CN103144537A - 一种液压传动的车辆底盘及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压传动的车辆底盘，包括发动机、变量泵、至少四个车轮、至少四个变量马达、至少两个换向阀、油箱，发动机驱动变量泵泵油，变量泵通过换向阀向每个变量马达供给液压油，一个变量马达驱动一个车轮旋转，每个换向阀控制位于同轴车轮上的两个变量马达的进出油路，每个变量马达的回油油路与油箱相连通。本发明还提供了一种工程机械。本发明液压回路为开式系统，液压系统的散热性能好、压力冲击小。通过调节变量泵和变量马达排量提高车速，并且还将部分变量马达排量减至零排量来更进一步加大车速调整范围，起步加速度大、调速范围大。

Description

一种液压传动的车辆底盘及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种液压传动的车辆底盘及工程机械。

背景技术

目前，某些专用工程车辆往往装有专门的设备、具备专用作业功能且要承担运输任务，如消防车、混凝土泵车、汽车起重机等。这些专用车辆主要是作为专用设备进行作业，但其作为车辆运输功能的机动性要求越来越高，如最高车速要达到高速公路行驶的要求（车速在30~60km/h的范围内时占50%以上），更注重车辆的起步加速性和狭窄场合的机动灵活性，这些使用工况要求该类专用车辆兼备公路车辆高速行驶和非公路车辆微控性好、机动灵活的特点。

传统的公路车辆多采用机械传动，机械传动系包括离合器、变速器、传动轴及驱动桥组成，多轴驱动的车辆还可能有分动箱。机械传动的优点是效率高，缺点则是结构复杂，布置困难，尺寸质量大，尤其对多轴驱动的工程车辆来说，往往导致整车的重心偏高或离地间隙偏小，大大降低车辆的机动性和通过性。

目前，有一些车辆底盘采用静液压传动，不但可以使操纵简单、动力匹配达到最优，且可使传递线路简洁、布置方便并可提高离地间隙和通过性。静液压传动的缺点是效率低，特别在马达高转速工况，所以静液压传动的车辆多为对车速要求不高的非公路行驶车辆，如静液压传动的装载机、静液压传动的运输车以及液压挖掘机等。

现有的静液传动的车辆底盘存在以下问题：1、液压回路为闭式系统，车辆高速行驶的散热性差，通过控制换向阀的方式改变液压马达是否通油，以实现车辆高低速的切换，存在压力冲击；2、每个马达单独控制，同一轴车轮上的两个马达可能发生不同步，若在行驶过程中单个马达控制出现故障，无法保证车辆直线行驶；3、车辆调速范围窄，最高时速低等问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题之一，本发明提出一种液压传动的车辆底盘及工程机械。

一方面，本发明提供一种液压传动的车辆底盘，包括发动机、变量泵、至少四个车轮、至少四个变量马达、至少两个换向阀、油箱，发动机驱动变量泵泵油，变量泵通过换向阀向每个变量马达供给液压油，一个变量马达驱动一个车轮旋转，每个换向阀控制位于同轴车轮上的两个变量马达的进出油路，每个变量马达的回油油路与油箱相连通。

进一步地，还包括控制器，控制器获取每个变量马达转速和排量信号、发动机油门和转速信号、变量泵排量信号、换向阀信号，控制每个变量马达排量和变量泵排量增加或减少。

进一步地，发动机在怠速至最大扭矩转速区域时，控制器根据发动机转速逐渐调高变量泵排量；当发动机在最大扭矩转速至额定功率转速区域，控制器控制变量泵保持为最大排量。

进一步地，四个车轮包括位于前轴的左前车轮和右前车轮，位于后轴的左后车轮和右后车轮；四个变量马达包括驱动左前车轮旋转的左前变量马达、驱动右前车轮旋转的右前变量马达、驱动左后车轮旋转的左后变量马达、驱动右后车轮旋转的右后变量马达；换向阀包括第一换向阀和第二换向阀，第一换向阀控制左前变量马达和右前变量马达进出油路，第二换向阀控制左后变量马达和右后变量马达进出油路。

进一步地，控制器同步控制左前变量马达与右前变量马达排量，使左前变量马达和右前变量马达排量相等；同步控制左后变量马达与右后变量马达排量，使左后变量马达与右后变量马达的排量相等。

进一步地，在调节车辆速度时，控制器控制左前变量马达和右前变量马达至零排量，控制器控制左后变量马达和右后变量马达排量逐渐增加或减少；或者控制器控制左后变量马达和右后变量马达至零排量，控制器控制左前变量马达和右前变量马达排量逐渐增加或减少。

进一步地，当车辆在上坡或越野状态行驶时，控制器根据变量泵输出压力信号控制左前变量马达、右前变量马达和/或左后变量马达、右后变量马达的排量逐渐增加。

进一步地，车辆启动时，控制器设定变量泵为最小排量和变量马达为最大排量。

进一步地，每个车轮上安装有轮边减速机，变量马达通过轮边减速机驱动车轮旋转。

另一方面，本发明还提供了一种工程机械，包括上述液压传动的车辆底盘。

本发明提供的一种液压传动的车辆底盘及工程机械有益效果在于：

其一、本发明的液压回路为开式系统，液压系统的散热性能好、压力冲击小。同轴车轮的两个变量马达采用一个换向阀控制。保证车辆的操纵稳定性。本发明可以实现车辆动力传动的最优匹配；实现车速的无级变速调整。

其二、变量马达安装在轮边减速器上驱动车轮，一个变量马达驱动一个车轮，解放了车辆内部空间，有利于车架结构的更改设计，并可提高车辆的通过性。

其三、通过调节某一轴车轮上的两个变量马达至零排量，改变车辆驱动轴的数量，扩大车辆调速范围，兼顾了车辆的低速加速性和高速时的传动效率。如果是两轴车辆可以为前轴驱动、后轴驱动或全轴驱动，提高车辆的机动性。

其四、当车辆从平坦路面行驶至上坡（或越野）工况，控制器将某一轴车轮上的两个变量马达排量增大，以自动适应调整系统压力，增加车辆的牵引力，且某一轴车轮上的两个变量马达排量调整不能满足负载需要的情况下，将另一轴车轮上的两个变量马达由零排量增加到最大排量，即将该轴由非驱动轴变为驱动轴。

其五、车辆启动后，设定变量泵为最小排量和变量马达为最大排量。使得车辆起步加速度大。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明液压传动的车辆底盘结构示意图；

图2为图1中左前车轮结构示意图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种液压传动的车辆底盘包括：包括发动机1、变量泵2、四个车轮、四个变量马达、两个换向阀、油箱7，发动机1驱动变量泵2泵油，变量泵2通过换向阀向每个变量马达供给液压油，每个变量马达的回油油路与油箱7相连通。四个车轮包括位于前轴的左前车轮30和右前车轮31，位于后轴的左后车轮32和右后车轮33；四个变量马达包括驱动左前车轮30旋转的左前变量马达50、驱动右前车轮31旋转的右前变量马达51、驱动左后车轮32旋转的左后变量马达52、驱动右后车轮33旋转的右后变量马达53；换向阀包括第一换向阀60和第二换向阀61，第一换向阀60控制左前变量马达50和右前变量马达51进出油路，第二换向阀61控制左后变量马达52和右后变量马达53进出油路。当第一换向阀60和第二换向阀61处于左位时，车辆向前行驶。当第一换向阀60和第二换向阀61处于右位时，车辆向后行驶。当第一换向阀60和第二换向阀61处于中位时，车辆动力切断，可以处于停车、刹车或空挡行驶状态，变量泵2泵出的液压油通过第一换向阀60和第二换向阀61向油箱7回油。上述的空挡行驶状态是指车辆动力已切断，凭借车辆惯性行驶的状态，如下坡，不是指通用车辆的变速箱档位，换向阀可以是一个三位四通电磁换向阀，也可以是一个换向阀组，如一个三位四通阀与两个插装阀组成的阀组，实现油路切换即可。

如图2所示，左前车轮30上安装有轮边减速机40，左前变量马达50通过轮边减速机40驱动左前车轮30旋转。同理，如图1所示，右前车轮31上安装有轮边减速机41，右前变量马达51通过轮边减速机41驱动右前车轮31旋转。左后车轮32上安装有轮边减速机42，左后变量马达52通过轮边减速机42驱动左后车轮32旋转。右后车轮33上安装有轮边减速机43，右后变量马达53通过轮边减速机43驱动右后车轮33旋转。

控制器获取每个变量马达转速和排量信号82、85，发动机转速和油门信号83、变量泵排量信号80、换向阀信号84，控制每个变量马达50、51、52、53排量和变量泵2排量增加或减少。控制器根据转速和油门信号83调节发动机1转速。根据车辆行驶状态、变量马达转速和排量信号82、85，发动机1转速等信息，来控制第一换向阀60和第二换向阀61，并调整变量泵2和变量马达50、51、52、53的排量。车辆在行驶状态，根据变量泵输出压力信号81获取车辆负载情况。

车辆启动时，变量泵2设定为最小排量和变量马达50、51、52、53设定最大排量，使得车辆加速度最大。车辆若在停车、刹车或空档行驶时，第一换向阀60和第二换向阀61处于中位，变量泵2泵出的液压油直接回油。若在前进（或倒退）档位，变量泵2的液压油通过第一换向阀60和第二换向阀61连通到变量马达50、51、52、53，驱动车辆前进（或倒车）。控制器根据发动机转速和油门信号83、每个变量马达转速信号82、85，发动机转速和油门信号83、变量泵排量信号80、换向阀信号84，不断循环调整变量泵2和变量马达50、51、52、53的排量，使得车辆速度逐步升高，实现车辆动力与传动的合理匹配和无级变速调节。

在液压传动系统中，发动机1合适的负荷率是其动力性、经济性和传动系统效率最佳的必要条件，为使发动机1和液压传动组成的复合动力装置具备最佳的综合性能，发动机1负荷率理想的控制目标值为：在发动机1怠速至最大扭矩转速之间时发动机负荷率目标值为90%或更低，以满足高动力性、高效率的要求；在最大扭矩至额定功率之间的高速范围内，为补偿因转速增加引起的传动效率降低的影响，发动机1负荷率目标值随转速成正比的增加，即由最大扭矩点的90%增加到额定功率点的100%。按此发动机1的负荷率控制目标，相应的变量泵2的排量调整原则是在发动机低转速（怠速至最大扭矩转速段）域，变量泵2排量随发动机1转速升高而增大，接近恒功率特性。

在发动机1高转速（最大扭矩转速至额定功率转速段）域，变量泵2保持为最大排量。另外，匹配的变量马达50、51、52、53要尽可能在高效的中高压范围内工作，变量马达50、51、52、53在车辆启动后自启动排量增加到全排量并保持不变直至系统达到最高压力，以使车辆在最高的传动效率下提供最大的牵引力，随车速的增高而减小马达排量。

按以上方式，当变量泵2的排量调整到最大，变量马达50、51、52、53的排量减小到一定的限值后，如继续减小变量马达50、51、52、53马达排量将大大降低液压系统的传动效率，在保证传动效率的前提下，为进一步提高车速，控制器可以使左前变量马达50和右前变量马达51的排量并按照一定梯次降至零排量，这样使左前车轮30和右前车轮31为非驱动轮，等效于增加了自动控制的有级调速档。这样不但加大了车速的调整范围，而且可使车辆的低速动力性和高速经济性更好的兼顾。同理，也可以使左后变量马达52和右后变量马达53的排量并按照一定梯次降至零排量，这样使左后车轮32和右后车轮33为非驱动轮。

前轴车轮上的左前变量马达50和右前变量马达51通过第一换向阀60和控制器同步控制其供油和排量调节，当需要减少驱动轴数来提高车速时，左前变量马达50和右前变量马达51也是同时调节到零排量，保证了车辆行驶稳定性，而且将左前变量马达50和右前变量马达51排量按照一定梯次逐步降至零排量，车辆的速度变化具有连续性，不会有顿挫感。同理，后轴车轮上的左后变量马达52和右后变量马达53通过第二换向阀61和控制器同步控制其供油和排量调节。

同时左前变量马达50和右前变量马达51具备高压自动控制，可根据负载压力的变化来调节左前变量马达50和右前变量马达51排量，当车辆高速从平坦路面行驶至上坡（或越野）工况，左前变量马达50和右前变量马达51将增大排量以自动适应调整系统压力，增加车辆的牵引力，且在左前变量马达50和右前变量马达51排量调整不能满足负载需要的情况下将另后轴车轮上的左后变量马达52和右后变量马达53由零排量增加到最大排量，即将该左后车轮32和右后车轮33由非驱动轮变为驱动轮。

同时左后变量马达52和右后变量马达53具备高压自动控制，可根据负载压力的变化来调节左后变量马达52和右后变量马达53，当车辆高速从平坦路面行驶至上坡（或越野）工况，左后变量马达52和右后变量马达53将增大排量以自动适应调整系统压力，增加车辆的牵引力，且在左后变量马达52和右后变量马达53调整不能满足负载需要的情况下将前轴车轮上的左前变量马达50和右前变量马达51由零排量增加到最大排量，即将该左前车轮30和右前车轮31由非驱动轮变为驱动轮。如果是三轴车辆底盘，采用三个换向阀，每个换向阀控制同轴车轮上的两个变量马达；如果是四轴车辆底盘，采用四个换向阀，每个换向阀控制同轴车轮上的两个变量马达；同轴两个车轮可以是驱动轮，也可以是非驱动轮。同轴车轮上的两个变量马达采用一个换向阀有利于保证车辆的操纵稳定性和调速范围。以上所述的同轴车轮是指液压传动车辆低盘上左右对称两个车轮，在车辆直线行驶时，两车轮的旋转轴线共线，即为同轴，并不是指两个车轮具有同一根驱动轴或非驱动轴。本发明还提供了一种工程机械，工程机械包括上述的液压传动的车辆底盘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压传动的车辆底盘，包括发动机（1）、变量泵（2）、至少四个车轮、至少四个变量马达、至少两个换向阀、油箱（7），发动机（1）驱动变量泵（2）泵油，变量泵（2）通过换向阀向每个变量马达供给液压油，一个变量马达驱动一个车轮旋转，其特征在于，每个换向阀控制位于同轴车轮上的两个变量马达的进出油路，每个变量马达的回油油路与油箱（7）相连通。

2.根据权利要求1所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，还包括控制器，控制器获取每个变量马达转速和排量信号（82、85）、发动机油门和转速信号（83）、变量泵排量信号（80）、换向阀信号（84），控制每个变量马达排量和变量泵（2）排量增加或减少。

3.根据权利要求2所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，发动机（1）在怠速至最大扭矩转速区域时，控制器根据发动机（1）转速逐渐调高变量泵（2）排量；当发动机（1）在最大扭矩转速至额定功率转速区域，控制器控制变量泵（2）保持为最大排量。

4.根据权利要求1至3任意一项所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，四个车轮包括位于前轴的左前车轮（30）和右前车轮（31），位于后轴的左后车轮（32）和右后车轮（33）；四个变量马达包括驱动左前车轮（30）旋转的左前变量马达（50）、驱动右前车轮（31）旋转的右前变量马达（51）、驱动左后车轮（32）旋转的左后变量马达（52）、驱动右后车轮（33）旋转的右后变量马达（53）；换向阀包括第一换向阀（60）和第二换向阀（61），第一换向阀（60）控制左前变量马达（50）和右前变量马达（51）进出油路，第二换向阀（61）控制左后变量马达（52）和右后变量马达（53）进出油路。

5.根据权利要求4所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，控制器同步控制左前变量马达（50）与右前变量马达（51）排量，使左前变量马达（50）和右前变量马达（51）排量相等；同步控制左后变量马达（52）与右后变量马达（53）排量，使左后变量马达（52）与右后变量马达（53）的排量相等。

6.根据权利要求5所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，在调节车辆速度时，控制器控制左前变量马达（50）和右前变量马达（51）至零排量，控制器控制左后变量马达（52）和右后变量马达（53）排量逐渐增加或减少；或者控制器控制左后变量马达（52）和右后变量马达（53）至零排量，控制器控制左前变量马达（50）和右前变量马达（51）排量逐渐增加或减少。

7.根据权利要求6所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，车辆启动时，控制器设定变量泵（2）为最小排量和变量马达为最大排量。

8.根据权利要求4所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，当车辆在上坡或越野状态行驶时，控制器根据变量泵输出压力信号控制左前变量马达（50）、右前变量马达（51）和/或左后变量马达（52）、右后变量马达（53）的排量逐渐增加。

9.根据权利要求4所述液压传动的车辆底盘，其特征在于，每个车轮（30、31、32、33）上安装有轮边减速机（40、41、42、43），变量马达通过轮边减速机（40、41、42、43）驱动车轮（30、31、32、33）旋转。

10.一种工程机械，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述液压传动的车辆底盘。

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