CN101215841A - 液压平地机传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压平地机传动装置，包括发动机(1)、联轴器(2)、液压泵(4)、液压马达(5、6)、减速平衡箱(8、9)；所述液压马达(5、6)的输入轴分别与所述液压泵(4)的输出端连接，其输出轴分别与所述减速平衡箱(8、9)的输入轴连接；所述减速平衡箱(8、9)的输出轴分别与车轮(7、12、10、11)相连接。还包括增速箱(3)；所述增速箱(3)的一端通过联轴器(2)与发动机(1)的飞轮壳连接，其另一端与所述液压泵(4)的输入端连接；所述液压泵(4)为小排量、高转速液压泵。本发明的液压平地机传动装置可降低发动机的噪声、振动、油耗和排放，其驾乘舒适性好，并节约生产使用成本。

Description

液压平地机传动装置

技术领域

本发明涉及平地机传动装置，特别涉及一种液压平地机传动装置。

背景技术

平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程机械。它可以完成公路、农田等大面积的地面平整和挖沟、刮坡、推土、排雪、疏松、压实、布料、拌和、助装和开荒等工作，是国防工程、矿山建设、道路修筑、水利建设和农田改良等施工中的重要设备。近年来，平地机的使用范围在日益扩大；随着经济建设和科学技术的不断发展，人们对工程机械的驾乘舒适性、环境保护和节能降耗也越来越重视。因此，施工单位对平地机的要求也越来越高，除满足平地机的各种使用要求外，还要有较高的性价比，即较高的技术性能、可靠的质量和较低的价位。此外，还要求在使用过程中要有较高的操作舒适性，即操作方便实用、噪音低、振动加速度小、油耗低。

平地机一般由原动机、传动装置、工作机、电气与控制系统，以及底盘和行走装置等部分组成。原动机即发动机，包括电动机、内燃机等，其作用是向平地机提供动力。工作机即完成任务的直接工作部分，在平地机中为铲刀。由于原动机的功率和转速范围有限，为适应工作机的工作力和工作速度变化范围较宽，以及其它操纵性能的要求，在原动机与工作机之间设置了传动装置，其作用是把原动机输出功率经过变换后传递给工作机。

传动装置通常为采用机械传动、电气传动或流体传动。其中，流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动，包括液压传动、液力传动和气压传动。液压传动主要是利用液体的压力能来传动递能量；而液力传动主要是利用液体的动能来传动递能量。因液压传动的诸多优点，其应用越来越广泛，甚至在某些场合开始取代机械传动结构。

传统的平地机为液力机械式平地机，动力传递路线为：发动机→联轴器→液力变矩器(机械传动时为离合器)→变速箱→传动轴→驱动桥→平衡箱→车轮。液力机械传动的变速方式：通过改变变速箱的档位，控制变速箱内的不同齿轮的啮合，使变速箱的传动比和输出轴的旋转方向发生变化，从而改变平地机的行驶方向(前进或倒退)，并实现车速的变换。因此，液力机械传动的平地机每挡速度的变化、传递的扭矩的变化都随发动机油门大小的变化而变化，故液力机械传动的平地机的有限档位不能完全满足工况的变化需求，发动机的功率、扭矩、油耗外特性曲线达不到最佳的优化组合，驾驶员习惯于通过最大油门来获得机器的高速或最大牵引力，因而发动机大部分工作在转速高、噪音大、油耗高、振动加速度大的时间段，发动机磨损加剧，驾乘舒适性差。

目前国内已经开发出液压平地机，如中国实用新型专利说明书(CN01249698.7)及中国发明专利申请公开说明书(CN01128595.8)分别公开了“静液压传动平地机”和“一种静液压传动平地机”。其传动装置结构如图1所示，静液压传动系统中的变量柱塞液压泵4，通过联轴器2与发动机1传动连接，与变量液压泵4连接的变量液压马达5、6的输出轴分别与减速平衡箱8、9的输入轴传动相连，减速平衡箱8、9的输出轴分别与车轮7、12、10、11传动连接。上述专利所述技术方案，旨在实现平地机的静液压传动。

其动力传动路线为：发动机1→联轴器2→液压泵4→液压马达5、6→减速平衡箱8、9→车轮7、12、10、11。该结构较液力机械式平地机简单，经PLC或专用控制器控制后，平地机的工作速度和输出扭矩根据外载荷的变化自动调整发动机1、液压泵4、液压马达5、6的工作点，合理匹配其参数，即大负荷时追求动力性，轻(空)负荷时追求经济性，充分利用了发动机1的功率，发挥出机器的最大效率。

液压平地机的动力传动比液力机械传动优越，并且具有较好的节能降耗功能。但仍免不了发动机工作在噪音大、油耗高、振动加速度大的额定转速区域。由此，发动机磨损较大，其可靠性与使用寿命降低，并且对驾乘的舒适性造成较大的影响。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种液压平地机传动装置，可降低发动机的噪声、振动、油耗和排放，其驾乘舒适性好，并节约生产使用成本。

为解决上述技术问题，本发明提供的液压平地机传动装置，包括发动机(1)、联轴器(2)、液压泵(4)、液压马达(5、6)、减速平衡箱(8、9)；所述液压马达(5、6)的输入轴分别与所述液压泵(4)的输出端连接，其输出轴分别与所述减速平衡箱(8、9)的输入轴连接；所述减速平衡箱(8、9)的输出轴分别与车轮(7、12、10、11)相连接；还包括增速箱(3)；所述增速箱(3)的一端通过联轴器(2)与发动机(1)的飞轮壳连接，其另一端与所述液压泵(4)的输入端连接；所述液压泵(4)为小排量、高转速液压泵。

优选地，所述液压泵(4)为变量液压泵；所述液压马达(5、6)是变量液压马达。

优选地，所述液压泵(4)为电比例控制液压泵；所述液压马达(5、6)是电比例控制液压马达。

优选地，所述液压泵(4)为变量液压泵；所述液压马达(5、6)是定量液压马达。

优选地，所述液压泵(4)为电比例控制液压泵。

优选地，所述液压泵(4)为定量液压泵；所述液压马达(5、6)是变量液压马达。

优选地，所述液压马达(5、6)是电比例控制液压马达。

优选地，所述减速平衡箱(8、9)为定轴式齿轮减速平衡箱。

优选地，所述增速箱(3)设有行驶与工况档位。

与现有技术相比，本发明液压平地机传动装置，在发动机和液压泵之间设置增速箱。通过专用控制器的控制，使发动机能跟踪外负载变化，始终工作在扭矩、效率、燃油特性曲线的最佳匹配点。通过增速箱，保证发动机在转速较低时，液压泵的流量完全满足液压马达的需求。由此，本发明取得以下技术效果：降低发动机的噪声、振动、油耗和排放；驾乘舒适性好；并可节约生产使用成本。具体而言：

1、在保持发动机额定功率不变的情况下，降低发动机的额定转速，使发动机总是工作在高效低油耗区。因发动机转速总是小于其额定转速，故发动机的噪音、振动、磨损等都降低了，增加驾乘的舒适性；此外，由于发动机额定转速的下降，也可提高发动机工作的可靠性和使用寿命；

2、按普通型号的发动机计算，每小时平均工作油耗降低13％以上，如选用发动机型号合适，其油耗还可进一步降低。油耗降低，不仅节省使用成本，也降低了发动机排放量，有助于保护环境。

3、增速箱与小排量、高转速液压泵的成本，远比大排量、低转速的液压泵成本低，两者价格通常相差2万元以上。因此，用增速箱加上小排量、高转速的液压泵取代大排量、低转速的液压泵，可大大地节约生产成本。

附图说明

下面结合附图说明与具体实施方式对本发明进一步进行说明：

图1是现有液压平地机传动装置结构图；

图2是一台发动机的功率-速度曲线图；

图3是一台发动机的扭矩-速度曲线图；

图4是一台发动机的油耗-速度曲线图；

图5是本发明液压平地机传动装置结构图。

具体实施方式

请参见图1，该图为现有液压平地机传动装置结构图。

由图1可知，现有液压平地机传动装置包括发动机1、液压泵4、液压马达5、6。

所述发动机1作为原动机，向该平地机提供动力。发动机1的油门开度可以调节，不同的油门开度对应不同的发动机输出特性曲线。在每个油门开度下，发动机的输出特性曲线包括扭矩-速度曲线、功率-速度曲线、油耗-速度曲线，这些曲线可以提供发动机的扭矩、功率和油耗与速度的关系，发动机可调整参数是发动机的油门开度，对应于同一个油门开度，发动机都具有相应的扭矩-速度曲线、功率-速度曲线、油耗-速度曲线。

图2-4为一台发动机的上述三种工作特性曲线，其中：图2是一台发动机的功率-速度曲线图；图3是一台发动机的扭矩-速度曲线图；图4是一台发动机的油耗-速度曲线图。可以看出，同一油门开度时，发动机在N1点转速下，可以输出最大功率，在N2点转速下，可以输出最高扭矩；在N3点转速下，可以获得最小油耗。对于发动机，要对应不同工作需要，调整油门开度，使其根据工作需要，工作在最低油耗或者最大输出功率、最大输出扭矩等位置。

所述液压泵4为整个液压系统的液压动力提供元件，向该液压系统提供压力油。根据液压泵4的转速和排量大小以及液压系统的压力的乘积反映液压泵4向该液压系统提供的功率，该功率是从发动机1吸收的，在不考虑损耗的情况下，液压泵4吸收的功率和发动机1输出的功率相同。

所述液压马达5、6为整个液压系统的工作元件，液压马达5、6的旋转，经减速平衡箱8、9输出到车轮7、12、10、11，根据液压马达5、6的转速可以确定平地机的行驶速度。液压马达5、6的排量大小决定其输出力矩的大小，并且对液压系统的系统压力产生影响，液压马达排量增加，在一定范围内系统压力会增加，并且两者同样为线性关系。

液压平地机工作过程中，需要对发动机1、液压泵4和液压马达5、6的工作状态进行调整，使上述部件工作在最合理的工作状态下。对于液压泵4和液压马达5、6而言，主要是使其工作状态符合当前的工作要求，发挥液压系统的最大能力，使驱动轮获得合适的扭矩或者最大的转速，具体的调整参数是液压泵4或液压马达5、6的排量，具体调整方法是根据所确定排量提供相应的输入电流。对于发动机1而言，主要是希望发动机1能够对外提供足够的功率或者扭矩，并能够获得节省油耗的效果；其具体调整的方法是根据当前的油门开度确定发动机转速特性曲线，然后逐步调整液压泵4的排量，使液压泵4吸收的功率符合液压系统需求，并使发动机1工作在合理的转速上，以达到油量消耗最小以及发动机1不出现掉速的目的。当调整液压泵4和液压马达5、6能够获得所需要的输出扭矩或者输出转速时，就优先调整液压泵和4液压马达5、6；如果仅凭调整液压泵4和液压马达5、6无法获得足够的输出扭矩或者输出转速，则进一步调整发动机1的油门开度。

可见，给定发动机1的油门开度，在保证液压泵4功率及液压马达5、6流量的前提下，增大液压泵4的总排量，可使发动机1工作在较低的转速上。增大液压泵4的流量，最简便的方法是：其一，液压泵4的排量增大，转速不变；其二，液压泵4的排量不变，转速增大。

现有液压平地机传动装置中，上述控制过程由PLC或专用控制器完成。经过PLC或专用控制器控制后，平地机的工作速度和输出扭矩根据外载荷的变化自动调整发动机1、液压泵4、液压马达5、6的工作点，合理匹配其参数。在大负荷时，所述控制器将选择发动机特性曲线上N1点附近的发动机参数，利用发动机的大功率，使平动机获取较大的动力和牵引速度。在发动机特性曲线上N1点附近，发动机转速较高，由此无法避免发动机1工作在噪音大、油耗高、振动加速度大的高转速区域。

为解决现有技术中的上述缺陷，根据前述分析可得出解决该技术问题的基本思路：改变液压泵4的结构，在保证液压泵4所需功率及液压马达5、6所需流量的前提下，增加液压泵4的总排量，使发动机1尽量工作在发动机特性曲线上的N3点附近，避免发动机1进入发动机特性曲线上N1点附近的高转速区域。具体而言，改变液压泵4的结构，使其总流量增加，最简便的方法就是选择液压泵4的适当类型：其一，液压泵4采用大排量、低转速的液压泵；其二，液压泵4采用小排量、高转速的液压泵。由于后者比前者具有极大的价格优势，本发明优选地选用小排量、高转速的液压泵。

请参见图5，该图所示本发明液压平地机传动装置，包括发动机1、联轴器2、增速箱3、液压泵4、液压马达5、6、减速平衡箱8、9、车轮7、10、11、12。液压马达5、6的输入轴分别与液压泵4的输出端连接，其输出轴分别与减速平衡箱8、9的输入轴连接；减速平衡箱8、9的输出轴分别与车轮7、12、10、11相连接；增速箱3的一端通过联轴器2与发动机1的飞轮壳连接，其另一端与所述液压泵4的输入端连接。

上述结构的液压平地机传动装置，其动力传动路线是：发动机1→联轴器2→增速箱3→液压泵4→液压马达5、6→减速平衡箱8、9→车轮7、12、10、11，即由发动机1通过联轴器2带动增速箱3工作，增速箱3带动液压泵4工作，液压泵4驱动液压马达5、6工作，液压马达5、6分别带动减速平衡箱8、9工作，减速平衡箱8、9分别带动车轮7、12、10、11转动，驱动平地机行驶。

根据前述分析，本发明的液压泵4采用一种小排量、高转速的液压泵，其工作原理是：按前述动力传动路线，平地机的牵引力和速度只与液压马达5、6的流量和输出扭矩有关。而液压马达5、6所需的流量与所匹配的液压泵4的排量及转速有关，液压马达5、6的输出扭矩与外负载及其本身的排量有关。可见，平地机的牵引力大小与发动机1的扭矩外特性曲线无直接的关系，发动机1只需满足液压泵4所需的最大功率即可。在满足液压马达5、6所需的瞬时恒定的流量的前提下，减小液压泵4的排量、增大其转速，与增大液压泵4的排量、降低其转速，具有异曲同工之妙。由此，本发明在满足液压泵4所需的最大功率及液压马达5、6所需的最大流量的前提下，可将原来发动机1额定转速下使用的大排量、低转速液压泵4调整为小排量、高转速的液压泵4。

本发明中，液压泵4在较高的转速下工作，而本发明的目的是使发动机1工作在较低的转速区域，因此不能提高发动机转速1。为了解决这一矛盾，必须在传递到液压泵4前，将发动机1的输出转速提高，这可通过设置增速箱3得以上实现。

增速箱的基本功能是增速减扭，其工作原理与减速箱相同，区别在于变速齿轮的传动比不同。假设发动机输出功率不变，表示为N＝wT，其中w是转动的角速度，T是扭距。当N固定的时候，w与T是成反比的，即增速必减扭，减速必增扭。根据变速变扭的原理，增速箱设置多个档位对应不同的变速齿轮传动比，以适应不同的运行状况。增速箱包括输入轴、中间轴和输出轴，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同变速齿轮啮合所产生的转速。由于不同的变速齿轮啮合就有不同的传动比，也就使输出轴有了不同的转速。当选择某档位时，将该档位变速齿轮锁定在输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的该档位变速齿轮，由该档位变速齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上。假设该档位齿轮传动比是1∶n，则输入轴转1圈，输出轴转n圈，即输出轴的转速提高为输入轴转速即发动机转速的n倍，由此实现发动机转速的增速。

如图3所示，发动机1与液压泵4之间设置增速箱3，增速箱3的输入轴、输出轴分别与联轴器2的输出轴及液压泵4的输入轴连接。当发动机1以角速度ω转动时，联轴器2的输出轴的角速度也为ω，假定增速箱3某档位齿轮传动比是1∶n，则增速箱3输出轴的转速为n×ω，也即液压泵4的转速为n×ω。由此，通过设置增速箱3，在发动机1的转速较低的情况下，使液压泵4获得更高的转速。也就是说，在最大排量降低的情况下，通过增大液压泵4的转速，同样可提高液压泵4的总排量。

上述结构中，通过增速箱3与液压泵4的配合，可有效提高总的排量，保证液压泵5、6的流量要求。通过专用控制器的控制，使发动机1自动跟踪外负载变化，始终工作在扭矩、效率、燃油特性曲线的最佳匹配点上。在发动机1工作在发动发动机特性曲线上转速较低的N3点附近区域时，通过增速箱3提高液压泵4的转速，保证液压泵4的流量完全满足液压马达5、6的需求，并最终满足平地机对牵引力和速度的要求。采用此结构，虽然发动机1的输出转速降低、液压泵4的最大排量减小，但通过增速箱3的增速，同样可使小排量、高转速的液压泵4满足液压马达5、6的流量需求，也即满足平地机对牵引力和速度的要求。

本发明中，在保持发动机1额定功率不变的情况下，可有效降低发动机1的额定转速。由于发动机1总是工作在发动机特性曲线上转速较低的N3点附近，发动机1的噪音、振动、磨损等大为降低，从而提高发动机1工作的可靠性，延长其使用寿命。同时，发动机1总是工作在发动机特性曲线上N3点附近区域，即高效低油耗区，由此实现节能减排的目的。

本发明中，液压泵4可以是变量液压泵，也可以是定量液压泵；所述的液压马达5、6可以是变量液压马达，也可以是定量液压马达。所需液压泵4与所需液压马达5、6的可采用多种传动组合，优选地，采用下述组合方式之一：液压泵4为变量液压泵，液压马达5、6是变量液压马达；液压泵4为变量液压泵，液压马达5、6是定量液压马达。采用变量液压泵或变量液压马达，其优点是：在调节范围之内，可以充分利用发动机1的功率。

在本发明中，液压泵4优选采用电比例控制液压泵，由输入电流决定其排量。输入电流越大则液压泵的排量越大，相互之间为较严格的线性关系。同样地，本发明中液压马达5、6优选采用电比例控制液压马达，由输入电流决定其排量，输入电流越大则其排量越小，相互之间同样为较严格的线性关系。

为保证作业的平整度，本发明优选地采用定轴式齿轮减速平衡箱8、9。其优点是：具有较好的传动、减速、承重和平衡的功能，可提高驾乘舒适性。

本发明中，优选地在增速箱3上设置行驶与工况状态档位，以适应平地机的不同运行状态。

上述实施方式中，以单液压泵、双液压马达的情况对本发明进行了说明，其中，有关部件的具体型号选用及安装方法，请按照本技术领域的公知方式进行处理。此外，本发明的基本原理也可适用于单液压泵单液压马达、单液压泵多液压马达、多液压泵多液压马达、多液压泵单液压马达等各种情形，即本发明的技术方案可应用于上述场合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种液压平地机传动装置，包括发动机(1)、联轴器(2)、液压泵(4)、液压马达(5、6)、减速平衡箱(8、9)；所述液压马达(5、6)的输入轴分别与所述液压泵(4)的输出端连接，其输出轴分别与所述减速平衡箱(8、9)的输入轴连接；所述减速平衡箱(8、9)的输出轴分别与车轮(7、12、10、11)相连接；其特征在于：还包括增速箱(3)；所述增速箱(3)的一端通过联轴器(2)与发动机(1)的飞轮壳连接，其另一端与所述液压泵(4)的输入端连接；所述液压泵(4)为小排量、高转速液压泵。

2.根据权利要求1所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压泵(4)为变量液压泵；所述液压马达(5、6)是变量液压马达。

3.根据权利要求2所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压泵(4)为电比例控制液压泵；所述液压马达(5、6)是电比例控制液压马达。

4.根据权利要求1所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压泵(4)为变量液压泵；所述液压马达(5、6)是定量液压马达。

5.根据权利要求4所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压泵(4)为电比例控制液压泵。

6.根据权利要求1所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压泵(4)为定量液压泵；所述液压马达(5、6)是变量液压马达。

7.根据权利要求6所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述液压马达(5、6)是电比例控制液压马达。

8.根据权利要求1-7任一项所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述减速平衡箱(8、9)为定轴式齿轮减速平衡箱。

9.根据权利要求8所述液压平地机传动装置，其特征在于：所述增速箱(3)设有行驶与工况档位。

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