陳沛民，楊林洪，吳思浩，鄧怡國，王業(yè)勤，燕 波

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，廣東 湛江 524091；2.廣東省友好農(nóng)場，廣東 湛江 524131；3.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所，海南 ?？?571101）

0 引 言

在農(nóng)業(yè)機(jī)械中，拖拉機(jī)是常用的機(jī)械設(shè)備，圓盤式施肥機(jī)是通過拖拉機(jī)的液壓動力來帶動撒肥輪盤轉(zhuǎn)動，進(jìn)而進(jìn)行排肥作業(yè)[1-4]。作業(yè)過程中，撒肥盤的轉(zhuǎn)速及扭矩是關(guān)鍵參數(shù)。通過測速表可以獲得液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過液壓表可以測量液壓馬達(dá)的工作壓力，而液壓馬達(dá)輸出扭矩需要計(jì)算才能推算得到[5-7]。本文以圓盤施肥機(jī)使用的BMR-100液壓馬達(dá)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證馬達(dá)選型是否合適，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行馬達(dá)優(yōu)化選型。

1 拖拉機(jī)施肥機(jī)液壓系統(tǒng)介紹

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

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

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

液壓泵通過拖拉機(jī)柴油機(jī)皮帶輪帶動轉(zhuǎn)動，其性能參數(shù)如表1所示。

表1 液壓泵性能參數(shù)

液壓馬達(dá)出廠時都會給出基本的參數(shù)表，以備查詢選用。馬達(dá)主要輸入?yún)?shù)為壓力及流量，輸出技術(shù)參數(shù)為扭矩與轉(zhuǎn)速，初步選用的BMR-100液壓馬達(dá)性能參數(shù)如表2所示。

表2 BMR-100液壓馬達(dá)性能參數(shù)(上部為扭矩，下部為轉(zhuǎn)速）

2 試驗(yàn)測試

液壓馬達(dá)的輸出扭矩可以通過轉(zhuǎn)速表進(jìn)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(jìn)行測量。采用深圳市勝利高電子科技有限公司生產(chǎn)的數(shù)字轉(zhuǎn)速表進(jìn)行轉(zhuǎn)速測定。在使用轉(zhuǎn)速表測速之前先在需要被測的轉(zhuǎn)軸合適位置粘貼反光條，轉(zhuǎn)速表將集成激光對準(zhǔn)放置在要測量轉(zhuǎn)軸上的反光條，對旋轉(zhuǎn)的物體進(jìn)行安全的非接觸RPM 測量。待其讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄相關(guān)的轉(zhuǎn)速參數(shù)。

不同壓力及流量下的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速及扭矩參數(shù)是不同的，需要通過已經(jīng)測定的壓力及轉(zhuǎn)速參數(shù)來計(jì)算相應(yīng)的扭矩。拖拉機(jī)的柴油機(jī)在不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速情況不一樣，對應(yīng)帶動的液壓泵轉(zhuǎn)速也隨之改變。通過改變柴油機(jī)油門大小來調(diào)節(jié)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速?？梢酝ㄟ^轉(zhuǎn)速表將柴油機(jī)、液壓泵及液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測試。測試結(jié)果如表3所示。

表3 測試數(shù)據(jù)

3 流量計(jì)算與驗(yàn)證

根據(jù)馬達(dá)性能參數(shù)可以采用數(shù)據(jù)擬合的方式計(jì)算在2.5MPa 工作壓力下的扭矩。

由液壓泵參數(shù)表可得CBW-F304-CLBL 齒輪油泵每轉(zhuǎn)排量約為4mL，在柴油機(jī)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(jì)算可得出該拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)最大流量約為10.5L/min。

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

根據(jù)得到的擬合函數(shù)，計(jì)算在x=2.3MPa 壓力時，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速值。其差值結(jié)果計(jì)算如表4所示。

表4 2.3MPa 壓力時計(jì)算轉(zhuǎn)速表

采用同樣的差值計(jì)算方式，對2.3MPa 液壓馬達(dá)工作壓力時的流量進(jìn)行擬合計(jì)算。

由圖3可以看出，二者基本為線性關(guān)系，使用線性函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合即可。得到流量q 與轉(zhuǎn)速v 的函數(shù)關(guān)系為：

將在2.3MPa 工作壓力下測定的轉(zhuǎn)速70.1帶入進(jìn)行計(jì)算：

同理可以計(jì)算在半油門狀態(tài)下的液壓馬達(dá)流量。

4 扭矩計(jì)算

按照同樣的擬合方法，對扭矩進(jìn)行計(jì)算。拖拉機(jī)施肥機(jī)液壓馬達(dá)在2.3MPa 工作壓力，流量為7.6L/min，對應(yīng)的扭矩為32N·m。觀察同一壓力不同流量下的馬達(dá)扭矩參數(shù)，可知馬達(dá)的系統(tǒng)壓力一定時，扭矩與流量的變化差異很小。可將計(jì)算得出的7.3L/min 流量下的扭矩參數(shù)約等同于在同樣工作壓力下的7.6L/min 流量下的扭矩參數(shù)。

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

5 撒肥盤扭矩計(jì)算

由上面計(jì)算得到該液壓系統(tǒng)中液壓馬達(dá)輸出參數(shù)確定。計(jì)算撒肥盤轉(zhuǎn)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(nèi)肥料為20kg。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求為撒肥盤轉(zhuǎn)速為50～70r/min，計(jì)算取撒肥盤在0.5s 內(nèi)達(dá)到60r/min。

撒肥盤質(zhì)量：

角加速度計(jì)算：

考慮摩擦阻力因素等，M=1.3M1=4.83N·m＜32N·m

通過計(jì)算可得，BMR-100液壓馬達(dá)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，整套液壓系統(tǒng)能滿足施肥機(jī)工作的動力要求。

6 結(jié) 語

通過已知的馬達(dá)參數(shù)，得到若干個不同轉(zhuǎn)速下對應(yīng)的流量參數(shù)，運(yùn)用Excel 添加趨勢線的擬合方法，可以快速得到二者的函數(shù)關(guān)系，再將測量得到工作壓力進(jìn)行帶入計(jì)算，可以推算選用的液壓馬達(dá)輸出扭矩等相應(yīng)參數(shù)，為整套拖拉機(jī)施肥機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供幫助。