草捆捡拾机液压系统的设计

摘要：针对大型草场的压实草捆需要短途运输的需要，设计一种基于草捆捡拾机的液压传动系统。介绍液压传动系统的设计思路，通过计算确定相应部件的主要参数，基于工作环境的特点进行元件选型，为实现压实草捆机械化运输和装卸提供支持。

关键词：液压系统;草捆捡拾机;设计;液压缸;液压泵

中图分类号：S225.91+9    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2021）06-0043-03

草捆捡拾机是各种牧草采摘机械中必不可少的装置，而液压传动系统是整机的核心部件。针对当前大型草场的草捆需要短途运输的需要，设计一种基于草捆捡拾机的液压传动系统。介绍液压传动系统的设计思路和主要元件，通过计算确定相应部件的主要技术参数，并根据工作环境的特点进行元件选型，为实现压实草捆短距离运输和装卸机械化提供技术支持。

1 液压系统的设计思路

草捆捡拾机主要用于圆草捆回收，主要由车架主体、牵引架、捡拾架、液压系统和退包架组成。牵引架的作用是连接拖拉机，依靠拖拉机牵引移动。拖拉机牵引捡拾车行进过程中，捡拾臂放至最低点，将圆草捆推托起。拖拉机启动捡拾臂油缸油路，将捡拾臂升起后，圆草捆自动落入车架上。车架主体主要承载圆草捆，最大装载量9捆（以直径1 200 mm，长1 400 mm圆草捆，单捆质量520 kg为例）。第一排装满圆草捆后，拖拉机启动液压泵，退包支架将第一排圆草捆推至尾部。

与传统的机械传动、电气传动设备相比，液压系统具有设备安装方便﹑质量轻、体积小、反应速度快等优点，且可实现自动过载保护。草捆式捡拾机通过液压系统控制捡拾手臂升降，利用液压马达牵引链条运动，控制挡草板竖起或放下，车架升高后可实现卸草。液压系统的主要元件及其作用见表1。

2 液压系统的结构

液压系统主要包括油箱、齿轮泵、组合阀、电磁换向阀、捡拾器马达、电磁通断阀和溢流阀，详见图1。油箱出入口、齿轮泵、组合阀、电磁换向阀、捡拾器马达、电磁通断、油箱入口依次串联起来。由节流阀和压力补偿阀形成组合阀，来代替现有液压系统中的优先节流阀，大大降低液压系统的压力损失和油箱发热功率，进而明显提高捡拾机的工作效率。

3 液压系统的主要部件设计与选型

3.1 液压泵

捡拾机的拣拾臂在抬升运行中承受的负载很大，运行速度相对较低。而下降过程中的负载相对较小，运行速度较快。从节约能量及降低发热成本考虑，液压泵可选择单泵供油或变量泵供油。综合考虑，选用一种带有压力回馈的限制式变化叶片泵。

不考虑包退架自身质量，主要计算退包支架将圆草捆推至尾部所需要的力。单捆草捆质量为520 kg，3捆总质量为1 560 kg。通过计算确定设计的液压泵技术参数为：额定压力14 MPa，转速1 825 r/min，排量26.93 mL/r，转矩48.14 N·m，功率9.2 kW。

根据计算结果与实际应用经验数据资料，选择cm-f型的齿轮式液压传动大泵，其额定工作电机为14 MPa，最大工作电机转速17.5 MPa，额定电机转速1 800 r/min，最高工作电机2 400 r/min。

3.2 控制部件

自动调速控制回路具有工作效率高、发热小及加速刚性好等优势。将自动调速控制阀直接安装于回油路，能够承受较大的负切削。电磁阀快慢速换接传动回路结构简单、传动调整简单方便，安装也相对容易，但运行速度和传动换接时的平稳性较差。为提高自动换接控制系统的工作运行性和平稳性，改用自動行程切换控制阀进行切换速率控制，且方便调整换接控制回路。

使用三位四通道电磁阀器元件实现电动拾捡臂的短路控制时，为有效预防短路或失电，采用一种防止短路或者失电夹紧的短路控制工作模式。在压力回路中安装压力减压阀，便于调节手臂所被夹紧时的压力增幅，并确保夹紧时压力稳定。

3.3 捡拾臂液压缸

根据试验结果确定在各工作阶段中，内部系统所能承受到的外部运动负载见表2。

通过参考相关资料，选择一个液压气缸的工作压力为3 MPa，由相关计算公式确定最大负载能力f为20 500 N，查阅相关资料选取p2为0.5 MPa，ηcm为0.95，同时考虑到捡拾臂抬升和下降的移动速度不同，取d/D为0.7。将数据代入相关公式得到D=9.9×10-2 m。直径塞距d取100 mm，活塞杆塞距d=70 mm。

按照回油设计原则，进给夹紧液压缸的回油工作夹紧动力设定为2.5 MPa，工作动力值设定为0.95，则根据公式可得D=8.96×10-2 m。再参考液压缸和活塞杆尺的度值，确定2个夹紧式液压缸小径大径的值d和D分别是100 mm和70 mm。每一个工况下的阶段内液压气缸所使用需要的流动速度：q抬起为19.2 L/min，Q下降为20.0 L/min，Q夹紧为9.42 L/min。抬升时所需电动机功率为0.45 kW，由此确定选用y-y90s4型高压电动机。

4 结语

为草捆捡拾机设计的液压系统基本性能参数为：牵引拖拉机功率≥80 kW;工作速度15 km/h;空车质量≤2 000 kg;压力≤20 MPa;装载量≤5 000 kg。液压控制系统整体布局简洁、可操作性好、可靠性高，可以满足牧场连续捡拾集垛自动化生产要求。由于生产使用中的环境较为复杂，在以后的工作中还需要不断完善和改进机具设计。

参考文献

[1] 闫世军，李勇.组合电器伴热带系统故障分析与改进[J].电力安全技术，2021（1）：56-59.

[2] 虞军胜，段培勇，邓季贤，等.一种连续捡拾集垛机的液压系统设计[J].机床与液压，2019（14）：64-69.

[3] 陈恒峰.基于新疆C-2型谷物联合收割机传动系统的液压设计与试验[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2018.

[4] 郭辉，陈恒峰，吕全贵，等.高地隙轮式自走喷雾机液压系统的设计研究[J].农机化研究，2018（10）：51-56.

[5] 于涛，樊梁燕，杨瑞锋.PLC控制的关节型机械手的结构设计[J].热带农业工程，2010（6）：48-51.

Design of Hydraulic System of Pickup Bale Loader

CHEN Hengfeng

（School of Mechanical Engineering Yangzhou Vocational University， Yangzhou Jiangsu 225000， China）

Abstract： Aiming at the need of short distance transportation of compacted bale of large grassland， a hydraulic transmission system based on pickup bale loader was designed. This paper introduced the design ideas of the hydraulic transmission system， determined the main parameters of the corresponding components through calculation， and selected the components based on the characteristics of the working environment， in order to provide support for the realization of mechanized transportation and loading and unloading of compacted straw bales.

Key words： hydraulic system; pickup bale loader; design; hydraulic cylinder; hydraulic pump

收稿日期：2021-06-25

作者简介：陈恒峰（1988—），男，硕士，助教，工程师，从事机械制造和液壓传动控制技术方面的研究。