CN103707764B - 一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统。该双侧静液耦合驱动系统包括发动机、增速箱、双侧液压传动系统、功率耦合装置以及侧传动。功率耦合装置是一个双输入双输出的行星机构，由两个结构尺寸均相同的单星行星排组成，发动机功率经增速箱分流给双侧液压传动系统，双侧马达输出功率从功率耦合装置的两侧太阳轮输入，再由两侧行星架输出，实现功率的汇流与分流，经过侧传动后驱动车辆行驶。转向时低速侧的再生功率可通过功率耦合装置传递到高速侧，解决了双侧泵、马达独立驱动履带车辆在转向时功率回流困难的问题，同时也减小了高速侧泵和马达功率需求。

Description

一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统

技术领域

本发明涉及液压传动领域，具体涉及一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统。

背景技术

静液驱动履带车辆具有机动性好、易于实现无级变速和连续无级转向、功率密度高、布置灵活、传动平稳、可靠性高等优点，在工程车辆及农用机械中应用较广泛。

目前，静液驱动履带车辆多采用双侧泵、马达独立驱动形式，发动机的动力经增速箱传递到两侧变量泵，两侧变量泵独立驱动两侧的变量马达，后经侧传动驱动车辆行驶，通过电液伺服阀控制两侧泵和马达的排量，从而实现车辆的直线行驶和转向。此双侧泵、马达独立驱动方案中双侧输出轴之间没有机械连接，其直驶稳定性对控制系统要求较高，且转向时低速侧难以实现功率回流，因此对高速侧泵和马达需求功率较大。为此，发明了一种双侧静液耦合驱动系统，通过一个功率耦合装置将两侧液压系统传递功率进行汇流和分流，转向时低速侧的再生功率可通过机械传动直接传递到高速侧，减小了高速侧泵和马达的功率需求，且整个静液耦合驱动装置结构简单紧凑。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种双侧静液耦合驱动系统，用于履带车辆，解决双侧液压系统独立驱动履带车辆在转向时功率回流困难的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统，包括发动机、增速箱、双侧液压传动系统和侧传动，发动机动力经增速箱传递给双侧液压传动系统两侧的变量泵，两侧变量泵独立驱动两侧变量马达；其特征在于，还包括功率耦合装置；两侧变量马达分别与功率耦合装置的两侧输入轴相联，功率在耦合装置中实现汇流与分流，功率耦合装置两侧输出轴经过侧传动后分别驱动两侧主动轮旋转；所述的功率耦合装置，由两个结构尺寸相同的第一行星排、第二行星排组成，第一行星排、第二行星排都为单星行星排；左侧变量马达M1输出轴通过定轴齿轮副与第一行星排的太阳轮S1相联，右侧变量马达M2输出轴通过定轴齿轮副与第二行星排的太阳轮S2相联，第一行星排的齿圈R1与第二行星排的行星架C2相联作为功率耦合装置的右输出轴，第一行星排的行星架C1与第二行星排的齿圈R2相联作为功率耦合装置的左输出轴。

（三）有益效果

本发明的技术效果：（1）采用功率耦合装置实现车辆双侧输出轴之间的机械连接，使其在转向时易于实现功率回流。（2）转向时，低速侧的回流功率通过机械传动传递给高速侧，减小了高速侧对泵和马达的功率需求。

附图说明

本发明共有4幅附图。

图1为本发明的一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统；

图2为直驶和大半径转向时双侧静液耦合驱动系统的功率流向图；

图3为小半径转向时双侧静液耦合驱动系统的功率流向图；

图4为原位转向时双侧静液耦合驱动系统的功率流向图。

图中：P1、P2——液压泵；M1、M2——液压马达；S1、S2——太阳轮；C1、C2——行星架；R1、R2——齿圈；k₁、k₂——行星排特性参数，表示齿圈与太阳轮的齿数之比；i₁、i₂——马达联接齿轮与太阳轮之间的传动比。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种履带车辆使用双侧静液耦合驱动系统，包括发动机、增速箱、双侧液压传动系统、功率耦合装置和侧传动。

发动机动力经增速箱传递给双侧液压传动系统两侧的变量泵，两侧变量泵独立驱动两侧变量马达，两侧变量马达分别与功率耦合装置的两侧输入轴相联，功率在耦合装置中实现汇流与分流，两侧输出轴经过侧传动后分别驱动两侧主动轮旋转。

所述的功率耦合装置是一个双输入双输出的行星机构，由两个结构与尺寸均相同的单星行星排组成，分别为第一行星排、第二行星排。

两个太阳轮轴为左、右输入轴，分别与两侧液压马达通过定轴齿轮副相联；两个行星架轴为左、右输出轴，分别与两侧侧传动相联；第一行星排的齿圈与第二行星排的行星架相联，第二行星排的齿圈与第一行星排的行星架相联。

左侧变量马达M1输出轴通过定轴齿轮副与第一行星排的太阳轮S1相联，右侧变量马达M2输出轴通过定轴齿轮副与第二行星排的太阳轮S2相联，第一行星排的齿圈R1与第二行星排的行星架C2以及功率耦合装置的右输出轴相联，第一行星排的行星架C1与第二行星排的齿圈R2以及功率耦合装置的左输出轴相联。两个行星排的特性参数相同，即k₁=k₂=k，且两侧马达联接齿轮与太阳轮之间的传动比相等，即i₁=i₂=i_m。

变量泵将发动机输出机械能转化为液压能，变量马达将液压能转化为机械能传递给主动轮以驱动车辆行驶，高压蓄能器将车辆回收的制动能量转换为液压能后进行储存，为车辆提供辅助动力，机械-液压伺服控制装置对泵和马达的排量进行控制，以适应车辆不同的行驶需求。

增速箱一方面提高变量泵的输入转速，从而提高泵的效率；另一方面将发动机功率进行分流后分别传递给两侧液压传动系统。直驶时，通过对双侧变量泵和变量马达排量进行自适应控制保证车辆行驶的直驶稳定性；转向时，通过控制两侧变量泵和变量马达的排量，使两侧履带速度不一致，从而实现转向。转向过程中低速侧功率经过机械系统即可实现回流，传递到高速侧以补偿高速侧功率需求。

当车重较大时，液压泵和液压马达的有效性能可能无法同时满足最高车速和最大爬坡度要求，此时，可在双侧各配备一个两档行星变速机构，高速行驶时采用直接档，负荷较大时采用低速档。

双侧液压传动系统采用相同的两个变量泵、相同的两个变量马达（分别为左侧变量马达M1和右侧变量马达M2），双侧液压传动系统所用变量泵、变量马达、高压蓄能器以及机械-液压伺服控制装置等结构尺寸均相同，性能也尽可能保持一致。直驶时，两侧泵、马达的排量和旋转方向相同，由两个行星排组成的功率耦合机构整体回转，通过对两侧泵、马达的排量进行实时控制调节，保证车辆直驶稳定，改变两侧液压马达的排量方向，使其旋转反向即可实现倒档。直驶功率流向如图2所示，发动机功率在增速箱处进行分流，经双侧泵马达系统由两侧太阳轮输入功率耦合机构，在功率耦合机构内部形成从一侧行星架到另一侧齿圈的循环功率，两侧输入功率与循环功率汇流后，分别从两侧行星架输出，经侧传动传递给两侧主动轮。

转向时，整车控制器同时接收驾驶员的转向控制命令和马达反馈转速信号，为两侧机械-液压伺服控制系统提供控制的目标量，通过控制两侧泵、马达的排量实现对两侧马达转速的控制，从而实现转向。

大半径转向（ρ₁<ρ<∞，ρ₁为内侧履带力为0时的相对转向半径）时，内外侧履带速度和履带力均向前，内外侧均为推进功率，内侧需求功率小于外侧需求功率，通过调节两侧泵、马达排量，实现车辆差速或独立转向，其功率流向与直驶时相同，如图2所示。

小半径转向（0.5<ρ≤ρ₁）时，外侧履带速度和履带力均向前，内侧履带速度向前，履带力向后，外侧履带为推进功率，内侧履带从地面吸收功率，回流功率经过功率耦合机构传递到外侧，以补偿外侧履带所需功率，有效减小了外侧泵、马达功率需求。小半径转向功率流向如图3所示，两侧泵马达系统传递功率由太阳轮输入功率耦合机构，在功率耦合机构内部同样形成从一侧行星架到另一侧齿圈的循环功率，内侧履带吸收功率经由内侧行星排的行星架传递给外侧行星排的齿圈，外侧输入功率、循环功率以及内侧吸收功率在外侧行星排处进行汇流后传递给外侧主动轮。

原位转向（0≤ρ≤0.5）时，外侧履带速度和履带力均向前，内侧履带速度和履带力均向后，内外侧履带均为推进功率，功率流向如图4所示；两侧泵马达系统传递功率由太阳轮输入功率耦合机构，在功率耦合机构内部形成从一侧齿圈到另一侧行星架的循环功率，两侧输入功率与循环功率汇流后，分别从两侧行星架输出，经侧传动传递给两侧主动轮。

制动时，两侧履带均从地面吸收功率，两侧液压马达均以泵工况工作，将车辆的惯性能转化为液压能，并将压力油储存到高压蓄能器中，当车辆爬坡或加速时，释放液压能，辅助发动机驱动车辆行驶。

Claims (1)

1.一种履带车辆的双侧静液耦合驱动系统，包括发动机、增速箱、双侧液压传动系统及侧传动，发动机动力经增速箱传递给双侧液压传动系统两侧的变量泵，两侧变量泵驱动两侧变量马达；其特征在于，还包括功率耦合装置；两侧变量马达的一个与功率耦合装置的其中一侧的输入轴相联，且两侧变量马达的另一个与功率耦合装置的另一侧的输入轴相联，功率耦合装置两侧输出轴经过侧传动后分别驱动两侧主动轮旋转；所述的功率耦合装置，由两个结构尺寸相同的第一行星排、第二行星排组成，第一行星排、第二行星排都为单星行星排；左侧变量马达M1输出轴通过定轴齿轮副与第一行星排的太阳轮S1相联，右侧变量马达M2输出轴通过定轴齿轮副与第二行星排的太阳轮S2相联，第一行星排的齿圈R1与第二行星排的行星架C2相联作为功率耦合装置的右输出轴，第一行星排的行星架C1与第二行星排的齿圈R2相联作为功率耦合装置的左输出轴。