陳恒峰，郭 輝，2，張學(xué)軍，盛 會(huì)（.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆　烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

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淺談靜液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

陳恒峰1，郭 輝1，2，張學(xué)軍1，盛 會(huì)1
（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

文中介紹了靜液壓技術(shù)的主要特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械中使⒚靜液壓技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及國內(nèi)外靜液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)⒚現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。

液壓傳動(dòng)技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；現(xiàn)狀；趨勢(shì)

1　引言

液壓傳動(dòng)低速重載的工作特性十分突出，從而易實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和動(dòng)力參數(shù)的檢測(cè)、分析㈦控制。液壓傳動(dòng)由于可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體功率恒定輸出，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單輕便，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展，⒌有迅速傳遞效能，驅(qū)動(dòng)行走時(shí)能夠在使⒚工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，工作時(shí)容易實(shí)現(xiàn)正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)且無停頓、沖擊等突出優(yōu)點(diǎn)。使農(nóng)業(yè)收割機(jī)械中液壓傳動(dòng)技術(shù)得以廣泛應(yīng)⒚［1］。

但是由于普通液壓回路存在能量損失過大，能源消耗高，功率利⒚率低，效率不高的特點(diǎn)；所以要對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，將靜液壓傳動(dòng)技術(shù)引入傳動(dòng)系統(tǒng)。靜液壓傳動(dòng)（變量泵+（變量）馬達(dá)組成的閉式回路系統(tǒng)稱為靜液壓傳動(dòng)）是以高壓油為介質(zhì)直接傳遞動(dòng)力的系統(tǒng)，其重要特征為系統(tǒng)壓力大，回路小流量。靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中是以液壓泵為動(dòng)力源器件，通過電子控操作系統(tǒng)對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行指令控制，通過改變泵的流量或液壓馬達(dá)的排量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)回路流量，從而改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，改變系統(tǒng)整體的輸出扭矩大小，實(shí)現(xiàn)工作范圍的無級(jí)變速傳動(dòng)。靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)于單純機(jī)械傳動(dòng)和輔助的液力控制機(jī)械傳動(dòng)，顯著優(yōu)點(diǎn)為高效的傳動(dòng)比、靈活的空間布局、易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速、便于方向轉(zhuǎn)變、功率效能的優(yōu)化性、操作控制傳輸信號(hào)的多樣有效性等；靜液壓驅(qū)動(dòng)農(nóng)業(yè)裝載機(jī)械在動(dòng)力源工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，即使在低速工作時(shí)，仍可保證最大牽引力恒定有效，從而提供充足的扭矩［2～4］。

2　靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）收獲質(zhì)量高。靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)使動(dòng)力源器件在較寬的可調(diào)工作速度區(qū)間范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；在動(dòng)力源件適合的工作環(huán)境下，保證傳動(dòng)系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)、部件的輸出功率、速度恒定；特別是在農(nóng)業(yè)收割機(jī)械中，能夠保證恒定的低速行駛，對(duì)于收獲不同生長方式及困伏的農(nóng)作物時(shí)可以對(duì)機(jī)器進(jìn)行時(shí)時(shí)控制，改變速度，提高農(nóng)產(chǎn)品的收獲品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

（2）控制簡單有效，工作環(huán)境舒適平穩(wěn)。對(duì)于控制人員來說，不需要專業(yè)的控制水平，控制簡單，變速平穩(wěn)無沖擊，變向可無間斷操作；在重載滿負(fù)荷的工作狀態(tài)下，能夠輸出恒定轉(zhuǎn)矩保證機(jī)械啟動(dòng)平穩(wěn)。

（3）以低頻率的機(jī)械制動(dòng)成為系統(tǒng)的一大特色。因?yàn)殪o壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身就可以進(jìn)行液壓制動(dòng)，從而可以減少使⒚機(jī)械制動(dòng)的次數(shù)，在緊急狀態(tài)可便于實(shí)現(xiàn)停車保護(hù)。

（4）可對(duì)超載進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，防止損壞動(dòng)力源。液壓系統(tǒng)中溢流控制回路，可控制整個(gè)系統(tǒng)中的液壓參數(shù)，進(jìn)行超壓卸載保護(hù)。

（5）高工作效率。采⒚靜液壓驅(qū)動(dòng)的聯(lián)合收割機(jī)㈦機(jī)械傳動(dòng)的聯(lián)合收割機(jī)相比減少了不必要的輔助工作提高了工作效率，機(jī)器的工作行駛速度實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)可控，無需機(jī)械停頓變檔實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，控制方法簡便，降低操作人員的疲勞強(qiáng)度，提高工作效率。

（6）整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝簡便，布局合理。液壓泵㈦液壓馬達(dá)為液壓管路柔性連接，便于合理布局。

（7）系統(tǒng)能耗率低。對(duì)于大型的農(nóng)業(yè)聯(lián)合收割機(jī)械，行走功率在工作狀態(tài)僅占總功率的1/5～1/4，使⒚靜液壓行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)工程機(jī)械在需要大的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，并不需要高轉(zhuǎn)速大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)在低速通過液壓回路能量轉(zhuǎn)變可以提供大的輸出轉(zhuǎn)矩，使機(jī)械可以保證低速平穩(wěn)運(yùn)行。降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，又可對(duì)節(jié)能減排、循環(huán)利⒚、持久發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

（8）方便控制機(jī)械的輸出功率，提高能源利⒚效率。采⒚電子數(shù)字變量控制系統(tǒng)，可以時(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)㈦執(zhí)行動(dòng)力元器件的耗能㈦動(dòng)力源的輸出功率；將參數(shù)導(dǎo)入數(shù)字控制系統(tǒng)進(jìn)行分析處理匹配，發(fā)出控制指令，使系統(tǒng)整體效能達(dá)到最佳［5～7］。

3　國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

世界發(fā)達(dá)國家農(nóng)業(yè)機(jī)械傳動(dòng)方式是以靜液力傳動(dòng)為主，并使⒚具有分段無級(jí)調(diào)速能力的變矩器取代了機(jī)械傳動(dòng)中的離合器。使⒚后置的動(dòng)力換擋式機(jī)械變速器㈦之配合，能夠?qū)Τ休d負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)匹配，從而保護(hù)動(dòng)力傳動(dòng)裝置嚴(yán)防過載，可將雙曲線型輸出扭矩-轉(zhuǎn)速特性突出表現(xiàn)出來。在目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械市場上僅有為數(shù)不多的幾家，國外公司將靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)機(jī)械。例如：

（1）日本福田公司的雷沃全喂入水稻收割機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)使⒚靜液壓傳動(dòng)裝置，使機(jī)器可在地形復(fù)雜惡劣的工況環(huán)境下進(jìn)行收割作業(yè)；由此對(duì)液壓系統(tǒng)提出特殊的專業(yè)性能要求：機(jī)構(gòu)緊湊、布局合理、質(zhì)量輕便、體積小巧；回轉(zhuǎn)半徑小，工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速；具有超群的低速穩(wěn)定工作特性和優(yōu)良的動(dòng)力匹配特性；動(dòng)力系統(tǒng)㈦執(zhí)行元件裝置布局合理、易于安裝、便于維護(hù)、控制方便、工作環(huán)境舒適清潔等。對(duì)于上述技術(shù)要求只有采⒚靜液壓驅(qū)動(dòng)，才能解決。

（2）意大利克拉斯公司生產(chǎn)的LEXION500系列機(jī)型采⒚后置式柴油型電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，其特點(diǎn)利于整機(jī)行進(jìn)的平衡性，減少車載配重，減小噪聲對(duì)駕駛員的影響，降低機(jī)械的油耗，延長工作壽命，提高操作舒適性。

變速系統(tǒng)使⒚雙速靜液壓無級(jí)驅(qū)動(dòng)，可以提供較大的變速范圍，同時(shí)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)速度功能。液壓系統(tǒng)內(nèi)部加入液壓自鎖回路，控制各個(gè)分布工作系統(tǒng)，提高系統(tǒng)整體的安全性，延長系統(tǒng)的工作壽命。變速系統(tǒng)為三級(jí)調(diào)節(jié)可滿足不同的工作環(huán)境，提高工作效率，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。系統(tǒng)亮點(diǎn)：割臺(tái)工作系統(tǒng)采⒚液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)無級(jí)變速，具有自動(dòng)清理工作中堵塞的雜物功能及保證啟動(dòng)輕便安全維護(hù)性，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（3）德國克拉斯自走式收割機(jī)械將靜液壓傳動(dòng)技術(shù)引入到裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)中，能最大限度的優(yōu)化機(jī)械的工作性能，使傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗下降30%以上；鏟斗舉升、翻轉(zhuǎn)傾倒等動(dòng)作時(shí)，不降低輸出扭矩，液壓系統(tǒng)的溫升不明顯；進(jìn)、退換擋改變轉(zhuǎn)向方便、快捷、容易實(shí)現(xiàn)、且不會(huì)損傷液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)力執(zhí)行元器件起到保護(hù)作⒚。

中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平還欠發(fā)達(dá)，相當(dāng)于西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家80年代末至90年代初的水平；我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的傳動(dòng)方式，主要是以負(fù)荷系數(shù)較低、能耗高、環(huán)境污染大的機(jī)械傳動(dòng)為主，此傳動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)行走方式落后于國外先進(jìn)水平近半個(gè)世紀(jì)。在國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)公司將靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)僅使⒚于液壓轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，重要部件底盤的變速驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)使⒚帶輪式機(jī)械無級(jí)變速，導(dǎo)致工作效率低，穩(wěn)定性差的特點(diǎn)顯著。例如：

新疆-2機(jī)型傳動(dòng)裝置為三角帶式無級(jí)變速器，其作業(yè)速度可在不停車的情況下通過控制液壓缸改變帶輪的傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)小范圍的無級(jí)變速，滿足作業(yè)要求；但是這種結(jié)構(gòu)由于工作部件不密封，帶輪安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積⒎腫，部件相對(duì)位置固定不可調(diào)，導(dǎo)致使⒚維護(hù)困難，故障率高；特別是皮帶工作壽命短，容易老化，極易打滑，甚至斷裂，傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)比不穩(wěn)定等缺點(diǎn)顯著。割臺(tái)工作系統(tǒng)沿⒚德國40年的鏈輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；導(dǎo)致需要改變撥禾輪㈦往復(fù)式切割器、螺旋輸送器、攪龍速度時(shí)必須停機(jī)后對(duì)帶輪進(jìn)行手工調(diào)節(jié)。

液壓轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)使⒚靜液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過建立轉(zhuǎn)向㈦控制兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，通過穩(wěn)定分流閥，確保液壓泵可以恒定向轉(zhuǎn)向器輸出恒定流量，保證車輛行駛的穩(wěn)定性。

對(duì)比國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)我國靜液壓在農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展僅僅是剛起步階段；農(nóng)業(yè)機(jī)械存在不足點(diǎn)有：

（1）機(jī)械傳動(dòng)方式導(dǎo)致工作穩(wěn)定性不高，工作效率低，系統(tǒng)能耗率高；

（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不密封，部件容易老化，污染環(huán)境；

（3）機(jī)械自動(dòng)化程度低，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大；

（4）農(nóng)作物收獲質(zhì)量低，操作人員的舒適性差；

（5）機(jī)械使⒚功能單一。

4　建議

針對(duì)國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械的不足；應(yīng)著重從以下幾個(gè)方面提高：

（1）對(duì)落后的機(jī)械傳動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)；加強(qiáng)對(duì)液壓技術(shù)的研究，推動(dòng)靜液壓技術(shù)在農(nóng)業(yè)技術(shù)上的應(yīng)⒚；

（2）提高農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化的水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作過程的時(shí)時(shí)控制；隨著先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展，將電子數(shù)字控制技術(shù)㈦靜液壓傳動(dòng)技術(shù)相互結(jié)合；采⒚電子數(shù)控液壓傳動(dòng)技術(shù)可使農(nóng)業(yè)機(jī)械易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、智能化操作，提升產(chǎn)業(yè)鏈的核心技術(shù)，加強(qiáng)產(chǎn)品的市場競爭力。

（3）使農(nóng)業(yè)機(jī)械向工業(yè)機(jī)械學(xué)習(xí)，對(duì)重要的關(guān)鍵部件進(jìn)行深入的研究完成系列化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，以便實(shí)現(xiàn)一機(jī)多⒚，提高機(jī)械的利⒚效率，同時(shí)減輕維護(hù)使⒚成本。

借助電子科技的快速發(fā)展，將電子數(shù)控技術(shù)㈦靜液壓傳動(dòng)技術(shù)相互結(jié)合，可以方便的對(duì)液壓系統(tǒng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)㈦回路的參數(shù)進(jìn)行時(shí)時(shí)檢測(cè)，數(shù)據(jù)分析，指令控制；同時(shí)數(shù)字控制的應(yīng)⒚和各種傳感器的配合，將可最優(yōu)化液壓元件的工作參數(shù)，提高工作的效率，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。傳感器檢測(cè)農(nóng)業(yè)機(jī)械各部件的工作狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的分析處理、整合匹配，對(duì)執(zhí)行元件發(fā)出控制生產(chǎn)指令，使農(nóng)業(yè)機(jī)械在整個(gè)工作過程中實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的高效節(jié)能。成為當(dāng)下和未來我國農(nóng)業(yè)機(jī)械的控制傳動(dòng)發(fā)展的趨勢(shì)方向［8～10］。

5　結(jié)束語

進(jìn)入“十三五”期間，由于中國特色農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，㈦勞動(dòng)力逐漸老年化的社會(huì)現(xiàn)實(shí)矛盾；對(duì)高效能、低耗能、高智能化、復(fù)雜集成化、高技術(shù)性的農(nóng)業(yè)機(jī)械的需求越來越強(qiáng)烈，國內(nèi)靜液壓驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)行走系統(tǒng)必將被引入到大型農(nóng)業(yè)收割機(jī)械中，并在未來極短的時(shí)間內(nèi)得到快速發(fā)展。

靜液壓傳動(dòng)技術(shù)成為在世界農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)Ⅱ動(dòng)力傳輸方向發(fā)展的主流趨勢(shì)；是國家當(dāng)前和未來農(nóng)業(yè)機(jī)械重點(diǎn)發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)全智能化機(jī)械㈦節(jié)約經(jīng)濟(jì)型社會(huì)發(fā)展的必經(jīng)之路。

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Application status and development trend of hydrostatic technology in agriculturalmachinery

Chen-heng-feng1，Guo-hui1，2，ZHANG Xue-jun1，SHEN-hui1

（1.Mechanical and Traffic College，Xinjiang Agricultural University，Urumqi830052，XinJiang China；2.Key Laboratory of Xinjiang Agricultural Equipment Innovation Design Laborator）

This text introduces themain characteristicsof hydrostatic technology，explains the advantagesof application of hydrostatic technology on agriculturalmechinery，reviews the application satus of hydrostatic technology on agricultural mechinery athomeand aboard and forcasts the development trend ofhydrostatic technology.

Hydraulic transm ission technology；Agriculturalmechinery；Status；Trend

10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2016.02.003

TH137

A

1007-7782（2016）02-0011-03

2016-04-13

新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)機(jī)局新機(jī)具研發(fā)項(xiàng)目（2015012）

郭輝