□ 王海瑞（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)因?yàn)榫哂休^寬的調(diào)速范圍，且操作舒適方便，不容易發(fā)生故障，安裝較為靈活等多項(xiàng)優(yōu)勢，適合在工況條件較為惡劣的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中使用。在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)制造過程中，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐漸得到廣泛應(yīng)用，其中，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)中應(yīng)用液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已取得良好的效果，能夠有效提升收割機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)能夠降低故障發(fā)生率，有利于全面優(yōu)化和控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本。

一、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)簡要介紹

（一）傳統(tǒng)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳輸原理

當(dāng)前所采用的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中，主要應(yīng)用傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式，其動(dòng)力傳輸方式為：發(fā)動(dòng)機(jī)→無級(jí)變速輪→變速箱→輪邊減速器→驅(qū)動(dòng)輪。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本運(yùn)行方式為：將驅(qū)動(dòng)力直接傳遞到變速箱中，同時(shí)傳遞到輪邊減速器中，以此驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行；變速裝置通過調(diào)整變徑比和變速箱檔位的方式對行走速度進(jìn)行控制，從而能夠滿足輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)在運(yùn)行過程中的速度調(diào)節(jié)需求；變速箱具有倒檔功能，能夠操控輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)前進(jìn)和后退；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在高溫、高濕以及高阻力的土壤環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載較大，容易出現(xiàn)V帶老化、打滑以及斷裂等問題［1］。

（二）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力傳輸原理

液壓驅(qū)動(dòng)是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一項(xiàng)驅(qū)動(dòng)方式，以液體作為能源主要?jiǎng)恿γ浇椋軌虍a(chǎn)生較大的能量，使機(jī)械設(shè)備能夠保持充足的動(dòng)力以開展各項(xiàng)工作，是保證機(jī)械設(shè)備作業(yè)效率的重要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)。以某輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)所采用的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為例，其動(dòng)力傳輸路線為：發(fā)動(dòng)機(jī)→變量泵→定量馬達(dá)→變速箱→輪邊減速器→驅(qū)動(dòng)輪；按照農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，能夠?qū)ψ兯傧溥M(jìn)行調(diào)整，且變速裝置中不要設(shè)計(jì)倒檔功能，保證行走能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本要求即可，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為簡單的優(yōu)勢。圖1和圖2分別介紹了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行原理。

圖1 液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡圖

圖2 液壓驅(qū)動(dòng)聯(lián)合谷物收割機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓原理圖

（三）輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)

輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)是能用于收割作物的綜合性耕作裝置，是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)涉及的多項(xiàng)工序整合在一臺(tái)設(shè)備中，從農(nóng)田中直接獲取谷物的收割機(jī)械。在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)使用前，脫粒機(jī)以及機(jī)械收割等作業(yè)設(shè)備使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率得到很大提升，人工耕作模式逐漸被取代；在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)出現(xiàn)后，又進(jìn)一步提升了農(nóng)業(yè)耕作生產(chǎn)效率，使得農(nóng)民能夠以單一的操作完成收割工作，從而節(jié)省人力成本與物力成本。我國輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)研究開發(fā)起步較晚，早期以從其他國家進(jìn)口為主，很多連接或支撐部位沒有經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算設(shè)計(jì)，而是根據(jù)其他國家已造好的收割機(jī)的尺寸設(shè)計(jì)制造的，使得收割機(jī)體積龐大、質(zhì)量偏大；在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造水平不斷升級(jí)的背景下，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)制造逐漸取得創(chuàng)新，在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)上，對收割機(jī)的各個(gè)系統(tǒng)、零部件等進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)合我國農(nóng)田耕作實(shí)際情況進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，從而使得輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)效率得以大幅度提升［2］。當(dāng)前，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)在我國華北地區(qū)、東北地區(qū)、西北地區(qū)、中部地區(qū)，以及寒地環(huán)境地區(qū)已取得廣泛應(yīng)用，在常見的糧食作物中具有良好應(yīng)用效果，且能夠在一定距離內(nèi)行走，能夠跨農(nóng)業(yè)區(qū)域開展收割作業(yè)。在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要意義，通過對傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而使得輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)動(dòng)力更加充足、運(yùn)行更加穩(wěn)定，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)制造領(lǐng)域已取得關(guān)鍵突破。

二、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)上中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用效果不夠理想，在此背景下液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廣泛被使用，但是因?yàn)槿狈?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)中的應(yīng)用效果不夠好，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)油溫過高、無法剎車、液壓油污染嚴(yán)重以及運(yùn)行負(fù)荷超標(biāo)等問題，無法保證輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)工作效率，甚至?xí)l(fā)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全問題?；诖?，本文提出對輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用方案，對其馬達(dá)、變量泵、剎車閥、油箱、過濾器、冷卻器以及液壓油的具體應(yīng)用提出全新方案。

（一）軸向柱塞馬達(dá)選擇

在液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要通過壓力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使得馬達(dá)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)速輸出，所以首先必須做好馬達(dá)選擇工作。在本次設(shè)計(jì)方案中，采用軸向柱塞馬達(dá)，該馬達(dá)中具有一體化的沖洗閥等設(shè)施，沖洗閥能夠?qū)崿F(xiàn)對軸向柱塞馬達(dá)的沖洗冷卻功能，從而保證馬達(dá)運(yùn)行溫度正常。某輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)的基本參數(shù)為：整車質(zhì)量為9t；最大行走速度為25km/h；最大爬坡角度為20°；最差工作地面為泥土或沙土。按照輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)的使用工況條件，對各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，得到實(shí)際需要的新能參數(shù)，并依據(jù)其他參數(shù)設(shè)計(jì)該輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行壓力為25MPa，結(jié)合相關(guān)公式，選擇馬達(dá)為75mL/r。

（二）軸向柱塞變量泵選擇

變量泵在機(jī)械設(shè)備的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具有重要作用，能夠依據(jù)實(shí)際運(yùn)行功率，對液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其運(yùn)行狀態(tài)與實(shí)際要求相符合，通過調(diào)整油液以及壓力差等方式，對馬達(dá)輸出功率進(jìn)行調(diào)整，通常情況下，補(bǔ)油泵需要與柱塞變量泵采用集成化設(shè)計(jì)方式，通過驅(qū)動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)對整體設(shè)備的驅(qū)動(dòng)；在系統(tǒng)液壓油補(bǔ)充中，主要依靠補(bǔ)油泵設(shè)備，補(bǔ)油泵能夠補(bǔ)充馬達(dá)泄漏的油液，其他的油能夠進(jìn)入對應(yīng)的系統(tǒng)中；在補(bǔ)油泵設(shè)備中，包括單向閥和溢流閥，溢流閥能夠保證油液正確進(jìn)入補(bǔ)油位置，從而避免產(chǎn)生油液浪費(fèi)，還能夠提高實(shí)際運(yùn)行性能。變量泵可以采用手動(dòng)控制模式、液壓先導(dǎo)控制模式以及電比控制模式等，本次設(shè)計(jì)方案中結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)采用70mL/r的手動(dòng)控制變量泵［3］。

（三）剎車閥選擇

輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)在耕作生產(chǎn)使用中，在推拉軟軸不處于中位的狀態(tài)下，作業(yè)人員踩動(dòng)踏板時(shí)，變量油泵則不會(huì)處于中位位置，此時(shí)已然具有一定的動(dòng)能，所以，雖然停止制動(dòng)后動(dòng)力下降，仍會(huì)使得輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)繼續(xù)行走，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)克服制動(dòng)力會(huì)保持低速行走狀態(tài)，這不僅不符合國家規(guī)定的制動(dòng)距離規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致其后續(xù)的使用性能受到影響。所以，為了能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備的良好啟停控制，可以選擇在系統(tǒng)中采用剎車閥的模式，使得電信號(hào)能夠用于剎車制動(dòng)，確保工作人員踩下停止制動(dòng)后，剎車閥能夠控制設(shè)備停止，在同等壓力的狀態(tài)下，變量泵斜盤在彈簧力的作用下會(huì)自動(dòng)回到中位，將擺動(dòng)角度歸零，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)在制動(dòng)力的作用下則會(huì)停止行走。在增加剎車閥后，農(nóng)民在使用輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)遇到緊急情況時(shí)，比如前方出現(xiàn)人或動(dòng)物，能夠直接踩踏制動(dòng)踏板，實(shí)現(xiàn)緊急停止，不僅能夠延長輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)使用壽命，同時(shí)能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全性［4］。

（四）油箱設(shè)計(jì)

油箱作為輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成部件，用于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的油液供給。為了能夠滿足液壓系統(tǒng)控制需求，在設(shè)計(jì)過程中，需要依據(jù)實(shí)際流量需求做好油箱尺寸設(shè)計(jì)，確保油箱尺寸能夠滿足設(shè)備運(yùn)行需求；在油箱內(nèi)部構(gòu)件等設(shè)計(jì)時(shí)，需要做好密封設(shè)計(jì)，避免油箱中出現(xiàn)汽化問題，否則會(huì)導(dǎo)致油液浪費(fèi)，同時(shí)無法補(bǔ)充充足的油液；為了保證油箱清潔，并提高油液質(zhì)量，可以在油箱出口區(qū)域安裝過濾器，自動(dòng)過濾，過濾后油液質(zhì)量得到提升，還能夠避免出現(xiàn)油污等，從而為后期維護(hù)保養(yǎng)工作提供有利條件。

（五）過濾器選擇

在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的過濾器設(shè)計(jì)中，通過過濾作用能夠使得油液質(zhì)量提升，確保油液純凈度，防止質(zhì)量較低的油液對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行造成影響，一般可以采用外部過濾的方式，過濾時(shí)可以選擇過濾網(wǎng)等設(shè)備，依據(jù)油液體積大小，確定過濾網(wǎng)篩孔孔徑，確保過濾后雜質(zhì)能夠去除，從而能夠提高液壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)行效果，防止受到不良影響［5］。

（六）冷卻器選擇

冷卻器作為輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的重要裝置，需要散發(fā)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大功率25%左右的熱能，保證通過冷卻后的殼體溫度能夠達(dá)到機(jī)械設(shè)備安全運(yùn)行規(guī)定，防止由于溫度過高等因素導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受到影響，從而提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全性，

（七）液壓油選擇

液壓元件是否能夠達(dá)到最為理想的性能與使用壽命，在很大程度上受到液壓油種類以及質(zhì)量的影響，所以，在選擇輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓油時(shí)，需要嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定，避免選擇存在質(zhì)量問題的液壓油，否則會(huì)對輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生很大負(fù)面影響。在液壓油使用過程中，需要定期檢查液壓油的各參數(shù)性能指標(biāo)，主要包括液壓油的顏色、味道、水分、雜質(zhì)、金屬含量、添加劑元素以及氧化產(chǎn)物等，如果發(fā)現(xiàn)液壓油出現(xiàn)質(zhì)量問題，需要及時(shí)更換液壓油，定期對液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行徹底清理，采用新的液壓油對液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行清洗，從而將原有液壓油中的雜質(zhì)全部去除，確保液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

三、輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測試分析

某輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)試驗(yàn)樣車的技術(shù)參數(shù)為：變量泵排量，27mL；作業(yè)檔高速，9.60km/h；系統(tǒng)標(biāo)定壓力，25MPa；補(bǔ)油泵壓力，2MPa；液壓油型號(hào)，HM46；系統(tǒng)允許油溫，＜90℃。

從該輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)啟動(dòng)時(shí)開始計(jì)時(shí)，在農(nóng)田道路中形式穩(wěn)定后進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)，在測試過程中，保持輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)檔高速，表1為測試結(jié)果各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

表1 測試結(jié)果各項(xiàng)數(shù)據(jù)

環(huán)境溫度 35℃5測試前系統(tǒng)油溫 38℃4 6 作業(yè)時(shí)系統(tǒng)油溫峰值 69℃

在環(huán)境溫度為35℃的條件下，經(jīng)過1個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)得到上述數(shù)據(jù)，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最高油溫為69℃，低于90℃允許規(guī)定，能夠滿足液壓油使用標(biāo)準(zhǔn)；輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)變量泵的高壓溢流閥壓力調(diào)整為40MPa；通過本次測試可以看出，在作業(yè)檔高速9.60km/h的條件下，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定壓力為23MPa，符合設(shè)計(jì)規(guī)范，雖然在輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)以及換檔過程中出現(xiàn)35MPa的壓力變化，但是沒有超過高壓溢流的調(diào)定壓力，說明本次輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)取得良好效果，輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)支持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作。本文所提出的輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對常規(guī)的液壓驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，在實(shí)際應(yīng)用過程中取得良好效果，全面提升了輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。

本文簡要闡述了液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)的基本工作原理，并提出一種液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用方案，在實(shí)踐測試中證明該液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用方案具有良好的效果，希望能夠?qū)ξ覈喪焦任锫?lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)起到一定的借鑒和幫助作用，以不斷提高輪式谷物聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)水平。