拖拉機強壓入土機構(gòu)中的耕深控制方案

趙傳揚， 張展飛， 王光波

（第一拖拉機股份有限公司第三裝配廠，河南洛陽471041）

1 引言

隨著國家多年惠農(nóng)政策的持續(xù)實施，我國拖拉機保有量持續(xù)、穩(wěn)步增長，尤其在我國的冬麥區(qū)，因其農(nóng)田作業(yè)主要以秸稈還田和旋耕為主，因此大馬力、兩輪驅(qū)動、配備雙作用油缸的提升系統(tǒng)的大輪拖受到廣大農(nóng)民用戶的熱烈歡迎。

雙作用油缸的提升系統(tǒng)作為一種廣受用戶歡迎的簡化式拖拉機液壓提升系統(tǒng)，在功能上簡化了力控制及力位綜合控制兩項功能，保留了基本的位控制，同時增加了壓降功能（即強壓入土功能），適用于以配套旋耕機、秸稈還田機等動力驅(qū)動為主的農(nóng)機具。本文對拖拉機強壓入土機構(gòu)中耕深控制的幾種方式進行討論，并就其典型機構(gòu)進行了論述。

2 拖拉機典型強壓入土機構(gòu)原理簡介

圖1 典型強壓入土機構(gòu)液壓原理圖

強壓入土液壓系統(tǒng)屬于分置式、開心液壓系統(tǒng)，其液壓原理如圖1所示，主要有齒輪油泵、濾油器、油箱、多路閥、雙作用油缸及相關(guān)連接管路等元件組成，其主要工作原理是：齒輪油泵使液壓油產(chǎn)生足夠的壓力，并將高壓油經(jīng)多路閥送至雙作用油缸，推動活塞移動實現(xiàn)農(nóng)具的升降。

雙作用油缸是整個系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，是在普通雙作用油缸的基礎(chǔ)上增加了定位閥，以滿足拖拉機液壓系統(tǒng)中對壓降時必須有限深作用的要求，定位閥其主要結(jié)構(gòu)及工作原理如圖3所示，定位閥安裝在油缸上蓋上，與活塞桿上的定位卡箍擋塊一起配合工作，用以控制活塞行程，確定農(nóng)具的降落位置，保持一定的離地高度，或限制不帶輪農(nóng)具的入土深度。定位閥與定位卡箍擋塊的使用和調(diào)整如圖3所示。

圖2 雙作用油缸結(jié)構(gòu)圖

圖3 截止閥工作原理示意圖

雙作用油缸在下降過程中，定位卡箍擋塊未接觸定位閥芯時，油缸活塞桿側(cè)進油，活塞側(cè)回油，液壓油通過定位閥油腔后回到多路閥回油道中；當(dāng)油缸繼續(xù)下降，使定位卡箍擋塊與定位閥芯接觸，并將定位閥芯壓入定位閥殼體中，定位閥芯將油缸活塞側(cè)回油道封閉，油缸回油受阻，使系統(tǒng)壓力升高后將系統(tǒng)安全閥打開，壓力油卸掉，油缸停止下降；當(dāng)雙作用油缸上升時，活塞側(cè)油道進油，壓力油將截止閥芯推開，截止閥進油路暢通，活塞桿側(cè)油道回油，雙作用油缸上升。因此，截止閥是一種單向截止的行程閥，利用油缸行程控制截止，利用油路換向打開油路，安裝在拖拉機上就實現(xiàn)了下降時控制截止，上升時保障油路暢通。當(dāng)帶懸掛農(nóng)具運輸時，將農(nóng)具提升到最高位置，把定位卡箍擋板固定在與定位閥尾部相接觸的位置上，再操縱多路閥壓降位置，使活塞桿下降并帶動定位卡箍擋塊將定位閥壓入閥座，使油缸下腔封閉，農(nóng)具保持在運輸位置。此時定位卡箍與定位閥尾部之間應(yīng)有10～15mm的間隙，該系統(tǒng)通過限位閥的控制作用實現(xiàn)了位控制，配合四位多路閥的浮動位實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的浮動控制作用，可滿足一般農(nóng)田作業(yè)的基本要求。

3 現(xiàn)結(jié)構(gòu)強壓入土機構(gòu)存在主要問題

圖4 上置油缸式強壓入土機構(gòu)安裝示意圖

強壓入土機構(gòu)安裝雙作用油缸的安裝位置可分為上置式和后置式；根據(jù)雙作用油缸的數(shù)量可分為單缸式和多缸式。

上置油缸式強壓入土機構(gòu)的特點及不足，上置油缸式強壓入土機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便的特點，其主要結(jié)構(gòu)特點為雙作用油缸安裝在專用的提升器支架內(nèi)，并固定于變速箱后部上方（如圖4）目前主要有中國一拖等廠商采用，但該機構(gòu)目前主要存在以下不足：（1）限位卡板在極限位置時容易卡死而造成損壞；（2）空間位置極其緊張，用戶操作時用不上勁，操縱不便；（3）農(nóng)田耕作環(huán)境惡劣，現(xiàn)結(jié)構(gòu)對于油缸的防塵和密封造成了極大困難。

后置多缸式強壓入土機構(gòu)其主要結(jié)構(gòu)特點為多個（一般為兩個）雙作用油缸安裝變速箱后部，易于調(diào)整及維修，國內(nèi)主要有福田雷沃、中國一拖等廠商生產(chǎn)，該結(jié)構(gòu)每個雙作用油缸上均集成一個定位閥，在工作時必須同時調(diào)整兩個定位卡箍擋塊在一個平面內(nèi)才能保證兩個雙作用油缸同時定位，如位置不在一個平面，會造成兩個油缸不同步，從而直接損壞強壓機構(gòu)本身，給操縱及使用帶來一定的安全隱患（如圖5所示）。

圖5 雙缸式強壓入土機構(gòu)液壓原理圖

4 典型解決方案簡介

為解決上述問題，必須從兩個角度采取措施：首先，需將定位閥獨立于雙作用油缸之外，以便操作及防塵密封問題；其次，將多油缸各定位閥分別控制改進為一個定位閥統(tǒng)一控制，將定位閥后并聯(lián)兩個雙作用油缸（如圖6），兩個油缸通過一個定位閥進行統(tǒng)一控制，既避免了應(yīng)用兩個定位閥而產(chǎn)生的安全隱患，又簡化了操作流程，這樣就很好地克服了一般多油缸強壓入土機構(gòu)的弊病，以解決多油缸控制不協(xié)調(diào)的問題。

為此，中國一拖開發(fā)了一套新型強壓入土機構(gòu)的耕深控制機構(gòu)。新型耕深控制機構(gòu)獨立于油缸之外，不僅易于對油缸的防塵、防腐，而且不受油缸數(shù)量的影響，雙作用油缸的活塞桿帶動控制凸輪順時針旋轉(zhuǎn)，控制凸輪通過調(diào)節(jié)螺桿推動分體式限位閥的閥芯向左側(cè)運動將分體式限位閥的C油口和D油口阻斷，實現(xiàn)了良好的限位控制，手動調(diào)節(jié)螺母在調(diào)節(jié)螺桿的螺紋上無級調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了耕深的無級控制。

該結(jié)構(gòu)包括分體式限位閥、調(diào)節(jié)螺桿、手動調(diào)節(jié)螺母、預(yù)緊/復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)套管，分體式限位閥上設(shè)有互相垂直的兩個油口D油口和C油口，D油口和C油口分別與雙作用油缸的活塞腔和活塞桿連接，分體式限位閥的閥芯和調(diào)節(jié)螺桿的一端轉(zhuǎn)動連接，調(diào)節(jié)螺桿的另一端與外提升臂轉(zhuǎn)動連接，在調(diào)節(jié)螺桿上設(shè)有螺紋，在調(diào)節(jié)螺桿的外圓面上從一端到另一端套有手動調(diào)節(jié)螺母、預(yù)緊/復(fù)位彈簧和調(diào)節(jié)套管，手動調(diào)節(jié)螺母與調(diào)節(jié)螺桿上的螺紋聯(lián)接。

新型耕深控制機構(gòu)，在外提升臂的控制凸輪上設(shè)有一偏心孔，調(diào)節(jié)螺桿的另一端與外提升臂的偏心孔通過螺栓轉(zhuǎn)動連接。雙作用油缸的活塞桿與外提升臂轉(zhuǎn)動連接。

分體式限位閥（詳見圖6）包括限位閥殼體、閥芯、導(dǎo)向環(huán)、活塞密封圈、閥芯密封圈和端蓋，閥芯通過導(dǎo)向環(huán)、活塞密封圈、閥芯密封圈安裝在限位閥殼體內(nèi)，閥芯可在限位閥殼體內(nèi)沿軸向滑動，端蓋通過螺紋安裝在限位閥殼體內(nèi)。

圖6 改進型雙缸式強壓入土機構(gòu)液壓原理圖

圖7 新型拖拉機用耕深控制機構(gòu)的液壓原理圖

圖8 新型分體式限位閥的結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 新型拖拉機用耕深控制機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖

圖10 新型拖拉機用耕深控制機構(gòu)限深狀態(tài)示意圖

圖8～圖10中的拖拉機用耕深控制機構(gòu)，包括分體式限位閥1、調(diào)節(jié)螺桿2、手動調(diào)節(jié)螺母3、預(yù)緊/復(fù)位彈簧4和調(diào)節(jié)套管5。分體式限位閥1上設(shè)有互相垂直的兩個油口D油口14和C油口15，D油口14和C油口15分別與雙作用油缸的活塞腔和活塞桿16連接，雙作用油缸的活塞桿16與外提升臂19轉(zhuǎn)動連接；分體式限位閥1的閥芯7和調(diào)節(jié)螺桿2的一端轉(zhuǎn)動連接，調(diào)節(jié)螺桿2的另一端與外提升臂19轉(zhuǎn)動連接，在外提升臂19的控制凸輪6上設(shè)有一偏心孔。調(diào)節(jié)螺桿2的另一端與外提升臂19的偏心孔通過螺栓轉(zhuǎn)動連接；在調(diào)節(jié)螺桿2上設(shè)有螺紋，在調(diào)節(jié)螺桿2的外圓面上從一端到另一端套有手動調(diào)節(jié)螺母3、預(yù)緊/復(fù)位彈簧4和調(diào)節(jié)套管5，手動調(diào)節(jié)螺母3與調(diào)節(jié)螺桿2上的螺紋聯(lián)接；分體式限位閥1包括限位閥殼體9、閥芯7、導(dǎo)向環(huán)8、活塞密封圈10、閥芯密封圈11和端蓋12，閥芯7通過導(dǎo)向環(huán)8、活塞密封圈10、閥芯密封圈11安裝在限位閥殼體9內(nèi)，閥芯7可在限位閥殼體9內(nèi)沿軸向滑動，端蓋12通過螺紋13安裝在限位閥殼體9內(nèi)。

實施本實用新型所述的拖拉機用耕深控制機構(gòu)，分體式限位閥1的C油口15連接到雙作用油缸A油路17中的進油口方向，分體式限位閥1的D油口14連接到雙作用油缸A油路17中的靠近雙作用油缸方向，未限深狀態(tài)時，雙作用油缸從A油路17進油，液壓油進入分體式限位閥1的C油口15，在壓力的作用，閥芯7向右側(cè)移動，C油口15和D油口14連通實現(xiàn)進油，此時手動調(diào)節(jié)螺母3處于放松狀態(tài)，分體式限位閥1的閥芯7帶動調(diào)節(jié)螺桿2插入調(diào)節(jié)套管5內(nèi)部，在調(diào)節(jié)套管5內(nèi)沿軸向空滑；限深狀態(tài)時，雙作用油缸從B油路18進油，雙作用油缸內(nèi)的液壓油通過分體式限位閥1的D油口14進入，從C油口15流出，此時調(diào)節(jié)手動調(diào)節(jié)螺母3至所需位置，雙作用油缸的活塞桿16推動外提升臂19帶動控制凸輪6順時針旋轉(zhuǎn)，控制凸輪6通過調(diào)節(jié)套管5、預(yù)緊/復(fù)位彈簧4、手動調(diào)節(jié)螺母3及調(diào)節(jié)螺桿2推動分體式限位閥1的閥芯7向左側(cè)運動；閥芯7將分體式限位閥1的C油口15和D油口14阻斷，油缸油路關(guān)閉使外提升臂19停止在所需位置，實現(xiàn)了限深控制；手動調(diào)節(jié)螺母3可在調(diào)節(jié)螺桿2的螺紋上無級調(diào)節(jié)，在雙作用油缸的行程內(nèi)，可使雙作用油缸在下降全過程中任意位置鎖定，實現(xiàn)了耕深的無級控制。

5 結(jié)語

本機構(gòu)可達到如下的有益效果：（1）通過耕深控制機構(gòu)的無級調(diào)節(jié)作用，可使雙作用油缸在下降全過程中任意位置鎖定，實現(xiàn)耕深的無級控制。（2）耕深控制機構(gòu)獨立于油缸之外，不受油缸數(shù)量的影響且易于油缸本身的防塵和密封。

目前該機構(gòu)已申請國家實用新型專利保護。