陳沛民，楊林洪，吳思浩，鄧怡國，王業(yè)勤，燕 波

（1.中國熱帶農業(yè)科學院農業(yè)機械研究所，廣東 湛江 524091；2.廣東省友好農場，廣東 湛江 524131；3.中國熱帶農業(yè)科學院橡膠研究所，海南 海口 571101）

0 引 言

在農業(yè)機械中，拖拉機是常用的機械設備，圓盤式施肥機是通過拖拉機的液壓動力來帶動撒肥輪盤轉動，進而進行排肥作業(yè)[1-4]。作業(yè)過程中，撒肥盤的轉速及扭矩是關鍵參數。通過測速表可以獲得液壓馬達的轉速，通過液壓表可以測量液壓馬達的工作壓力，而液壓馬達輸出扭矩需要計算才能推算得到[5-7]。本文以圓盤施肥機使用的BMR-100液壓馬達進行計算，驗證馬達選型是否合適，根據計算結果進行馬達優(yōu)化選型。

1 拖拉機施肥機液壓系統(tǒng)介紹

液壓系統(tǒng)廣泛用于各種機械設備之中。拖拉機的液壓系統(tǒng)留有液壓接口，可以為其他機具提供液壓動力，便于方便其他配套機具使用。其工作原理如圖1所示。

拖拉機施肥機液壓系統(tǒng)由油箱、齒輪泵、電磁換向閥、液壓馬達、連接液壓管等組成。液壓馬達的正反轉的切換通過控制三位四通電磁閥來完成，進而帶動施肥機圓盤的轉動，完成肥料箱內排肥動作。

拖拉機液壓泵采用合肥長源液壓股份有限公司生產的CBW-F304-CLBL 齒輪油泵，初步選用的液壓馬達為鄒城市三洋機械有限公司生產的BMR-100軸配流馬達。

液壓泵通過拖拉機柴油機皮帶輪帶動轉動，其性能參數如表1所示。

表1 液壓泵性能參數

液壓馬達出廠時都會給出基本的參數表，以備查詢選用。馬達主要輸入參數為壓力及流量，輸出技術參數為扭矩與轉速，初步選用的BMR-100液壓馬達性能參數如表2所示。

表2 BMR-100液壓馬達性能參數(上部為扭矩，下部為轉速）

2 試驗測試

液壓馬達的輸出扭矩可以通過轉速表進行測量。工作壓力可以通過在液壓系統(tǒng)中安裝液壓表來進行測量。采用深圳市勝利高電子科技有限公司生產的數字轉速表進行轉速測定。在使用轉速表測速之前先在需要被測的轉軸合適位置粘貼反光條，轉速表將集成激光對準放置在要測量轉軸上的反光條，對旋轉的物體進行安全的非接觸RPM 測量。待其讀數穩(wěn)定后，記錄相關的轉速參數。

不同壓力及流量下的液壓馬達轉速及扭矩參數是不同的，需要通過已經測定的壓力及轉速參數來計算相應的扭矩。拖拉機的柴油機在不同狀態(tài)下的轉速情況不一樣，對應帶動的液壓泵轉速也隨之改變。通過改變柴油機油門大小來調節(jié)柴油機的轉速?？梢酝ㄟ^轉速表將柴油機、液壓泵及液壓馬達的轉速進行測試。測試結果如表3所示。

表3 測試數據

3 流量計算與驗證

根據馬達性能參數可以采用數據擬合的方式計算在2.5MPa 工作壓力下的扭矩。

由液壓泵參數表可得CBW-F304-CLBL 齒輪油泵每轉排量約為4mL，在柴油機半油門狀態(tài)下最大排量約為：

在滿油門狀態(tài)下的排量為：

通過計算可得出該拖拉機的液壓系統(tǒng)最大流量約為10.5L/min。

根據BMR-100液壓馬達參數，利用插值法進行多項式差值進行滿油門狀態(tài)下的函數擬合。在流量為7.6L/min 情況下擬合壓力與轉速函數。利用office excel 表格可以輸入壓力與轉速參數，描繪XY散點圖，可以直接得到擬合二次多項式函數。擬合參數如圖2所示。

根據得到的擬合函數，計算在x=2.3MPa 壓力時，轉速y=-0.08×2.32-1.22×2.3+75.1=71.9r/min。

同理插入在2.3MPa 壓力下，流量為15.1、22.7、30.3、37.9、45.4、53L/min 的轉速值。其差值結果計算如表4所示。

表4 2.3MPa 壓力時計算轉速表

采用同樣的差值計算方式，對2.3MPa 液壓馬達工作壓力時的流量進行擬合計算。

由圖3可以看出，二者基本為線性關系，使用線性函數進行數據擬合即可。得到流量q 與轉速v 的函數關系為：

將在2.3MPa 工作壓力下測定的轉速70.1帶入進行計算：

同理可以計算在半油門狀態(tài)下的液壓馬達流量。

4 扭矩計算

按照同樣的擬合方法，對扭矩進行計算。拖拉機施肥機液壓馬達在2.3MPa 工作壓力，流量為7.6L/min，對應的扭矩為32N·m。觀察同一壓力不同流量下的馬達扭矩參數，可知馬達的系統(tǒng)壓力一定時，扭矩與流量的變化差異很小?？蓪⒂嬎愕贸龅?.3L/min 流量下的扭矩參數約等同于在同樣工作壓力下的7.6L/min 流量下的扭矩參數。

通過以上計算可以得出該液壓系統(tǒng)中，BMR-100液壓馬達的計算流量為7.3L/min，輸出扭矩為32N·m。

5 撒肥盤扭矩計算

由上面計算得到該液壓系統(tǒng)中液壓馬達輸出參數確定。計算撒肥盤轉動扭矩[9]，撒肥盤為均勻鐵材料圓盤，直徑D 為320mm，板厚h 為5mm，普通Q235鋼板。撒肥盤內肥料為20kg。

試驗設計要求為撒肥盤轉速為50～70r/min，計算取撒肥盤在0.5s 內達到60r/min。

撒肥盤質量：

角加速度計算：

考慮摩擦阻力因素等，M=1.3M1=4.83N·m＜32N·m

通過計算可得，BMR-100液壓馬達能夠滿足設計要求，整套液壓系統(tǒng)能滿足施肥機工作的動力要求。

6 結 語

通過已知的馬達參數，得到若干個不同轉速下對應的流量參數，運用Excel 添加趨勢線的擬合方法，可以快速得到二者的函數關系，再將測量得到工作壓力進行帶入計算，可以推算選用的液壓馬達輸出扭矩等相應參數，為整套拖拉機施肥機的液壓系統(tǒng)設計提供幫助。