CN104401219A - 装载机的功率分流式液压混合动力系统 - Google Patents

装载机的功率分流式液压混合动力系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种装载机的功率分流式液压混合动力系统，是由发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、液压工作系统、行星排、传动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第一锁止器、第二锁止器、高压蓄能器、低压蓄能器以及液控单向阀组成。本发明采用了结构紧凑的行星轮系作为动力耦合元件，实现了装载机的功率分流式传动；本发明的传动系统采用了复合行星轮系换向机构，并且只有两个锁止器，易于实现自动控制，集成化程度高；本发明取消了液力变矩器，提高了传动系统效率，降低了装载机油耗；本发明可以实现液压无级变速，使发动机工作在高效区，降低油耗。

Description

装载机的功率分流式液压混合动力系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力装载机的动力系统，特别涉及一种装载机的功率分流式液压混合动力系统。
背景技术
目前，以小松、日立建机等为代表的工程机械企业巨头投入了大量的人力、财力、物力进行混合动力工程车辆方面的研究，取得了一些成效。但国内外对混合动力装载机的研究多停留在串联式系统和并联式系统上。其中，串联式混合动力装载机存在改装成本高、难以实现产业化的缺点；并联式混合动力装载机对发动机工作点的调整作用较小，并且多数在传动系统中仍然保留了液力变矩器，节能效果有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种装载机的功率分流式液压混合动力系统。
本发明是由发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、液压工作系统、行星排、传动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第一锁止器、第二锁止器、高压蓄能器、低压蓄能器以及液控单向阀组成。所述行星排包括第一行星排、第二行星排以及第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架以及第一齿圈；所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架以及第二齿圈；所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架以及第三齿圈；所述传动齿轮包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮以及第六齿轮；所述发动机与第一传动轴连接，第一行星架与第一传动轴连接，第六齿轮与第一传动轴通过花键连接，第一齿轮与第六齿轮啮合输出动力到液压工作系统；所述一号液压泵/马达与第五齿轮连接，第二齿轮与第五齿轮啮合，第一太阳轮与第二齿轮固连；所述二号液压泵/马达与第四齿轮连接，第三齿轮与第四齿轮啮合；所述的第一齿圈与第二传动轴连接，第二太阳轮与第二传动轴花键连接；所述第二太阳轮与第三太阳轮固连，第二齿圈与第三行星架固连，第二行星架与第二锁止器一端连接，第二锁止器另一端固连于车架，第三齿圈与第一锁止器连接，第一锁止器另一端固连于车架；所述第三行星架与第三传动轴连接，第三传动轴与驱动桥连接；所述高压蓄能器通过液控单向阀与一号液压泵/马达高压油口液压连接，一号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接；所述高压蓄能器与二号液压泵/马达高压油口液压连接，二号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明相对于现有混合动力系统，采用了结构紧凑的行星轮系作为动力耦合元件，实现了装载机的功率分流式传动。
2.本发明的传动系统采用了复合行星轮系换向机构，并且只有两个锁止器，易于实现自动控制，集成化程度高。
3.本发明取消了液力变矩器，提高了传动系统效率，降低了装载机油耗。
4.本发明可以实现液压无级变速，使发动机工作在高效区，降低油耗。
附图说明
图1是本发明的结构组成与工作原理示意图。
图2是发明的发动机静止启动模式的动力传递路线图。
图3是发明的发动机行车启动模式的动力传递路线图。
图4是发明的纯液压驱动的动力传递路线图。
图5是发明的功率直接传递模式的动力传递路线图。
图6是发明的功率分流模式的动力传递路线图。
图7是发明的高负荷工况下的联合驱动模式动力传递路线图。
图8是发明的最高速行驶下的联合驱动模式的动力传递路线图。
图9是发明的再生制动模式的动力传递路线图。
具体实施方式
请参阅图1所示，为本发明的实施例，该实施例是由发动机1、一号液压泵/马达31、二号液压泵/马达27、液压工作系统3、行星排、传动齿轮、第一传动轴2、第二传动轴9、第三传动轴18、第一锁止器21、第二锁止器22、高压蓄能器30、低压蓄能器28以及液控单向阀29组成，所述行星排包括第一行星排、第二行星排以及第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮5、第一行星轮6、第一行星架7以及第一齿圈8；所述第二行星排包括第二太阳轮13、第二行星轮12、第二行星架10以及第二齿圈11；所述第三行星排包括第三太阳轮17、第三行星轮15、第三行星架16以及第三齿圈14；所述传动齿轮包括第一齿轮4、第二齿轮23、第三齿轮24、第四齿轮25、第五齿轮26以及第六齿轮32；所述发动机1与第一传动轴2连接，第一行星架7与第一传动轴2连接，第六齿轮32与第一传动轴2通过花键连接，第一齿轮4与第六齿轮32啮合输出动力到液压工作系统；所述一号液压泵/马达31与第五齿轮26连接，第二齿轮23与第五齿轮26啮合，第一太阳轮5与第二齿轮23固连；所述二号液压泵/马达27与第四齿轮25连接，第三齿轮24与第四齿轮25啮合；所述的第一齿圈8与第二传动轴9连接，第二太阳轮13与第二传动轴9花键连接；所述第二太阳轮13与第三太阳轮17固连，第二齿圈11与第三行星架16固连，第二行星架10与第二锁止器22一端连接，第二锁止器22另一端固连于车架，第三齿圈14与第一锁止器21连接，第一锁止器21另一端固连于车架；所述第三行星架16与第三传动轴18连接，第三传动轴18与驱动桥19连接；所述高压蓄能器30通过液控单向阀29与一号液压泵/马达31高压油口液压连接，一号液压泵/马达31低压油口与低压蓄能器28液压连接；所述高压蓄能器30与二号液压泵/马达27高压油口液压连接，二号液压泵/马达27低压油口与低压蓄能器28液压连接。
装载机正向行驶时，第一锁止器21接合，第二锁止器22分离，第三齿圈14固定，动力经第二传动轴9、第三太阳轮17、第三行星轮15、第三行星架16、第三传动轴18、驱动桥19、传递至车轮20；第二传动轴9与第三传动轴18转速方向相同，第二太阳轮13、第二行星轮12、第二行星架10、第二齿圈11空转。倒向行驶时，第一锁止器21分离，第二锁止器22接合，第二行星架10固定，动力经第二传动轴9、第二太阳轮13、第二行星轮12、第二齿圈11、第三传动轴18、驱动桥19、传递至车轮20；第二传动轴9与第三传动轴18转速方向相反。由于装载机正向行驶和倒向行驶过程中混合动力系统工作模式类似，因此以正向行驶为例。
本发明的工作过程和原理如下：
1.发动机启动模式
根据整车的运行状况，发动机启动模式分为静止启动和行车启动。这两种启动方式的共同特征是：高压蓄能器30释放能量，一号液压泵/马达31以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第五齿轮26、第二齿轮23、第一太阳轮5、第一行星轮6、第一行星架7、第一传动轴2传递到发动机1，发动机1启动。两种子模式的区别是：静止启动时二号液压泵/马达27不工作，第一齿圈8的转速为零，动力传递路线如图2所示；行车启动时二号液压泵/马达27以马达的形式工作，第一齿圈8的转速不为零，动力传递路线如图3所示。
2.纯液压驱动模式
纯液压驱动模式主要用于当液压蓄能器30压力较高时，装载机起步和低速行驶等低负荷工况。此模式下，高压蓄能器30释放能量，二号液压泵/马达27以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第四齿轮25、第三齿轮24、第一齿圈8传递到第二传动轴9，最终输出至车轮20；发动机1和第一行星架7固定，一号液压泵/马达31、第五齿轮26、第二齿轮23和第一太阳轮5空转。此模式下装载机行驶所需全部能量来自高压蓄能器30，动力传递路线如图4所示。
3.发动机单独驱动模式
发动机单独驱动模式主要用于中负荷行驶和高压蓄能器30压力较低时的低负荷行驶，根据整机运行状况，发动机单独驱动模式分为功率直接传递和功率分流两种子模式。当装载机进行中负荷行驶，整机行驶需求功率处于发动机高效区时，为功率直接传递模式；当装载机进行低负荷行驶，整机行驶功率需求低于发动机在高效区提供的最小功率，且高压蓄能器30压力较低时，为功率分流模式。
这两种子模式的共同特征是：发动机1工作，动力经第一传动轴2、第一行星架7、第一行星轮6、第一齿圈8、第二传动轴9，最终输出至车轮20；装载机行驶所需全部动力均来自于发动机1；第三齿轮24、第四齿轮25、第二液压泵/马达27空转。两种子模式的区别是：功率直接传递时，一号液压泵/马达31不工作，发动机1输出的动力全部用于驱动装载机行驶，动力传递路线如图5所示；功率分流时，一号液压泵/马达31以泵的形式工作，将机械能转化为液压油的压力能，使发动机1输出的动力一部分用于驱动装载机行驶，另一部分以液压油的压力能的形式充入高压蓄能器30内，此时装载机处于液压无级变速状态，动力传递路线如图6所示。
4.联合驱动模式
联合驱动模式主要用于铲掘、举升等高负载工况和转换工作场地过程中的最高速行驶。当装载机进行铲掘、举升等工作时，高压蓄能器30释放能量，一号液压泵/马达31不工作，二号液压泵/马达27以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机1共同驱动装载机，动力传递路线如图7所示。当装载机进行最高速行驶时，高压蓄能器30释放能量，一号液压泵/马达31和二号液压泵/马达27均以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机1共同驱动装载机，动力传递路线如图8所示；此时，一号液压泵/马达31反转。
5.制动模式
当高压蓄能器30压力较低且车速高于一定值时，装载机可进行再生制动，二号液压泵/马达27以泵的形式工作，回收的制动能量以液压油的压力能的形式充入高压蓄能器30，动力传递路线如图9所示。
需要指出的是，当二号液压泵/马达27不足以提供所需制动力矩时，装载机将采用再生制动、发动机反拖制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。

Claims (1)

1.一种装载机的功率分流式液压混合动力系统，其特征在于：是由发动机(1)、一号液压泵/马达(31)、二号液压泵/马达(27)、液压工作系统(3)、行星排、传动齿轮、第一传动轴(2)、第二传动轴(9)、第三传动轴(18)、第一锁止器(21)、第二锁止器(22)、高压蓄能器(30)、低压蓄能器(28)以及液控单向阀(29)组成，所述行星排包括第一行星排、第二行星排以及第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮(5)、第一行星轮(6)、第一行星架(7)以及第一齿圈(8)；所述第二行星排包括第二太阳轮(13)、第二行星轮(12)、第二行星架(10)以及第二齿圈(11)；所述第三行星排包括第三太阳轮(17)、第三行星轮(15)、第三行星架(16)以及第三齿圈(14)；所述传动齿轮包括第一齿轮(4)、第二齿轮(23)、第三齿轮(24)、第四齿轮(25)、第五齿轮(26)以及第六齿轮(32)；所述发动机(1)与第一传动轴(2)连接，第一行星架(7)与第一传动轴(2)连接，第六齿轮(32)与第一传动轴(2)通过花键连接，第一齿轮(4)与第六齿轮(32)啮合输出动力到液压工作系统；所述一号液压泵/马达(31)与第五齿轮(26)连接，第二齿轮(23)与第五齿轮(26)啮合，第一太阳轮(5)与第二齿轮(23)固连；所述二号液压泵/马达(27)与第四齿轮(25)连接，第三齿轮(24)与第四齿轮(25)啮合；所述的第一齿圈(8)与第二传动轴(9)连接，第二太阳轮(13)与第二传动轴(9)花键连接；所述第二太阳轮(13)与第三太阳轮(17)固连，第二齿圈(11)与第三行星架(16)固连，第二行星架(10)与第二锁止器(22)一端连接，第二锁止器(22)另一端固连于车架，第三齿圈(14)与第一锁止器(21)连接，第一锁止器(21)另一端固连于车架；所述第三行星架(16)与第三传动轴(18)连接，第三传动轴(18)与驱动桥(19)连接；所述高压蓄能器(30)通过液控单向阀(29)与一号液压泵/马达(31)高压油口液压连接，一号液压泵/马达(31)低压油口与低压蓄能器(28)液压连接；所述高压蓄能器(30)与二号液压泵/马达(27)高压油口液压连接，二号液压泵/马达(27)低压油口与低压蓄能器(28)液压连接。
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