液壓驅(qū)動系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機上的運用

□ 王海瑞（鶴壁職業(yè)技術(shù)學院，河南 鶴壁 458030）

液壓驅(qū)動系統(tǒng)因為具有較寬的調(diào)速范圍，且操作舒適方便，不容易發(fā)生故障，安裝較為靈活等多項優(yōu)勢，適合在工況條件較為惡劣的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中使用。在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械設(shè)備生產(chǎn)制造過程中，液壓驅(qū)動系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用，其中，輪式谷物聯(lián)合收割機中應(yīng)用液壓驅(qū)動系統(tǒng)已取得良好的效果，能夠有效提升收割機運行穩(wěn)定性，同時能夠降低故障發(fā)生率，有利于全面優(yōu)化和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

一、液壓驅(qū)動系統(tǒng)及輪式谷物聯(lián)合收割機簡要介紹

（一）傳統(tǒng)傳動驅(qū)動系統(tǒng)動力傳輸原理

當前所采用的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中，主要應(yīng)用傳統(tǒng)的驅(qū)動方式，其動力傳輸方式為：發(fā)動機→無級變速輪→變速箱→輪邊減速器→驅(qū)動輪。液壓驅(qū)動系統(tǒng)的基本運行方式為：將驅(qū)動力直接傳遞到變速箱中，同時傳遞到輪邊減速器中，以此驅(qū)動設(shè)備運行；變速裝置通過調(diào)整變徑比和變速箱檔位的方式對行走速度進行控制，從而能夠滿足輪式谷物聯(lián)合收割機在運行過程中的速度調(diào)節(jié)需求；變速箱具有倒檔功能，能夠操控輪式谷物聯(lián)合收割機前進和后退；驅(qū)動系統(tǒng)在高溫、高濕以及高阻力的土壤環(huán)境中運行時，由于負載較大，容易出現(xiàn)V帶老化、打滑以及斷裂等問題［1］。

（二）液壓驅(qū)動系統(tǒng)動力傳輸原理

液壓驅(qū)動是當前應(yīng)用較為廣泛的一項驅(qū)動方式，以液體作為能源主要動力媒介，能夠產(chǎn)生較大的能量，使機械設(shè)備能夠保持充足的動力以開展各項工作，是保證機械設(shè)備作業(yè)效率的重要動力系統(tǒng)。以某輪式谷物聯(lián)合收割機所采用的液壓驅(qū)動系統(tǒng)為例，其動力傳輸路線為：發(fā)動機→變量泵→定量馬達→變速箱→輪邊減速器→驅(qū)動輪；按照農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，能夠?qū)ψ兯傧溥M行調(diào)整，且變速裝置中不要設(shè)計倒檔功能，保證行走能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本要求即可，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單的優(yōu)勢。圖1和圖2分別介紹了液壓驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及運行原理。

圖1 液壓驅(qū)動系統(tǒng)簡圖

圖2 液壓驅(qū)動聯(lián)合谷物收割機驅(qū)動系統(tǒng)的液壓原理圖

（三）輪式谷物聯(lián)合收割機

輪式谷物聯(lián)合收割機是能用于收割作物的綜合性耕作裝置，是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及的多項工序整合在一臺設(shè)備中，從農(nóng)田中直接獲取谷物的收割機械。在輪式谷物聯(lián)合收割機使用前，脫粒機以及機械收割等作業(yè)設(shè)備使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到很大提升，人工耕作模式逐漸被取代；在輪式谷物聯(lián)合收割機出現(xiàn)后，又進一步提升了農(nóng)業(yè)耕作生產(chǎn)效率，使得農(nóng)民能夠以單一的操作完成收割工作，從而節(jié)省人力成本與物力成本。我國輪式谷物聯(lián)合收割機研究開發(fā)起步較晚，早期以從其他國家進口為主，很多連接或支撐部位沒有經(jīng)過詳細的計算設(shè)計，而是根據(jù)其他國家已造好的收割機的尺寸設(shè)計制造的，使得收割機體積龐大、質(zhì)量偏大；在我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)備制造水平不斷升級的背景下，輪式谷物聯(lián)合收割機制造逐漸取得創(chuàng)新，在傳統(tǒng)機械設(shè)備的基礎(chǔ)上，對收割機的各個系統(tǒng)、零部件等進行了優(yōu)化，結(jié)合我國農(nóng)田耕作實際情況進行了重新設(shè)計，從而使得輪式谷物聯(lián)合收割機作業(yè)效率得以大幅度提升［2］。當前，輪式谷物聯(lián)合收割機在我國華北地區(qū)、東北地區(qū)、西北地區(qū)、中部地區(qū)，以及寒地環(huán)境地區(qū)已取得廣泛應(yīng)用，在常見的糧食作物中具有良好應(yīng)用效果，且能夠在一定距離內(nèi)行走，能夠跨農(nóng)業(yè)區(qū)域開展收割作業(yè)。在輪式谷物聯(lián)合收割機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，液壓驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義，通過對傳統(tǒng)的驅(qū)動結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，從而使得輪式谷物聯(lián)合收割機動力更加充足、運行更加穩(wěn)定，輪式谷物聯(lián)合收割機制造領(lǐng)域已取得關(guān)鍵突破。

二、液壓驅(qū)動系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機上中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機中的應(yīng)用效果不夠理想，在此背景下液壓驅(qū)動系統(tǒng)廣泛被使用，但是因為缺乏實踐經(jīng)驗，導致液壓驅(qū)動系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機中的應(yīng)用效果不夠好，經(jīng)常會出現(xiàn)油溫過高、無法剎車、液壓油污染嚴重以及運行負荷超標等問題，無法保證輪式谷物聯(lián)合收割機工作效率，甚至會引發(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全問題。基于此，本文提出對輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用方案，對其馬達、變量泵、剎車閥、油箱、過濾器、冷卻器以及液壓油的具體應(yīng)用提出全新方案。

（一）軸向柱塞馬達選擇

在液壓系統(tǒng)運行過程中，需要通過壓力驅(qū)動馬達進行旋轉(zhuǎn)，使得馬達能夠?qū)⑥D(zhuǎn)動力矩與轉(zhuǎn)速輸出，所以首先必須做好馬達選擇工作。在本次設(shè)計方案中，采用軸向柱塞馬達，該馬達中具有一體化的沖洗閥等設(shè)施，沖洗閥能夠?qū)崿F(xiàn)對軸向柱塞馬達的沖洗冷卻功能，從而保證馬達運行溫度正常。某輪式谷物聯(lián)合收割機的基本參數(shù)為：整車質(zhì)量為9t；最大行走速度為25km/h；最大爬坡角度為20°；最差工作地面為泥土或沙土。按照輪式谷物聯(lián)合收割機的使用工況條件，對各項性能參數(shù)進行準確計算，得到實際需要的新能參數(shù)，并依據(jù)其他參數(shù)設(shè)計該輪式谷物聯(lián)合收割機的驅(qū)動系統(tǒng)運行壓力為25MPa，結(jié)合相關(guān)公式，選擇馬達為75mL/r。

（二）軸向柱塞變量泵選擇

變量泵在機械設(shè)備的液壓驅(qū)動系統(tǒng)中具有重要作用，能夠依據(jù)實際運行功率，對液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，使其運行狀態(tài)與實際要求相符合，通過調(diào)整油液以及壓力差等方式，對馬達輸出功率進行調(diào)整，通常情況下，補油泵需要與柱塞變量泵采用集成化設(shè)計方式，通過驅(qū)動軸實現(xiàn)對整體設(shè)備的驅(qū)動；在系統(tǒng)液壓油補充中，主要依靠補油泵設(shè)備，補油泵能夠補充馬達泄漏的油液，其他的油能夠進入對應(yīng)的系統(tǒng)中；在補油泵設(shè)備中，包括單向閥和溢流閥，溢流閥能夠保證油液正確進入補油位置，從而避免產(chǎn)生油液浪費，還能夠提高實際運行性能。變量泵可以采用手動控制模式、液壓先導控制模式以及電比控制模式等，本次設(shè)計方案中結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)采用70mL/r的手動控制變量泵［3］。

（三）剎車閥選擇

輪式谷物聯(lián)合收割機在耕作生產(chǎn)使用中，在推拉軟軸不處于中位的狀態(tài)下，作業(yè)人員踩動踏板時，變量油泵則不會處于中位位置，此時已然具有一定的動能，所以，雖然停止制動后動力下降，仍會使得輪式谷物聯(lián)合收割機繼續(xù)行走，輪式谷物聯(lián)合收割機克服制動力會保持低速行走狀態(tài)，這不僅不符合國家規(guī)定的制動距離規(guī)定標準，同時還會導致其后續(xù)的使用性能受到影響。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)機械設(shè)備的良好啟?？刂疲梢赃x擇在系統(tǒng)中采用剎車閥的模式，使得電信號能夠用于剎車制動，確保工作人員踩下停止制動后，剎車閥能夠控制設(shè)備停止，在同等壓力的狀態(tài)下，變量泵斜盤在彈簧力的作用下會自動回到中位，將擺動角度歸零，輪式谷物聯(lián)合收割機在制動力的作用下則會停止行走。在增加剎車閥后，農(nóng)民在使用輪式谷物聯(lián)合收割機遇到緊急情況時，比如前方出現(xiàn)人或動物，能夠直接踩踏制動踏板，實現(xiàn)緊急停止，不僅能夠延長輪式谷物聯(lián)合收割機使用壽命，同時能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全性［4］。

（四）油箱設(shè)計

油箱作為輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)的基本構(gòu)成部件，用于機械設(shè)備運行的油液供給。為了能夠滿足液壓系統(tǒng)控制需求，在設(shè)計過程中，需要依據(jù)實際流量需求做好油箱尺寸設(shè)計，確保油箱尺寸能夠滿足設(shè)備運行需求；在油箱內(nèi)部構(gòu)件等設(shè)計時，需要做好密封設(shè)計，避免油箱中出現(xiàn)汽化問題，否則會導致油液浪費，同時無法補充充足的油液；為了保證油箱清潔，并提高油液質(zhì)量，可以在油箱出口區(qū)域安裝過濾器，自動過濾，過濾后油液質(zhì)量得到提升，還能夠避免出現(xiàn)油污等，從而為后期維護保養(yǎng)工作提供有利條件。

（五）過濾器選擇

在輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)的過濾器設(shè)計中，通過過濾作用能夠使得油液質(zhì)量提升，確保油液純凈度，防止質(zhì)量較低的油液對機械設(shè)備運行造成影響，一般可以采用外部過濾的方式，過濾時可以選擇過濾網(wǎng)等設(shè)備，依據(jù)油液體積大小，確定過濾網(wǎng)篩孔孔徑，確保過濾后雜質(zhì)能夠去除，從而能夠提高液壓驅(qū)動運行效果，防止受到不良影響［5］。

（六）冷卻器選擇

冷卻器作為輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)中的重要裝置，需要散發(fā)液壓驅(qū)動系統(tǒng)最大功率25%左右的熱能，保證通過冷卻后的殼體溫度能夠達到機械設(shè)備安全運行規(guī)定，防止由于溫度過高等因素導致設(shè)備運行受到影響，從而提高機械設(shè)備運行安全性，

（七）液壓油選擇

液壓元件是否能夠達到最為理想的性能與使用壽命，在很大程度上受到液壓油種類以及質(zhì)量的影響，所以，在選擇輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)的液壓油時，需要嚴格依據(jù)相關(guān)規(guī)定，避免選擇存在質(zhì)量問題的液壓油，否則會對輪式谷物聯(lián)合收割機運行產(chǎn)生很大負面影響。在液壓油使用過程中，需要定期檢查液壓油的各參數(shù)性能指標，主要包括液壓油的顏色、味道、水分、雜質(zhì)、金屬含量、添加劑元素以及氧化產(chǎn)物等，如果發(fā)現(xiàn)液壓油出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要及時更換液壓油，定期對液壓驅(qū)動系統(tǒng)進行徹底清理，采用新的液壓油對液壓驅(qū)動系統(tǒng)進行清洗，從而將原有液壓油中的雜質(zhì)全部去除，確保液壓驅(qū)動系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

三、輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)測試分析

某輪式谷物聯(lián)合收割機試驗樣車的技術(shù)參數(shù)為：變量泵排量，27mL；作業(yè)檔高速，9.60km/h；系統(tǒng)標定壓力，25MPa；補油泵壓力，2MPa；液壓油型號，HM46；系統(tǒng)允許油溫，＜90℃。

從該輪式谷物聯(lián)合收割機啟動時開始計時，在農(nóng)田道路中形式穩(wěn)定后進入作業(yè)狀態(tài)，在測試過程中，保持輪式谷物聯(lián)合收割機作業(yè)檔高速，表1為測試結(jié)果各項數(shù)據(jù)。

表1 測試結(jié)果各項數(shù)據(jù)

環(huán)境溫度 35℃5測試前系統(tǒng)油溫 38℃4 6 作業(yè)時系統(tǒng)油溫峰值 69℃

在環(huán)境溫度為35℃的條件下，經(jīng)過1個小時的試驗得到上述數(shù)據(jù)，液壓驅(qū)動系統(tǒng)最高油溫為69℃，低于90℃允許規(guī)定，能夠滿足液壓油使用標準；輪式谷物聯(lián)合收割機變量泵的高壓溢流閥壓力調(diào)整為40MPa；通過本次測試可以看出，在作業(yè)檔高速9.60km/h的條件下，液壓驅(qū)動系統(tǒng)穩(wěn)定壓力為23MPa，符合設(shè)計規(guī)范，雖然在輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)啟動以及換檔過程中出現(xiàn)35MPa的壓力變化，但是沒有超過高壓溢流的調(diào)定壓力，說明本次輪式谷物聯(lián)合收割機設(shè)計取得良好效果，輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作。本文所提出的輪式谷物聯(lián)合收割機液壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案，對常規(guī)的液壓驅(qū)動設(shè)計方案進行優(yōu)化，在實際應(yīng)用過程中取得良好效果，全面提升了輪式谷物聯(lián)合收割機運行穩(wěn)定性與安全性。

本文簡要闡述了液壓驅(qū)動系統(tǒng)以及輪式谷物聯(lián)合收割機的基本工作原理，并提出一種液壓驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用方案，在實踐測試中證明該液壓驅(qū)動系統(tǒng)應(yīng)用方案具有良好的效果，希望能夠?qū)ξ覈喪焦任锫?lián)合收割機設(shè)計生產(chǎn)起到一定的借鑒和幫助作用，以不斷提高輪式谷物聯(lián)合收割機設(shè)計水平。