液压机械传动控制系统在农业机械设计制造中的应用

邬可令

（巨野县农业机械服务中心，山东巨野 274900）

1 液压传动的特点

1）液压传动具有体积小、质量轻、效率高、工作可靠、能耗低等优点。

2）液压传动的速度可调，一般可以通过控制液压元件的流量来进行调节。当需要获得较大的传动比时，可以通过改变液压元件的流量来实现。

3）液压传动的无级调速性能好，可以实现多个工作循环，且没有换挡机构，所以液压传动可以实现无级调速。

4）液压传动可实现调速，可以有效克服机械传动的缺陷，因此液压传动在农业机械中应用较广。

5）在进行农业机械中液压传动控制时，可以通过对执行元件的控制来实现对系统的调节和控制。例如，在进行拖拉机发动机自动变速箱控制时，就可以通过改变执行元件的压力来实现自动变速箱工作状态的改变；而当发动机启动或停机时，系统就会自动停止工作；当需要进行原地转向时，就可以通过改变执行元件的方向来实现。

2 液压传动在农业机械中的应用

液压传动技术在农业机械中的应用主要是利用液压系统来传递动力，并实现农业机械的变速与调速，以此来满足不同的农业机械对传动系统的要求，并实现农业机械在工作过程中的自动控制。在农业机械中应用液压传动技术，可以实现动力传动与控制相结合，以此来满足不同的农业机械对传动系统的要求，并有效降低工作时产生的噪声、振动和冲击等。比如，在拖拉机中应用液压传动技术，可以实现动力和调速的有效结合；在联合收割机中应用液压传动技术，可以实现自动变速与调速；在手扶拖拉机中应用液压传动技术，可以实现自动变速与调速。总之，在农业机械中应用液压传动技术，可以有效提高农业机械的工作效率。

2.1 拖拉机

在拖拉机中应用液压传动技术，可以有效提高拖拉机的工作效率，同时还可以降低工作时的噪声、振动和冲击等，还可以降低拖拉机工作时的油耗。在拖拉机中应用液压传动技术，主要是利用液压泵、马达、蓄能器等相关元件，将发动机的动力转换成液压能量，再传递给液压马达或者液压缸，以此来实现拖拉机的动力传动。比如，在旋耕作业时，由于旋耕机的动力不足，从而造成旋耕机不能正常工作；而在施肥时，由于施肥量过大、肥料浓度过高等因素会造成肥料流失，从而造成浪费；如果在农田进行灌溉时，由于灌溉水的压力过低或者过高等因素会造成农田喷灌不均匀等。

2.2 联合收割机

联合收割机是一种较为常见的农业机械，其主要功能是将水稻、小麦等农作物进行收割和脱粒，并将谷物进行收集和装车，具有作业效率高、操作简便等特点。联合收割机主要由行走系统、切割系统、脱粒系统、清选系统、动力转向系统等组成，在联合收割机工作时，需要借助液压传动来传递动力，并将动力传递给切割系统，再由切割系统将谷物进行切割、脱粒和输送等。在联合收割机的工作过程中，如果没有运用液压传动技术，则需要将发动机的动力直接传递给切割器或脱粒器，从而使动力浪费比较严重，导致联合收割机的工作效率降低。因此，在联合收割机的设计制造中要重视对液压传动技术的应用。

2.3 手扶拖拉机

手扶拖拉机是一种利用人力或者畜力来驱动的机械，一般都是以人力为主，而且多为中小型农业机械。手扶拖拉机的主要作用就是耕整土地，其作业原理与联合收割机相似，都是通过对土壤进行耕整，从而达到土地耕作的目的。在进行耕整时，一般都是用人力或者畜力来驱动手扶拖拉机前进，这样可以有效节省人力和畜力的消耗。手扶拖拉机工作时产生的噪声比较大，并且工作环境也比较恶劣。在使用手扶拖拉机进行工作时，不仅需要提高工作效率，而且还需要降低噪音和提高工作环境的质量。

3 液压系统的控制方法

液压传动具有效率高、使用寿命长、易于操作等特点，因此在农业机械的设计中被广泛应用。在农业机械液压传动系统中，可采用比例阀和位置传感器来进行控制。比例阀是一种具有位置反馈的阀类元件，其控制方式可分为开环和闭环两种，开环控制方法是指系统在输入一定信号后，由比例阀控制系统的输出，从而完成对系统的控制；闭环控制是指在系统中安装有压力传感器或者位移传感器等器件，通过这些传感器将信号传送给PLC或其他控制器进行处理，最后发出指令控制系统的运行。在农业机械中，一般采用闭环控制方法对液压系统进行控制。

比例阀主要由阀芯、阀体、阀口和溢流阀等组成，在液压传动中可将其作为执行元件，通过对比例阀的位置和压力进行调节来实现对液压系统的控制。

一般情况下，比例阀的通流面积越大，压力越低；反之则越高。如果比例阀的通流面积过小或者是压力过高时都会导致液压系统出现流量不足或者压力过高等问题，进而影响农业机械的工作效率。因此在农业机械液压传动中应合理选择比例阀的通流面积以及压力来保证农业机械具有较高的工作效率。

位置传感器是一种安装在液压马达上的传感器，它将电机转速与方向的变化转化为电信号来进行记录。由于位置传感器安装在液压马达上，因此可根据其信号变化来调整马达转速和方向。例如：当电机转速上升或者下降时，位置传感器能够将信号转化为电信号来对液压马达进行调节。在农业机械中采用位置传感器能够很好地调节农业机械的工作效率。

液控式比例阀是一种新型比例阀类元件，其具有控制精度高、可靠性高、响应速度快、工作稳定等特点，并且可实现精确流量调节及快速压力调节等功能。液控式比例阀有两种类型：开环和闭环。开环控制方式是指在液压系统中直接将压力或流量作为输入信号来实现对系统的控制；而闭环控制则是通过对输入信号进行检测和处理来实现对系统的控制。其中开环控制方式应用较多，主要是因为其结构简单、价格低廉以及工作可靠等优点。开环控制方式虽然简单、成本低且容易实现控制效果，但是这种方式只能实现对液压系统中的部分压力进行调节，并且其响应速度相对较慢、控制精度不高。在液压机械传动中还可以采用位置传感器和位置变送器来对农业机械的工作位置进行检测并转化为电信号以进行控制。位置传感器主要应用在液压马达上，可以将马达转速和方向作为输入信号来实现对液压系统中的流量、压力进行调节。当液压系统工作时，可以利用位移传感器将其输出信号转化为电信号并传输给PLC或其他控制器来实现对农业机械的控制；当农业机械工作时，可以利用压力传感器将其输入信号转化为电信号并传输给PLC或其他控制器来实现对农业机械的控制。这样不仅能够提高农业机械的工作效率而且能够保证其在工作时的稳定性及安全性。

4 农业机械用液压元件的选择

4.1 液压马达

液压马达的主要功能是将液压油通过内循环的方式，在液体压力的作用下，经过单向阀进入液压缸进行工作，从而将能量传递给机械执行机构。液压马达的种类很多，常用的有高速马达、低速马达和中等功率马达等。通常情况下，选择高速马达时应遵循以下原则：尽量选择转速高、扭矩大、功率较小的马达，以满足农业机械作业时对功率和扭矩的需求。如果需要加大扭矩时，应选用中等功率或更大功率的马达。在选择中等功率和低速马达时，应根据实际情况来确定其参数。另外，应根据需要来选择相应的密封元件，比如在进行田间作业时，应选用带密封圈的元件；在进行行走或转向作业时，应选用带密封件的元件；在进行行走和转向作业时，应选用带密封圈和抗油液污染能力强的元件。

液压缸是农业机械中最基本的执行机构之一，它包括活塞缸、滑阀缸和齿轮缸体等部件。在选择液压缸时应遵循以下原则：活塞缸宜选用耐高温、抗氧化和具有优良耐磨性的合金材料制成；滑阀缸宜选用摩擦系数低、密封性能好、耐磨性强的材料制成；齿轮缸体宜选用抗磨损性能强、有较高密封性能、结构简单和加工方便的材料制成。

液压泵是液压系统中重要的动力元件之一，它将机械能转换为液体压力能或容积能，从而完成对机械设备的驱动任务。在选择液压泵时应遵循以下原则：尽量选择转速高、流量大、容积效率高、效率高和密封性能好等特点的液压泵；选择液压泵时要根据实际情况来确定其主要参数，如排量、压力等；尽量选择结构简单、体积小和重量轻的液压泵；要注意泵壳内壁应具有良好的耐磨性和耐高温性能；在选择液压泵时应尽量选用节能型或无级变速型液压泵。

4.2 油路组件

在进行油路组件设计时应遵循以下原则：尽量选择容积效率高、耐高温和抗油液污染能力强、抗压性能好和耐磨性强的元件；尽量选择压力损失小和容积效率高的元件；在进行油路组件设计时，应尽量采用直线运动元件，以便减少机械运动部件之间接触面积和摩擦系数，降低系统阻力。另外，在设计油路组件时还应注意密封性能良好和结构简单等方面。

5 液压系统设计与计算

液压系统的设计，就是根据液压传动系统的工作原理，分析液压系统的功能要求和工作特点，设计出一个能够满足各种需要的液压系统。在农业机械的设计中，液压系统要能够实现行走、转向、升降、作业等功能。液压系统设计的主要任务就是确定液压机械传动系统所需动力和液压元件，并通过对各种元件进行合理配置和选择，确定传动方式和工作压力，并且选择合适的执行元件来实现各种功能。根据设计要求，进行液压系统主要参数的计算和选型。在液压机械传动中，选择的执行元件主要是电动机和柴油机等。根据不同的工作要求，可以将电动机分为直流电动机、交流电动机和电磁电动机等。根据不同的工作要求，可以选择不同类型的执行元件来实现各种功能。

农业机械中常用的液压传动系统有以下几种：一是行走泵动力传递系统；二是行走机械换向阀动力传递系统；三是行走机械转向系统；四是升降机构动力传递系统；五是升降机构换向阀动力传递系统；六是回转机构动力传递系统。在设计中要根据所选执行元件的功能来选择相应的执行元件，并且要对这些执行元件进行合理配置和选择，以满足农业机械作业时对各种功能的要求。再对这些执行元件进行合理配置和选择后，还需要对各个液压回路进行合理设计与计算，以确保液压传动系统能够正常工作。

6 农业机械中使用液压系统应注意的问题

1）注意液压系统的清洗、清洁和更换。当液压系统长期不用时，应把液压系统中的液压油全部排出，再把油箱清洗干净，然后注入新油。当发现油箱内壁有杂质附着时，应及时清洗，更换新油箱的液压油。

2）注意油液的选择和质量控制。在选择油液时，应选用符合要求的液压油。在使用过程中，应定期更换油液，以避免杂质污染液压系统。在选择时，还应注意使用清洁的、干燥的、无腐蚀性物质和抗磨损性物质的油液。

3）注意选择合理的液压元件。在使用过程中，应根据工作需要选用合适的液压元件。在选用液压元件时，应注意选择合适的尺寸规格和材料。此外，还应注意选择合适的类型和性能。选择合适的液压元件时，应充分考虑其使用性能和使用环境等因素。

4）注意正确安装和调试液压系统。在安装和调试过程中，要按照要求进行安装、调试和试车工作，以保证设备正常运行和工作精度达到要求。在调试过程中，如果发现设备出现异常情况，应及时处理并进行相应调整。

5）注意维护保养机械设备。在使用过程中应定期维护保养机械设备，以确保机械设备处于良好状态并保持较高的使用性能，并及时排除系统故障。如果发现故障或异常情况时应立即停止使用并进行相应处理和调整，以确保机械设备能够正常工作。

6）注意安装和维护时环境条件问题。如果环境条件较差，会影响到液压系统的正常工作和性能发挥；如果环境温度较低，会影响到系统的散热能力；如果环境温度较高或者温度变化剧烈时也会影响到系统的正常工作和性能发挥；在进行安装时要注意避免灰尘进入液压系统；在对液压系统进行维护时要注意避免外力对系统产生损伤等。

7 结语

随着农业机械的不断发展，液压传动技术也得到了迅速的发展，并在农业机械中得到了广泛的应用。液压传动技术具有很多优点，如响应速度快、结构简单、控制方便、工作可靠、易于维护、能耗低等，因此液压传动技术已经成为一种比较成熟的传动技术，并在农业机械中得到了广泛的应用。液压传动在农业机械中的应用，不仅使农业机械具有了更高的工作效率，而且还提高了农业机械的安全性和可靠性。目前，在农业机械设计制造中使用液压传动技术，已经成为一种趋势和必然。液压传动技术在农业机械中的应用越来越广泛，而且效果也越来越好，这不仅有利于提高农业机械的性能和质量，而且还有利于降低农业生产成本。此外，随着科学技术的不断进步和发展，液压传动技术将会得到更加广泛的应用。