籽棉打模机的液压原理和常见故障研究

１１８液压与气动２０１４年第１期

ＤＯＩ：１０．１１８３２／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—４８５８．２０１４．０１．０３３

籽棉打模机的液压原理和常见故障研究

万畅１’２，李文春３，尹新文３，蒲春旭１

（１．塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔８４３３００；２．塔里木大学现代农业工程新疆自治区重点实验室，新疆阿拉尔８４３３００；３．阿拉尔市万达农机公司，新疆阿拉尔８４３３００）

摘要：ｅｆｔ对籽棉打模机的液压系统原理，首先，分析了一种１０ｔ打模机的结构和工作过程；其次，给出

了一种液压系统图，该系统采用柴油机驱动双联泵，采用两组多路阀控制多个执行元件完成打模工艺。总结

了该液压系统常见故障和处理方法，并提出增设过载阀和单向阀、去掉单向节流阀的改进措施，以减少冲击

和泄漏现象。

关键词：籽棉打模机；液压原理；多路阀；故障分析

中图分类号：ＴＨｌ３７．９；ＴＳｌｌ２．１文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１４）０１－０１１８－０４

ＨｙｄｒａｕｌｉｃＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＣｏｍｍｏｎＦａｕｌｔｓｏｆＣｏｔｔｏｎＭｏｄｕｌｅＢｕｉｌｄｅｒ

ＷＡＮＣｈａｎ９１”，ＬＩＷｅｎ．ｃｈｕｎ３，ＹＩＮＸｉｎ．ｗｅｎ３，ＰＵＣｈｕｎ．ＸＨｌ

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｒｉｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｌａｒ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ８４３３００；２．ＴａｒｉｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＸｉｎｊｉａｎｇＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎｓＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｍＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｌａｒ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ８４３３００；３．ＭａｒＷａｎｄａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ，Ａｌａｒ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ８４３３００）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｃｏｔｔｏｎｍｏｄｕｌｅｂｕｉｌｄｅｒ，ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｗｏｒｋｉｎｇ

ｐｒｏｃｅｓｓｏｆａ１０ｔｏｎｓｍｏｌｄｂｕｉｌｄｅｒｗｅｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ；ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｃｏｔｔｏｎｍｏｄｕｌｅｂｕｉｌｄｅｒ

ｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ；ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｄｏｐｔｓａｄｉｅｓｅｌｅｎｇｉｎｅｔｏｄｒｉｖｅａｄｏｕｂｌｅ—ｐｕｍｐ，ｔｗｏｓｅｔｓｏｆｍｕｌｔｉ—ｗａｙｖａｌｖｅｔｏｃｏｎｔｒｏｌｍｕｌ－

ｔｉｐｌｅａｃｔｕａｔｏｒｓｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｃｏｔｔｏｎｍｏｄｕｌｅｆｏｒｍｉｎｇ．Ｃｏｍｍｏｎｆａｕｌｔｓｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｐｒｏｐｏｓａｌｉｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔｏｒｅｄｕｃｅｓｈｏｃｋａｎｄｌｅａｋａｇｅｂｙａｄｄｉｎｇｏｖｅｒ－ｌｏａｄｖａ］ｖｅｓａｎｄｏｎｅ－ｗａｙｖａｌｖｅｓａｎｄｒｅｍｏｖｉｎｇｏｎｅ—ｗａｙｔｈｒｏｔｔｌｅｖａｌｖｅｓｉｎｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｔｔｏｎｍｏｄｕｌｅｂｕｉｌｄｅｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍｕｈｉ—ｗａｙｖａｌｖｅ，ｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ

引言棉模是将收获的籽棉倾卸到打模机箱体内打模而

成的棉花垛…。籽棉打模是依靠液压系统把籽棉压收稿日期：２０１３．１０－３０基金项目：新疆生产建设兵团科技援疆项目（２０１２ＡＢ００８）缩成具有一定规则形状和一定密度的模块‘２｜。压缩作者简介：万畅（１９７９一），男，湖北天门人，讲师，硕士，主要成形后的棉模便于存放和运输。我国机采棉全部集中从事液压与气动教学和科研工作。

［８］师彪，李郁侠，于新花，等．基于弹性自适应人工鱼群一ＢＰ神经网络的风轮节距控制环［Ｊ］．农业工程学报，２０１０，２６（１）：１４５—１４９．［９］ＲｕｓｓｅｌｌＣＥ．．ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ［Ｍ］．ＳａｎＦｒａｎｃｉｓ・

ＣＯ：ＭｏｒｇａｎｋａｕｆｍａｎｎＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓＩｎｃ，２００７．［１０］何正友，蔡玉梅，钱清泉．小波熵理论及其在电力系统故障检测中的应用研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００５，２５（５）：３８—４３［１１］ＺｈａｎｇＪｉｎｇｒｕ，ＺｈａｎｇＪｕｎ，ＬｏｋＴＭ，ｅｔａ１．ＡＨｙｂｒｉｄＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ－－Ｂａｃｋ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＦｅｅｄｆｏｒｗａｒｄＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋＴｒａｉｎｉｎｇ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅ－ｍａｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ，２００７，１８５（２）：１０２６—１０３７．［１２］夏克文，李昌彪，沈钧毅．前向神经网络隐含层节点数的

一种优化算法［Ｊ］．计算机科学，２００５，３２（１０）：１４３—１４５．

万方数据２０１４年第１期液压与气动１１９

于新疆产棉区，受气候条件影响，采摘时间集中，回潮

率和含杂率均较手摘棉高。新疆植棉和轧花的生产规

模较大，棉模贮运装备可使棉农、轧花场都从中受益，

首先棉模贮运技术可大幅度提高采棉机和轧花机的生

产效率；并且可保证在籽棉品质较高的时期内实施田

间机械采收、贮存，避免了霜露、风雨对成熟籽棉的损

害；棉模贮运技术可使轧花场延长轧期，从而降低了每

包皮棉的生产成本，而不是靠增加设备的能力或台数

来提高轧花场的生产效率【３。Ｊ。籽棉打模储运技术实

现了机采棉从田间采摘到货场轧花中间处理的全程高

效机械化生产，通过对棉模回潮率的监测，适时除杂烘

干预处理和轧花，从而减少籽棉霉变，提高了棉花综合

生产效益【５Ｊ。张孝山旧。介绍了一种田间、货场打模成

套系统。郭倩如【６Ｊ、翟鸿鹄［刊介绍了一种机采棉棉模

系统。路秋松旧１介绍了机采棉田间地头和货场打模

的工艺方案。籽棉打模机是籽棉打模储运的关键设备

之一，按打模成型的棉模重量划分，籽棉打模机可分为

１０ｔ和３ｔ两类旧Ｊ。液压系统是籽棉打模机的核心，直

接影响整机性能，而国内相关文献较为少见。本文介

绍了１０ｔ籽棉打模机的结构和工作过程；给出了一种

１０ｔ籽棉打模机的液压原理，总结其常见故障并提出

改进意见。１打模机结构和工作过程

如图１和图２所示，籽棉打模机组成部分有：液压

动力泵站、液压阀和柴油机控制平台、棉箱部分、后门

部分、轮子提升部分、踩压部分、踩头水平行走部分等。

液压动力泵站由柴油机、双联泵、油箱、油管、多路阀、

柴油机控制部分等组成，柴油机、双联泵、油箱安装在

图２的右下部。多路阀和柴油机控制平台位于图２右

上部，操作者通过扶梯爬上该控制平台，可手动控制柴

油机的启停和多路阀的通断，并观察箱体内籽棉成型

情况。后门部分由后门油缸、门体焊件、锁紧机构等组

成，由后门油缸驱动实现后门的开闭，后门关闭时打

模，后门开启时脱模。轮子提升部分由升降导向部件、

箱体升降油缸、轮胎总成等组成；当箱体升降油缸活塞

杆缩回时，棉箱下降至接触地面，这时，可以开始从箱体上部倾卸籽棉，操控多路阀驱动踩头打模；当箱体升

降油缸活塞杆伸出时，棉箱上升，箱体离开地面，箱体

升降导向部件设有机械安全锁销，防止打模机在移动

过程中箱体下沉，拖拉机牵引一对行走轮，可开始脱

模。棉箱部分由箱体、控制平台、扶梯、踩头行走导轨、

牵引架等焊接组成；其中箱体是由钢板和加强筋螺栓连接和焊接而成，箱体与后门部分构成一个四面封闭、

中空的结构；当箱体升降油缸使箱体下降至接触地面

时，中空的结构可方便籽棉从上部倾卸到箱体内，籽棉

在箱体内部直接与地面接触；籽棉在箱体内被踩压部

件踩压成长方体。踩头水平行走部分由水平行走传动

链、链轮、踩头行走马达等组成；踩头水平行走传动链

条由踩头行走马达通过链轮驱动。踩压部分由踩头、

踩头导向、踩压支架、踩压油缸、高压软管等组成；为方

便踩头部件水平移动，踩头油缸油口通过高压软管与

箱体上的踩压缸钢制油管连接，踩头由踩压油缸驱动，

实现对箱体内部倾卸的籽棉垂直方向的踩压；踩头部

分由水平传动链条驱动，可实现在箱体上部沿行走导

轨水平移动，箱体上部踩头行走导轨的左右极限位置

上设置有缓冲限位装置，防止行走部件超程；这样，踩

头可垂直上下往复挤压籽棉，可水平左右移动，直至箱

体内的籽棉挤压成一定密度的棉模。

１．后门启闭油缸２．踩压部件３．踩压缸油管４．牵引行走轮５．箱体６．踩头水平行走链和导轨７．踩头行走马达８．扶梯９．柴油机１０．牵引架１１．双联泵１２．油箱１３．箱体升降缸油管图ｌ籽棉打模机结构简图

１．箱体升降油缸２．踩压油缸３．多路阀和柴油机控制平台图２籽棉打模机实物图

籽棉打模机的工作过程可分为装棉、打模、脱模三

步。①装棉：后门关闭，箱体降至与地面接触，将籽棉

从箱体上部倒入至装满棉箱；②打模：操纵多路阀控

制踩压部分水平移动将箱体内籽棉趟平，然后使踩压

万方数据１２０液压与气动２０１４年第１期

头上下踩压，压实后水平移动，循环操作直至将籽棉全

部踩实；③脱模：棉模打好后，先将棉模罩一端系在后

门上，再升起箱体，箱体升降油缸升起箱体的同时，牵

引拖拉机将打模机牵引架同步升起，箱体升起后，再打

开后门，在确认棉模脱出无任何障碍时，拖拉机牵引打

模机向前直线移动，棉模脱出后，整理好棉罩盖好

棉模。

２打模机液压原理

图３中，一组多路阀包含进油阀、左侧换向阀、右

侧换向阀、回油阀四个组件；多路阀５和９的换向阀手

柄位于中位时，泵３的大泵和小泵卸载；踩压缸４、箱

体左右升降缸１０和１１承受较高负载，仅在进油阀体

上设置一个单向阀，防止产生“点头”现象。

（１）关闭后门，进油路为：油箱１３＿过滤器２＿泵

３的小泵出油口一多路阀９中的单向阀一多路阀９中的右侧换向阀上位＿÷缸１２无杆腔；回油路为：缸１２有

杆腔一多路阀９中的右侧换向阀上位＿油箱１３。

（２）开启后门，进油路为：油箱１３一过滤器２一泵

３的小泵出油口＿多路阀９中的单向阀一多路阀９中的右侧换向阀下位＿÷缸１２有杆腔；回油路为：缸１２无

杆腔－÷多路阀９中的右侧换向阀下位＿油箱１３。

（３）箱体提升，进油路为：油箱１３一过滤器２一泵

３的小泵出油口．÷多路阀９中的单向阀一多路阀９中

的左侧换向阀上位＿缸１０、１１无杆腔；回油路为：缸

１０、１１有杆腔＿÷多路阀９中的左侧换向阀上位＿÷油

箱１３。（４）箱体下降，进油路为：油箱１３＿＋过滤器２＿泵

３的小泵出油口．÷多路阀９中的单向阀一÷多路阀９中的左侧换向阀下位一缸１０、１１有杆腔；回油路为：缸１０、１１无杆腔－÷多路阀９中的左侧换向阀下位－÷油

箱１３。

（５）踩头下压，进油路为：油箱１３＿过滤器２＿泵

３的大泵出油口一多路阀５中的单向阀＿多路阀５中的左侧换向阀上位－＋缸４无杆腔；回油路为：缸４有杆

腔＿÷多路阀５中的左侧换向阀上位一油箱１３。（６）踩头上提，进油路为：油箱１３＿过滤器２＿泵

３的大泵出油口＿÷多路阀５中的单向阀＿多路阀５中

的左侧换向阀下位＿缸４有杆腔；回油路为：缸４无杆

腔－÷多路阀５中的左侧换向阀下位＿＋油箱１３。

（７）踩头水平左移，进油路为：油箱１３＿÷过滤器２

一泵３的大泵出油口＿多路阀５中的单向阀＿多路阀

５中的右侧换向阀上位＿阀７的单向阀＿马达６下油