全 文 ：2014 年第 4 期 液压与气动
doi ∶ 10． 11832 / j． issn． 1000－4858． 2014． 04． 019
液压控制技术在蒲草收割船割台上的应用与研究
王占海1，王 伟2，金 金2
(1．衡水学院 工程技术学院，河北 衡水 053000;2．河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071001)
摘 要:为了提高白洋淀、衡水湖水域蒲草整齐化收获效率，该研究将机构设计和液压系统相互配合，能
够实现高效整齐收获作业。针对割台的动作要求，对其液压系统进行了合理的分析设计。实际作业结果表
明:液压系统不但满足割台及割刀刀架升降，而且对拨禾轮上下、前后均可调更有利于蒲草收获作业，同时具
有可靠性、安全性和高效性的特点。
关键词:蒲草收割船;割台;液压控制系统;同步回路
中图分类号:TH137 文献标志码:B 文章编号:1000-4858(2014)04-0073-04
The Ｒesearch and Application on Hydraulic Control Technology for
Cutting Platform of Cattail Harvesting Ship
WANG Zhan-hai1，WANG Wei2，JIN Jin2
(1． College of Engineering and Technical，Hengshui College，Hengshui，Hebei 053000;
2． College of Mechanical and Electrical Engineering，Agricultural University of Hebei，Baoding，Hebei 071001)
Abstract:In order to improve the efficiency of harvesting cattail of Hengshui Lake and Baiyangdian Lake，the
structural design with hydraulic system is presented，which can achieve harvesting operation efficiently and neatly．
In view of movements of cutting platform，we analyze and design the hydraulic system． The results show that the hy-
draulic system meets not only the cutting platform and cutter rest movement，but also the wheel up and down，front
and back adjustable，which is reliable，safe and efficient．
Key words:cattail harvesting ship，cutting platform，hydraulic control system，synchronous circuit
引言
蒲草是一种广泛使用的工艺品编织加工材料，也
是广泛生长的一种野生蔬菜，其假茎白嫩部分可以食
用，并且清爽可口;老熟的匍匐茎和短缩茎可以煮食或
作饲料［1，2］。
目前，国内对蒲草收获的技术还不成熟，采用人
工收获和机械收获［3］。人工收获不但费时费力而且
劳动成本很高，机械收获是采用水草收割船来收割，
收割的蒲草效率很低而且很凌乱，不利于后续的加
工作业。
由于液压传动具有体积小、输出力大且调整容易、
不会有过负载的危险、速度调整容易等优点。将液压
传动和机构设计结合起来，设计了一种适用于蒲草收
获的收割船，对降低人工劳动强度和提高工作效率以
及净化水资源具有重大意义。
1 整机结构
收割船主要由割台、液压控制系统、拨禾轮、明轮、
船体等组成［4 － 7］。收割船的结构示意图如图 1 所示。
收稿日期:2013-11-06
基金项目:国家水体污染控制与治理科技项《白洋淀水生植
物资源化利用技术与工程示范》(2008ZX07209-008-005)
作者简介:王占海(1970—)，男，河北武强人，学士，主要从事
机械制造专业方面的教学和农业机械、建筑机械的研究、开发
设计。
2 割台的结构设计
割台是收割船重要组成部分之一，主要由切割器、
拨禾轮、输送带、液压控制系统等组成［4 － 7］。割台的结
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液压与气动 2014 年第 4 期
构示意图如图 2 所示。
1．输送带 2．拨禾轮提升架 3、9、10．液压缸 4．拨禾轮
5、8．液压马达 6．拨齿 7．切割器 11．控制室 12．明轮 13．船体
图 1 收割船
1、3、10、11．液压缸 2．拨禾轮提升架 4．拨禾轮
5、8．液压马达 7．切割器 9．刀架 12．输送带
图 2 割台
液压缸 1 和 11 可以调整拨禾轮 4 的高低位置，拨
禾轮 4 在液压缸 3 的作用下又可以前后伸缩。同时拨
禾轮 4 在液压马达 5 的作用下转动拨动蒲草。刀架 9
在其上端固定的液压缸 10 的作用下可以垂直下降到
水里，被切割的蒲草经输送带 12 输送到船上。
3 割台的液压控制系统设计［8 －11］
3． 1 拨禾轮驱动马达的液压回路
1)液压马达动作设计要求
液压马达双向运转带动拨禾轮的转动，通过对液
压马达的转速调节改变拨禾轮的转速来适应实际工作
状况，正向运转时使蒲草拨向割刀进行切割，若出现少
量蒲草堵塞拨禾轮时，可以反向运转来去除堵塞的
蒲草。
2)液压马达工作原理
图 3 所示为液压工作原理图。系统的油源为定量
液压泵 2，其最高压力设定与卸荷由电磁溢流阀 5 和 6
控制，压力表 4 显示系统压力，单向阀 3 用于防止油液
倒流;双向定量马达 9 的运动方向由三位四通电磁换
向阀 8 控制旋转方向，其 H 型中位用于液压泵的卸
荷，单向阀 10 是系统的背压阀，用来提高马达的运转
平稳性。
1．过滤器 2．定量液压泵 3、10．单向阀 4．压力表
5．二位二通电磁换向阀 6．溢流阀 7．顺序阀
8．三位四通电磁换向阀 9．双向定量液压马达
图 3 液压系统工作原理
当电磁铁 1YA、2YA 通电时，电磁溢流阀中的二
位二通换向阀 5 和电磁换向阀 8 均切换至左位，液压
泵的压力油经单向阀 3、顺序阀 7 和电磁换向阀 8 进
入液压马达左腔，液压马达转动，液压马达右腔经阀 8
单向阀 10 回油;当电磁铁 1YA、3YA通电时，电磁换向
阀 8 切换至右位，液压泵的压力油经单向阀 3、顺序阀
7、电磁换向阀 8 进入液压马达右腔，驱动液压马达反
向转动，马达左腔经阀 8、阀 10 回油;当所有电磁铁均
断电时，二位二通换向阀 5 复至右位，电磁换向阀 8 复
至中位，液压泵可以通过阀 8 的中位卸荷，如果换向阀
8 复位失灵，液压泵也可以通过电磁溢流阀 5、6 卸荷，
不致使液压马达出现停止误动作，实现双重保护。
3． 2 拨禾轮提升架高低调节液压回路
1)液压缸动作设计要求
拨禾轮提升架采用同步缸来实现上升和下降动
作，同步缸驱动提升架的升降来满足不同高度的蒲草
的收获作业，当同步缸处于一定位置时，必须保证液压
缸不因泄漏而影响升降的可靠性。
2)液压缸工作原理
图 4 所示为液压系统原理图。系统采用定量液压
泵 2 供油，系统压力由先导式溢流阀 5 设定并由压力
表 3 显示，系统卸荷由二位二通电磁换向阀 4 控制。
同步液压缸 11 和 12 的运动方向由三位四通电磁换向
阀 6 控制，采用分流集流阀 8 保证同步缸的同步性;分
流集流阀前后设有二级液控单向阀，以确保液压泵停
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2014 年第 4 期 液压与气动
机或其他故障时液压缸不因泄露而影响升降的安全可
靠性。液压缸附近有按钮控制盒，用于控制缸的升降。
1．过滤器 2．定量液压泵 3．压力表 4．二位二通电磁换向阀
5．先导式溢流阀 6．三位四通电磁换向阀 7、9、10．液控单向阀
8．分流集流阀 11、12．同步液压缸
图 4 液压系统原理图
系统的动作顺序与原理:按上升按钮，电机驱动液
压泵 2 空载启动，延迟 4 s 秒后电磁铁 1YA 通电使换
向阀 4 切换至右位，液压泵 2 由卸荷转为升压。同时，
电磁铁 2YA通电使换向阀 6 切换至左位，液压泵 2 的
压力油经阀 6 ～ 10 进入液压缸 11 和 12 的无杆腔，两
个液压缸上升。有杆腔经换向阀 6 向油箱排油。松开
上升按钮，电磁铁 1YA、2YA 断电使换向阀 4 和 6 复
位，液压泵 2 卸荷，液压缸 11 和 12 停止并保持在既定
位置。按下降按钮，使电机驱动液压泵 2 启动，延迟 4
s后电磁铁 1YA、3YA 通电使换向阀 4 切换切换至右
位，换向阀 6 切换至右位，液压泵的压力油经阀 6 进入
液压缸的有杆腔，同时反向导通液控式单向阀 7 和 9
及 10，液压缸 11 和 12 下降，无杆腔的油液经阀 9、10、
8、7、6 排回油箱。松开下降按钮，各电磁铁均断电，液
压缸 11 和 12 停止，电机驱动液压泵卸荷空载运转，液
压泵自动停机。
3． 3 拨禾轮前后调节液压回路
1)液压缸动作设计要求
拨禾轮轴承座通过滑块空套在支臂上，滑块与固
定在支臂外侧的液压缸连接。在实际收获作业时，为
了使拨禾轮更好的拨动植株，需向前或向后调节拨禾
轮，可以调节同步液压缸控制滑块向前或向后，此时拨
禾轮也随之相应调整来满足收获作业。
2)液压缸工作原理
图 5 所示为液压系统原理图。系统采用定量液压
泵 2 供油，系统压力由溢流阀 5 设定并由压力表 3 显
示，系统卸荷由二位二通电磁换向阀 4 控制。同步液
压缸 8 和 9 的运动方向由三位四通电磁换向阀 6 控
制，采用分流集流阀 7 保证同步缸的同步性。
1．过滤器 2．定量液压泵 3．压力表 4．二位二通电磁换向阀
5．溢流阀 6．三位四通电磁换向阀 7．分流集流阀 8、9．同步液压缸
图 5 液压系统原理图
3． 4 割刀刀架升降的液压回路
1)液压缸动作设计要求
割刀刀架上端设有液压缸，可以驱动刀架上下移
动，采用同步液压缸驱动刀架的上下位置的调整，当刀
架处于一定位置时，必须保证同步液压缸不因泄漏而
使刀架移动。
2)液压缸工作原理
图 6 所示为同步液压缸工作原理图。系统的油源
为定量液压泵 2，泵的工作压力设定与卸荷控制由电
磁溢流阀 4 和 5 控制，压力表 3 显示系统压力;同步液
压缸 10 和 11 的运动方向由三位四通电磁换向阀 6 控
制，两个液压缸的并联分油处设有分流集流阀 7，以保
证并联的液压缸的同步运动;液压缸油路设有双向液
压锁 8 和 9 以保证液压缸迅速平稳可靠地锁紧。
4 结论
(1)该液压系统能够很好地满足割刀刀架的升
降，可以实现不同深度水域的收获作业。
(2)拨禾轮在同步液压缸的作用下可以向前或向
后调整，可以更好地拨动蒲草。
(3)拨禾轮提升架在同步液压缸的作用下可以上
升或下降，可以更好地调整拨禾轮的高低位置。
(下转第 79 页)
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2014 年第 4 期 液压与气动
M2 = 1 －
50( )n × T1 = 2． 2 (19)
按表 1计算电压 27 V、转速 50转时的电流 I3(A):
I3 = 1 －
50( )n × I1 = 4． 89 (20)
已知转矩 M0 和电流 I0 计算转速 n0:
n0 = 1 －
I0 × T1
M0 × I
( )
1
× n = 450 × 1 －
2． 5I0
5． 5M( )0 (21)
已知增力机构需要提供力 Q，电机匹配的减速器
减速比 i和减速器效率 η1，推导出电机需要提供的转
矩 MT，根据推导出的关系式(22)，并结合蓄电池提高
电压 U0，选择理想的永磁式直流力矩电机。
MT =
10 －3QLA1
2πiηη1A2
≤
U0
U1
T1 (22)
5 结论
在研究现有的增力机构基础上，提出了一种新型
的电动螺旋液压增力机构，该机构结构紧凑，刚性好，
应用领域广。设计人员可以根据需要的最大推力，采
用文中给出的公式进行计算，确定螺旋传动和液压增
力模块的具体尺寸参数，选择理想型号的微型电机、微
型减速器和直流电源。介绍的电动螺旋液压增力机构
能给相关领域的人员提供一种借鉴，从而创新出性能
更为优异的增力机构。
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2008．
(上接第 75 页)
1．过滤器 2．定量液压泵 3．压力表 4．二位二通电磁换向阀
5．溢流阀 6．三位四通电磁换向阀 7．分流集流阀
8、9．双向液压锁 10、11．液压缸
图 6 液压系统原理图
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