淺析液壓驅動技術在拖拉機中的應用

高 鋒

（開遠市農業機械管理總站，云南 紅河州 661600）

液壓驅動技術是利用液體的壓力和流量來傳遞和控制動力的一種技術，具有結構簡單、功率密度高、響應快、控制靈活等優點，被廣泛應用于工程機械、農業機械、航空航天等領域。拖拉機是農業生產中不可缺少的機械設備，其行走系統和工作裝置的性能直接影響著農業生產的效率和質量。液壓驅動技術在拖拉機中的應用，可以提高拖拉機的動力性能、經濟性、安全性和舒適性，滿足不同工況和作業要求。

1 液壓驅動技術的概念和特點

液壓驅動技術是利用液體的壓力和流量來傳遞和控制動力的一種技術，它具有五種主要特點。一是高效率，液壓驅動系統的效率一般在80%～90%，遠高于機械傳動和電傳動。二是靈活性，液壓驅動系統可以實現多種運動方式，如直線運動、旋轉運動、擺動運動等，而且可以方便地改變運動方向、速度和力矩。三是緊湊性，液壓驅動系統的結構緊湊，重量輕，占用空間小，適合拖拉機等農業機械的安裝和布置。四是可靠性，液壓驅動系統的工作可靠，不易受到溫度、濕度、灰塵等環境因素的影響，而且具有良好的自我保護功能，可以防止過載和沖擊。五是易于控制，液壓驅動系統可以實現精確的位置、速度、力矩和壓力控制，而且可以與電氣、機械、電子等其他控制方式相結合，實現自動化和智能化[1]。

2 液壓驅動技術在拖拉機中的應用方式和原理

2.1 在行走系統中的應用

2.1.1 液壓變速器

液壓變速器是一種利用液壓油的壓力和流量變化來實現拖拉機行走速度調節的裝置。它由液壓泵、液壓馬達、控制閥和油路等組成。液壓泵將發動機的功率轉換為液壓油的壓力和流量，液壓馬達將液壓油的壓力和流量轉換為拖拉機的行走扭矩和速度。控制閥可以根據駕駛員的操作來調節液壓油的流向和流量，從而改變拖拉機的行走方向和速度。油路是連接液壓泵、液壓馬達和控制閥的管道和軟管，用于輸送液壓油。

2.1.2 液壓差速器

液壓差速器是一種利用液壓油的壓力來控制拖拉機兩側車輪轉速差的裝置。它的主要作用是在拖拉機轉彎時，使內外側車輪的轉速自動適應轉彎半徑的變化，從而減少車輪打滑和磨損，提高拖拉機的行駛穩定性和牽引效率。液壓差速器的基本原理是：當拖拉機直行時，兩側車輪的轉速相同，液壓差速器中的液壓油不流動，兩側車輪之間沒有扭矩傳遞；當拖拉機轉彎時，兩側車輪的轉速不同，液壓差速器中的液壓油流動，通過液壓泵和液壓馬達的作用，使內外側車輪之間產生扭矩傳遞，從而實現差速調節[2]。

2.1.3 液壓制動器

液壓制動器是一種利用液壓油的壓力來控制拖拉機車輪制動力的裝置。它的主要作用是在拖拉機需要減速或停車時，使車輪產生足夠的摩擦力，從而實現拖拉機的安全行駛。液壓制動器的基本原理是：當司機踩下制動踏板時，制動踏板上的制動主缸產生液壓油壓力，通過制動管道將液壓油壓力傳遞到各個車輪上的制動副缸，使制動副缸中的活塞推動制動片與車輪之間的制動盤或制動鼓相接觸，從而產生摩擦力，使車輪減速或停止[3]。液壓制動器的主要結構有制動主缸、制動副缸、制動管道、制動片、制動盤或制動鼓等，優點有傳遞效率高、響應速度快、操作方便、適應性強等。

2.2 在工作裝置中的應用

2.2.1 液壓懸掛系統

液壓懸掛系統利用液壓油的壓力和流量來調節拖拉機的懸掛剛度和高度，以適應不同的工作條件和路面狀況。液壓懸掛系統主要由液壓泵、液壓缸、液壓閥、油箱、傳感器和控制器等組成。液壓泵向液壓缸提供壓力油，液壓缸通過伸縮來改變拖拉機的懸掛高度，液壓閥控制油液的流向和流量，油箱儲存油液，傳感器檢測拖拉機的懸掛狀態和路面狀況，控制器根據傳感器的信號來調節液壓閥的開度，從而實現對懸掛剛度和高度的自動控制。

液壓懸掛系統具有以下優點：一是能夠提高拖拉機的行駛穩定性和舒適性，減少拖拉機和駕駛員的疲勞；二是能夠提高拖拉機的牽引力和抓地力，提高拖拉機的工作效率；三是能夠保護拖拉機的結構件和工作裝置，延長拖拉機的使用壽命。根據不同的工作模式，液壓懸掛系統可以分為固定模式、自動模式和手動模式。固定模式下，懸掛高度和剛度保持不變，適用于平坦路面或低速行駛；自動模式下，懸掛高度和剛度根據路面狀況自動調節，適用于復雜路面或高速行駛；手動模式下，懸掛高度和剛度由駕駛員手動調節，適用于特殊工作條件或個性化需求。

目前，國內外已經有多種類型的液壓懸掛系統應用于拖拉機中，如單點式、雙點式、四點式等。其中，四點式液壓懸掛系統是最先進的一種，它可以對拖拉機前后左右四個支點進行獨立控制，實現最佳的懸掛效果。該系統的典型參數如下：液壓泵的額定流量為40 L/min，額定壓力為20 MPa；液壓缸的行程為200 mm，直徑為80 mm；液壓閥的最大開度為80%，最小開度為10%；傳感器的精度為0.1 mm；控制器的響應時間為0.01 s[4]。在實際應用中，此類系統表現出了良好的性能和可靠性，具有重要的應用價值。

2.2.2 液壓轉向系統

液壓轉向系統是利用液壓油的壓力來實現拖拉機轉向控制的系統。液壓轉向系統的主要組成部分有液壓泵、液壓缸、轉向閥、油箱、油管等。液壓轉向系統的工作原理是：當駕駛員轉動方向盤時，轉向閥會根據方向盤的轉角和轉速，控制液壓泵向左右兩個液壓缸輸送不同的油量和油壓，從而推動前輪或后輪產生相應的轉向角度，實現拖拉機的轉向。液壓轉向系統的優點有操作輕便、響應快速、轉向精確、可靠性高、維護方便等。常見的液壓轉向系統的技術參數包括多個方面，例如：液壓泵的流量為20 L/min，最大工作壓力為16 MPa；液壓缸的有效面積為100 cm2，行程為200 mm；轉向閥的最大流量為25 L/min，最大工作壓力為18 MPa；油箱的容積為40 L，油溫范圍為-10 ℃～80 ℃；油管的內徑為10 mm，長度為1.5 m等[5]。

2.2.3 液壓升降系統

1）液壓升降系統是拖拉機工作裝置中的重要組成部分，它主要用于控制拖拉機后部的懸掛裝置和連接的農具的升降動作，以適應不同作業條件和要求。液壓升降系統一般由液壓泵、液壓缸、液控閥、油箱、管路和傳感器等組成。液壓泵向液壓缸提供壓力油，液壓缸通過活塞桿帶動懸掛裝置和農具的升降，液控閥控制油路的通斷和方向，油箱儲存和過濾工作油液，管路連接各個元件，傳感器檢測系統的工作狀態和參數[6]。

2）拖拉機上常用的液壓泵有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵等，它們各有優缺點，需要根據拖拉機的功率、工作速度和負載等因素選擇合適的液壓泵。一般來說，齒輪泵結構簡單、成本低、維護方便，但效率低、噪聲大、容易磨損；葉片泵效率高、噪聲小、壽命長，但結構復雜、成本高、對油液質量要求高；柱塞泵效率最高、噪聲最小、承受壓力最大，但結構最復雜、成本最高、對油液質量要求最高[7]。目前，國內外拖拉機普遍采用的是葉片泵或柱塞泵，其額定流量一般在20 L/min～40 L/min之間，額定壓力一般在16 MPa～25 MPa之間。

3）液壓缸是液壓升降系統中實現動力輸出的元件，它由缸體、活塞、活塞桿、密封件和端蓋等組成。液壓缸的結構應該滿足以下要求：缸體應該具有足夠的強度和剛度，防止變形和破裂；活塞應該與缸體配合良好，保證密封性能；活塞桿應該具有足夠的抗彎強度和耐磨性，防止彎曲和劃傷；密封件應該具有良好的耐溫性和耐老化性，防止漏油和損壞；端蓋應該具有良好的密封性能和可拆卸性，方便維修和更換。液壓缸的參數主要包括缸徑、活塞桿直徑、行程和工作壓力等，它們影響著液壓缸的輸出力矩、速度和效率。一般來說，缸徑越大，輸出力矩越大，但速度越慢；活塞桿直徑越大，抗彎強度越大，但輸出力矩越小；行程越長，升降范圍越大，但結構越長；工作壓力越高，輸出力矩越大，但油液溫度越高[8]。目前，國內外拖拉機上常用的液壓缸缸徑一般在50 mm～100 mm之間，活塞桿直徑一般在25 mm～50 mm之間，行程一般在300 mm～600 mm之間，工作壓力一般在16 MPa～25 MPa之間。

4）液控閥是液壓升降系統中實現油路控制的元件，它由閥體、閥芯、閥座、彈簧、電磁鐵和手柄等組成。液控閥的類型有很多，根據其功能可以分為方向控制閥、壓力控制閥和流量控制閥等。方向控制閥用于控制油液的流向，實現液壓缸的升降和停止等動作，常用的有單向閥、換向閥和截止閥等。壓力控制閥用于控制油路的壓力，實現液壓缸的負載調節和過載保護等功能，常用的有溢流閥、減壓閥和順序閥等。流量控制閥用于控制油路的流量，實現液壓缸的速度調節和同步運動等效果，常用的有節流閥、調速閥和分流閥等。液控閥的功能還包括實現油路的自鎖、反饋、記憶、邏輯和模擬等操作。目前，國內外拖拉機廣泛采用的是電液比例控制閥，它可以實現油路的精確和靈活控制，提高系統的性能和效率[9]。

3 液壓驅動技術在拖拉機中的發展趨勢

3.1 電液一體化、智能化、節能化

電液一體化、智能化、節能化是液壓驅動技術在拖拉機中的重要發展方向。電液一體化是指將電氣控制和液壓控制相結合，實現對液壓系統的精確控制和調節，提高系統的響應速度和穩定性，降低系統的復雜程度和成本。智能化是指利用傳感器、微處理器、人機界面等，實現對液壓系統的自動檢測、故障診斷、參數優化等功能，提高系統的智能水平和可靠性，滿足不同工況的需求。節能化是指采用變量泵、變量馬達、蓄能器等，實現對液壓系統的能量回收和利用，降低系統的能耗和排放，提高系統的效率和環保性。電液一體化、智能化、節能化將使拖拉機的液壓驅動技術更加先進和高效[10]。

3.2 多功能化、模塊化、標準化

隨著農業生產多樣化和個性化需求的增加，拖拉機需要具備多功能化的特點，能夠適應不同的作業條件和任務。液壓驅動技術可以實現拖拉機的多功能化，通過改變液壓系統的參數和結構，可以實現不同的驅動模式和工作模式，提高拖拉機的適應性和靈活性。例如，液壓驅動技術可以實現拖拉機的四輪驅動、四輪轉向、四輪制動、四輪懸掛等功能，增強拖拉機的牽引力、穩定性、安全性和舒適性。為了降低液壓驅動技術的成本和復雜度，提高液壓驅動技術的可靠性和通用性，拖拉機需要采用模塊化和標準化的設計理念，將液壓驅動系統分為若干個功能模塊，每個模塊具有獨立的功能和接口，可以根據需要進行組合和替換。模塊化和標準化的設計可以實現液壓驅動系統的快速開發和集成，方便拖拉機的維修和升級，促進液壓驅動技術的普及和推廣。

3.3 綠色化、低噪音化、低排放化

綠色化、低噪音化、低排放化是液壓驅動技術在拖拉機中的發展趨勢之一，它旨在提高拖拉機的環境友好性和社會責任感，減少對自然資源的消耗和對生態環境的破壞。為了實現這一目標，液壓驅動技術需要采取以下措施：第一，使用生物可降解的液壓油，減少液壓系統的泄漏和污染，提高液壓油的循環利用率和壽命。第二，使用高效的液壓泵、閥、缸等元件，降低液壓系統的能量損耗和熱量產生，提高液壓系統的效率和可靠性。第三，使用先進的噪聲控制技術，如隔音罩、消聲器、隔振器等，降低液壓系統的噪聲水平，改善拖拉機的工作環境。第四，使用優化的排放控制技術，如三元催化轉化器、顆粒捕集器、尿素選擇性催化還原等，降低液壓系統的尾氣排放量，減少對大氣環境的污染。

4 小結

綜上所述，本文介紹了液壓驅動技術在拖拉機中的應用，分析了液壓驅動技術的概念和特點，以及其在行走系統和工作裝置中的應用方式和原理。還探討了液壓驅動技術在拖拉機中的未來發展趨勢，指出了電液一體化、智能化、節能化、多功能化、模塊化、標準化、綠色化、低噪音化、低排放化等方面的發展方向，提出了加強理論研究和創新能力、加強應用試驗和推廣應用、加強國際交流和合作等方面的建議。旨在為拖拉機液壓驅動技術的研究和應用提供參考，為農業機械的發展和農業生產的進步作出貢獻。