牛利田;王吉忠;杨晓娜
【摘 要】Through analysis of the hydraulic driving system of the harvester, calculation of the required traction force of the harvester is explored in this paper, and calculation formula for the pump selection, the motor selection, the volume of fuel tank and the area of the radiator, and the choosing conditions of slippage pump and flush valve in the hydraulic system are summarized, thus it provides the basis for the calculation of parameter design in the hydraulic driving system of the harvester.%通过对收割机液压行走驱动系统的分析，对收割机所需牵引力的计算进行了探讨，给出了液压行走驱动系统中泵选型、马达选型、油箱体积与散热器面积的计算公式和液压系统中补油泵与冲洗阀的选用条件，为收割机液压行走驱动系统参数的设计计算提供依据。
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】3页(P65-66,70)
【关键词】玉米联合收割机;液压行走驱动系统;匹配公式
【作 者】牛利田;王吉忠;杨晓娜
【作者单位】汽车油箱容量青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛 266520;青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛 266520;青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛 266520
【正文语种】中 文
【中图分类】TV623.5
随着我国农村经济的快速发展与国家对农业的大力扶持,由于收割机的投入使用可加快农村经济的发展和减轻农民的劳动强度。收割机行走驱动系统采用液压传动时,可极大地增强收割机驱动系统对环境的适应性,提高其工作稳定性及驾驶环境的舒适性和降低其操作难度［1］。
收割机液压行走驱动的动力传递路线如图1,发动机为液压行走驱动系统提供动力,动力经由
变量泵-定量马达组成的闭式液压容积调速系统,传递到减速装置,最后带动驱动轮使收割机行走。
收割机液压行走驱动系统的液压原理图如图2,伺服控制阀控制着伺服控制对称油缸对变量泵进行泵排量的调节,冷却器负责系统的散热,吸油滤芯过滤进入油箱中的油液,补油泵补充系统中油液的泄漏量,防止气蚀现象和空气渗入系统,能起到一定的散热作用,冲洗阀确保工作回路中液压油使用寿命。
2.1 收割机牵引力的计算
式中:Fk为切线牵引力,N；ηx为车轮的驱动效率；M为驱动轮输出力矩,N·m；rd为驱动轮动力半径,m。∑F为各种外部阻力之和,N,即:
式中:Fx为滚动阻力,N；Fα为坡道阻力,N；Fw为空气阻力,N；Fj为加速阻力,N。
由于收割机设计行驶速度较低(最高设计速度20 km/ h左右),而空气阻力Fw和加速阻力Fj的对收割机的影响较小,可以忽略不计；为了简化计算,可以只考虑滚动阻力Fx和坡道阻力Fα。
2.2 液压系统工作压力的确定
液压系统的工作压力的设定必须保证液压组件的工作寿命和可靠性,一般系统压力设定方法是确定机器的最大负荷压力和平均持续负荷压力,并且使这两个压力均不超过组件的最高标定压力PXm和额定压力PXH,最高压力的作用时间不超过工作时间的1％～2％,PXm/ PXH＞1.25。
2.3 马达的选型
式中:Pjj为整台收割机的角功率,kW；Fkmax为最大切线牵引力,N；vTmax为收割机最大设计速度,km/ h。
由前面计算而出的机械角功率［2］可以计算出马达的角功率Pmj。
马达的负载扭矩为:
式中:i为马达到驱动轮之间的传动比；η0为马达到驱动轮之间的传动效率。
马达在车辆最大速度时的转速为:
根据计算出的马达的角功率和转速要求,选择马达型号。
2.4 泵的选型
马达型号选好后,可对液压泵进行选型,通过计算出来的排量和流量对液压泵进行选型［3］。
液压马达的所需的流量为:
式中:nb为泵的输入转速,r/ min；ηb1为泵的容积效率；ηm1为马达的容积效率,r/ min；qm为马达的排量, mL/ r。
根据所得到的流量和排量的值,可选择符合要求的液压泵。
2.5 马达和泵的校核
选择好液压泵和液压马达型号以后,对整个液压系统所能提供的扭矩和行驶速度进行校核,如果都符合要求,选型完毕,如不符合要求,重新选取液压泵,直到所选的液压泵符合条件为止。
(1)发动机工作时液压系统的工作压差为:
(2)通过液压马达提供的扭矩为:
(3)液压系统的流量为:
(4)马达获得的转速为:
式中:ηe为发动机传动效率；ηm2为马达机械效率；ηb2为泵机械效率；qb为泵的排量,mL/ r。
如果所计算值均符合要求,那么液压行走系统最重要的液压泵和液压马达选型完毕。
2.6 补油泵的选择
液压系统中使用的补油泵大部分都是和变量泵集成在一起的。液压系统中存在着由泵、马达、冲洗阀排出的流量和伺服系统的消耗四部分主要泄漏问题,这是就需要补油泵供油以满足系统正常工作［4］。
一般补油泵的排量和流量为主泵排量和流量的的20％～25％,补油压力在1.1～3.4 MPa,当负载变化大时选择较大的补油压力。
2.7 冲洗阀的选择和油箱容积的计算
集成式回路冲洗阀上的冲洗溢流阀为一阀芯带阻尼孔式压力溢流阀。开启压力为1.6 MPa,为了满足不同系统对冲洗流量的特定要求,可选不同大小阻尼孔的阀芯［5］。
油箱有储油、散热、沉淀杂质和分离油液中的气跑的功能,油箱的容量为:
V = 10-3αQv(15)式中:Qv为泵的流量,L/ min；α为经验系数,min(如表1)。
(5)此时的车速为:
2.8 散热器面积的计算
在实际工作过程中,变量泵的流量一直处在变化当中,因此可把此系统的发热功率简化为:
系统散热功率为:
式中:K1为油箱散热系数；K2为管路散热系数；A1为油箱散热面积,m2；A2为管道的散热面积,m2；ΔT为油液温度和环境温度之差,℃。
散热器散热功率为:
散热器面积为:
式中: t0为环境温度,℃；C为油液比热容, J/ (kg/℃)；Qcp为补油泵出口流量,L/ min；Cp为空气比热容,J/ (kg/℃)；γp为空气密度,kg/ m3；Qp为空气流量,L/ min；Ty为系统外的液压油的平均温度,℃；ρ为液压油密度,kg/ m3；Qp为补油泵流量,L/ min。
3 结语
对收割机液压行走驱动系统中主要液压元件的参数进行计算分析,讨论牵引力计算,泵与马达的选型,补油泵与冲洗阀的选择,油箱容积及散热器面积的计算,为玉米收割机液压行走驱动系统参数计算提供参考依据。
参考文献:
Parameter Calculation and Analysis on Hydraulic Driving System of the Harvester
NIU Li-tian, WANG Ji-zhong, YANG Xiao-na(College of Automobile and TransPortation, Q
ingdao Technological University, Qingdao Shandong 26652O, China)
Abstract: Through analysis of the hydraulic driving system of the harvester, calculation of the required traction force of the harvester is explored in this paper, and calculation formula for the pump selection, the motor selection, the volume of fuel tank and the area of the radiator, and the choosing conditions of slippage pump and flush valve in the hydraulic system are summarized, thus it provides the basis for the calculation of parameter design in the hydraulic driving system of the harvester.
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