液壓技術在農業中的應用形式與故障分析

沈景明

摘 要：液壓系統是機械行業廣泛使用的動力技術，近年來，自動化控制的液壓系統被廣泛使用于各個行業。農機液壓系統的使用在很大程度上優化了農機結構，提升了操作的便捷性。通過介紹液壓技術在農業機械中的主要應用形式和特點，說明了液壓系統的重要作用，并對液壓系統的常見故障進行了分析與說明。

關鍵詞：農業機械；液壓系統；故障；應用形式

中圖分類號：S220.3；TH137.9文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.07.045

液壓技術作為新時期的一種便捷傳動技術，其在機械行業、建筑行業、軍事領域和航空航天上具有廣泛的應用，液壓技術在傳統的響應速度快、傳動功率大、布局靈活等優勢基礎上，近年來得益于自動控制技術和傳感器技術的發展，液壓傳動在控制與自動化程度上有了顯著提升，液壓技術開始由傳統的傳動功能向著機械現代化控制方向轉變，將液壓技術應用于農業機械，不僅提高了農業機械的技術含量，更優化了農機結構，提升了產品質量，使農機在達到功能要求的基礎上，更多的考慮到駕駛員的舒適性、操控性以及智能性，如今，液壓技術已經成為先進農機的必備技術之一，是農業機械順利完成生產任務不可缺少的技術力量。

1 液壓技術發展及現狀

1.1 液壓技術的發展

液壓技術的主要原理來自于液體靜壓力傳動原理，液壓技術最初的介質是水，之后逐步發展為以液壓油為介質進行傳動。在20世紀20年代得益于平衡式葉片泵的發明，液壓元件逐漸進入了工業領域使用，這是現階段所使用的液壓技術的基礎，而液壓技術的廣泛使用與推廣是在第二次世界大戰期間在發達國家進行的，經過多年的演變與相關技術的不斷進步，才發展為今天的液壓技術。

1.2 液壓系統的組成與功能

現階段所使用的液壓系統主要由四大部分組成，即動力系統、控制系統、執行系統與輔助系統，按照液壓系統的細分元件來說，液壓系統的工作過程如下：通過原動機將動力傳遞給液壓泵，在液壓泵的作用下，機械能轉換為液壓能，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進行工作，此過程將液壓能再轉換為機械能，從而控制最終的工作機構進行工作，同時帶動液壓馬達或液壓油缸的液壓油恢復原有壓力，并流回到液壓油箱，供后續動作使用，如圖1所示[1]。

現階段的液壓技術，主要是利用電子技術控制液壓力操作機械執行動作的過程，液壓控制的精確程度是現代化液壓技術發展的關鍵。液壓系統性能的主要影響因素如下：（1）液壓油是液壓系統維持工作的重要介質，在液壓系統中，液壓油除了起介質作用外，還擔任著液壓系統的防銹、防腐、潤滑以及冷卻等許多功能，因此，液壓油的質量與性能直接影響到液壓系統的工作狀態及相關功能的準確性。（2）液壓元件是液壓系統的基礎組成部分，它的先進與否直接影響了液壓系統的效率、復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、節能化以及環保化方向發展，這不僅在很大程度上減小了驅動功率的消耗，更方便了電子控制的實施。（3）電液比例閥是液壓系統中壓力和流量控制的關鍵元件，它通過預先設定好的程序發出電信號指令，完成對液壓系統壓力和流量的連續成比例的控制。

2 液壓技術在農業中的應用

2.1 液壓技術在我國農機上的應用過程

多年的生產實踐證明，將液壓技術應用于農業生產，能夠有效提升農機液壓系統的自動化程度，并優化農機結構，改造操作的舒適程度。目前階段，液壓技術在我國的農業機械中的應用，包括了拖拉機、耕整地機械、播種施肥機械、植保機械、收獲機械等絕大多數的農機領域，液壓技術在拖拉機上最早的應用，是農機深松整地的升降結構，之后逐漸向液壓制動、液壓轉向以及寬幅機具的折疊等方向擴展，現階段，液壓傳動技術已經成為了農業機械上必不可少的配置，液壓技術與農業機械的結合逐漸形成了眾多的新機型與新成果。例如：為聯合收割機和大馬力拖拉機配備液壓轉向系統；為優化水稻插秧機的控制方式而使用的液壓仿形系統；為中小型聯合收割機提供行進動力的靜液壓傳動系統等。液壓系統對農業機械的優化，也使農機達到了前所未有的優秀結構形式，以聯合收割機為例，液壓技術在聯合收割機上的應用包括了：割臺與分禾、喂入結構的升降；液壓轉向或輔助轉向；刀具回轉動力或撥禾輪回轉動力的提供；集糧、卸糧結構的開閉；升運器等結構位置的自動化調整等，且相關的優化和研究仍在不停地進行中。

2.2 液壓技術的主要應用形式

（1）農機具工作部件的位置調整與功能實現。 現階段農業機械應用的液壓技術很多，以噴藥機械為例：噴藥架的展開與關閉、噴藥架的高低調節、噴藥的角度調節等功能，都以液壓系統的技術支持來實現。又如，整地機械中耙片角度的調整、寬幅機具的折疊、雙向犁的翻轉，都很大程度的采用了液壓進行驅動。

（2）液壓系統為農業機械提供行進動力。現階段的很多農業機械是通過液壓馬達帶動農業機械進行行走的，這種方式中液壓的行進速度分為高速和低速兩類，農機高速行走是通過變量泵驅動液壓馬達，再由液壓馬達帶動變速箱做提速，從而帶動農機做高速行走，而低速方式主要是利用變量泵帶動液壓馬達后直接與車輪相連，帶動農機做慢速行走。液壓馬達基本結構如圖2所示。有些先進的大型農機，為提升農機的通過性，為農機裝配了全液壓的四輪驅動，以滿足大馬力農機的作業要求。

（3）使拖拉機實現負載換擋。若拖拉機使用的是傳統的齒輪變速箱，那么在換擋時必須要將離合器踩下，這時不僅行進的動力中斷，其他工作部件的運轉動力也同時被中斷，當拖拉機做大負載作業時，由于動力的中斷，掛擋后農機必須重新起步，這就在很大程度上影響了農機的生產效率，因此，很多新型的拖拉機廣泛采用了液壓機理的負載換擋機構，駕駛員能夠在不切斷動力的情況下完成擋位的變換，在一定程度提高了拖拉機的工作效率，并降低了駕駛人員的勞動強度。

（4）液壓系統可以為大型農機實現無級變速。隨著液壓技術的不斷發展，農業機械廣泛配備了液壓系統進行傳動，由于液壓技術能夠輕易地實現無級變速的功能。因此，通過液壓系統的控制來改變皮帶輪的傳動比，就能夠讓農機實現無級變速的功能，以玉米收割機為例，要使機械傳動達到行進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，調整很困難，但是通過液壓系統使兩者達到很好的匹配關系卻十分容易，因此，液壓無極調速對農業機械的設計與實際使用都有很大的好處。

（5）液壓懸掛裝置的廣泛使用。現階段，液壓懸掛裝置已經成為拖拉機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、側懸掛以及輪間懸掛發展，并實現了自動掛接功能。拖拉機上使用液壓懸掛系統，不僅能夠自動的調節農機具與拖拉機的相對位置，還能夠在整地作業過程中，根據土壤的阻力自動調節耕作深度，很大程度降低了操作復雜程度和勞動力資源的投入。

3 農機液壓系統常見故障分析

農機液壓系統的常見故障問題，主要包括液壓油污染、液壓系統過熱以及液壓系統泄露三大方面。

3.1 液壓油污染

導致液壓油發生污染的主要原因包括以下幾點：（1）由于雨水的影響或是在清洗農機的過程中，可能出現水分混入液壓油中的現象，液壓油中的水分會嚴重腐蝕液壓系統的金屬內表面，使液壓元件的壽命縮短、可靠性降低，同時還會導致液壓油的氧化變質。（2）當油管接頭松動或加油不當時，可能導致部分空氣混入液壓系統之中，由于系統中的空氣，使液壓傳動過程中易出現跳動或不規律振動，嚴重時，會因為突發的應力導致零部件損壞，甚至整個液壓系統的損壞。（3）由于液壓系統的長期使用，可能會有一些金屬顆粒或污物摻雜在液壓油之中，這不僅會對液壓元件造成嚴重的磨損，更可能會劃傷液壓油管和密封環等軟質結構，造成液壓系統的泄漏和失效。

3.2 液壓系統過熱

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

3.3 液壓系統泄漏

造成液壓系統泄漏的原因包括以下幾點：（1）液壓油管因設計或安裝問題，導致工作過程中反復彎折而出現破損。（2）密封環、油管接頭安裝不正確，出現的油液泄漏。（3）液壓零件磨損或損壞導致的油液泄漏。液壓系統的泄漏會導致液壓系統壓力不足，還可能會污染農業生產環境，影響糧食作物的收獲質量。

總之，液壓系統以其獨有的優勢為農業機械的優化與改良提供了巨大的幫助，相關的農機設計研發人員應當認真把握好液壓系統的新技術和新功能，以便為農業機械的優化升級服務。同時，農機駕駛人員也應認真做好農機液壓系統的使用與維護工作，保證液壓系統發揮其應有的工作效能。