某多功能旋耕機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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.