淺析液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的應(yīng)用

高 鋒

（開遠(yuǎn)市農(nóng)業(yè)機(jī)械管理總站，云南 紅河州 661600）

液壓驅(qū)動技術(shù)是利用液體的壓力和流量來傳遞和控制動力的一種技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、響應(yīng)快、控制靈活等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域。拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的機(jī)械設(shè)備，其行走系統(tǒng)和工作裝置的性能直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的應(yīng)用，可以提高拖拉機(jī)的動力性能、經(jīng)濟(jì)性、安全性和舒適性，滿足不同工況和作業(yè)要求。

1 液壓驅(qū)動技術(shù)的概念和特點

液壓驅(qū)動技術(shù)是利用液體的壓力和流量來傳遞和控制動力的一種技術(shù)，它具有五種主要特點。一是高效率，液壓驅(qū)動系統(tǒng)的效率一般在80%～90%，遠(yuǎn)高于機(jī)械傳動和電傳動。二是靈活性，液壓驅(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種運動方式，如直線運動、旋轉(zhuǎn)運動、擺動運動等，而且可以方便地改變運動方向、速度和力矩。三是緊湊性，液壓驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，占用空間小，適合拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械的安裝和布置。四是可靠性，液壓驅(qū)動系統(tǒng)的工作可靠，不易受到溫度、濕度、灰塵等環(huán)境因素的影響，而且具有良好的自我保護(hù)功能，可以防止過載和沖擊。五是易于控制，液壓驅(qū)動系統(tǒng)可以實現(xiàn)精確的位置、速度、力矩和壓力控制，而且可以與電氣、機(jī)械、電子等其他控制方式相結(jié)合，實現(xiàn)自動化和智能化[1]。

2 液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的應(yīng)用方式和原理

2.1 在行走系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1.1 液壓變速器

液壓變速器是一種利用液壓油的壓力和流量變化來實現(xiàn)拖拉機(jī)行走速度調(diào)節(jié)的裝置。它由液壓泵、液壓馬達(dá)、控制閥和油路等組成。液壓泵將發(fā)動機(jī)的功率轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力和流量，液壓馬達(dá)將液壓油的壓力和流量轉(zhuǎn)換為拖拉機(jī)的行走扭矩和速度?？刂崎y可以根據(jù)駕駛員的操作來調(diào)節(jié)液壓油的流向和流量，從而改變拖拉機(jī)的行走方向和速度。油路是連接液壓泵、液壓馬達(dá)和控制閥的管道和軟管，用于輸送液壓油。

2.1.2 液壓差速器

液壓差速器是一種利用液壓油的壓力來控制拖拉機(jī)兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速差的裝置。它的主要作用是在拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎時，使內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速自動適應(yīng)轉(zhuǎn)彎半徑的變化，從而減少車輪打滑和磨損，提高拖拉機(jī)的行駛穩(wěn)定性和牽引效率。液壓差速器的基本原理是：當(dāng)拖拉機(jī)直行時，兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速相同，液壓差速器中的液壓油不流動，兩側(cè)車輪之間沒有扭矩傳遞；當(dāng)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎時，兩側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速不同，液壓差速器中的液壓油流動，通過液壓泵和液壓馬達(dá)的作用，使內(nèi)外側(cè)車輪之間產(chǎn)生扭矩傳遞，從而實現(xiàn)差速調(diào)節(jié)[2]。

2.1.3 液壓制動器

液壓制動器是一種利用液壓油的壓力來控制拖拉機(jī)車輪制動力的裝置。它的主要作用是在拖拉機(jī)需要減速或停車時，使車輪產(chǎn)生足夠的摩擦力，從而實現(xiàn)拖拉機(jī)的安全行駛。液壓制動器的基本原理是：當(dāng)司機(jī)踩下制動踏板時，制動踏板上的制動主缸產(chǎn)生液壓油壓力，通過制動管道將液壓油壓力傳遞到各個車輪上的制動副缸，使制動副缸中的活塞推動制動片與車輪之間的制動盤或制動鼓相接觸，從而產(chǎn)生摩擦力，使車輪減速或停止[3]。液壓制動器的主要結(jié)構(gòu)有制動主缸、制動副缸、制動管道、制動片、制動盤或制動鼓等，優(yōu)點有傳遞效率高、響應(yīng)速度快、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)等。

2.2 在工作裝置中的應(yīng)用

2.2.1 液壓懸掛系統(tǒng)

液壓懸掛系統(tǒng)利用液壓油的壓力和流量來調(diào)節(jié)拖拉機(jī)的懸掛剛度和高度，以適應(yīng)不同的工作條件和路面狀況。液壓懸掛系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓缸、液壓閥、油箱、傳感器和控制器等組成。液壓泵向液壓缸提供壓力油，液壓缸通過伸縮來改變拖拉機(jī)的懸掛高度，液壓閥控制油液的流向和流量，油箱儲存油液，傳感器檢測拖拉機(jī)的懸掛狀態(tài)和路面狀況，控制器根據(jù)傳感器的信號來調(diào)節(jié)液壓閥的開度，從而實現(xiàn)對懸掛剛度和高度的自動控制。

液壓懸掛系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：一是能夠提高拖拉機(jī)的行駛穩(wěn)定性和舒適性，減少拖拉機(jī)和駕駛員的疲勞；二是能夠提高拖拉機(jī)的牽引力和抓地力，提高拖拉機(jī)的工作效率；三是能夠保護(hù)拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)件和工作裝置，延長拖拉機(jī)的使用壽命。根據(jù)不同的工作模式，液壓懸掛系統(tǒng)可以分為固定模式、自動模式和手動模式。固定模式下，懸掛高度和剛度保持不變，適用于平坦路面或低速行駛；自動模式下，懸掛高度和剛度根據(jù)路面狀況自動調(diào)節(jié)，適用于復(fù)雜路面或高速行駛；手動模式下，懸掛高度和剛度由駕駛員手動調(diào)節(jié)，適用于特殊工作條件或個性化需求。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)有多種類型的液壓懸掛系統(tǒng)應(yīng)用于拖拉機(jī)中，如單點式、雙點式、四點式等。其中，四點式液壓懸掛系統(tǒng)是最先進(jìn)的一種，它可以對拖拉機(jī)前后左右四個支點進(jìn)行獨立控制，實現(xiàn)最佳的懸掛效果。該系統(tǒng)的典型參數(shù)如下：液壓泵的額定流量為40 L/min，額定壓力為20 MPa；液壓缸的行程為200 mm，直徑為80 mm；液壓閥的最大開度為80%，最小開度為10%；傳感器的精度為0.1 mm；控制器的響應(yīng)時間為0.01 s[4]。在實際應(yīng)用中，此類系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的性能和可靠性，具有重要的應(yīng)用價值。

2.2.2 液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是利用液壓油的壓力來實現(xiàn)拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向控制的系統(tǒng)。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主要組成部分有液壓泵、液壓缸、轉(zhuǎn)向閥、油箱、油管等。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，轉(zhuǎn)向閥會根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，控制液壓泵向左右兩個液壓缸輸送不同的油量和油壓，從而推動前輪或后輪產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)向角度，實現(xiàn)拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向。液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點有操作輕便、響應(yīng)快速、轉(zhuǎn)向精確、可靠性高、維護(hù)方便等。常見的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)包括多個方面，例如：液壓泵的流量為20 L/min，最大工作壓力為16 MPa；液壓缸的有效面積為100 cm2，行程為200 mm；轉(zhuǎn)向閥的最大流量為25 L/min，最大工作壓力為18 MPa；油箱的容積為40 L，油溫范圍為-10 ℃～80 ℃；油管的內(nèi)徑為10 mm，長度為1.5 m等[5]。

2.2.3 液壓升降系統(tǒng)

1）液壓升降系統(tǒng)是拖拉機(jī)工作裝置中的重要組成部分，它主要用于控制拖拉機(jī)后部的懸掛裝置和連接的農(nóng)具的升降動作，以適應(yīng)不同作業(yè)條件和要求。液壓升降系統(tǒng)一般由液壓泵、液壓缸、液控閥、油箱、管路和傳感器等組成。液壓泵向液壓缸提供壓力油，液壓缸通過活塞桿帶動懸掛裝置和農(nóng)具的升降，液控閥控制油路的通斷和方向，油箱儲存和過濾工作油液，管路連接各個元件，傳感器檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)和參數(shù)[6]。

2）拖拉機(jī)上常用的液壓泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等，它們各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)拖拉機(jī)的功率、工作速度和負(fù)載等因素選擇合適的液壓泵。一般來說，齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)方便，但效率低、噪聲大、容易磨損；葉片泵效率高、噪聲小、壽命長，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、對油液質(zhì)量要求高；柱塞泵效率最高、噪聲最小、承受壓力最大，但結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、成本最高、對油液質(zhì)量要求最高[7]。目前，國內(nèi)外拖拉機(jī)普遍采用的是葉片泵或柱塞泵，其額定流量一般在20 L/min～40 L/min之間，額定壓力一般在16 MPa～25 MPa之間。

3）液壓缸是液壓升降系統(tǒng)中實現(xiàn)動力輸出的元件，它由缸體、活塞、活塞桿、密封件和端蓋等組成。液壓缸的結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足以下要求：缸體應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，防止變形和破裂；活塞應(yīng)該與缸體配合良好，保證密封性能；活塞桿應(yīng)該具有足夠的抗彎強(qiáng)度和耐磨性，防止彎曲和劃傷；密封件應(yīng)該具有良好的耐溫性和耐老化性，防止漏油和損壞；端蓋應(yīng)該具有良好的密封性能和可拆卸性，方便維修和更換。液壓缸的參數(shù)主要包括缸徑、活塞桿直徑、行程和工作壓力等，它們影響著液壓缸的輸出力矩、速度和效率。一般來說，缸徑越大，輸出力矩越大，但速度越慢；活塞桿直徑越大，抗彎強(qiáng)度越大，但輸出力矩越?。恍谐淘介L，升降范圍越大，但結(jié)構(gòu)越長；工作壓力越高，輸出力矩越大，但油液溫度越高[8]。目前，國內(nèi)外拖拉機(jī)上常用的液壓缸缸徑一般在50 mm～100 mm之間，活塞桿直徑一般在25 mm～50 mm之間，行程一般在300 mm～600 mm之間，工作壓力一般在16 MPa～25 MPa之間。

4）液控閥是液壓升降系統(tǒng)中實現(xiàn)油路控制的元件，它由閥體、閥芯、閥座、彈簧、電磁鐵和手柄等組成。液控閥的類型有很多，根據(jù)其功能可以分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥等。方向控制閥用于控制油液的流向，實現(xiàn)液壓缸的升降和停止等動作，常用的有單向閥、換向閥和截止閥等。壓力控制閥用于控制油路的壓力，實現(xiàn)液壓缸的負(fù)載調(diào)節(jié)和過載保護(hù)等功能，常用的有溢流閥、減壓閥和順序閥等。流量控制閥用于控制油路的流量，實現(xiàn)液壓缸的速度調(diào)節(jié)和同步運動等效果，常用的有節(jié)流閥、調(diào)速閥和分流閥等。液控閥的功能還包括實現(xiàn)油路的自鎖、反饋、記憶、邏輯和模擬等操作。目前，國內(nèi)外拖拉機(jī)廣泛采用的是電液比例控制閥，它可以實現(xiàn)油路的精確和靈活控制，提高系統(tǒng)的性能和效率[9]。

3 液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的發(fā)展趨勢

3.1 電液一體化、智能化、節(jié)能化

電液一體化、智能化、節(jié)能化是液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的重要發(fā)展方向。電液一體化是指將電氣控制和液壓控制相結(jié)合，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的精確控制和調(diào)節(jié)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。智能化是指利用傳感器、微處理器、人機(jī)界面等，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的自動檢測、故障診斷、參數(shù)優(yōu)化等功能，提高系統(tǒng)的智能水平和可靠性，滿足不同工況的需求。節(jié)能化是指采用變量泵、變量馬達(dá)、蓄能器等，實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的能量回收和利用，降低系統(tǒng)的能耗和排放，提高系統(tǒng)的效率和環(huán)保性。電液一體化、智能化、節(jié)能化將使拖拉機(jī)的液壓驅(qū)動技術(shù)更加先進(jìn)和高效[10]。

3.2 多功能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)多樣化和個性化需求的增加，拖拉機(jī)需要具備多功能化的特點，能夠適應(yīng)不同的作業(yè)條件和任務(wù)。液壓驅(qū)動技術(shù)可以實現(xiàn)拖拉機(jī)的多功能化，通過改變液壓系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)不同的驅(qū)動模式和工作模式，提高拖拉機(jī)的適應(yīng)性和靈活性。例如，液壓驅(qū)動技術(shù)可以實現(xiàn)拖拉機(jī)的四輪驅(qū)動、四輪轉(zhuǎn)向、四輪制動、四輪懸掛等功能，增強(qiáng)拖拉機(jī)的牽引力、穩(wěn)定性、安全性和舒適性。為了降低液壓驅(qū)動技術(shù)的成本和復(fù)雜度，提高液壓驅(qū)動技術(shù)的可靠性和通用性，拖拉機(jī)需要采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計理念，將液壓驅(qū)動系統(tǒng)分為若干個功能模塊，每個模塊具有獨立的功能和接口，可以根據(jù)需要進(jìn)行組合和替換。模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計可以實現(xiàn)液壓驅(qū)動系統(tǒng)的快速開發(fā)和集成，方便拖拉機(jī)的維修和升級，促進(jìn)液壓驅(qū)動技術(shù)的普及和推廣。

3.3 綠色化、低噪音化、低排放化

綠色化、低噪音化、低排放化是液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的發(fā)展趨勢之一，它旨在提高拖拉機(jī)的環(huán)境友好性和社會責(zé)任感，減少對自然資源的消耗和對生態(tài)環(huán)境的破壞。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，液壓驅(qū)動技術(shù)需要采取以下措施：第一，使用生物可降解的液壓油，減少液壓系統(tǒng)的泄漏和污染，提高液壓油的循環(huán)利用率和壽命。第二，使用高效的液壓泵、閥、缸等元件，降低液壓系統(tǒng)的能量損耗和熱量產(chǎn)生，提高液壓系統(tǒng)的效率和可靠性。第三，使用先進(jìn)的噪聲控制技術(shù)，如隔音罩、消聲器、隔振器等，降低液壓系統(tǒng)的噪聲水平，改善拖拉機(jī)的工作環(huán)境。第四，使用優(yōu)化的排放控制技術(shù)，如三元催化轉(zhuǎn)化器、顆粒捕集器、尿素選擇性催化還原等，降低液壓系統(tǒng)的尾氣排放量，減少對大氣環(huán)境的污染。

4 小結(jié)

綜上所述，本文介紹了液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的應(yīng)用，分析了液壓驅(qū)動技術(shù)的概念和特點，以及其在行走系統(tǒng)和工作裝置中的應(yīng)用方式和原理。還探討了液壓驅(qū)動技術(shù)在拖拉機(jī)中的未來發(fā)展趨勢，指出了電液一體化、智能化、節(jié)能化、多功能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化、低噪音化、低排放化等方面的發(fā)展方向，提出了加強(qiáng)理論研究和創(chuàng)新能力、加強(qiáng)應(yīng)用試驗和推廣應(yīng)用、加強(qiáng)國際交流和合作等方面的建議。旨在為拖拉機(jī)液壓驅(qū)動技術(shù)的研究和應(yīng)用提供參考，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。