液壓系統在農業機械化中的應用及優勢分析

張圣光

摘要 該文概述液壓技術的原理及發展過程，例舉了典型液壓系統在農機上的應用，并總結分析了液壓系統在農機上的優勢。

關鍵詞 液壓系統；農業機械化；典型應用；優勢

中圖分類號 S232.8 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）20-06872-02

液壓元件具有質量小、體積小、容易獲得大力矩、可實現無級變速、防止過載容易等突出優點，被喻為工業的“肌肉”，可直接應用于生產，解決許多工程實際問題。農機液壓則集成了這些優點，隨著各種標準的制訂，使得農機液壓元件廣泛地應用在現代化的聯合收割機、拖拉機等農用機械上，極大地提高了機械生產力和適應性。

1 液壓傳動技術概述

1.1 液壓技術的發展歷程

液壓技術起源于17世紀中葉，由帕斯卡提出的靜壓傳動原理而發展起來的一門新興技術。1795年英國約瑟夫·布拉曼，用水作為工作介質，以水壓機的形式將其應用于工業上，從此誕生了世界上第一臺水壓機。1905年將工作介質水改為油，使液壓傳動工況又進一步得到改善。19 世紀末至20 世紀初的20年間液壓技術開始進入正規的工業生產階段。1925 年維克斯發明了壓力平衡式葉片泵，為近代液壓元件工業或液壓傳動的逐步建立奠定了基礎。二戰期間又廣泛被應用于制造飛機、坦克、軍艦和大炮，二戰后幾十年間液壓技術得到迅速的發展。

1.2 液壓傳動的原理

以千斤頂的工作原理為例（圖1），設大液壓缸活塞面積為A2，作用在活塞上的負載為F2，該力在液壓缸中產生的液體壓為：

1.3 液壓系統的組成

液壓系統由動力元件、控制元件、執行元件和輔助元件組成（如圖2）。

2 典型液壓系統在農業機械化中的應用

2.1 液壓行走驅動典型回路

液壓行走驅動是利用高壓液體驅動馬達帶動行走輪。包括高速方案和低速2種方案。高速方案是變量泵驅動高速定量馬達，然后再通過變速箱驅動行走輪；低速方案是變量泵通過變量馬達直接驅動行走輪。

John Deere—4440型靜液壓前驅動高速方案則是典型的高速方案（圖3a），是靠改變泵的排量qp來實現無極調速的回路[1]。由圖3可知，馬達2 的回油又回到油泵1的入口時，油液不經油箱而在系統內循環，可減少空氣滲入系統而引起的氣蝕現象等一系列問題。高壓回路的安全閥3起過載保護作用，補油泵10和單向閥6可補償馬達和油泵泄露，補油泵還能控制該回路中油液升溫，工作壓力由溢流閥調定。在不考慮泄露和摩擦損失時馬達的轉速nM和轉矩M分別為：

2.2 液壓懸掛升降回路

液壓懸掛是農業機械化生產中廣泛代替人力的控制裝置，主要用于控制農具的升降和調節農具的耕作深度。圖4為典型壓力補償筆芯式液壓系統。換向閥6的中位機能為O型，變量泵3和液壓缸7保壓。泵的初始壓力最高。改變換向閥的位置，系統壓力下降，降到和負載液壓缸的壓力相等，壓力補償器2 使泵的流量隨液壓缸需求而改變。壓力補償器小活塞A與彈簧抗衡，等于工作壓力，彈簧B使泵壓箱較大排量。移動換向閥時，系統所需流量超出泵的輸出量，泵的輸出壓力下降，小活塞左移，從而使泵排量增加，直到壓力通過小活塞與彈簧平衡。相反，當閥關閉時，泵的供油量會超過系統所需油量，使泵的輸出壓力增加，小活塞右移，泵的供油量減小。這種系統的優點不僅可以同時進行多負載操作，還能持續以最大流量供應系統[2]。

3 農機液壓系統的優勢分析

農業是國民經濟的基礎，廣泛采用液壓技術是現代化農業機械的典型標志，沒有液壓技術就沒有現代化農業機械。加快農業科技創新，推進農業技術集成化、勞動過程機械化是我國“十二·五”期間要達到的目標。隨著農業機械化進程的加快，我國聯合收割機保有量還將以每年10%的比率增長，因此中國具有巨大的液壓市場潛力。

3.1 機械傳動裝備農機的特點

目前，我國大部分地區的農民，采用的收割機主要以機械傳動為主。據有關部門對自走式聯合收割機進行的抽樣調查顯示，這種收割機平均無故障工作時間僅為19.1 h，那么是什么原因導致這么高的故障率呢？原因有3個方面：第一，機械傳動地盤的傳動裝置結構復雜，在作業中有三分之一的故障來自于機械傳動裝置；第二，機械傳動的部件大都暴露在外部，作業環境差會對這些零件造成侵蝕，直接影響了機械傳動的正常運作；第三，高故障率加重了農民的負擔，間接影響了現代化農業的進程。由于我國地域廣闊，各地自然條件和作物狀況差異較大，需求的農機產品也較大。

3.2 液壓系統裝備農機的優勢

3.2.1 傳動平穩。在液壓傳動裝置中，由于油液的壓縮量非常小，在通常壓力下可以認為不可壓縮，依靠油液的連續流動進行傳動。油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓