CN103836181A - 一种装载机静压传动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装载机静压传动控制系统，包括控制器，控制器分别与传动轴转速传感器、制动踏板位移传感器、方向开关、显示器、操作面板、诊断口、油门踏板位移传感器、发动机转速传感器、行走泵、第一马达、第二马达、变速箱连接，行走泵与发动机连接，变速箱的一端与桥连接，变速箱的另一端与第一马达、第二马达连接。本发明操控方便，安全可靠，车辆变速平稳柔和，可以大幅度提高传动系统效率，实现全自动无极变速，并且安装维护方便。还可以让车辆更加合理的分配利用发动机功率输出，降低了油耗，达到节能的效果；多项车辆运行参数都在仪表上可查，维护保养更加便捷；系统提供多项仿误操作和安全提示功能，提高了操控安全性。

Description

一种装载机静压传动控制系统
技术领域
本发明涉及一种装载机静压传动控制系统，属于装载机技术领域。
背景技术
目前市场上主流装载机一般使用液力传动的方式，通过变矩器将发动机的动力传递给变速箱，变速箱驱动前后桥。发动机驱动变矩器的泵轮，通过变矩器壳体内的工作油液将动力传递给变矩器的涡轮，由于泵轮、涡轮及其间的导轮的共同作用，变矩器能在一定范围内根据负荷大小自动调节输出转速及扭矩，该型设备一般无需电控系统，行驶档位切换依靠变矩器的自我调节及手动操作变速箱挡位。
另一种改进方式，是在此基础上使用控制器及电液开关阀，并对传统变速箱进行改造，实现基于电液控制的变速箱半自动或全自动档位切换。
如图1所示，变速控制器V2采集换档手柄V1发出的档位指令、发动机转速传感器1检测的发动机转速信号、变速箱输入转速传感器2-1检测的变速箱输入轴转速信号、变速箱输出转速传感器2-2检测的变速箱输出轴转速信号，及刹车信号，控制档位电磁阀V3。刹车灯开关P与刹车继电器3将刹车压力转换为刹车信号(电压)，传给变速控制器V2。换档手柄V1选择行驶档位，可选择前进1、2档以及后退1档，发出档位指令。档位电磁阀V3内有三个阀，通过不同通断电组合，控制变速箱内换档油路的切换，控制变速箱档位。变速控制器V2依据档位指令(依据发动机转速、变速箱输入输出轴转速---对全自动换档方式)，控制相应的档位电磁阀V3，实现变速箱半自动(或全自动)换挡。踩下刹车时，刹车信号同时被传送至变速控制器V2，变速控制器V2输出信号控制档位电磁阀V3至空挡状态，实现动力切断。
但是这些传动及控制方式仍然存在不少缺陷：一是操作繁琐，劳动强度大，对驾驶人员技术要求较高；二是各传动部件间的相对位置要求严格，总体布局受到较多限制；三是发动机负荷变化大，无法经常在负荷油耗比有利的工况下运行，工况变化引起的负载变化和冲击几乎都传到发动机上，易引起转速的剧烈变化，超负荷时容易熄火，导致发动机油耗高、磨损快；四是传动效率低，导致能量损失大，引起油耗高；五是其电控系统可靠性差，故障率较高，反而降低生产效率。
早在上世纪80年代，德国利渤海尔公司就研制出世界首例静压传动装载机并很快开发形成了1.3～6.3吨系列装载机；美国卡特彼勒公司也于90年代初开发了静压传动装载机；目前，日本小松、沃尔沃也相继开发出了应用该技术的装载机系列产品。
在国内，静压传动已广泛用于工程机械，如国内生产的林德系列叉车、液压传动扫路车、振动压路机、滑移式装载机、井下凿岩机和飞机牵引车等，都采用静压传动装置作为行走制动系统。与液力传动相比具有明显优势，总体布局灵活，在发动机转速范围内，即使较低转速时能保持最大牵引力，而且进退换向轻便、简单、快速，不会损坏传动系统和车辆，传动效率高，同时又有很好的节能、环保效果。为使静压传动行走系统能发挥较大功能和作用，需要更可靠、更精准的控制系统处理相关数据并控制静压传动的运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供了一种操控方便、安全可靠、安装维护方便、操控安全性高、节能降耗的装载机静压传动控制系统，解决了目前的传动及控制方式操作繁琐，劳动强度大，对驾驶人员技术要求较高；各传动部件间的相对位置关系严格，总体布局方式受到较多限制；发动机负荷变化大，无法经常在负荷油耗比有利的工况下运行，工况变化引起的负载变化和冲击几乎都传到发动机上，易引起转速的剧烈变化，超负荷时容易熄火，导致发动机油耗高、磨损快；传动效率低，导致能量损失大，引起油耗高；其电控系统可靠性差，故障率较高，生产效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，包括控制器，控制器分别与传动轴转速传感器、制动踏板位移传感器、方向开关、显示器、操作面板、诊断口、油门踏板位移传感器、发动机转速传感器、行走泵、第一马达、第二马达、变速箱连接，行走泵与发动机连接，变速箱的一端与桥连接，变速箱的另一端与第一马达、第二马达连接。
优选地，所述的传动轴转速传感器与变速箱的输出轴连接，所述的制动踏板位移传感器与制动踏板连接，所述的油门踏板上的油门软轴连接在发动机上，所述的油门踏板位移传感器与油门踏板连接，所述的发动机转速传感器与发动机的输出轴连接。
优选地，所述的方向开关包括前行开关和倒车开关。
优选地，所述的控制器通过行走泵上的行走泵第一方向阀、行走泵第二方向阀、行走泵比例阀与行走泵连接。
优选地，所述的控制器通过变速箱内的档位阀与变速箱连接。
优选地，所述的控制器通过第一马达上的第一马达比例阀与第一马达连接。
优选地，所述的控制器通过第二马达上的第二马达Qmax阀和第二马达方向阀与第二马达连接。
优选地，所述的控制器通过CAN现场总线与显示器、操作面板、诊断口连接。
本发明操控方便，安全可靠，车辆变速平稳柔和，可以大幅度提高传动系统效率，实现全自动无极变速，提高了生产效率，并且安装维护方便。系统提供多项仿误操作和安全提示功能，提高了操控安全性。
本发明基于行走系采用变量液压泵和变量液压马达组成的静压传动，发动机动力传给液压泵，液压泵将动力输送给液压马达，液压马达驱动变速箱，能方便地进行无极调速，操作简便、舒适，减轻了司机的疲劳强度。
本发明使用控制器，自动监测液压系统和柴油机的运行参数，并能根据这些参数自动控制整个装载机动力系统运行在高效节能状态。能够根据监测到的运行参数进行故障诊断，多项车辆运行参数都在仪表上可查，维护保养更加便捷。借助其统一调度，泵与发动机的匹配控制将进一步实现“智能化”，两者之间的结合将更密切，实现一体化控制。在控制中，高压自动内控马达的排量能随载荷的变化而自动调节，以适应不同工况，大大提高了装载机的通过性能。其可以有效的让使用了静压传动系的车辆更加合理的分配利用发动机功率输出，降低了油耗，达到节能的效果。使用了CAN现场总线技术，将所有的电控模块(显示器、控制器和操作面板)连接起来，在保证系统具有强大功能的同时，具有简单的结构和高可靠性。
在使用了静液压传动系的车辆上，能使传动系统发挥较大效能，可以稳健精准的控制变量泵和变量马达，使其在最佳功率曲线上保持最大牵引力。同时，进退换向轻便、简单、快速，且不会损坏传动系统和车辆，大大降低油耗，实现节能环保的要求。
附图说明
图1为液力传动方式的变速箱半自动或全自动换档控制原理图；
图2为一种装载机静压传动控制系统的原理图；
图3为一种装载机静压传动控制系统的组成构架图；
图4为换挡、行驶速度及牵引控制曲线图。
其中：V1为换档手柄，V2为变速控制器，V3为档位电磁阀(集成于变速箱内)，1为发动机转速传感器，2为传动轴转速传感器，2-1为变速箱输入转速传感器，2-2为变速箱输出转速传感器，3为刹车继电器，P为刹车灯开关，4为桥，5为制动踏板，6为制动踏板位移传感器，7为方向开关，8为显示器，9为操作面板，10为诊断口，11为油门踏板位移传感器，12为油门踏板，13为变速箱，14为第一马达，15为第二马达，16为控制器，17为行走泵，18为发动机，R为行走泵第一方向阀，F为行走泵第二方向阀，7-1为前行开关，7-2为倒车开关，17-1为行走泵比例阀，13-1为档位阀，14-1为第一马达比例阀，15-1为第二马达Qmax阀，15-2为第二马达方向阀，①为最大牵引力状态，②为4km/h状态，③为15km/H状态，④为最大车速状态。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明为一种装载机静压传动控制系统，如图3所示，其包括控制器16，控制器16分别与传动轴转速传感器2、制动踏板位移传感器6、方向开关7、显示器8、操作面板9、诊断口10、油门踏板位移传感器11、发动机转速传感器1、行走泵17、第一马达14、第二马达15、变速箱13连接，行走泵17与发动机18连接，变速箱13的一端与桥4连接，变速箱13的另一端与第一马达14、第二马达15连接。传动轴转速传感器2与变速箱13的输出轴连接，制动踏板位移传感器6与制动踏板5连接，油门踏板12上的油门软轴连接在发动机18上，油门踏板位移传感器11与油门踏板12连接，发动机转速传感器1与发动机18的输出轴连接。受监测器件主要有：发动机18、变速箱13、油门踏板12、制动踏板5。
如图2所示，方向开关7包括前行开关7-1和倒车开关7-2。控制器16通过行走泵17上的行走泵第一方向阀R、行走泵第二方向阀F、行走泵比例阀17-1与行走泵17连接。控制器16通过变速箱13内的档位阀13-1与变速箱13连接。控制器16通过第一马达14上的第一马达比例阀14-1与第一马达14连接。控制器16通过第二马达15上的第二马达Qmax阀15-1和第二马达方向阀15-2与第二马达15连接。控制器16通过CAN现场总线与显示器8、操作面板9、诊断口10连接。即控制器16、显示器8、操作面板9、诊断口10间采用CAN现场总线通讯。
ECM控制器16采集制动踏板位移信号、油门踏板位移信号、前行开关状态信号、后退开关状态信号、发动机转速信号、传动轴转速信号，控制前进行走泵方向阀(F)、前进行走泵方向阀(R)、行走泵比例阀、第一马达比例阀、档位阀(位于变速箱上)、第二马达Qmax阀、第二马达方向阀。
当车辆启动后，控制器检测前行、后退开关信号，确定是前进还是后退指令，控制行走泵17与马达的方向阀输出通断，控制车辆进退；同时接收油门踏板信号，对比发动机转速及传动轴转速信号，进行综合分析，对行走泵17、马达比例阀输出PWM信号，控制马达转速，当车速达到三档后，断开档位阀，第二马达15根据行驶负荷自动调节，行驶负荷小时可达最高车速。
本发明基于行走系采用变量液压泵和变量液压马达组成的静压传动，发动机18动力传给液压泵(行走泵17)，液压泵将动力输送给液压马达(第一马达14与第二马达15)，液压马达驱动变速箱，能方便地进行无极调速，操作简便、舒适，减轻了司机的疲劳强度。高压自动内控马达的排量能随载荷的变化而自动调节，以适应不同工况，大大提高了装载机的通过性能。
使用控制器16，自动监测液压系统和柴油机的运行参数，如压力、柴油机转速等，并能根据这些参数自动控制整个装载机动力系统运行在高效节能状态。能够根据监测到的运行参数进行故障诊断，便于维护。借助其统一调度，泵与发动机的匹配控制将进一步实现“智能化”，两者之间的结合将更密切，实现一体化控制。在控制中，控制器16能根据工作状况的变化，自动对液压泵-液压马达-发动机进行调整，在保证输出功率满足工作需要的同时，使燃油消耗量最低。使用了CAN现场总线技术，将所有的电控模块(显示器8、控制器16和操作面板9)连接起来，在保证系统具有强大功能的同时，具有简单的结构和高可靠性。
在使用了静液压传动系的车辆上，本发明能使传动系统发挥较大效能，可以稳健精准的控制变量泵和变量马达，使其在最佳功率曲线上保持最大牵引力。同时，进退换向轻便、简单、快速，且不会损坏传动系统和车辆，大大降低油耗，实现节能环保的要求。
如图4所示，①-②的区域低速档为第一阶段，主要调节泵排量，第一马达14、第二马达15排量最大，此阶段可在状态①点实现最大牵引力输出，车速控制在0-4km/h；
②-③的区域中速档为第二阶段，泵排量最大，第二马达15排量最大，主要调节第一马达14排量，第一马达14排量从最大到最小，车速控制在4-15km/h；
③-④的区域高速档为第三阶段，此时第一马达14断开，泵排量最大，主要调节第二马达15排量，第二马达15排量从最大到最小，车速控制在15-40km/h；
第一阶段，控制器16检测来自油门角度信号以及档位设置要求，从低速档起步，先控制马达、泵上的电磁比例阀，使马达、泵排量调到最大，通过速度负反馈(或负载反馈)判断负荷大小，调整泵排量，使整车获得大扭矩输出，同时保有一定的行驶速度；第二阶段，随着起步后车速稳步提高，实时采集车速，进入中速档，此后根据负载反馈情况，实时马达排量，使其即具备一定的牵引力也能运行于中速状态；第三阶段，泵保持最大开启量，变量第二马达15关闭，变量第一马达14从最大逐步变化到最50％排量，达到最高车速。
同等吨位机型技术经济指标测试对比
Figure BDA0000471298920000061

Claims (8)

1.一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，包括控制器(16)，控制器(16)分别与传动轴转速传感器(2)、制动踏板位移传感器(6)、方向开关(7)、显示器(8)、操作面板(9)、诊断口(10)、油门踏板位移传感器(11)、发动机转速传感器(1)、行走泵(17)、第一马达(14)、第二马达(15)、变速箱(13)连接，行走泵(17)与发动机(18)连接，变速箱(13)的一端与桥(4)连接，变速箱(13)的另一端与第一马达(14)、第二马达(15)连接。
2.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的传动轴转速传感器(2)与变速箱(13)的输出轴连接，所述的制动踏板位移传感器(6)与制动踏板(5)连接，所述的油门踏板(12)上的油门软轴连接在发动机(18)上，所述的油门踏板位移传感器(11)与油门踏板(12)连接，所述的发动机转速传感器(1)与发动机(18)的输出轴连接。
3.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的方向开关(7)包括前行开关(7-1)和倒车开关(7-2)。
4.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的控制器(16)通过行走泵(17)上的行走泵第一方向阀(R)、行走泵第二方向阀(F)、行走泵比例阀(17-1)与行走泵(17)连接。
5.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的控制器(16)通过变速箱(13)内的档位阀(13-1)与变速箱(13)连接。
6.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的控制器(16)通过第一马达(14)上的第一马达比例阀(14-1)与第一马达(14)连接。
7.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的控制器(16)通过第二马达(15)上的第二马达Qmax阀(15-1)和第二马达方向阀(15-2)与第二马达(15)连接。
8.如权利要求1所述的一种装载机静压传动控制系统，其特征在于，所述的控制器(16)通过CAN现场总线与显示器(8)、操作面板(9)、诊断口(10)连接。
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