赵琳苑 赵军

摘 要：在拖拉机自动驾驶液压转向系统中，经常会使用到多种液压控制回路，通常是通过压力、流量、方向等单个或多个液压控制阀来实现回路功能。将所有液压元件逐个联接起来，中间需要多处过渡管路、连接阀块和连接密封，整个回路系统会很庞大，存在密集管道，安装复杂和维护操作困难以及出现许多泄漏位置等缺陷。在当前的设计中，越来越注重液压元件的集成使用。在文中将对一款新型拖拉机自动驾驶液压转向系统中的部分液压阀进行集成设计。

关键词：拖拉机；液压转向；集成阀

中图分类号：S219.5 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.002

Abstract： In tractor automatic driving hydraulic steering system， many kinds of hydraulic control loops are often used， usually through pressure， flow， direction and other single or multiple hydraulic control valves to achieve the loop function. Connecting all hydraulic components one by one requires multiple transitional pipes， connecting valve blocks， and connecting seals in the middle. The entire loop system can be huge， with dense pipes， Installation is complex and maintenance is difficult， and there are many defects such as leakage location. Therefore， in the current design， more and more attention is paid to the integrated use of hydraulic components. In this paper， the integrated design of some hydraulic valves in a new tractor automatic driving hydraulic steering system will be carried out.

Keywords： Tractor；Hydraulic steering；Integrated valve

0 引言

隨着农业机械化水平的提高，拖拉机自动驾驶日益受到人们的关注，转向系统在拖拉机中的使用具有十分重要的作用，因此转向系统也成为了人们关注的焦点。在拖拉机自动驾驶的过程中，手动驾驶模式与自动驾驶模式之间需要人工手动切换，这样就使得操作复杂，所以我们设计了一款新型的拖拉机自动驾驶转向系统，将手动切换驾驶模式这一步骤取消，解决劳动力不足，自动驾驶在调试后可以自动工作，不需要人们实时盯住操作，这样一个劳动力可以控制多台拖拉机，减少了劳动力。

在该液压转向系统中，需要所有液压元件逐个联接起来，中间需要多处过渡管路、连接阀块和连接密封，整个回路系统会很庞大，存在布置管路密集、安装维修操作困难、密封泄漏位置点多等缺陷。因此，提出了液压元件集成块的设计，就是将多路回路中的液压元件共同安装在一个阀块上，并且通过在阀块内部加工通道，从而将相关液压元件的油路沟通起来，有效减少了系统外部管路的连接和密封，使整体的尺寸变小、布局紧凑、减少泄漏、安装和吊装操作方便。但这些连接都是通过实体材料的设计加工实现的，因此，要对液压系统中的部分液压元件进行集成设计，组成集成阀块。

1 液压转向系统工作原理

拖拉机液压转向系统的工作原理图（如图1所示）。该转向液压系统主要由转向器、液压泵、优先阀、三位四通电磁换向阀、集成阀块、液压缸等组成。当启动转向系统自动驾驶模式时，液压油从定量泵流出，溢流阀作为安全阀使用，防止系统过载，然后液压油经过三位四通的电磁换向阀，当换向阀左位接通时，压力油经过换向阀打开的左侧的液控单向阀进入液压缸的左腔，同时，压力油进入右侧液控单向阀的控制油口，将阀芯顶开，液压缸右腔的油液经过右侧液控单向阀、换向阀与油箱连通。活塞在液压油的作用下向右运动，反之亦然。当换向阀处于空挡位置时，液压缸处于自锁状态。

本文设计的液压转向系统中的集成阀块主要由双向液压锁、梭阀、三位四通电磁比例换向阀组合而成。

2 集成阀块的设计

2.1 集成阀块设计要点

在液压元件的集成设计中，重点在于液压元件的选型、布置以及集成阀块的总体设计。在设计之前应该仔细审核其液压原理图。将原理图划分成进、回油部分以及使油液缸动作的功能部分，由此对液压元件进行选型。常用的液压元件一般分为螺纹式、法兰式、插入式，其中螺纹式和板式为外部连接形式，螺纹式的液压元件油口为外或内螺纹的形式，需要螺纹管接头与其阀体相连接；板式液压元件可以直接安装于液压阀体的安装表面，用螺钉固定。插入式是通过在集成阀体内加工数个插装孔进行内部连接，相对于其他外部连接的形式，它的重量较轻、体积较小、通油能力大、密封好和动态性能较好。外部连接式的液压元件则是阀体加工精度要求较低、连接拆装和维修都比较方便。在本次设计中，根据转向系统的实际使用状况，液压集成阀块选用的是螺纹式连接。

在集成阀块的设计中还要根据液压控制回路的相应功能、液压油路的分布以及走向、机器设备的安装场地等因素，充分利用集成阀块的每个安装面，合理布置相应的液压元件，与此同时必须要实现每一个液压回路的功能，并且需要有液压元件的安装维修以及更换等操作空间。

2.2 液压泵的选型

本液压系统采用的是HLCB/14B型恒流溢流齿轮泵，其主要参数如表1所示。

HLCB/14B型恒流溢流齿輪泵能够给本系统提供恒定流量的液压油，以保证液压系统可以进行正常的工作。

2.3 液压阀的选型

根据已确定的液压泵型号及参数，对该液压系统中需要集成的液压阀进行选型。液压系统中的三位四通电磁比例换向阀选用的是北京华德液压工业集团有限责任公司生产的4WRA型电磁比例换向阀，该型号的电磁换向阀主要参数如表2、3所示。

液压系统中的液压锁选用的是海宏公司生产的插装式液压YYS08-00，最高工作压力为24 MPa，可通过的最大流量是18 L/min，梭阀同样选用该公司生产的SF06-01B，最高工作压力为35 MPa，可通过最大流量是15 L/min，其参数符合液压系统工作要求。

2.4 阀块的布置

集成阀剖面图与三维图由CAD和Soildworks绘制（如图2所示），该集成阀块采用螺纹连接方式，阀块的左上侧用于布置插装锁阀及主进油口和主回油口，右上侧布置插装梭阀，下侧为电磁比例换向阀，后侧布置工作进油口、工作回油口以及与转向器控制口连接的LS口。

3 材料的选择及其他技术要求

液压集成阀块的材料一般可以选用球墨铸铁、45号钢、锻钢或者铝合金，考虑到液压转向系统中需要承受较高的压力，本次集成阀块的材料选用的是35号钢，为了要消除参与内应力，必须对锻件进行正火处理，并且同时要进行无损探伤，以检测其内部的质量。阀块六面体所有面表面粗糙度为Ra=0.8 μm，所有孔粗糙度为Ra=6.3 μm，并且表面需要化学镀镍，以增强其耐蚀性及改善外观。

4 结论

本文介绍了液压集成阀块的设计过程，主要包括液压阀的选型、集成阀块的排布、油道通径的计算以及材料的选择，并且将液压转向系统中的部分相关液压元件进行集成设计作为设计实例，最大限度的减少液压系统中的外部连接，并且基本消除了外泄漏，与此同时，使液压系统的检修以及更换液压元件更为方便，可以缩短设备停工检修的时间。

液压集成阀块虽然制造工艺较为复杂，但是可靠性及其他各方面性能都优于传统的液压系统，特别是对液压阀较多，管路较复杂的一些液压系统，具有非常广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 袁子荣，吴张永，袁锐波，等.新型液压元件及系统集成技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 邓昌奇，江冠练.基于PLC的刀库自动选刀应用与开发[J].组合机床与自动化加工技术，2010（6）：53-56.

[3] 黎忠炎，高东强，毛志云，等.基于切削参数的高速铣削系统稳定性研究[J].组合机床与自动化加工技术，2010（11）：16-18.

[4] 廖林清，任志鹏，张君，等. 转向系5轴性能试验台中Bell机构的特性研究[J]. 重庆理工大学学报（自然科学），2016（12）.

[5] 余奎，过学迅，张成才.基于PCI总线的EPS控制器性能自动化测试[J].自动化与仪表，2017（3）：51-55.

[6] 李强，邓子龙，奚文. 液压集成块典型孔道结构压力损失分析[J]. 液压与气动，2013（6）：43-48.