玉米聯合收獲機靜液壓驅動系統設計

葉彤 劉興博 林君堂 常建國 陳勇

摘 要：玉米聯合收獲機駕駛員作業時間長、勞動強度大，傳統的變速機構無法滿足需求，因此靜液壓驅動系統逐漸應用到玉米收獲機上。靜液壓驅動系統因操作簡單方便成為農業機械上傳動系統的最佳配置。對玉米聯合收獲機靜液壓驅動系統進行設計分析。

關鍵詞：玉米聯合收獲機；靜液壓；驅動系統；設計

中圖分類號：S225 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.007

0 引言

靜液壓驅動系統的優點很多：可使傳動更簡單，省去了皮帶和變速調整機構，便于整機配置；操縱方便靈活，可實現一桿式操作。作業時遇到堵塞情況、故障情況，可以快速倒車處理，提高作業效率；控制機構可擴展性強，可將電液控制模塊與其他電控電路集成到一起，提高操縱便利性。隨著靜液壓驅動相關產品的技術不斷完善、價格也在逐漸降低，越來越多的玉米聯合收獲機企業在發展靜液壓驅動技術。

1 靜壓驅動系統方案的選擇

根據玉米聯合收獲機的工作特點應選用閉式油路系統和高速布置方案，由雙向變量柱塞泵和定量馬達組成閉式系統、馬達帶動驅動橋變速箱、驅動橋變速箱通過行星齒輪差速器傳遞動力給邊減速箱、邊減速箱帶動驅動輪驅動玉米收獲機行走[1]。閉式油路是傳統閉式油路系統，是傳統HST裝置靜液壓的核心技術特征之一 。以閉式油路系統構成的HST裝置在保留了液壓傳動所共有的功率密度高、布局方便、過載保護能力強和控制方式靈活，同時產生熱量較小，散熱器和油箱的體積不用設計太大[4]。

1.2 靜液壓參數計算

（1）計算傳動速比

在計算靜液壓參數時，需明確整機參數：

（2） 計算馬達的排量

馬達輸出牽引力由滾動阻力、重力分力和實際作用牽引力組成[2]：

針對不同的擋位求取最大的馬達輸出牽引力F，其中Ⅰ擋為脫困擋，工作環境為泥濘路面爬坡角度較大可達45°；Ⅱ擋為工作擋位，工作環境為泥濘路面爬坡角度不超過20°；Ⅲ擋為行駛擋，工作環境為沙土爬坡角度不超過30°。

靜液壓閉式系統的工作壓力可達到40 MPa以上[4]，根據當前主流閉式系統產品參數，選用公稱壓力40 MPa，最大壓力45 MPa。考慮到安全系數，計算過程設定壓差為20 MPa作為計算依據。

根據計算的馬達排量，對照產品型譜確定馬達的實際排量，雙向變量柱塞泵選擇與馬達相同排量。

2 液壓泵控制系統的選擇

雙向變量柱塞泵的流量控制方式主要有兩種，一種為機械伺服的液壓比例控制，泵的輸出流量可以在0到100%之間無級調節，通過機械手柄控制閥芯移動，將補油泵供來的高壓油導入到行程油缸推動斜盤角度改變進而控制泵的輸出流量；電氣比例控制原理類似，只是通過電磁閥控制閥芯移動來控制泵流量的變化。機械方式機構簡單可靠，電氣控制布置靈活，且可以和其他電氣控制集成到一起，操作便捷性更高。

3 液壓油箱的設計

油箱的作用是離析液壓油中的空氣，為液壓系統散熱并為因溫度升高或降低導致油液膨脹或壓縮、液壓缸動作、最小泄漏引起的系統容積變化提供補充油液。油箱容積大于補油泵每分鐘最大補油流量的5/8，油箱中液壓油的體積應大于補油泵每分鐘最大補油流量的1/2。這樣在系統最大回油流量時，液壓油在油箱中有 30 s的滯留時間排出油液中混入的空氣。油箱出口（補油泵吸油口） 應高于油箱底部，以充分利用重力分離或阻止外部粗大顆粒通過補油回路進入工作系統，油箱出口處應安裝一個100～125 μm過濾器。油箱進口（系統回油口）的油液在低于正常油箱液面下進入油箱，并在油箱內增加隔板進一步排出空氣，并減小液壓油的沖擊[5]。

4 液壓油的選擇

4.1 液壓油品種選擇

正確選擇工作介質對液壓系統適應各種環境條件和工作狀況的能力、延長系統和元件的壽命、提高設備運行的可靠性、防止故障發生有重要影響。

根據玉米聯合收獲機的靜液壓驅動系統的高壓、高轉速的特點應選用HM型液壓油；有些寒區（如東北地區）作業車輛環境溫度在15～125 ℃時可用HV低溫液壓油；當環境溫度在15～140 ℃時可用HS低溫液壓油[6] 。

4.2 液壓油黏度選擇

液壓油的使用溫度對液壓系統至關重要，油溫過高會加速油液氧化變質，同時還會腐蝕金屬增加泄漏。一般的液壓系統工作溫度在130～150 ℃。閉式回路系統工作溫度可達125～190 ℃。要正確地選擇液壓油，需要知道與環境溫度相關的工作溫度。選擇液壓油時，工作溫度范圍內的工作黏度應處于最佳范圍 （νopt） 內，請參見選擇圖的陰影區域。我們建議在所有情況下都應選擇較高的黏度等級。

參考文獻：

[1] 劉敏. 液壓傳動技術在工程機械行走驅動系統中的應用與發展[J]. 機械設計與制造，2006（6）：31-33.

[2] 張志起. 4YX-4型全液壓自走式玉米收獲機液壓系統設計[J]. 農機化研究，2015（12）：97-101.

[3] 張光裕，徐純新.工程機械底盤設計[M].北京：機械工業出版社，1994.

[4] 王意. 行走機械液壓驅動技術發展大觀[J].液壓氣動與密封，2000（6）：19-29.

[5] 張利平.液壓氣動技術速查手冊[K].北京： 化學工業出版社，2008： 305-311.

[6] 王益群. 液壓工程師技術手冊[K].北京：化學工業出版社，2010：74-75.