道路收麦车液压系统的设计与仿真

贾建伟

道路收麦车液压系统的设计与仿真

贾建伟

江苏联合职业技术学院,江苏南京210024

根据道路收麦车执行机构需要做出的运动，设计出收麦机构与倒麦机构的液压系统并简要介绍此液压系统的组成和特点。对液压系统中各元件设置参数并进行计算，选出合适的液压泵和液压马达。利用AMESim仿真软件对液压系统进行建模和仿真，设置一个外部负载参数信号，对液压元件各参数进行设置，总结液压系统回路的压力、流量变化规律。结果表明：仿真结果与参数设置基本符合，所设计的道路收麦车液压传动系统是合理的。

道路收麦车;液压系统;AMESim;仿真

自古以来，小麦一直是我国主要的粮食作物，农业机械化的发展，使联合收割机取代人力成为收割小麦最主要的力量，节省人力的同时更提高了收割效率，但是要防止小麦变质,必须要晒干了才能储藏，农民们在晒麦子的时候,最怕的就是下雨，只要遇到阴天,就必须匆匆忙忙用扫帚收集晒在马路上的麦子，有使没来得及收集完就开始下雨了，效率很低，而且耗费人力。

本文为了解决这一问题，提出了道路收麦车这一概念，并设计出收麦机构与倒麦机构的液压系统，通过参数计算选出液压元件合适的型号，利用AMESim仿真软件对液压系统进行建模和仿真，证明道路收麦车液压传动系统是合理的，为农业机械的发展与改进奠定了基础[1,2]。

1 道路收麦车液压系统设计

1.1收麦车的组成及原理

道路收麦车上主要的机构就是收麦机构和倒麦机构，收麦机构是由液压马达驱动风机，风机的旋转使小麦收集箱处于负压状态，这样收集箱吸嘴与对面之间就形成了高低压气流，利用气力输送原理将地面的小麦吸入收集箱，当收集箱装满后，需要将小麦倒出，这时候就用液压缸推动收集箱，将小麦倒出,然后将收集箱收回。

1.2系统的组成

所设计的液压系统主要应用于风机的启停和控制收集箱的推出与收回。电动机驱动液压泵获得动力源，液压马达驱动风机工作，两个液压缸驱动收集箱工作。下图1为风机及收集箱液压系统回路图。

图1 风机及收集箱液压系统回路Fig.1The hydraulic system loop of fan and boxes

1.3液压系统的工作原理

当换向阀4得电时，液压马达9工作，这时候风机旋转，开始工作，收集箱处于低压状态，收集箱中开始吸入小麦。

当小麦收集完毕，将换向阀4断电，液压马达9停止转动，此时开始将小麦倒出。当电磁换向阀5处于右位，压力油进入油缸无杆腔，此时活塞杆右移，推动收集箱往外伸出，箱体的推出速度由节流调速阀6控制，液压油经回油管路流回邮箱。本设计釆用双液压油缸的方式控制收集箱推出，这样就可以增大收集箱的承载压力。

当电磁换向阀5处于左位工作，压力油进入油缸有杆腔，活塞杆左移，这时收集箱缩回，无杆腔液压油回油箱。

当电磁换向阀5处于中位,压力油直接回油箱。

2 液压系统参数计算与选型

对风机及收集箱液压系统各个元件进行参数计算并选出合适的泵与马达[3-5]。本系统工作压力初选15 MPa。

2.1油缸受力∑F

式中:m—箱体最大载重量与自重500 kg；

f—摩擦系数，取0.04；

L—收集箱最大推出行程，0.7 m；

t—收集箱推出时间，设为10 s

可求出ΣF=207N

2.2液压缸尺寸的确定

活塞伸出时的理论推力为:

式中:F—液压缸外负载；

D—液压缸内径；

P—液压缸供油压力，取0.7 MPa。

由式(2)可求出液压缸内径D=19.4 mm，取D=25 mm。活塞直径d=0.7 D=17.5 mm，取d=18 mm。

2.3液压缸流量

式中：S—箱体的推出行程，设计为0.6 m。

由式(3)可求出液压缸流量：Q=2.9 L/min。

2.4液压马达的确定

风机釆用离心式通风机，它是以气体的压力和流量作为输出的主要参数。则风机所需功率：

式中：P一风机功率；Q—风量；p—风机的风压；0

η一风机的内效率，取0.9，1η—机械效率取0.95。

由式(4)可求出所需功率P=3.37 kw。

风机轴扭矩

式中：T一风机轴扭矩；n一风机转速。

由式(5)可求出T=22.33 Nm。

马达排量：

式中：p一马达的工作压差,设为13 MPa；mη—液压马达的机械效率取0.8。

由式(6)可求出Vm=9.32 mL/r。

取液压马达排量为10 mL/r，可选取FMB5*型号的马达。其各个参数如下表1所示：

表1 FMB5＊液压马达参数Table1The hydraulic motor parameters of FMB5＊

泵的排量：

式中：Q—液压马达的最大流量；nb—泵的转速取1800 r/min。

由式(7)可求出：Vb=13 mL/r

则液压泵型号可选为：CB-FE16E。其参数见表2：

表2 CB-FE16E液压泵参数Table 2 Hydraulic pump parameters of CB-FE16E

泵的流量：Qb=Vb×nb×10-3×η=26L/min

3 液压系统仿真模型建立

3.1液压系统仿真模型的建立

利用AMESim仿真软件对液压系统进行仿真，首先是要建立系统模型，从AMESim软件的各个元件库和信号库中选取合适的图形模块建立仿真模型[6,7]。仿真模型如图2所示：

图2 风机及收集箱系统AMEsim模型Fig.2 System AMEsimmodel of fan and boxes

3.2液压系统仿真模型参数设置

根据上面的计算,对仿真模型进行参数设置，并运行仿真。参数设置见表3。

表3 参数及其值Table 3 Parameter and value

4 风机及收集箱系统仿真分析

4.1液压马达仿真曲线

系统压力设定为15 MPa，液压马达两腔压力差为13 MPa。仿真结果如图3和图4所示。

由图3和图4仿真结果可以看出，当液压马达转速为2000 r/min时，40 s的时候工作压力趋于稳定，输入流量也相应达到稳定。此时马达的工作压力为13 MPa,流量为22.22 L/min，与上述的参数计算基本一致[8]。

图3 液压马达的工作压力曲线Fig.3Working pressure curve of hydraulic motor

图4 液压马达的流量曲线Fig.4Flow curve of hydraulic motor

4.2液压缸仿真曲线

给电磁换向阀5输入不同的信号使其换向,得出液压缸伸缩速度的变化。仿真结果如图5和图6所示。

图5 收集箱油缸伸出速度曲线Fig.5 Stretched speed curve of oil cylinder in box

图6 收集箱油缸伸出时无杆腔流量曲线Fig.6the rodless cavity flow curve of oil cylinder in box

由图5和图6仿真结果可以得出，当外负载稳定时，液压缸推出速度约在0.5 s时达到稳定，液压缸无杆腔流量也在很快到达最大值2.9 L/min。仿真结果与设计相符合[9,10]。

5 结论

道路收麦车的风机与收集箱液压系统是它的核心部分，其性能的好坏对整机的工作性能有着决定性的影响。

(1)根据道路收麦车的工作原理，设计了风机和收集箱液压系统，并对液压系统进行了分析，对各个元件参数进行了设计计算。

(2)利用AMESim仿真软件对道路收麦车的风机与垃圾箱液压系统进行了建模，并设置参数。

(3)对建立的模型进行模拟仿真，得出了液压系统的压力特性和流量特性曲线图，且仿真结果与设计计算的参数基本吻合，为工程实际应用提供了理论依据。

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Design and Simulation on Hydraulic System of Road Sweeper for Wheat

JIAJian-wei
Jiangsu Union Technical Institute,Nanjing210024,China

The hydraulic system of car fan and the bin was designed according to the working principle of road sweeper,and briefly introduced the structure and characteristics of the system.The model and simulation of hydraulic system were established by using AMESim simulation software.We set up an external load signal parameters and set the parameters of hydraulic components,research on the hydraulic system pressure and flow of the loop of the car fan and the bin.Simulation results showed there was no difference with the results of simulation and parameter settings,the design of the hydraulic drive system for small garbage was reasonable.

Road sweeper for wheat;hydraulic system;AMESim;the simulation

U463.52+1

A

1000-2324(2014)05-0686-05

2013-03-23

2013-03-30

贾建伟(1974-),男,硕士研究生,副教授,研究方向为计算机仿真、计算物理.E-mail:qit0316@126.com