液壓機械傳動控制系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中的應(yīng)用

鄔可令

（巨野縣農(nóng)業(yè)機械服務(wù)中心，山東巨野 274900）

1 液壓傳動的特點

1）液壓傳動具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、工作可靠、能耗低等優(yōu)點。

2）液壓傳動的速度可調(diào)，一般可以通過控制液壓元件的流量來進行調(diào)節(jié)。當(dāng)需要獲得較大的傳動比時，可以通過改變液壓元件的流量來實現(xiàn)。

3）液壓傳動的無級調(diào)速性能好，可以實現(xiàn)多個工作循環(huán)，且沒有換擋機構(gòu)，所以液壓傳動可以實現(xiàn)無級調(diào)速。

4）液壓傳動可實現(xiàn)調(diào)速，可以有效克服機械傳動的缺陷，因此液壓傳動在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用較廣。

5）在進行農(nóng)業(yè)機械中液壓傳動控制時，可以通過對執(zhí)行元件的控制來實現(xiàn)對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制。例如，在進行拖拉機發(fā)動機自動變速箱控制時，就可以通過改變執(zhí)行元件的壓力來實現(xiàn)自動變速箱工作狀態(tài)的改變；而當(dāng)發(fā)動機啟動或停機時，系統(tǒng)就會自動停止工作；當(dāng)需要進行原地轉(zhuǎn)向時，就可以通過改變執(zhí)行元件的方向來實現(xiàn)。

2 液壓傳動在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用

液壓傳動技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用主要是利用液壓系統(tǒng)來傳遞動力，并實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的變速與調(diào)速，以此來滿足不同的農(nóng)業(yè)機械對傳動系統(tǒng)的要求，并實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械在工作過程中的自動控制。在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以實現(xiàn)動力傳動與控制相結(jié)合，以此來滿足不同的農(nóng)業(yè)機械對傳動系統(tǒng)的要求，并有效降低工作時產(chǎn)生的噪聲、振動和沖擊等。比如，在拖拉機中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以實現(xiàn)動力和調(diào)速的有效結(jié)合；在聯(lián)合收割機中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以實現(xiàn)自動變速與調(diào)速；在手扶拖拉機中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以實現(xiàn)自動變速與調(diào)速?？傊?，在農(nóng)業(yè)機械中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以有效提高農(nóng)業(yè)機械的工作效率。

2.1 拖拉機

在拖拉機中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，可以有效提高拖拉機的工作效率，同時還可以降低工作時的噪聲、振動和沖擊等，還可以降低拖拉機工作時的油耗。在拖拉機中應(yīng)用液壓傳動技術(shù)，主要是利用液壓泵、馬達、蓄能器等相關(guān)元件，將發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)換成液壓能量，再傳遞給液壓馬達或者液壓缸，以此來實現(xiàn)拖拉機的動力傳動。比如，在旋耕作業(yè)時，由于旋耕機的動力不足，從而造成旋耕機不能正常工作；而在施肥時，由于施肥量過大、肥料濃度過高等因素會造成肥料流失，從而造成浪費；如果在農(nóng)田進行灌溉時，由于灌溉水的壓力過低或者過高等因素會造成農(nóng)田噴灌不均勻等。

2.2 聯(lián)合收割機

聯(lián)合收割機是一種較為常見的農(nóng)業(yè)機械，其主要功能是將水稻、小麥等農(nóng)作物進行收割和脫粒，并將谷物進行收集和裝車，具有作業(yè)效率高、操作簡便等特點。聯(lián)合收割機主要由行走系統(tǒng)、切割系統(tǒng)、脫粒系統(tǒng)、清選系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等組成，在聯(lián)合收割機工作時，需要借助液壓傳動來傳遞動力，并將動力傳遞給切割系統(tǒng)，再由切割系統(tǒng)將谷物進行切割、脫粒和輸送等。在聯(lián)合收割機的工作過程中，如果沒有運用液壓傳動技術(shù)，則需要將發(fā)動機的動力直接傳遞給切割器或脫粒器，從而使動力浪費比較嚴重，導(dǎo)致聯(lián)合收割機的工作效率降低。因此，在聯(lián)合收割機的設(shè)計制造中要重視對液壓傳動技術(shù)的應(yīng)用。

2.3 手扶拖拉機

手扶拖拉機是一種利用人力或者畜力來驅(qū)動的機械，一般都是以人力為主，而且多為中小型農(nóng)業(yè)機械。手扶拖拉機的主要作用就是耕整土地，其作業(yè)原理與聯(lián)合收割機相似，都是通過對土壤進行耕整，從而達到土地耕作的目的。在進行耕整時，一般都是用人力或者畜力來驅(qū)動手扶拖拉機前進，這樣可以有效節(jié)省人力和畜力的消耗。手扶拖拉機工作時產(chǎn)生的噪聲比較大，并且工作環(huán)境也比較惡劣。在使用手扶拖拉機進行工作時，不僅需要提高工作效率，而且還需要降低噪音和提高工作環(huán)境的質(zhì)量。

3 液壓系統(tǒng)的控制方法

液壓傳動具有效率高、使用壽命長、易于操作等特點，因此在農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中被廣泛應(yīng)用。在農(nóng)業(yè)機械液壓傳動系統(tǒng)中，可采用比例閥和位置傳感器來進行控制。比例閥是一種具有位置反饋的閥類元件，其控制方式可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種，開環(huán)控制方法是指系統(tǒng)在輸入一定信號后，由比例閥控制系統(tǒng)的輸出，從而完成對系統(tǒng)的控制；閉環(huán)控制是指在系統(tǒng)中安裝有壓力傳感器或者位移傳感器等器件，通過這些傳感器將信號傳送給PLC或其他控制器進行處理，最后發(fā)出指令控制系統(tǒng)的運行。在農(nóng)業(yè)機械中，一般采用閉環(huán)控制方法對液壓系統(tǒng)進行控制。

比例閥主要由閥芯、閥體、閥口和溢流閥等組成，在液壓傳動中可將其作為執(zhí)行元件，通過對比例閥的位置和壓力進行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制。

一般情況下，比例閥的通流面積越大，壓力越低；反之則越高。如果比例閥的通流面積過小或者是壓力過高時都會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)流量不足或者壓力過高等問題，進而影響農(nóng)業(yè)機械的工作效率。因此在農(nóng)業(yè)機械液壓傳動中應(yīng)合理選擇比例閥的通流面積以及壓力來保證農(nóng)業(yè)機械具有較高的工作效率。

位置傳感器是一種安裝在液壓馬達上的傳感器，它將電機轉(zhuǎn)速與方向的變化轉(zhuǎn)化為電信號來進行記錄。由于位置傳感器安裝在液壓馬達上，因此可根據(jù)其信號變化來調(diào)整馬達轉(zhuǎn)速和方向。例如：當(dāng)電機轉(zhuǎn)速上升或者下降時，位置傳感器能夠?qū)⑿盘栟D(zhuǎn)化為電信號來對液壓馬達進行調(diào)節(jié)。在農(nóng)業(yè)機械中采用位置傳感器能夠很好地調(diào)節(jié)農(nóng)業(yè)機械的工作效率。

液控式比例閥是一種新型比例閥類元件，其具有控制精度高、可靠性高、響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定等特點，并且可實現(xiàn)精確流量調(diào)節(jié)及快速壓力調(diào)節(jié)等功能。液控式比例閥有兩種類型：開環(huán)和閉環(huán)。開環(huán)控制方式是指在液壓系統(tǒng)中直接將壓力或流量作為輸入信號來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制；而閉環(huán)控制則是通過對輸入信號進行檢測和處理來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。其中開環(huán)控制方式應(yīng)用較多，主要是因為其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉以及工作可靠等優(yōu)點。開環(huán)控制方式雖然簡單、成本低且容易實現(xiàn)控制效果，但是這種方式只能實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的部分壓力進行調(diào)節(jié)，并且其響應(yīng)速度相對較慢、控制精度不高。在液壓機械傳動中還可以采用位置傳感器和位置變送器來對農(nóng)業(yè)機械的工作位置進行檢測并轉(zhuǎn)化為電信號以進行控制。位置傳感器主要應(yīng)用在液壓馬達上，可以將馬達轉(zhuǎn)速和方向作為輸入信號來實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)中的流量、壓力進行調(diào)節(jié)。當(dāng)液壓系統(tǒng)工作時，可以利用位移傳感器將其輸出信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸給PLC或其他控制器來實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械的控制；當(dāng)農(nóng)業(yè)機械工作時，可以利用壓力傳感器將其輸入信號轉(zhuǎn)化為電信號并傳輸給PLC或其他控制器來實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械的控制。這樣不僅能夠提高農(nóng)業(yè)機械的工作效率而且能夠保證其在工作時的穩(wěn)定性及安全性。

4 農(nóng)業(yè)機械用液壓元件的選擇

4.1 液壓馬達

液壓馬達的主要功能是將液壓油通過內(nèi)循環(huán)的方式，在液體壓力的作用下，經(jīng)過單向閥進入液壓缸進行工作，從而將能量傳遞給機械執(zhí)行機構(gòu)。液壓馬達的種類很多，常用的有高速馬達、低速馬達和中等功率馬達等。通常情況下，選擇高速馬達時應(yīng)遵循以下原則：盡量選擇轉(zhuǎn)速高、扭矩大、功率較小的馬達，以滿足農(nóng)業(yè)機械作業(yè)時對功率和扭矩的需求。如果需要加大扭矩時，應(yīng)選用中等功率或更大功率的馬達。在選擇中等功率和低速馬達時，應(yīng)根據(jù)實際情況來確定其參數(shù)。另外，應(yīng)根據(jù)需要來選擇相應(yīng)的密封元件，比如在進行田間作業(yè)時，應(yīng)選用帶密封圈的元件；在進行行走或轉(zhuǎn)向作業(yè)時，應(yīng)選用帶密封件的元件；在進行行走和轉(zhuǎn)向作業(yè)時，應(yīng)選用帶密封圈和抗油液污染能力強的元件。

液壓缸是農(nóng)業(yè)機械中最基本的執(zhí)行機構(gòu)之一，它包括活塞缸、滑閥缸和齒輪缸體等部件。在選擇液壓缸時應(yīng)遵循以下原則：活塞缸宜選用耐高溫、抗氧化和具有優(yōu)良耐磨性的合金材料制成；滑閥缸宜選用摩擦系數(shù)低、密封性能好、耐磨性強的材料制成；齒輪缸體宜選用抗磨損性能強、有較高密封性能、結(jié)構(gòu)簡單和加工方便的材料制成。

液壓泵是液壓系統(tǒng)中重要的動力元件之一，它將機械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能或容積能，從而完成對機械設(shè)備的驅(qū)動任務(wù)。在選擇液壓泵時應(yīng)遵循以下原則：盡量選擇轉(zhuǎn)速高、流量大、容積效率高、效率高和密封性能好等特點的液壓泵；選擇液壓泵時要根據(jù)實際情況來確定其主要參數(shù)，如排量、壓力等；盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單、體積小和重量輕的液壓泵；要注意泵殼內(nèi)壁應(yīng)具有良好的耐磨性和耐高溫性能；在選擇液壓泵時應(yīng)盡量選用節(jié)能型或無級變速型液壓泵。

4.2 油路組件

在進行油路組件設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：盡量選擇容積效率高、耐高溫和抗油液污染能力強、抗壓性能好和耐磨性強的元件；盡量選擇壓力損失小和容積效率高的元件；在進行油路組件設(shè)計時，應(yīng)盡量采用直線運動元件，以便減少機械運動部件之間接觸面積和摩擦系數(shù)，降低系統(tǒng)阻力。另外，在設(shè)計油路組件時還應(yīng)注意密封性能良好和結(jié)構(gòu)簡單等方面。

5 液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算

液壓系統(tǒng)的設(shè)計，就是根據(jù)液壓傳動系統(tǒng)的工作原理，分析液壓系統(tǒng)的功能要求和工作特點，設(shè)計出一個能夠滿足各種需要的液壓系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中，液壓系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)行走、轉(zhuǎn)向、升降、作業(yè)等功能。液壓系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)就是確定液壓機械傳動系統(tǒng)所需動力和液壓元件，并通過對各種元件進行合理配置和選擇，確定傳動方式和工作壓力，并且選擇合適的執(zhí)行元件來實現(xiàn)各種功能。根據(jù)設(shè)計要求，進行液壓系統(tǒng)主要參數(shù)的計算和選型。在液壓機械傳動中，選擇的執(zhí)行元件主要是電動機和柴油機等。根據(jù)不同的工作要求，可以將電動機分為直流電動機、交流電動機和電磁電動機等。根據(jù)不同的工作要求，可以選擇不同類型的執(zhí)行元件來實現(xiàn)各種功能。

農(nóng)業(yè)機械中常用的液壓傳動系統(tǒng)有以下幾種：一是行走泵動力傳遞系統(tǒng)；二是行走機械換向閥動力傳遞系統(tǒng)；三是行走機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；四是升降機構(gòu)動力傳遞系統(tǒng)；五是升降機構(gòu)換向閥動力傳遞系統(tǒng)；六是回轉(zhuǎn)機構(gòu)動力傳遞系統(tǒng)。在設(shè)計中要根據(jù)所選執(zhí)行元件的功能來選擇相應(yīng)的執(zhí)行元件，并且要對這些執(zhí)行元件進行合理配置和選擇，以滿足農(nóng)業(yè)機械作業(yè)時對各種功能的要求。再對這些執(zhí)行元件進行合理配置和選擇后，還需要對各個液壓回路進行合理設(shè)計與計算，以確保液壓傳動系統(tǒng)能夠正常工作。

6 農(nóng)業(yè)機械中使用液壓系統(tǒng)應(yīng)注意的問題

1）注意液壓系統(tǒng)的清洗、清潔和更換。當(dāng)液壓系統(tǒng)長期不用時，應(yīng)把液壓系統(tǒng)中的液壓油全部排出，再把油箱清洗干凈，然后注入新油。當(dāng)發(fā)現(xiàn)油箱內(nèi)壁有雜質(zhì)附著時，應(yīng)及時清洗，更換新油箱的液壓油。

2）注意油液的選擇和質(zhì)量控制。在選擇油液時，應(yīng)選用符合要求的液壓油。在使用過程中，應(yīng)定期更換油液，以避免雜質(zhì)污染液壓系統(tǒng)。在選擇時，還應(yīng)注意使用清潔的、干燥的、無腐蝕性物質(zhì)和抗磨損性物質(zhì)的油液。

3）注意選擇合理的液壓元件。在使用過程中，應(yīng)根據(jù)工作需要選用合適的液壓元件。在選用液壓元件時，應(yīng)注意選擇合適的尺寸規(guī)格和材料。此外，還應(yīng)注意選擇合適的類型和性能。選擇合適的液壓元件時，應(yīng)充分考慮其使用性能和使用環(huán)境等因素。

4）注意正確安裝和調(diào)試液壓系統(tǒng)。在安裝和調(diào)試過程中，要按照要求進行安裝、調(diào)試和試車工作，以保證設(shè)備正常運行和工作精度達到要求。在調(diào)試過程中，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時處理并進行相應(yīng)調(diào)整。

5）注意維護保養(yǎng)機械設(shè)備。在使用過程中應(yīng)定期維護保養(yǎng)機械設(shè)備，以確保機械設(shè)備處于良好狀態(tài)并保持較高的使用性能，并及時排除系統(tǒng)故障。如果發(fā)現(xiàn)故障或異常情況時應(yīng)立即停止使用并進行相應(yīng)處理和調(diào)整，以確保機械設(shè)備能夠正常工作。

6）注意安裝和維護時環(huán)境條件問題。如果環(huán)境條件較差，會影響到液壓系統(tǒng)的正常工作和性能發(fā)揮；如果環(huán)境溫度較低，會影響到系統(tǒng)的散熱能力；如果環(huán)境溫度較高或者溫度變化劇烈時也會影響到系統(tǒng)的正常工作和性能發(fā)揮；在進行安裝時要注意避免灰塵進入液壓系統(tǒng)；在對液壓系統(tǒng)進行維護時要注意避免外力對系統(tǒng)產(chǎn)生損傷等。

7 結(jié)語

隨著農(nóng)業(yè)機械的不斷發(fā)展，液壓傳動技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，并在農(nóng)業(yè)機械中得到了廣泛的應(yīng)用。液壓傳動技術(shù)具有很多優(yōu)點，如響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、工作可靠、易于維護、能耗低等，因此液壓傳動技術(shù)已經(jīng)成為一種比較成熟的傳動技術(shù)，并在農(nóng)業(yè)機械中得到了廣泛的應(yīng)用。液壓傳動在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用，不僅使農(nóng)業(yè)機械具有了更高的工作效率，而且還提高了農(nóng)業(yè)機械的安全性和可靠性。目前，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中使用液壓傳動技術(shù)，已經(jīng)成為一種趨勢和必然。液壓傳動技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用越來越廣泛，而且效果也越來越好，這不僅有利于提高農(nóng)業(yè)機械的性能和質(zhì)量，而且還有利于降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，液壓傳動技術(shù)將會得到更加廣泛的應(yīng)用。