CN103863104B - 一种履带式车辆及其动力传动系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式车辆及其动力传动系统和方法，该动力传动系统包括电传动单元和液压传动单元，电传动单元用于驱动车辆的驱动轮，液压传动单元包括液压泵和液压执行元件，液压执行元件用于驱动工作装置；液压传动单元还包括液压马达和方向控制阀，液压马达用于驱动所述驱动轮，方向控制阀设置于液压泵与液压执行元件和液压马达之间，以控制液压泵与液压执行元件或者液压马达连通；当车辆启动或转向时，关闭电传动单元、启动液压泵，方向控制阀控制液压泵和液压马达连通；当车辆位于正常工作工况时，方向控制阀控制液压泵和液压执行元件连通。与现有技术相比，上述动力传动系统的传动效率较高、其电传动单元的使用寿命较长。

Description

一种履带式车辆及其动力传动系统和方法

技术领域

本发明涉及履带式车辆的传动技术领域，特别涉及一种履带式车辆及其动力传动系统和方法。

背景技术

履带式车辆包括履带式起重机、推土机和挖掘机等一系列采用驱动轮和履带作为行走装置的车辆。履带式车辆通常包括发动机、控制单元、动力传动系统、行走装置和工作装置，其中，工作装置是指履带式车辆中执行具体功能动作的组件，例如履带式起重机的起吊装置、履带式推土机的推土铲。

如图1所示，动力传动系统2′包括分动箱21′、电传动单元和液压传动单元，其中，分动箱21′与发动机1′的输出轴连接，以将发动机1′提供的动力分配至电传动系统或者液压传动系统。电传动系统包括发电机22′和电动机23′，其中，发电机22′将发动机1′的机械能转化为电能传送至电动机23′，电动机23′再将电能转化为机械能以驱动车辆行走装置的驱动轮3′转动；液压传动系统包括液压泵24′、液压控制阀组和液压执行元件25′，以将发动机1′的机械能转化为液压能，并通过控制液压控制阀组将压力油液传送至液压执行元件25′，再由液压执行元件25′将液压能转化为机械能驱动工作装置4′动作。

显然，履带式车辆发动机1′的动力有电传动单元传递至行走装置。鉴于履带式车辆行走装置以及电传动系统自身的特殊性，当车辆处于启动或转向工况时，因行走装置阻力较大，而使发电机22′的峰值电压或电流大但转速低，这样将会导致动力传动系统2′传动效率低的问题。此外，过大的峰值电压或电流，极易造成发电机22′和／或电动机23′内传动部件烧损问题，这样将会缩短电传动单元的使用寿命。

有鉴于此，本领域技术人员亟待对现有传动系统进行结构改进，以提高其传动效率、延长电传动单元使用寿命。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种履带式车辆及其动力传动系统和方法，以解决现有动力传动系统传动效率低，以及电传动单元使用寿命短的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所提供动力传动系统，包括电传动单元和液压传动单元，电传动单元用于驱动车辆的驱动轮，液压传动单元包括液压泵、方向控制阀、液压执行元件和液压马达。其中，液压执行元件用于驱动车辆的工作装置，液压马达用于驱动所述驱动轮，方向控制阀设置于液压泵与液压执行元件和液压马达之间，以控制液压泵与液压执行元件或者液压马达连通；

当车辆启动或转向时，电传动单元关闭、液压泵启动，方向控制阀控制液压泵和液压马达连通；当车辆位于正常工作工况时，方向控制阀控制液压泵和液压执行元件连通。

本方案在履带式车辆的动力传动系统的基础上，在其液压传动单元中增设方向控制阀和液压马达，并在车辆启动或转向时，通过控制方向控制阀和电传动单元，采用液压传动单元将车辆的动力传递至驱动轮。与现有技术单纯采用电传动方式驱动车辆驱动轮相比，在启动或转向工况下采用液压传动方式，使动力传动系统的传动效率、工作平稳性和安全性均得到显著提高。此外，还避免了在启动或转向工况下，因峰值电压或电流过大造成电传动单元烧损的问题，从而延长了其使用寿命。

本发明的一优选方案中，上述动力传动系统包括分动箱，该分动箱的动力输入端与履带式车辆发动机的动力输出端连接，其第一动力输出端与电传动单元的动力输入端连接、第二动力输出端与液压泵的动力输入端连接；当车辆启动或转向时，第一动力输出端和电传动单元的动力输出端断开，第二动力输出端和液压泵连接。

本方案通过进一步限定传动传动系统对履带式车辆动力源的分配方式，即液压传动单元和电传动单元的采用同一动力源，再结合两者的具体布置方式，使动力传动系统整体具有布局合理、结构紧凑的特点。

优选地，还包括控制单元，所述控制单元包括：

数据处理单元，用于由所述车辆的ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号，并判断所述车辆是否启动或转向；

信号输出单元，依据所述数据处理单元的判断结果，向所述电传动单元、所述液压泵和所述方向控制阀发送相应地动作指令；

当驱动轮转速n=0r／min，并且转向控制单元和工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于启动工况；当驱动轮转速为n≠0r／min，而转向控制单元处于工作状态，工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于转向工况。

优选地，所述方向控制阀具体为两位三通方向控制阀，其第一工作油口与所述液压泵连通、第二工作油口与所述液压执行元件连通、第三工作油口与所述液压马达连通；

所述方向控制阀位于第一工作位置时，所述第一工作油口与所述第二工作油口连通；位于第二工作位置时，所述第二工作油口与所述第三工作油口连通。

优选地，所述液压泵具体为变量泵。

本发明还提供一种履带式车辆，包括发动机、动力传动系统、工作装置和行走装置，所述动力传动系统用于将所述发动机的动力传递至所述工作装置或／和所述行走装置，其特征在于，所述动力传动系统具体为如上所述的动力传动系统。

由于上述动力传动系统具有上述技术效果，因此包括该动力传动系统的履带式车辆应当具有相同的技术效果，故在此不再赘述。

此外，本发明还提供一种履带式车辆的动力传动方法，该动力传动方法包括如下步骤：

S00)判断所述履带式车辆的工况：若位于启动或转向工况，进入步骤S10；若位于正常工作工况，进入步骤S20；

S10)通过液压传动方式将所述车辆的动力源的动力传递至所述车辆的驱动轮；

S20)通过电传动方式将所述动力源的动力传递至所述驱动轮。

优选地，

在步骤S00中由所述车辆的ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号；

当驱动轮转速n=0r／min，并且转向控制单元和工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于启动工况；当驱动轮转速为n≠0r／min，而转向控制单元处于工作状态，工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于转向工况。

上述动力传动方法，在履带式车辆处于启动或转向工况时采用液压传动方式传递动力至驱动轮，与现有技术中上述工况下采用电传动方式相比，提高了动力传动效率、平稳性和安全性，此外，还避免了上述工况下采用电传动方式致使发电机和电动机烧损问题的发生，从而延长了电传动单元的使用寿命。

附图说明

图1示出了履带式车辆现有动力传动系统的结构示意图；

图2示出了本发明所提供的动力传动系统具体实施方式的结构示意图；

图3示出了图2中所示动力传动系统中液压传动单元的控制原理示意图；

图4示出了本发明所提供的履带式车辆动力传动方法的流程图。

图1中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1′发动机、2动力传动系统、21分动箱、22发电机、23电动机、24液液压泵、25液压执行元件、3驱动轮、4工作装置。

图2至图4中附图标记与各个部件名称之间的对应关系：

1发动机、2动力传动系统、21分动箱、22发电机、23电动机、24液液压泵、25方向控制阀、26液压执行元件、27液压马达、3驱动轮、4工作装置。

具体实施方式

本发明的核心在于，提供一种履带式车辆的动力传动系统，以解决在启动或转向工况下，现有动力传动系统传动效率低、电传动单元极易烧损的问题。在此基础上，本发明还提供一种包括该动力传动系统的履带式车辆，以及一种动力传动方法。

现结合说明书附图，来说明本发明所提供的一种履带式车辆的动力传动系统2的具体结构示意图。需要说明的是，本文中所涉及的履带式车辆的正常工作工况包括正常行驶、带负载高速行驶或带负载低速行驶等，除启动和转向工况外的其他任一实际工况。

请参见图2和图3，其中，图2示出了本发明所提供的动力传动系统具体实施方式的结构示意图，图3示出了图2中所示动力传动系统中液压传动单元的控制原理示意图。

如图2所示，本方案中的动力传动系统2包括电传动单元和液压传动单元，其中，电传动单元包括发电机22和电动机23，用于驱动履带式车辆的驱动轮3。液压传动单元包括液压泵24、方向控制阀25、液压执行元件26和液压马达27，其中，液压执行元件26用于驱动履带式车辆的工作装置4，液压马达27用于驱动该驱动轮3，方向控制阀25设置于液压泵24与液压执行元件26和液压马达27之间，以控制液压泵24与液压执行元件26或者液压马达27连通；

当车辆启动或转向时，电传动单元关闭、液压泵24启动，并通过方向控制阀25控制液压泵24和液压马达27连通，即采用液压传动方式驱动该驱动轮3转动；当车辆位于正常工作工况时，方向控制阀25控制液压泵24与液压执行元件26连通，即切断液压传动单元中液压泵24至液压马达27的油路，再根据实际工况(正常行驶、暂停等)采用电传动单元驱动该驱动轮3。

本方案在履带式车辆的动力传动系统2的基础上，在其液压传动单元中增设方向控制阀25和液压马达27，并在车辆位于启动或转向工况时，通过控制方向控制阀25和电传动单元，采用液压传动单元将车辆的动力传递至驱动轮3。与现有技术单纯采用电传动方式驱动车辆驱动轮3相比，在启动或转向工况下采用液压传动方式，使动力传动系统2的传动效率、工作平稳性和安全性均得到显著提高。此外，还避免了在启动或转向工况下，因峰值电压或电流过大造成电传动单元烧损的问题，从而延长了其使用寿命。

具体地，如图3所示，本方案中的液压泵24采用液压变量泵，方向控制阀25具体为两位三通电磁方向控制阀25。该两位三通电磁方向控制阀25的第一工作油口与液压泵24连通、第二工作油口与液压执行元件26连通、第三工作油口与液压马达27连通；该两位三通电磁方向控制阀25位于第一工作位置时，第一工作油口与第二工作油口连通；位于第二工作位置时，第一工作油口与第三工作油口连通。

如前所述，本方案中采用变量泵，利用其流量可变特点，可进一步的提高动力传动系统2的工作平稳性。需要说明的是，在满足液压传动单元实现传递动力至驱动轮3或工作装置4功能的基础上，本方案中的方向控制阀25、液压泵24和液压执行元件26可采用液压传动技术领域常用的其他液压装置。

进一步，如图2所示，动力传动系统2还包括分动箱21，该分动箱21的动力输出端与履带式车辆发动机1的动力输出端连接，其第一动力输出端可与电传动单元的动力输入端连接、第二动力输出端可与液压泵24的动力输入端连接；车辆位于启动或转向工况时，分动箱21的第一动力输出端与电传动单元的动力输入端断开，其第二动力输出端与液压泵24的动力输入端连接。

本方案通过进一步限定动力传动系统对履带式车辆动力源的分配方式，即液压传动单元和电传动单元的采用同一动力源，再结合两者的具体布置方式，使动力传动系统2整体具有布局合理、结构紧凑的特点。当然，在满足车辆启动或转向工况下，采用液压传动方式传递动力至驱动轮3的功能及装配工艺要求的基础上，本方案中的液压传动单元和电传动单元亦可采用独立的动力源。

更进一步地，为了提高上述动力传动系统2的智能控制化水平，动力传动系统2还包括控制单元，该控制单元包括数据处理单元和信号输出单元，其中，数据处理单元用于判断车辆的工况，信号输出单元根据数据处理单元的判断结果，向电传动单元、液压泵24和方向控制阀25发送相应的动作指令。

可以理解，在满足车辆启动或转向工况下，采用液压传动方式传递动力至驱动轮3功能的基础上，本方案中也可以采用人工根据实际工况向相应地功能元件发送相应地动作指令。

此外，需要说明的是，本方案中的数据处理单元用于由车辆的ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号，并判断车辆是否启动或转向，具体判断过程如下：

当驱动轮转速n=0r／min，并且转向控制单元和工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于启动工况，通过控制分动箱21动力仅传递至液压泵24，控制方向控制阀25切换至第二工作位置，即使液压泵24和液压马达27连通，通过液压传动方式驱动车辆的驱动轮3转动。

当驱动轮转速为n≠0r／min，而转向控制单元处于工作状态，工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于转向工况，通过控制分动箱21动力仅传递至液压泵24，控制方向控制阀25切换至第二工作位置，即使液压泵24和液压马达27连通，通过液压传动方式驱动车辆的驱动轮3转动。

可以理解，通过车辆的ECU获取的驱动轮转速、转向控制手柄信号以及工作装置控制信号不属于上述组合范围时，车辆处于正常工作工况。而正常工作工况下对电传动单元和液压传动单元的控制方式与现有技术完全相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，故而在此不再赘述。

除上述动力传动系统2外，本发明还提供一种车辆，包括发动机1、动力传动系统2、工作装置4和行走装置，动力传动系统2用于将发动机1的动力传递至工作装置4或／和行走装置，该动力传动系统2具体为如上所述的结构。可以理解，构成该车辆的基本功能元件及其工作原理与现有技术基本相同，本领域技术人员基于现有技术完全可以实现，故而在此不再赘述。

此外，本发明还提供一种履带式车辆的动力传动方法，该动力传动方法包括如下步骤：

S00)判断履带式车辆的工况：若位于启动或转向工况，进入步骤S10；若位于正常工作工况，进入步骤S20；

S10)通过液压传动方式将车辆的动力源的动力传递至车辆的驱动轮3；

S20)通过电传动方式将动力源的动力传递至驱动轮3。

其中，在步骤S00中由所述车辆ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号；

当驱动轮转速n=0r／min，并且转向控制单元和工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于启动工况；当驱动轮转速为n≠0r／min，而转向控制单元处于工作状态，工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于转向工况。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种履带式车辆的动力传动系统，包括电传动单元和液压传动单元，所述电传动单元用于驱动所述车辆的驱动轮(3)，所述液压传动单元包括液压泵(24)和液压执行元件(26)，所述液压执行元件(26)用于驱动所述车辆的工作装置(4)，其特征在于，所述液压传动单元还包括：

液压马达(27)，用于驱动所述驱动轮(3)；

方向控制阀(25)，设置于所述液压泵(24)与所述液压执行元件(26)和所述液压马达(27)之间，以控制所述液压泵(24)与所述液压执行元件(26)或者所述液压马达(27)连通；

当所述车辆启动或转向时，所述电传动单元关闭、所述液压泵(24)启动，所述方向控制阀(25)控制所述液压泵(24)和所述液压马达(27)连通；当所述车辆位于正常工作工况时，所述方向控制阀(25)控制所述液压泵(24)和所述液压执行元件(26)连通；

还包括控制单元，所述控制单元包括：

数据处理单元，用于由所述车辆的ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号，并判断所述车辆是否启动或转向；

信号输出单元，依据所述数据处理单元的判断结果，向所述电传动单元、所述液压泵(24)和所述方向控制阀(25)发送相应地动作指令；

当驱动轮转速n＝0r/min，并且转向控制单元和工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于启动工况；当驱动轮转速为n≠0r/min，而转向控制单元处于工作状态，工作装置控制单元处于非工作状态时，车辆处于转向工况；

还包括分动箱(21)，所述分动箱(21)的动力输入端与所述车辆的发动机(1)动力输出端连接，其第一动力输出端可与所述电传动单元的动力输入端连接、第二动力输出端可与所述液压泵(24)连接；

当所述车辆启动或转向时，所述第一动力输出端和所述电传动单元的动力输入端断开，所述第二动力输出端和所述液压泵(24)连接。

2.如权利要求1所述的动力传动系统，其特征在于，所述方向控制阀(25)具体为两位三通方向控制阀，其第一工作油口与所述液压泵(24)连通、第二工作油口与所述液压执行元件(26)连通、第三工作油口与所述液压马达(27)连通；

所述方向控制阀(25)位于第一工作位置时，所述第一工作油口与所述第二工作油口连通；位于第二工作位置时，所述第一工作油口与所述第三工作油口连通。

3.如权利要求2所述的动力传动系统，其特征在于，所述液压泵(24)具体为变量泵。

4.一种履带式车辆，包括发动机(1)、动力传动系统(2)、工作装置(4)和行走装置，所述动力传动系统(2)用于将所述发动机(1)的动力传递至所述工作装置(4)或/和所述行走装置，其特征在于，所述动力传动系统具体为如权利要求1至3中任一项所述的动力传动系统。

5.一种履带式车辆的动力传动方法，用于上述权利要求4所述的履带式车辆，其特征在于，所述传动方法的包括如下步骤：

S00)判断所述履带式车辆的工况：若位于启动或转向工况，进入步骤S10；若位于正常工作工况，进入步骤S20；

S10)通过液压传动方式将所述车辆的动力源的动力传递至所述车辆的驱动轮(3)；

S20)通过电传动方式将所述动力源的动力传递至所述驱动轮(3)；

在步骤S00中由所述车辆的ECU获取驱动轮转速、以及转向控制单元和工作装置控制单元的工作状态信号。