CN103273843A - 自走式收获机液压分时四驱驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自走式收获机液压分时四驱驱动系统，其特征是：由主驱动系统和辅助驱动系统组成，主驱动系统包括发动机、双向变量泵、定量马达、四档变速箱、末级减速器、散热器、油箱、控制手柄及控制器；辅助驱动系统并联在主驱动系统中，包括电磁换向阀、径向柱塞马达、恒压变量泵、单向阀、转向传感器。收获机的两个导向轮分别由一个径向柱塞马达直接驱动，两个马达构成串联液压回路，转向时恒压变量泵向辅助驱动系统内补油，实现车轮差速转动。其优点是：用一个控制手柄实现了收获机的行走控制，换向过程平顺无冲击；两轮驱动模式下，较小排量的变量泵就可实现收获机的转场高速行驶；有效克服了车轮打滑；系统采用容积调速，效率高。

Description

自走式收获机液压分时四驱驱动系统

技术领域

本发明属于自走式收获机领域，涉及一种自走式收获机液压分时四驱驱动系统。

背景技术

目前，我国自走式收获机的行走装置以机械传动为主，机械传动主要有以下缺点：

1、传动装置结构复杂，传动部件抖动大、噪声大、效率低；

2、机械零件大多暴露在外部，农机的作业环境较差，机械零件容易被侵袭，故障率高；

3、机械传动调速特性不好，操控不灵活，无极调速的范围小。

此外，我国的收获机普遍为两轮驱动，进入湿度较大的田地作业时遇到低洼、泥泞的地况容易因车轮打滑而抛锚。

目前，国外先进的大中型收获机均广泛应用了液压技术，在收获机行走方面，液压驱动与机械传动相比，具有如下优点：

1、可实现转速和扭矩的无级调节，且调节范围大；

2、用一根操纵杆就可实现收获机的前进、后退和制动，且换向过程平顺无冲击；

3、系统结构简单，布置灵活，液压元件体积小、重量轻、可靠性高。

收获机在作业时行驶速度较低，而在转场时行驶速度较高，为适应收获机的这一特点，在液压四轮驱动系统的基础上产生了液压分时四驱系统。收获机在转场高速行驶时采用两轮驱动模式，在潮湿、泥泞地区作业时采用四轮驱动模式。

目前，收获机液压四轮驱动系统中用于驱动后轮的两个马达基本上都采用了并联联接方式。并联方式具有输出扭矩大，转弯时自动实现差速的优点。但在潮湿、泥泞的地区作业时容易导致由于某一侧车轮打滑，致使系统压力降低，其他车轮的驱动力不够而停止转动，造成收获机抛锚甚至损坏马达的问题。解决打滑的方式主要有两种，一是采用节流的方式，节流方式成本低、结构简单，但会带来较大的能量损失；二是采用容积的方式，容积方式能量损失小，但需采用变量马达和减速器，体积大、成本高并且控制方式复杂。

发明内容

本发明的目的是将当今先进的液压驱动技术应用到自走式联合收获机，提供一种能够高效、经济的克服车轮打滑的自走式收获机液压分时四驱驱动系统。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

所述自走式收获机液压分时四驱驱动系统由主驱动系统和辅助驱动系统组成，主驱动系统包括发动机、双向变量泵、定量马达、四档变速箱、第一末级减速器、第二末级减速器、散热器、油箱、控制手柄及控制器，双向变量泵与定量马达之间通过两根油管联通，双向变量泵、定量马达、油箱间形成闭合的油路，在定量马达上集成有冲洗阀，在双向变量泵上集成有齿轮泵；辅助驱动系统包括电磁换向阀、第一径向柱塞马达、第二径向柱塞马达、恒压变量泵、单向阀、转向传感器，辅助驱动系统并联在主驱动系统中，电磁换向阀控制主驱动系统与辅助驱动系统的联通和分离，第一径向柱塞马达和第二径向柱塞马达构成串联液压回路，恒压变量泵与主驱动系统的双向变量泵同轴驱动，恒压变量泵的出油口经过单向阀与第一径向柱塞马达和第二径向柱塞马达的中间油路联通；双向变量泵、控制手柄、电磁换向阀和转向传感器均与控制器连接。

所述四档变速箱的输入轴与定量马达的输出轴连接，第一末级减速器和第二末级减速器均与四档变速箱的输出轴连接。

所述双向变量泵与定量马达构成闭式液压容积调速系统。

本发明的工作过程是：电磁换向阀控制主驱动系统与辅助驱动系统的联通和分离。当收获机转场高速行驶或在良好地区作业时只打开主驱动系统，收获机进入两轮驱动模式，此时，辅助驱动系统中的液压马达为自由轮状态，不产生驱动力；当收获机在潮湿、泥泞地区作业时主驱动系统与辅助驱动系统均打开，收获机进入四轮驱动模式。

本发明的工作原理是：主驱动系统通过发动机驱动双向变量泵，变量泵将机械能转化为液压能，液压能通过变量泵与定量马达之间的两根油管传递给定量马达，定量马达将液压能转化为机械能，马达输出的扭矩又进一步通过变速箱及末级减速器传递给收获机前轮。

进一步的，与定量马达集成在一起的冲洗阀不断将系统内的油冲洗出来，冲洗出来的热油经散热器冷却后返回油箱；与此同时，与变量泵集成在一起的齿轮泵不断向系统内补油。热油的排出及冷油的补入使系统温度保持在正常范围内。

进一步的，收获机前进、后退和停止的信号由控制手柄给出，控制器根据控制手柄的信号，调节变量泵排量的大小及变量泵斜盘倾角的方向。收获机速度的快慢与变量泵排量的大小成比例，当变量泵排量为零时，收获机停止行走；当变量泵斜盘倾角方向变化时，收获机的行驶方向改变。

辅助驱动系统并联在主驱动系统中，电磁换向阀控制主驱动系统与辅助驱动系统的联通和分离。两个径向柱塞马达构成串联液压回路，分别驱动一个导向轮。恒压变量泵与主驱动系统的双向变量泵同轴驱动，当收获机转向时，恒压变量泵向驱动外侧导向轮的马达补油，实现两个导向轮的差速。

进一步的，由于两个径向柱塞马达构成串联液压回路，因此，在恒压变量泵不补油和忽略泄露的情况下，通过两个马达的流量相等，则马达的转速相等。这就避免了并联连接时可能出现的由于某一侧车轮打滑，致使系统压力降低，其他车轮的驱动力不够而停止转动，造成收获机抛锚甚至损坏马达的问题。

进一步的，当收获机转向时，内外侧车轮转速不同，而串联联接的马达难以实现差速，因而造成转向困难。本发明中，恒压变量泵的出油口经过单向阀与两个马达的中间油路联通。转弯时，外侧马达转速快，所需流量大，恒压变量泵打开单向阀对外侧马达进行补油，实现了两个车轮的差速。当收获机直线行驶时，单向阀关闭，防止系统的高压油进入恒压变量泵对泵造成损害。

进一步的，当收获机转向时，如果要实现恒压变量泵对辅助驱动系统的补油，还必须满足来自主驱动系统的高压油首先进入转向时驱动内侧车轮的马达，然后再进入驱动外侧车轮的马达。完成这一过程需要电磁换向阀根据收获机的行进状态来自动换向。自动换向控制过程为：转向传感器和控制手柄分别将收获机的转向信息（左转或右转）和行进状态信息（前进或后退）传给控制器，控制器控制电磁换向阀自动换向，使高压油首先进入驱动内侧车轮的马达然后进入驱动外侧车轮的马达，实现车轮差速。

进一步的，辅助驱动系统的打开和关闭由驾驶员通过电磁换向阀控制。当车速超过7km/h时，辅助驱动系统会由控制器自动关闭。

本发明的有益效果：

1、用一个控制手柄实现了收获机的前进、后退和制动，换向过程平顺无冲击；

2、分时四驱策略很好的切合了收获机的工作特点，在两轮驱动模式下，较小排量的变量泵就可实现收获机的转场高速行驶；

3、后轮驱动马达构成串联液压回路，有效克服了车轮打滑，恒压变量泵与电磁换向阀配合实现了收获机转向时车轮的差速；整个过程没有节流作用，效率较高，恒压变量泵成本较低，最终实现了用高效、经济的方法克服车轮的打滑。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明辅助驱动系统控制策略流程图。

图中：1.1-第一车轮 1.2-第二车轮 1.3-第三车轮 1.4-第四车轮 2.1-第一径向柱塞马达 2.2-第二径向柱塞马达 3-单向阀 4-电磁换向阀 5-冲洗阀 6-定量马达 7-四档变速箱 8.1-第一末级减速器 8.2-第二末级减速器 9-发动机 10-双向变量泵 11-齿轮泵 12-恒压变量泵 13-散热器 14-过滤器 15-油箱 16-控制手柄 17-转向传感器 18-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明，所述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。应当理解，所述实施例仅用于说明和解释本发明，而不是对本发明的限定。

如图1所示，主驱动系统主要由发动机9、双向变量泵10、定量马达6、四档变速箱7、第一和第二末级减速器8.1和8.2、冲洗阀5、散热器13、油箱15、控制手柄16及控制器18组成。辅助驱动系统并联在主驱动系统中，主要由电磁换向阀4、第一和第二径向柱塞马达2.1和2.2、恒压变量泵12、单向阀3、转向传感器17组成。

两轮驱动模式：电磁换向阀4调节到中位，辅助驱动系统被关闭，马达2.1和2.2处于自由轮状态。主驱动系统驱动收获机前轮行驶。收获机前进时，控制手柄16向前推动，控制手柄16的信号传给控制器18，控制器18调节双向变量泵10的排量及斜盘倾角的方向。双向变量泵10在发动机9的驱动下将机械能转化为液压能，液压能通过油管传递给定量马达6，定量马达6将液压能转化为机械能，定量马达6输出的扭矩又进一步通过变速箱7、末级减速器8.1和8.2传递给收获机前轮1.3和1.4。控制手柄16移动的幅度越大，双向变量泵10的排量就越大，收获机的前进速度就越快，反之亦然。当控制手柄16向后推动时，双向变量泵10的斜盘倾角方向改变，定量马达6输出的扭矩方向也就改变，收获机实现后退，且后退的速度与控制手柄16的移动幅度成正比。当控制手柄16保持在零位时，双向变量泵10的排量为零，不再输出液压能，收获机停止移动。用一根控制手柄即可实现收获机的前进、后退和制动，且换向及调速过程平顺无冲击。

进一步的，与定量马达6集成在一起的冲洗阀5不断将系统内的油冲洗出来，冲洗出来的热油经散热器13冷却后返回油箱15；与此同时，与变量泵10集成在一起的齿轮泵11不断向系统内补油。热油的排出及冷油的补入使系统温度保持在正常范围内。

四轮驱动模式：如图2所示，当驾驶员向控制器18发出打开辅助驱动系统的信号时，如果车速小于7km/h，辅助驱动系统打开，收获机进入四轮驱动模式。马达2.1和2.2构成串联回路，分别驱动导向轮1.1和1.2。恒压变量泵12与主驱动系统的双向变量泵10同轴驱动，泵的出油口经过单向阀3与马达2.1、2.2的中间油路联通。当收获机转向时，转向传感器17和控制手柄16分别将收获机的转向信息（左转或右转）和行进状态信息（前进或后退）传给控制器18，控制器18控制电磁换向阀4自动换向，使高压油首先驱动内侧车轮马达然后驱动外侧车轮马达。与此同时，恒压变量泵12打开单向阀3对外侧车轮马达进行补油，实现了两个车轮的差速。当收获机直线行驶时，单向阀3关闭，防止系统的高压油进入恒压变量泵12对泵造成损害。

进一步的，恒压变量泵12的压力调节到3MP左右，如果调的过高，会降低串联回路上游马达的驱动力，如果过低，补油效果不好。当恒压变量泵12不向辅助驱动系统补油时，泵在压力切断阀的作用下排量保持为很小的值，流量仅满足泵自身的泄漏。

Claims (2)

1.一种自走式收获机液压分时四驱驱动系统，其特征是：由主驱动系统和辅助驱动系统组成，主驱动系统包括发动机、双向变量泵、定量马达、四档变速箱、第一末级减速器、第二末级减速器、散热器、油箱、控制手柄及控制器，双向变量泵与定量马达构成闭式容积调速回路，在定量马达上集成有冲洗阀，在双向变量泵上集成有齿轮泵；辅助驱动系统包括电磁换向阀、第一径向柱塞马达、第二径向柱塞马达、恒压变量泵、单向阀、转向传感器，辅助驱动系统并联在主驱动系统中，电磁换向阀控制主驱动系统与辅助驱动系统的联通和分离，第一径向柱塞马达和第二径向柱塞马达构成串联液压回路，恒压变量泵与主驱动系统的双向变量泵同轴驱动，恒压变量泵的出油口经单向阀与第一径向柱塞马达和第二径向柱塞马达的中间油路联通，双向变量泵、控制手柄、电磁换向阀和转向传感器均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的自走式收获机液压分时四驱驱动系统，其特征是：转向传感器和控制手柄分别将收获机的转向信息和行进状态信息传给控制器，控制器根据设定的控制策略控制电磁换向阀换向，使收获机转向时恒压变量泵对辅助驱动系统补油，实现车轮的差速转动。

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