一种农机用具备能量回收功能的电驱提升系统

本发明属于电动化农机，尤其涉及一种农机用具备能量回收功能的电驱提升系统。

背景技术：

1、前、后置三点悬挂装置是现代农机，尤其是大功率拖拉机中常用的机械结构，农机通过三点悬挂装置与农具连接，牵引并操纵农具升降和调节作业深度。目前常见三点悬挂装置的提升器大多采用液压执行系统，通过液压油缸的充放油实现农具的升起、降落以及力/位调节。先进的液压提升器能够很好地实现农具的高度控制，但存在成本高、液压关键技术复杂、核心部件依靠进口、能量损耗较大、维护难度高等问题。另一方面，随着节能减排政策的密集出台，现代农机向着电动化趋势发展。

技术实现思路

1、为了更好地适应电动化农机发展趋势、提高能量利用效率、增加续航里程、降低制造成本和维护难度，本发明针对新能源农机三点悬挂系统，设计了一种农机用具备能量回收功能的电驱提升系统，该装置采用电机驱动提升方式代替传统农机悬挂液压提升方式，能够显著降低提升器的复杂度，提高制造和维护成本；并设计了包含超级电容、力位感知系统、dc/dc转换器、动力电池、控制系统在内的能量回收装置，能够实现对农具位置和作业深度的精准控制，并能够高效转化、回收、利用农具降落势能，提高能量利用效率及农机作业续航里程。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种农机用具备能量回收功能的电驱提升系统，包括电驱提升装置和能量回收装置，其中电驱提升装置主要包括电机、输入齿轮组、凸轮连接轴、支承箱体、提升凸轮、上拉杆、提升杆、下拉杆、推杆、减速箱；能量回收装置包括dc/dc转换器、动力电池、超级电容、ecu控制系统、力/位传感系统、ac/dc转换器。

3、在本技术的一些实施例中，所述输入齿轮组连接于减速箱；所述凸轮连接轴两端与提升凸轮连接；所述支承箱体用于支承三点悬挂系统；所述提升凸轮前端与提升杆连接，其下端与推杆连接；所述上拉杆与支撑箱体前中上部连接；所述提升杆与下拉杆连接；所述下拉杆与支承箱体前端下部两侧连接。

4、在本技术的一些实施例中，所述下拉杆共有两个，所述两个下拉杆分别与两个提升杆一一对应；所述提升杆与两个提升凸轮一一对应连接；所述提升凸轮与两个推杆一一对应连接；所述减速箱与两提升杆一一对应。

5、在本技术的一些实施例中，所述推杆采用齿轮齿条机构或者非自锁涡轮丝杆机构驱动。

6、在本技术的一些实施例中，所述力/位传感系统安装于提升器凸轮连接轴处，用于实时监测提升器工作状态和力/位数据。

7、在本技术的一些实施例中，当执行部件降落时，电机作为电动机反转，转化势能为交流电，通过ac/dc转换器整流转换为直流电，再通过dc/dc转换器调压后将电能输送到动力电池或者超级电容；当反向电压过大时，则通过dc/dc转换器将电能存储到超级电容中，待回收完毕后再通过dc/dc转换器将超级电容中的电能输回到动力电池中。

8、在本技术的一些实施例中，当提升系统做功工作时，所述动力电池、超级电容分别单独或共同可作为电源供电；当提升器降落时，回收的能量可存放于动力电池和超级电容中；所述ac/dc转换器用于直流与交流电的转换；所述dc/dc转换器控制超级电容充放电电流，保证系统的充放电效率，dc/dc转换器在工作时，保证超级电容输出电压保持平稳，提高农具提升与力位调节精准度与效率。

9、在本技术的一些实施例中，所述ecu控制系统与力/位传感系统、dc/dc转换器、动力电池电气连接；力/位传感系统与ecu控制系统用于实时获取提升器工作需求、检测实时力/位状态，并协调控制电机、ac/dc转换器、dc/dc转换器工作状态，实现提升器工作需求与能量合理管理。

10、在本技术的一些实施例中，所述超级电容与动力电池并联作为提升器动力源，通过控制系统、dc/dc转换器以及ac/dc转换器管理系统能量。

11、在本技术的一些实施例中，所述ecu控制系统分别与电机驱动器、dc/dc转换器、ac/dc转换器、力/位传感系统通过弱电排线连接，用于信息实时收集、处理、决策与控制。

12、在本发明的一些实施例中，所述两个提升凸轮通过凸轮连接轴连接；两个提升凸轮下侧与两个推杆分别连接。

13、在本发明的一些实施例中，由电机提供动力经减速箱减速增扭，齿轮齿条或非自锁涡轮丝杆机构驱动推杆上下移动。

14、在本发明的一些实施例中，两个提升凸轮带动两侧提升杆升降，进而带动两下拉杆实现农具升降。

15、在本发明的一些实施例中，所述电机的驱动器与ac/dc转换器连接，ac/dc转换器与dc/dc转换器连接，dc/dc转换器与动力电池、超级电容分别通过强电线缆连接，用于能量传输。

16、在本发明的一些实施例中，所述力/位传感系统安装于提升器凸轮连接轴处，用于实时监测提升器工作状态和力/位数据。

17、在本发明的一些实施例中，所述ecu控制系统分别与电机驱动器、dc/dc转换器、ac/dc转换器、力/位传感系统通过弱电排线连接，用于信息实时收集、处理、决策与控制。

18、在本发明的一些实施例中，对外做功提升农具模式下，动力电池与超级电容分别单独或共同为驱动电机提供电能；进一步地，动力电池荷电状态、超级电容荷电状态、农具提升速度需求和悬挂负载水平由力/位传感系统及ecu控制系统判断，决策供电来源及控制电流。

19、在本发明的一些实施例中，对外大功率做功需求模式下，所述超级电容能够用于补充动力电池用于大电流放电，提高大负载下农具提升与力位调节效率，提高动力电池使用寿命。

20、在本发明的一些实施例中，降落农具过程中，本发明中电机、dc/dc转换器及ecu控制器能够用于实现能量回收。

21、在本发明的一些实施例中，能量回收模式下，农具势能转化为电机转子的动能，由电机转化为电能，能量经ac/dc转换器和dc/dc转换器进行整流及调压。

22、在本发明的一些实施例中，能量回收模式下，ecu根据整流后的电流电压大小、动力电池荷电状态以及超级电容荷电状态决策电流走向：小电流情况下，回收的能量直接进入动力电池储存；大电流情况下，电流先进入超级电容缓冲。再根据两者荷电状态和提升器工作状态，决定最终电能分配，由dc/dc转换器负责调节，实现电能平稳回收，迎接下一阶段作业。

23、在本发明的一些实施例中，农具作业深度力/位实时调节过程中，电机处于做功输出与能量回收的连续变化中，ecu实时判断并做出控制决策，实现最优化能量管理。

24、本发明至少有以下技术效果：

25、(1)本装置能够实现电动化农机三点悬挂的电动升降与力/位调节。

26、(2)本装置中的电驱提升装置控制精度高、整体结构较为简单、制造与维护成本较低。

27、(3)本装置布局合理，结构简单，控制简便、且能进行执行部件降落时势能及执行部件空转制动能量的转化回收，更好地缓解能源短缺问题及污染问题。

28、(4)本装置通过电驱动代替液压驱动，克服了液压传动机构液体存在粘性，液体流动需要消耗一定能量来克服粘性阻力，以及溢流阀保压过程持续耗能等问题，提高能量利用效率。

29、(5)本装置通过设计机械传动系统适应悬挂系统的电驱提升，能够通过齿轮传动机构将执行部件降落的势能和执行部件空转制动能量通过电机进行转化，克服了液压传动机构不能回收执行部件降落势能的问题。

30、(6)本装置设计了能量回收结构，通过超级电容进行瞬时储能，能量回收完毕后，能够根据荷电状态决定泵回动力电池或电容储存，减少了大电流对动力电池的损害，同时提高能量的回收效率。同时使用dc/dc转换器保证电压输出平稳。

31、(7)使用新能源动力代替传统柴油发动机，是“双碳”目标下顺应时代的农机发展的必然趋势。本发明为适应电动化农机具发展提供了技术保障，在高效电驱提升的基础上，可实现包括能量回收与能量分配的多模式能量综合管理，达到低成本、低碳、环保、高效、可持续发展的目的。