椰果采摘機液壓系統的改造

王偉

(武漢船舶職業技術學院機械工程系，湖北武漢430050)

1 椰果采摘機結構及液壓系統

為配合“海南省百萬畝椰林工程”規劃而由海南某大學設計的椰果采摘機結構及液壓系統如圖1、2所示。

圖1 椰果采摘機結構原理圖

其工作過程如下:該機由拖拉機拉到指定位置后，通過柴油機帶動液壓泵工作;然后通過手動換向閥控制4個液壓支腿先伸出來，將整臺機頂起;再控制大臂回轉、變幅缸動作，讓大臂回轉、變幅;接著通過伸縮缸讓大臂逐級伸出，達到相應高度后，最后通過液壓馬達使旋轉臂旋轉和割刀旋轉，完成切割椰果果穗的動作。

它解決了傳統的人工爬樹采摘方式效率低、勞動強度大、安全性差的缺點，但作者在研制過程中發現該液壓系統還存在較大缺陷，于是作了如圖3所示的技術改進。

2 椰果采摘機液壓系統改進

(1)改進設計一

原設計方案大臂伸縮、變幅、回轉無調速，這樣無法較精確定位并有安全隱患，故在改進設計圖3中增設調速閥6來調速。

(2)改進設計二

原設計方案大臂伸縮、變幅、回轉以及前臂、割刀的回轉可同時操作，從提高工作效率角度來看是有利的，但極大地增加了操作員的工作強度，更可怕的是萬一操作員手忙腳亂碰到了不該操作的手柄極易引發安全事故。故在改進設計圖3中用二位三通鋼球定位式手動換向閥5將大臂伸縮、變幅、回轉的油路與前臂、割刀的回轉油路并聯起來，并且互鎖 (即大臂伸縮、變幅、回轉動作與前臂、割刀的回轉動作不能同時進行)。

(3)改進設計三

原設計方案控制割刀旋轉完成切割椰果果穗的動作采用了彈簧復位式手動換向閥18來控制，也就是說在切割椰果果穗時，操作者一只手必須始終按住手動換向閥18的操作手柄不放，另一只手去操作換向閥17的操作手柄來完成切割椰果果穗動作。這樣對操作者雙手的協調性要求較高、難度較大，勞動強度也大。故在改進設計圖3中用鋼球定位式手動換向閥18來替換掉彈簧復位式手動換向閥。

(4)改進設計四

液壓馬達有2個主油路油口和1個泄漏油口。泄漏油回油箱管路為細油管，在回路中一般不表示，要表示也應用虛線表示，而原設計方案中用粗實線，表示用主油路中的粗油管來引泄漏油回油箱，故在改進設計圖3中干脆按繪圖要求不畫。

(5)改進設計五

由于有了前面的改進設計一、二和三，故原設計方案圖2中的二位三通鋼球定位式手動換向閥3已不適用。改用圖3中的三位四通M型機能的電磁換向閥3:當電磁鐵都不通電時，泵卸荷;9DT通電時，支腿液壓缸運動;10DT通電時，可大臂回轉、變幅缸動作或使旋轉臂旋轉和割刀旋轉，完成切割椰果。

圖2 原椰果采摘機液壓系統圖

圖3 改進后的液壓系統圖

(6)改進設計六

由于支腿采用液壓鎖鎖緊，故相應的換向閥機能應采用Y型，以便讓液壓鎖與換向閥間管路中的油液盡快流回油箱，使液壓鎖立即鎖緊。故換下圖2中的M型，改用圖3中的Y型，并改用電磁換向閥，以便采用單片機自動控制。

(7)改進設計七

支腿沒必要雙向鎖緊，故改用圖3中的液控單向閥單向鎖緊。

(8)改進設計八

原設計前后腿動作不一致:后腿液壓缸活塞桿伸出為支腿放下，前腿液壓缸活塞桿收回為支腿放下。改進設計圖3中全調整為活塞桿伸出為支腿放下。

(9)改進設計九

液壓支腿采用先進的智能調平系統。

智能調平系統硬件組成如圖4所示，主要組成部分有:雙軸傾角傳感器、單片機、控制電路、鍵盤顯示板以及控制支腿行程的液壓系統等。

圖4 系統硬件組成

文中選擇位置誤差調平法中的“最高點不動”調平法。平臺經過預支撐后，一般是不水平的，在有傾角的情況下，平臺肯定會有一個最高點，在調平時保持最高點不動，其他支撐點向上運動與之對齊，當各點達到最高點位置時平臺即處于水平狀態。這種只升不降調平方法可以避免由于平臺自重和負載過大，在下降過程中產生較大的慣性力，而使平臺出現劇烈抖動，以致無法調平的現象。

圖5 調平平臺示意圖

“最高點”調平法的具體實現方法是:根據傾角傳感器的信號，確定平臺的最高點，并將信號送給控制裝置(單片機)，控制裝置通過調平程序驅動各支腿液壓缸，使較低的支腿上升，從而使各點處于同一個高度，平臺達到水平狀態。調平平臺示意圖如圖5所示。

圖5中水平面坐標系為Ox0y0z0，與椰果采摘機平臺固聯的平臺坐標系為Ox1y1z1。α、β角為雙軸傾角傳感器所測得的俯仰角與橫滾角。最高點的確定是:當α＞0、β＞0時，3點為最高點;當α＞0、β＜0時，4點為最高點;當α＜0、β＞0時，2點為最高點;當α＜0、β＜0時，1點為最高點。當α=0、β= 0時，平臺達到水平狀態。

液壓支腿智能調平系統調平控制流程圖如圖6所示。

圖6 調平系統調平控制流程圖

3 結束語

機械化椰果采收模式的出現，能解決傳統的人工爬樹采摘方式危險性大、采摘質量差及工效低的問題，必然會更加有力地推動“百萬畝椰林工程”的建設，促進椰子產業化、商品化的發展。

新系統較原系統在許多方面作了改進，更合理，操作更輕松，特別是液壓支腿智能調平系統將機電技術、液壓傳動與控制技術結合在一起，實現了平臺的快速而精準的調平功能，提高了調平精度，縮短了調平的時間，擴大了智能調平系統的適用范圍，具有很大的應用價值。

【1】梁棟，張勁.椰果采摘機液壓系統設計［J］.液壓與氣動，2010(5):27-28.

【2】張芳.高精度平臺調平控制系統研究［D］.太原:中北大學機電工程學院，2008.

【3】倪江生，翟羽健.六點支承靜基座液壓平臺的調平方法［J］.東南大學學報，1996，26(2):74-79.