新型履带自走式联合收割机液压-机械行走系统方案设计现代农业科技-2012年5期.pdf

农业工程学现代农业科技2012年第5期新型履带自走式联合收割机液压一机械行走系统方案设计楼锡银(湖州I职业技术学院机电工程分院，浙江湖州I313000)摘要为解决传统履带式联合收割通常不能实现原地转向、水田通过性较差等问题提出了新型的液压一机械行走系统方案设计。主要阐述了所采用的技术方案即采用双联集成变量柱塞泵和2个定量摆线马达组成相互独立闲式液压传动系统：由定量摆线马达驱动安装在履带驱动轮上的单级行星轮减速器，通过单级行星轮减速器增加扭矩后，由履带驱动轮带动履带工作。该设计方案可以实现联合收割机的原地回转并且提高了联合收割机的水田通过性。关键词联合收割机；液压一机械；行走系统；方案设计中图分类号TH122；TH137文献标识码A文章编号10075739(2012)05026202ProposalDesignonHydraulic-machineryRunningSystemofNewCrawlerSelf-propelledCombineHarvesterLOUXiyin(DepartmentofMechanicalandElectricalEngineering，HuzhouVocationalTechnologyCollege，HuzhouZhejiang313000)AbstractAproposaldesignofthenewhydraulicmachineryrunningsystemwasproposed，SOastosolvetheseproblems，suchasincapablepivotsteeringofthetraditionalcrawlercombineharvester，itsunsatisfyingpaddyfieldpassingability，eteAnewtechnicalschemewaselaborated，includingformingamutualindependentclosedhydrostaticdrivesystembyadoptingdualintegratedvariablepistonpumpandtwoquantitativecycloidmotors，leadingcrawlerdrivingwheelt0workbythesingleplanetwheelreducer，makingleft-rightcrawlersconstantspeedpositiveinversionbvcrawlerdrivingwheelconstantspeedpositiveinversionSOastoachievethepivotsteeringofcombineharvesters，improvingthepaddyfieldpassingabilityofcombineharvestersbyusingthesingleplanetwheelreducerinsteadoftraditionaltransmissionassemblyKeywordscombineharvester；hydraulicmachinery；runningsystem；proposaldesign行走系统是联合收割机的重要组成部分，它不仅要求传递功率大，并且要求结构紧凑、高效率和性能稳定，还要具有良好的调速、差速、转向等方面能力，其可靠性将直接影响到作业能否顺利进行。液压系统可以实现无级变速、易于布局、比功率大、调速范围宽、低速稳定性好、易于实现直线运动、动态响应快等【l_。然而，液压传动系统能量损失如各元件中运动件的机械摩擦损失、泄漏损失、溢流损失、节流损失、输入和输出功率不匹配的无功损失阁，始终是难以解决的问题。机械传动尽管是有级传动，但稳态效率高。因此，如何采用先进液压一机械复合传动技术，充分发挥两者各自的优势，使传动系统的潜力达到最佳匹配，满足动力性、节能性、高效性、操作性与驾驶舒适性的要求就显得尤为重要。1方案提出背景王金武等61分析了液压一机械式联合收割机行走系统的工作过程；曹玉宝m列举了几种典型了联合收割机液压回路：介绍了目前我国履带自走式联合收割机的典型液压系统介绍：孙勇等同新型履带联合收割机双流传动系统设计：薛天茂91介绍了液压无级底盘在梳穗式联合收割机上的应用。程孟专等f-01介绍了农用机械液压传动装置HST总成的结构及应用。由于HST集泵、马达和控制阀于一体，结构紧凑，系统管路少，布置合理，单手柄摆动即可实现机器前进一停车一后退，行驶平稳、无级变速，提高了联合收割机的收获效率与使用寿命。以上这些方法是在企业生产中得到了运用可以有效提高联合收割机行走系统的技术水平。履带自走式联合收割机采用的变速箱总成集变速机构、差速机构、离合器机构及手制动机构于一体，其转向过程中转向精度低、操作过程复杂，并且由于转向时内侧动力基金项目作者简介收稿日期262浙江省湖州市科技攻关项目(2007GG23)。楼锡银(1963一)，男，浙江浦江人，副教授，从事机械设计与理论、先进制造技术研究工作。20120206被切断，造成内侧履带滑移严重，特别是在湿田行走壅起土壤，破坏农田(尤其是水田)土壤或路面表层、增加转向阻力、不利于驾驶的舒适性和安全性嘲。另外，变速箱总成安装在底盘下侧，离地间隙最小，影响了水田通过性。而且变速箱总成结构复杂，其故障率占联合收割机行走系统总故障率的30左右，极大影响了联合收割机的正常使用。因此，笔者提出开发一种新型履带自走式联合收割液压一机械复合驱动的行走系统。该系统采用闭式液压传动及与之匹配的行星轮减速器组成的液压一机械复合驱动设计方案。由于复合驱动系统能在一定范围内根据外界阻力变化通过实现无级变速，简化行走系统的传动结构，优化整体设计，减低操作强度；实现联合收割机的原地回转，提高联合收割机的离地高度；提高内燃机功率利用率】。2设计原则21集成技术履带自走式联合收割机集收割、输送、脱粒、清选、行走等于一体的复杂机械，对行走系统部件要求高，安装在其上的部件要尽量小、紧凑，对液压元件的重量、体积、比功率有严格的限制ll21。由于集成泵可以达到很高的压力和转速，具变量容易、结构紧凑、比功率大、便于传动布置等优点，因此十分适合联合收割机的结构特点。22原地回转传统的履带自走式联合收割机转向时，采用单边工作模式转弯半径及阻力大，不适合泥地或小田块工作。因此，通过使联合收割机左右履带驱动轮等速正反转，带动左右履带等速正反转，从而实现联合收割原地转向。23离地间隙由于联合收割机的变速箱总成体积大，通常安装在底盘下侧，使得变速箱总成离地间距小，影响了其水田通过性因此，在设计中通过采用单级行星轮减速器，利用单级楼锡银：新型履带自走式联合收割机液压一机械行走系统方案设计行星轮减速器体积小、重量轻，可以直接安装在履带驱动轮上。减化传动系统的结构，提高联合收割机的离地高度。24轮边驱动轮边驱动方式突出的特征是每一个驱动轮都由单独的液压马达驱动。现代技术已研制出体积和重量小到足以直接安装到驱动轮内的液压马达及相应的减速器，使得轮边驱动技术得以迅速普及【l31。因此，将液压马达安装在驱动轮一侧，通过油管与液压泵相联，可以实现液压马达一行星轮减速器一履带驱动轮一履带传动驱动方式。25优化结构联合收割机正常行走速率约15ms，但输出功率较大，若采用全液压行走系统，则必须用低速大扭矩马达，此类马达体积大、成本高，不适合安装在空间有限的联合收割机内。液压一机械复合传动系统选择合理的行星轮减速器传动比，可降低液压元件的输出扭矩，选用中速小扭矩马达，从而降低液压元件的体积及成本，使其结构更紧凑。3设计方案31液压系统采用双联集成变量泵+双定量马达闭式液压系统。双联变量泵每个泵和1个液压马达形成1个独立闭式液压回路。311双联轴向柱塞集成泵。双联轴向柱塞集成泵具有结构紧凑、体积小，输出功率大的特点。该泵为集成式结构，集2个变量泵、补油泵、压力控制、功率控制、流量控制、溢流功能等于一体，具有对外载荷的自动适应性，能够实现无级调速和变矩以及传动比的连续改变。使管路连接变得简单，不仅缩小了安装空间而且减少了由于管路连接造成的泄漏和管道振动，提高了系统的可靠性，简化了操作过程。312摆线液压马达。摆线液压马达结构简单、低速稳定性好，单位重量功率远比其他类型的液压马达大；体积小，重量轻，排量、转速范围宽；轴密封设计先进，背后承受能力较高；短期超载能力强，输出扭矩大，使用范围广。313工作原理图。由图1可知。联合收割机两侧液压马达分别由双联集成变量泵其中1个泵驱动。双联集成变量泵的2个斜盘各和1个控制手柄相联通过拉推手柄改变泵内斜盘的角度大小及方向，即可改变泵输出流量的大小和方向，以改变摆线油马达的转速和转向；补油泵可补油、防止马达启动和制动瞬间的液压冲击，并置换一部分回路的油；回路的油经交换热器，在发动机风扇的作用下冷却。停车时：双联集成泵的斜盘倾角为0。，泵不供油，机器停车。匀速行走时：双联泵和补油泵匀速回转，高压油经管路流向马达。马达低压腔与回油管相连实现回油，部分由补油泵置换出，经冷却器后流回油箱，实现换油。变速时：通过操作控制手柄，控制双联集成泵的斜盘倾角改变、泵的排量变化。原地回转：通过2个操作控制手柄，使2个泵反向旋转，输出流量一致。这时，左右2个液压马达也等速反向旋转，通过左右2个单级行星轮减速器，使左右2个履带驱动轮作等速反向旋转，从而使履带等速反向运动。32机械传动由于联合收割机正常工作时速只有15ms，速度很低，如果直接用低速大扭矩马达带动履带驱动轮，通常转速在图1行走系统闭式液压系统工作原理100110rrain。由于低速马达的体积较大，结构不紧凑，不利于扭矩、转速合理分配。因此，在液压马达和履带驱动轮之间采用单级行星轮减速器连接，单级行星轮减速器传动比通常为35，其结构紧凑、尺寸小，并且可以直接安装在履带驱动轮上。其尺寸符合联合收割机的结构特点。因此，可以采用小扭矩中速的小尺寸液压马达。图2为单级行星轮减速器与液压马达与履带驱动轮的连接示意图。图2联合收割机液压马达和履盖的连接示意注：1为履带驱动轮；2为螺栓；3为单级行星轮减速器；4为液压马达；5为大中心轮；6为小中心轮；7为行星轮。从图2中可以看出，液压马达与行星轮减速器相联；行星轮减速器由大中心轮、小中心轮和行星轮组成，液压马达与小中心轮连接，大中心轮与履带驱动轮连接；通过履带驱动轮上驱动履带前进、后退、转向。4参考文献【l】彭熙伟，陈建萍液压技术的发展动向J】液压与气动，2007(3)：1-4【2黄兴液压传动技术发展动态【J】装备制造技术，2006(1)：3639【3王玮方液压无级变速器的设计与研究【D南京：南京理工大学，2004：124】刘修骥车辆传动系统分析M】北京：国防工业出版社，1998【5姚怀新，陈波工程机械底盘理论【M】北京：人民交通出版社，2002【6】王金武，金英子，迟媛，等履带式稻(麦)联合收割机液压一机械式行走系统的研究J农业工程学报，2003(1)：117120【7曹玉宝液压传动技术在联合收割机中的应用拖拉机与农用运输车，2008(4)：4-5【8】孙勇，王庆和，李文哲新型履带联合收割机