基于pro/e的旋耕機建模和仿真研究

王強 周永升

摘 要：中國是一個農業大國，近年來，中國經濟發展迅速，農村市場是一個極具潛力的市場，根據預測，近兩年農業林業發展趨勢正在穩步上升。提高林業果園機械化管理這一方面是十分重要的。旋耕機的建模和仿真研究，對林業和果業機械化程度的快速成長有很好的研究意義。由于農業，果園特殊工作條件的限制，優化旋耕機的工作缺陷，從而保證旋耕機在特定環境下完成工作任務是本論文研究的主要方向。

關鍵詞：旋耕機；氣壓系統；建模和仿真研究；林業果業

Abstract：China is an agricultural country，China's rapid economic development，accompanied by state analysis and adjustment of industrial structure in agriculture，Rotary cultivator at present stage the machinery in the agricultural and orchard has become more urgent and widely used，but due to the agriculture，the limitation of orchard special working conditions，therefore improve the rotary cultivator work defects under certain conditions，to ensure that rotary cultivator machinery in forestry and orchard to complete tasks in a certain environment is the main direction of this topic research.

Key words：rotary cultivator；Hydraulic and pneumatic systems；Modeling and simulation studies；The rewords of foretry

近年來伴隨科技水平的快速發展，市場對農具機械的要求也不斷提高，對于旋耕機的研制和發展也應在這個發展潮流中得到重視和研究。通過對本國各省農業果業生產特征的研究，設計出適合現代林果產業耕作的旋耕機，對于其發展具有十分光明的前景。

1 旋耕機簡介

從農業果園作業的定義來看，其主要包括對土地進行耕種、管理種下的樹木的樹體、有規律的灌溉土地使其保持濕潤、時時保護樹木防止其被害蟲損害、對成熟的糧食和果實進行收獲等各部分內容。[1]但是在該方面，有一種機械還沒有被普遍應用，那就是擁有橫向仿形液壓系統的旋耕機，因此研究一個能夠應用于該方面的旋耕機就顯得十分重要。[2]為此，本文以使用橫向仿形液壓系統的旋耕機為研究對象，進行了一系列的研究工作。

1.1 農田果園機械化研究現狀

就當前情況來看，我們國家的農業果園作業方面存在著依靠人工處理的程度較高、機械化程度相對應的較低的特點，應用于該方面的高效率的大型機械相當稀少，這就造成了該方面的作業效果很不好，不但進行生產的成本非常的高昂，而且生產效率卻較低。[3]我國的應用于果園作業的機械的發展水平相對較低，國內各個產區的發展狀況也非常的不平衡。因此，在此方面適用于農作物果園的機械具備良好的發展前景。[4]

1.2 機器裝置

從傳感器發出來的信號及相應的安裝位置來分析，整個回路圖是根據旋耕機的裝置參數來確定的。由刀片，變速箱，調整裝置，扶手等結構組成。

2 旋耕機結構分析

2.1 旋耕機工作原理

信號的傳遞是旋耕機的最重要的工作部分，當工作中的旋耕機感部件遇到障礙物時感應系統會一次信號傳遞，具體傳遞過程如下：調節立軸轉動在彈齒發生位置移動或者機箱發生震動作用下會發生轉動，進而使調節手柄發生一定的變化，相應的信號傳遞給液壓系統。彈力的存在會在齒輪在旋耕機機具安全繞過障礙物后重新回歸原來的位置，進而使手柄回到原始位置，至此完成一次完整的信號傳遞，感應系統可以隨時準備著第二次信號的傳遞。[5]

2.2 旋耕機液壓系統

2.2.1透徹了解液壓系統的使用要求，并且進行載荷特性分析[6]

（1）使用要求。此次設計的液壓傳遞系統是用以林業果業旋耕機，對機械化程度的應用在林業果業這種特殊工作要求下的工作質量，工作效率，進而達到在旋耕機工時不損傷農作物的根本要求。

（2）系統載荷特性分析。讓液壓傳遞系統的載荷等于旋耕機在觸及障礙物時所移動的阻力。根據實際情況分析其不同的阻力情況。

2.2.2液壓系統方案設計

（1）回路方法：選擇開放式回路，回油箱接收執行器排除的油，齒輪泵入口進入沉淀和冷卻后的油。

（2）液壓油的選擇：我們選用耐磨液壓油或者低凝液壓油會更好適用于旋耕機在室外操作。

（3）壓力推薦表：經表可知旋耕機液壓傳遞系統的額定工作壓力為100.160MPa。

此液壓傳動系統的目的是讓旋耕機經過移動之后恢復原始位置，對于旋耕機，我們選擇活塞液壓缸。

（4）確定液壓泵。對比途中數據以及我們實際的工作情況，我們設計由拖拉機提供動力的旋耕機機械，由拖拉機的工作原理不難得出我們所需要的動力源，這樣的設計十分簡便。

（5）調速方式的選擇：拖拉機的動力決定了齒輪泵的動力。由此可得液壓傳遞系統的流量由齒輪泵的轉速決定，最終由拖拉機輸出動力決定，并且由此調速。

（6）調壓方式的確定：系統最高壓力由安全閥限制，因此應保證系統工作壓力的恒定，所以在進油和回油的系統中定為安全閥，溢流閥接在液壓泵的出口處。

（7）換向回路的選擇：旋耕機的設計的目的加速了人工智能的步調。對于換向回路的設計，我們采用感應彈齒在遇到障礙物和離開障礙物位置變化所引起的液壓系統的變化。

2.2.3選擇液壓元件

（1）選擇液壓閥和過濾器：流溢閥的最大工作壓力首先要確定液壓閥的最大工作流量，然后對液壓閥的工作壓力進行分析，確定最高工作壓力。

Δp=5×105Pa

由先導式溢流閥和壓力繼電器組成卸載回路，根據壓力信號轉化為電信號的原理選取壓力繼電器選取WGAM.10/10/210先導式溢流閥最為合適，因此選取壓力繼電器DEH5A16/450Z45S，壓力設置為15MPa。

（2）液壓系統齒輪泵根據設計的需要選用二位四通閥，經過查找資料可知 選用HD.A4S.00型符合標準。

（3）之所以選取吸油線隙式過濾器是因為過濾器是齒輪泵額定排量的兩倍。經過查找資料得ZV—A23B200符合設計要求。

2.2.4驗算整個系統的可靠度

（1）在旋耕機工作移動時，由理論知識可得液壓缸的進出油量相等。[8]此系統完成工作任務后其進出油管長度為L=1.9 m，油管直徑d=10*10^.3 m，最低溫度為15攝氏度，進油路的流量為q=2L/min，回油路流量為2L/min。

經驗算，在工作過程中，我們選擇的壓力損失值都大于旋耕機實際工作的壓力損失值，則說明我們選擇的整個系統的元件參數和各個結構都符合工作要求。

（2）驗算液壓系統的工作溫度。工作過程中，系統的發熱主要是工進階段建成的[9]所以工進階段所占用的時間最大。所以按工作進路，工作流兩來驗算并系統升溫。

在系統工進時，液壓泵的功率為P1=8.3kW。

綜上分析結果可得，各個環節都可以達到工作要求。

3 結語

由于工作條件的限制和制約，旋耕機在林園和果園工作時，可能出現損傷果園林園農作物的現象。本文設計的這套系統由液壓系統傳遞給整個旋耕機機機構，所以在工作時能夠有效地解決這些困難。整個機器在彈齒機構的傳感下，將信號傳遞給整個液壓系統，然后完成避免損傷果樹等農作物的任務。

參考文獻：

[1]李寶筏.農業機械學[M].北京：中國農業出版社，2003，10（7）：29.31.

[2]孟祥金.果園機械現狀與發展[J].烏魯木齊：新疆農墾科學院，2012，4.5.

[3]高連興.農業機械概論[M].北京：中國農業出版社，2000：40.45.

[4]許福玲，陳堯明.液壓與氣動傳動[M].北京：北京機械工業出版社，2010，45.60.

[5]馬玉貴.液壓件使用與維修技術大全[M].上海：中國建材工業出版社，1995（1）：126.127.

[6]雷天覺.液壓工程手冊[M].北京：北京機械工業出版社，1990.

[7]馬玉貴.液壓件使用與維修技術大全[M].北京：中國機械工業出版社，1995（1）：136.139.

[8]薛祖德.液壓傳動[M].北京：中國廣播電視大學出版社，1995（1）：25.26.

[9]官忠范.液壓傳動系統[M].北京：北京機械工業出版社，1989（3）：132.133.