自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究

劉芳

（內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010070）

自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究

劉芳

（內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010070）

在茶葉生產(chǎn)與機(jī)械創(chuàng)制過(guò)程中，產(chǎn)生了一系列茶葉種植、采摘與加工的機(jī)械品牌和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。本文就自走式采茶機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。所以，我們必須結(jié)合自走式采茶機(jī)的應(yīng)用狀況，優(yōu)化液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，當(dāng)然在這一過(guò)程中，還要對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行試驗(yàn)，從而為自走式采茶機(jī)的功能發(fā)揮提供幫助。通過(guò)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)活動(dòng)，從而對(duì)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀況形成全面有效了解。

自走式采茶機(jī)；液壓系統(tǒng)；設(shè)計(jì)思路；試驗(yàn)研究

引言

我國(guó)是茶文化大國(guó)，也是茶葉種植生產(chǎn)大國(guó)，隨著當(dāng)前人們飲茶理念不斷成熟，如今茶葉市場(chǎng)正在面臨快速發(fā)展的機(jī)遇，因此在這一過(guò)程中，無(wú)論是人們對(duì)茶葉生產(chǎn)品質(zhì)的把控，還是茶葉生產(chǎn)的效率提升，都亟待提高。因此在這一過(guò)程中，就需要充分結(jié)合先進(jìn)技術(shù)的成熟應(yīng)用，從而研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出自走式采茶機(jī)，從而提升茶葉生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。而在這一過(guò)程中，需要注重優(yōu)化自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要素，結(jié)合相關(guān)數(shù)值模型的應(yīng)用等一系列實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

1 自走式采茶機(jī)的應(yīng)用狀況及價(jià)值作用分析

通過(guò)對(duì)當(dāng)前我國(guó)茶葉產(chǎn)業(yè)在國(guó)際茶葉市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行分析，可以看到我國(guó)茶葉產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)日益削落，客觀(guān)上看，這與我國(guó)茶葉產(chǎn)業(yè)機(jī)械化水平較低有很大關(guān)系。茶葉是一種季節(jié)性和時(shí)效性要求較高的產(chǎn)品，特別是對(duì)于明前茶，如果不能在相關(guān)時(shí)間之前，完成茶葉采摘，那么就會(huì)對(duì)茶葉的品質(zhì)產(chǎn)生重要影響，因此，及時(shí)采摘茶葉極為必要。但是客觀(guān)的說(shuō)，目前采茶勞動(dòng)力的缺失，使得采茶的難度大大提升。如何結(jié)合機(jī)械化手段，研發(fā)相關(guān)機(jī)器設(shè)備，從而提升茶葉采摘的效率，降低茶葉采摘的損耗極為必要。在這一過(guò)程中，積極研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)自走式采茶機(jī)就有著重要價(jià)值和意義，但是客觀(guān)的看，當(dāng)前有關(guān)自走式采茶機(jī)的國(guó)內(nèi)研究相對(duì)較少，尚未形成成熟的研究成果。尤其是對(duì)于自走式采茶機(jī)的液壓系統(tǒng)研究目前較為薄弱，因此完善開(kāi)展自走式采茶機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于茶葉生產(chǎn)機(jī)械化水平提升有著重要幫助和影響。

以當(dāng)前自走式采茶機(jī)市場(chǎng)中，使用較為廣泛的3TG-1500型高地隙田園管理機(jī)為例，該機(jī)器在結(jié)合和借鑒日本自走式采茶機(jī)的基礎(chǔ)上所研發(fā)的一種機(jī)器設(shè)備，在3TG-1500型高地隙田園管理機(jī)中，其是全液壓驅(qū)動(dòng)的乘用式跨行行駛采茶設(shè)備，在該機(jī)器設(shè)備的具體應(yīng)用過(guò)程中，其有著一系列優(yōu)點(diǎn)，比如其無(wú)論是行駛，還是駕駛，都有著極強(qiáng)的靈活性，當(dāng)然其同行能力也極強(qiáng)，整個(gè)設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中，調(diào)節(jié)過(guò)程也極其靈活方便，而該設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中，其十分適合標(biāo)準(zhǔn)化茶園的茶葉采摘，同時(shí)其能夠滿(mǎn)足較長(zhǎng)時(shí)間的茶葉采摘，并且還能持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮自身性能。3TG-1500型高地隙田園管理機(jī)是我國(guó)目前自走式采茶機(jī)中的先進(jìn)代表。通過(guò)對(duì)該機(jī)器的應(yīng)用狀況進(jìn)行分析，不難看出，其主要優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓系統(tǒng)的有效設(shè)計(jì)和應(yīng)用。所以，必須結(jié)合和借鑒當(dāng)前國(guó)際上先進(jìn)成熟的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從而設(shè)計(jì)研發(fā)出簡(jiǎn)單合理的自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)。

自走式采茶機(jī)的使用，有著重要作用和價(jià)值。首先，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，就能完成行駛和采摘等各個(gè)環(huán)節(jié)工作。同時(shí)，整個(gè)機(jī)器在行駛過(guò)程中，其效率較高。其次，自走式采茶機(jī)在工作過(guò)程中，其通過(guò)使用物理原理，從而有效確保了整個(gè)采摘過(guò)程的綠色與健康。此外，在自走式采茶機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，其使用范圍更為廣泛，正是由于其使用了液壓系統(tǒng)，從而能夠在丘陵地區(qū)工作。整個(gè)自走式采茶機(jī)應(yīng)用過(guò)程中，大大解放了勞動(dòng)力，一個(gè)工人在熟練使用后，就能獨(dú)立進(jìn)行茶葉采摘。

2 自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要素分析

當(dāng)前人們對(duì)健康養(yǎng)生重視程度不斷提升，如今人們?cè)谏钸^(guò)程中，對(duì)飲茶這一健康、綠色的生活方式有著極高推崇和向往，因此在這一過(guò)程中，茶葉產(chǎn)業(yè)面臨迅速發(fā)展的機(jī)遇期，而想要滿(mǎn)足人們的飲茶需求，就需要優(yōu)化茶葉種植和生產(chǎn)過(guò)程。隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展日益迅猛，如今在茶葉生產(chǎn)過(guò)程中，其生產(chǎn)水平以及其機(jī)械化水平得到了極大提升。而提升采茶過(guò)程的自動(dòng)化水平就成為茶葉生產(chǎn)過(guò)程中的重要要求。因此，在這一背景下，自走式采茶機(jī)的設(shè)計(jì)、研發(fā)與生產(chǎn)就有著重要的作用和價(jià)值。

2.1 自走式采茶機(jī)的組成元素及工作原理分析

結(jié)合茶葉采摘的具體特點(diǎn)和相關(guān)要求，完善自走式采茶機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)極為必要，而對(duì)于自走式采茶機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，液壓系統(tǒng)是其核心和關(guān)鍵，因此，必須結(jié)合液壓系統(tǒng)的各項(xiàng)要素，優(yōu)化自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

首先，我們必須清楚自走式采茶機(jī)的工作運(yùn)行原理。自走式采茶機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，其通過(guò)地步高地隙地盤(pán)，從而實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)之間的有效穿梭行駛，而自走式采茶機(jī)在工作過(guò)程中，其行駛和采摘，以及除蟲(chóng)等一系列環(huán)節(jié)使用的都是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此其行駛系統(tǒng)與采摘系統(tǒng)之間都是使用液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)連接。此外，整個(gè)自走式采茶機(jī)還有切割器和收集茶葉系統(tǒng)，以及盛茶葉的網(wǎng)袋等等。在自走式采茶機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，液壓系統(tǒng)發(fā)揮著最重要的作用。

2.2 自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)運(yùn)行原理概述

對(duì)于自走式采茶機(jī)來(lái)說(shuō)，液壓系統(tǒng)就是其運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。而在行駛系統(tǒng)和采摘系統(tǒng)各自工作過(guò)程中，其需要液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)。使用液壓系統(tǒng)，其具有柔性傳遞，以及無(wú)級(jí)變速等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此將這一系統(tǒng)應(yīng)用到自走式采茶機(jī)這一農(nóng)業(yè)機(jī)械中，能夠?qū)崿F(xiàn)其最佳性能的有效實(shí)現(xiàn)。所以在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮其采茶要求，從而結(jié)合簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)原則來(lái)開(kāi)展。因此在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，由行駛系統(tǒng)負(fù)責(zé)掉頭和調(diào)速，由采摘系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行自走式采茶機(jī)的具體控制。將行駛泵與采摘泵放在同軸的位置，其割茶機(jī)要保持恒定的速度。在整個(gè)自走式采茶機(jī)行駛過(guò)程中，其初始馬力要與采摘系統(tǒng)的馬力保持一定比例上。整個(gè)機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，要嚴(yán)格控制溫度提升，無(wú)論是雙向變量泵，還是定量馬達(dá)都能有效結(jié)合，當(dāng)然采摘系統(tǒng)要使用定量泵與馬達(dá)開(kāi)式液壓系統(tǒng)相結(jié)合。自走式采茶機(jī)的液壓系統(tǒng)總體包含行駛回路和采摘系統(tǒng)回路，使用統(tǒng)一動(dòng)力源。

在整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)其使用的行駛馬達(dá)、液壓泵、采摘回路的具體參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置，以自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓泵為例，其在工作壓力、液壓泵流量和采摘回路的數(shù)值上，要予以有效控制。在對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)，主要從計(jì)算機(jī)模擬軟件與具體樣機(jī)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度來(lái)開(kāi)展。通過(guò)結(jié)合物理環(huán)境的融入，從而檢測(cè)整個(gè)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

3 開(kāi)展試驗(yàn)活動(dòng)探究自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況分析

在進(jìn)行自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)使用液壓系統(tǒng)的具體原理和應(yīng)用狀況，通過(guò)使用相關(guān)計(jì)算機(jī)模擬仿真軟件和技術(shù)，進(jìn)行具體的數(shù)值模擬，最后結(jié)合使用的自走式采茶機(jī)進(jìn)行機(jī)器模擬實(shí)驗(yàn)，從而獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的具體應(yīng)用狀況進(jìn)行準(zhǔn)確認(rèn)知。在自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其主要使用雙泵雙回路閉式容積調(diào)速方案，其采摘的子系統(tǒng)通常為一般開(kāi)式回路。而整個(gè)液壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)值的對(duì)比，從而獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理想設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的有效對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)狀況的全面準(zhǔn)確認(rèn)知。

在自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在液壓泵開(kāi)口最大和最小時(shí)，以及油門(mén)最大、最小時(shí)共四種控制狀態(tài)下，測(cè)試自走式采茶機(jī)的運(yùn)行速度，需要完成至少3次檢測(cè)。當(dāng)然在樣機(jī)模擬檢測(cè)之前，要通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行狀況形成有效模擬運(yùn)行，并且得出相關(guān)數(shù)值。

通過(guò)樣機(jī)運(yùn)行和相關(guān)模擬仿生軟件檢測(cè)，可以看到其行駛系統(tǒng)的壓力變化值與采摘系統(tǒng)的壓力變化值基本上相同，且其與整個(gè)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)值基本上一致，設(shè)計(jì)效果、試驗(yàn)效果與模擬軟件仿真數(shù)據(jù)基本上相同。而在自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力測(cè)試過(guò)程中，其獲取的數(shù)值有一定波動(dòng)，造成這一問(wèn)題的主要原因有很多，比如茶園地面不平、采茶機(jī)切割器的刀片在變形過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦阻力等。

通過(guò)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行分析，認(rèn)為其問(wèn)題集中表現(xiàn)為：首先，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)地存在較大不同，比如實(shí)際有坡地，或者無(wú)坡地其情況變化較多，而系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是一個(gè)概化。其二，則是液壓泵的工作壓力數(shù)值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)所獲取的，其與實(shí)際應(yīng)用之間并不同。結(jié)合具體自走式采茶機(jī)的使用，可以看到在其行駛速度達(dá)到極限數(shù)值時(shí)，其液壓系統(tǒng)都能滿(mǎn)足采摘及行駛等一系列應(yīng)用需要。通過(guò)模擬數(shù)值與樣機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出其差別不大。當(dāng)然，在目前設(shè)計(jì)條件中，其自走式采茶機(jī)的液壓泵為手動(dòng)控制，未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這可以在以后結(jié)合智能化技術(shù)提升，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是傳統(tǒng)茶葉大國(guó)，結(jié)合當(dāng)前人們飲茶需求不斷發(fā)展，茶葉市場(chǎng)正在迎來(lái)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，而在這一過(guò)程中，也對(duì)茶葉生產(chǎn)的具體過(guò)程提出了較高要求，不僅是茶葉采摘技術(shù)，還是其設(shè)備應(yīng)用，都需要充分結(jié)合當(dāng)前工業(yè)化發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)其實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新和突破，對(duì)于茶葉行業(yè)來(lái)說(shuō)，其使用茶葉設(shè)施的完善度，以及這些農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動(dòng)化水平關(guān)系到茶葉采摘效率和茶葉產(chǎn)品的品質(zhì)把控。在進(jìn)行自走式采茶機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，必須充分注重液壓系統(tǒng)，完善液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)元素內(nèi)容，通過(guò)結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)，得出該機(jī)器設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)值要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自走式采茶機(jī)液壓系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

[1]羅錫文.4SY-1.8型油菜割曬機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].浙江農(nóng)村機(jī)電,2013(13)：236-239.

[2]張智剛.高地隙自走式噴霧機(jī)輪距可調(diào)式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(6):128-132.

[3]宋正河.小型甘蔗收獲機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性分析[J].交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào),2014(19)：136-141.

[4]毛恩榮.番茄收獲機(jī)電液調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].車(chē)輛與動(dòng)力技術(shù), 2015(17):151-155.

[5]劉曉鑫.高地隙自走式噴藥機(jī)液壓控制系統(tǒng)研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016(2)：132-135.

劉芳（1982-），女，內(nèi)蒙古人，碩士，講師，研究方向：機(jī)械制造。