液压传动技术在收获机械中的应用研究.pdf

2 0 1 2年 1 0月 第 4 O卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I C S 0c t ．2 0 1 2 Vo 1 ． 40 No ． 2 0 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 0 ． 0 4 5 液压传动技术在收获机械中的应用研究 梁荣庆 ，坎杂 ，李成松 ，孙 日宾 ，陈端凤 ’ 1 ．石河子大学机械 电气工程 学院，新疆石河子 8 3 2 0 0 3 ； 2 ．新疆生产建设兵团农业机械重点实验 室，新疆石河子 8 3 2 0 0 3 摘要通过对收获机械的液压操作系统、液压转向系统、液压驱动系统的分析，综述了用于收获机的液压系统的特点 及液压传动技术在收获机械上的应用现状 ，并展望了收获机械液压系统的发展趋势。 关键词液压传动技术 ；收获机械 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 加 一 1 5 2～ 5 App l i e d Re s e a r c h o f Hy d r a u l i c Dr i v e Te c hn o l o g y i n Ha r v e s t M a c h i n e r y H ANG Ro n g q i n g ，K AN Za ，L I Ch e n g s o n g ，S UN Ri b i n ，CHEN Du a n f e n g 1 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t ri c a l E n g i n e e ri n g ， S h i h e z i U n i v e r s i t y ，S h i h e z i X i n j i a n g 8 3 2 0 0 3 ， C h i n a ； 2 ． X i i a n g P r o d u c t i o n a n d C o n s t r u c t i o n C o r p s A g ri c u l t u r a l Ma c h i n e r y K e y L a b o r a t o r i e s ， S h i h e z i X i i a n g 8 3 2 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h r o u g h a n a l y z i n g t h e h y d r a u l i c o p e r a t i n g s y s t e m ，h y d r a u l i c s t e e r i n g s y s t e m a n d h y d r a uli c d r i v i n g s y s t e m o f t h e h a t - v e s t ma c h i n e r y，t h e f e a t u r e s o f h y d r a u l i c s y s t e m a n d the c u r r e n t a p p l i c a t i o n s t a t u s o f h y d r a u l i c t r an s mi s s i o n t e c h n o l o g y i n h a r v e s t ma c h i n e r y w e r e s u mma ri z e d ．T h e d e v e l o p me n t t r e n d s o f h y d r a u l i c s y s t e m i n h a r v e s t ma c h i n e r y w e r e p r o s p e c t e d ． Ke y wo r d sHy d r a u l i c t r a ns mi s s i o n t e c hn o l o gy ；Ha r v e s t ma c h i n e ry 液压传动技术在大功率传递、功率质量比大、高 动态 响应 等场合拥有不可替代 的作用⋯ 。液压元件则 以其功率大、安装布置简便、易于受控 、操作方便、 故障率低和便于维护等优点，非常适于结构形态多 变、工作条件恶劣、大功率传递 、功率质量比大的收 获机械应用 ，进一步提高了收获机械的操纵性、舒 适性 、方便性 和智能 化水平 。 目前，国际经济趋于全球化 ，我国农业机械面临 着新的机遇和严峻考验 ，相 对 于国外收 获机械 而言 ， 液压传动技术在我 国收获机械上使用率与技术水平较 低 。努力扩大其应用领域 ，将有广阔的应 用与发展前 景 。了解 国内外收获机械 液压系统的现状 与发 展动 态 ，对研究 和促进我国收获机械液压系统的使用 与发 展有重要作用 。 文中从液压操作系统 、液压转向系统 、液压 驱动 系统3个方面 ，介绍了液压传动技术在收获机上的应 用现状，并通过液压节能技术、机电液一体化技术等 对收获机械液压系统发展趋势进行 了展望 。 1 液压传动技术 液压传动技术是利用液体 通常是矿物油作 为工作介质来传递动力和信号的。 。 。与机械传动相 比，具有易实现无级调速 ，功率质量 比大 ，故障率 低，维护方便 ，易于实现自动化控制 、过载保护与正 反向运转等优点 ’ 。特别是与现代 电子与信息技 术相结合 ，进一步刺激和推动 了液压传动技术 的发 展 ，在工农业机械、机床、交通运输、建筑机 械 、军事 、航空等领域中具有广阔的应用市场。 2 液压传动技术在收获机械 中的应用 早期收获机械采用机械传动，存在速度慢、不易 实现无 级调速与过 载保护 、功 率质量 比小 、效 率低 、 收获质量差等缺点。随着液压传动技术的发展 ，在国 内外收获机械上 ，液压系统已成为收获机械一个不可 缺少 的组成 部分 ，大 大提 高 了收获 机械操 作 的舒 适性和整机布局的紧凑性” 。 目前 ，收获机械液压系统基本 是由各 厂的工程技 术人员 自行开发研制 ，并未形成模块化，主要由 液压操纵系统 、液压转 向系统与液压驱动系统三部分 组成 。 2 ． 1 收 获机 液压操 纵 系统 液压操纵系统用于控制收获机械 的割台升降 、拨 收稿 日期 2 0 1 1 0 91 3 基金项目新疆兵团重大产学研专项 2 0 1 0 z x 0 5 作者简介梁荣庆 1 9 8 5 一 ，男，研究生，研究方向为现代机械设计研究。Em a i l l i a n g r o n g q i n g 2 0 0 8 1 6 3 ． c o m。通信作 者 坎 杂 ，Em a i l K z s h z 1 6 3 ． c o m。 第 2 0期 梁荣庆 等液压传动技术在收获机械中的应用研究 1 5 3 禾轮升降和水平调节等，与机械传动相比，操纵省 力 、灵活方便 ，主机结构紧凑、美观 。例如，在 谷物收获机上用于割台升降、脱粒滚筒 的无级变速 由单作用液压缸操纵三角皮带轮改变直径实现 、卸 粮搅龙回转以及离合器动作控制与调节等。目前，收 获机械应用最为广泛的是以三位四通多功能滑阀为主 的液压操纵系统 ，如 图 1 所示。 ‘ a l 第 一种 系统 b 第 二种 系 统 图 l 以三位四通多功能滑阀为主的液压控制系统 该系统具有动作平稳、速度调节方便、结构合理 紧凑 、布置简单 、实用性 强 、集 多功 能滑 阀 于一体 、 内泄漏少、安装维修方便、抗污染能力强 、保压性能 好、自动复位功能使操作安全可靠等优点，被广泛地 应用于国内外大多数收获机械 。再如，在 4 F Z ． 3 0 型自走式番茄收获机 如图 2 上，除控制割台升降 与调节仿形轮高度外，还对卸料装置的外伸、折叠进 行控制与调节等。 2 ． 2 ． 1 液压助力转向系统 液压 助力 转 向系 统 H y d r a u l i c P o w e r S t e e r i n g S y s t e m，H P S 是在 传 统 机 械 转 向 系 统 的 基 础 上 ，增 加 转 向 控 制 阀、液 压 缸 、 油泵 、储 油 箱 和 进 回 油箱管路 等液压 动力 装 置 组 成 ，借 助 于 收 获 机 上 发 动 机 的动 力 驱动 油泵 ，以液力增 加驾驶员操 纵前轮转 图3 液压助力转向系统 向的力量 ，如图3所示。 液压助力转向系统能提供较大的转向操纵力，但 存在能耗高、助力特性不能改变、低温助力性能差等 缺点，目前仍在部分收获机械上应用。其按流液形式 一 般可分为常流式 与常压式两种类型 。 2 ． 2 ． 2 全液压转 向系统 所谓全液压转向是指在有动力和发动机熄火的情 况下都采用液力驱动转向系统运行。其内部具有负反 馈功能，是一个液力 自动控制系统，如图4所示。 液压系统 图 4 全液压转向系统 图 2 4 F Z 一 3 0 型 自 走式液压操纵系统原理图 全液 压 转 向系 统 此外 ，除 以三位 四通多功 能滑 阀为主的液压操 纵 具有 操 作 省力 、工 作 系统外 ，还存在机 电液 一体化m 和 以多功能换 向 可靠、动作灵活 、结 阀 为主的液压操作系统等。 构简单紧凑、安装布 2 ． 2 收获机液压转向系统 置方便以及在 发动机 液压转向系统性能是保证 自走式收获机械安全行 熄火时能实现人力转 驶、降低驾驶员强度、提高作业生产率的因素 ] 。 向等特点，目前 已被 它轻巧灵活、噪声小、灵敏度高、体积小 ，能吸收来 轮式收获机械广泛采 自不平路面的冲击力 ，已被广泛应用于自走式收获机 用 。如图 5所示 械中 ] 。国内外收获机械主要采用液压助力转向系 为叶尼塞 1 2 0 0型联合 统、全液压转向系统、负载敏感液压转向系统等。 收割机全液压转 向系 图5 叶尼塞 1 2 0 0型联合收割 机的全液压转向系统 1 5 4 机床 与液压 第 4 0卷 统 。 全 液压转 向系统按性能 可分为反应 型 有路感 和无反应 型 无路 感 两 种 ，收获 机械 多用 无反 应 型 。 2 ． 2 ． 3 负载敏感液压转 向系统 负荷传感液压转 向系统是一种新兴的控制转向系 统 。系统本身 具 有安 全 、可 靠 、节 能 的特点 ，在 收获机械 中发展前景非常广 阔 ，如图 6 所示 。 图6 负载敏感液压转向系统 2 ． 3收获机液压行走驱动 系统 液压行走驱动 系统作 为 自走式收获机液压系统的 重要组成部分，不仅需要传输更大的功率 ，液压元件 具有更高的效率和更长的寿命，还需要在发动机转速 保持基本恒定的前提下 ，无级调节行驶速度来适应作 业中随时变化的地面条件和作物长势 ’ 。 2 ． 3 ． 1 静 液压行走驱动 系统 静液压行 走驱 动 系统 易于 实现 负载 下 的无 级变 速 、自动化 和遥 控 ，车 辆 的通 过 性能 良好 、操 纵简 单 、整机配置灵活，能有效地适应被收获作物的不同 长势 ，更好地满足农艺要求 。 。它被广泛地应用 在各种农业机械上，尤其是在国内外大型自走式收获 机行走驱动 系统上 的应用 ，已成为 当前重要的发展趋 势和衡 量一个 国家农 机发 展水平 的重要标 志 。该 系统 中的液压 泵与液压 马达在行走装置布置上多种多 样 ，因此出现 了各种静 液压 驱动油路方案 ，从 国内外 研究和生产 的静液压驱动方案来看 ，基本 上可归纳为 两种 高速方 案和低速方案 。 1 高速方 案 由高速马达 通过变速 箱 、驱动桥或减速机等中 间传 动元件驱 动车 轮。在 该方案 中 ，液压 泵具有 较 大的变量范围，再加上合 理选 择 速 比和设 置 挡 位 ， 可得到 比较 理想 的功率输 图7 静液压驱动高 速方案原理图 出特性 。谷物联合收获机 多使用 此方 案 ，如 图 7 、 8所示 。 图8 J L 一 1 0 7 5联合收割机液压驱动系统 2 低速方 案 低速方案是将发 动机 驱 动油泵 输 出的高 压 油 直 接送 入驱 动 轮 内的低 速 大 扭 矩液 压 马 达 ，从 而 驱 动 收获机 行驶 。低 速大 扭 矩马达 不 需要 中间传 动 元 件直接 驱 动 车 轮 ，本 身 可 图9 静液压驱动低 带制动器 ，结构简单，使 速方案原理图 用方便。用低速马达组成的静液压传动系统调速范围 比较窄 ，一般适 用于速度变化不大 的场合 ，如图 9 所示。它多在土豆、甜菜、花生等收获机械上应用。 2 ． 3 ． 2 全液压 四轮行走驱动系统 为使大型收获机械具有越 来越 高的通过性 ，农业 机械液压传动技术又有了新的发展，在收获机械上采 用全液压四轮驱动 ，即在 主驱动前轮 的基础上又增加 了驱动尾轮 的辅助驱动 ，它能适应 多种作业环境 的要 求 ，特别是 收获机械在泥泞潮湿地带作业时 ，为防止 下陷 ，驾驶员可通 过按钮 打开 电液换 向阀 ，将油液引 入尾轮 的两个液压马达 ，进行全 液压四轮驱动 ，以增 加牵引力，改善通过性 ” 。 3 液压传动技术在收获机械中的发展趋势 随着科学技术的快速发展与农业生产要求的提 高，实现先进的液压传动技术在收获机上的应用与发 展是必然趋势 。 3 ． 1 液 压节 能技 术 液压节能技术的应用不仅可使收获机械性 能得 到 优化 ，降低能耗，还可减少对环境的污染 。因此 ， 先进的设计理念 、节能液压元件、负荷传感技术与负 荷传感同轴流量放大器技术等将会在收获机械上取得 较快的发展与应用，可有效减少系统损失 ，降低系统 温升 。此外，液压传动的绿色化水液压传动 影响颇大 ，已引起世界各国的关注，成为近期研究热 点 ，目前在农 业 机械上 已进 入实 用 阶段 。应 用 于 未来 的收获机械 ，可达到节能 目的和环保 要求 。 3 ． 2液压 无泄 漏技 术 液压系统 的泄漏是 困扰液压传动技术发展 的一个 不可忽视 的问题 。有 资料 显示 ，液压 系统 近 8 0 ％ 的 第 2 0期 梁荣庆 等液压传动技术在收获机械中的应用研究 1 5 5 故障是属于 液压装 置 的泄 漏 。对 于收获 机械 液压 系统的泄漏，不仅造成了收获机械效率的降低 、能源 浪费与环保 问题 ，对食 品安 全与卫 生也形 成 了很大威 胁 。因此 ，液压无泄漏 技术 将在收获机械上得到较快 的发展 。高性 能的管接头组件 、螺纹插装 阀、组合密 封和复合密封、液压系统污染控制等可解决液压泄漏 的关键技术将被广泛地应用 于收获机械 ，进一步 提高 收获机械的整体性能。 3 ． 3机 电液一体 化技 术 所谓机电液一体化包含机械系统 、液压系统 、电 子器件系统。在机电液一体化中，电气系统控制液压 系统 ，液压 系统控 制机械系统 ，机械系统在运动 中通 过电气系统将信息反馈回来再控制液压系统。机电液 一 体化技术可使收获机械机构更简单 ，液压系统的整 体结构趋于模块化与 自动化，克服液压系统效率低 、 漏油、维修性差等缺点 ，提高整机液压系统的工作效 率、稳定性及可靠性等，充分发挥收获机械上液压传 动力矩大、惯性小 、响应快等优点 ，大大提高了收获 机械的自动化、智能化程度柏 。 。 4结束语 液压传动技术传递功率大、结构简单、体积小、 易于实现无级调速和过载保护等 ，被广泛应用在 收获机械 的操 纵 、转 向 、驱动 系 统 中Ⅲ ，大 大提 高 了收获机械的作业效率、安全可靠性、舒适性、适应 性，并成为代表其技术水平的主要标志之一。液压传 动技术及液压元件 的不 断发展 、更新 与开发 ，势 必会 加快其在收获机械上的应用，进一步提高收获机械的 可靠性 、操纵灵活性、技术含量及自动化程度。 参考文献 【 1 】陈忠强． 国外液压技术现状及发展趋势[ J ] ． 传动与控 制， 2 0 0 4 5 5 45 5 ． 【 2 】蔡文彦． 液压传动系统 [ M] ． 上海 上海交通大学出版 社 ， 2 0 0 3 81 0 ． 【 3 】 曹玉宝． 液压技术在现代农业机械中的应用现状与趋势 [ J ] ． 农机化研究 ， 2 0 0 8 5 1 9 41 9 6 ． 【 4 】 李硕卫， 张国贤． 现代液压技术的发展现状[ J ] ． 机械工 程师， 2 0 0 9 2 5 45 7 ． 【 5 】尚书旗， 王方艳 ， 刘曙光， 等． 花生收获机械的研究现状 与发展趋势[ J ] ． 农业工程学报， 2 0 0 4， 2 0 1 2 0 2 5 ． 【 6 】贾铭新． 液压传动与控制 [ 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我国模具产业集群发展加速模具发展 长期 以来 ，中国模 具工业 的发展在地域分布上存在不平衡性 ，东南沿海 地区发展快于 中西 部地 区，南方 的 发展快于北方 ，模具生产最集中的地区在珠江三角区和长江三角区，其模具产值约占全国产值的2 ／ 3以上。 模具行业在 中国被广泛看好 ，近年来我 国模具 行业加 快 了体制 改革和机制 转换步伐 ，产业结构 日趋合理 ， 主要表现为大型 、精密、复杂、长寿命模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度 ；塑料模和压铸模比例 增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快；随着经济体制改革的不断深入，“ 三资”及民营企业的 发展很快 。 我国模具产业年进出口规模已达到4 0亿美元 ，其中进口和出口水平相当，皆在2 0亿美元左右。模具行业 不仅规模 庞大 ，而且档 次也越来越丰 富 ，发展前景 向好。 国内涌现 出一大批模具行 业 的民营龙头企 业 ，民营模具企 业 的崛起 是 整个 中国模 具产 业结构 中的重大调 整 ，民营模具企业在整个模具市场 中已 占绝 对的主导地位 ，加速 了模具行业的快速发展 。 我国模 具业 正在从较 发达 的珠三角 、长三角地区 向内地和北方扩展 ，在产业布局 上出现 了一些新 的模具生 产较集 中的地区 ，有北京 、天津 、黄 骅模具城 、长 沙 、成渝 、武汉 、皖 中等 地 区，模具集 聚发展 成 为新特点 ， 模具园区 城、集聚地等不断涌现。在东部地区，已形成昆山、无锡精密模具产业集群生产基地 ，泊头 、芜 湖汽车模具产业集群生产基地 ，宁波 、黄岩 、深圳 、东莞大型精密模具产业集群生产基地。 来源互联网