荞麦为一年生草本植物，生育期短，抗逆性强，极耐寒瘠，当年可多次播种多次收获，并且营养价值很高，所以荞麦的价值越来越被看中。但是相对应的荞麦收割机发展却相对迟滞。本文的出发点正鉴于此，以现有的荞麦收割机为基本，以轻便、简单以及成本低为主要目的，对现有的荞麦收割机进行改进，使改进后的机型能够让农机与农艺得到最大限度的结合。
本文对荞麦收割机的动力、传动、行走及功能转换机构进行了整体的理论研究。分析国内外的各种型号收割机的使用与现状，提出自己的设计方案，并对其中的关键部位进行了设计计算，主要包括锥齿轮、传动机构和动力输入的传动轴的设计，保证了机构运行的可靠性。

关键词: 荞麦收割机设计传动机构动力

Abstract

Buckwheat is an annual herb. It has the short growth period, strong resistance and extremely cold barren. And it can repeat to be seeded and harvested. It has a very high nutritional value, so the value of the buckwheat is increasingly fancied. But the corresponding development of buckwheat harvesters has been relatively sluggish. This is the starting point of view of this article.Based on buckwheat harvesters nowadays, lightweight, simple and low cost are the main popurses to improve the buckwheat harvesters.The improved models make the agricultural and agronomi obtain the combination of the maximum.
The article theoretically researches buckwheat harvester power, transmission, walking and functional conversion mechanism overall and analyzes use of various models of domestic harvesters and the present situation.The article proposes my own dersign,The article also desings and calculates key parts,mainly including the design of bevel gears, transmission and power input shaft,which ensures that the agency reliability.
Key words:buckwheat harvester; design; transmission; power

1 绪论

1.1 荞麦的介绍
荞麦是蓼科荞麦属的植物，普通荞麦和同属的苦荞麦、金荞麦都可以作为粮食。荞麦生长期短，可以在贫瘠的酸性土壤中生长，不需要过多的养分和氮素，下种晚，在比较凉爽的气候下开花。可以作为绿肥、饲料或防止水土流失的覆盖植物。荞麦原产于亚洲，种子呈

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内容简介：: 第4 2 卷第 1 1 期 2 0 1 1 年 1 1 月东北农业大学学报 J o u rna l o f No r t h e a s t Ag r i c u l t u r a l Un i v e r s i t y 4 2 ( 1 l 1 ： 8 3 - 8 8 NO V 2 0l 1 基于S i mu l i n k的牧草收割机液压传动系统仿真研究徐鹏，崔艳伟，米伯林。，王平山 ( 1 黑龙江科技学院机械工程学院，哈尔滨1 5 0 0 2 7 ；2 黑龙江完达山林海液奶有限公司，哈尔滨1 5 0 0 7 8 ； 3 东北农业大学工程学院，哈尔滨1 5 0 0 3 0 ) 摘要：针对传统牧草收割机存在的不足，提出采用液压方式驱动的牧草收割机。基于牧草收割机的液压传动系统建立数学模型，并利用Ma t l a b软件提供的S I MU L I N K仿真工具箱建立仿真模型，根据给定的仿真系数，对参数不变以及节流阀开口量变化时的马达转速进行仿真分析。仿真结果表明，该液压系统设计合理，马达的转速可以通过调节节流阀开口量的大小来实现。关键词：S i m u l i n k ；牧草收割机；液压系统；仿真中图分类号：$ 7 6 7 5 ；X 1 7 2 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 5 9 3 6 9 ( 2 0 1 1 ) 1 1 - 0 0 8 3 0 6 Si mu l a t i o n o f h y d r au l i c t r a n s mis s i o n s y s t e m o f r o t a r y mo we r b a s e d o n Si mu l in k x u P e n g ，C U I Y a n w e i ，MI B o lin 。， WA N G P in g s h a n ( 1 M e c h a n ic a l E n g in e e r in g C o l l e g e ， H e i l o n g j i a n g I n s t it u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a ； 2 H e i l o n g j i a n g Wo n d e r s u n L i n h a i L i q u id Mi l k L t d ， Ha r b i n 1 5 0 0 7 8 ， Ch i n a ； 3 E n g i n e e r i n g Co l l e g e ， No r t h e a s t Ag r i 。 c u l t u r a l Un i v e r s i t y ， H a r b i n 1 5 0 0 3 0 ， Ch i n a ) Ab s t r a C t ：B a s e d o n t h e we a k n e s s o f mo we r ， h y d r a u l ic t r a n s mi s s i o n wa s u s e d t o d r i v e mo we r A f t e r a n a l y z i n g t h e h y drau l ic s y s t e m，t h e ma t h mod e l o f t h i s s y s t e m wa s s e t u pT h e s i mu la t i o n mo d el wa s e s t a b l is h e d b y u s i n g S i mu l i n k s o ft wa r e p a c k a g e wh ic h wa s a p a r t o f Ma t l a b Ac c o r d i n g t o t h e n u mb e r o f c o e ff i c i e n t f o r emu l a t i o n ， a n d t h e o p e n i n g o f t h e t h r o Rle was c h an g e d o r u n c h a n g e d i n t h e mo t or o f t h e s p e e d o f a s i mu l a t i o n a n a l y s i s ， wh i c h s h o we d t h a t t h e d e s i g n o f h y d rau l i c s y s t em wa s r e a s on ab le an d r o t a t e s p e e d of h y d rau l i c mot o r wa s c h a n g e d b y t h r o t t l i n g t h e v a l v e t h e o p e n i n g o f t h e s i z e K e y w o r d s ： S i mu l i n k ； mo we r ； h y d r a u l i c s y s t e m； s i mu la t i o n 在我国农村中，由于拖拉机的使用较为普遍，所以大多数牧草收割机都是通过拖拉机的动力输出轴输出动力，这有利于机器的配套，提高拖拉机的利用率。牧草收割机按切割方式可分为往复式和旋转式u 。以往与拖拉机配套使用的牧草收割机多数为往复式割草机，由于它的切割性能较好，功率消耗低，价格便宜，使用调整方便等特点，在生产上得到普遍应用。但是随着人工种植草场数量的增加，天然草场的管理和治理，单位产草量稳步提高，往复式割草机已难以满足生产上的要求，反映出堵刀、切不断牧草，作业速度低等问题。所以，应用旋转式牧草收割机的时机已趋于成熟，它以作业速度高，对密度大、茎杆粗壮的牧草显示出较好的适应性。旋转式牧草收割机的传动系统是该机的重要组成部分，而当前国内外生产的各种型号旋转式牧草收割机，其传动形式普遍采用皮带、齿轮传动结构口 I。因此，造成传动结构复杂、重量大，加工精度要求严格，整体结构也偏于复杂，不易于控制动力部件，而且降低了传动的机械效率。为解决大收稿日期：2 0 1 0 1 2 2 0 基金项目：黑龙江科技学院引进人才基金( 0 6 6 2 ) 作者简介：徐鹏( 1 9 8 1 一 ) ，男，讲师，硕士研究生，研究方向为液压传动与控制。E - m a i l ： p e n g 3 8 2 2 s i n a c o m 东北农业大学学报第4 2 卷型宽割幅割草机的技术难题，采用液压传动取代普遍应用的机械传动，应用液压马达直接驱动旋转刀盘进行牧草切割，这种液压传动系统取代传统的机械传动系统使结构大为简化，_T作平稳性增强，制造精度降低。 1 液压系统数学模型的建立根据牧草收割机的技术特征和实际作业情况，选取液压传动系统的执行元件为齿轮马达。牧草收割机在进行作业之前，刀盘的转速应能够调到适当的转速，并且液压系统的负载变化小，要求回路起步冲击小，所以液压传动系统采用定量泵加进口节流调速的方案，所设计的牧草收割机液压传动系统如图 1 所示。在本系统中，由于油过滤器和系统的回油管路以及溢流阀的回油管路对系统的动态仿真结果影响很小，所以在建立仿真模型时可以将它们忽略。这样，就可将牧草收割机的液压系统原理图简化为图2 。 1 4 一液压马达；5 - 空气滤清器； 6 - 温度计；7 - 液位计； 8 一过滤器；9 - 截止阀；1 0 一液压泵；1 1 - 压力表； l 2 一溢流阀；1 3 一节流阀；l 4 一测压接头 1 - 4 -Hy d r a u l i c mo t o r ； 5 - Ai r f i l t e r ； 6 一T h e r mo me t e r ：7 - L e v e l g a u g e ； 8 - Fi h e r ； 9 - S h u t o ff v a l v e ；1 0 一Hy d r a u l i c p u mp ；1 1 - P r e s s u r e g a g e ； 1 2 一 O v e r fl o w v a l v e ； 1 3 一 T h r o t t l e ； 1 4 一 P r e s s u r e j o i n t s 图1 液压传动系统 F i g 1 Di a g r a m o f h y d r a u l i c s y s t e m 1 4 一液压马达；5 - 液压泵；6 节流阀；7 一溢流阀；a 一液压管路；b 一液压管路；c 一液压管路；d - 液压管路；e 一液压管路 l 一 4一 Hy d r a u l ic mo t o r ； 5 -Hy d r a u l i c p u mp；6 - Th r o t t l e ； 7 - Ov e rflo w v a l v e ； a - Hy d r a u l i c l i n e 2 ： h - Hy d r a u l i c l i n e 4； c Hy d r a u l i c l i n e 5 ； d -Hy d r a u l i c l i n e 6 ； e Hy d r a u l i c l i n e 7 图2 液压系统 Fi g 2 S i mpl i fie d e l e me nt ar y di a gr am o f hy dr aul i c s ys t e m 功率键合图实际上表示了系统的功率流程，所以根据图2 ，了解到在系统的诸多作用下，功率的流向、汇集、分配和能量转换等情况后，绘制出此液压系统的功率键合图，如图3 所示。有了系统的功率键合图模型，可以很方便地直接由键合图求得系统的状态方程。所以根据图3 所示的系统功率键合图模型，写出相关的状态方程，即可获得液压系统的数学模型如表1 所示。 2 动态仿真模型的建立利用M a t l a b 中的S im u l i n k 工具箱可以对该液压系统进行仿真，根据表 1 所给出的液压系统数学模型，在S i m u l i n k 模型窗口中建立仿真模型u ” ，首先可以将各元件的仿真模型封装成子系统，然后再将各子系统组成整体，所以，旋转式牧草收割机液压系统的仿真模型如图4 所示。 3 仿真结果与分析通过运行动态仿真模型，就可以得到仿真结果。动态仿真模型的算法采用 o d e 4 5 ，仿真计算步长为0 0 0 1 ，误差控制为 l x l 0 ，仿真时间的开始时间设为0 0 0 s ，结束时间设为2 0 0 0 s 。将各第 1 1 期徐鹏等：基于S i m u l i n k 的牧草收割机液压传动系统仿真研究 8 5 负载扭矩的开始时间t 设为 l 0 0 0 S ，也就是说在 1 0 S 时开始对各液压马达加载。下面就通过改变相匡垂应的仿真模型系数，来分析说明该液压系统的性能。液压马达 1 液压马达4 管路e 液压马达3 管路d 图3 液压系统功率键合图 Fi g 3 P o we r b o nd g r a p h o f h y d r a u l i c s y s t e m 表 1 液压系统的数学模型 Ta b l e 1 M a t h e ma t i c a l m o d e l o f h y d r a u l i c s y s t e m 液压马达 2 液压泵 Hy d r a u l i c p u m p 管道 P i p e 溢流阀 Ov e r fl o w v a l v e 变换器，泄漏兄 0 结点液阻见 1 结点尼元 0 结点节流阀 T h r o t t l e R 元 1 结点液压马达 H y d r a u l i c m o t o r 泄漏兄液容 C 被驱动转动惯量负载摩擦尼负载扭矩变换器变换器 O 结点 1 结点 T v p S (， v|s P Q t c l pp Ql S q P Q P k p P=P P h Q 0如尸 Q = Q r Q ,= K f A P ,， iI P P P Q P = I ( C I A Q d t ) + P ( O ) m = 1 ( L C S T d t ) + w ( O ) t ( 1 - e ) T - PV Q = =P c Q a Q = Q , - Q - Q , z 一 | R n T 胛氍 k Q 一，一兰一 1_ G 一、串k 风 Q Q L P J- 遗 Q 丁上。盯 * 东北农业大学学报第4 2 卷液压图4 液压系统仿真模型 F i g 4 S i mu l a t i o n mo d e l o f h y d r a ul i c s y s t e m 表2 液压系统的仿真模型系数 T a b l e 2 S i mu l a t i o n mod e l c o e ffic i e n t o f h y d r a u l i c s y s t e m 速液压泵 Hy d r a u l i c p u mp S t o P 管道P i p e ( a ) 管道 P i p e ( b ) 管道P i p e ( c ) 管道 P i p e ( d ) L 管道 P i p e ( e ) 溢流阀 O v e r fl o w v a l v e 尼4 1 O x l 0 9 P a m 节流阀 T h r o t t l e 4 2 0 x 1 0 一 m P a 液压马达 Hy d r a u l i c mo t o r 1 6 0 xl O m 228 x1 0 一 m s - t P a - 2 1 7 x1 0 。 m s - I P a - 20 6 xl O 一 m S - I P a 1 9 5 x1 0 。 m P a 一 90 0x l O 一 “P a m一 0 r a d S 一。 O Pa O 0 3 7 5 k g m 0 0 1 6 N m s r a d 一 8 N m 3 98 xl O - m3 r a d 3 1 参数不变时的液压马达转速如图2 所示为液压系统的仿真模型系数表，将表2 中的仿真模型系数带人仿真模型中，运行动态仿真模型，就得到了液压系统中各液压马达的转速与时间的变化曲线如图5 所示。由图5 可知，各液压马达的转速从0 开始逐渐增大，在 1 - 6 S 之间各液压马达均产生一定的波动，达到各自的峰值，在6 1 0 S 时转速趋于稳定，这个过程说明液压马达转速的增加不是成线性增长的，它需要通过上下的波动变化逐渐达到一个相对一 M 一一 ) ， c和啪缸， c 肿缸第 1 】期徐鹏等：基于S i m u l i n k 的牧草收割机液压传动系统仿真研究稳定的状态。在 1 O 1 4 S 时马达转速有所下降，是因为马达在 1 0 S 开始加载，负载增加就会引起转速的下降。在 1 4 S 以后转速达到稳定状态，这个过程说明马达的加载完成，转速也就不在发生变化。从图4 中还可以看出，液压马达1 一液压马达4 的启动响应时间逐渐增大，这是因为该液压系统采用的液压马达连接方式为串联方式，即液压油先进入液压马达 l ，然后再依次进入液压马达2 、液压马达3 、液压马达4 ，只有当液压油进人马达后，马达才能转动。同时，由图4可知，在 1 4 S 后马达达到稳定转速时，液压马达1 液压马达4 的恒定转速值依次下降，这是由于液压马达在转动时不可避免的泄漏造成的。因此，各液压马达的转速均在设计参数的要求范围内，所以该液压系统设计合理。 3 2 节流阀开口量变化对马达转速的影响系统中的其他仿真参数不变，只改变节流阀开口量大小，通过这个过程分析节流阀开口量的变化对马达转速的影响。将节流阀的阀E l 有效面积厂增蜱 = 口昌 2 翼 ( a ) 时间( t )T i m e 至 1 7 1 0 一m 和减至 1 5 1 0 m 时，运行仿真模型，得到了液压马达 1 、2 、3 、4 转速随时间变化的曲线如图6 ( a ) 、( b ) 、( c ) 、( d ) 所示。：、童量童暑 2 L g 翼时间( h ) T i m e “ A” 、 B 、“ c ” 、 D 分别表示液压马达 1 、2 、3 、 4 的转速曲线 ” A” ， ” B” ， ” C” ， ” D”me a n r o t a t e s p e e d c u r v e o f h y dr a u l i c mo t o r ， r e s p e c t i v e l y 图5 液压马达的转速曲线 Fi g 5 Ro t a t e s p e e d c u r v e o f h y d r a u l i c mo t o r 。皇旨 2 翼一一 = 。葛葛暑宝翼 ( b ) 时间 ( t ) T i m e ( C ) 时间( t ) T i m e ( d ) 时间( t ) T i m e A 、 B 、 C 、 D 分别表示节流阀开I= 1 量增大、不变和减小时变化后马达转速曲线 ” A” ，” B” ，” C” ， ” D”me a n r o t a t e s p e e d c u r v e o f h y d r a u l i c mo t o r a f t e r o p e n i n g o f t h rot t l e wa s i n c r e a s e d ， i n v a r i a b l e a n d d e c r e a s e d ， r e s p e c t i v e l y 图6 节流阀开口量变化后马达1 、2 、3 、4 转速曲线 F i g 6 Ro tat e s p e e d c u r v e o f h y d r a u l i c mo t o r 1 ， 2 ， 3 ， 4 a f t e r o p e n i n g o f t h r o t t l e wa s c h a n g e d 8 8 东北农业大学学报第4 2 卷根据图6 可知，当增大节流阀的开口量时，各液压马达的稳定转速随之增加；当减小节流阀的开口量时，各液压马达的稳定转速随之较小。同时，从图中还可以知道，当节流阀开口量为表2 所给参数时，能够达到系统设计要求，所以，液压系统中液压马达的转速可以通过调节节流阀开口量的大小来实现。 4 结论通过对该液压系统的动态特性仿真可知，当各仿真参数不变时，马达转速不呈线性增长，需要通过动态变化逐渐达到相对稳定状态，同时，马达启动响应时间依次增大，所达稳定转速稍有下降；当增大节流阀的开口量，而其它仿真参数不变时，各液压马达的稳定转速随之增加，反之，稳定转速随之减少，因此，马达的转速可以通过调节节流阀开口量的大小来实现。仿真实验结束之后，将所设计的牧草收割机进行了整机制造，并在香坊实验农场进行了田间作业试验。试验结果表明机器运转正常，测量值与仿真结果相近，基本能够达到设计要求I I I 。因此，可以说利用 Ma t l a b 中的S i mu l i n k 工具箱对该液压系统进行仿真是一条行之有效的途径，对未来的机械设计具有一定的指导意义。【参考文献】【 1 1 刘万里往复式与圆盘式牧草收获机 J J 农业科技推广， 2 0 0 5 f 1 ) ： 41 2】贺文胜牧草料生产加工机械化技术【 J 1 山西农机， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 2 2 5 【 3 】马晓春，于建国我国牧草收割机的发展趋势【 J j 林业机械与木 1 设备， 2 0 0 5 (6 ) ： 1 0 1 3 傅美贞牧草收割机械的现状和发展趋势【 J 】农机化研究， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 3 5 - 3 8 中国农业机械

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