液壓驅動系統在輪式谷物聯合收割機上的運用

□ 王海瑞（鶴壁職業技術學院，河南 鶴壁 458030）

液壓驅動系統因為具有較寬的調速范圍，且操作舒適方便，不容易發生故障，安裝較為靈活等多項優勢，適合在工況條件較為惡劣的農業機械設備中使用。在我國現代農業機械設備生產制造過程中，液壓驅動系統逐漸得到廣泛應用，其中，輪式谷物聯合收割機中應用液壓驅動系統已取得良好的效果，能夠有效提升收割機運行穩定性，同時能夠降低故障發生率，有利于全面優化和控制農業生產成本。

一、液壓驅動系統及輪式谷物聯合收割機簡要介紹

（一）傳統傳動驅動系統動力傳輸原理

當前所采用的農業機械設備中，主要應用傳統的驅動方式，其動力傳輸方式為：發動機→無級變速輪→變速箱→輪邊減速器→驅動輪。液壓驅動系統的基本運行方式為：將驅動力直接傳遞到變速箱中，同時傳遞到輪邊減速器中，以此驅動設備運行；變速裝置通過調整變徑比和變速箱檔位的方式對行走速度進行控制，從而能夠滿足輪式谷物聯合收割機在運行過程中的速度調節需求；變速箱具有倒檔功能，能夠操控輪式谷物聯合收割機前進和后退；驅動系統在高溫、高濕以及高阻力的土壤環境中運行時，由于負載較大，容易出現V帶老化、打滑以及斷裂等問題［1］。

（二）液壓驅動系統動力傳輸原理

液壓驅動是當前應用較為廣泛的一項驅動方式，以液體作為能源主要動力媒介，能夠產生較大的能量，使機械設備能夠保持充足的動力以開展各項工作，是保證機械設備作業效率的重要動力系統。以某輪式谷物聯合收割機所采用的液壓驅動系統為例，其動力傳輸路線為：發動機→變量泵→定量馬達→變速箱→輪邊減速器→驅動輪；按照農業生產的實際需求，能夠對變速箱進行調整，且變速裝置中不要設計倒檔功能，保證行走能夠滿足農業生產基本要求即可，具有結構設計較為簡單的優勢。圖1和圖2分別介紹了液壓驅動系統結構以及運行原理。

圖1 液壓驅動系統簡圖

圖2 液壓驅動聯合谷物收割機驅動系統的液壓原理圖

（三）輪式谷物聯合收割機

輪式谷物聯合收割機是能用于收割作物的綜合性耕作裝置，是將農業生產涉及的多項工序整合在一臺設備中，從農田中直接獲取谷物的收割機械。在輪式谷物聯合收割機使用前，脫粒機以及機械收割等作業設備使得農業生產效率得到很大提升，人工耕作模式逐漸被取代；在輪式谷物聯合收割機出現后，又進一步提升了農業耕作生產效率，使得農民能夠以單一的操作完成收割工作，從而節省人力成本與物力成本。我國輪式谷物聯合收割機研究開發起步較晚，早期以從其他國家進口為主，很多連接或支撐部位沒有經過詳細的計算設計，而是根據其他國家已造好的收割機的尺寸設計制造的，使得收割機體積龐大、質量偏大；在我國農業機械設備制造水平不斷升級的背景下，輪式谷物聯合收割機制造逐漸取得創新，在傳統機械設備的基礎上，對收割機的各個系統、零部件等進行了優化，結合我國農田耕作實際情況進行了重新設計，從而使得輪式谷物聯合收割機作業效率得以大幅度提升［2］。當前，輪式谷物聯合收割機在我國華北地區、東北地區、西北地區、中部地區，以及寒地環境地區已取得廣泛應用，在常見的糧食作物中具有良好應用效果，且能夠在一定距離內行走，能夠跨農業區域開展收割作業。在輪式谷物聯合收割機的系統結構設計中，液壓驅動系統結構設計具有重要意義，通過對傳統的驅動結構進行優化，從而使得輪式谷物聯合收割機動力更加充足、運行更加穩定，輪式谷物聯合收割機制造領域已取得關鍵突破。

二、液壓驅動系統在輪式谷物聯合收割機上中的具體應用

傳統驅動系統在輪式谷物聯合收割機中的應用效果不夠理想，在此背景下液壓驅動系統廣泛被使用，但是因為缺乏實踐經驗，導致液壓驅動系統在輪式谷物聯合收割機中的應用效果不夠好，經常會出現油溫過高、無法剎車、液壓油污染嚴重以及運行負荷超標等問題，無法保證輪式谷物聯合收割機工作效率，甚至會引發農業生產安全問題。基于此，本文提出對輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統的優化應用方案，對其馬達、變量泵、剎車閥、油箱、過濾器、冷卻器以及液壓油的具體應用提出全新方案。

（一）軸向柱塞馬達選擇

在液壓系統運行過程中，需要通過壓力驅動馬達進行旋轉，使得馬達能夠將轉動力矩與轉速輸出，所以首先必須做好馬達選擇工作。在本次設計方案中，采用軸向柱塞馬達，該馬達中具有一體化的沖洗閥等設施，沖洗閥能夠實現對軸向柱塞馬達的沖洗冷卻功能，從而保證馬達運行溫度正常。某輪式谷物聯合收割機的基本參數為：整車質量為9t；最大行走速度為25km/h；最大爬坡角度為20°；最差工作地面為泥土或沙土。按照輪式谷物聯合收割機的使用工況條件，對各項性能參數進行準確計算，得到實際需要的新能參數，并依據其他參數設計該輪式谷物聯合收割機的驅動系統運行壓力為25MPa，結合相關公式，選擇馬達為75mL/r。

（二）軸向柱塞變量泵選擇

變量泵在機械設備的液壓驅動系統中具有重要作用，能夠依據實際運行功率，對液壓系統運行狀態進行調節，使其運行狀態與實際要求相符合，通過調整油液以及壓力差等方式，對馬達輸出功率進行調整，通常情況下，補油泵需要與柱塞變量泵采用集成化設計方式，通過驅動軸實現對整體設備的驅動；在系統液壓油補充中，主要依靠補油泵設備，補油泵能夠補充馬達泄漏的油液，其他的油能夠進入對應的系統中；在補油泵設備中，包括單向閥和溢流閥，溢流閥能夠保證油液正確進入補油位置，從而避免產生油液浪費，還能夠提高實際運行性能。變量泵可以采用手動控制模式、液壓先導控制模式以及電比控制模式等，本次設計方案中結合相關數據采用70mL/r的手動控制變量泵［3］。

（三）剎車閥選擇

輪式谷物聯合收割機在耕作生產使用中，在推拉軟軸不處于中位的狀態下，作業人員踩動踏板時，變量油泵則不會處于中位位置，此時已然具有一定的動能，所以，雖然停止制動后動力下降，仍會使得輪式谷物聯合收割機繼續行走，輪式谷物聯合收割機克服制動力會保持低速行走狀態，這不僅不符合國家規定的制動距離規定標準，同時還會導致其后續的使用性能受到影響。所以，為了能夠實現機械設備的良好啟停控制，可以選擇在系統中采用剎車閥的模式，使得電信號能夠用于剎車制動，確保工作人員踩下停止制動后，剎車閥能夠控制設備停止，在同等壓力的狀態下，變量泵斜盤在彈簧力的作用下會自動回到中位，將擺動角度歸零，輪式谷物聯合收割機在制動力的作用下則會停止行走。在增加剎車閥后，農民在使用輪式谷物聯合收割機遇到緊急情況時，比如前方出現人或動物，能夠直接踩踏制動踏板，實現緊急停止，不僅能夠延長輪式谷物聯合收割機使用壽命，同時能夠提高農業生產安全性［4］。

（四）油箱設計

油箱作為輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統的基本構成部件，用于機械設備運行的油液供給。為了能夠滿足液壓系統控制需求，在設計過程中，需要依據實際流量需求做好油箱尺寸設計，確保油箱尺寸能夠滿足設備運行需求；在油箱內部構件等設計時，需要做好密封設計，避免油箱中出現汽化問題，否則會導致油液浪費，同時無法補充充足的油液；為了保證油箱清潔，并提高油液質量，可以在油箱出口區域安裝過濾器，自動過濾，過濾后油液質量得到提升，還能夠避免出現油污等，從而為后期維護保養工作提供有利條件。

（五）過濾器選擇

在輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統的過濾器設計中，通過過濾作用能夠使得油液質量提升，確保油液純凈度，防止質量較低的油液對機械設備運行造成影響，一般可以采用外部過濾的方式，過濾時可以選擇過濾網等設備，依據油液體積大小，確定過濾網篩孔孔徑，確保過濾后雜質能夠去除，從而能夠提高液壓驅動運行效果，防止受到不良影響［5］。

（六）冷卻器選擇

冷卻器作為輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統中的重要裝置，需要散發液壓驅動系統最大功率25%左右的熱能，保證通過冷卻后的殼體溫度能夠達到機械設備安全運行規定，防止由于溫度過高等因素導致設備運行受到影響，從而提高機械設備運行安全性，

（七）液壓油選擇

液壓元件是否能夠達到最為理想的性能與使用壽命，在很大程度上受到液壓油種類以及質量的影響，所以，在選擇輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統的液壓油時，需要嚴格依據相關規定，避免選擇存在質量問題的液壓油，否則會對輪式谷物聯合收割機運行產生很大負面影響。在液壓油使用過程中，需要定期檢查液壓油的各參數性能指標，主要包括液壓油的顏色、味道、水分、雜質、金屬含量、添加劑元素以及氧化產物等，如果發現液壓油出現質量問題，需要及時更換液壓油，定期對液壓驅動系統進行徹底清理，采用新的液壓油對液壓驅動系統進行清洗，從而將原有液壓油中的雜質全部去除，確保液壓驅動系統處于正常工作狀態。

三、輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統測試分析

某輪式谷物聯合收割機試驗樣車的技術參數為：變量泵排量，27mL；作業檔高速，9.60km/h；系統標定壓力，25MPa；補油泵壓力，2MPa；液壓油型號，HM46；系統允許油溫，＜90℃。

從該輪式谷物聯合收割機啟動時開始計時，在農田道路中形式穩定后進入作業狀態，在測試過程中，保持輪式谷物聯合收割機作業檔高速，表1為測試結果各項數據。

表1 測試結果各項數據

環境溫度 35℃5測試前系統油溫 38℃4 6 作業時系統油溫峰值 69℃

在環境溫度為35℃的條件下，經過1個小時的試驗得到上述數據，液壓驅動系統最高油溫為69℃，低于90℃允許規定，能夠滿足液壓油使用標準；輪式谷物聯合收割機變量泵的高壓溢流閥壓力調整為40MPa；通過本次測試可以看出，在作業檔高速9.60km/h的條件下，液壓驅動系統穩定壓力為23MPa，符合設計規范，雖然在輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統啟動以及換檔過程中出現35MPa的壓力變化，但是沒有超過高壓溢流的調定壓力，說明本次輪式谷物聯合收割機設計取得良好效果，輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統能夠保持穩定狀態支持農業生產工作。本文所提出的輪式谷物聯合收割機液壓驅動系統設計方案，對常規的液壓驅動設計方案進行優化，在實際應用過程中取得良好效果，全面提升了輪式谷物聯合收割機運行穩定性與安全性。

本文簡要闡述了液壓驅動系統以及輪式谷物聯合收割機的基本工作原理，并提出一種液壓驅動系統優化應用方案，在實踐測試中證明該液壓驅動系統應用方案具有良好的效果，希望能夠對我國輪式谷物聯合收割機設計生產起到一定的借鑒和幫助作用，以不斷提高輪式谷物聯合收割機設計水平。