阅读说明：本技术 一种全液压驱动的高速插秧机底盘 (Full hydraulic drive high-speed transplanter chassis ) 是由 扈凯 张文毅 余山山 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：一种全液压驱动的高速插秧机底盘,补油泵通过两补油单向阀与冲洗梭阀连接,冲洗梭阀经低压溢流阀和冷却阀与油箱连接；两个补油单向阀的出油口与柱塞泵的两油口连接,冲洗梭阀的两进油口连通；行走变量马达并联后串接插秧马达,再与柱塞泵两油口连接；串联控制阀组连接在插秧马达的吸油口和两补油单向阀的出油口之间；齿轮泵出油口经优先阀分别与转向器和分流阀连接；分流阀分别与仿形平衡控制阀进油口和秧箱升降控制阀进油口连接；仿形平衡控制阀的两工作油口分别与平衡油缸两个油口连接；秧箱升降控制阀两工作油口分别与升降油缸两油口连接,且有杆腔的油路上串接有液控单向阀和单向节流阀。该底盘能够满足插秧机在水田和硬质路面上的正常作业。(A full hydraulic drive high speed transplanter chassis, the oil supply pump is connected with the flushing shuttle valve through two oil supply check valves, the flushing shuttle valve is connected with the oil tank through the low pressure overflow valve and the cooling valve; oil outlets of the two oil replenishing one-way valves are connected with two oil ports of the plunger pump, and two oil inlets of the flushing shuttle valve are communicated; the traveling variable motors are connected in parallel and then connected in series with the transplanting motor and then connected with the two oil ports of the plunger pump; the series control valve group is connected between an oil suction port of the transplanting motor and oil outlets of the two oil replenishing one-way valves; the oil outlet of the gear pump is respectively connected with the steering gear and the flow dividing valve through a priority valve; the flow divider is respectively connected with an oil inlet of the profile modeling balance control valve and an oil inlet of the seedling box lifting control valve; two working oil ports of the profiling balance control valve are respectively connected with two oil ports of the balance oil cylinder; two working oil ports of the seedling box lifting control valve are respectively connected with two oil ports of the lifting oil cylinder, and a hydraulic control one-way valve and a one-way throttle valve are connected in series on an oil path with a rod cavity. The chassis can meet the normal operation of the transplanter on paddy fields and hard road surfaces.)

一种全液压驱动的高速插秧机底盘

技术领域

本发明涉及插秧机，具体是一种全液压驱动的高速插秧机底盘。

背景技术

水稻是我国最重要的粮食之一，确保水稻增产增收对维持粮食供给、保证国家粮食安全具有重要意义，现阶段，为了保证水稻的高产，种植主要采用机插秧的模式。与人工插秧和手扶插秧机相比，高速插秧机具有效率高、栽植质量好等一系列优点，高速插秧机大多采用HST或HMT的传动方式，在满足无级变速的条件下可以实现较高的工作效率。插秧机长期在道路狭窄、泥脚深度大、具有流变特性的水田中工作，现有量产的高速插秧机可以基本满足水田工作要求，但也存在以下缺点：

(1)要使用多级齿轮和传动轴传递动力，传动系统复杂笨重，布置方式固定单一，调速范围小。

(2)功率密度低，不能满足轻量化需求。

(3)现有插秧机为液压助力式转向，而水田泥脚深度大，转向阻力大，操作方向盘较为吃力，长期驾驶易造成机手疲劳，且前轮转向角度小，转弯半径大，不利于转向掉头。

(4)制动系统复杂，需设置专门的摩擦制动装置。

(5)在换挡、起动和加速过程中冲击载荷大。

(6)不利于实现自动化、智能化控制，远程操纵困难。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种全液压驱动的高速插秧机底盘，该底盘结构简单紧凑、转向轻盈合理、功率密度高、调速范围大、操作过程冲击载荷小、不需要设置专门的摩擦制动装置、易于实现自动化智能化、能够满足高速插秧机在水田和硬质路面上的正常作业。

为了实现上述目的，本发明提供一种全液压驱动的高速插秧机底盘，包括行走驱动机构、转向机构、仿形平衡机构、秧箱升降机构、控制器、齿轮泵、优先阀和分流阀；

所述行走驱动机构包括发动机、柱塞泵、补油泵、四个行走变量马达、插秧马达和串联控制阀组；

所述发动机通过皮带与柱塞泵连接，所述补油泵与柱塞泵同轴连接，补油泵的吸油口和出油口分别通过过滤器A和补油限压阀与油箱A连接，补油泵的出油口还通过管路分别与两个补油单向阀的进油口连接，两个补油单向阀的出油口分别与冲洗梭阀的第一进油口和第二进油口连接，所述冲洗梭阀的出油口依次通过低压溢流阀和冷却阀与油箱B连接；

四个行走变量马达的输出轴分别通过四个轮边减速器与四个驱动车轮连接，且行走变量马达上均安装有转速传感器；四个行走变量马达的进油口相互连通后与柱塞泵的出油口和一个补油单向阀的出油口连接，四个行走变量马达的出油口相互连通后与插秧马达的进油口连接，插秧马达的出油口分别与柱塞泵的吸油口和另一个补油单向阀的出油口连接；

所述串联控制阀组的进油口与插秧马达的进油口连接，串联控制阀组的两个出油口分别与行走变量马达的进油口和插秧马达的出油口连接；

所述齿轮泵通过皮带与发动机连接，齿轮泵的吸油口通过过滤器B与油箱C连接，齿轮泵的出油口与优先阀的进油口连接；

所述转向机构包括转向器和转向油缸，所述转向器的进油口与优先阀的控制流量CF油口连接，其压力反馈油口通过动态阻尼孔与优先阀的负荷信号LS油口连接，其两个工作油口分别与转向油缸的两个油口连接；

所述仿形平衡机构包括仿形平衡控制阀和平衡油缸，仿形平衡控制阀的第一工作油口和第二工作油口分别与平衡油缸无杆腔和有杆腔连接，仿形平衡控制阀的回油口与油箱C连接；

所述秧箱升降机构包括秧箱升降控制阀和升降油缸，秧箱升降控制阀的第一工作油口通过管路分别与升降油缸的无杆腔和液控单向阀的液控口连通，其第二工作油口依次通过液控单向阀和单向节流阀与升降油缸的有杆腔连通；秧箱升降控制阀的回油口与油箱C连接；

所述分流阀的进油口与优先阀的旁通流量EF油口连接，分流阀的两个出油口分别与仿形平衡控制阀的进油口和秧箱升降控制阀的进油口连接，

所述控制器分别与柱塞泵、行走变量马达、插秧马达、转速传感器、串联控制阀组、秧箱升降控制阀和仿形平衡控制阀连接。

作为一种优选，所述发动机为柴油机发动机；所述柱塞泵为双向变量斜盘式柱塞泵；所述行走变量马达为电控无极变量马达；所述插秧马达为电控可变排量柱塞马达；所述驱动车辆为水田机构专用轮。

进一步，为了保证底盘主回路的工作压力不会过高，所述行走驱动机构还包括两个高压安全阀，两个高压安全阀分别与两个补油单向阀并联。

进一步，为了保证优先阀与转向器的可靠动作，同时，也为了有效地保护齿轮泵所在的输出油路压力不会过高，所述优先阀的进油口还与安全阀的进油口连接，安全阀的出油口与油箱C连接，安全阀的出油口还通过单向阀与转向器的进油口连接。

作为一种优选，所述冲洗梭阀为三位三通换向阀，其工作在左位时，其第一进油口与其出油口截止，其第二进油口与其出油口连通，其工作在中位，第一进油口和第二进油口均与其出油口截止，其工作在右位时，其第一进油口与其出油口连通，其第二进油口与其出油口截止；

所述串联控制阀组由左换向阀和右换向阀组成，左换向阀和右换向阀的进油口相互连通作为串联控制阀组的进油口，左换向阀和右换向阀的出油口分别作为串联控制阀组的两个出油口，左换向阀和右换向阀均为两位两通阀，左换向阀工作在上位时，左换向阀的进油口与出油口连通，左换向阀工作在下位时，左换向阀的进油口与出油口截止，右换向阀工作在上位时，右换向阀的进油口与出油口连通，右换向阀工作在下位时，右换向阀的进油口与出油口截止；

所述秧箱升降控制阀为三位四通换向阀，其工作在上位时，其进油口与其第一工作油口连通，其回油口与其第二工作油口连通，其工作在中位时，其进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口相互连通，其工作在下位时，其进油口与其第二工作油口连通，其回油口与其第一工作油口连通；

所述仿形平衡控制阀为三位四通换向阀，其工作在左位时，其进油口与其第一工作油口连通，其回油口与其第二工作油口连通，其工作在中位时，其进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口相互截止，其工作在右位时，其进油口与其第二工作油口连通，其回油口与其第一工作油口连通。

作为一种优选，所述油箱A、油箱B和油箱C为同一油箱。

作为一种优选，所述转向油缸为活塞杆式双作用液压缸。

作为一种优选，所述分流阀的分流比为1：1。

本发明采用了单泵四马达的驱动方式，较传统的多级齿轮和传动轴传动方式结构更简单，布置方式的灵活性更强，还实现了无极调速，且调速范围大，有效地提升了水田机械的通过性。同时，在本底盘中，由于柱塞泵、行走变量马达和插秧马达所组成的闭式回路是对称可逆的，且行走变量马达和插秧马达均具有泵和马达两种工况，这样，在制动过程中，柱塞泵可以转换为马达工况，可以吸收负转矩实现动力制动，这种制动方式可以很大程度上取代摩擦元件构成的制动系统，使操控方式更加符合人机工程需求，进而可以不需要设置专门的摩擦制动装置。通过齿轮泵和优选阀的设置保证了转向器的优先动作，进而能使方向盘的操作更轻便，有效地减小了机手了操作强度。同时，转向器采用动态信号负荷传感，保证了优先阀的响应速度。另外，液压转向的方式还可以提高转向角，有效地减少了插秧机在作业过程中的转弯半径，利于在水田中的转向掉头操作。秧箱升降机构中的升降油缸采用液控单向阀锁止，并通过节流阀进行有杆腔的供油回油控制，有效减少升降油缸的泄漏量，进而有效提高了升降油缸的封闭效果，同时，还能使秧箱的升降过程更平稳。通过串联控制阀的设置，能便于控制行走变量马达和插秧马达是否工作，进而能在换档、起动和加速过程中通过合理的控制来减少冲击载荷。通过冲洗梭阀、低压溢流阀和冷却阀的设置，能保证主回路的液压油不至于温度过高而影响其性能，从而保证了燃油的经济性能。由于液压元器件具有功率密度高的特点，因而本底盘较传统底盘的总重量大大下降，实现了轻量化需求。本底盘采用控制器来控制各个阀的动作，因而能便于实现插秧作业的自动化控制，另外，还能便于通过无线难实现远程操控，从而能实现插秧作业的智能化。

附图说明

图1是本发明的液压原理图。

图中:1、发动机，2、柱塞泵，3、补油泵，4、齿轮泵，5、过滤器A，6、补油限压阀，7、油箱A，8、高压安全阀，9、补油单向阀，10、冲洗梭阀，11、低压溢流阀，12、冷却阀，13、油箱B，14、串联控制阀组，15、行走变量马达，16、插秧马达，17、优先阀，18、转向器，19、转向油缸，20、分流阀，21、秧箱升降控制阀，22、过滤器B，23、仿形平衡控制阀，24、平衡油缸，25、液控单向阀，26、单向节流阀,27、升降油缸,28、安全阀，29、油箱C。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种全液压驱动的高速插秧机底盘，包括行走驱动机构、转向机构、仿形平衡机构、秧箱升降机构、控制器、齿轮泵4、优先阀17和分流阀20；

所述行走驱动机构包括发动机1、柱塞泵2、补油泵3、四个行走变量马达15、插秧马达16和串联控制阀组14；

所述发动机1通过皮带与柱塞泵2连接，柱塞泵2可以调节斜盘与缸体轴线之间的倾角大小和倾角方向来改变泵的排量和吸油、压油方向，作为一种优选，柱塞泵的最大排量为8ml/r。所述补油泵3与柱塞泵2同轴连接，作为一种优选，补油泵3集成在柱塞泵2之中，用于补充液压系统泄露的油液，补油泵3的吸油口和出油口分别通过过滤器A5和补油限压阀6与油箱A7连接，这样，补油泵3可以维持系统的一个基础压力，该压力由补油限压阀6调定；补油泵3的出油口还通过管路分别与两个补油单向阀9的进油口连接，两个补油单向阀9的出油口分别与冲洗梭阀10的第一进油口和第二进油口连接，冲洗梭阀10的第一进油口和第二进油口通过控制油路分别与其左位控制口和右位控制口连接，冲洗梭阀10出油口依次通过低压溢流阀11和冷却阀12与油箱B13连接；冲洗梭阀10布置在主进油油路和主回油油路之间，一方面将主进油油路的20％—25％引回油箱，一方面将主回油油路中的部分油液引入冷却阀12进行降温，以保证不因温度过高而影响液压油的性能。

四个行走变量马达15的输出轴分别通过四个轮边减速器与四个驱动车轮连接，且行走变量马达15上均安装有转速传感器；四个行走变量马达15的进油口相互连通后与柱塞泵2的出油口和一个补油单向阀9的出油口连接，四个行走变量马达15的出油口相互连通后与插秧马达16的进油口连接，插秧马达16的出油口分别与柱塞泵2的吸油口和另一个补油单向阀9的出油口连接；四个行走变量马达15并联后再与插秧马达16串接，这样，插秧马达16的流量等于四个行走变量马达15的流量，进而能保证在不同行走速度下株距的一致性。

所述串联控制阀组14的进油口与插秧马达16的进油口连接，串联控制阀组14的两个出油口分别与行走变量马达15的进油口和插秧马达16的出油口连接；串联控制阀组14的作用是控制液压回路的通断，通过调整工作位可以控制行走变量马达15和插秧马达16是否正常工作；

所述齿轮泵4通过皮带与发动机1连接，齿轮泵4的吸油口通过过滤器B22与油箱C29连接，齿轮泵4的出油口与优先阀17的进油口连接；优先阀17可以将进油分为两路，一路通过分流阀20分别供给平衡油缸24和升降油缸27，另一路供给转向油缸19。优选阀17优先保证供给转向器18的油液充足；

所述转向机构包括转向器18和转向油缸19，所述转向器18的进油口与优先阀17的控制流量CF油口连接，其压力反馈油口通过动态阻尼孔与优先阀17的负荷信号LS油口连接，其两个工作油口分别与转向油缸19的两个油口连接；转向器18的主要作用是把来自方向盘的转向力矩和转向角进行适当的变换，当方向盘静止时，转向器18的阀芯和阀套处于中间位置，方向盘转动时，阀芯和阀套位置发生改变，油液流通使得转向油缸19工作；转向油缸19可以将液压能转换为机械能并可以作往复直线运动推动转向轮摆动。作为一种优选，所述转向油缸19为活塞杆式双作用液压缸。

所述仿形平衡机构包括仿形平衡控制阀23和平衡油缸24，仿形平衡控制阀23的第一工作油口和第二工作油口分别与平衡油缸24无杆腔和有杆腔连接，仿形平衡控制阀23的回油口与油箱C29连接；平衡油缸24为单作用液压缸；

所述秧箱升降机构包括秧箱升降控制阀21和升降油缸27，秧箱升降控制阀21的第一工作油口通过管路分别与升降油缸27的无杆腔和液控单向阀25的液控口连通，其第二工作油口依次通过液控单向阀25和单向节流阀26与升降油缸27的有杆腔连通；秧箱升降控制阀21的回油口与油箱C29连接；升降油缸27为单作用液压缸。液控单向阀25的作用用于锁定升降油缸27的某一位置不变。

所述分流阀20的进油口与优先阀17的旁通流量EF油口连接，分流阀20的两个出油口分别与仿形平衡控制阀23的进油口和秧箱升降控制阀21的进油口连接；作为一种优选，所述分流阀20的分流比为1：1。

所述控制器分别与柱塞泵2、行走变量马达15、插秧马达16、转速传感器、串联控制阀组14、秧箱升降控制阀21和仿形平衡控制阀23连接。作为一种优选，控制器的型号为西门子S7-1200。

作为一种优选，所述发动机为柴油机发动机；所述柱塞泵为双向变量斜盘式柱塞泵；所述行走变量马达为电控无极变量马达；所述插秧马达为电控可变排量柱塞马达；所述驱动车辆为水田机构专用轮。

为了保证底盘主回路的工作压力不会过高，所述行走驱动机构还包括两个高压安全阀8，两个高压安全阀8分别与两个补油单向阀9并联。

为了保证优先阀与转向器的可靠动作，同时，也为了有效地保护齿轮泵所在的输出油路压力不会过高，所述优先阀17的进油口还与安全阀28的进油口连接，安全阀28的出油口与油箱C29连接，安全阀28的出油口还通过单向阀与转向器18的进油口连接。

所述冲洗梭阀10为三位三通换向阀，其工作在左位时，其第一进油口与其出油口截止，其第二进油口与其出油口连通，其工作在中位，第一进油口和第二进油口均与其出油口截止，其工作在右位时，其第一进油口与其出油口连通，其第二进油口与其出油口截止；

所述串联控制阀组14由左换向阀和右换向阀组成，左换向阀和右换向阀的进油口相互连通作为串联控制阀组的进油口，左换向阀和右换向阀的出油口分别作为串联控制阀组的两个出油口，左换向阀和右换向阀均为两位两通阀，左换向阀工作在上位时，左换向阀的进油口与出油口连通，左换向阀工作在下位时，左换向阀的进油口与出油口截止，右换向阀工作在上位时，右换向阀的进油口与出油口连通，右换向阀工作在下位时，右换向阀的进油口与出油口截止；

所述秧箱升降控制阀21为三位四通换向阀，其工作在上位时，其进油口与其第一工作油口连通，其回油口与其第二工作油口连通，其工作在中位时，其进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口相互连通，这样可以保证液压泵的卸荷，以保证系统不会过负荷工作，其工作在下位时，其进油口与其第二工作油口连通，其回油口与其第一工作油口连通；

所述仿形平衡控制阀23为三位四通换向阀，其工作在左位时，其进油口与其第一工作油口连通，其回油口与其第二工作油口连通，其工作在中位时，其进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口相互截止，其工作在右位时，其进油口与其第二工作油口连通，其回油口与其第一工作油口连通。

所述油箱A7、油箱B13和油箱C29为同一油箱，作为一种优选，油箱的体积约为35L，油箱的位置设置在柱塞泵2和补油泵3之上。

工作原理：

发动机是整个系统的动力源，其经过连接装置将动力分别传递给柱塞泵和齿轮泵，柱塞泵通过闭式回路与四个行走变量马达相连，四个行走变量马达采用并联的方式，柱塞泵可以通过调节斜盘的倾角和方向以实现调节流量和改变流向的双重功能，并以此来连续地调节输出轴的转速和转向，行走变量马达通过改变自身排量以适用于插秧机高速小负载(速度小于3.0m/s)和低速大负载(速度小于1.5m/s)两种工作状态。

并联的液压马达存在一个缺点：即只要任何一个驱动车轮由于所分配的实时载荷不够或附着条件不好而出现滑转时，系统就只能维持驱动这个转矩负载很小的驱动车轮的马达所需的很低的压力，在此压力下，其他驱动车轮的转矩将不足以驱动整机前进，此时液压泵输出的整个流量将集中流经正在滑转车轮的驱动车轮中，有可能使其超速而损坏。为避免上述问题出现，每个驱动车轮均安装有转速传感器，当转速传感器检测到行走变量马达的转速超过设定转速时，控制器控制行走变量马达的排量迅速减小甚至切换至自由轮状态，以此来解决车轮滑转问题。行走变量马达输出轴连接轮边减速器，轮边减速器可以使得行走变量马达转速与驱动车轮转速相匹配并起到减速增扭的作用。同时，本底盘中柱塞泵可以具有泵和马达两种工况，且其组成的闭式回路是对称可逆的，制动功能便以此来实现，在制动过程中，系统转换为马达工况，吸收负转矩实现动力制动，这种制动方式可以很大程度上取代摩擦元件构成的制动系统，操控方式更加符合人机工程需求。为解决闭式系统的泄漏和散热问题，在回路中设置了补油回路和冷却回路，补油泵提供补油液压油，经补油单向阀将油液补充到系统低压侧，补油限压阀使得补油回路维持一个基础压力，冷却回路的主要元器件是液控冲洗梭阀，冲洗梭阀受高压油路控制，将低压侧温度较高的油液经过冷却阀冷却并流回油箱。

插秧机构由插秧马达驱动，插秧马达与四个行走变量马达串联可以使得插秧马达流量等于四个行走变量马达的总流量，以此来保证在不同行走速度下秧苗的株距一致，使用串联控制阀组来切换行走变量马达和插秧马达的工作状态，当串联控制阀组中的左、右换向阀皆处于下位(截止工作位)时，插秧马达和行走变量马达工作，当串联控制阀组左换向阀处于上位右换向阀处于下位时，插秧马达工作，行走变量马达不工作，当串联控制阀组左换向阀处于下位右换向阀处于上位时，插秧马达不工作，行走变量马达工作，当串联控制阀组中左右换向阀皆处于上位时，插秧马达和行走变量马达均不工作，串联控制阀可以通过控制器来实现控制。

齿轮泵为转向机构、秧箱升降机构和其它机构提供动力，齿轮泵输出端连接优先阀，优先阀将油液分为两部分，分别分配给转向回路和秧箱升降回路、仿形平衡回路，并优先保证转向回路工作稳定可靠。优先阀的控制流量油口CF接转向器，输入流量首先直接流入CF口，给负荷传感转向器提供可靠的流量保证，一旦转向回路的流量得到满足才允许多余流量经旁通流量EF口流向秧箱升降回路、仿形平衡回路或直接流回油箱。转向回路使用动态信号优先阀，即在转向器处于中立位置时，有少量的油液经过动态阻尼孔和LS信号管路进入转向器，然后流回油箱，保证负荷信号LS管路始终充满油液，从而使优先阀具有较快的响应速度。当方向盘转动时，转向器阀芯和阀套位置发生改变，转向液压缸工作。

秧箱升降回路、仿形平衡回路的液压油均来自优先阀的旁通流量EF油口，两回路之前安装有分流阀，将输入的油液按照1:1的比例一分为二，秧箱升降回路主要包括升降油缸、单向节流阀、液控单向阀和秧箱升降控制阀，其中升降油缸为执行元件，秧箱升降控制阀控制升降油缸的上升或下降，升降油缸的H型中位机能确保了液压泵在秧箱升降控制阀处于中位时可以卸荷，减小系统发热和能量耗散，液控单向阀使秧箱锁止在某一高度，其密封性好，位置控制准确，单向节流阀用于防止在秧箱下降过程中速度过快。仿形平衡回路包括平衡油缸和仿形平衡控制阀，仿形平衡控制阀主要用于改变仿形平衡回路的液压油方向，其利用仿形平衡控制阀的中位O型机能保持平衡油缸的位置不变。仿形平衡机构能够保证的插秧机作业过程中插秧深度的一致，且能够进一步保证株距的一致。秧箱升降控制阀和仿形平衡控制阀的动作均可以通过控制器来实现控制。