農(nóng)業(yè)收割機(jī)專用電磁換向閥設(shè)計探討

盛燦中

摘? 要：針對農(nóng)業(yè)機(jī)械對液壓換向的自動化需求，由農(nóng)機(jī)主機(jī)廠及液壓閥配套企業(yè)相關(guān)人員，在參考國內(nèi)外多種類似閥型基礎(chǔ)上，提出了切實(shí)可行的解決方案，本文結(jié)合本人參予設(shè)計完成的玉米及小麥?zhǔn)崭顧C(jī)專用電磁換向閥產(chǎn)品，就閥的定型及設(shè)計，做出歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)閥;閥結(jié)構(gòu);整體式

中圖分類號：S23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.11974/nyyjs.20181032021

1? ? ?概述

農(nóng)業(yè)機(jī)械是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、實(shí)現(xiàn)資源有效利用、推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的不可或缺的裝備，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備制造業(yè)正以國家實(shí)施的“中國制造2025”戰(zhàn)略為契機(jī)，培育核心競爭力，逐步實(shí)現(xiàn)“安全多能、自動高效、精準(zhǔn)智能”，以發(fā)展新型高效農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備。

作為農(nóng)業(yè)收割機(jī)液壓系統(tǒng)中核心元件之一的液壓換向閥，必須圍繞實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化、智能化、專業(yè)化的目標(biāo)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，由于農(nóng)機(jī)產(chǎn)品以量產(chǎn)、耐用、性價比高為特色，因此，使用廉價可靠的專用電磁換向閥取代傳統(tǒng)手動換向閥，是該行業(yè)關(guān)注的命題。

2? ? ?專用電磁換向閥的定型

2.1? ? ?傳統(tǒng)收割機(jī)手動換向閥

通過安裝在閥上面的換向連桿實(shí)現(xiàn)手動換向，為便于在收割機(jī)駕駛室操縱換向閥，傳統(tǒng)手動換向閥的安裝位置都安排在駕駛室下方，使用現(xiàn)場故障維修時，受空間限制，閥拆卸難度大，因此常耽誤收割作業(yè)。

收割機(jī)對換向閥的機(jī)能要求：液壓輸出油口分別連接收割機(jī)的割臺、秸稈還田、無級變速、糧倉等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單或雙作用油缸，收割機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)要求在閥中位狀態(tài)時，對各輸出油口的負(fù)載具有長久的液壓保持能力，該機(jī)能采用單或雙向液壓鎖來實(shí)現(xiàn)。

采用電磁換向閥，可以通過駕駛室電按鈕操縱換向，因此閥可以安裝在收割機(jī)的便于維修的位置，由于市場通用電磁換向閥只能提供液壓換向，而沒有液壓鎖機(jī)能，因此必須設(shè)計滿足收割機(jī)的作業(yè)要求的專用電磁換向閥。

2.2? ? ?電液控?fù)Q向閥方案

電液控?fù)Q向閥是主閥與電磁操縱的先導(dǎo)閥組合成一體的液動換向閥，方案的設(shè)計意圖是：借用手動換向閥的原有結(jié)構(gòu)，附加電液換向機(jī)構(gòu)，達(dá)到電磁換向功能。該方案保留傳統(tǒng)手動換向閥的所有機(jī)能，同時可實(shí)現(xiàn)電磁換向，但存在閥體積較大和成本較高的問題，與農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的低價特性有矛盾。

2.3? ? ?疊加式電磁換向閥方案

該方案的設(shè)計思路是參照疊加閥結(jié)構(gòu)形式，在市場上通用電磁換向閥基礎(chǔ)上，增加專用液壓鎖疊塊實(shí)現(xiàn)所需機(jī)能。但該方案也存在閥較笨重及成本偏高的問題。

2.4? ? ?通用電磁閥集成方案

集成式電磁換向閥方案（圖1）：換向結(jié)構(gòu)參照4WE6通用電磁閥，更改閥體設(shè)計，換向油道與4WE6相同，換向零件與4WE6通用，插入液壓鎖組件實(shí)現(xiàn)所需機(jī)能。

該方案經(jīng)相關(guān)人員綜合評價，在閥結(jié)構(gòu)布局、閥機(jī)能、制造成本等方面，與農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的要求符合，方案可行。

3? ? ?閥結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1? ? ?片式結(jié)構(gòu)專用電磁換向閥

由圖1作為單元片，多片組合，螺栓連接緊固為所需多路換向閥。

3.2? ? ?整體式結(jié)構(gòu)專用電磁換向閥

片式結(jié)構(gòu)存在片間油液泄漏的問題，同時，由于電動換向力相對手動換向力小得多，片間連接的螺栓緊固力造成的閥體變形易發(fā)生閥桿換向時卡滯。

整體式閥體油道流暢、無油液外泄，具備很好的整體剛性使閥孔無變形，保證了閥桿換向靈活無卡滯，本人負(fù)責(zé)設(shè)計的專用電磁換向閥采用了整體式結(jié)構(gòu)（圖2）。

3.3? ? ?設(shè)計選型

專用電磁換向閥要達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)為：

公稱通徑 10mm、公稱流量40L/min、調(diào)定壓力 14.5MPa、中位壓力損失≤ 0.8MPa，換向位壓力損失≤ 1.3MPa。

3.3.1? ? ?換向主閥參照4WE6電磁閥

4WE6電磁閥由于采用大截面鑄造內(nèi)通道減少壓力損失，提高通流能力，比常規(guī)6通徑閥通流能力大近雙倍，可滿足所需流量要求。

3.3.2? ? ?中位回油的實(shí)現(xiàn)

4WE6通用電磁閥的中位機(jī)能簡單價廉，可滿足專用電磁換向閥的換向要求，但為了解決專用電磁換向閥的中位回油問題，必須插入二位二通電磁插裝閥，它在不通電狀態(tài)讓專用電磁換向閥的P、T連通達(dá)到中位回油，行業(yè)中，習(xí)慣使用HYDRAFORCE的插裝閥，但價格昂貴，因此選用國產(chǎn)插裝閥替代。

相同流量下，國產(chǎn)二位二通電磁插裝閥壓損比HYDRAFORCE約大10%，后經(jīng)收割機(jī)主機(jī)廠裝機(jī)，在液壓系統(tǒng)最大流量狀態(tài)下，HYDRAFORCE的壓損為2.9bar，國產(chǎn)的壓損為3.3bar，經(jīng)主機(jī)廠相關(guān)人員評價認(rèn)可。

3.3.3? ? ?專用電磁換向閥各路油道設(shè)計

專用電磁換向閥各路主油道相同，類比4WE6電磁閥油道設(shè)計，并列的各路之間，壓力腔P、回油腔T的聯(lián)通方式有2種：鑄造方式;打工藝深孔。由于深孔在鑄造工藝上難實(shí)現(xiàn)，采用打工藝孔貫通及堵頭的結(jié)構(gòu)，在深孔機(jī)床上使用以換向閥孔定位的夾具保證深孔加工位置準(zhǔn)確，同時合理選擇孔徑達(dá)到低壓損，最終達(dá)到的指標(biāo)為：

測試流量40L/min（公稱流量）時，

中位壓力損失：

△P（P→t）=0.69MPa

換向位壓力損失：

△P（p→a）+△P（b→t）=1.05MPa

△P（p→b）+△P（a→t）=0.97MPa

其中：各壓降在拆除液壓鎖組件后測試。

4? ? ?運(yùn)用

收割機(jī)專用電磁換向閥產(chǎn)品裝機(jī)后，現(xiàn)已通過農(nóng)機(jī)主機(jī)廠蔬菜基地作業(yè)試驗(yàn)，已有2款收割機(jī)小批量投放市場，農(nóng)機(jī)操作者在習(xí)慣了電按鈕操縱換向后，感覺方便自如，專用電磁換向閥工作狀態(tài)良好，液壓鎖組件有個別靜沉降故障，因備有配件，操作者試著更換也很方便迅速。

5? ? ?結(jié)語

收割機(jī)專用電磁換向閥是一種新型的液壓元件，實(shí)現(xiàn)電按鈕操縱，主要技術(shù)指標(biāo)滿足要求，可徹底取代傳統(tǒng)手動換向閥。

該收割機(jī)專用電磁換向閥與傳統(tǒng)的手動換向閥相比，可有線或無線遙控。由于以電信號為控制輸入信號，可以將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)引入到主機(jī)的控制之中，提高工效，提高主機(jī)產(chǎn)品市場競爭力。

該收割機(jī)專用電磁換向閥安裝布置柔性大、操縱維護(hù)方便、安全性好，除收割機(jī)外，還適合工程機(jī)械使用，如挖掘機(jī)、裝載機(jī)等，其推廣應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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