进行工作；作业机械升降主要靠拖拉机的前悬挂装置的升降油缸来完成。前悬挂式的作业机械有折臂伸缩式或可回转式的割草机、平地机等，主要用于修整路边的草地及路面等作业。直接的前悬挂式作业机械还有草坪机械及割草机械等。
侧挂式与前悬挂式的结构有所不同，侧挂式的作业装置多通过一个刚性门架装置固定于拖拉机的机体上，在支架的侧面安装不同的作业装置，作业装置多依靠拖拉机本身的液压输出而工作。侧挂式作业装置对拖拉机的整体结构及液压输出要求较高，不便于快速挂接，产品的适应性较差，中部挂接前置式的作业机械，主要有装载机、叉车、推雪装置等。作业机械通过一个特殊的门架固定在拖拉机的机体中部。作业机械的工作装置多设计为可快速更换式结构，可以根据不同的用途快速更换不同的工作装置，如铲斗、平叉、推雪板等。工作装置多依靠拖拉机本身的液压输出及控制系统工作，简化了操纵与控制。
中部挂接前置式的作业机械对拖拉机的整体结构及液压输出系统要求很高，不便于快速挂接，产品的适应性较差。
后悬挂式作业装置品种较多，除了可以直接挂接的作业装置，更多的是挂接复合式的作业装置。其动力输入有两种形式，一种是利用拖拉机的后动力输出动力，同时利用拖拉机的多路液压输出连接与控制各工作装置，进行多种复合式作业。这种作业装置结构相对简单，质量较小，操纵方式较简单便利，缺点是对拖拉机的液压输出系统要求较高，系统的压力损失较大，工作效率不高，作业装置的安装与拆卸相对较繁琐。另一种作业装置是有自己的独立驱动装置及操纵系统，只是利用拖拉机的后动力输出带动其油泵工作即可，操纵与控制系统有的通过软轴及电缆连接于拖拉机的驾驶室内，有的则直接布置于作业装置上并配备有座椅，便于直接操纵与控制。这种独立式作业装置对拖拉机的输出要求不高，只要有一路动力输出即可，便于快速安装与拆卸，适用性较强。
德国Technical University of Braunschweig研制的新式后三点悬挂装置示意图如图1-2所示。该装置与传统的三点悬挂装置相比，具有更加简单、更加灵活的特点，在上拉杆和两个提升杆上分别装有液压缸，通过相应的控制阀控制液压缸内活塞的运动，从而通过提升杆直接控制农具的升降，在机构方面省去了提升轴、提升臂、液压缸，使结构尺寸更加紧凑。将位置传感器与液压缸集成在一起，通过将位置传感器获得的信号输入到控制系统之中进行相应的位置和速度控制，省去了传统的机械反馈控制机构。由于该装置自由度的增加，同时也增强了该装置的使用功能，在控制方面更加灵活。目前，该系统还存在着两方面的问题：一方面，左右提升杆的动力性能尚需提高；另一方面，低价位的比例阀和液压缸的匹配问题。通过试验，提升杆的位置偏差能够控制在几毫米以内，该悬挂装置目前仍处于试验研究阶段。图 1-2 三点悬挂装置示意图1.2.3 拖拉机液压技术的发展（1）液压系统参数指标继续提高
近年来，液压系统工作压力呈普遍提高趋势，系统工作压力突破20MPa。根据最近3年来对一百多种拖拉机的统计，液压系统工作压力的分布情况如下：大于20MPa的占41.5%，19～20MPa的占14%，18～19MPa的占33.5%，17～18MPa的占6%，小于17MPa的占5%。可以看出，占统计总数41.5%的拖拉机液压系统工作压力已突破20MPa。经过半个世纪的努力，工作压力翻了一番，应该说这是液压技术在拖拉机上应用的一个划时代标志。从普遍水平看，有89%的拖拉机液压系统工作压力超过18MPa，这反映了国际上拖拉机液压技术水平都在提高，个体之间的差别不是很大。
系统工作压力提高的直接效果是悬挂机构提升能力的提高。20世纪80年代，虽然有一些机型的提升能力指标较高，但大多数还是按照当时的标准要求，即悬挂点后610mm处的最大提升能力大于等于300N/kW（牵引功率，下同）的要求，保持在300～400N/kW的水平上。进入20世纪90年代后，由于系统工作压力的提高，提升能力也随之有较大的增长。按悬挂点后610mm处的最大提升能力的统计结果为：大于等于800N/kW的占1%，700～800N/kW的占5%，600～700N/kW的占6%，500～600N/kW的占34%，400～500N/kW的占2%，300～400N/kW的占20%，小于300N/kW的占32%。该数据说明，占统计总数48%的拖拉机的提升能力已达到500N/kW以上。可以认为，悬挂点后610mm处的最大提升力500N/kW以上是当代拖拉机提升能力的中等水平。（2）液压输出功率相应提高
液压传动在拖拉机作业机组上也得到了广泛的应用。为了对配套作业机组提供液压动力和进行操纵，要求拖拉机有较大的液压输出功率。液压功率通过通用的快换自封接头输出，接头的位置和尺寸都有相应的标准规定，以便与机具液压系统的连接。近几年来，由于一些大功率拖拉机采用了负荷传感闭心式液压系统，液压输出的流量可根据负载的实际需要由驾驶员进行调整，其液压功率输出可与负载更好地匹配。我国拖拉机行业将液压输出功率占发动机功率的18%定为优等品指标。统计结果表明，近年来这一比率在拖拉机总数中的分布情况为：大于30%的占总数的25%，大于20%小于30%的占55%，小于20%的仅占20%，而其中只有8%的拖拉机低于18%。（3）负荷传感闭心系统以及压力补偿技术在许多大功率拖拉机上采用
随着液压技术在拖拉机上应用范围的扩大，采用开心式系统往往使系统变得复杂。20世纪80年代末，约翰·迪尔公司推出了由一个带压力补偿器的径向柱塞泵和多个闭心阀组成的恒压闭心系统，后来成功地应用在该公司4000系列以前的各种型号的拖拉机上。这种系统在多种用途的情况下简化了油路，控制反应灵敏，工作平顺，消耗功率和发热都较小。但是对于一些压力负载较小的控制场合，仍存在能量消耗较大的向题。因比近10年来，更为先进的负荷传感闭心系统取代了恒压闭心系统和开心系统，相继使用到大功率拖拉机上。如道依兹·法尔Agromm系列，约翰·迪尔6000、7000、8000和9000系列，卡特彼勒Challemger系列，菲亚特阿格力的M系列等。负荷传感闭心系统目前主要用在液压悬挂系和液压输出系，其液压泵为带有压力补偿阀和流量补偿网的变量轴向柱塞泵。提升器阀和液压输出阀均为闭心阀。每一路的压力和流量均能按照负载要求而改变。当所有滑阀都处于中立位置时，液压泵只给系统提供最小的流量和压力，因此，无论是在工作状态还是待机状态，在满足系统对压力和流量实际需要的同时，其能量消耗都是最小的。除了节能的优点之外，这种系统的发热也比开心系统和恒压闭心系统的要小。另外，它还具有允许两个以上的负载按各自的负荷要求同时工作、液压泵的角功率大等优点。1.2.4 耕深控制技术的发展
20世纪70年代以来，随着电子技术和微机控制技术的出现和成熟，机电液一体化技术逐步被应用到拖拉机上，为提高拖拉机作业机组的性能开辟了崭新的道路。调节和操作农机具是拖拉机悬挂机组的主要功能，其调节方法是否适应各种农具及其不同的作业条件，对机组的动力性能和作业质量有十分重要的影响。目前大多数轮式拖拉机上一般都采用三种调节方式：力调节、位调节、高度调节。近几年国外拖拉机还采用了扭矩调节、压力调节、综合调节。（1）扭矩调节
扭矩调节把拖拉机传动系统作为调节参数和调节方法，通过控制传动系扭矩的变化范围来控制拖拉机的牵引力，从而间接地控制农机具的耕作深度。扭矩调节的工作原理是通过装在拖拉机变速箱输出轴上的扭矩传感器，把作用于它上面的扭矩转化成位移量，通过一套杆件系统将其反馈到悬挂系统的控制装置，由于系统的自动控制作用，当操纵手柄置于某一位置，变速箱输出轴上扭矩传感器自动保持在相应的范围内。扭矩调节可以对各类农具实现调节，不受挂接方法和方式的限制，因此扭矩调节比其他的力调节方式具有更大的使用范围。但是扭矩调节的传感器比较复杂，而且安装在传动系中，要求比别的传感器具有更高的可靠性。（2）压力调节
压力调节把液压悬挂系统的油缸压力作为调节参数，用控制油缸压力变化范围的方法调节农具对拖拉机的重量转移量，能使牵引机组和高度调节的悬挂机组改善动力性能。压力调节具有以下优点：重量转移的大小可由驾驶员根据实际工作的需要进行调节，可以把输出压力控制在预先调整的最大值上，防止配套压力系统被破坏。其缺点：容易造成压力损失。（3）综合调节
综合调节是由两种不同的调节方式综合而成的一种新的调节方式。采用力、位综合调节方法调节农具时，由力调节传感器输出的力信号和由位传感器输出的位置信号，经过内部选定的比例进行综合叠加，再反馈到控制系统。综合调节方式的控制系统控制的是作用在悬挂机构拉杆上的力和农具相对于拖拉机位置变化量二者的叠加，当力调节参与比例减少到零时，即成为单一的位调节；反之，为力调节。由于力调节用于调节农具的牵引力，位调节用于调节农具相对于拖拉机的位置，当机组在土质不均匀、土质比阻变化较大的地块进行作业时，采用力调节则作业深度变化较大；采用位调节，则负荷波动变化较大；采用力位综合调节则能够兼顾机组作业稳定性和机组动力性能两方面的要求，获得较好的调节效果。
综合调节的原理只是两种调节方式的综合，既能保证两种调节方式各自的性能，又提高了机组对不同作业条件的适应性。无论哪种调节方式，传统的机液控制都要被电液控制所取代，因为只有采用电控系统，各种复杂的综合调节才有可能实现，才能将拖拉机组作为—个整体进行控制。
对拖拉机的悬挂系统进行电子化自动控制早在20世纪70年代就有研究，并有产品投放市场。如日本芝浦公司的IC控制系统，除具有由位调节、力调节控制功能外，还具有旋耕作业时控制旋耕作业深度的功能；拖拉机左右倾斜作业时还具有在控制农机耕深的同时保证农具左右倾斜角的功能以保证耕作质量。
福格森公司3000系列拖拉机所用的电液调节系统是利用一个小型微处理器把力位传感器处理信号与驾驶室仪表盘上所给定的信号进行均衡，自动地进行调节，系统中装有深度控制指针、传感器开关、灵敏度指示盘、升降指示灯。
德国博士（BOCSH）公司提供的电液控制提升器已配置在奔驰、芬特、万国、史吕特、道依茨等公司的大功率拖拉机上。该控制器具有力调节、位调节、力位综合调节、高度调节等控制功能。其核心是一个带有8位模拟量输入输出通道的微处理器。该系统使用的传感器有安装在下拉杆上的磁致伸缩式测力销，安装在提升轴上的角位移传感器，液压系统中还采用了应变式压力传感器，在变速箱输出轴上安装了转速传感器，实际车速由安装于车架底部的雷达速度传感器测得。电子控制装置通过对各传感器送来的信号进行处理，然后驱动液压执行元件实现阻力调节、位置调节、轮滑率调节、力位综合调节等。为了与拖拉机上其他电子控制系统进行数据交换，BOCSH公司还专门开发了CAN总线结构，对悬挂系统的所有控制操作均可以通过安装在驾驶室内的控制面板完成。
沙特阿拉伯King Saud University农学院开发了一种用来测量三点悬挂装置性能的测量系统，如图1-3所示，该系统包括传感单元、数据记录和处理单元。传感单元由三个力传感器和一个位置传感器组成。数据处理单元由数据采集器、盒式磁带记录仪、接口板、串行通讯卡、计算机组成。整个测量过程是由数据采集器每隔一秒扫描和采集传感器数据一次，所采集的数据分别用校正常数和系数转换成工程单位，通过盒式磁带仪记录下来，同时将数据经过接口板和通讯卡输入到计算机里进行数据处理。计算机的控制命令同样经过串行通讯控制数据采集的操作。力传感器采用八角环测量仪，安装在提升轴上的位置传感器采用可随轴旋转的分压计。图1-3 测量三点悬挂装置性能的测量系统（沙特阿拉伯King Saud University）
在耕深控制方面，日本Kyoto University研制了一种耕深控制系统，如图1-4所示。该系统有测量单元、控制单元、液压单元、悬挂系统连接单元、耕深设定值和死区控制单元。其中，测量单元测量提升臂的位移、拖拉机的俯仰角度和传感器离地面的高度，由超声波传感器、光传感器、倾斜角度传感器、提升臂位置传感器（分压计）组成。控制单元由数模转换板、接口板、螺旋阀驱动电路板和计算机组成，属于整个控制系统的中心。液压单元模块由液压缸、螺旋阀、液压油路组成，此单元模块功能主要用来驱动三点悬挂系统。整个控制过程由传感器得到信号与设定值比较得到误差信号，该误差信号和死区设定值进行比较，如果小于死区设定值，控制系统没有输出；当大于死区设定值时，通过计算一个控制电磁阀的负荷比参数，然后计算得到一个输出控制信号，该信号经过放大电路放大后控制电磁阀的输出。经过试验验证，该控制系统仍然存在随着负载的增加，拖拉机的行驶速度变慢的问题。图1-4 耕深控制系统（日本Kyoto University）
在耕深控制方面，南非University of the Witwaterscrand提出了一种利用拖拉机的轮滑率来控制耕深的方法。该系统装配在160kW的拖拉机上，主要由传感器模块、控制模块、输出模块、液压模块等组成。传感器模块主要是一个雷达传感器、一个磁性传感器、一个电位计。雷达传感器用来测量拖拉机实际行走的距离，磁性传感器测量拖拉机轮子行走的距离，通过计算两者之差来得到轮滑率。电位计安装在提升轴上，通过提升轴的转角来计算耕深。控制模块主要采用pic17c44单片机，该单片机具有两个频率捕捉器、两个脉宽调制输出模块、强大的指令集以及一个8位乘法器。该控制系统的控制过程由传感器得到拖拉机的实际行走距离和轮子行走距离，通过数模转换器将模拟信号转换成数字信号输入到控制单元，经控制单元的计算将控制信号利用单片机的脉宽调制信号输出，再经输出放大电路放大后控制电磁比例阀，从而通过液压系统来控制农具的升降，这样就完成了一个由轮滑率来控制耕深的过程。实践证明，该控制系统具有如下特点。
① 能够将土壤表面的各种阻力情况纳入控制当中。
② 能够使拖拉机以最优的轮滑率行驶，从而得到最优的牵引效率。
③ 可以节省燃油消耗，减少拖拉机的作业时间。
同样，该系统存在反应灵敏度问题。因为各个环节引起的滞后问题造成了控制系统的反应灵敏度不高，主要有以下几个原因。
① 雷达模块内部含有各种滤波电路，从而造成了大约200ms的滞后。
② 控制其内部的软件滤波算法引起的大约50ms的滞后问题。
③ 由于系统惯性引起的滞后。
④ 当农具升高或降低时，拖拉机的后轮要先进行压缩，由于该压缩引起的滞后。1.2.5 耕深传感器
目前测量农具与地面高度的传感器可以分为接触式的和非接触式的。非接触式的传感器有超声波传感器和红外传感器。超声波传感器在草地里不会受到影响，但是在有些植物茬地里，植物茬表面能够直接对超声波进行反射，因此在数据收集方面还需要确定植物茬顶部与地面的距离，同样周围温度以及不平整的地面都能对超声波传感器产生影响。红外光传感器容易受到水分的影响，因为水表面能够对红外光进行反射和折射，从而影响到传感器的测量精度。叙利亚阿勒顿大学A.M Mouazenl等人在文章中提到一种测量农具框架与地面高度的摆臂式耕深传感器，该传感器主要由一个金属轮和一个0.2m行程长度的线性可变位移传感器组成，线性位移传感器与金属轮的轮轴连接。
该摆臂式耕深传感器结构如图1-5所示。摆臂式金属轮重175N，由于其重量较大，可以降低植物茬对传感器的影响。该传感器存在的问题是因为金属轮的重量大，当在较软的土壤里行走时，存在的下陷问题同样会影响耕深的测量精度。图1-5 摆臂式耕深传感器1.2.6 国内研究现状
我国对具有力调节、位调节、力位综合调节的拖拉机液压悬挂装置的研究比较晚，可分为以下三个阶段。
第一阶段为初步研究阶段。在20世纪70年代中期，我国一些高等院校和科研机构对一些型号的拖拉机液压悬挂系统的性能进行了田间耕作试验，希望从中总结出一些有用的规律，但是由于种种原因，如季节的影响、试验周期长、试验条件复杂等，没有达到预期的效果。到了20世纪70年代后期，国内才有学者从理论上对力控制系统的动态性能进行研究。
第二阶段为机液控制系统的室内模拟仿真及分析。进入20世纪80年代后，一些开设拖拉机专业的高校先后建立了拖拉机液压悬挂系统室内仿真试验台，并基于此进行了一些有关机组动态性能的试验和理论分析，这些研究主要有拖拉机力调节系统建模、稳定性分析、动静态特性试验和理论分析、土壤阻力干扰对耕深的影响分析以及机组在实际耕作过程中诸信号之间的传递关系等，形成了研究的高峰，此后不断有新的成果出现。20世纪80年代后期，为了跟踪国外先进技术，我国也开始了电子化自动控制技术的研究，在原机型液压系统的基础上进行改造，增加电液控制装置和器件，并做了初步的试验工作。
第三阶段为电液控制系统的研究。20世纪90年代，随着电子技术的飞速发展，国内有些高校开始探讨电子技术、计算机控制技术等新技术在拖拉机液压悬挂中的应用。例如，中国农业大学将原有机械式液压悬挂控制系统改装为电液式悬挂控制系统，其控制核心采用了MCS-96系列16位单片机系统。对电液悬挂控制系统进行了硬件和软件设计，并在室内仿真试验台上进行了试验验证。该系统主要由80C196KC单片机监控器、模拟农具支架、模拟电液加载系统、液压回路系统等几部分组成。液压系统中的控制阀为电液比例换向阀，频宽为8～101Hz，能根据输入控制信号的大小和正负改变液压油的流量和流动方向。该阀的控制性能与电液伺服阀相比，优点是价廉、抗污染能力强，缺点是具有滞环误差和死区特性，这些非线性因素对控制系统的动态特性有重要影响。该悬挂系统由于只进行了室内仿真试验，在实际农田土壤情况下是否能可靠有效地控制还需进一步验证，并且对不同的调节方式采取的控制算法还需根据实际耕作经验进行修正。江苏理工大学对江苏50拖拉机悬挂系统的电液控制系统做了一定的试验研究。该系统在江苏50提升器的基础上进行了简单的改装，将原分配器的主控制阀芯的轴向移动改用一般的直流电磁铁驱动，拆除了原有的主阀复位弹簧；为了形成耕深位移量的反馈控制，在提升臂轴上装置了角位移传感器以代替原有的机械反馈机构。但由于整个控制系统的结构过于简化，只能将电液控制系统简化成继电开关型控制系统，控制功能单一。
综上所述，目前在国外拖拉机上，机-电-液一体化技术已经获得了广泛的应用，许多公司近期推向市场的大功率拖拉机基本都装备了电液悬挂系统，使电液悬挂产品进入主流市场，有些拖拉机上还采用了基于CAN总线的多路传输网络系统，使得机-电-液控制系统在拖拉机上的应用达到很高的水平。就我国当前的情况而言，对拖拉机作业机组机-电-液一体化技术的研究工作还处于起步阶段，一些关键性技术问题尚缺乏系统和深入的研究，在液压技术的发展上，仍然处于以液压悬挂的推广完善为代表的液压悬挂阶段，并且更多的研究都是针对传统机液控制系统的仿真、试验和改进研究。
本书通过研究主要解决以下问题。
① 拖拉机液压悬挂系统中，主控阀采用滑阀式结构，容易产生泄漏，增加了悬挂机构的调整次数，能量损失大，使各种阀件产生烫手的现象，利用能够解决上述问题的差径式锥阀结构的电液悬挂控制系统的实现方法。
② 由于锥阀式开关型液压阀，具有流通面积大，密封性能好的特点，可以解决液压系统的内泄漏问题，减少液压系统的发热，提高拖拉机驾驶室的舒适性，但是因为其油液流量大和作业机组的大惯性，在液压悬挂机组操作过程中，由于机组重量大，容易对拖拉机机体造成很大的冲击，增加了拖拉机作业机组操作的粗暴性。为此，必须解决锥阀式结构的拖拉机液压悬挂系统的操作平顺性问题。
③ 与新型电液控制系统相匹配的耕深控制方法研究和耕深控制装置的硬件、软件实现方法等问题。1.3 本书主要内容
本书是以拖拉机液压悬挂装置为主要对象，探讨和研究其在实现机-电-液智能控制方面的关键技术，从而提高拖拉机悬挂装置的机-电-液控制系统的技术性能。
本书研究的关键技术主要包括：控制信号的传感、检测和传输技术；悬挂装置的控制方法和控制系统；与机-电-液智能控制配套的液压系统的优化匹配问题；拖拉机悬挂机组在操作过程中的平稳性问题和节能问题。通过对这些关键技术的研究，提出一套关于拖拉机液压悬挂装置的机-电-液智能控制系统的基本方案和理论，提高拖拉机液压悬挂装置的工作平稳性，减少液压系统的泄漏，以达到节能的目的，提高悬挂机组的操作自动化水平。
本书具体内容如下。（1）液压系统设计
以节能和操作的平稳性为原则，设计新型液压分配器以提高拖拉机悬挂装置的自动化水平；改善拖拉机悬挂装置的节能性，提高操作的平稳性、快速性和准确性。本液压系统采用锥阀代替原来的滑阀结构，利用其密封性好、泄漏少的特点，降低液压系统的能耗损失；采用动压反馈装置提高悬挂装置操作的平顺性；利用电液阀提高系统的快速性和自动化水平。（2）控制器设计
本书研究和设计悬挂系统的控制装置，包括软件编制和硬件设计，进行悬挂装置智能化控制方法和控制系统的研究。主要内容包括：研究能够适用于农具阻力控制、位置控制、力位综合控制的控制信号传感方法和相应的传感器；开发信号检测放大电路以及输出放大电路，因为本书采用的是微处理器phillp lpc2292，该处理器的输入输出口的电压都是3.3V，需要将传感器的输入信号进行归一化处理，同时对输出信号进行放大以驱动液压装置的电磁阀；研究基于CAN总线的信号传输方法和技术实现。（3）数学模型的建立
基于所设计的液压系统在农具提升和下降过程中的非对称性特点，利用状态空间法，通过对拖拉机作业机组进行动力学和运动学分析，分别建立悬挂机组农具提升和下降过程及拖拉机作业机组的平顺性数学模型。（4）仿真研究
利用MATLAB软件建立系统的仿真模型，完成悬挂机组的动态特性、静态特性、操作的平顺性、响应特性，以及控制算法的理论研究，通过仿真研究，优化其结构参数和控制方法。（5）试验研究
搭建研究平台，通过试验的方法研究新型拖拉机液压分配器的操作平顺性、准确性和快速性能、节能性，以及该系统的动态特性、静态特性、液压系统的泄漏、发热情况、卸荷压力等。通过研究优化液压系统和控制装置的参数匹配。第2章 拖拉机作业机组控制系统液压油路设计2.1 液压系统方案确定2.1.1 液压系统设计要求
我国中小马力拖拉机的液压系统以开心式系统为主，本书以铁牛654拖拉机为研究平台，拖拉机原液压分配器在控制方式方面仍采用机械控制。在该种系统中，主控阀采用滑阀结构，容易引起内泄漏，使农机具在工作过程中需要因为内泄漏而不断地进行提升调整，造成不必要的功率损失：另外，在作业机组工作状态下主控阀通流面积小，其压力损失大，容易引起液压系统的发热。
针对我国中小型拖拉机液压系统的不足，本书对所设计的液压系统提出如下要求。
① 解决拖拉机液压系统的易泄漏问题。
② 降低拖拉机液压系统的卸荷压力，减少液压系统的发热问题。
③ 拖拉机作业机组操作过程中因为作业机组的大惯性，极易对拖拉机机体产生俯仰冲击，所设计的液压系统要求操作平稳。
④ 为提高拖拉机作业机组的自动化水平，要求液压系统实现电液控制。2.2.2 液压系统方案设计
拖拉机液压悬挂机组调节耕深主要是实现农机具的提升和下降的往复运动，其下降过程靠农具的自重作用，所以液压系统的执行元件选用单作用的液压缸即可实现农机具的举升功能。在液压控制回路方面，为实现电液控制功能，液压回路的进油通道和回油通道各需要一个电磁阀进行控制。考虑到电磁阀的流量不能满足要求，需要大流量的液控卸荷阀满足卸荷要求。在回油通道，为控制农机具的下降速度，需要一个节流阀调节速度。在进油通道，考虑到减少压力损失的要求，油泵出口经过一个单向阀直接进入液压缸。液压回路同时必须具有溢流阀以调节系统的压力。
油路方案初步确定如图2-1所示。其中，液控换向阀3、单向阀8、下降电磁控制阀6都选用锥阀结构，同时液控卸荷阀阀芯采用差径式设计以降低卸荷压力。该方案的试验结果如下：该液压系统提升时的滞后时间为80ms，下降时的滞后时间为44ms，并且无静沉降；其响应特性能满足使用要求，因为一般情况下耕地阻力和地形变化频率最大值不会超过0.6Hz。因此，该系统具有密封好、泄漏少、通流面积大、卸荷压力低的特点，使液压系统发热耗能问题得到了有效解决，控制快速性得到了明显提高。该油路在拖拉机牵引式激光平地机中已经得到了验证。但该系统存在着冲击性问题。在提升调节时，由于液控换向阀3为开关控制且农具惯性大，因而会引起很大的液压冲击，在拖拉机悬挂机组中容易对拖拉机产生俯仰冲击，影响拖拉机作业和机组的操作平顺性。图2-1 液压回路原理图1—油泵；2—油箱； 3—液控换向阀；4—二位三通电磁换向阀；5—安全阀；6—下降电磁控制阀；7—下降速度调节阀；8—单向阀；9—液压缸
为了解决上述问题，本文提出新的拖拉机电液控制系统方案，如图2-2所示。该方案中，由蓄能器11和阻尼孔10组成动压反馈装置，这是一种压力反馈微分网络，也称瞬态流量稳定器，能够可靠有效地增加负载阻尼。在稳态情况下，对稳态性能不会产生影响；在动态过程中，随着负载压力的变化而产生附加的阻尼作用，而且负载压力变化得越厉害，其阻尼作用也越大。图2-2 带动压反馈装置的液压油路简图1—油泵；2—油箱；3—液控换向阀；4—二位三通电磁换向阀；5—安全阀；6—下降电磁控制阀；7—下降速度调节阀；8—单向阀；9—液压缸；10—阻尼孔；11—蓄能器
本书所研制的拖拉机电液控制系统采用的方案如图2-1和图2-2所示。该系统为开心式液压系统，由于液压缸9的进油口管道上采用单向阀8密封，在回油道中换向阀6采用锥阀密封，所以比较好地解决了传统拖拉机液压系统的泄漏和能量损失较大的问题。在工作过程中，农具提升时，二位三通电磁换向阀4通电，液控换向阀3关闭，拖拉机油泵1输出的压力油经单向阀8进入液压缸9，使农具提升。当农具稳定时，二位三通电磁换向阀4、下降电磁控制阀6均断电，液压缸在两个单向阀的作用下处于锁紧状态，油泵输出的油液经液控换向阀3回油箱，油泵处于卸荷状态。当农具下降时，二位三通电磁换向阀4断电、下降电磁控制阀6通电，液压缸9的液压油回油箱，农具在重力作用下下降，节流阀7的作用是用来调节农具的下降速度。在该系统中，当农具稳定时，由两个锥阀结构的单向阀8和下降电磁控制阀6进行密封，液控换向阀3采用差径式设计的锥阀结构，以保证液压系统较低的卸荷压力。
该液压控制回路具有如下优点。
① 当农具处于稳定状态时，液压缸在两个单向阀的作用下处于锁紧状态，农具不会因为液压系统的内泄漏而产生静沉降，从而减少了系统的调节次数。
② 传动效率高，能量损耗低，液压系统发热小。液压系统在工作过程中的能量损耗主要包括以下三个方面。其一，液体流经管路及各种阀时的压力损失，为了减少此能量损耗，在进行系统设计时，合理确定了管路直径及各阀阀口的结构形式，使其具有较大的通流直径。其二，卸荷能量损耗，当农具处于下降或锁紧状态时，拖拉机液压泵处于卸荷状态，其卸荷压力为油液流经管路和液控换向阀3的压力损失之和，由于液控换向阀3采用差动式液动换向阀，其复位弹簧的刚度小，故卸荷压力低，能量损耗小。其三，内、外泄漏造成的能量损耗，由于各阀均采用锥阀结构，密封性能好，泄漏少，故能耗低。
③ 滞后时间短、响应速度快。通过改进液控换向阀3的结构，减少了其无效行程，使农具提升响应迅速。下降电磁控制阀6采用换向时间短的先导式电液换向阀，故动作迅速，滞后时间短。
④ 当农具由锁紧转变为上升时，电磁换向阀4通电导通，液控换向阀关闭，由于采用动压反馈装置增加了系统的动态阻尼，从而减小了液压冲击，使农具提升调节比较平稳。
⑤ 各阀采用螺纹插装式锥阀，通流能力强，安装简便，结构尺寸小。2.2 液压控制系统的设计2.2.1 液压元件的选择
① 液压泵。本书以铁牛654拖拉机为平台，拖拉机自带液压泵型号为CBN-G325液压齿轮油泵，其排量为：25mL/r。
② 油管。油管通径为ϕ13mm，公称压力为21MPa。
③ 液压缸。采用拖拉机自带液压缸，内径为ϕ110mm；活塞最大行程为145mm。
④ 液压阀的选择。该系统液压阀选用原则：单向阀流量＞53L/min，所有阀件最大压力＞15MPa。为了使通流能力强、安装简便、结构尺寸小，各阀采用螺纹插装式锥阀结构，具体技术规格见表2-1。表2-1 液压阀件技术参数2.2.2 液控换向阀设计
原液控阀装配阀如图2-3所示。该阀主要由端盖、阀套、阀芯组成，阀芯采用差径式结构，即下腔阀芯的有效面积大于上腔阀芯的有效面积，阀盖采用螺纹连接。该阀存在阀芯无效行程过长，导致阀芯关闭时间相对过长的问题。为此，对液控卸荷阀进行了改进设计，如图2-4所示。新设计的液控卸荷阀采用了锥阀密封，此外，减小了阀芯的开启行程，从而提高了密封性和减小了关闭响应时间。图2-3 原液控卸荷阀图2-4 改进后的液控卸荷阀2.3 动压反馈装置的参数匹配分析2.3.1 基本方程
① 阻尼器的层流流量方程q＝C（p－p） （2-1）xxLx
式中 q——流过阻尼小孔的流量；x
p—— 液压缸的压力；L
p—— 蓄能器压力；x
C—— 阻尼器的层流液导。x
② 蓄能器-阻尼孔组成的油气阻尼器传递函数
空气蓄能器可以视为等温变化过程，有：pV＝pVxx00
式中 p——稳态状态下的蓄能器压力；x0
V—— 稳态下蓄能器的空气容积，则0
在压力变化不大的情况下，则有
可得油气阻尼器的传递函数 （2-2）
式中 G（s）——传递函数。x
③ 单向阀的压力-流量方程 （2-3）
式中 q——单向阀的流量；d
x—— 单向阀阀芯位移；d
K—— 流量系数；q
K—— 压力系数。c
④ 液压缸的流量连续性方程 （2-4）
式中 A——液压缸活塞面积；
x—— 液压缸活塞位移；p
V—— 液压缸活塞至单向阀的有效容积；p
C—— 油缸泄漏系数；tp
E—— 液压油的刚度。p
⑤ 本课题采用动态反馈装置主要改善液压系统的动态性能，故可假定负载为惯性，则2Ap＝Msx （2-5）Lp
式中 M——液压缸的等效质量。2.3.2 加动压反馈后动力机构的传递函数及阻尼比（1）传递函数
由式（2-3）～式（2-5）三个方程可得
整理得采用动压反馈后，系统的传递函数为 （2-6）
式中 G（s）——油气阻尼器的传递函数；其他符号意义同前。x（2）增加阻尼比
变化式（2-6）可得
式中 ω——无阻尼液压固有频率。k
变换得
式中 ξ——系统的阻尼比；h
C—— 泄漏系数；i
τ—— 动压反馈装置的时间常数。
采用动压反馈装置后增加的阻尼比为 （2-7）
式中 ξ——采用动压反馈后增加的阻尼比。
由式（2-7）可得，在稳态下，附加的阻尼比为零；而在动态过程中，压力变化得越大，该动压反馈装置所产生的阻尼比也就越大。2.3.3 动压反馈装置设计参数分析
设计动压反馈装置的关键是正确选择时间常数τ，使其在谐振频率ω处产生所需要的阻尼比，同时又使阻尼项的|ξ|≈相k位偏移接近于零。即满足条件τω≥10时，可得k （2-8）
式中 C——阻尼器的层流液导；x
ξ—— 采用动压反馈后增加的阻尼比；
M—— 液压缸的等效质量；
A—— 液压缸活塞面积；
V—— 液压缸活塞至单向阀的有效容积。p
同时由
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