國內(nèi)收獲機(jī)械行走系統(tǒng)匹配優(yōu)化研究

張喜龍，劉維娜

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 250061）

近些年，隨著國內(nèi)收獲機(jī)械向著高效化、大型化的方向發(fā)展，靜液壓驅(qū)動(dòng)行走產(chǎn)品憑借著可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的能力迅速導(dǎo)入市場，因其調(diào)速范圍廣，操作簡便，特別適用于倒伏和高產(chǎn)作物的收獲工作，提高了此類作業(yè)環(huán)境下的整機(jī)作業(yè)效率，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)、電、液一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)在未來具有廣闊的發(fā)展空間。但綜合國內(nèi)采用靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)的收獲機(jī)械來看，靜液壓行走目前僅僅停留在簡單替代機(jī)械行走層面，只是發(fā)揮了液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、駕駛舒適性、布置方便性等優(yōu)勢，并沒有深入的研究與挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)和靜液壓系統(tǒng)的匹配，沒有發(fā)揮出發(fā)動(dòng)機(jī)與液壓系統(tǒng)的組合優(yōu)勢。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)與靜液壓行走系統(tǒng)的匹配現(xiàn)狀

動(dòng)力傳遞路徑方面，發(fā)動(dòng)機(jī)通過前端皮帶輪或者后端飛輪輸出動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)一路與柱塞變量泵連接，用于驅(qū)動(dòng)整機(jī)行走；一路與工作裝置連接，如割臺(tái)、脫粒、清雜風(fēng)機(jī)等，用于整機(jī)收割、升運(yùn)、卸糧等。具體動(dòng)力輸出流分配請(qǐng)見圖1。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出流

收獲機(jī)械典型的作業(yè)循環(huán)：地頭收割、調(diào)整-直線收割-卸糧，為了保持較高的作業(yè)效率，靜液壓行走的機(jī)型除在卸糧工況外，發(fā)動(dòng)機(jī)基本上處于油門開度100%的工況下，因此收獲機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況區(qū)基本落在發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速區(qū)間附近，詳見圖2。根據(jù)柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的萬有特性，收獲機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況點(diǎn)為油耗率高的區(qū)間，這就導(dǎo)致了收獲機(jī)械的高能耗。

圖2 收獲機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)工況區(qū)

雖然靜液壓行走的成為收獲機(jī)行業(yè)發(fā)展趨勢，但僅僅停留在由靜液壓驅(qū)動(dòng)行走替代機(jī)械行走，沒有充分利用靜液壓可調(diào)的輸出進(jìn)行兩者之間的高效匹配，換句話說，現(xiàn)在國內(nèi)的收獲機(jī)械沒有考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與靜液壓系統(tǒng)的匹配，只是利用了靜液壓系統(tǒng)本身的優(yōu)勢，將靜液壓系統(tǒng)導(dǎo)入，發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況區(qū)依然在最高轉(zhuǎn)速附近，高能耗問題并沒有改善。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)與靜液壓行走系統(tǒng)的匹配優(yōu)化

基于降低能耗角度，面對(duì)收獲機(jī)械油門開度100%的作業(yè)工況，需降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，也就是需要將常用工況區(qū)的工作轉(zhuǎn)速降低，以達(dá)到降低能耗的目的。那么為什么會(huì)在靜液壓的收獲機(jī)上進(jìn)行節(jié)能研究而不是在機(jī)械行走的收獲機(jī)械上進(jìn)行？因?yàn)闄C(jī)械驅(qū)動(dòng)行走的收獲機(jī)械因發(fā)動(dòng)機(jī)與無級(jí)變速輪用皮帶直連，若降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，整車的行走速度隨之會(huì)降低，這會(huì)導(dǎo)致收獲效率下降；若通過加大發(fā)動(dòng)機(jī)的前端輸出皮帶輪直徑，則會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的軸系可靠性下降，為節(jié)能而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，這是我們不愿意看到的。

靜液壓的收獲機(jī)可以充分利用液壓變量柱塞泵的無極調(diào)速及布置方便的優(yōu)勢，將液壓變量柱塞泵直接安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)后端，通過齒輪驅(qū)動(dòng)液壓泵，解決發(fā)動(dòng)機(jī)軸系可靠性的問題，可以通過提高變量柱塞泵輸入速比，同時(shí)調(diào)整提高工作裝置端的輸入速比，在保證整車行走速度不變的前提情況下，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而將發(fā)動(dòng)機(jī)的常用工況區(qū)轉(zhuǎn)速降低，見圖3。

圖3 常用工況區(qū)向低轉(zhuǎn)速移動(dòng)

此匹配優(yōu)化思路在保證整車作業(yè)效率不變的情況下，不僅提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、舒適性，同時(shí)大幅降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗，從而達(dá)到了節(jié)能的效果。

3 結(jié)語

靜液壓行走是收獲機(jī)械行走系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，在整車采用靜液壓行走方案時(shí)，要充分挖掘發(fā)動(dòng)機(jī)與靜液壓行走系統(tǒng)之間的匹配方式，不能形成單一系統(tǒng)替代思路，從動(dòng)力系統(tǒng)匹配角度去思考最佳方案或者是未來的研究方向，才能引領(lǐng)行業(yè)邁向新的臺(tái)階。