液压驱动系统在轮式谷物联合收割机上的运用

□ 王海瑞（鹤壁职业技术学院，河南 鹤壁 458030）

液压驱动系统因为具有较宽的调速范围，且操作舒适方便，不容易发生故障，安装较为灵活等多项优势，适合在工况条件较为恶劣的农业机械设备中使用。在我国现代农业机械设备生产制造过程中，液压驱动系统逐渐得到广泛应用，其中，轮式谷物联合收割机中应用液压驱动系统已取得良好的效果，能够有效提升收割机运行稳定性，同时能够降低故障发生率，有利于全面优化和控制农业生产成本。

一、液压驱动系统及轮式谷物联合收割机简要介绍

（一）传统传动驱动系统动力传输原理

当前所采用的农业机械设备中，主要应用传统的驱动方式，其动力传输方式为：发动机→无级变速轮→变速箱→轮边减速器→驱动轮。液压驱动系统的基本运行方式为：将驱动力直接传递到变速箱中，同时传递到轮边减速器中，以此驱动设备运行；变速装置通过调整变径比和变速箱档位的方式对行走速度进行控制，从而能够满足轮式谷物联合收割机在运行过程中的速度调节需求；变速箱具有倒档功能，能够操控轮式谷物联合收割机前进和后退；驱动系统在高温、高湿以及高阻力的土壤环境中运行时，由于负载较大，容易出现V带老化、打滑以及断裂等问题［1］。

（二）液压驱动系统动力传输原理

液压驱动是当前应用较为广泛的一项驱动方式，以液体作为能源主要动力媒介，能够产生较大的能量，使机械设备能够保持充足的动力以开展各项工作，是保证机械设备作业效率的重要动力系统。以某轮式谷物联合收割机所采用的液压驱动系统为例，其动力传输路线为：发动机→变量泵→定量马达→变速箱→轮边减速器→驱动轮；按照农业生产的实际需求，能够对变速箱进行调整，且变速装置中不要设计倒档功能，保证行走能够满足农业生产基本要求即可，具有结构设计较为简单的优势。图1和图2分别介绍了液压驱动系统结构以及运行原理。

图1 液压驱动系统简图

图2 液压驱动联合谷物收割机驱动系统的液压原理图

（三）轮式谷物联合收割机

轮式谷物联合收割机是能用于收割作物的综合性耕作装置，是将农业生产涉及的多项工序整合在一台设备中，从农田中直接获取谷物的收割机械。在轮式谷物联合收割机使用前，脱粒机以及机械收割等作业设备使得农业生产效率得到很大提升，人工耕作模式逐渐被取代；在轮式谷物联合收割机出现后，又进一步提升了农业耕作生产效率，使得农民能够以单一的操作完成收割工作，从而节省人力成本与物力成本。我国轮式谷物联合收割机研究开发起步较晚，早期以从其他国家进口为主，很多连接或支撑部位没有经过详细的计算设计，而是根据其他国家已造好的收割机的尺寸设计制造的，使得收割机体积庞大、质量偏大；在我国农业机械设备制造水平不断升级的背景下，轮式谷物联合收割机制造逐渐取得创新，在传统机械设备的基础上，对收割机的各个系统、零部件等进行了优化，结合我国农田耕作实际情况进行了重新设计，从而使得轮式谷物联合收割机作业效率得以大幅度提升［2］。当前，轮式谷物联合收割机在我国华北地区、东北地区、西北地区、中部地区，以及寒地环境地区已取得广泛应用，在常见的粮食作物中具有良好应用效果，且能够在一定距离内行走，能够跨农业区域开展收割作业。在轮式谷物联合收割机的系统结构设计中，液压驱动系统结构设计具有重要意义，通过对传统的驱动结构进行优化，从而使得轮式谷物联合收割机动力更加充足、运行更加稳定，轮式谷物联合收割机制造领域已取得关键突破。

二、液压驱动系统在轮式谷物联合收割机上中的具体应用

传统驱动系统在轮式谷物联合收割机中的应用效果不够理想，在此背景下液压驱动系统广泛被使用，但是因为缺乏实践经验，导致液压驱动系统在轮式谷物联合收割机中的应用效果不够好，经常会出现油温过高、无法刹车、液压油污染严重以及运行负荷超标等问题，无法保证轮式谷物联合收割机工作效率，甚至会引发农业生产安全问题。基于此，本文提出对轮式谷物联合收割机液压驱动系统的优化应用方案，对其马达、变量泵、刹车阀、油箱、过滤器、冷却器以及液压油的具体应用提出全新方案。

（一）轴向柱塞马达选择

在液压系统运行过程中，需要通过压力驱动马达进行旋转，使得马达能够将转动力矩与转速输出，所以首先必须做好马达选择工作。在本次设计方案中，采用轴向柱塞马达，该马达中具有一体化的冲洗阀等设施，冲洗阀能够实现对轴向柱塞马达的冲洗冷却功能，从而保证马达运行温度正常。某轮式谷物联合收割机的基本参数为：整车质量为9t；最大行走速度为25km/h；最大爬坡角度为20°；最差工作地面为泥土或沙土。按照轮式谷物联合收割机的使用工况条件，对各项性能参数进行准确计算，得到实际需要的新能参数，并依据其他参数设计该轮式谷物联合收割机的驱动系统运行压力为25MPa，结合相关公式，选择马达为75mL/r。

（二）轴向柱塞变量泵选择

变量泵在机械设备的液压驱动系统中具有重要作用，能够依据实际运行功率，对液压系统运行状态进行调节，使其运行状态与实际要求相符合，通过调整油液以及压力差等方式，对马达输出功率进行调整，通常情况下，补油泵需要与柱塞变量泵采用集成化设计方式，通过驱动轴实现对整体设备的驱动；在系统液压油补充中，主要依靠补油泵设备，补油泵能够补充马达泄漏的油液，其他的油能够进入对应的系统中；在补油泵设备中，包括单向阀和溢流阀，溢流阀能够保证油液正确进入补油位置，从而避免产生油液浪费，还能够提高实际运行性能。变量泵可以采用手动控制模式、液压先导控制模式以及电比控制模式等，本次设计方案中结合相关数据采用70mL/r的手动控制变量泵［3］。

（三）刹车阀选择

轮式谷物联合收割机在耕作生产使用中，在推拉软轴不处于中位的状态下，作业人员踩动踏板时，变量油泵则不会处于中位位置，此时已然具有一定的动能，所以，虽然停止制动后动力下降，仍会使得轮式谷物联合收割机继续行走，轮式谷物联合收割机克服制动力会保持低速行走状态，这不仅不符合国家规定的制动距离规定标准，同时还会导致其后续的使用性能受到影响。所以，为了能够实现机械设备的良好启停控制，可以选择在系统中采用刹车阀的模式，使得电信号能够用于刹车制动，确保工作人员踩下停止制动后，刹车阀能够控制设备停止，在同等压力的状态下，变量泵斜盘在弹簧力的作用下会自动回到中位，将摆动角度归零，轮式谷物联合收割机在制动力的作用下则会停止行走。在增加刹车阀后，农民在使用轮式谷物联合收割机遇到紧急情况时，比如前方出现人或动物，能够直接踩踏制动踏板，实现紧急停止，不仅能够延长轮式谷物联合收割机使用寿命，同时能够提高农业生产安全性［4］。

（四）油箱设计

油箱作为轮式谷物联合收割机液压驱动系统的基本构成部件，用于机械设备运行的油液供给。为了能够满足液压系统控制需求，在设计过程中，需要依据实际流量需求做好油箱尺寸设计，确保油箱尺寸能够满足设备运行需求；在油箱内部构件等设计时，需要做好密封设计，避免油箱中出现汽化问题，否则会导致油液浪费，同时无法补充充足的油液；为了保证油箱清洁，并提高油液质量，可以在油箱出口区域安装过滤器，自动过滤，过滤后油液质量得到提升，还能够避免出现油污等，从而为后期维护保养工作提供有利条件。

（五）过滤器选择

在轮式谷物联合收割机液压驱动系统的过滤器设计中，通过过滤作用能够使得油液质量提升，确保油液纯净度，防止质量较低的油液对机械设备运行造成影响，一般可以采用外部过滤的方式，过滤时可以选择过滤网等设备，依据油液体积大小，确定过滤网筛孔孔径，确保过滤后杂质能够去除，从而能够提高液压驱动运行效果，防止受到不良影响［5］。

（六）冷却器选择

冷却器作为轮式谷物联合收割机液压驱动系统中的重要装置，需要散发液压驱动系统最大功率25%左右的热能，保证通过冷却后的壳体温度能够达到机械设备安全运行规定，防止由于温度过高等因素导致设备运行受到影响，从而提高机械设备运行安全性，

（七）液压油选择

液压元件是否能够达到最为理想的性能与使用寿命，在很大程度上受到液压油种类以及质量的影响，所以，在选择轮式谷物联合收割机液压驱动系统的液压油时，需要严格依据相关规定，避免选择存在质量问题的液压油，否则会对轮式谷物联合收割机运行产生很大负面影响。在液压油使用过程中，需要定期检查液压油的各参数性能指标，主要包括液压油的颜色、味道、水分、杂质、金属含量、添加剂元素以及氧化产物等，如果发现液压油出现质量问题，需要及时更换液压油，定期对液压驱动系统进行彻底清理，采用新的液压油对液压驱动系统进行清洗，从而将原有液压油中的杂质全部去除，确保液压驱动系统处于正常工作状态。

三、轮式谷物联合收割机液压驱动系统测试分析

某轮式谷物联合收割机试验样车的技术参数为：变量泵排量，27mL；作业档高速，9.60km/h；系统标定压力，25MPa；补油泵压力，2MPa；液压油型号，HM46；系统允许油温，＜90℃。

从该轮式谷物联合收割机启动时开始计时，在农田道路中形式稳定后进入作业状态，在测试过程中，保持轮式谷物联合收割机作业档高速，表1为测试结果各项数据。

表1 测试结果各项数据

环境温度 35℃5测试前系统油温 38℃4 6 作业时系统油温峰值 69℃

在环境温度为35℃的条件下，经过1个小时的试验得到上述数据，液压驱动系统最高油温为69℃，低于90℃允许规定，能够满足液压油使用标准；轮式谷物联合收割机变量泵的高压溢流阀压力调整为40MPa；通过本次测试可以看出，在作业档高速9.60km/h的条件下，液压驱动系统稳定压力为23MPa，符合设计规范，虽然在轮式谷物联合收割机液压驱动系统启动以及换档过程中出现35MPa的压力变化，但是没有超过高压溢流的调定压力，说明本次轮式谷物联合收割机设计取得良好效果，轮式谷物联合收割机液压驱动系统能够保持稳定状态支持农业生产工作。本文所提出的轮式谷物联合收割机液压驱动系统设计方案，对常规的液压驱动设计方案进行优化，在实际应用过程中取得良好效果，全面提升了轮式谷物联合收割机运行稳定性与安全性。

本文简要阐述了液压驱动系统以及轮式谷物联合收割机的基本工作原理，并提出一种液压驱动系统优化应用方案，在实践测试中证明该液压驱动系统应用方案具有良好的效果，希望能够对我国轮式谷物联合收割机设计生产起到一定的借鉴和帮助作用，以不断提高轮式谷物联合收割机设计水平。