王偉

(武漢船舶職業(yè)技術學院機械工程系，湖北武漢430050)

1 椰果采摘機結構及液壓系統(tǒng)

為配合“海南省百萬畝椰林工程”規(guī)劃而由海南某大學設計的椰果采摘機結構及液壓系統(tǒng)如圖1、2所示。

圖1 椰果采摘機結構原理圖

其工作過程如下:該機由拖拉機拉到指定位置后，通過柴油機帶動液壓泵工作;然后通過手動換向閥控制4個液壓支腿先伸出來，將整臺機頂起;再控制大臂回轉(zhuǎn)、變幅缸動作，讓大臂回轉(zhuǎn)、變幅;接著通過伸縮缸讓大臂逐級伸出，達到相應高度后，最后通過液壓馬達使旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)和割刀旋轉(zhuǎn)，完成切割椰果果穗的動作。

它解決了傳統(tǒng)的人工爬樹采摘方式效率低、勞動強度大、安全性差的缺點，但作者在研制過程中發(fā)現(xiàn)該液壓系統(tǒng)還存在較大缺陷，于是作了如圖3所示的技術改進。

2 椰果采摘機液壓系統(tǒng)改進

(1)改進設計一

原設計方案大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)無調(diào)速，這樣無法較精確定位并有安全隱患，故在改進設計圖3中增設調(diào)速閥6來調(diào)速。

(2)改進設計二

原設計方案大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)以及前臂、割刀的回轉(zhuǎn)可同時操作，從提高工作效率角度來看是有利的，但極大地增加了操作員的工作強度，更可怕的是萬一操作員手忙腳亂碰到了不該操作的手柄極易引發(fā)安全事故。故在改進設計圖3中用二位三通鋼球定位式手動換向閥5將大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)的油路與前臂、割刀的回轉(zhuǎn)油路并聯(lián)起來，并且互鎖 (即大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)動作與前臂、割刀的回轉(zhuǎn)動作不能同時進行)。

(3)改進設計三

原設計方案控制割刀旋轉(zhuǎn)完成切割椰果果穗的動作采用了彈簧復位式手動換向閥18來控制，也就是說在切割椰果果穗時，操作者一只手必須始終按住手動換向閥18的操作手柄不放，另一只手去操作換向閥17的操作手柄來完成切割椰果果穗動作。這樣對操作者雙手的協(xié)調(diào)性要求較高、難度較大，勞動強度也大。故在改進設計圖3中用鋼球定位式手動換向閥18來替換掉彈簧復位式手動換向閥。

(4)改進設計四

液壓馬達有2個主油路油口和1個泄漏油口。泄漏油回油箱管路為細油管，在回路中一般不表示，要表示也應用虛線表示，而原設計方案中用粗實線，表示用主油路中的粗油管來引泄漏油回油箱，故在改進設計圖3中干脆按繪圖要求不畫。

(5)改進設計五

由于有了前面的改進設計一、二和三，故原設計方案圖2中的二位三通鋼球定位式手動換向閥3已不適用。改用圖3中的三位四通M型機能的電磁換向閥3:當電磁鐵都不通電時，泵卸荷;9DT通電時，支腿液壓缸運動;10DT通電時，可大臂回轉(zhuǎn)、變幅缸動作或使旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)和割刀旋轉(zhuǎn)，完成切割椰果。

圖2 原椰果采摘機液壓系統(tǒng)圖

圖3 改進后的液壓系統(tǒng)圖

(6)改進設計六

由于支腿采用液壓鎖鎖緊，故相應的換向閥機能應采用Y型，以便讓液壓鎖與換向閥間管路中的油液盡快流回油箱，使液壓鎖立即鎖緊。故換下圖2中的M型，改用圖3中的Y型，并改用電磁換向閥，以便采用單片機自動控制。

(7)改進設計七

支腿沒必要雙向鎖緊，故改用圖3中的液控單向閥單向鎖緊。

(8)改進設計八

原設計前后腿動作不一致:后腿液壓缸活塞桿伸出為支腿放下，前腿液壓缸活塞桿收回為支腿放下。改進設計圖3中全調(diào)整為活塞桿伸出為支腿放下。

(9)改進設計九

液壓支腿采用先進的智能調(diào)平系統(tǒng)。

智能調(diào)平系統(tǒng)硬件組成如圖4所示，主要組成部分有:雙軸傾角傳感器、單片機、控制電路、鍵盤顯示板以及控制支腿行程的液壓系統(tǒng)等。

圖4 系統(tǒng)硬件組成

文中選擇位置誤差調(diào)平法中的“最高點不動”調(diào)平法。平臺經(jīng)過預支撐后，一般是不水平的，在有傾角的情況下，平臺肯定會有一個最高點，在調(diào)平時保持最高點不動，其他支撐點向上運動與之對齊，當各點達到最高點位置時平臺即處于水平狀態(tài)。這種只升不降調(diào)平方法可以避免由于平臺自重和負載過大，在下降過程中產(chǎn)生較大的慣性力，而使平臺出現(xiàn)劇烈抖動，以致無法調(diào)平的現(xiàn)象。

圖5 調(diào)平平臺示意圖

“最高點”調(diào)平法的具體實現(xiàn)方法是:根據(jù)傾角傳感器的信號，確定平臺的最高點，并將信號送給控制裝置(單片機)，控制裝置通過調(diào)平程序驅(qū)動各支腿液壓缸，使較低的支腿上升，從而使各點處于同一個高度，平臺達到水平狀態(tài)。調(diào)平平臺示意圖如圖5所示。

圖5中水平面坐標系為Ox0y0z0，與椰果采摘機平臺固聯(lián)的平臺坐標系為Ox1y1z1。α、β角為雙軸傾角傳感器所測得的俯仰角與橫滾角。最高點的確定是:當α＞0、β＞0時，3點為最高點;當α＞0、β＜0時，4點為最高點;當α＜0、β＞0時，2點為最高點;當α＜0、β＜0時，1點為最高點。當α=0、β= 0時，平臺達到水平狀態(tài)。

液壓支腿智能調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平控制流程圖如圖6所示。

圖6 調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平控制流程圖

3 結束語

機械化椰果采收模式的出現(xiàn)，能解決傳統(tǒng)的人工爬樹采摘方式危險性大、采摘質(zhì)量差及工效低的問題，必然會更加有力地推動“百萬畝椰林工程”的建設，促進椰子產(chǎn)業(yè)化、商品化的發(fā)展。

新系統(tǒng)較原系統(tǒng)在許多方面作了改進，更合理，操作更輕松，特別是液壓支腿智能調(diào)平系統(tǒng)將機電技術、液壓傳動與控制技術結合在一起，實現(xiàn)了平臺的快速而精準的調(diào)平功能，提高了調(diào)平精度，縮短了調(diào)平的時間，擴大了智能調(diào)平系統(tǒng)的適用范圍，具有很大的應用價值。

【1】梁棟，張勁.椰果采摘機液壓系統(tǒng)設計［J］.液壓與氣動，2010(5):27-28.

【2】張芳.高精度平臺調(diào)平控制系統(tǒng)研究［D］.太原:中北大學機電工程學院，2008.

【3】倪江生，翟羽健.六點支承靜基座液壓平臺的調(diào)平方法［J］.東南大學學報，1996，26(2):74-79.