液壓機械傳動控制系統在農業機械設計制造中的應用

鄔可令

（巨野縣農業機械服務中心，山東巨野 274900）

1 液壓傳動的特點

1）液壓傳動具有體積小、質量輕、效率高、工作可靠、能耗低等優點。

2）液壓傳動的速度可調，一般可以通過控制液壓元件的流量來進行調節。當需要獲得較大的傳動比時，可以通過改變液壓元件的流量來實現。

3）液壓傳動的無級調速性能好，可以實現多個工作循環，且沒有換擋機構，所以液壓傳動可以實現無級調速。

4）液壓傳動可實現調速，可以有效克服機械傳動的缺陷，因此液壓傳動在農業機械中應用較廣。

5）在進行農業機械中液壓傳動控制時，可以通過對執行元件的控制來實現對系統的調節和控制。例如，在進行拖拉機發動機自動變速箱控制時，就可以通過改變執行元件的壓力來實現自動變速箱工作狀態的改變；而當發動機啟動或停機時，系統就會自動停止工作；當需要進行原地轉向時，就可以通過改變執行元件的方向來實現。

2 液壓傳動在農業機械中的應用

液壓傳動技術在農業機械中的應用主要是利用液壓系統來傳遞動力，并實現農業機械的變速與調速，以此來滿足不同的農業機械對傳動系統的要求，并實現農業機械在工作過程中的自動控制。在農業機械中應用液壓傳動技術，可以實現動力傳動與控制相結合，以此來滿足不同的農業機械對傳動系統的要求，并有效降低工作時產生的噪聲、振動和沖擊等。比如，在拖拉機中應用液壓傳動技術，可以實現動力和調速的有效結合；在聯合收割機中應用液壓傳動技術，可以實現自動變速與調速；在手扶拖拉機中應用液壓傳動技術，可以實現自動變速與調速。總之，在農業機械中應用液壓傳動技術，可以有效提高農業機械的工作效率。

2.1 拖拉機

在拖拉機中應用液壓傳動技術，可以有效提高拖拉機的工作效率，同時還可以降低工作時的噪聲、振動和沖擊等，還可以降低拖拉機工作時的油耗。在拖拉機中應用液壓傳動技術，主要是利用液壓泵、馬達、蓄能器等相關元件，將發動機的動力轉換成液壓能量，再傳遞給液壓馬達或者液壓缸，以此來實現拖拉機的動力傳動。比如，在旋耕作業時，由于旋耕機的動力不足，從而造成旋耕機不能正常工作；而在施肥時，由于施肥量過大、肥料濃度過高等因素會造成肥料流失，從而造成浪費；如果在農田進行灌溉時，由于灌溉水的壓力過低或者過高等因素會造成農田噴灌不均勻等。

2.2 聯合收割機

聯合收割機是一種較為常見的農業機械，其主要功能是將水稻、小麥等農作物進行收割和脫粒，并將谷物進行收集和裝車，具有作業效率高、操作簡便等特點。聯合收割機主要由行走系統、切割系統、脫粒系統、清選系統、動力轉向系統等組成，在聯合收割機工作時，需要借助液壓傳動來傳遞動力，并將動力傳遞給切割系統，再由切割系統將谷物進行切割、脫粒和輸送等。在聯合收割機的工作過程中，如果沒有運用液壓傳動技術，則需要將發動機的動力直接傳遞給切割器或脫粒器，從而使動力浪費比較嚴重，導致聯合收割機的工作效率降低。因此，在聯合收割機的設計制造中要重視對液壓傳動技術的應用。

2.3 手扶拖拉機

手扶拖拉機是一種利用人力或者畜力來驅動的機械，一般都是以人力為主，而且多為中小型農業機械。手扶拖拉機的主要作用就是耕整土地，其作業原理與聯合收割機相似，都是通過對土壤進行耕整，從而達到土地耕作的目的。在進行耕整時，一般都是用人力或者畜力來驅動手扶拖拉機前進，這樣可以有效節省人力和畜力的消耗。手扶拖拉機工作時產生的噪聲比較大，并且工作環境也比較惡劣。在使用手扶拖拉機進行工作時，不僅需要提高工作效率，而且還需要降低噪音和提高工作環境的質量。

3 液壓系統的控制方法

液壓傳動具有效率高、使用壽命長、易于操作等特點，因此在農業機械的設計中被廣泛應用。在農業機械液壓傳動系統中，可采用比例閥和位置傳感器來進行控制。比例閥是一種具有位置反饋的閥類元件，其控制方式可分為開環和閉環兩種，開環控制方法是指系統在輸入一定信號后，由比例閥控制系統的輸出，從而完成對系統的控制；閉環控制是指在系統中安裝有壓力傳感器或者位移傳感器等器件，通過這些傳感器將信號傳送給PLC或其他控制器進行處理，最后發出指令控制系統的運行。在農業機械中，一般采用閉環控制方法對液壓系統進行控制。

比例閥主要由閥芯、閥體、閥口和溢流閥等組成，在液壓傳動中可將其作為執行元件，通過對比例閥的位置和壓力進行調節來實現對液壓系統的控制。

一般情況下，比例閥的通流面積越大，壓力越低；反之則越高。如果比例閥的通流面積過小或者是壓力過高時都會導致液壓系統出現流量不足或者壓力過高等問題，進而影響農業機械的工作效率。因此在農業機械液壓傳動中應合理選擇比例閥的通流面積以及壓力來保證農業機械具有較高的工作效率。

位置傳感器是一種安裝在液壓馬達上的傳感器，它將電機轉速與方向的變化轉化為電信號來進行記錄。由于位置傳感器安裝在液壓馬達上，因此可根據其信號變化來調整馬達轉速和方向。例如：當電機轉速上升或者下降時，位置傳感器能夠將信號轉化為電信號來對液壓馬達進行調節。在農業機械中采用位置傳感器能夠很好地調節農業機械的工作效率。

液控式比例閥是一種新型比例閥類元件，其具有控制精度高、可靠性高、響應速度快、工作穩定等特點，并且可實現精確流量調節及快速壓力調節等功能。液控式比例閥有兩種類型：開環和閉環。開環控制方式是指在液壓系統中直接將壓力或流量作為輸入信號來實現對系統的控制；而閉環控制則是通過對輸入信號進行檢測和處理來實現對系統的控制。其中開環控制方式應用較多，主要是因為其結構簡單、價格低廉以及工作可靠等優點。開環控制方式雖然簡單、成本低且容易實現控制效果，但是這種方式只能實現對液壓系統中的部分壓力進行調節，并且其響應速度相對較慢、控制精度不高。在液壓機械傳動中還可以采用位置傳感器和位置變送器來對農業機械的工作位置進行檢測并轉化為電信號以進行控制。位置傳感器主要應用在液壓馬達上，可以將馬達轉速和方向作為輸入信號來實現對液壓系統中的流量、壓力進行調節。當液壓系統工作時，可以利用位移傳感器將其輸出信號轉化為電信號并傳輸給PLC或其他控制器來實現對農業機械的控制；當農業機械工作時，可以利用壓力傳感器將其輸入信號轉化為電信號并傳輸給PLC或其他控制器來實現對農業機械的控制。這樣不僅能夠提高農業機械的工作效率而且能夠保證其在工作時的穩定性及安全性。

4 農業機械用液壓元件的選擇

4.1 液壓馬達

液壓馬達的主要功能是將液壓油通過內循環的方式，在液體壓力的作用下，經過單向閥進入液壓缸進行工作，從而將能量傳遞給機械執行機構。液壓馬達的種類很多，常用的有高速馬達、低速馬達和中等功率馬達等。通常情況下，選擇高速馬達時應遵循以下原則：盡量選擇轉速高、扭矩大、功率較小的馬達，以滿足農業機械作業時對功率和扭矩的需求。如果需要加大扭矩時，應選用中等功率或更大功率的馬達。在選擇中等功率和低速馬達時，應根據實際情況來確定其參數。另外，應根據需要來選擇相應的密封元件，比如在進行田間作業時，應選用帶密封圈的元件；在進行行走或轉向作業時，應選用帶密封件的元件；在進行行走和轉向作業時，應選用帶密封圈和抗油液污染能力強的元件。

液壓缸是農業機械中最基本的執行機構之一，它包括活塞缸、滑閥缸和齒輪缸體等部件。在選擇液壓缸時應遵循以下原則：活塞缸宜選用耐高溫、抗氧化和具有優良耐磨性的合金材料制成；滑閥缸宜選用摩擦系數低、密封性能好、耐磨性強的材料制成；齒輪缸體宜選用抗磨損性能強、有較高密封性能、結構簡單和加工方便的材料制成。

液壓泵是液壓系統中重要的動力元件之一，它將機械能轉換為液體壓力能或容積能，從而完成對機械設備的驅動任務。在選擇液壓泵時應遵循以下原則：盡量選擇轉速高、流量大、容積效率高、效率高和密封性能好等特點的液壓泵；選擇液壓泵時要根據實際情況來確定其主要參數，如排量、壓力等；盡量選擇結構簡單、體積小和重量輕的液壓泵；要注意泵殼內壁應具有良好的耐磨性和耐高溫性能；在選擇液壓泵時應盡量選用節能型或無級變速型液壓泵。

4.2 油路組件

在進行油路組件設計時應遵循以下原則：盡量選擇容積效率高、耐高溫和抗油液污染能力強、抗壓性能好和耐磨性強的元件；盡量選擇壓力損失小和容積效率高的元件；在進行油路組件設計時，應盡量采用直線運動元件，以便減少機械運動部件之間接觸面積和摩擦系數，降低系統阻力。另外，在設計油路組件時還應注意密封性能良好和結構簡單等方面。

5 液壓系統設計與計算

液壓系統的設計，就是根據液壓傳動系統的工作原理，分析液壓系統的功能要求和工作特點，設計出一個能夠滿足各種需要的液壓系統。在農業機械的設計中，液壓系統要能夠實現行走、轉向、升降、作業等功能。液壓系統設計的主要任務就是確定液壓機械傳動系統所需動力和液壓元件，并通過對各種元件進行合理配置和選擇，確定傳動方式和工作壓力，并且選擇合適的執行元件來實現各種功能。根據設計要求，進行液壓系統主要參數的計算和選型。在液壓機械傳動中，選擇的執行元件主要是電動機和柴油機等。根據不同的工作要求，可以將電動機分為直流電動機、交流電動機和電磁電動機等。根據不同的工作要求，可以選擇不同類型的執行元件來實現各種功能。

農業機械中常用的液壓傳動系統有以下幾種：一是行走泵動力傳遞系統；二是行走機械換向閥動力傳遞系統；三是行走機械轉向系統；四是升降機構動力傳遞系統；五是升降機構換向閥動力傳遞系統；六是回轉機構動力傳遞系統。在設計中要根據所選執行元件的功能來選擇相應的執行元件，并且要對這些執行元件進行合理配置和選擇，以滿足農業機械作業時對各種功能的要求。再對這些執行元件進行合理配置和選擇后，還需要對各個液壓回路進行合理設計與計算，以確保液壓傳動系統能夠正常工作。

6 農業機械中使用液壓系統應注意的問題

1）注意液壓系統的清洗、清潔和更換。當液壓系統長期不用時，應把液壓系統中的液壓油全部排出，再把油箱清洗干凈，然后注入新油。當發現油箱內壁有雜質附著時，應及時清洗，更換新油箱的液壓油。

2）注意油液的選擇和質量控制。在選擇油液時，應選用符合要求的液壓油。在使用過程中，應定期更換油液，以避免雜質污染液壓系統。在選擇時，還應注意使用清潔的、干燥的、無腐蝕性物質和抗磨損性物質的油液。

3）注意選擇合理的液壓元件。在使用過程中，應根據工作需要選用合適的液壓元件。在選用液壓元件時，應注意選擇合適的尺寸規格和材料。此外，還應注意選擇合適的類型和性能。選擇合適的液壓元件時，應充分考慮其使用性能和使用環境等因素。

4）注意正確安裝和調試液壓系統。在安裝和調試過程中，要按照要求進行安裝、調試和試車工作，以保證設備正常運行和工作精度達到要求。在調試過程中，如果發現設備出現異常情況，應及時處理并進行相應調整。

5）注意維護保養機械設備。在使用過程中應定期維護保養機械設備，以確保機械設備處于良好狀態并保持較高的使用性能，并及時排除系統故障。如果發現故障或異常情況時應立即停止使用并進行相應處理和調整，以確保機械設備能夠正常工作。

6）注意安裝和維護時環境條件問題。如果環境條件較差，會影響到液壓系統的正常工作和性能發揮；如果環境溫度較低，會影響到系統的散熱能力；如果環境溫度較高或者溫度變化劇烈時也會影響到系統的正常工作和性能發揮；在進行安裝時要注意避免灰塵進入液壓系統；在對液壓系統進行維護時要注意避免外力對系統產生損傷等。

7 結語

隨著農業機械的不斷發展，液壓傳動技術也得到了迅速的發展，并在農業機械中得到了廣泛的應用。液壓傳動技術具有很多優點，如響應速度快、結構簡單、控制方便、工作可靠、易于維護、能耗低等，因此液壓傳動技術已經成為一種比較成熟的傳動技術，并在農業機械中得到了廣泛的應用。液壓傳動在農業機械中的應用，不僅使農業機械具有了更高的工作效率，而且還提高了農業機械的安全性和可靠性。目前，在農業機械設計制造中使用液壓傳動技術，已經成為一種趨勢和必然。液壓傳動技術在農業機械中的應用越來越廣泛，而且效果也越來越好，這不僅有利于提高農業機械的性能和質量，而且還有利于降低農業生產成本。此外，隨著科學技術的不斷進步和發展，液壓傳動技術將會得到更加廣泛的應用。