賈建偉

道路收麥車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

賈建偉

江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇南京210024

根據(jù)道路收麥車執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要做出的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)出收麥機(jī)構(gòu)與倒麥機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)并簡要介紹此液壓系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)。對液壓系統(tǒng)中各元件設(shè)置參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算，選出合適的液壓泵和液壓馬達(dá)。利用AMESim仿真軟件對液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，設(shè)置一個(gè)外部負(fù)載參數(shù)信號(hào)，對液壓元件各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，總結(jié)液壓系統(tǒng)回路的壓力、流量變化規(guī)律。結(jié)果表明：仿真結(jié)果與參數(shù)設(shè)置基本符合，所設(shè)計(jì)的道路收麥車液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是合理的。

道路收麥車;液壓系統(tǒng);AMESim;仿真

自古以來，小麥一直是我國主要的糧食作物，農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，使聯(lián)合收割機(jī)取代人力成為收割小麥最主要的力量，節(jié)省人力的同時(shí)更提高了收割效率，但是要防止小麥變質(zhì),必須要曬干了才能儲(chǔ)藏，農(nóng)民們在曬麥子的時(shí)候,最怕的就是下雨，只要遇到陰天,就必須匆匆忙忙用掃帚收集曬在馬路上的麥子，有使沒來得及收集完就開始下雨了，效率很低，而且耗費(fèi)人力。

本文為了解決這一問題，提出了道路收麥車這一概念，并設(shè)計(jì)出收麥機(jī)構(gòu)與倒麥機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)，通過參數(shù)計(jì)算選出液壓元件合適的型號(hào)，利用AMESim仿真軟件對液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，證明道路收麥車液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是合理的，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展與改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)[1,2]。

1 道路收麥車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1收麥車的組成及原理

道路收麥車上主要的機(jī)構(gòu)就是收麥機(jī)構(gòu)和倒麥機(jī)構(gòu)，收麥機(jī)構(gòu)是由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)使小麥?zhǔn)占涮幱谪?fù)壓狀態(tài)，這樣收集箱吸嘴與對面之間就形成了高低壓氣流，利用氣力輸送原理將地面的小麥吸入收集箱，當(dāng)收集箱裝滿后，需要將小麥倒出，這時(shí)候就用液壓缸推動(dòng)收集箱，將小麥倒出,然后將收集箱收回。

1.2系統(tǒng)的組成

所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)主要應(yīng)用于風(fēng)機(jī)的啟停和控制收集箱的推出與收回。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵獲得動(dòng)力源，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)工作，兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)收集箱工作。下圖1為風(fēng)機(jī)及收集箱液壓系統(tǒng)回路圖。

圖1 風(fēng)機(jī)及收集箱液壓系統(tǒng)回路Fig.1The hydraulic system loop of fan and boxes

1.3液壓系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)換向閥4得電時(shí)，液壓馬達(dá)9工作，這時(shí)候風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，開始工作，收集箱處于低壓狀態(tài)，收集箱中開始吸入小麥。

當(dāng)小麥?zhǔn)占戤?，將換向閥4斷電，液壓馬達(dá)9停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)開始將小麥倒出。當(dāng)電磁換向閥5處于右位，壓力油進(jìn)入油缸無桿腔，此時(shí)活塞桿右移，推動(dòng)收集箱往外伸出，箱體的推出速度由節(jié)流調(diào)速閥6控制，液壓油經(jīng)回油管路流回郵箱。本設(shè)計(jì)釆用雙液壓油缸的方式控制收集箱推出，這樣就可以增大收集箱的承載壓力。

當(dāng)電磁換向閥5處于左位工作，壓力油進(jìn)入油缸有桿腔，活塞桿左移，這時(shí)收集箱縮回，無桿腔液壓油回油箱。

當(dāng)電磁換向閥5處于中位,壓力油直接回油箱。

2 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算與選型

對風(fēng)機(jī)及收集箱液壓系統(tǒng)各個(gè)元件進(jìn)行參數(shù)計(jì)算并選出合適的泵與馬達(dá)[3-5]。本系統(tǒng)工作壓力初選15 MPa。

2.1油缸受力∑F

式中:m—箱體最大載重量與自重500 kg；

f—摩擦系數(shù)，取0.04；

L—收集箱最大推出行程，0.7 m；

t—收集箱推出時(shí)間，設(shè)為10 s

可求出ΣF=207N

2.2液壓缸尺寸的確定

活塞伸出時(shí)的理論推力為:

式中:F—液壓缸外負(fù)載；

D—液壓缸內(nèi)徑；

P—液壓缸供油壓力，取0.7 MPa。

由式(2)可求出液壓缸內(nèi)徑D=19.4 mm，取D=25 mm。活塞直徑d=0.7 D=17.5 mm，取d=18 mm。

2.3液壓缸流量

式中：S—箱體的推出行程，設(shè)計(jì)為0.6 m。

由式(3)可求出液壓缸流量：Q=2.9 L/min。

2.4液壓馬達(dá)的確定

風(fēng)機(jī)釆用離心式通風(fēng)機(jī)，它是以氣體的壓力和流量作為輸出的主要參數(shù)。則風(fēng)機(jī)所需功率：

式中：P一風(fēng)機(jī)功率；Q—風(fēng)量；p—風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓；0

η一風(fēng)機(jī)的內(nèi)效率，取0.9，1η—機(jī)械效率取0.95。

由式(4)可求出所需功率P=3.37 kw。

風(fēng)機(jī)軸扭矩

式中：T一風(fēng)機(jī)軸扭矩；n一風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

由式(5)可求出T=22.33 Nm。

馬達(dá)排量：

式中：p一馬達(dá)的工作壓差,設(shè)為13 MPa；mη—液壓馬達(dá)的機(jī)械效率取0.8。

由式(6)可求出Vm=9.32 mL/r。

取液壓馬達(dá)排量為10 mL/r，可選取FMB5*型號(hào)的馬達(dá)。其各個(gè)參數(shù)如下表1所示：

表1 FMB5＊液壓馬達(dá)參數(shù)Table1The hydraulic motor parameters of FMB5＊

泵的排量：

式中：Q—液壓馬達(dá)的最大流量；nb—泵的轉(zhuǎn)速取1800 r/min。

由式(7)可求出：Vb=13 mL/r

則液壓泵型號(hào)可選為：CB-FE16E。其參數(shù)見表2：

表2 CB-FE16E液壓泵參數(shù)Table 2 Hydraulic pump parameters of CB-FE16E

泵的流量：Qb=Vb×nb×10-3×η=26L/min

3 液壓系統(tǒng)仿真模型建立

3.1液壓系統(tǒng)仿真模型的建立

利用AMESim仿真軟件對液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真，首先是要建立系統(tǒng)模型，從AMESim軟件的各個(gè)元件庫和信號(hào)庫中選取合適的圖形模塊建立仿真模型[6,7]。仿真模型如圖2所示：

圖2 風(fēng)機(jī)及收集箱系統(tǒng)AMEsim模型Fig.2 System AMEsimmodel of fan and boxes

3.2液壓系統(tǒng)仿真模型參數(shù)設(shè)置

根據(jù)上面的計(jì)算,對仿真模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，并運(yùn)行仿真。參數(shù)設(shè)置見表3。

表3 參數(shù)及其值Table 3 Parameter and value

4 風(fēng)機(jī)及收集箱系統(tǒng)仿真分析

4.1液壓馬達(dá)仿真曲線

系統(tǒng)壓力設(shè)定為15 MPa，液壓馬達(dá)兩腔壓力差為13 MPa。仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速為2000 r/min時(shí)，40 s的時(shí)候工作壓力趨于穩(wěn)定，輸入流量也相應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定。此時(shí)馬達(dá)的工作壓力為13 MPa,流量為22.22 L/min，與上述的參數(shù)計(jì)算基本一致[8]。

圖3 液壓馬達(dá)的工作壓力曲線Fig.3Working pressure curve of hydraulic motor

圖4 液壓馬達(dá)的流量曲線Fig.4Flow curve of hydraulic motor

4.2液壓缸仿真曲線

給電磁換向閥5輸入不同的信號(hào)使其換向,得出液壓缸伸縮速度的變化。仿真結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 收集箱油缸伸出速度曲線Fig.5 Stretched speed curve of oil cylinder in box

圖6 收集箱油缸伸出時(shí)無桿腔流量曲線Fig.6the rodless cavity flow curve of oil cylinder in box

由圖5和圖6仿真結(jié)果可以得出，當(dāng)外負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，液壓缸推出速度約在0.5 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，液壓缸無桿腔流量也在很快到達(dá)最大值2.9 L/min。仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)相符合[9,10]。

5 結(jié)論

道路收麥車的風(fēng)機(jī)與收集箱液壓系統(tǒng)是它的核心部分，其性能的好壞對整機(jī)的工作性能有著決定性的影響。

(1)根據(jù)道路收麥車的工作原理，設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)和收集箱液壓系統(tǒng)，并對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了分析，對各個(gè)元件參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。

(2)利用AMESim仿真軟件對道路收麥車的風(fēng)機(jī)與垃圾箱液壓系統(tǒng)進(jìn)行了建模，并設(shè)置參數(shù)。

(3)對建立的模型進(jìn)行模擬仿真，得出了液壓系統(tǒng)的壓力特性和流量特性曲線圖，且仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算的參數(shù)基本吻合，為工程實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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Design and Simulation on Hydraulic System of Road Sweeper for Wheat

JIAJian-wei
Jiangsu Union Technical Institute,Nanjing210024,China

The hydraulic system of car fan and the bin was designed according to the working principle of road sweeper,and briefly introduced the structure and characteristics of the system.The model and simulation of hydraulic system were established by using AMESim simulation software.We set up an external load signal parameters and set the parameters of hydraulic components,research on the hydraulic system pressure and flow of the loop of the car fan and the bin.Simulation results showed there was no difference with the results of simulation and parameter settings,the design of the hydraulic drive system for small garbage was reasonable.

Road sweeper for wheat;hydraulic system;AMESim;the simulation

U463.52+1

A

1000-2324(2014)05-0686-05

2013-03-23

2013-03-30

賈建偉(1974-),男,碩士研究生,副教授,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真、計(jì)算物理.E-mail:qit0316@126.com