CN109185242B - 一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，所述驱动机构包括液压马达和液压系统，液压马达安装在卷盘支撑架上，液压马达的输出轴通过联轴器与卷盘轴相连；液压系统包括液压泵、液压阀块以及液压泵驱动装置，液压阀块固定在车体上，液压阀块上安装有三位四通换向阀、比例节流阀、单向阀和两位两通换向阀，液压泵将油箱中液压油依次通过比例节流阀和三位四通换向阀的进油口进入液压马达，液压马达回油依次经过三位四通换向阀的回油口、单向阀回油至油箱，比例节流阀出油口与三位四通换向阀进油口之间的油路上并联两位两通换向阀，两位两通换向阀的出油口与油箱相通。本发明既可提供较大卷盘驱动力，又可准确检测PE管回收速度，同时结构简单，故障率低。

Description

一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种卷盘式喷灌机，具体涉及一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，属喷灌装备技术领域。
背景技术
卷盘式喷灌机是应用最为广泛的一种喷灌机，其原理是将牵引PE管缠绕在绞盘上，利用喷灌压力水驱动水涡轮旋转，再经变速装置驱动绞盘旋转，并牵引喷头车自动移动和喷洒，利用喷头等专用设备，将具有一定压力的水喷洒至空中形成细小水滴降落，供给作物水分需求的专用机械，因此卷盘式喷灌机是一种集增压、输水、喷洒、行走等装置于一体的喷灌机械。
虽然卷盘式喷灌机具有节水高效等优点，但是现有的卷盘式喷灌机主要存在如下几方面问题：一是现有的卷筒驱动方式是采用喷灌压力水带动水涡轮，无法进行大负载运动，不适用于PE管较长的大型喷灌机；二是现有的PE回收速度检测方式精度较差，不利于PE管实时回收控制；三是现有的机械传动机构繁琐，使得整机体积较大且不利于后期维护；四是没有良好的故障应急设计，使得整机设备无法很好地应对突发故障。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，既可提供较大卷盘驱动力，又可准确检测PE管回收速度，同时结构简单、可靠性高、故障率低、寿命长。
为了解决上述问题，本发明一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，包括卷盘和PE管，卷盘通过卷盘支撑架支撑在灌溉机的车体上，PE管旋转缠绕在卷盘上，驱动机构与卷盘轴相连并驱动卷盘的旋转；所述驱动机构包括液压马达和液压系统，液压马达安装在卷盘支撑架上，液压马达的输出轴通过联轴器与卷盘轴相连；液压系统包括液压泵、液压阀块以及液压泵驱动装置，液压阀块固定在车体上，液压阀块上安装有三位四通换向阀、比例节流阀、单向阀和两位两通换向阀，液压泵将油箱中液压油依次通过比例节流阀和三位四通换向阀的进油口进入液压马达，液压马达回油依次经过三位四通换向阀的回油口、单向阀回油至油箱，比例节流阀出油口与三位四通换向阀进油口之间的油路上并联两位两通换向阀，两位两通换向阀的出油口与油箱相通；三位四通换向阀位于左侧位置时，工作油口A和工作油口B相通，进油口P和回油口T截止，三位四通换向阀位于右侧位置时，进油口P和工作油口A相通，回油口T与工作油口B相通，三位四通换向阀位于中位时，四个油口均截止。
采用液压马达代替传统的水涡轮驱动方式，具有功率比大的优势，克服了传统水涡轮驱动力不足的缺点，满足了大型卷盘式喷灌机驱动力的要求；三位四通换向阀换向至左位时，可以使得液压马达的进油端和出油端两腔连通实现手动反转，与传统喷灌机需要离合器断开水涡轮动力机构相比，无需额外设置离合器即可实现PE管的拖曳功能，简化了机械结构的同时降低了成本、优化了维护流程；当处于喷灌阶段时可以换向使三位四通换向阀处于中位，从而有效维持PE管保持位置不变；当回收PE管时，三位四通换向阀换向至右位，液压泵将液压油依次通过比例节流阀、三位四通换向阀进入液压马达使其旋转，从而带动卷盘旋转缠绕回收PE管。
进一步的，PE管回收入口处设有编码器，液压阀块中的比例节流阀为电磁比例节流阀，编码器通过编码器安装支架固定在车体上端，编码器通过数据传输模块将信号发送至控制系统，控制系统根据编码器反馈的PE管的回收速度输出控制信号，经信号接收装置传输至比例节流阀，以控制比例节流阀的开口大小。
编码器安装在卷盘上PE管回收入口处，通过圆周运动的线速度与角速度的数学关系准确地表征PE管回收速度，与传统卷盘旋转轴直接布置编码器的测量方式相比，消除了PE管缠绕过程直径变化导致的回收速度误差，提高了喷灌机回收速度的检测精度。
编码器将PE管的回收速度反馈至控制系统，控制系统根据反馈的信号调整比例节流阀的开口大小，从而动态调整进入液压马达的液压油流量，达到调整卷盘回收速度的目的，消除PE管回收阻力变化等外界扰动造成的回收速度波动，提高回收速度的准确性、稳定性及可靠性。
进一步的，编码器的旁边且在PE管的下方安装有触发档杆，所述触发档杆通过信号接收装置将到位信号发送至控制系统，控制系统输出控制信号，经信号接收装置传输至两位两通换向阀，以控制两位两通换向阀换向；所述两位两通换向阀的常态位为右位截止状态，动作后换向为左位通路状态。
当PE管回收到位会触动触发档杆，触发档杆处于电连通状态从而将到位信号输送至信号接收装置，信号接收装置将到位信号反馈至控制系统，控制系统控制两位两通换向阀换向至左位通路状态，从液压泵输出的高压油依次通过比例节流阀、两位两通换向阀直接进入油箱，从而使液压马达无液压油驱动停止转动，然后在手动关闭液压泵驱动机构。通过上述自动停止卷盘旋转的动作，可以在PE管回收到位后立即停止继续盘卷PE管，以防液压马达继续动作破坏整体装置。
进一步的，液压系统还包括超压保护系统，其中包括液控两位两通换向阀和单向溢流阀，其中液控两位两通换向阀的进油口并联至液压泵出油口处，出油口并联至单向阀的进油口处，控制油口并联至比例节流阀的进油口处，液控两位两通换向阀的常态位为左位截止状态，动作后换向为右位导通状态；单向溢流阀的进油口并联至比例节流阀的出油口处，单向溢流阀的出油口并联至单向阀的进油口处。
当PE管回收过程中出现严重卡阻时，液压系统压力超出设定安全阈值，比例节流阀前的液压油的高压力导致液控两位两通换向阀换向导通，从而使比例节流阀前的高压油依次通过液控两位两通换向阀、单向阀回油至油箱，比例节流阀后的高压油通过单向溢流阀、单向阀溢流回油箱，防止系统内出现瞬间超高压损坏液压系统。
进一步的，所述三位四通换向阀为手动换向阀。方便操作人员根据需要选择不同工作状态。
为了减小整机体积、节约设备成本，所述车体为空心车体，并兼做油箱。这种方式散热面积大，避免了长时间工作下系统的发热问题。
本发明的有益效果如下：1)采用液压马达代替传统的水涡轮驱动方式，具有功率比大的优势，克服了传统水涡轮驱动力不足的缺点，满足了大型卷盘式喷灌机驱动力的要求；2)通过PE管运行摩擦力带动编码测速装置动作检测喷灌机回收速度，与传统卷盘旋转轴直接布置编码器的测量方式相比，消除了PE管缠绕过程直径变化导致的回收速度误差，提高了喷灌机回收速度的检测精度；3)通过三位四通换向阀的切换，可以使得驱动液压马达两腔连通，与传统喷灌机需要离合器断开水涡轮动力机构相比，无需额外设置离合器即可实现PE管的拖曳功能，简化了机械结构的同时降低了成本、优化了维护流程；4)通过设置超压保护系统，当PE管回收过程中出现严重卡阻时，液压系统压力超出设定安全阈值，液控两位两通换向阀动作实现系统压力卸荷，液压马达停止动作，保障了异常状态下工作的安全性；5)通过设置两位两通换向阀，使PE管回收完成时触发挡杆进而控制两位两通换向阀动作、系统压力卸荷、液压马达停止动作，实现了喷灌机的自动停止作业；6)通过编码器采集回收速度实时反馈控制的方式，可以消除PE管回收阻力变化等外界扰动造成的回收速度波动，提高回收速度的准确性、稳定性及可靠性；7)由于采用中空封闭形式的喷灌机支撑架放置液压油，因而无需额外设置液压油箱，有效减小了整机体积、节约了设备成本，同时该方式散热面积大，避免了长时间工作下系统的发热问题。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明液压系统原理图；
图3为本发明控制流程图；
图中：1、液压马达；2、联轴器；3、触发档杆；4、三位四通换向阀；5、液压阀块；6、比例节流阀；7、液压泵；8、减速机；9、柴油机；10、液控两位两通换向阀；11、单向溢流阀；12、两位两通换向阀；13、单向阀；14、车体；15、数据传输装置；16、编码器安装支架；17、编码器；18、PE管；19、卷盘支撑架；20、卷盘；21、油箱；22、信号接收装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
如图1至图3所示，一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，包括卷盘20和PE管18，卷盘20通过卷盘支撑架19支撑在灌溉机的车体14上，PE管18旋转缠绕在卷盘20上，驱动机构与卷盘轴相连并驱动卷盘20的旋转；所述驱动机构包括液压马达1和液压系统，液压马达1安装在卷盘支撑架19上，液压马达1的输出轴通过联轴器2与卷盘轴相连；液压系统包括液压泵7、液压阀块5以及液压泵驱动装置，液压阀块5固定在车体14上，液压阀块5上安装有三位四通换向阀4、比例节流阀6、单向阀13和两位两通换向阀12，液压泵7将油箱中液压油依次通过比例节流阀6和三位四通换向阀4的进油口进入液压马达1，液压马达1回油依次经过三位四通换向阀4的回油口、单向阀13回油至油箱，比例节流阀6出油口与三位四通换向阀4进油口之间的油路上并联两位两通换向阀12，两位两通换向阀12的出油口与油箱相通；三位四通换向阀4位于左侧位置时，工作油口A和工作油口B相通，进油口P和回油口T截止，三位四通换向阀4位于右侧位置时，进油口P和工作油口A相通，回油口T与工作油口B相通，三位四通换向阀4位于中位时，四个油口均截止。
采用液压马达1代替传统的水涡轮驱动方式，具有功率比大的优势，克服了传统水涡轮驱动力不足的缺点，满足了大型卷盘式喷灌机驱动力的要求；三位四通换向阀4换向至左位时，可以使得液压马达1的进油端和出油端两腔连通实现手动反转，与传统喷灌机需要离合器断开水涡轮动力机构相比，无需额外设置离合器即可实现PE管的拖曳功能，简化了机械结构的同时降低了成本、优化了维护流程；当处于喷灌阶段时可以换向使三位四通换向阀4处于中位，从而有效维持PE管保持位置不变；当回收PE管时，三位四通换向阀4换向至右位，液压泵7将液压油依次通过比例节流阀6、三位四通换向阀4进入液压马达1使其旋转，从而带动卷盘20旋转缠绕回收PE管18。
进一步的，PE管18回收入口处设有编码器17，液压阀块5中的比例节流阀6为电磁比例节流阀，编码器17通过编码器安装支架16固定在车体14上端，编码器17通过数据传输模块15将信号发送至控制系统，控制系统根据编码器17反馈的PE管18的回收速度输出控制信号，经信号接收装置22传输至比例节流阀6，以控制比例节流阀6的开口大小。
编码器17安装在卷盘上PE管18回收入口处，通过圆周运动的线速度与角速度的数学关系准确地表征PE管回收速度，与传统卷盘旋转轴直接布置编码器的测量方式相比，消除了PE管缠绕过程直径变化导致的回收速度误差，提高了喷灌机回收速度的检测精度。
编码器17将PE管18的回收速度反馈至控制系统，控制系统根据反馈的信号调整比例节流阀6的开口大小，从而动态调整进入液压马达1的液压油流量，达到调整卷盘20回收速度的目的，消除PE管18回收阻力变化等外界扰动造成的回收速度波动，提高回收速度的准确性、稳定性及可靠性。
进一步的，编码器17的旁边且在PE管18的下方安装有触发档杆，所述触发档杆3通过信号接收装置将到位信号发送至控制系统，控制系统输出控制信号，经信号接收装置22传输至两位两通换向阀12，以控制两位两通换向阀12换向；所述两位两通换向阀12的常态位为右位截止状态，动作后换向为左位通路状态。
当PE管18回收到位会触动触发档杆3，触发档杆3处于电连通状态从而将到位信号输送至信号接收装置，信号接收装置将到位信号反馈至控制系统，控制系统控制两位两通换向阀12换向至左位通路状态，从液压泵7输出的高压油依次通过比例节流阀6、两位两通换向阀12直接进入油箱，从而使液压马达1无液压油驱动停止转动，然后在手动关闭液压泵驱动机构。通过上述自动停止卷盘20旋转的动作，可以在PE管18回收到位后立即停止继续盘卷PE管，以防液压马达1继续动作破坏整体装置。
进一步的，液压系统还包括超压保护系统，其中包括液控两位两通换向阀10和单向溢流阀11，其中液控两位两通换向阀10的进油口并联至液压泵7出油口处，出油口并联至单向阀13的进油口处，控制油口并联至比例节流阀6的进油口处，液控两位两通换向阀10的常态位为左位截止状态，动作后换向为右位导通状态；单向溢流阀11的进油口并联至比例节流阀6的出油口处，单向溢流阀11的出油口并联至单向阀13的进油口处。
当PE管18回收过程中出现严重卡阻时，液压系统压力超出设定安全阈值，比例节流阀6前的液压油的高压力导致液控两位两通换向阀10换向导通，从而使比例节流阀6前的高压油依次通过液控两位两通换向阀10、单向阀13回油至油箱，比例节流阀6后的高压油通过单向溢流阀11、单向阀13溢流回油箱，防止系统内出现瞬间超高压损坏液压系统。
进一步的，所述三位四通换向阀4为手动换向阀。方便操作人员根据需要选择不同工作状态。
为了减小整机体积、节约设备成本，所述车体14为空心车体，并兼做油箱。这种方式散热面积大，避免了长时间工作下系统的发热问题。
具体工作过程如下：
如图1至图3所示，当卷盘式喷灌机反馈式液压驱动装置处于PE管18放出阶段，三位四通换向阀4处于左位，液压马达1左右腔联通进行被动反转；当处于喷灌阶段，三位四通换向阀4处于中位，PE管18保持位置不变；当处于PE管回收阶段，三位四通换向阀4处于右位，液压马达1连入油路，此时柴油机9和减速机8工作，带动液压泵7动作，液压泵7将液压油从油箱21中抽出，经过加压引入液压油路，液压油流经比例节流阀6与三位四通换向阀4进入液压马达1，液压马达1动作，带动卷盘20回收PE管18，此时比例节流阀6根据控制系统的信号进行阀口调节，改变流入液压马达1的液压油流量以改变其转速，进而调整PE管回收速度；当PE管回收到位后，两位两通换向阀12接收到位信号，由右位变至左位，液压油流经两位两通换向阀12进入油箱21，以防液压马达1继续动作，破坏整体装置；
当PE管回收过程中遇到故障导致回收中止，为防止液压油路中油压过大破坏装置，两位两通液控换向阀5动作，比例节流阀6前的液压油的高压力导致液控两位两通换向阀10换向导通，从而使比例节流阀6前的高压油依次通过液控两位两通换向阀10、单向阀13回油至油箱，比例节流阀6后的高压油通过单向溢流阀11、单向阀13溢流回油箱，防止系统内出现瞬间超高压损坏液压系统。
如附图3所示，在正常的PE管18回收过程中，首先人为输入控制系统一个给定速度，经控制器发出控制信号，驱动PE管回收的卷盘20动作，进行PE管回收，此时存在一定的外界干扰，同时编码器17工作，实时采集PE管18回收速度，并将此PE管18回收速度转化为反馈信号传入控制系统，以便控制系统对PE管回收速度进行实时调控，使PE管回收速度接近人为给定速度。

Claims (6)

1.一种大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，包括卷盘(20)和PE管(18)，卷盘(20)通过卷盘支撑架(19)支撑在灌溉机的车体(14)上，PE管(18)旋转缠绕在卷盘(20)上，驱动机构与卷盘轴相连并驱动卷盘(20)的旋转；其特征在于，所述驱动机构包括液压马达(1)和液压系统，液压马达(1)安装在卷盘支撑架(19)上，液压马达(1)的输出轴通过联轴器(2)与卷盘轴相连；液压系统包括液压泵(7)、液压阀块(5)以及液压泵驱动装置，液压阀块(5)固定在车体(14)上，液压阀块(5)上安装有三位四通换向阀(4)、比例节流阀(6)、单向阀(13)和两位两通换向阀(12)，液压泵(7)将油箱中液压油依次通过比例节流阀(6)和三位四通换向阀(4)的进油口进入液压马达(1)，液压马达(1)回油依次经过三位四通换向阀(4)的回油口、单向阀(13)回油至油箱，比例节流阀(6)出油口与三位四通换向阀(4)进油口之间的油路上并联两位两通换向阀(12)，两位两通换向阀(12)的出油口与油箱相通；三位四通换向阀(4)位于左侧位置时，工作油口A和工作油口B相通，进油口P和回油口T截止，三位四通换向阀(4)位于右侧位置时，进油口P和工作油口A相通，回油口T与工作油口B相通，三位四通换向阀(4)位于中位时，四个油口均截止。
2.根据权利要求1所述的大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，其特征在于，PE管(18)回收入口处设有编码器(17)，液压阀块(5)中的比例节流阀(6)为电磁比例节流阀，编码器(17)通过编码器安装支架(16)固定在车体(14)上端，编码器(17)通过数据传输模块(15)将信号发送至控制系统，控制系统根据编码器(17)反馈的PE管(18)的回收速度输出控制信号，经信号接收装置(22)传输至比例节流阀(6)，以控制比例节流阀(6)的开口大小。
3.根据权利要求2所述的大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，其特征在于，编码器(17)的旁边且在PE管(18)的下方安装有触发档杆，所述触发档杆(3)通过信号接收装置将到位信号发送至控制系统，控制系统输出控制信号，经信号接收装置(22)传输至两位两通换向阀(12)，以控制两位两通换向阀(12)换向；所述两位两通换向阀(12)的常态位为右位截止状态，动作后换向为左位通路状态。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，其特征在于，液压系统还包括超压保护系统，其中包括液控两位两通换向阀(10)和单向溢流阀(11)，其中液控两位两通换向阀(10)的进油口并联至液压泵(7)出油口处，出油口并联至单向阀(13)的进油口处，控制油口并联至比例节流阀(6)的进油口处，液控两位两通换向阀(10)的常态位为左位截止状态，动作后换向为右位导通状态；单向溢流阀(11)的进油口并联至比例节流阀(6)的出油口处，单向溢流阀(11)的出油口并联至单向阀(13)的进油口处。
5.根据权利要求4所述的大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，其特征在于，所述三位四通换向阀(4)为手动换向阀。
6.根据权利要求5所述的大型卷盘式喷灌机液压驱动装置，其特征在于，所述车体(14)为空心车体，并兼做油箱(21)。
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