液壓系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用及優(yōu)勢分析

張圣光

摘要 該文概述液壓技術(shù)的原理及發(fā)展過程，例舉了典型液壓系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用，并總結(jié)分析了液壓系統(tǒng)在農(nóng)機(jī)上的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 液壓系統(tǒng)；農(nóng)業(yè)機(jī)械化；典型應(yīng)用；優(yōu)勢

中圖分類號(hào) S232.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）20-06872-02

液壓元件具有質(zhì)量小、體積小、容易獲得大力矩、可實(shí)現(xiàn)無級變速、防止過載容易等突出優(yōu)點(diǎn)，被喻為工業(yè)的“肌肉”，可直接應(yīng)用于生產(chǎn)，解決許多工程實(shí)際問題。農(nóng)機(jī)液壓則集成了這些優(yōu)點(diǎn)，隨著各種標(biāo)準(zhǔn)的制訂，使得農(nóng)機(jī)液壓元件廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的聯(lián)合收割機(jī)、拖拉機(jī)等農(nóng)用機(jī)械上，極大地提高了機(jī)械生產(chǎn)力和適應(yīng)性。

1 液壓傳動(dòng)技術(shù)概述

1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展歷程

液壓技術(shù)起源于17世紀(jì)中葉，由帕斯卡提出的靜壓傳動(dòng)原理而發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。1795年英國約瑟夫·布拉曼，用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，從此誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1905年將工作介質(zhì)水改為油，使液壓傳動(dòng)工況又進(jìn)一步得到改善。19 世紀(jì)末至20 世紀(jì)初的20年間液壓技術(shù)開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925 年維克斯發(fā)明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。二戰(zhàn)期間又廣泛被應(yīng)用于制造飛機(jī)、坦克、軍艦和大炮，二戰(zhàn)后幾十年間液壓技術(shù)得到迅速的發(fā)展。

1.2 液壓傳動(dòng)的原理

以千斤頂?shù)墓ぷ髟頌槔▓D1），設(shè)大液壓缸活塞面積為A2，作用在活塞上的負(fù)載為F2，該力在液壓缸中產(chǎn)生的液體壓為：

1.3 液壓系統(tǒng)的組成

液壓系統(tǒng)由動(dòng)力元件、控制元件、執(zhí)行元件和輔助元件組成（如圖2）。

2 典型液壓系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化中的應(yīng)用

2.1 液壓行走驅(qū)動(dòng)典型回路

液壓行走驅(qū)動(dòng)是利用高壓液體驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)行走輪。包括高速方案和低速2種方案。高速方案是變量泵驅(qū)動(dòng)高速定量馬達(dá)，然后再通過變速箱驅(qū)動(dòng)行走輪；低速方案是變量泵通過變量馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)行走輪。

John Deere—4440型靜液壓前驅(qū)動(dòng)高速方案則是典型的高速方案（圖3a），是靠改變泵的排量qp來實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速的回路[1]。由圖3可知，馬達(dá)2 的回油又回到油泵1的入口時(shí)，油液不經(jīng)油箱而在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，可減少空氣滲入系統(tǒng)而引起的氣蝕現(xiàn)象等一系列問題。高壓回路的安全閥3起過載保護(hù)作用，補(bǔ)油泵10和單向閥6可補(bǔ)償馬達(dá)和油泵泄露，補(bǔ)油泵還能控制該回路中油液升溫，工作壓力由溢流閥調(diào)定。在不考慮泄露和摩擦損失時(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速nM和轉(zhuǎn)矩M分別為：

2.2 液壓懸掛升降回路

液壓懸掛是農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)中廣泛代替人力的控制裝置，主要用于控制農(nóng)具的升降和調(diào)節(jié)農(nóng)具的耕作深度。圖4為典型壓力補(bǔ)償筆芯式液壓系統(tǒng)。換向閥6的中位機(jī)能為O型，變量泵3和液壓缸7保壓。泵的初始壓力最高。改變換向閥的位置，系統(tǒng)壓力下降，降到和負(fù)載液壓缸的壓力相等，壓力補(bǔ)償器2 使泵的流量隨液壓缸需求而改變。壓力補(bǔ)償器小活塞A與彈簧抗衡，等于工作壓力，彈簧B使泵壓箱較大排量。移動(dòng)換向閥時(shí)，系統(tǒng)所需流量超出泵的輸出量，泵的輸出壓力下降，小活塞左移，從而使泵排量增加，直到壓力通過小活塞與彈簧平衡。相反，當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)，泵的供油量會(huì)超過系統(tǒng)所需油量，使泵的輸出壓力增加，小活塞右移，泵的供油量減小。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)不僅可以同時(shí)進(jìn)行多負(fù)載操作，還能持續(xù)以最大流量供應(yīng)系統(tǒng)[2]。

3 農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)的優(yōu)勢分析

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，廣泛采用液壓技術(shù)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械的典型標(biāo)志，沒有液壓技術(shù)就沒有現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械。加快農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，推進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)集成化、勞動(dòng)過程機(jī)械化是我國“十二·五”期間要達(dá)到的目標(biāo)。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的加快，我國聯(lián)合收割機(jī)保有量還將以每年10%的比率增長，因此中國具有巨大的液壓市場潛力。

3.1 機(jī)械傳動(dòng)裝備農(nóng)機(jī)的特點(diǎn)

目前，我國大部分地區(qū)的農(nóng)民，采用的收割機(jī)主要以機(jī)械傳動(dòng)為主。據(jù)有關(guān)部門對自走式聯(lián)合收割機(jī)進(jìn)行的抽樣調(diào)查顯示，這種收割機(jī)平均無故障工作時(shí)間僅為19.1 h，那么是什么原因?qū)е逻@么高的故障率呢？原因有3個(gè)方面：第一，機(jī)械傳動(dòng)地盤的傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在作業(yè)中有三分之一的故障來自于機(jī)械傳動(dòng)裝置；第二，機(jī)械傳動(dòng)的部件大都暴露在外部，作業(yè)環(huán)境差會(huì)對這些零件造成侵蝕，直接影響了機(jī)械傳動(dòng)的正常運(yùn)作；第三，高故障率加重了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，間接影響了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的進(jìn)程。由于我國地域廣闊，各地自然條件和作物狀況差異較大，需求的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品也較大。

3.2 液壓系統(tǒng)裝備農(nóng)機(jī)的優(yōu)勢

3.2.1 傳動(dòng)平穩(wěn)。在液壓傳動(dòng)裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認(rèn)為不可壓縮，依靠油液的連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。油液有吸振能力，在油路中還可以設(shè)置液壓