农业收割机专用电磁换向阀设计探讨

盛灿中

摘  要：针对农业机械对液压换向的自动化需求，由农机主机厂及液压阀配套企业相关人员，在参考国内外多种类似阀型基础上，提出了切实可行的解决方案，本文结合本人参予设计完成的玉米及小麦收割机专用电磁换向阀产品，就阀的定型及设计，做出归纳总结。

关键词：农机阀;阀结构;整体式

中图分类号：S23                                   文献标识码：A                                               DOI：10.11974/nyyjs.20181032021

1     概述

农业机械是提高农业生产效率、实现资源有效利用、推动农业可持续发展的不可或缺的装备，我国农业机械装备制造业正以国家实施的“中国制造2025”战略为契机，培育核心竞争力，逐步实现“安全多能、自动高效、精准智能”，以发展新型高效农业机械装备。

作为农业收割机液压系统中核心元件之一的液压换向阀，必须围绕实现农业生产的自动化、智能化、专业化的目标，进行创新设计，由于农机产品以量产、耐用、性价比高为特色，因此，使用廉价可靠的专用电磁换向阀取代传统手动换向阀，是该行业关注的命题。

2     专用电磁换向阀的定型

2.1     传统收割机手动换向阀

通过安装在阀上面的换向连杆实现手动换向，为便于在收割机驾驶室操纵换向阀，传统手动换向阀的安装位置都安排在驾驶室下方，使用现场故障维修时，受空间限制，阀拆卸难度大，因此常耽误收割作业。

收割机对换向阀的机能要求：液压输出油口分别连接收割机的割台、秸秆还田、无级变速、粮仓等执行机构的单或双作用油缸，收割机的作业特点要求在阀中位状态时，对各输出油口的负载具有长久的液压保持能力，该机能采用单或双向液压锁来实现。

采用电磁换向阀，可以通过驾驶室电按钮操纵换向，因此阀可以安装在收割机的便于维修的位置，由于市场通用电磁换向阀只能提供液压换向，而没有液压锁机能，因此必须设计满足收割机的作业要求的专用电磁换向阀。

2.2     电液控换向阀方案

电液控换向阀是主阀与电磁操纵的先导阀组合成一体的液动换向阀，方案的设计意图是：借用手动换向阀的原有结构，附加电液换向机构，达到电磁换向功能。该方案保留传统手动换向阀的所有机能，同时可实现电磁换向，但存在阀体积较大和成本较高的问题，与农机产品的低价特性有矛盾。

2.3     叠加式电磁换向阀方案

该方案的设计思路是参照叠加阀结构形式，在市场上通用电磁换向阀基础上，增加专用液压锁叠块实现所需机能。但该方案也存在阀较笨重及成本偏高的问题。

2.4     通用电磁阀集成方案

集成式电磁换向阀方案（图1）：换向结构参照4WE6通用电磁阀，更改阀体设计，换向油道与4WE6相同，换向零件与4WE6通用，插入液压锁组件实现所需机能。

该方案经相关人员综合评价，在阀结构布局、阀机能、制造成本等方面，与农机产品的要求符合，方案可行。

3     阀结构设计

3.1     片式结构专用电磁换向阀

由图1作为单元片，多片组合，螺栓连接紧固为所需多路换向阀。

3.2     整体式结构专用电磁换向阀

片式结构存在片间油液泄漏的问题，同时，由于电动换向力相对手动换向力小得多，片间连接的螺栓紧固力造成的阀体变形易发生阀杆换向时卡滞。

整体式阀体油道流畅、无油液外泄，具备很好的整体刚性使阀孔无变形，保证了阀杆换向灵活无卡滞，本人负责设计的专用电磁换向阀采用了整体式结构（图2）。

3.3     设计选型

专用电磁换向阀要达到的主要技术指标为：

公称通径 10mm、公称流量40L/min、调定压力 14.5MPa、中位压力损失≤ 0.8MPa，换向位压力损失≤ 1.3MPa。

3.3.1     换向主阀参照4WE6电磁阀

4WE6电磁阀由于采用大截面铸造内通道减少压力损失，提高通流能力，比常规6通径阀通流能力大近双倍，可满足所需流量要求。

3.3.2     中位回油的实现

4WE6通用电磁阀的中位机能简单价廉，可满足专用电磁换向阀的换向要求，但为了解决专用电磁换向阀的中位回油问题，必须插入二位二通电磁插装阀，它在不通电状态让专用电磁换向阀的P、T連通达到中位回油，行业中，习惯使用HYDRAFORCE的插装阀，但价格昂贵，因此选用国产插装阀替代。

相同流量下，国产二位二通电磁插装阀压损比HYDRAFORCE约大10%，后经收割机主机厂装机，在液压系统最大流量状态下，HYDRAFORCE的压损为2.9bar，国产的压损为3.3bar，经主机厂相关人员评价认可。

3.3.3     专用电磁换向阀各路油道设计

专用电磁换向阀各路主油道相同，类比4WE6电磁阀油道设计，并列的各路之间，压力腔P、回油腔T的联通方式有2种：铸造方式;打工艺深孔。由于深孔在铸造工艺上难实现，采用打工艺孔贯通及堵头的结构，在深孔机床上使用以换向阀孔定位的夹具保证深孔加工位置准确，同时合理选择孔径达到低压损，最终达到的指标为：

测试流量40L/min（公称流量）时，

中位压力损失：

△P（P→t）=0.69MPa

换向位压力损失：

△P（p→a）+△P（b→t）=1.05MPa

△P（p→b）+△P（a→t）=0.97MPa

其中：各压降在拆除液压锁组件后测试。

4     运用

收割机专用电磁换向阀产品装机后，现已通过农机主机厂蔬菜基地作业试验，已有2款收割机小批量投放市场，农机操作者在习惯了电按钮操纵换向后，感觉方便自如，专用电磁换向阀工作状态良好，液压锁组件有个别静沉降故障，因备有配件，操作者试着更换也很方便迅速。

5     结语

收割机专用电磁换向阀是一种新型的液压元件，实现电按钮操纵，主要技术指标满足要求，可彻底取代传统手动换向阀。

该收割机专用电磁换向阀与传统的手动换向阀相比，可有线或无线遥控。由于以电信号为控制输入信号，可以将计算机技术、自动控制技术引入到主机的控制之中，提高工效，提高主机产品市场竞争力。

该收割机专用电磁换向阀安装布置柔性大、操纵维护方便、安全性好，除收割机外，还适合工程机械使用，如挖掘机、装载机等，其推广应用前景广阔。

参考文献

[1]马丽敏，白立群，蔡杰，等.农机行走液压电磁换向阀的开发及其利用[J].农机化研究，2010，32（3）：207-210.

[2]赵国燕.机电一体化在农业机械中的应用[J].农产品加工月刊，2016（8）：47-48，54.