整秆式甘蔗收获机液压驱动系统的研究和设计外文翻译

全秆式甘蔗收获机液压驱动系统的研究与分析摘要：动力系统是甘蔗收获机的重要组成部分，它能够影响到整机的结构复杂性和工作的稳定性，因此它是研究和开发甘蔗收获机的关键技术。本文的重点是研究整秆式甘蔗收获机的动力传输特性，该部分已由华南农业大学进行了改进，当收割机在完成对甘蔗的切割、运输、传送、收集等动作时，原有的液压动力传动系统表现出动力性能差，运行效果不理想，而且在收获过程中机械传动的切割器往往因为杂草和甘蔗叶而被卡住，这将减慢割刀的旋转速度，甚至使刀具停止转动。当刀具被卡住而无法转动时，会使离合器由于打滑而过热，从而导致传动中断。此外，驾驶时会因传动链受到冲击而最终导致其断裂。为此，根据测试出的收获机各个执行机构的功耗和应力状态等参数，根据多路同时工作及负载的差异性设计出了全液压驱动系统。该系统可以在不增加收割机功率的前提下，满足了系统在不同压力和不同功率下工作的要求，它不仅简化了收割机的整体结构而且提高了动力驱动系统的稳定性。实验结果表明，该系统能够满足收获机每个工作部件的动力要求，此外，它还易于操作且具有良好的经济效益。关键词：甘蔗收获机驱动系统液压系统0引言动力驱动系统是甘蔗收获机的重要组成部分，它对机器的寿命和使用性能有直接的影响。本文是在澳大利亚B80-130全秆式甘蔗收获机的基础上分析工作特点及在应用中存在的问题等的基础上对其进行了改良。1、B80-130全秆式液压驱动系统的分析1.1整秆式甘蔗收获机的结构特点图1为华南农业大学从澳大利亚引进的B80-130全秆式甘蔗收获机。该机采用弗格森MF4245-88型拖拉机作为全液压驱动系统的动力源。机架用来牵引整个系统它通过三个悬挂点与拖拉机的中拉杆和左右下来杆铰接，且在机架的左右两侧设有两个支撑轮，它可以承受机器的大部分重量，本机采用整秆采集，它可以先后完成切割、运输、铺设等。图1B80-130型整秆式甘蔗收获机甘蔗主要种植在我国南部各省，在其生长过程中容易受到台风或季风的影响，往往造成大面积倒伏或弯曲。图2倒伏的甘蔗自2000年开始，我们已经在广东湛江广钱糖厂的农场完成了甘蔗收获到两次实验，实验表明对于倒伏和弯曲的甘蔗收割机很难顺利进行收获，原因是收获机没有扶起机构，这也间接造成了甘蔗的浪费，除此之外，由于该收获机构为纵向输送，容易造成收获后的甘蔗的堆积，会对收割机下一轮的收割造成影响，有的直接被收获机压烂，降低了经济效益，收获图如图3：图3整秆式甘蔗收获机收割时的输送与铺放因此，为了满足我国甘蔗种植区对甘蔗收获的收割的工艺要求，我们对B80-130型全秆式甘蔗收割机进行了改进。首先为了方便甘蔗收获机收获，以及避免影响下一工作行程，我们采用了横向和纵向都“Γ”型铺放，其次，为了对倒伏的甘蔗进行收获我们对收割机配备了螺旋甘蔗收获器。结构如图四所示图4整秆式甘蔗收获机改进后的结构示意图1．2切割装置的动力传动系统切割装置的动力传动系统为机械式传动。切割装置主要有刀片、刀盘、动力输入轴、链条、张紧轮、锥齿轮组等组成。如图5所示图5切割装置传动示意图动力从拖拉机的后轴输出，通过万向节、离合器传至收割机的动力输入轴，然后通过链条传动和齿轮传动传至割刀，带动刀盘高速旋转从而对甘蔗进行切割。切割器的启动或停止受拖拉机上的离合器控制，切割器的旋转速度通过油门的大小来控制。田间试验表明，在其工作过程中，甘蔗收获机采用了全秆式收获模式，并要求入土切割。另一方面，有些甘蔗田杂草丛生，这会造成收割机的超负荷运行，而且还会造成切割器的阻塞，甚至造成离合器的打滑，从而影响收获效果，严重者会造成传动链的断裂（如图6所示），并带来安全事故。也不利于快速启动，快速制动和频繁开关，因此机械式传动切割装置工作性能不稳定，安全性能低。图6传动链故障图1.3切稍装置和柔性加持输送装置的动力传动系统切稍装置有蔗稍切割器、驱动马达、升降油缸等组成。柔性加持输送装置主要由输送机架、链轮、驱动马达以及装有弹性橡胶圈的链条等。切稍装置和柔性加持装置是由拖拉机专用的液压系统提供动力的，液压泵由拖拉机发动机带动，输出高压油经过分流调速阀后分成两路子系统，一路用来驱动切稍机构的刀盘旋转和柔性加持装置的运转；一路用来驱动切稍装置的升降。其系统原理图，如图7所示。图7液压传动系统原理图加持链上的两个液压马达为反向串联，然后再与切稍装置的液压马达串联连接，两者的方向可以用手动换向阀控制液压马达的转动速度，控制由两部分组成，一部分通过一双单项节流阀来实现切稍刀盘和输送链的不同转速需要，这事属于调定两个机构所需的不同流量比例；一部分通过调节内燃机油门的大小，改变发动机转速（即改变液压泵转速），从而改变液压泵的流量，实现驱动马达工作时运转速度的大小。但实际上输出机构和切稍机构的阻力相差很大，也即工作时两者所需的压力相差很大，由于两者之间没有减压阀，这就早成了油路上液压油并不能按实际所需的流量比例流通，致使阻力大的支路有时甚至无法正常启动，而低阻力支路转速过快的结果。实验证明也是如此。切稍机构升降油缸只需在收割工作前被收割甘蔗的高度调整好该机构的高度即可，工作过程中处于锁紧状态。2整秆式甘蔗收获机全液压驱动系统研究2．1甘蔗收获机采用全液压驱动的可行性分析根据大田试验的情况和前面的分析可知，为了适应中国南方蔗区的机械收割，对B80-130型整秆式甘蔗收获机的整体结构和动力系统进行改进是十分必要的。改进后的甘蔗收获机（如图8所示）包含了螺旋扶起机构的转动和升降、根部切割器的转动、切稍机构的转动和升降以及加持输送链的运动等工作状态，其中各机构的转动是要求同时工作的，各机构的阻力和工作速度有很大的差别。图8改进后的整秆式甘蔗收获机经试验测试，改进后甘蔗收获机的夹持输送装置所消耗的平均功率为5.862～6.859kW，驱动马达的转速为300～350r/min，启动时最大消耗功率约为13.217kW，扶起机构所消耗的平均功率为0.085～0.226kW，驱动马达的转速为200～300r/min，启动时最大功率消耗约为1.5kW；切割装置所消耗的平均功率为0.78～0.94kW，刀盘转速为500～600r/min，启动时最大功率消耗约为6.822kW。切稍机构工作时液压马达的转速为200～350r/min，平均功率消耗0.136～0.237kW，启动时最大功率消耗为2.426kW。根据分析结果，收获机的4个工作部件稳态工作时总的功率消耗为6.863～8.262kW。如果甘蔗收获机的4个工作部件同时启动，则启动时最大的功率消耗为23.747kW。轮式拖拉机在茬地的滚动阻力系数为0.1～0.12，JDT-654拖拉机的质量为4341kg，收获机的质量约为1000kg。工作时，拖拉机的行走速度一般在2～5km/h，由此可以计算出拖拉机工作时的行走消耗功率为2.9～7.3kW，拖拉机的标定功率为48kW，动力输出轴输出功率能够满足甘蔗收获机全液压驱动系统的功率要求。为了避免在启动时拖拉机后输出轴的负载变化过大，可以先启动夹持输送装置，待其运作稳定后再启动扶起机构，最后启动切割装置，这样可以降低对驱动系统输出功率的要求。2.2整杆式甘蔗收获机全液压驱动原理及关键技术根据以上的分析，可以设计出如图8所示的全液压驱动系统原理图。这是一个多支路的液压系统，根据甘蔗的收割农艺要求，收获机工作时，扶起机构、夹持输送装置、切稍装置、扶起装置等装置的驱动马达应能同时工作，并且驱动夹持输送链两个马达的转速要求相同，这是本系统的关键技术之一。扶起机构、切稍装置的升降油缸在工作开始前调整好高等后处于锁紧状态。系统的动力由拖拉机后输出轴提供，并通过一个专用的变速箱来驱动系统液压泵。图8全液压驱动系统原理图2.3解决多支路系统的功率分配等问题的方法要采用全液压驱动技术，首先必须考虑解决多支路系统的功率分配的问题。对于本系统，有4个支路的子系统要求能够同时工工作，但是这4个子系统的负载相差较大，也即4个子系统所要求的系统压力不相同。为此，在不改变现有拖拉机动力输出的条件下，如何以单泵液压系统来控制和实现不同压力子系统的动力要求，以及如何解决各支路子系统在同时工作时的干扰成为本系统的关键问题。在本系统的设计中，笔者采用了减压调速回路来解决其功率分配问题，先根据系统的总负载来调定系统的总压力，然后根据各子系统的负载阻力来调定每个子系统的压力，再通过调速阀来控制子系统的流量以控制每个工作部件的工作速度。以上各子系统的压力和流量是在拖拉机以慢IV挡或快II挡（收获时拖拉机的前进速度）行驶时的发动机转速下进行调节的。另外，根据拖拉机的特殊工作环节，电的使用不能像在实验室那样方便，本系统的控制油路设计采用了手动式多路阀、减压阀和调速阀，这样也减少了集成块的设计和控制阀的连接，简化了系统。拖拉机动力输出轴通过专用的变速箱驱动液压泵，控制系统安装在拖拉机的驾驶室内，方便了操作。在悬挂式整秆甘蔗收割机上，通过快速接头可以方便地实现机具与设备的连接和分离；液压系统的油箱安装在收割机机架上，有利于液压油散热和收割机质心布置。3结论JDT-654拖拉机的功率输出可满足甘蔗收获机全液压驱动系统的功率要求。通过试验研究解决多支路系统的功率分配问题后，设计出了整秆式甘蔗收获机的全液压驱动系统，简化了甘蔗收获机的结构，操作简便，提高了甘蔗收获机的工作稳定性。实验表明，该传动系统能够满足收割机各执行机构的动力性能要求，操作简便，效果良好。参考文献[1]王贵华.我国糖料植物开发利用现状和发展趋势[J].农牧产品开发,1996(2):29-32.[2]王学超.浅析甘蔗收获机械推广应用存在的问题与对策[J].广西农业机械化,2005(6):13-15.[3]秦龙杰,白玉成.我国甘蔗收获机械发展前景[J].农业机械,2006(3):115-117.[4]李杨瑞.对加入WTO后广西蔗糖业发展的几点意见[J].广西农业科学,2003(1):1-4.[5]胡珊珊,李尚平,孙秀花.小型甘蔗联合收割机虚拟设计及仿真分析技术[J].农机化研究,2006(3):76-81.[6]华中农业大学.拖拉机汽车学--拖拉机汽车理论（第4册）[M].北京:中国农业出版社,1993:54-65.[7]约翰·迪尔天拖有限公司技术中心.JDT600/650/654型拖拉机使用和保养[Z].天津:约翰·迪尔天拖有限公司,2003:4-8.