丁文潔 趙武云
摘要:針對(duì)南方水田作業(yè)特點(diǎn),對(duì)某履帶式多功能旋耕機(jī)的關(guān)鍵部件(傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng))進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用靜態(tài)液壓傳動(dòng)與齒輪變速箱串聯(lián)無(wú)功率分流模式,實(shí)現(xiàn)水田旋耕作業(yè)的機(jī)液復(fù)合式無(wú)級(jí)變速。以設(shè)定為最大動(dòng)力性原則的匹配方法與控制策略,進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)和靜液壓無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)。采用壓力油路控制的循環(huán)液壓系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了開心式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),進(jìn)而確定了液壓系統(tǒng)主要參數(shù)。傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì),為此多功能旋耕機(jī)的作業(yè)性能和工作效率的提升提供了保障。
關(guān)鍵詞:旋耕機(jī);履帶式拖拉機(jī);傳動(dòng)系統(tǒng);控制策略;液壓系統(tǒng)
0? 引言
履帶拖拉機(jī)[1]具有對(duì)土壤的單位面積壓力小和對(duì)土壤的附著性能好等優(yōu)點(diǎn),在土壤潮濕及松軟地帶有較好的通過(guò)性能,牽引效率高。因此,至今履帶拖拉機(jī)在農(nóng)田作業(yè)方面依然占有主導(dǎo)地位[2]。履帶式拖拉機(jī)與作業(yè)耕具結(jié)合,能形成適應(yīng)不同農(nóng)藝要求的保護(hù)性作業(yè)體系,本文針對(duì)某多功能旋耕機(jī)中的關(guān)鍵部件(傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng))進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足南方水田耕作的特殊需求。
1? 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
針對(duì)水田作業(yè)傳遞功率、速度變化范圍寬、作業(yè)環(huán)境惡劣、外界負(fù)荷波動(dòng)頻繁等問(wèn)題,發(fā)動(dòng)機(jī)或變速箱必須能適時(shí)地變更轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩以適應(yīng)負(fù)荷和行駛阻力的不斷變化,保證拖拉機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)的1-5檔齒輪傳動(dòng)變速箱,只能按照固定傳動(dòng)比傳遞功率和轉(zhuǎn)速,無(wú)法滿足農(nóng)機(jī)對(duì)作業(yè)速度不斷提高的要求。因此,根據(jù)小型履帶旋耕機(jī)的農(nóng)田作業(yè)要求,自主開發(fā)適用于水田旋耕作業(yè)的機(jī)液復(fù)合式無(wú)級(jí)變速系統(tǒng),采用靜態(tài)液壓傳動(dòng)(Hydrostatic Transmission,簡(jiǎn)稱為HST)和齒輪變速箱串聯(lián)無(wú)功率分流模式的經(jīng)濟(jì)性方案[3]。如圖1所示,該履帶拖拉機(jī)靜液壓傳動(dòng)行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要部件由靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械有級(jí)變速箱和履帶行走系統(tǒng)組成。
液壓無(wú)級(jí)變速裝置的動(dòng)力系統(tǒng)由主泵部分、馬達(dá)部分、補(bǔ)油泵及閥部件組成。工作時(shí),主泵由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng),通過(guò)柱塞與轉(zhuǎn)子孔容積腔的變化來(lái)達(dá)到產(chǎn)生液壓能的目的。馬達(dá)由液壓泵提供液壓能,通過(guò)馬達(dá)轉(zhuǎn)子與柱塞的作用驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,為執(zhí)行元件提供扭矩。產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、高效率、長(zhǎng)壽命和低噪音等特點(diǎn),主要應(yīng)用于聯(lián)合收割機(jī)及小型工程機(jī)械的行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
根據(jù)不同的控制算法,可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)和靜液壓無(wú)級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)匹配,本文以設(shè)定為最大動(dòng)力性原則的匹配方法與控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖2所示,設(shè)定為最大動(dòng)力性原則的匹配方法和控制策略下,牽引功率最大無(wú)級(jí)變速和換段規(guī)律的工程實(shí)現(xiàn),其控制參數(shù)包括調(diào)速位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際傳動(dòng)比等,多功能旋耕機(jī)具有牽引功率大、牽引效率高和作業(yè)速度穩(wěn)定等特點(diǎn)。
牽引功率最大無(wú)級(jí)變速和換段規(guī)律的工程實(shí)現(xiàn),其控制參數(shù)包括:調(diào)速位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和實(shí)際傳動(dòng)比等,其控制圖如圖3所示。
2? 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓懸掛系統(tǒng)是拖拉機(jī)的工作裝置[3],是連接、控制、操縱拖拉機(jī)與農(nóng)機(jī)具機(jī)組并使其實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效地工作的重要系統(tǒng)部件。因此,對(duì)液壓懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,除了應(yīng)具備性能良好、工作可靠、操縱輕便和維修簡(jiǎn)單等[4]基本要求外,還應(yīng)滿足下列兩項(xiàng)要求:①懸掛系統(tǒng)與各種農(nóng)機(jī)具的連結(jié)尺寸必須符合“農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)后置式三點(diǎn)懸掛裝置 第一部分GB /T1593.1-1996”;②液壓懸掛性能應(yīng)不低于《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)通用技術(shù)條件 第4部分 履帶拖拉機(jī)》GB/T15370.4-2012中規(guī)定的指標(biāo)(20% MS、3S、4%和12%)。
本文液壓系統(tǒng)為開心式,采用壓力油路控制的循環(huán)液壓系統(tǒng)(液壓系統(tǒng)原理圖如圖4所示)。液壓系統(tǒng)由齒輪泵、一桿操縱控制閥、提升油缸、轉(zhuǎn)向油缸、過(guò)濾器等組成,用管路聯(lián)接成一個(gè)液壓循環(huán)系統(tǒng)。齒輪泵裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上,只要發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),齒輪泵就能提供液壓油。提升油缸固定在變速箱后側(cè)面,提升臂下方,立式布置,雙作用。一桿操縱控制閥位于齒輪泵和提升油缸、轉(zhuǎn)向油缸之間,控制系統(tǒng)壓力和油液流動(dòng)方向。一桿操縱控制閥集成了兩個(gè)閥,用一個(gè)操縱桿控制兩個(gè)閥的動(dòng)作,向左或向右扳動(dòng)操縱桿控制五位五通閥,從而控制左或右轉(zhuǎn)向油缸,實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)左或右轉(zhuǎn)向;向前或向后扳動(dòng)操縱桿控制三位四通閥,從而控制提升油缸,實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)懸掛提升、中立、強(qiáng)降。過(guò)濾器位于齒輪泵進(jìn)油口前,吸油管路中間,保證系統(tǒng)用油清潔。
液壓系統(tǒng)主要參數(shù)確定包括:①液壓提升系統(tǒng)的最大工作壓力,即系統(tǒng)安全閥的開啟壓力。目前國(guó)內(nèi)同等功率拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)的工作壓力一般在14~18MPa,在此選定為14 MPa。②提升油缸的活塞直徑與行程:參考國(guó)內(nèi)外同等功率拖拉機(jī)提升器的結(jié)構(gòu)尺寸,結(jié)合總體設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)布置、系統(tǒng)提升能力和工作行程的驗(yàn)算,確定提升器油缸缸徑為45mm,工作行程180mm,數(shù)量為2個(gè)。
3? 結(jié)論
根據(jù)小型履帶旋耕機(jī)的農(nóng)田作業(yè)要求,采用履帶式拖拉機(jī)與機(jī)具協(xié)作,形成多功能旋耕機(jī)。論文對(duì)某多功能履帶式旋耕機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)結(jié)果不僅可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用壽命,有利于改善農(nóng)用拖拉機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性,還可以提高農(nóng)機(jī)作業(yè)效率和可靠性,對(duì)此類多功能旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。
參考文獻(xiàn):
[1]徐飛軍,黃文倩,陳立平.履帶拖拉機(jī)軟土地行走動(dòng)力學(xué)仿真[J].農(nóng)機(jī)化研究,2009,31(12):204-207.
[2]周彥春,李紅陽(yáng),魏燦苗,等.遙控水田旋耕機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)[J].時(shí)代農(nóng)機(jī),2018,45(5):213-214.
[3]謝凌云.大馬力拖拉機(jī)電液懸掛系統(tǒng)耕深自動(dòng)控制研究[D].江蘇:江蘇大學(xué),2016.
[4]杜娟.履帶車輛底盤-液壓轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)與財(cái)富,2015(2):154-155.