液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用形式與故障分析

沈景明

摘 要：液壓系統(tǒng)是機(jī)械行業(yè)廣泛使用的動(dòng)力技術(shù)，近年來，自動(dòng)化控制的液壓系統(tǒng)被廣泛使用于各個(gè)行業(yè)。農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)的使用在很大程度上優(yōu)化了農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提升了操作的便捷性。通過介紹液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的主要應(yīng)用形式和特點(diǎn)，說明了液壓系統(tǒng)的重要作用，并對(duì)液壓系統(tǒng)的常見故障進(jìn)行了分析與說明。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；液壓系統(tǒng)；故障；應(yīng)用形式

中圖分類號(hào)：S220.3；TH137.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.045

液壓技術(shù)作為新時(shí)期的一種便捷傳動(dòng)技術(shù)，其在機(jī)械行業(yè)、建筑行業(yè)、軍事領(lǐng)域和航空航天上具有廣泛的應(yīng)用，液壓技術(shù)在傳統(tǒng)的響應(yīng)速度快、傳動(dòng)功率大、布局靈活等優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，近年來得益于自動(dòng)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，液壓傳動(dòng)在控制與自動(dòng)化程度上有了顯著提升，液壓技術(shù)開始由傳統(tǒng)的傳動(dòng)功能向著機(jī)械現(xiàn)代化控制方向轉(zhuǎn)變，將液壓技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，不僅提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械的技術(shù)含量，更優(yōu)化了農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，使農(nóng)機(jī)在達(dá)到功能要求的基礎(chǔ)上，更多的考慮到駕駛員的舒適性、操控性以及智能性，如今，液壓技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)農(nóng)機(jī)的必備技術(shù)之一，是農(nóng)業(yè)機(jī)械順利完成生產(chǎn)任務(wù)不可缺少的技術(shù)力量。

1 液壓技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 液壓技術(shù)的發(fā)展

液壓技術(shù)的主要原理來自于液體靜壓力傳動(dòng)原理，液壓技術(shù)最初的介質(zhì)是水，之后逐步發(fā)展為以液壓油為介質(zhì)進(jìn)行傳動(dòng)。在20世紀(jì)20年代得益于平衡式葉片泵的發(fā)明，液壓元件逐漸進(jìn)入了工業(yè)領(lǐng)域使用，這是現(xiàn)階段所使用的液壓技術(shù)的基礎(chǔ)，而液壓技術(shù)的廣泛使用與推廣是在第二次世界大戰(zhàn)期間在發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行的，經(jīng)過多年的演變與相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，才發(fā)展為今天的液壓技術(shù)。

1.2 液壓系統(tǒng)的組成與功能

現(xiàn)階段所使用的液壓系統(tǒng)主要由四大部分組成，即動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)，按照液壓系統(tǒng)的細(xì)分元件來說，液壓系統(tǒng)的工作過程如下：通過原動(dòng)機(jī)將動(dòng)力傳遞給液壓泵，在液壓泵的作用下，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，并將液體壓力傳遞至液壓閥，通過液壓閥控制液壓油缸或液壓馬達(dá)進(jìn)行工作，此過程將液壓能再轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而控制最終的工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，同時(shí)帶動(dòng)液壓馬達(dá)或液壓油缸的液壓油恢復(fù)原有壓力，并流回到液壓油箱，供后續(xù)動(dòng)作使用，如圖1所示[1]。

現(xiàn)階段的液壓技術(shù)，主要是利用電子技術(shù)控制液壓力操作機(jī)械執(zhí)行動(dòng)作的過程，液壓控制的精確程度是現(xiàn)代化液壓技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。液壓系統(tǒng)性能的主要影響因素如下：（1）液壓油是液壓系統(tǒng)維持工作的重要介質(zhì)，在液壓系統(tǒng)中，液壓油除了起介質(zhì)作用外，還擔(dān)任著液壓系統(tǒng)的防銹、防腐、潤(rùn)滑以及冷卻等許多功能，因此，液壓油的質(zhì)量與性能直接影響到液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)及相關(guān)功能的準(zhǔn)確性。（2）液壓元件是液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，它的先進(jìn)與否直接影響了液壓系統(tǒng)的效率、復(fù)雜程度以及能源消耗，近年來，新型液壓元件正向著模塊化、小型化、節(jié)能化以及環(huán)保化方向發(fā)展，這不僅在很大程度上減小了驅(qū)動(dòng)功率的消耗，更方便了電子控制的實(shí)施。（3）電液比例閥是液壓系統(tǒng)中壓力和流量控制的關(guān)鍵元件，它通過預(yù)先設(shè)定好的程序發(fā)出電信號(hào)指令，完成對(duì)液壓系統(tǒng)壓力和流量的連續(xù)成比例的控制。

2 液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

2.1 液壓技術(shù)在我國(guó)農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用過程

多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明，將液壓技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，能夠有效提升農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，并優(yōu)化農(nóng)機(jī)結(jié)構(gòu)，改造操作的舒適程度。目前階段，液壓技術(shù)在我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用，包括了拖拉機(jī)、耕整地機(jī)械、播種施肥機(jī)械、植保機(jī)械、收獲機(jī)械等絕大多數(shù)的農(nóng)機(jī)領(lǐng)域，液壓技術(shù)在拖拉機(jī)上最早的應(yīng)用，是農(nóng)機(jī)深松整地的升降結(jié)構(gòu)，之后逐漸向液壓制動(dòng)、液壓轉(zhuǎn)向以及寬幅機(jī)具的折疊等方向擴(kuò)展，現(xiàn)階段，液壓傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為了農(nóng)業(yè)機(jī)械上必不可少的配置，液壓技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)合逐漸形成了眾多的新機(jī)型與新成果。例如：為聯(lián)合收割機(jī)和大馬力拖拉機(jī)配備液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；為優(yōu)化水稻插秧機(jī)的控制方式而使用的液壓仿形系統(tǒng)；為中小型聯(lián)合收割機(jī)提供行進(jìn)動(dòng)力的靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)等。液壓系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的優(yōu)化，也使農(nóng)機(jī)達(dá)到了前所未有的優(yōu)秀結(jié)構(gòu)形式，以聯(lián)合收割機(jī)為例，液壓技術(shù)在聯(lián)合收割機(jī)上的應(yīng)用包括了：割臺(tái)與分禾、喂入結(jié)構(gòu)的升降；液壓轉(zhuǎn)向或輔助轉(zhuǎn)向；刀具回轉(zhuǎn)動(dòng)力或撥禾輪回轉(zhuǎn)動(dòng)力的提供；集糧、卸糧結(jié)構(gòu)的開閉；升運(yùn)器等結(jié)構(gòu)位置的自動(dòng)化調(diào)整等，且相關(guān)的優(yōu)化和研究仍在不停地進(jìn)行中。

2.2 液壓技術(shù)的主要應(yīng)用形式

（1）農(nóng)機(jī)具工作部件的位置調(diào)整與功能實(shí)現(xiàn)。 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用的液壓技術(shù)很多，以噴藥機(jī)械為例：噴藥架的展開與關(guān)閉、噴藥架的高低調(diào)節(jié)、噴藥的角度調(diào)節(jié)等功能，都以液壓系統(tǒng)的技術(shù)支持來實(shí)現(xiàn)。又如，整地機(jī)械中耙片角度的調(diào)整、寬幅機(jī)具的折疊、雙向犁的翻轉(zhuǎn)，都很大程度的采用了液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

（2）液壓系統(tǒng)為農(nóng)業(yè)機(jī)械提供行進(jìn)動(dòng)力。現(xiàn)階段的很多農(nóng)業(yè)機(jī)械是通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行行走的，這種方式中液壓的行進(jìn)速度分為高速和低速兩類，農(nóng)機(jī)高速行走是通過變量泵驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，再由液壓馬達(dá)帶動(dòng)變速箱做提速，從而帶動(dòng)農(nóng)機(jī)做高速行走，而低速方式主要是利用變量泵帶動(dòng)液壓馬達(dá)后直接與車輪相連，帶動(dòng)農(nóng)機(jī)做慢速行走。液壓馬達(dá)基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。有些先進(jìn)的大型農(nóng)機(jī)，為提升農(nóng)機(jī)的通過性，為農(nóng)機(jī)裝配了全液壓的四輪驅(qū)動(dòng)，以滿足大馬力農(nóng)機(jī)的作業(yè)要求。

（3）使拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)載換擋。若拖拉機(jī)使用的是傳統(tǒng)的齒輪變速箱，那么在換擋時(shí)必須要將離合器踩下，這時(shí)不僅行進(jìn)的動(dòng)力中斷，其他工作部件的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力也同時(shí)被中斷，當(dāng)拖拉機(jī)做大負(fù)載作業(yè)時(shí)，由于動(dòng)力的中斷，掛擋后農(nóng)機(jī)必須重新起步，這就在很大程度上影響了農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)效率，因此，很多新型的拖拉機(jī)廣泛采用了液壓機(jī)理的負(fù)載換擋機(jī)構(gòu)，駕駛員能夠在不切斷動(dòng)力的情況下完成擋位的變換，在一定程度提高了拖拉機(jī)的工作效率，并降低了駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（4）液壓系統(tǒng)可以為大型農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械廣泛配備了液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)，由于液壓技術(shù)能夠輕易地實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的功能。因此，通過液壓系統(tǒng)的控制來改變皮帶輪的傳動(dòng)比，就能夠讓農(nóng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速的功能，以玉米收割機(jī)為例，要使機(jī)械傳動(dòng)達(dá)到行進(jìn)速度與撥禾輪的喂入速度的良好配合是很難的事，且一旦匹配不合適，調(diào)整很困難，但是通過液壓系統(tǒng)使兩者達(dá)到很好的匹配關(guān)系卻十分容易，因此，液壓無極調(diào)速對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)與實(shí)際使用都有很大的好處。

（5）液壓懸掛裝置的廣泛使用。現(xiàn)階段，液壓懸掛裝置已經(jīng)成為拖拉機(jī)不可缺少的組成部分，其懸掛的方式也從單一的后懸掛，向著前懸掛、側(cè)懸掛以及輪間懸掛發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)掛接功能。拖拉機(jī)上使用液壓懸掛系統(tǒng)，不僅能夠自動(dòng)的調(diào)節(jié)農(nóng)機(jī)具與拖拉機(jī)的相對(duì)位置，還能夠在整地作業(yè)過程中，根據(jù)土壤的阻力自動(dòng)調(diào)節(jié)耕作深度，很大程度降低了操作復(fù)雜程度和勞動(dòng)力資源的投入。

3 農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)常見故障分析

農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)的常見故障問題，主要包括液壓油污染、液壓系統(tǒng)過熱以及液壓系統(tǒng)泄露三大方面。

3.1 液壓油污染

導(dǎo)致液壓油發(fā)生污染的主要原因包括以下幾點(diǎn)：（1）由于雨水的影響或是在清洗農(nóng)機(jī)的過程中，可能出現(xiàn)水分混入液壓油中的現(xiàn)象，液壓油中的水分會(huì)嚴(yán)重腐蝕液壓系統(tǒng)的金屬內(nèi)表面，使液壓元件的壽命縮短、可靠性降低，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致液壓油的氧化變質(zhì)。（2）當(dāng)油管接頭松動(dòng)或加油不當(dāng)時(shí)，可能導(dǎo)致部分空氣混入液壓系統(tǒng)之中，由于系統(tǒng)中的空氣，使液壓傳動(dòng)過程中易出現(xiàn)跳動(dòng)或不規(guī)律振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)因?yàn)橥话l(fā)的應(yīng)力導(dǎo)致零部件損壞，甚至整個(gè)液壓系統(tǒng)的損壞。（3）由于液壓系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用，可能會(huì)有一些金屬顆粒或污物摻雜在液壓油之中，這不僅會(huì)對(duì)液壓元件造成嚴(yán)重的磨損，更可能會(huì)劃傷液壓油管和密封環(huán)等軟質(zhì)結(jié)構(gòu)，造成液壓系統(tǒng)的泄漏和失效。

3.2 液壓系統(tǒng)過熱

導(dǎo)致液壓系統(tǒng)過熱的原因有很多，但主要包括以下四個(gè)方面：（1）液壓系統(tǒng)超載運(yùn)行而導(dǎo)致的過熱。（2）液壓油箱內(nèi)的油液過少，導(dǎo)致系統(tǒng)散熱不良而溫度過高。（3）液壓元件出現(xiàn)磨損或故障導(dǎo)致的系統(tǒng)過熱。（4）回油壓力過高，導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)溫度過高。油溫過高容易使液壓油加速氧化，同時(shí)分解出難溶的樹脂、酸類與污泥等成分，這些污物會(huì)造成液壓元件的快速腐蝕。同時(shí)，過熱的液壓油其密度變小，會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的反應(yīng)速度變慢，精確程度降低。

3.3 液壓系統(tǒng)泄漏

造成液壓系統(tǒng)泄漏的原因包括以下幾點(diǎn)：（1）液壓油管因設(shè)計(jì)或安裝問題，導(dǎo)致工作過程中反復(fù)彎折而出現(xiàn)破損。（2）密封環(huán)、油管接頭安裝不正確，出現(xiàn)的油液泄漏。（3）液壓零件磨損或損壞導(dǎo)致的油液泄漏。液壓系統(tǒng)的泄漏會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力不足，還可能會(huì)污染農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，影響糧食作物的收獲質(zhì)量。

總之，液壓系統(tǒng)以其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)為農(nóng)業(yè)機(jī)械的優(yōu)化與改良提供了巨大的幫助，相關(guān)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真把握好液壓系統(tǒng)的新技術(shù)和新功能，以便為農(nóng)業(yè)機(jī)械的優(yōu)化升級(jí)服務(wù)。同時(shí)，農(nóng)機(jī)駕駛?cè)藛T也應(yīng)認(rèn)真做好農(nóng)機(jī)液壓系統(tǒng)的使用與維護(hù)工作，保證液壓系統(tǒng)發(fā)揮其應(yīng)有的工作效能。