4YZ-4玉米聯合收獲機液壓主離合機構的設計

顧宗凱 李秀梅 崔中凱 張洪梁

1、道依茨法爾機械有限公司 2、山東省農業機械科學研究院 3、山東大啟機械有限公司

引言

玉米是我國的第一大糧食作物，在我國種植分布范圍廣，同時也是一種高產、穩產的糧食作物，其生產總值在國民經濟中占有很重要的地位。玉米籽粒含有較豐富的營養物質和微量元素，不僅是我國重要的糧食作物，而且是發展畜牧業的重要飼料，又是輕工業、食品業等不可缺少的原料之一，所以玉米產業對農業、農民、農村乃至整個國民經濟都有重要意義。近幾年隨著我國城鎮化速度的不斷加快，城市吸引了大量農村青壯年勞動力流向城市，農村勞動力越來越少，因此加快提升玉米收獲過程的機械化水平，對提高生產效率、減輕勞動強度、降低收獲損失和確保豐收具有非常重要的意義[1-2]。

現階段我國玉米收獲機械技術在不斷創新，逐漸向著智能化、高效化和現代化的方向發展。玉米收獲機的傳動部件、收割臺、輸送機構、剝皮機構和糧箱等關鍵零部件都設置有傳感器檢測機器工作狀態，以降低玉米收獲機的故障率，提高機器的使用壽命。而目前國內市場上開發研制的玉米收獲機的主離合機構由于采用傳動皮帶漲緊方式，降低了主離合傳動皮帶的傳動效率和使用壽命，從而間接造成后期使用成本的提高[3-4]，為此本文設計了一種新型的液壓主離合機構，以提高主離合傳動皮帶的傳動效率和壽命。

1 機具結構特點及工作原理

1.1 總體結構

4YZ-4玉米收獲機液壓主離合機構由漲緊輪組件、拉桿、復位彈簧、發動機帶輪、主傳動帶輪、傳動皮帶、安全開關、主離合油缸、離合搖臂、油管一、油管二、泄壓閥、液壓油箱、回油管二、回油管一、三通接頭一、油管三、油管四、多路換向閥、三通接頭二等組成。總體結構如圖1所示：

圖1 4YZ-4玉米收獲機液壓主離合機構結構簡圖

1.2 工作原理

本機構工作時通過操縱多路換向閥主離合手柄控制主離合油缸8伸長，驅動離合搖臂9帶動拉桿2使漲緊輪組件1壓緊傳動皮帶6，從而將發動機帶輪4的動力通過傳動皮帶6傳遞到主傳動帶輪5，進而驅動割臺、輸送、剝皮機、切碎還田等機構的運轉。當收獲完成后，通過操縱主離合液壓手柄控制主離合油缸8縮短，驅動離合搖臂9帶動拉桿2使漲緊輪組件1放松對傳動皮帶6的壓緊，從而使發動機帶輪4的動力不再通過傳動皮帶6傳遞到主傳動帶輪5上，此時復位彈簧3同時發揮作用，通過拉桿2的作用加快漲緊輪組件1的放松速度，迅速切斷動力，進而起到保護傳動皮帶6的作用。

玉米收獲機液壓主離合機構主要由安裝在機架上的主離合油缸8、離合搖臂9、安全開關7、主傳動帶輪5、液壓油箱13、漲緊輪組件1、多路換向閥19等組成，其中離合搖臂9一端連接主離合油缸8，一端連接拉桿2，而復位彈簧3安裝在拉桿2上，油管一10和油管二11安裝在主離合油缸上8，回油管一15一端連接泄壓閥12一端通過三通油管一16與主離合油缸8后油口和油管二11連接；泄壓閥12通過三通接頭二20與回油管二14和液壓油箱13連接，其目的是異常情況下使主離合油缸8的高壓油可通過操縱泄壓閥12，使其直接回液壓油箱13，傳動皮帶6連接發動機帶輪4和主傳動帶輪5。當玉米收獲機進行收獲時，通過操縱多路換向閥主離合手柄控制主離合油缸8伸長，驅動離合搖臂9帶動拉桿2使漲緊輪組件1壓緊傳動皮帶6，從而將發動機帶輪4的動力通過傳動皮帶6傳遞到主傳動帶輪5，進而驅動如割臺、升運器、剝皮機、切碎還田等機構運轉。當收獲完成后，通過操縱液壓控制閥手柄控制主離合油缸8縮短，驅動離合搖臂9帶動拉桿2使漲緊輪組件1放松對傳動皮帶6的壓緊，從而使發動機帶輪4的動力不再通過傳動皮帶6傳遞到主傳動帶輪5上，此時復位彈簧3同時發揮作用，通過拉桿2的作用加快漲緊輪組件1的放松速度，迅速切斷動力，進而起到保護傳動皮帶6的作用。而安裝在油管二11上的泄壓閥12是常閉的，當玉米收獲機在收獲時，如發生因割臺堵塞或其它意外情況而使發動機停止運轉時，此時由于安全開關7處于將發動機啟動線路切斷狀態，發動機無法啟動，因為在漲緊輪組件1處于壓緊傳動皮帶6時，如果貿然啟動發動機會造成發動機的啟動系統因過載而損壞，也可能會由于發動機帶負荷啟動造成工作系統突然運轉而引發其他意外事故；此時需要操作液壓泄壓閥12上的操縱手柄，使主離合油缸8里面的高壓液壓油通過泄壓閥12及與之連接的管路直接回液壓油箱13，此時在復位彈簧3和拉桿2的作用下使漲緊輪組件1處于對傳動皮帶6放松的狀態。使發動機帶輪4的動力不能通過傳動皮帶6傳遞到主傳動帶輪5上；當漲緊輪組件1處于放松傳動皮帶6狀態時，安全開關7在漲緊組件1的作用下處于發動機啟動線路接通狀態，此時通過操作發動機啟動開關，可以啟動發動機，從而達到保護發動機和主傳動機構的目的[5-6]。

2 主要零部件設計

2.1 主離合油缸確定

通過查詢有關資料[3-8]及參考同型號產品，采用機械式離合操縱機構漲緊輪給予皮帶的壓力為600～700kN之間，主離合油缸推力為：

公式中：F1為油缸推力（kN），P1為工作壓力（MPa），D為活塞直徑（m）。

則確定系統壓力為16MPa，主離合油缸的缸徑為40mm，活塞桿徑為25mm，油缸壁厚為5mm，離合搖臂與漲緊輪搖臂長度比為1:3，計算后得到F1=370kN，符合設計規范。

2.2 主離合鋼制油管壁厚計算

通過查詢有關資料[2]及參考同型號產品，鋼制油管采用20＃無縫鋼管，壁厚為1.5mm,

P為管道內最高工作壓力（Pa），d為管道內徑（m），[σ]為材料的需用壓力（Pa），則確定系統壓力為16MPa，計算后得到δ=0.7mm，符合設計規范。

2.3 其它液壓元件設計

泄壓閥采用額定壓力31.5MPa，通徑8mm；膠管采用內徑為8mm，兩層鋼絲編織層加強，最大工作壓力35MPa，接頭均采用國標件，通徑12mm。液壓油箱、多路閥均為專業廠家根據圖紙和相關標準制造、檢測[7-9]。

2.4 其它機構件設計

機構所用結構件采用型材和板材焊接而成，重量輕，美觀。

3 結語

4YZ-4玉米收獲機液壓主離合機構采用液壓操控的方式代替傳統的機械拉桿操控，通過操縱手柄操縱一組液壓元件，用較小的操縱力就可以控制較大的力，進而解決了玉米收獲機在結合與分離過程中操縱力過大或行程過長的問題，從而使主離合傳動皮帶張緊力更好地滿足使用要求，有效地減輕了操作者的勞動強度并提高了傳動皮帶的傳動效率和壽命。

該機構裝有安全開關和泄壓閥，收獲出現意外時可防止誤操作，有效保護操作者和收獲機的安全[9]。裝在拉桿上的復位彈簧及漲緊輪組件能迅速不再于皮帶接觸，起到保護皮帶的作用。

實踐證明，該機構結構簡單，安全可靠，將會產生很好的社會效益和經濟效益。