浅析液压驱动技术在拖拉机中的应用

高 锋

（开远市农业机械管理总站，云南 红河州 661600）

液压驱动技术是利用液体的压力和流量来传递和控制动力的一种技术，具有结构简单、功率密度高、响应快、控制灵活等优点，被广泛应用于工程机械、农业机械、航空航天等领域。拖拉机是农业生产中不可缺少的机械设备，其行走系统和工作装置的性能直接影响着农业生产的效率和质量。液压驱动技术在拖拉机中的应用，可以提高拖拉机的动力性能、经济性、安全性和舒适性，满足不同工况和作业要求。

1 液压驱动技术的概念和特点

液压驱动技术是利用液体的压力和流量来传递和控制动力的一种技术，它具有五种主要特点。一是高效率，液压驱动系统的效率一般在80%～90%，远高于机械传动和电传动。二是灵活性，液压驱动系统可以实现多种运动方式，如直线运动、旋转运动、摆动运动等，而且可以方便地改变运动方向、速度和力矩。三是紧凑性，液压驱动系统的结构紧凑，重量轻，占用空间小，适合拖拉机等农业机械的安装和布置。四是可靠性，液压驱动系统的工作可靠，不易受到温度、湿度、灰尘等环境因素的影响，而且具有良好的自我保护功能，可以防止过载和冲击。五是易于控制，液压驱动系统可以实现精确的位置、速度、力矩和压力控制，而且可以与电气、机械、电子等其他控制方式相结合，实现自动化和智能化[1]。

2 液压驱动技术在拖拉机中的应用方式和原理

2.1 在行走系统中的应用

2.1.1 液压变速器

液压变速器是一种利用液压油的压力和流量变化来实现拖拉机行走速度调节的装置。它由液压泵、液压马达、控制阀和油路等组成。液压泵将发动机的功率转换为液压油的压力和流量，液压马达将液压油的压力和流量转换为拖拉机的行走扭矩和速度。控制阀可以根据驾驶员的操作来调节液压油的流向和流量，从而改变拖拉机的行走方向和速度。油路是连接液压泵、液压马达和控制阀的管道和软管，用于输送液压油。

2.1.2 液压差速器

液压差速器是一种利用液压油的压力来控制拖拉机两侧车轮转速差的装置。它的主要作用是在拖拉机转弯时，使内外侧车轮的转速自动适应转弯半径的变化，从而减少车轮打滑和磨损，提高拖拉机的行驶稳定性和牵引效率。液压差速器的基本原理是：当拖拉机直行时，两侧车轮的转速相同，液压差速器中的液压油不流动，两侧车轮之间没有扭矩传递；当拖拉机转弯时，两侧车轮的转速不同，液压差速器中的液压油流动，通过液压泵和液压马达的作用，使内外侧车轮之间产生扭矩传递，从而实现差速调节[2]。

2.1.3 液压制动器

液压制动器是一种利用液压油的压力来控制拖拉机车轮制动力的装置。它的主要作用是在拖拉机需要减速或停车时，使车轮产生足够的摩擦力，从而实现拖拉机的安全行驶。液压制动器的基本原理是：当司机踩下制动踏板时，制动踏板上的制动主缸产生液压油压力，通过制动管道将液压油压力传递到各个车轮上的制动副缸，使制动副缸中的活塞推动制动片与车轮之间的制动盘或制动鼓相接触，从而产生摩擦力，使车轮减速或停止[3]。液压制动器的主要结构有制动主缸、制动副缸、制动管道、制动片、制动盘或制动鼓等，优点有传递效率高、响应速度快、操作方便、适应性强等。

2.2 在工作装置中的应用

2.2.1 液压悬挂系统

液压悬挂系统利用液压油的压力和流量来调节拖拉机的悬挂刚度和高度，以适应不同的工作条件和路面状况。液压悬挂系统主要由液压泵、液压缸、液压阀、油箱、传感器和控制器等组成。液压泵向液压缸提供压力油，液压缸通过伸缩来改变拖拉机的悬挂高度，液压阀控制油液的流向和流量，油箱储存油液，传感器检测拖拉机的悬挂状态和路面状况，控制器根据传感器的信号来调节液压阀的开度，从而实现对悬挂刚度和高度的自动控制。

液压悬挂系统具有以下优点：一是能够提高拖拉机的行驶稳定性和舒适性，减少拖拉机和驾驶员的疲劳；二是能够提高拖拉机的牵引力和抓地力，提高拖拉机的工作效率；三是能够保护拖拉机的结构件和工作装置，延长拖拉机的使用寿命。根据不同的工作模式，液压悬挂系统可以分为固定模式、自动模式和手动模式。固定模式下，悬挂高度和刚度保持不变，适用于平坦路面或低速行驶；自动模式下，悬挂高度和刚度根据路面状况自动调节，适用于复杂路面或高速行驶；手动模式下，悬挂高度和刚度由驾驶员手动调节，适用于特殊工作条件或个性化需求。

目前，国内外已经有多种类型的液压悬挂系统应用于拖拉机中，如单点式、双点式、四点式等。其中，四点式液压悬挂系统是最先进的一种，它可以对拖拉机前后左右四个支点进行独立控制，实现最佳的悬挂效果。该系统的典型参数如下：液压泵的额定流量为40 L/min，额定压力为20 MPa；液压缸的行程为200 mm，直径为80 mm；液压阀的最大开度为80%，最小开度为10%；传感器的精度为0.1 mm；控制器的响应时间为0.01 s[4]。在实际应用中，此类系统表现出了良好的性能和可靠性，具有重要的应用价值。

2.2.2 液压转向系统

液压转向系统是利用液压油的压力来实现拖拉机转向控制的系统。液压转向系统的主要组成部分有液压泵、液压缸、转向阀、油箱、油管等。液压转向系统的工作原理是：当驾驶员转动方向盘时，转向阀会根据方向盘的转角和转速，控制液压泵向左右两个液压缸输送不同的油量和油压，从而推动前轮或后轮产生相应的转向角度，实现拖拉机的转向。液压转向系统的优点有操作轻便、响应快速、转向精确、可靠性高、维护方便等。常见的液压转向系统的技术参数包括多个方面，例如：液压泵的流量为20 L/min，最大工作压力为16 MPa；液压缸的有效面积为100 cm2，行程为200 mm；转向阀的最大流量为25 L/min，最大工作压力为18 MPa；油箱的容积为40 L，油温范围为-10 ℃～80 ℃；油管的内径为10 mm，长度为1.5 m等[5]。

2.2.3 液压升降系统

1）液压升降系统是拖拉机工作装置中的重要组成部分，它主要用于控制拖拉机后部的悬挂装置和连接的农具的升降动作，以适应不同作业条件和要求。液压升降系统一般由液压泵、液压缸、液控阀、油箱、管路和传感器等组成。液压泵向液压缸提供压力油，液压缸通过活塞杆带动悬挂装置和农具的升降，液控阀控制油路的通断和方向，油箱储存和过滤工作油液，管路连接各个元件，传感器检测系统的工作状态和参数[6]。

2）拖拉机上常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等，它们各有优缺点，需要根据拖拉机的功率、工作速度和负载等因素选择合适的液压泵。一般来说，齿轮泵结构简单、成本低、维护方便，但效率低、噪声大、容易磨损；叶片泵效率高、噪声小、寿命长，但结构复杂、成本高、对油液质量要求高；柱塞泵效率最高、噪声最小、承受压力最大，但结构最复杂、成本最高、对油液质量要求最高[7]。目前，国内外拖拉机普遍采用的是叶片泵或柱塞泵，其额定流量一般在20 L/min～40 L/min之间，额定压力一般在16 MPa～25 MPa之间。

3）液压缸是液压升降系统中实现动力输出的元件，它由缸体、活塞、活塞杆、密封件和端盖等组成。液压缸的结构应该满足以下要求：缸体应该具有足够的强度和刚度，防止变形和破裂；活塞应该与缸体配合良好，保证密封性能；活塞杆应该具有足够的抗弯强度和耐磨性，防止弯曲和划伤；密封件应该具有良好的耐温性和耐老化性，防止漏油和损坏；端盖应该具有良好的密封性能和可拆卸性，方便维修和更换。液压缸的参数主要包括缸径、活塞杆直径、行程和工作压力等，它们影响着液压缸的输出力矩、速度和效率。一般来说，缸径越大，输出力矩越大，但速度越慢；活塞杆直径越大，抗弯强度越大，但输出力矩越小；行程越长，升降范围越大，但结构越长；工作压力越高，输出力矩越大，但油液温度越高[8]。目前，国内外拖拉机上常用的液压缸缸径一般在50 mm～100 mm之间，活塞杆直径一般在25 mm～50 mm之间，行程一般在300 mm～600 mm之间，工作压力一般在16 MPa～25 MPa之间。

4）液控阀是液压升降系统中实现油路控制的元件，它由阀体、阀芯、阀座、弹簧、电磁铁和手柄等组成。液控阀的类型有很多，根据其功能可以分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀等。方向控制阀用于控制油液的流向，实现液压缸的升降和停止等动作，常用的有单向阀、换向阀和截止阀等。压力控制阀用于控制油路的压力，实现液压缸的负载调节和过载保护等功能，常用的有溢流阀、减压阀和顺序阀等。流量控制阀用于控制油路的流量，实现液压缸的速度调节和同步运动等效果，常用的有节流阀、调速阀和分流阀等。液控阀的功能还包括实现油路的自锁、反馈、记忆、逻辑和模拟等操作。目前，国内外拖拉机广泛采用的是电液比例控制阀，它可以实现油路的精确和灵活控制，提高系统的性能和效率[9]。

3 液压驱动技术在拖拉机中的发展趋势

3.1 电液一体化、智能化、节能化

电液一体化、智能化、节能化是液压驱动技术在拖拉机中的重要发展方向。电液一体化是指将电气控制和液压控制相结合，实现对液压系统的精确控制和调节，提高系统的响应速度和稳定性，降低系统的复杂程度和成本。智能化是指利用传感器、微处理器、人机界面等，实现对液压系统的自动检测、故障诊断、参数优化等功能，提高系统的智能水平和可靠性，满足不同工况的需求。节能化是指采用变量泵、变量马达、蓄能器等，实现对液压系统的能量回收和利用，降低系统的能耗和排放，提高系统的效率和环保性。电液一体化、智能化、节能化将使拖拉机的液压驱动技术更加先进和高效[10]。

3.2 多功能化、模块化、标准化

随着农业生产多样化和个性化需求的增加，拖拉机需要具备多功能化的特点，能够适应不同的作业条件和任务。液压驱动技术可以实现拖拉机的多功能化，通过改变液压系统的参数和结构，可以实现不同的驱动模式和工作模式，提高拖拉机的适应性和灵活性。例如，液压驱动技术可以实现拖拉机的四轮驱动、四轮转向、四轮制动、四轮悬挂等功能，增强拖拉机的牵引力、稳定性、安全性和舒适性。为了降低液压驱动技术的成本和复杂度，提高液压驱动技术的可靠性和通用性，拖拉机需要采用模块化和标准化的设计理念，将液压驱动系统分为若干个功能模块，每个模块具有独立的功能和接口，可以根据需要进行组合和替换。模块化和标准化的设计可以实现液压驱动系统的快速开发和集成，方便拖拉机的维修和升级，促进液压驱动技术的普及和推广。

3.3 绿色化、低噪音化、低排放化

绿色化、低噪音化、低排放化是液压驱动技术在拖拉机中的发展趋势之一，它旨在提高拖拉机的环境友好性和社会责任感，减少对自然资源的消耗和对生态环境的破坏。为了实现这一目标，液压驱动技术需要采取以下措施：第一，使用生物可降解的液压油，减少液压系统的泄漏和污染，提高液压油的循环利用率和寿命。第二，使用高效的液压泵、阀、缸等元件，降低液压系统的能量损耗和热量产生，提高液压系统的效率和可靠性。第三，使用先进的噪声控制技术，如隔音罩、消声器、隔振器等，降低液压系统的噪声水平，改善拖拉机的工作环境。第四，使用优化的排放控制技术，如三元催化转化器、颗粒捕集器、尿素选择性催化还原等，降低液压系统的尾气排放量，减少对大气环境的污染。

4 小结

综上所述，本文介绍了液压驱动技术在拖拉机中的应用，分析了液压驱动技术的概念和特点，以及其在行走系统和工作装置中的应用方式和原理。还探讨了液压驱动技术在拖拉机中的未来发展趋势，指出了电液一体化、智能化、节能化、多功能化、模块化、标准化、绿色化、低噪音化、低排放化等方面的发展方向，提出了加强理论研究和创新能力、加强应用试验和推广应用、加强国际交流和合作等方面的建议。旨在为拖拉机液压驱动技术的研究和应用提供参考，为农业机械的发展和农业生产的进步作出贡献。