道路收麥車液壓系統的設計與仿真

賈建偉

道路收麥車液壓系統的設計與仿真

賈建偉

江蘇聯合職業技術學院,江蘇南京210024

根據道路收麥車執行機構需要做出的運動，設計出收麥機構與倒麥機構的液壓系統并簡要介紹此液壓系統的組成和特點。對液壓系統中各元件設置參數并進行計算，選出合適的液壓泵和液壓馬達。利用AMESim仿真軟件對液壓系統進行建模和仿真，設置一個外部負載參數信號，對液壓元件各參數進行設置，總結液壓系統回路的壓力、流量變化規律。結果表明：仿真結果與參數設置基本符合，所設計的道路收麥車液壓傳動系統是合理的。

道路收麥車;液壓系統;AMESim;仿真

自古以來，小麥一直是我國主要的糧食作物，農業機械化的發展，使聯合收割機取代人力成為收割小麥最主要的力量，節省人力的同時更提高了收割效率，但是要防止小麥變質,必須要曬干了才能儲藏，農民們在曬麥子的時候,最怕的就是下雨，只要遇到陰天,就必須匆匆忙忙用掃帚收集曬在馬路上的麥子，有使沒來得及收集完就開始下雨了，效率很低，而且耗費人力。

本文為了解決這一問題，提出了道路收麥車這一概念，并設計出收麥機構與倒麥機構的液壓系統，通過參數計算選出液壓元件合適的型號，利用AMESim仿真軟件對液壓系統進行建模和仿真，證明道路收麥車液壓傳動系統是合理的，為農業機械的發展與改進奠定了基礎[1,2]。

1 道路收麥車液壓系統設計

1.1收麥車的組成及原理

道路收麥車上主要的機構就是收麥機構和倒麥機構，收麥機構是由液壓馬達驅動風機，風機的旋轉使小麥收集箱處于負壓狀態，這樣收集箱吸嘴與對面之間就形成了高低壓氣流，利用氣力輸送原理將地面的小麥吸入收集箱，當收集箱裝滿后，需要將小麥倒出，這時候就用液壓缸推動收集箱，將小麥倒出,然后將收集箱收回。

1.2系統的組成

所設計的液壓系統主要應用于風機的啟停和控制收集箱的推出與收回。電動機驅動液壓泵獲得動力源，液壓馬達驅動風機工作，兩個液壓缸驅動收集箱工作。下圖1為風機及收集箱液壓系統回路圖。

圖1 風機及收集箱液壓系統回路Fig.1The hydraulic system loop of fan and boxes

1.3液壓系統的工作原理

當換向閥4得電時，液壓馬達9工作，這時候風機旋轉，開始工作，收集箱處于低壓狀態，收集箱中開始吸入小麥。

當小麥收集完畢，將換向閥4斷電，液壓馬達9停止轉動，此時開始將小麥倒出。當電磁換向閥5處于右位，壓力油進入油缸無桿腔，此時活塞桿右移，推動收集箱往外伸出，箱體的推出速度由節流調速閥6控制，液壓油經回油管路流回郵箱。本設計釆用雙液壓油缸的方式控制收集箱推出，這樣就可以增大收集箱的承載壓力。

當電磁換向閥5處于左位工作，壓力油進入油缸有桿腔，活塞桿左移，這時收集箱縮回，無桿腔液壓油回油箱。

當電磁換向閥5處于中位,壓力油直接回油箱。

2 液壓系統參數計算與選型

對風機及收集箱液壓系統各個元件進行參數計算并選出合適的泵與馬達[3-5]。本系統工作壓力初選15 MPa。

2.1油缸受力∑F

式中:m—箱體最大載重量與自重500 kg；

f—摩擦系數，取0.04；

L—收集箱最大推出行程，0.7 m；

t—收集箱推出時間，設為10 s

可求出ΣF=207N

2.2液壓缸尺寸的確定

活塞伸出時的理論推力為:

式中:F—液壓缸外負載；

D—液壓缸內徑；

P—液壓缸供油壓力，取0.7 MPa。

由式(2)可求出液壓缸內徑D=19.4 mm，取D=25 mm?；钊睆絛=0.7 D=17.5 mm，取d=18 mm。

2.3液壓缸流量

式中：S—箱體的推出行程，設計為0.6 m。

由式(3)可求出液壓缸流量：Q=2.9 L/min。

2.4液壓馬達的確定

風機釆用離心式通風機，它是以氣體的壓力和流量作為輸出的主要參數。則風機所需功率：

式中：P一風機功率；Q—風量；p—風機的風壓；0

η一風機的內效率，取0.9，1η—機械效率取0.95。

由式(4)可求出所需功率P=3.37 kw。

風機軸扭矩

式中：T一風機軸扭矩；n一風機轉速。

由式(5)可求出T=22.33 Nm。

馬達排量：

式中：p一馬達的工作壓差,設為13 MPa；mη—液壓馬達的機械效率取0.8。

由式(6)可求出Vm=9.32 mL/r。

取液壓馬達排量為10 mL/r，可選取FMB5*型號的馬達。其各個參數如下表1所示：

表1 FMB5＊液壓馬達參數Table1The hydraulic motor parameters of FMB5＊

泵的排量：

式中：Q—液壓馬達的最大流量；nb—泵的轉速取1800 r/min。

由式(7)可求出：Vb=13 mL/r

則液壓泵型號可選為：CB-FE16E。其參數見表2：

表2 CB-FE16E液壓泵參數Table 2 Hydraulic pump parameters of CB-FE16E

泵的流量：Qb=Vb×nb×10-3×η=26L/min

3 液壓系統仿真模型建立

3.1液壓系統仿真模型的建立

利用AMESim仿真軟件對液壓系統進行仿真，首先是要建立系統模型，從AMESim軟件的各個元件庫和信號庫中選取合適的圖形模塊建立仿真模型[6,7]。仿真模型如圖2所示：

圖2 風機及收集箱系統AMEsim模型Fig.2 System AMEsimmodel of fan and boxes

3.2液壓系統仿真模型參數設置

根據上面的計算,對仿真模型進行參數設置，并運行仿真。參數設置見表3。

表3 參數及其值Table 3 Parameter and value

4 風機及收集箱系統仿真分析

4.1液壓馬達仿真曲線

系統壓力設定為15 MPa，液壓馬達兩腔壓力差為13 MPa。仿真結果如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4仿真結果可以看出，當液壓馬達轉速為2000 r/min時，40 s的時候工作壓力趨于穩定，輸入流量也相應達到穩定。此時馬達的工作壓力為13 MPa,流量為22.22 L/min，與上述的參數計算基本一致[8]。

圖3 液壓馬達的工作壓力曲線Fig.3Working pressure curve of hydraulic motor

圖4 液壓馬達的流量曲線Fig.4Flow curve of hydraulic motor

4.2液壓缸仿真曲線

給電磁換向閥5輸入不同的信號使其換向,得出液壓缸伸縮速度的變化。仿真結果如圖5和圖6所示。

圖5 收集箱油缸伸出速度曲線Fig.5 Stretched speed curve of oil cylinder in box

圖6 收集箱油缸伸出時無桿腔流量曲線Fig.6the rodless cavity flow curve of oil cylinder in box

由圖5和圖6仿真結果可以得出，當外負載穩定時，液壓缸推出速度約在0.5 s時達到穩定，液壓缸無桿腔流量也在很快到達最大值2.9 L/min。仿真結果與設計相符合[9,10]。

5 結論

道路收麥車的風機與收集箱液壓系統是它的核心部分，其性能的好壞對整機的工作性能有著決定性的影響。

(1)根據道路收麥車的工作原理，設計了風機和收集箱液壓系統，并對液壓系統進行了分析，對各個元件參數進行了設計計算。

(2)利用AMESim仿真軟件對道路收麥車的風機與垃圾箱液壓系統進行了建模，并設置參數。

(3)對建立的模型進行模擬仿真，得出了液壓系統的壓力特性和流量特性曲線圖，且仿真結果與設計計算的參數基本吻合，為工程實際應用提供了理論依據。

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Design and Simulation on Hydraulic System of Road Sweeper for Wheat

JIAJian-wei
Jiangsu Union Technical Institute,Nanjing210024,China

The hydraulic system of car fan and the bin was designed according to the working principle of road sweeper,and briefly introduced the structure and characteristics of the system.The model and simulation of hydraulic system were established by using AMESim simulation software.We set up an external load signal parameters and set the parameters of hydraulic components,research on the hydraulic system pressure and flow of the loop of the car fan and the bin.Simulation results showed there was no difference with the results of simulation and parameter settings,the design of the hydraulic drive system for small garbage was reasonable.

Road sweeper for wheat;hydraulic system;AMESim;the simulation

U463.52+1

A

1000-2324(2014)05-0686-05

2013-03-23

2013-03-30

賈建偉(1974-),男,碩士研究生,副教授,研究方向為計算機仿真、計算物理.E-mail:qit0316@126.com