液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用形式與故障分析

沈景明

摘 要：液壓系統(tǒng)是機械行業(yè)廣泛使用的動力技術(shù)，近年來，自動化控制的液壓系統(tǒng)被廣泛使用于各個行業(yè)。農(nóng)機液壓系統(tǒng)的使用在很大程度上優(yōu)化了農(nóng)機結(jié)構(gòu)，提升了操作的便捷性。通過介紹液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的主要應用形式和特點，說明了液壓系統(tǒng)的重要作用，并對液壓系統(tǒng)的常見故障進行了分析與說明。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械；液壓系統(tǒng)；故障；應用形式

中圖分類號：S220.3；TH137.9文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.045

液壓技術(shù)作為新時期的一種便捷傳動技術(shù)，其在機械行業(yè)、建筑行業(yè)、軍事領(lǐng)域和航空航天上具有廣泛的應用，液壓技術(shù)在傳統(tǒng)的響應速度快、傳動功率大、布局靈活等優(yōu)勢基礎上，近年來得益于自動控制技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動在控制與自動化程度上有了顯著提升，液壓技術(shù)開始由傳統(tǒng)的傳動功能向著機械現(xiàn)代化控制方向轉(zhuǎn)變，將液壓技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)機械，不僅提高了農(nóng)業(yè)機械的技術(shù)含量，更優(yōu)化了農(nóng)機結(jié)構(gòu)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，使農(nóng)機在達到功能要求的基礎上，更多的考慮到駕駛員的舒適性、操控性以及智能性，如今，液壓技術(shù)已經(jīng)成為先進農(nóng)機的必備技術(shù)之一，是農(nóng)業(yè)機械順利完成生產(chǎn)任務不可缺少的技術(shù)力量。

1 液壓技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展

液壓技術(shù)的主要原理來自于液體靜壓力傳動原理，液壓技術(shù)最初的介質(zhì)是水，之后逐步發(fā)展為以液壓油為介質(zhì)進行傳動。在20世紀20年代得益于平衡式葉片泵的發(fā)明，液壓元件逐漸進入了工業(yè)領(lǐng)域使用，這是現(xiàn)階段所使用的液壓技術(shù)的基礎，而液壓技術(shù)的廣泛使用與推廣是在第二次世界大戰(zhàn)期間在發(fā)達國家進行的，經(jīng)過多年的演變與相關(guān)技術(shù)的不斷進步，才發(fā)展為今天的液壓技術(shù)。

1.2 液壓系統(tǒng)的組成與功能

現(xiàn)階段所使用的液壓系統(tǒng)主要由四大部分組成，即動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)，按照液壓系統(tǒng)的細分元件來說，液壓系統(tǒng)的工作過程如下：通過原動機將動力傳遞給液壓泵，在液壓泵的作用下，機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，并將液體壓力傳遞至液壓閥，通過液壓閥控制液壓油缸或液壓馬達進行工作，此過程將液壓能再轉(zhuǎn)換為機械能，從而控制最終的工作機構(gòu)進行工作，同時帶動液壓馬達或液壓油缸的液壓油恢復原有壓力，并流回到液壓油箱，供后續(xù)動作使用，如圖1所示[1]。

現(xiàn)階段的液壓技術(shù)，主要是利用電子技術(shù)控制液壓力操作機械執(zhí)行動作的過程，液壓控制的精確程度是現(xiàn)代化液壓技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。液壓系統(tǒng)性能的主要影響因素如下：（1）液壓油是液壓系統(tǒng)維持工作的重要介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中，液壓油除了起介質(zhì)作用外，還擔任著液壓系統(tǒng)的防銹、防腐、潤滑以及冷卻等許多功能，因此，液壓油的質(zhì)量與性能直接影響到液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)及相關(guān)功能的準確性。（2）液壓元件是液壓系統(tǒng)的基礎組成部分，它的先進與否直接影響了液壓系統(tǒng)的效率、復雜程度以及能源消耗，近年來，新型液壓元件正向著模塊化、小型化、節(jié)能化以及環(huán)?；较虬l(fā)展，這不僅在很大程度上減小了驅(qū)動功率的消耗，更方便了電子控制的實施。（3）電液比例閥是液壓系統(tǒng)中壓力和流量控制的關(guān)鍵元件，它通過預先設定好的程序發(fā)出電信號指令，完成對液壓系統(tǒng)壓力和流量的連續(xù)成比例的控制。

2 液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用

2.1 液壓技術(shù)在我國農(nóng)機上的應用過程

多年的生產(chǎn)實踐證明，將液壓技術(shù)應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能夠有效提升農(nóng)機液壓系統(tǒng)的自動化程度，并優(yōu)化農(nóng)機結(jié)構(gòu)，改造操作的舒適程度。目前階段，液壓技術(shù)在我國的農(nóng)業(yè)機械中的應用，包括了拖拉機、耕整地機械、播種施肥機械、植保機械、收獲機械等絕大多數(shù)的農(nóng)機領(lǐng)域，液壓技術(shù)在拖拉機上最早的應用，是農(nóng)機深松整地的升降結(jié)構(gòu)，之后逐漸向液壓制動、液壓轉(zhuǎn)向以及寬幅機具的折疊等方向擴展，現(xiàn)階段，液壓傳動技術(shù)已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)機械上必不可少的配置，液壓技術(shù)與農(nóng)業(yè)機械的結(jié)合逐漸形成了眾多的新機型與新成果。例如：為聯(lián)合收割機和大馬力拖拉機配備液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；為優(yōu)化水稻插秧機的控制方式而使用的液壓仿形系統(tǒng)；為中小型聯(lián)合收割機提供行進動力的靜液壓傳動系統(tǒng)等。液壓系統(tǒng)對農(nóng)業(yè)機械的優(yōu)化，也使農(nóng)機達到了前所未有的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)形式，以聯(lián)合收割機為例，液壓技術(shù)在聯(lián)合收割機上的應用包括了：割臺與分禾、喂入結(jié)構(gòu)的升降；液壓轉(zhuǎn)向或輔助轉(zhuǎn)向；刀具回轉(zhuǎn)動力或撥禾輪回轉(zhuǎn)動力的提供；集糧、卸糧結(jié)構(gòu)的開閉；升運器等結(jié)構(gòu)位置的自動化調(diào)整等，且相關(guān)的優(yōu)化和研究仍在不停地進行中。

2.2 液壓技術(shù)的主要應用形式

（1）農(nóng)機具工作部件的位置調(diào)整與功能實現(xiàn)。 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機械應用的液壓技術(shù)很多，以噴藥機械為例：噴藥架的展開與關(guān)閉、噴藥架的高低調(diào)節(jié)、噴藥的角度調(diào)節(jié)等功能，都以液壓系統(tǒng)的技術(shù)支持來實現(xiàn)。又如，整地機械中耙片角度的調(diào)整、寬幅機具的折疊、雙向犁的翻轉(zhuǎn)，都很大程度的采用了液壓進行驅(qū)動。

（2）液壓系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)機械提供行進動力?，F(xiàn)階段的很多農(nóng)業(yè)機械是通過液壓馬達帶動農(nóng)業(yè)機械進行行走的，這種方式中液壓的行進速度分為高速和低速兩類，農(nóng)機高速行走是通過變量泵驅(qū)動液壓馬達，再由液壓馬達帶動變速箱做提速，從而帶動農(nóng)機做高速行走，而低速方式主要是利用變量泵帶動液壓馬達后直接與車輪相連，帶動農(nóng)機做慢速行走。液壓馬達基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。有些先進的大型農(nóng)機，為提升農(nóng)機的通過性，為農(nóng)機裝配了全液壓的四輪驅(qū)動，以滿足大馬力農(nóng)機的作業(yè)要求。

（3）使拖拉機實現(xiàn)負載換擋。若拖拉機使用的是傳統(tǒng)的齒輪變速箱，那么在換擋時必須要將離合器踩下，這時不僅行進的動力中斷，其他工作部件的運轉(zhuǎn)動力也同時被中斷，當拖拉機做大負載作業(yè)時，由于動力的中斷，掛擋后農(nóng)機必須重新起步，這就在很大程度上影響了農(nóng)機的生產(chǎn)效率，因此，很多新型的拖拉機廣泛采用了液壓機理的負載換擋機構(gòu)，駕駛員能夠在不切斷動力的情況下完成擋位的變換，在一定程度提高了拖拉機的工作效率，并降低了駕駛?cè)藛T的勞動強度。

（4）液壓系統(tǒng)可以為大型農(nóng)機實現(xiàn)無級變速。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械廣泛配備了液壓系統(tǒng)進行傳動，由于液壓技術(shù)能夠輕易地實現(xiàn)無級變速的功能。因此，通過液壓系統(tǒng)的控制來改變皮帶輪的傳動比，就能夠讓農(nóng)機實現(xiàn)無級變速的功能，以玉米收割機為例，要使機械傳動達到行進速度與撥禾輪的喂入速度的良好配合是很難的事，且一旦匹配不合適，調(diào)整很困難，但是通過液壓系統(tǒng)使兩者達到很好的匹配關(guān)系卻十分容易，因此，液壓無極調(diào)速對農(nóng)業(yè)機械的設計與實際使用都有很大的好處。

（5）液壓懸掛裝置的廣泛使用?，F(xiàn)階段，液壓懸掛裝置已經(jīng)成為拖拉機不可缺少的組成部分，其懸掛的方式也從單一的后懸掛，向著前懸掛、側(cè)懸掛以及輪間懸掛發(fā)展，并實現(xiàn)了自動掛接功能。拖拉機上使用液壓懸掛系統(tǒng)，不僅能夠自動的調(diào)節(jié)農(nóng)機具與拖拉機的相對位置，還能夠在整地作業(yè)過程中，根據(jù)土壤的阻力自動調(diào)節(jié)耕作深度，很大程度降低了操作復雜程度和勞動力資源的投入。

3 農(nóng)機液壓系統(tǒng)常見故障分析

農(nóng)機液壓系統(tǒng)的常見故障問題，主要包括液壓油污染、液壓系統(tǒng)過熱以及液壓系統(tǒng)泄露三大方面。

3.1 液壓油污染

導致液壓油發(fā)生污染的主要原因包括以下幾點：（1）由于雨水的影響或是在清洗農(nóng)機的過程中，可能出現(xiàn)水分混入液壓油中的現(xiàn)象，液壓油中的水分會嚴重腐蝕液壓系統(tǒng)的金屬內(nèi)表面，使液壓元件的壽命縮短、可靠性降低，同時還會導致液壓油的氧化變質(zhì)。（2）當油管接頭松動或加油不當時，可能導致部分空氣混入液壓系統(tǒng)之中，由于系統(tǒng)中的空氣，使液壓傳動過程中易出現(xiàn)跳動或不規(guī)律振動，嚴重時，會因為突發(fā)的應力導致零部件損壞，甚至整個液壓系統(tǒng)的損壞。（3）由于液壓系統(tǒng)的長期使用，可能會有一些金屬顆?；蛭畚飺诫s在液壓油之中，這不僅會對液壓元件造成嚴重的磨損，更可能會劃傷液壓油管和密封環(huán)等軟質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成液壓系統(tǒng)的泄漏和失效。

3.2 液壓系統(tǒng)過熱

導致液壓系統(tǒng)過熱的原因有很多，但主要包括以下四個方面：（1）液壓系統(tǒng)超載運行而導致的過熱。（2）液壓油箱內(nèi)的油液過少，導致系統(tǒng)散熱不良而溫度過高。（3）液壓元件出現(xiàn)磨損或故障導致的系統(tǒng)過熱。（4）回油壓力過高，導致的液壓系統(tǒng)溫度過高。油溫過高容易使液壓油加速氧化，同時分解出難溶的樹脂、酸類與污泥等成分，這些污物會造成液壓元件的快速腐蝕。同時，過熱的液壓油其密度變小，會導致液壓系統(tǒng)的反應速度變慢，精確程度降低。

3.3 液壓系統(tǒng)泄漏

造成液壓系統(tǒng)泄漏的原因包括以下幾點：（1）液壓油管因設計或安裝問題，導致工作過程中反復彎折而出現(xiàn)破損。（2）密封環(huán)、油管接頭安裝不正確，出現(xiàn)的油液泄漏。（3）液壓零件磨損或損壞導致的油液泄漏。液壓系統(tǒng)的泄漏會導致液壓系統(tǒng)壓力不足，還可能會污染農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，影響糧食作物的收獲質(zhì)量。

總之，液壓系統(tǒng)以其獨有的優(yōu)勢為農(nóng)業(yè)機械的優(yōu)化與改良提供了巨大的幫助，相關(guān)的農(nóng)機設計研發(fā)人員應當認真把握好液壓系統(tǒng)的新技術(shù)和新功能，以便為農(nóng)業(yè)機械的優(yōu)化升級服務。同時，農(nóng)機駕駛?cè)藛T也應認真做好農(nóng)機液壓系統(tǒng)的使用與維護工作，保證液壓系統(tǒng)發(fā)揮其應有的工作效能。