9YYB12型智能青飼料打捆纏膜一體機液壓系統的設計

張成保，劉學峰，李青江，閔令強，任冬梅，高 強，梁榮慶，張德學

(1.山東省農業機械科學研究院,濟南 250100；2.山東雙佳農裝科技有限公司，濟南 250100)

0 引言

隨著社會的發展與農牧產業的科技進步，青貯新技術得到了廣泛應用，并逐步取代傳統窖儲青貯飼料方式。這種青貯新技術制作的青貯草包不僅可以滿足長距離運輸要求，且可以作為商品出售，解決了目前我國很多牧場與青貯飼料原料的種植地距離較遠、青貯飼料缺乏，以及供應不足的問題。圖1所示的9YYB12型智能青飼料打捆纏膜一體機(以下簡稱“9YYB12型打捆纏膜一體機”)，就是采用上述青貯新技術，專門用于制作青貯飼料的一款高效率、全智能機型，是現代化飼料青貯產業鏈中的關鍵設備。

1.包膜裝置總成 2.打捆裝置總成 3.機架總成 4.送網裝置總成 5.輸送裝置總成 6.潤滑系統總成 7.液壓系統總成 8.傳動總成 9.前料倉總成圖1 9YYB12型智能青飼料打捆纏膜一體機結構Fig.1 Structure of model 9YYB12 intelligent greenfeed banding wrapping AIO machine

整機由88.2kW或以上功率拖拉機牽引，可配合青貯收獲機進行田間移動作業，也可固定場地作業；采用半機械、半液壓傳動方式，主要包括原料輸送喂入、打捆布網及裹包纏膜3大部分。工作時，拖拉機PTO動力輸出口通過傳動軸提供作業動力，除打捆艙打捆鏈排、打捆艙輸送帶以及打捆網(膜)輥為機械傳動之外，其余動作和功能全部由液壓傳動方式完成。本文探討了9YYB12型打捆纏膜一體機的結構組成、工作原理，以及整機輸料撥料系統、打捆艙艙門啟閉系統、草捆輸送纏膜系統、漏料回收系統、草捆前后定位輥驅動和切膜刀驅動等液壓系統的設計。

1 整機主要技術參數

型號與名稱：9YYB12型打捆纏膜一體機

配套動力/kW：80～100

打捆直徑/mm： 1 000～1 150

打捆長度/mm： 1 000

網輥寬度/mm： 1 050～1 200

最大網長/m： 2 000

輪胎型號: 500/50-17

充氣壓力/bar： 1.75

控制電壓/V： 12

總長度/mm： 8 780

總寬度/mm： 2 870

總高度/mm: 3 100

整機質量/kg： 6 500

最大轉場速度/km·h-1： 40

PTO 動力輸出轉速/r·min-1: 540

2 液壓系統設計

該設備充分吸收國外多種先進機型的優點，整機液壓系統采用雙開式設計方案[1]，關鍵零部件選用原裝進口件，以保證整機性能；標準配置選用YTO-X1204四輪驅動拖拉機作為動力源，功率強勁、耗油低、易啟動，主機驅動力大、通過性好，并具有穩定的PTO動力輸出；設備具有田間移動和固定場地兩種作業形式，以固定場地作業形式為主。田間移動作業時需由拖拉機主機牽引、青貯收獲機配合完成，要求主機輸出牽引功率的同時，還要提供PTO動力輸出，因此要求拖拉機主機必須具有足夠的功率儲備和良好的田間通過能力。液壓系統是9YYB12型打捆纏膜一體機非常重要的一部分，它幾乎可以承擔和完成設備所需要的全部功能，準確實現設備在各個不同工況時的動作要求，操作簡便靈活，整個系統元件布局緊湊合理。

2.1 液壓元件組成及系統工作原理

9YYB12型打捆纏膜一體機液壓系統由青貯原料輸送系統、裹包纏膜系統和輔助液壓系統3部分組成，由拖拉機主機后PTO動力輸出給整機液壓站提供動力源，雙開式液壓系統，并配置獨立散熱裝置[2]，如圖2所示。

1.吸油精濾器 2.恒壓柱塞變量泵 3.先導二聯閥組 4.輸、撥料馬達 5.截止閥 6.艙門油缸 7.粗濾器 8.齒輪泵 9.油冷器 10.溢流閥C 11.壓油精濾器 12.壓力表 13.調速閥A 14.插裝閥 15.優先閥 16.調速閥B 17.溢流閥D 18.手動轉閥 19.輸送回收馬達 20.纏膜驅動馬達 21.電磁換向閥 22.溢流閥E 23.節流閥 24.液壓鎖 25.后輥油缸 26.前輥油缸 27.切膜刀油缸圖2 9YYB12型智能青飼料打捆纏膜一體機液壓系統Fig.2 Hydraulic system of model 9YYB12 intelligent greenfeed banding wrapping AIO machine

首先，PTO傳動軸將動力傳遞到分動箱，分動箱的一側通過一級皮帶傳動(智能張緊)和二級鏈輪傳動將動力分配給打捆艙鏈排，驅動打捆艙鏈排進行打捆作業，再通過末級皮帶傳動(智能張緊)驅動網(膜)輥旋轉進行布網(膜)作業及通過末級鏈輪傳動，驅動打捆艙輸送帶進行喂入作業；分動箱的另一側通過一級鏈輪傳動和二級皮帶傳動，經過二級升速， 將動力分配給整機液壓動力元件。

田間移動作業時，需要青貯收獲機協同配合，將收獲粉碎的青貯材料勻速拋送至設備料斗內；固定場地作業時，由裝載機或輸送機將事先粉碎好的青貯原料輸送至設備料斗內。本機青貯原料輸送系統的作用就是通過底部輸送鏈排和后端部的撥料輥將設備料斗中的青貯原料輸送至打捆艙喂入傳送帶，進行二級輸送并喂入打捆艙；撥料輥與輸送鏈排聯動，堵塞時還可反向旋轉，提高了原料輸送效率。

打捆艙是設備的一個高壓封閉空間，輸送喂入到打捆艙的青貯原料，通過艙內打捆鏈排的往復旋轉擠壓運動，將松散的青貯原料壓縮，排除內部空氣和部分水分；隨著青貯原料的不斷喂入，草捆逐漸成型，密實度逐步增加，當草捆尺寸達到設計要求時，打捆作業結束，青貯原料停止喂入。接下來將進行網(膜)捆綁作業，達到預設捆綁圈數，艙門打開，釋放草捆，并將草捆輸送至裹包纏膜位置。裹包纏膜系統的主要功能是將輸送到裹包纏膜位置的草捆進行裹包纏膜作業，同時根據用戶要求，可以調整纏膜重疊率、改變纏膜速度及設定纏膜圈數。

液壓輔助系統的主要作用是完成設備作業過程中必不可少的輔助動作，主要包括打捆艙艙門開閉、漏料回收水平鉸龍、漏料回收垂直鉸龍、草捆輸送底部鏈排、裹包纏膜前后定位輥，以及膜片切斷、夾持等。

筆者根據多年從事液壓系統研究的工作實踐，結合本國國情和產品具體情況，采用了粗吸油過濾、精吸油過濾和壓油過濾相結合的過濾方式[3]。液壓系統中安裝有吸油粗濾器、壓油精濾器和吸油精濾器，以確保系統對液壓油的清潔度要求[4]。油冷器安裝在系統低壓油路中，用于對參與工作的油液在返回油箱前進行集中冷卻散熱。該油冷器由真空釬焊式芯體、厚壁槽型鋁腔室、槽型鋼板等構成，采用鋁合金板翅式結構，內通道耐壓試驗壓力0.98MPa，散熱面積大，波紋節距均勻合理，并帶有旁通閥，特殊情況下，當油冷器堵塞時控制回油背壓上限保證油路安全。其工作可靠，散熱效率高，特別適合本設備安裝空間小，但要求有較大散熱量的情況。恒壓柱塞變量泵及定量齒輪泵接受來自拖拉機主機PTO傳動軸、分動箱的動力，通過一級鏈輪升速，由二級皮帶聯動驅動運轉，作為動力元件，為整機液壓系統提供高壓油源。

青貯原料輸送系統主要由恒壓柱塞變量泵、電液先導閥組輸料馬達控制閥片3.5及輸送撥料馬達等液壓元件組成。恒壓柱塞變量泵作為青貯原料輸送系統的動力元件，通過電液先導閥組閥片3.5控制驅動輸料撥料馬達雙向旋轉。輸料撥料馬達通過一級鏈輪傳動，經降速增扭，將動力分配給料斗底部輸送鏈排，驅動底部輸送鏈排進行青貯原料輸送作業；再通過二級鏈輪傳動，經升速，將動力分配給末級鏈輪群，同時驅動上下撥料輥進行輔助輸送撥料作業。

裹包纏膜系統主要由齒輪定量泵、電磁控制閥組21.1～21.4、纏膜回轉馬達、前輥油缸、后輥油缸、切膜刀油缸以及溢流閥C、調速閥A、優先閥、疊加溢流閥，以及疊加液壓鎖等液壓元件組成。齒輪定量泵與裹包纏膜馬達組成開式油路，通過電磁閥21.1、插裝閥和優先閥控制纏膜回轉馬達的旋轉方向和旋轉速度；電磁閥21.2、疊加溢流閥22.1和22.2、節流閥23.1、雙向液壓鎖24.1控制左前輥油缸25.1及右前輥油缸25.2的啟閉動作。其中，電磁閥21.2用于控制油缸的動作方向，疊加溢流閥22.1和22.2分別用于限定兩個方向的載荷，節流閥23.1用于控制前輥油缸小腔為高壓腔時的動作速度，雙向液壓鎖24.1用于前輥油缸的位置鎖定。電磁閥21.3、疊加溢流閥22.3和22.4、節流閥23.2、雙向液壓鎖24.2控制左后輥油缸26.1以及右后輥油缸26.2的啟閉動作。其中，電磁閥21.3用于控制油缸的動作方向，疊加溢流閥22.3和22.4分別用于限定兩個方向的載荷，節流閥23.2用于控制后輥油缸小腔為高壓腔時的動作速度，雙向液壓鎖24.2用于后輥油缸的位置鎖定。電磁閥21.4、疊加溢流閥22.5和22.6、節流閥23.3和23.4控制左右切膜刀油缸的切膜動作。其中，電磁閥21.4用于控制切膜刀油缸的運動方向，疊加溢流閥22.5和22.6分別用于限定兩個方向的載荷，節流閥23.3和23.4分別用于控制兩個方向的運動速度。另外，調速閥用于控制裹包纏膜系統總流量，溢流閥用于限定裹包纏膜系統最高工作壓力。

輔助液壓系統理論上對本機而言并不是具有某一單一功能的獨立系統，本文指的是包含在整機主液壓系統中的輔助動作，主要包括打捆艙艙門開閉、漏料回收鉸龍、草捆輸送及成品卸載等。其中，打捆艙艙門開閉動作由電液先導閥組控制閥片3.6、艙門油缸和截止閥控制執行；漏料回收鉸龍動作由電磁閥21.1、調速閥B、溢流閥D、手動轉閥及輸送回收馬達控制執行；草捆輸送及成品卸載動作由馬達19.1通過鏈輪傳動驅動草捆底部鏈排運行。

2.2 系統設計中應注意的關鍵問題分析

按項目要求，結合本機結構特點，依據緊湊型設計原則，筆者類比了荷蘭AGRONIC和日本TAKAKITA等世界著名農機品牌的設備性能，經優化和論證，確定整機采用雙開式油路系統，在安裝空間有限的情況下，兼顧系統散熱性能和油液清潔度要求的同時，有效減小了液壓油箱的體積。由于存在青貯原材料含水率較高、粉碎不均勻及成份多樣性等情況，設備作業過程中經常出現輸送堵塞或卡止現象。為此，將青貯原料輸送系統設計成節能模式，亦即，當底部輸送鏈排堵塞卡止，系統壓力升高至恒壓柱塞變量泵的PC設定值時，恒壓柱塞變量泵的斜盤開始回擺[5]，輸出流量逐漸減少，如果底部輸送鏈排堵塞卡止沒有解除，恒壓柱塞變量泵的斜盤就會繼續回擺，直至流量變為零輸出，以達到系統節能的目的。值得注意的是，恒壓柱塞變量泵的PC設定值必須低于本系統主溢流閥3.1的設定值，否則無法起到節能作用。另外，溢流閥3.3用于提供初時先導壓力，此壓力值的設定不宜太高，原則上能克服閥片3.5或3.6彈簧力[6]，推動閥芯運動即可；但減壓閥3.2的設定值原則上要略高于溢流閥3.3，從而確保電磁先導閥組的正常工作。

3 現場性能測試

為驗證9YYB12型智能青飼料打捆纏膜一體機液壓系統的功能性、可靠性及工作穩定性，以粉碎的青貯玉米秸稈為原材料，對整機液壓系統的性能進行了測試。試驗條件為固定場地作業，試驗地點位于山東省德州農慧農牧業專業合作聯合社院內，玉米秸稈原材料含水率60%，配套動力為東方紅1204拖拉機，功率為88.2kW，PTO轉速為540r/min，工作電壓12V，使用液壓油牌號為L-HM46長城牌抗磨液壓油，系統流量30L/min，油液固體污染等級不高于NAS10級。在工作過程中，整機液壓系統功能完備、可靠性較高、性能較為穩定，打捆裹包作業效率約為30包/h，漏料回收率≤2.7%。整機液壓系統主要性能指標測試結果如表1所示。其實際測試結果均在設計要求范圍之內，并符合《GB/T3766-2001液壓系統通用技術條件》的相關要求。

表1 整機液壓系統試驗性能結果Table 1 The test performance result of whole hydraulic system

4 結論

9YYB12型打捆纏膜一體機由88.2kW拖拉機牽引，田間移動作業或固定場地作業，功率匹配合理，智能化程度高，集機、電、液于一體，故障預警系統完備，具有手動操作和全自動作業兩種工作模式，使用可靠，維護方便，造型美觀。該設備工作效率高，平均每2min完成一個青貯飼料草包生產；打捆密實度高，能最大程度減少飼料內部殘存的空氣，有效抑制青貯微生物霉菌的活動，有效降低青貯飼料中的呼吸強度和干物質損失，大大提高了青貯飼料的品質。其創新點是 ：①無需主機提供液壓油源，自身配置液壓動力元件和獨立散熱系統；②將打捆機構與包膜裝置協同集成在1臺設備上，使打捆、纏膜作業一氣呵成。該機型性能先進，填補了國內空白，整機主要技術性能居國內同類產品領先水平，主要技術指標達到國際同類設備的先進水平，可替代同類進口產品，是現代青貯飼料作業中不可缺少的專用設備。