导　　师： 区颖刚

学科专业： H2801

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南农业大学

摘　　要： 动力传动系统是甘蔗收割机的重要组成部分，其性能影响着收割机结构的复杂性和工作的稳定性，影响着甘蔗收割的质量和效率，是研究和开发甘蔗收割机时所需解决的关键技术之一。研究开发适合中小型甘蔗收割机的动力传动系统，解决各工作模块的动力合理分配问题，探索提高甘蔗收割机工作稳定性、适应性、可靠性和效率的途径，为开发研制适合我国甘蔗种植和生长特点、满足甘蔗收割农艺要求的实用型甘蔗联合收割机械提供理论依据，具有重要的理论意义和实用价值。 甘蔗收割机属于多系行走的农业机械，由多个工作模块组成，在野外工作，工况特殊，需不断转移作业场地，适合采用全液压传动系统。本文以我院研制的侧悬挂整秆式甘蔗收割机为主要研究对象，开展中小型整秆式甘蔗收割机全液压传动系统的机理研究，旨在解决目前国内在甘蔗收割机动力传动系统方面的理论和应用问题，弥补目前国内外甘蔗收割机全液压传动系统理论研究和应用研究方面的不足。 本文对切段式甘蔗联合收割机和整秆式甘蔗收割机动力传动系统的特点分析表明，大型自走切段式甘蔗联合收割机采用全液压传动系统，其工作稳定性和可靠性主要是依靠采用大功率动力源来克服甘蔗收割过程中复杂工况所带来的切割冲击、杂草和蔗叶的缠结、通过性等问题。而整杆式甘蔗收割机的动力传动系统目前多数采用机械传动、机械一液压混合传动或全液压传动等方式，存在效率低、适应性差、可靠性较差及田间通过性差等问题，难以适应我国现阶段甘蔗种植区甘蔗生长特点和机械收割的农艺要求，主要是因为功率输出较低，动力分配的不合理，系统的设计缺乏对甘蔗机械收割的工况、动力源的动力输出特性、收割机所需功率与动力源动力的匹配特点、收割机各工作模块的工作参数以及由此而产生支路干扰等问题进行全面地考虑。 本文主要从整秆式甘蔗收割机的结构、工作原理及其动力需求的特点出发，对收割机田间工作参数匹配、拖拉机动力输出特性与收割机动力需求的匹配、采用全液压驱动的可行性等问题进行分析研究，采用“一泵一阀多支路"的控制方法设计出收割机全液压传动系统，得到以下结论： (1)本文设计的整杆式甘蔗收割机全液压传动系统属于一泵一阀多支路负载不平衡系统，能满足该机作业过程中各执行机构的动力需求，系统传动效率为62.85％。在不改变现有动力输出条件下，提高动力在各个模块中的分配合理性、传动的稳定性、可靠性和效率，满足机具与设备的独立性要求。 (2)采用功率键合图理论建立了系统的数学模型，运用数值计算软件mntlab中的simulink仿真模块对系统进行了数字仿真。确定了系统各支路和总系统的工作压力和流量的仿真试验值，以及各支路工作压力与工作阻力、转速的关系：pi＝k·ti·ni/t0·n0·p0。获得到了能够用于“一泵一阀多支路负荷不平衡"同类液压传动系统的设计方法，有效地解决了此类系统中各子系统工况变化时产生的相互干扰问题，提高了整机的工作稳定性和可靠性。 (3)采用由压阻式压力变送器、流量传感器和虚拟仪器dao数据采集系统组成压力流量测试装置进行系统的动态特性验证试验。试验结果表明，甘蔗收割机全液压传动系统各执行机构子系统压力、流量的变化规律与仿真试验的一致，但压力和流量的验证试验值比仿真试验值大，并根据试验结果修正了各支路工作压力与工作阻力、转速关系式中的系数k，当ti·ni/t0·n0<0.5时，k＝2.5。 (4)试验结果表明，收割机全液压传动系统的动态特性和稳定性较好。各执行机构子系统压力的峰值时间约为0.5～1s，压力响应时间约为0.7～1.8s，压力超调量超过30％。夹持输送装置子系统的压力波动较大，稳态波动幅度为0.05～0.37mpa，但随着机构转速的提高波动幅度呈逐渐减小的趋势；在稳定运行阶段流量的波动较小，波动幅度为0.127～0.1535l/min。其它执行机构在稳定运行阶段压力和流量的波动较小，波动幅度分别小于0.03mpa和0.07l/min。 (5)试验结果表明，空载条件下，各执行机构在工作转速范围内的功率消耗分别为：根部切割器3.43～5.85kw，扶起辊筒0.014～0.032kw；切稍器0.022～0.057kw；夹持输送装置5.04～8.01kw；在各机构运转速度同为最高时，系统压力的峰值时间约为1.2s，压力响应时间为2.2s，压力超调量为36.8％，稳定运转时平均压力为14.33mpa，波动幅度为0.15mpa，平均流量为92.89l/min，波动幅度为0.4l/min。 (6)对于有同步要求的夹持输送装置回路系统，采用大负载端靠近进油口的供油方式可以减小回路系统的压力损失和流量泄漏，回路功耗减少7.65～19.014％，降低系统的总能耗，提高传动系统的传动效率。

关 键 词： 甘蔗收割机 液压传动系统 数字仿真 动态特性 稳定性

分 类 号： [S225.53]

领　　域： [农业科学] [农业科学]