拖拉機(jī)自動駕駛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中集成閥的設(shè)計(jì)

趙琳苑 趙軍

摘 要：在拖拉機(jī)自動駕駛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，經(jīng)常會使用到多種液壓控制回路，通常是通過壓力、流量、方向等單個或多個液壓控制閥來實(shí)現(xiàn)回路功能。將所有液壓元件逐個聯(lián)接起來，中間需要多處過渡管路、連接閥塊和連接密封，整個回路系統(tǒng)會很龐大，存在密集管道，安裝復(fù)雜和維護(hù)操作困難以及出現(xiàn)許多泄漏位置等缺陷。在當(dāng)前的設(shè)計(jì)中，越來越注重液壓元件的集成使用。在文中將對一款新型拖拉機(jī)自動駕駛液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的部分液壓閥進(jìn)行集成設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)；液壓轉(zhuǎn)向；集成閥

中圖分類號：S219.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.002

Abstract： In tractor automatic driving hydraulic steering system， many kinds of hydraulic control loops are often used， usually through pressure， flow， direction and other single or multiple hydraulic control valves to achieve the loop function. Connecting all hydraulic components one by one requires multiple transitional pipes， connecting valve blocks， and connecting seals in the middle. The entire loop system can be huge， with dense pipes， Installation is complex and maintenance is difficult， and there are many defects such as leakage location. Therefore， in the current design， more and more attention is paid to the integrated use of hydraulic components. In this paper， the integrated design of some hydraulic valves in a new tractor automatic driving hydraulic steering system will be carried out.

Keywords： Tractor；Hydraulic steering；Integrated valve

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高，拖拉機(jī)自動駕駛?cè)找媸艿饺藗兊年P(guān)注，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在拖拉機(jī)中的使用具有十分重要的作用，因此轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在拖拉機(jī)自動駕駛的過程中，手動駕駛模式與自動駕駛模式之間需要人工手動切換，這樣就使得操作復(fù)雜，所以我們設(shè)計(jì)了一款新型的拖拉機(jī)自動駕駛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將手動切換駕駛模式這一步驟取消，解決勞動力不足，自動駕駛在調(diào)試后可以自動工作，不需要人們實(shí)時盯住操作，這樣一個勞動力可以控制多臺拖拉機(jī)，減少了勞動力。

在該液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，需要所有液壓元件逐個聯(lián)接起來，中間需要多處過渡管路、連接閥塊和連接密封，整個回路系統(tǒng)會很龐大，存在布置管路密集、安裝維修操作困難、密封泄漏位置點(diǎn)多等缺陷。因此，提出了液壓元件集成塊的設(shè)計(jì)，就是將多路回路中的液壓元件共同安裝在一個閥塊上，并且通過在閥塊內(nèi)部加工通道，從而將相關(guān)液壓元件的油路溝通起來，有效減少了系統(tǒng)外部管路的連接和密封，使整體的尺寸變小、布局緊湊、減少泄漏、安裝和吊裝操作方便。但這些連接都是通過實(shí)體材料的設(shè)計(jì)加工實(shí)現(xiàn)的，因此，要對液壓系統(tǒng)中的部分液壓元件進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，組成集成閥塊。

1 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作原理

拖拉機(jī)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理圖（如圖1所示）。該轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向器、液壓泵、優(yōu)先閥、三位四通電磁換向閥、集成閥塊、液壓缸等組成。當(dāng)啟動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動駕駛模式時，液壓油從定量泵流出，溢流閥作為安全閥使用，防止系統(tǒng)過載，然后液壓油經(jīng)過三位四通的電磁換向閥，當(dāng)換向閥左位接通時，壓力油經(jīng)過換向閥打開的左側(cè)的液控單向閥進(jìn)入液壓缸的左腔，同時，壓力油進(jìn)入右側(cè)液控單向閥的控制油口，將閥芯頂開，液壓缸右腔的油液經(jīng)過右側(cè)液控單向閥、換向閥與油箱連通?；钊谝簤河偷淖饔孟孪蛴疫\(yùn)動，反之亦然。當(dāng)換向閥處于空擋位置時，液壓缸處于自鎖狀態(tài)。

本文設(shè)計(jì)的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的集成閥塊主要由雙向液壓鎖、梭閥、三位四通電磁比例換向閥組合而成。

2 集成閥塊的設(shè)計(jì)

2.1 集成閥塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在液壓元件的集成設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在于液壓元件的選型、布置以及集成閥塊的總體設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該仔細(xì)審核其液壓原理圖。將原理圖劃分成進(jìn)、回油部分以及使油液缸動作的功能部分，由此對液壓元件進(jìn)行選型。常用的液壓元件一般分為螺紋式、法蘭式、插入式，其中螺紋式和板式為外部連接形式，螺紋式的液壓元件油口為外或內(nèi)螺紋的形式，需要螺紋管接頭與其閥體相連接；板式液壓元件可以直接安裝于液壓閥體的安裝表面，用螺釘固定。插入式是通過在集成閥體內(nèi)加工數(shù)個插裝孔進(jìn)行內(nèi)部連接，相對于其他外部連接的形式，它的重量較輕、體積較小、通油能力大、密封好和動態(tài)性能較好。外部連接式的液壓元件則是閥體加工精度要求較低、連接拆裝和維修都比較方便。在本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的實(shí)際使用狀況，液壓集成閥塊選用的是螺紋式連接。

在集成閥塊的設(shè)計(jì)中還要根據(jù)液壓控制回路的相應(yīng)功能、液壓油路的分布以及走向、機(jī)器設(shè)備的安裝場地等因素，充分利用集成閥塊的每個安裝面，合理布置相應(yīng)的液壓元件，與此同時必須要實(shí)現(xiàn)每一個液壓回路的功能，并且需要有液壓元件的安裝維修以及更換等操作空間。

2.2 液壓泵的選型

本液壓系統(tǒng)采用的是HLCB/14B型恒流溢流齒輪泵，其主要參數(shù)如表1所示。

HLCB/14B型恒流溢流齒輪泵能夠給本系統(tǒng)提供恒定流量的液壓油，以保證液壓系統(tǒng)可以進(jìn)行正常的工作。

2.3 液壓閥的選型

根據(jù)已確定的液壓泵型號及參數(shù)，對該液壓系統(tǒng)中需要集成的液壓閥進(jìn)行選型。液壓系統(tǒng)中的三位四通電磁比例換向閥選用的是北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的4WRA型電磁比例換向閥，該型號的電磁換向閥主要參數(shù)如表2、3所示。

液壓系統(tǒng)中的液壓鎖選用的是海宏公司生產(chǎn)的插裝式液壓YYS08-00，最高工作壓力為24 MPa，可通過的最大流量是18 L/min，梭閥同樣選用該公司生產(chǎn)的SF06-01B，最高工作壓力為35 MPa，可通過最大流量是15 L/min，其參數(shù)符合液壓系統(tǒng)工作要求。

2.4 閥塊的布置

集成閥剖面圖與三維圖由CAD和Soildworks繪制（如圖2所示），該集成閥塊采用螺紋連接方式，閥塊的左上側(cè)用于布置插裝鎖閥及主進(jìn)油口和主回油口，右上側(cè)布置插裝梭閥，下側(cè)為電磁比例換向閥，后側(cè)布置工作進(jìn)油口、工作回油口以及與轉(zhuǎn)向器控制口連接的LS口。

3 材料的選擇及其他技術(shù)要求

液壓集成閥塊的材料一般可以選用球墨鑄鐵、45號鋼、鍛鋼或者鋁合金，考慮到液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中需要承受較高的壓力，本次集成閥塊的材料選用的是35號鋼，為了要消除參與內(nèi)應(yīng)力，必須對鍛件進(jìn)行正火處理，并且同時要進(jìn)行無損探傷，以檢測其內(nèi)部的質(zhì)量。閥塊六面體所有面表面粗糙度為Ra=0.8 μm，所有孔粗糙度為Ra=6.3 μm，并且表面需要化學(xué)鍍鎳，以增強(qiáng)其耐蝕性及改善外觀。

4 結(jié)論

本文介紹了液壓集成閥塊的設(shè)計(jì)過程，主要包括液壓閥的選型、集成閥塊的排布、油道通徑的計(jì)算以及材料的選擇，并且將液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的部分相關(guān)液壓元件進(jìn)行集成設(shè)計(jì)作為設(shè)計(jì)實(shí)例，最大限度的減少液壓系統(tǒng)中的外部連接，并且基本消除了外泄漏，與此同時，使液壓系統(tǒng)的檢修以及更換液壓元件更為方便，可以縮短設(shè)備停工檢修的時間。

液壓集成閥塊雖然制造工藝較為復(fù)雜，但是可靠性及其他各方面性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，特別是對液壓閥較多，管路較復(fù)雜的一些液壓系統(tǒng)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

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