山地果園運(yùn)輸機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李家學(xué)，李善軍，張衍林，吳海生，劉明迪，高志遠(yuǎn)

山地果園運(yùn)輸機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李家學(xué)1,2，李善軍1,3,4,5,6*，張衍林1,3,4,5,6，吳海生2，劉明迪2，高志遠(yuǎn)2

(1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢430070；2. 廣東理工學(xué)院，肇慶 526000；3. 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，武漢 430070；4. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430070；5. 國家柑橘保鮮技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，武漢 430070；6. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部柑橘全程機(jī)械化科研基地，武漢 430070)

針對傳統(tǒng)果園運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)需電網(wǎng)覆蓋和實(shí)現(xiàn)無級變速結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，設(shè)計(jì)可快速換向，無級調(diào)速，瞬間制動，更大動力的果園運(yùn)輸機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)。采用流體傳動法在分析果園運(yùn)輸機(jī)傳動系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，建立了由變量泵供油，三位四通換向閥控制運(yùn)輸車換向、電液比例調(diào)速閥調(diào)節(jié)運(yùn)輸車運(yùn)行速度和蝸輪蝸桿反向自鎖與溢流橋配合實(shí)現(xiàn)馬達(dá)制動的果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)。通過工況分析和理論計(jì)算，對果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)主要元件進(jìn)行選型，確定液壓馬達(dá)排量為42 mL·r-1，液壓泵流量為44 L·min-1。通過對液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算，可知液壓系統(tǒng)的壓力損失為0.41 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。并利用AMESim仿真軟件，搭建運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)仿真模型，合理設(shè)置主要元件參數(shù)，并對系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明：該液壓系統(tǒng)能夠模擬果園運(yùn)輸車不同負(fù)載狀態(tài)時上行、停止和下行的實(shí)際運(yùn)行過程，驗(yàn)證了液壓系統(tǒng)的可行性，得出運(yùn)輸車速度受負(fù)載影響較小，液壓馬達(dá)輸出扭矩為66 N·m與理論計(jì)算值63 N·m大小基本相符，拖車以0.71 m·s-1速度勻速運(yùn)動，達(dá)到預(yù)期以0.7 m·s-1設(shè)計(jì)要求，滿足運(yùn)輸機(jī)對動力和運(yùn)輸速度要求。為山地果園液壓驅(qū)動軌道運(yùn)輸機(jī)的研制提供理參考，有助于果園運(yùn)輸機(jī)的可靠性測試。

山地果園；運(yùn)輸機(jī)；液壓系統(tǒng)；AMESim；仿真

隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行了一系列調(diào)整，人們生活中必須的糧食作物種植面積逐漸減少，水果、蔬菜等具有較高收益的農(nóng)副產(chǎn)品的種植面積不斷擴(kuò)大[1]。水果的種植和生產(chǎn)逐漸成為中國丘陵或山地的主導(dǎo)發(fā)展方向[2]。然而，柑橘的成熟期較短，約有75％的果實(shí)在11月至12月集中成熟，導(dǎo)致收獲期間的工作量和勞動強(qiáng)度大[3]。在當(dāng)前勞動力向勞動密集型產(chǎn)業(yè)輸出和轉(zhuǎn)移的大背景下，水果農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢一片大好，山地果園運(yùn)輸系統(tǒng)的建立迫在眉睫，用機(jī)械化取代人工勞動生產(chǎn)也是今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展方向[4]。

目前，國家柑橘產(chǎn)業(yè)體系的科學(xué)家研制了多種不同動力源的果園運(yùn)輸機(jī)，主要分為電力驅(qū)動、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動和以自身重力驅(qū)動三大類[5-9]。主要有張衍林團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的自走式運(yùn)輸機(jī)[5-6]和無動力運(yùn)輸機(jī)[7]，自走式運(yùn)輸機(jī)采用汽油機(jī)或柴油機(jī)經(jīng)傳動裝置驅(qū)動運(yùn)輸車行走，無動力運(yùn)輸機(jī)依靠貨物自身重力提供動力實(shí)現(xiàn)農(nóng)資運(yùn)輸；洪添勝團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的拆裝單向牽引式雙軌運(yùn)輸機(jī)[8]和蓄電池驅(qū)動單軌運(yùn)輸機(jī)[9]，均采用電力驅(qū)動。這些山地果園運(yùn)輸機(jī)的研制，極大地改善了我國丘陵地帶運(yùn)輸問題[10]。

為了更好地滿足山地運(yùn)輸需求，豐富果園運(yùn)輸機(jī)的種類，本課題采用流體傳動法，設(shè)計(jì)了一種可快速換向，小范圍無級調(diào)速，瞬間制動，更大動力的果園運(yùn)輸機(jī)液壓驅(qū)動系統(tǒng)。解決電力傳動受電網(wǎng)覆蓋和機(jī)械傳動振動和噪聲較大，實(shí)現(xiàn)無級變速結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的問題。通過理論分析，對運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)主要元件進(jìn)行選型和性能驗(yàn)算，并通過AMESim液壓仿真軟件對系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真分析[11]。以期為設(shè)計(jì)出性能更好的果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)提供參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 果園運(yùn)輸機(jī)總體結(jié)構(gòu)

液壓驅(qū)動軌道果園運(yùn)輸機(jī)主要由驅(qū)動裝置、行走裝置組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[12]。驅(qū)動裝置包括：柴油機(jī)、液壓泵、液壓馬達(dá)、減速器和驅(qū)動輪等組成；行走裝置主要由軌道、拖車和行程開關(guān)等組成。拖車騎跨在軌道上，在驅(qū)動裝置的牽引下沿軌道運(yùn)行[13-14]。

1.柴油機(jī)；2.皮帶；3.液壓泵；4.油箱；5.軌道；6.拖車；7.行程開關(guān)；8.鋼絲繩；9.驅(qū)動輪；10.減速箱；11.馬達(dá)；12.機(jī)架。

Figure 1 Hydraulic drive rail transporter overall machine structure drawing

1.2 運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

果園運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)工作原理圖如圖2所示[15]，該液壓系統(tǒng)包括液壓卸荷回路、液壓驅(qū)動回路、液壓制動回路和驅(qū)動輪加載系統(tǒng)。

液壓卸荷回路由二位三通電磁閥和油箱組成。在果園運(yùn)輸過程中，拖車經(jīng)常停止運(yùn)行等待裝卸果品和其他農(nóng)資，為了避免高壓油長時間從溢流閥流回油箱和頻繁啟動柴油機(jī)，油泵輸出壓力油直接經(jīng)二位三通電磁閥常態(tài)位直接流回油箱，降低柴油機(jī)過早損壞和減少能耗及發(fā)熱。

液壓驅(qū)動系統(tǒng)由變量泵、電液比例調(diào)速閥、三位四通換向閥、溢流閥和液壓馬達(dá)等元件組成。液壓油從油箱經(jīng)過濾器進(jìn)去液壓泵，經(jīng)二位三通電磁閥和電液比例調(diào)速閥流入三位四通換向閥，通過改變電液比例調(diào)速閥開口大小調(diào)節(jié)進(jìn)入液壓馬達(dá)油液流量，從而調(diào)節(jié)拖車運(yùn)行速度，利用三位四通電磁閥實(shí)現(xiàn)驅(qū)動輪正反轉(zhuǎn)[16]。當(dāng)換向閥處于右位時，驅(qū)動輪正轉(zhuǎn)，拖車上行；當(dāng)換向閥處于左位時，驅(qū)動輪反轉(zhuǎn)，拖車下行；當(dāng)換向閥處于中位時，驅(qū)動輪不轉(zhuǎn)，拖車停止運(yùn)行。當(dāng)拖車負(fù)載過大時，液壓系統(tǒng)壓力增大，超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)壓力，溢流閥對系統(tǒng)起過載保護(hù)作用。

液壓制動回路由蝸輪蝸桿減速器和溢流橋組成。拖車斜坡停車時，為避免出現(xiàn)溜車現(xiàn)象，使用蝸輪蝸桿的自鎖性，實(shí)現(xiàn)反向下行自鎖[17]；因運(yùn)輸機(jī)最大負(fù)載1 000 kg，柴油機(jī)運(yùn)行有一定的振動，為了避免蝸桿傳動自鎖作用失效，在液壓系統(tǒng)中添加溢流橋輔助制動，當(dāng)三位四通換向閥回中位時，液壓馬達(dá)在慣性作用下有繼續(xù)轉(zhuǎn)動的趨勢，馬達(dá)所排出的高壓油經(jīng)溢流橋中單向閥由溢流閥限壓，另一側(cè)靠單向閥從油箱吸油。該回路中的溢流閥既限制了換向閥回中位時引起的液壓沖擊，又可以使馬達(dá)平穩(wěn)制動。

驅(qū)動輪加載系統(tǒng)由驅(qū)動輪、鋼絲繩和負(fù)載拖車組成。由液壓馬達(dá)經(jīng)蝸輪蝸桿減速器驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)負(fù)載拖車的上行、下行和停止。

1,6. 油箱；2,8. 過濾器；3. 變量柱塞泵；4. 柴油機(jī)；5. 溢流閥；7. 二位三通電磁閥；9. 電液比例調(diào)速閥；10. 三位四通換向閥；11. 溢流橋；12. 液壓馬達(dá)；13. 蝸輪蝸桿減速器；14. 驅(qū)動輪；15. 鋼絲繩；16. 負(fù)載拖車。

Figure 2 Operating principle of hydraulic system of orchard transporter

1.3 液壓系統(tǒng)元件選型

1.3.1 液壓馬達(dá)的選擇 根據(jù)運(yùn)輸機(jī)拖車裝滿貨物的總質(zhì)量，得到最大牽引力，在經(jīng)蝸輪蝸桿減速器，確定馬達(dá)的扭矩T[18]。

=sin=sin（1）

式中：-貨物總質(zhì)量，1 000 kg；-坡度，45°；g-重力加速度，9.8 m·s-2；-驅(qū)動輪半徑，0.09 m；-傳動比，10。帶入公式的=6 930 N，=63 N·m。

根據(jù)果園運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸要求，驅(qū)動輪的最高轉(zhuǎn)速為74 r·min-1，查詢液壓手冊，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備工作壓力范圍7～21 MPa，確定馬達(dá)輸出最大排量和流量為：

式中：-選定工作壓力，10 MPa；mm-馬達(dá)機(jī)械效率，0.95；max-馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速，740 r·min-1；mv-馬達(dá)容積效率，0.91。帶入公式得=42 mL·r-1，=34 L·min-1。

通過查閱液壓工程師技術(shù)手冊，對比液壓泵綜合參數(shù)，選擇型號為BMR-50-400H-A-Y液壓馬達(dá)，所選馬達(dá)參數(shù)如表1所示。

表1 馬達(dá)參數(shù)

1.3.2 液壓泵的選擇 該液壓系統(tǒng)管路相對較復(fù)雜，進(jìn)口有調(diào)速閥，考慮其安全性能確定液壓泵的最大工作壓力2：

液壓泵輸出最大流量

式中：q-液壓泵輸出最大流量；-系統(tǒng)漏油系數(shù)，1.3。代入公式的q=44 L·min-1。

綜合以上性能指標(biāo)，選擇型號為PV032-R1K1T的液壓泵。液壓泵參數(shù)如表2。

表2 液壓泵參數(shù)

1.4　液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算

為了能夠正確調(diào)整果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)的工作壓力，使得液壓馬達(dá)輸出扭矩滿足工作要求。需要對液壓系統(tǒng)壓力進(jìn)行驗(yàn)算[19]。

液壓系統(tǒng)的壓力損失主要包括管路的沿程損失Δ1、管路的局部壓力損失Δ2和各閥類元件的局部損失Δ3組成[20]。

則液壓系統(tǒng)的損失

式中：-管道長度，m；-管道內(nèi)徑，m；-液流平均速度，m·s-1；-液壓油密度，kg·m-3；-沿程阻力系數(shù)；-局部阻力系數(shù)；n-閥的額定流量，m3·s-1； q-通過閥的實(shí)際流量，m3·s-1； P-閥的額定壓力損失，Pa。

根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)以及動力匹配等綜合考慮[21]，選用L-HM46液壓油，吸油管長度取2.5 m；將所有支路壓油管均等效到總的壓油管上，壓油管長度為4 m，將所有支路回油管均等效到總回油管路上[19]，回油管長度取4 m；將所有數(shù)值帶入（7）—（10）計(jì)算可得：管路的沿程損失Δ1=0.07 MPa；管路的局部壓力損失Δ2=0.18 MPa；和各閥類元件的局部損失Δ3=0.16 MPa；液壓系統(tǒng)的損失Δ=0.41 MPa。

表3 模型元件主要參數(shù)

1.5 仿真模型的建立

利用 AMESim 軟件，依據(jù)所設(shè)計(jì)的果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖，搭建了果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)仿真模型，如圖 3 所示。設(shè)定模型元件主要參數(shù)如表3所示[22-24]。

1,6,14．油箱; 2.電動機(jī); 3.變量泵; 4,7,9,12.信號源; 5,17.溢流閥; 8.二位三通電磁閥; 10.節(jié)流閥; 11,15,16,18,19.單向閥; 13.三位四通電磁閥; 20.定量馬達(dá); 21.液壓特性設(shè)定元件; 22,24.轉(zhuǎn)動慣量; 23.蝸輪蝸桿; 25.零速度源; 26.滾筒; 27.鋼絲繩; 28.負(fù)載。

Figure 3 Hydraulic system simulation model of orchard transporter

2 結(jié)果與分析

2.1 仿真結(jié)果分析

在運(yùn)行參數(shù)中進(jìn)行仿真設(shè)置[25-27]，打印間隔為 0.001 s，仿真類型為單次運(yùn)行，積分器類型為標(biāo)準(zhǔn)積分器，仿真模式為動態(tài)，仿真時間共50 s，即一個周期。其中，鎖模時間為 0～5 s，液壓馬達(dá)勻加速啟動正轉(zhuǎn)時間為 5～9 s，正常工作勻速正轉(zhuǎn)時間為9～25 s，停機(jī)25～30 s，液壓馬達(dá)勻加速反轉(zhuǎn)時間為30～34 s，正常工作勻速反轉(zhuǎn)時間為34～50 s。

液壓馬達(dá)流量、轉(zhuǎn)速和扭矩曲線如圖 4所示，其中流量、轉(zhuǎn)速和扭矩的正負(fù)代表方向。三曲線整體走向趨勢保持一致，從側(cè)面驗(yàn)證了仿真模型的正確性。同時，從圖中信息可得，在鎖模時間段馬達(dá)沒有任何形式的輸出，由常開式二位三通電磁閥將油液經(jīng)油管直接流入油箱，它達(dá)到了在運(yùn)輸車不工作階段無壓將油液送回油箱的功能；在5～9 s馬達(dá)正轉(zhuǎn)加速和30～34 s馬達(dá)反轉(zhuǎn)加速階段液壓馬達(dá)流量、轉(zhuǎn)速和扭矩分別呈遞減與遞增趨勢，表明電磁比例調(diào)速閥按預(yù)設(shè)要求逐漸增大閥口開度，達(dá)到系統(tǒng)所需無級變速要求；在25～30 s停機(jī)階段馬達(dá)流量、轉(zhuǎn)速和扭矩呈現(xiàn)遞減趨勢，表明溢流橋既限制了因三位四通電磁閥瞬間回中位引起的液壓沖擊，也實(shí)現(xiàn)了馬達(dá)輔助制動的目的，并且避免因馬達(dá)突然停止使鋼絲繩受不平衡力易被拉斷的風(fēng)險；在運(yùn)輸車勻速運(yùn)行階段曲線呈水平狀，未出現(xiàn)凸點(diǎn)斷裂等現(xiàn)象，流量和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，并且馬達(dá)輸出流量為48 L·min-1、轉(zhuǎn)速為761 r·min-1、扭矩為66 N·m，分別達(dá)到了理論計(jì)算所得 42 L·min-1、740 r·min-1和63 N·m設(shè)計(jì)要求。因此可以證明此液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合實(shí)際應(yīng)用。

(a) 液壓馬達(dá)流量輸出曲線；(b) 液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速曲線；(c) 液壓馬達(dá)扭矩曲線。

Figure 4 Curve diagram of hydraulic motor simulation parameters of orchard transporter

(a)負(fù)載1 000 kg拖車速度仿真曲線圖；(b)負(fù)載1 000 kg拖車高度仿真曲線圖。

Figure 5 Orchard transporter load trailer simulation parameter curve

Figure 6 Simulation curves of trailer height with different Loads

圖5為果園運(yùn)輸機(jī)負(fù)載拖車仿真參數(shù)曲線圖，模擬運(yùn)輸機(jī)最大載重1 000 kg狀態(tài)下拖車運(yùn)行速度和高度變化。由圖5(a)負(fù)載1 000 kg拖車速度仿真曲線圖看出，在拖車啟動和停止階段，拖車狀態(tài)為勻加速和勻減速；在正常勻速上、下坡階段，拖車以0.71 m·s-1速度勻速運(yùn)動，達(dá)到預(yù)期以0.7 m·s-1設(shè)計(jì)要求。圖5(b)負(fù)載1 000 kg拖車高度仿真曲線，5～25 s為負(fù)載拖車下坡，30～50 s為負(fù)載拖車上坡。從圖中信息可知，在鎖模結(jié)束6～7 s時間內(nèi)拖車沒有運(yùn)動，表明鋼絲繩因具有彈性處于逐漸繃緊狀態(tài)，因此在運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)時應(yīng)使鋼絲繩具有足夠的預(yù)緊力；在25 s時刻，拖車下行了14 m，并且在停車階段負(fù)載高度未發(fā)生變化，說明蝸輪蝸桿自鎖和溢流橋制動效果良好；圖示曲線過渡平滑，未出現(xiàn)凸點(diǎn)、斷裂等現(xiàn)象，說明液壓系統(tǒng)模型可行。

圖6為不同負(fù)載拖車高度仿真曲線，模擬運(yùn)輸機(jī)載重不同狀態(tài)下在負(fù)載拖車爬行高度變化情況，5～25 s為負(fù)載拖車下坡，30～50 s為負(fù)載拖車上坡。拖車在上行階段，隨負(fù)載重量增大，在同一時刻拖車高度略高，負(fù)載相差200 kg，高度差為0.2 m，表明在上行過程中負(fù)載重量越重，運(yùn)輸車運(yùn)行速度越?。煌宪囋谙滦须A段，隨負(fù)載重量增大，在同一時刻拖車高度略高，負(fù)載相差200 kg，高度差為0.15 m。因0.15 m＜0.2 m，表明拖車下行受負(fù)載影響小于上行。從總體上看不同負(fù)載曲線均過渡平滑，拖車運(yùn)行至最高點(diǎn)差異不大，并且拖車分別在上、下運(yùn)行期間，不同負(fù)載曲線的斜率相同，說明拖車均為勻速運(yùn)動且運(yùn)輸車速度受負(fù)載影響較小，表明液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

圖7 液壓驅(qū)動果園運(yùn)輸機(jī)

Figure 7 Hydraulically driven orchard conveyor

2.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)運(yùn)輸機(jī)演示園進(jìn)行，主要探究液壓驅(qū)動運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸效果，如圖7所示。試驗(yàn)當(dāng)天溫度約25 ℃，濕度約70 %，通風(fēng)條件良好。演示園最大坡度約45°，試驗(yàn)負(fù)載為袋裝砂石，用電子稱測出每袋重50 kg。運(yùn)輸車最初負(fù)載為0 kg，每上、下行走完一次往拖車添加50 kg砂石，直至添加負(fù)載為1 000 kg，觀察運(yùn)輸效果。

運(yùn)輸車實(shí)際運(yùn)行速度要求為0.2～1.2 m·s-1，測得上行負(fù)載為850 kg時，運(yùn)行速度為0.2 m·s-1，下行負(fù)載1 000 kg時，運(yùn)行速度為1.2 m·s-1。根據(jù)前文仿真結(jié)果可知，運(yùn)輸機(jī)在不同負(fù)載下的速度均在0.71 m·s-1左右，與試驗(yàn)結(jié)果存在一定差異，原因?yàn)檫\(yùn)輸機(jī)安裝在坡地，實(shí)際應(yīng)用中存在著摩擦阻力和慣性負(fù)載，運(yùn)輸機(jī)上坡負(fù)載重量大于理論值，導(dǎo)致運(yùn)行速度下降；下坡隨著負(fù)載的增大，果物自身的重力轉(zhuǎn)化為運(yùn)載果物的動力，導(dǎo)致運(yùn)輸車運(yùn)行速度上升；并且各液壓元件存在生產(chǎn)、安裝誤差，系統(tǒng)發(fā)熱并存在一定的泄露，從而導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果差異。

最終得出運(yùn)輸機(jī)在不同負(fù)載狀態(tài)下均能實(shí)現(xiàn)拖車上、下行，小范圍調(diào)速和任意點(diǎn)停止功能，半坡停車后運(yùn)輸車不溜車，最大上行負(fù)載為850 kg，最大下行負(fù)載為1 000 kg，平均速度為0.77 m·s-1。

3 討論

本研究針對國內(nèi)現(xiàn)有運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行無級變速復(fù)雜，換向不靈活，操作繁瑣，要求電網(wǎng)覆蓋等運(yùn)輸難題，結(jié)合目前果園運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)。分析其工作原理和性能要求，設(shè)計(jì)出液壓系統(tǒng)原理圖，選定的液壓馬達(dá)工作壓力14 MPa，扭矩93 N·m，液壓泵輸出流量48 L·min-1，通過液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算，確定性能滿足運(yùn)行要求。

通過AMESim 仿真軟件，對所設(shè)計(jì)的液壓驅(qū)動遙控軌道運(yùn)輸機(jī)的關(guān)鍵液壓元件和液壓回路進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果與理論計(jì)算數(shù)值基本相符，驗(yàn)證了液壓驅(qū)動運(yùn)輸機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。通過試驗(yàn)分析得出，所設(shè)計(jì)運(yùn)輸機(jī)上坡最大負(fù)載840 kg，下行最大負(fù)載1 000 kg，平均速度0.77 m·s-1。試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果存在一定差異，這點(diǎn)需要進(jìn)一步改善。

本研究通過對果園運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過仿真軟件對系統(tǒng)可行性分析，為運(yùn)輸機(jī)液壓系統(tǒng)的研究提供一定的參考價值。

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Design of hydraulic drive system for mountain orchard transporter

LI Jiaxue1,2, LI Shanjun1,3,4,5,6, ZHANG Yanglin1,3,4,5,6, WU Haisheng2, LIU Mingdi2, GAO Zhiyuan2

(1. College of Engineering, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070; 2. Guangdong Polytechnic College, Zhaoqing 526000; 3. China Agriculture (Citrus) Research System, Wuhan 430070; 4. Key Laboratory of Agricultural Equipment in Mid-lower Yangtze River, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430070; 5. National R&D Center for Citrus Preservation,Wuhan 430070; 6. Citrus Mechanization Research Base, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Wuhan 430070)

In view of the problems of traditional orchard transporter's transmission system, such as the need for power grid coverage and the complex structure of realizing stepless speed change, the hydraulic drive system for orchard transporter with fast commutation, stepless speed adjustment, instantaneous braking and greater power was designed. Based on the analysis of the operating principle of the transmission system of orchard transporter, the hydraulic system of orchard transporter with motor braking was established, which was supplied by a variable pump, controlled by three-position and four-way change valve, regulated by the electro-hydraulic proportional speed control valve and coordinated by worm reverse self-locking and overflow bridge. Through the working condition analysis and theoretical calculation, the main components of the hydraulic system of the orchard transporter were selected, and the displacement of the hydraulic motor is 42 mL·r-1, and the flow of the hydraulic pump is 44 L·min-1. By checking the performance of the hydraulic system, the pressure loss of the hydraulic system is 0.41 MPa, which meets the design requirements. The AMESim simulation software is used to build the hydraulic system simulation model of the hydraulic system of the transporter, rationally set the main component parameters, and carry out simulation analysis on the system performance. The simulation results showed that the hydraulic system can simulate the actual operation process of the orchard transporter at different load states, verify the feasibility of the hydraulic system, and conclude that the speed of the transporter is less affected by the load. The output torque of the hydraulic motor is 66 N·m which basically corresponds to the theoretical calculation value of 63 N·m. The trailer moves at a uniform speed of 0.71 m·s-1, which meets the expected design requirements of 0.7 m·s-1and meets the power and transportation speed requirements of the transporter. It provides a theoretical reference for the development of hydraulic-driven rail transporter in mountain orchard and helps the reliability test of orchard transporter.

mountain orchard; transport plane; hydraulic system; AMESim; simulation

S229.1

A

1672-352X (2021)01-0143-07

10.13610/j.cnki.1672-352x.20210319.026

2021-3-24 10:45:33

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1162.s.20210319.1604.052.html

2020-04-16

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFD1000101），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（CARS-26），柑橘全程機(jī)械化科研基地建設(shè)項(xiàng)目（農(nóng)計(jì)發(fā)[2017]19號），湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新行動項(xiàng)目，廣東省普通高校青年創(chuàng)新人才類項(xiàng)目（2018KQNCX311）和廣東理工學(xué)院科技項(xiàng)目（GKJ2018004，2019GKJEK001）共同資助。

李家學(xué)，講師。E-mail：lijiaxuevip@163.com

李善軍，博士，副教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：shanjunlee@mail.hzau.edu.cn