CN105864228B - 一种作业车辆的机电液速度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种作业车辆的机电液速度控制系统，它包括一组机电液系统，该系统设有行走液压马达和工作装置液压马达，行走液压马达和工作装置液压马达之间依次安装有速度传感器、控制器、步进电机和转速调节装置，速度传感器检测行走液压马达的转速，控制器接收转速信号，并根据行走液压马达和工作装置液压马达的速比公式，计算出工作装置液压马达的目标转速，从而控制步进电机输出工作装置液压马达的目标转速给转速调节装置，并与转速调节装置检测到的工作装置液压马达的实际转速相比较，比较值通过转速调节装置的调节输出口控制流量调节器的开口大小，使工作装置液压马达的转速能够跟踪行走液压马达的转速，以保持两者的转速比值在规定的范围内。

Description

一种作业车辆的机电液速度控制系统

技术领域

本发明涉及液压传动与控制领域，具体是一种作业车辆的机电液速度控制系统。

背景技术

作业车辆的行走速度与工作装置转速的匹配是确保作业车辆工作效率和工作质量的先决条件，能有效避免或减少工作装置多转和少转现象。目前，控制调节工作装置马达转速的方法主要有以下两种：一是通过手动调节流量阀的开口大小或调节变量泵的变量调节机构来控制进入工作装置液压马达的流量从而控制其转速；二是通过控制调节电液比例阀或电液伺服阀的开口大小来控制进入工作装置液压马达的流量从而控制其转速。第一种方法属于开环控制，工作装置液压马达的转速不能自动跟踪行走液压马达转速的变化，使两者的转速比保持在一定的范围内；第二种方法的不足之处是成本高，抗干扰能力不强，对油液的过滤精度要求高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、抗干扰能力强、可靠性高的作业车辆的机电液速度控制系统，使工作装置液压马达的转速能自动跟踪行走液压马达转速变化，而且抗干扰能力强。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：

本发明一种作业车辆的机电液速度控制系统，包括一组控制车辆行走及工作装置转动的机电液系统，该机电液系统设有行走液压马达和工作装置液压马达，所述机电液系统的行走液压马达和工作装置液压马达之间依次安装有速度传感器、控制器、步进电机和转速调节装置，速度传感器检测行走液压马达的转速并产生转速信号，控制器接收速度传感器输出的转速信号，并根据行走液压马达和工作装置液压马达的速比公式，计算出工作装置液压马达的目标转速，并将计算出的目标转速通过信号输出端传输至步进电机，步进电机的输出轴与转速调节装置的目标转速输入端口相连接，工作装置液压马达和控制工作装置液压马达转速的流量调节器分别与转速调节装置的检测转速输入端口和调节输出端口相连接，转速调节装置的目标转速输入口和检测转速输入口分别检测到行走液压马达和工作装置液压马达的转速，当工作装置液压马达的转速与目标转速不相等时，通过转速调节装置的调节输出口控制流量调节器的开口大小来调节工作装置液压马达的转速，使工作装置液压马达的转速能够跟踪行走液压马达的转速。

本发明所述转速调节装置的结构是：它包括箱体，箱体内安装有十字轴，十字轴由形成刚性连接的横轴和纵轴构成，横轴的两端分别通过轴承安装有第一锥齿轮和第三锥齿轮，纵轴的两端分别通过轴承安装有第二锥齿轮和第四锥齿轮，第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮和第四锥齿轮分别位于十字轴的四个方向上，并且相邻之间相互啮合；第一锥齿轮与输入轴形成固定连接，输入轴作为目标转速输入端口与步进电机连接并作同步转动；第三锥齿轮作为检测转速输入端口与工作装置液压马达连接并作同步转动，横轴通过轴承安装在箱体上，横轴的一端与流量调节器形成连接，第一锥齿轮与第三锥齿轮大小相等，转向相反。

本发明所述第三锥齿轮的侧边固定有圆柱齿轮二，圆柱齿轮二与相连接的工作装置液压马达输出轴上的圆柱齿轮一通过传送带连接。

本发明所述机电液系统接有一个改变工作装置液压马达供油方向的三位四通换向阀，并置配一个液压泵和油箱，液压泵的输出分两路，其中一路与三位四通换向阀的进油口连接，另一路与溢流阀的进油口连接，溢流阀的出油口与油箱连接。

本发明所述控制工作装置液压马达转速的流量调节器为节流阀或调速阀或液压泵的排量调节器。

本发明的突出优点在于：

与传统的速度伺服控制系统相比，本发明兼顾了电控的灵活性和机液速度伺服控制的经济性和可靠性，可以减少比例放大器、比例阀以及速度传感器，能直接接受数字信号，抗干扰性好，成本低，可应用于振动冲击、油污、潮湿、粉尘及高温等恶劣环境。

附图说明

图1为本发明实施例1的连接结构示意图。

图2为本发明实施例2的连接结构示意图。

图3为本发明采用的转速调节装置装配爆炸示意图。

图4为图3的装配剖视图。

图5为图3所示的十字轴放大示意图。

图1—图2中：1—行走液压马达，2—速度传感器，3—控制器，4—步进电机，5—转速调节装置，6—工作装置液压马达，7—三位四通换向阀，8—溢流阀，9—油箱，10—液压泵，11—流量调节器，12—圆柱齿轮一；

图3—图5中：13—输入轴，14—连接键，15—轴承固定盘，16—轴承，17—轴套，18—第一锥齿轮，19—六角头螺栓组，20—轴承，21—上盖，22—十字轴，22-1—纵轴，22-2—横轴，23—轴承，24—第二锥齿轮，25—轴承，26—轴承挡圈，27—内六角圆柱头螺钉，28—轴承，29—第三锥齿轮，30—轴套，31—轴承，32—轴承固定盘，33—圆柱齿轮二，34—内六角圆柱头螺钉组，35—弹簧垫圈组，36—六角螺母组，37—底座，38—轴承，39—第四锥齿轮，40—轴承，41—轴承挡圈，42—内六角圆柱头螺钉。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1，如图1所示，本发明作业车辆的机电液速度控制系统，包括一组控制车辆行走及工作装置转动的机电液系统，该机电液系统设有行走液压马达1、工作装置液压马达6和三位四通换向阀7，工作装置液压马达6输出轴上设有圆柱齿轮一12，行走液压马达1与工作装置液压马达6之间依次安装有速度传感器2、控制器3、步进电机4、转速调节装置5；速度传感器2检测行走液压马达1的转速并产生转速信号，控制器3接收速度传感器2输出的转速信号，并根据行走液压马达和工作装置液压马达的速比公式，计算出工作装置液压马达6的目标转速，并将计算出的目标转速通过信号输出端传输至步进电机4，步进电机4的输出轴与转速调节装置5的目标转速输入端口相连接，工作装置液压马达6和控制工作装置液压马达转速的流量调节器11分别与转速调节装置5的检测转速输入端口和调节输出端口相连接，转速调节装置5的目标转速输入口和检测转速输入口分别检测到行走液压马达1和工作装置液压马达6的转速，在行走液压马达1和工作装置液压马达6的转速不相协调时，通过转速调节装置5的调节输出口控制流量调节器11的开口大小，使工作装置液压马达的转速能够跟踪行走液压马达的转速，以保持两者的转速比值在规定的范围内。

本发明所述的流量调节器11可以是节流阀或调速阀或液压泵的排量调节器等流量调节机构。

本发明所述的工作装置液压马达6可以是甘蔗联合收割机砍蔗刀盘液压马达，或者是垃圾清扫车滚扫刷子液压马达，等等。

本发明采用的转速调节装置5的结构见图3、图4和图5所示，它包括底座37、上盖21、十字轴22、第一锥齿轮18、第二锥齿轮24、第三锥齿轮29、第四锥齿轮39、圆柱齿轮二33及输入轴13，上盖21通过六角头螺栓组19、弹簧垫圈组35及六角螺母组36与底座37固定连接形成箱体结构，箱体内安装有十字轴22，十字轴22由横轴22-2和纵轴22-1形成刚性连接，横轴22-2和纵轴22-1均为阶梯轴，横轴22-2和纵轴22-1上加工有用于轴承定位的轴肩；第一锥齿轮18和第三锥齿轮29分别安装在横轴22-2的左端和右端，第二锥齿轮24和第四锥齿轮39分别安装在纵轴22-1的上端和下端，第一锥齿轮18、第二锥齿轮24、第三锥齿轮29和第四锥齿轮39分别位于十字轴22的四个方向上，并且相邻之间相互啮合。第一锥齿轮18与第三锥齿轮29大小相等，转向相反。第一锥齿轮18同时与输送目标转速的输入轴13形成固定连接，输入轴13与步进电机4连接并作同步旋转；圆柱齿轮二33同时与工作装置液压马达6输出轴上的圆柱齿轮一12通过皮带或其它传送带连接并作同步旋转。

转速调节装置5的横轴22-2通过轴承安装在箱体上，第一锥齿轮18左侧边加工有一段直径小于齿轮外径的空心短轴，短轴外安装有轴套17及套在轴套17上的轴承16，轴套17的外径稍小于轴承16的内圈大径，轴承16上安装有轴承固定盘15，轴承16的外圈与轴承固定盘15的内孔形成过盈配合，第一锥齿轮18的轴孔上加工有阶梯孔和供连接键14卡入的键槽，轴承20安装在阶梯孔内，其外圈与阶梯孔形成过盈配合，轴承20的内圈由十字轴22上的定位轴肩定位；第三锥齿轮29右侧边加工有一段直径小于齿轮外径的空心短轴，短轴外安装有轴套30及套在轴套30上的轴承31，轴套30的外径稍小于轴承31的内圈大径，轴承31上安装有轴承固定盘32，轴承31的外圈与轴承固定盘32的内孔形成过盈配合，第三锥齿轮29的轴孔内加工有阶梯孔，轴承28安装在阶梯孔内，其外圈与阶梯孔形成过盈配合，轴承28的内圈由十字轴22上的定位轴肩定位；第三锥齿轮29与圆柱齿轮二33通过内六角圆柱头螺钉组34固定连接；底座37及上盖21内均加工有用于安装轴承固定盘15及轴承固定盘32的内腔阶梯孔，轴承固定盘15和轴承固定盘32固定在内腔阶梯孔上。第二锥齿轮24外侧加工有一段空心短轴，第二锥齿轮24的轴孔内加工有阶梯孔，用于安装轴承23及轴承25，轴承23的内圈由十字轴22上的定位轴肩定位，轴承25由轴承挡圈26及内六角圆柱头螺钉27定位在十字轴22上；第四锥齿轮39与第二锥齿轮24尺寸和形状相同，轴承38及轴承40安装在第四锥齿轮39的阶梯孔内，轴承38的内圈由十字轴22上的定位轴肩定位，轴承40由轴承挡圈41及内六角圆柱头螺钉42卡在十字轴22上。由于十字轴22的横轴22-2两端安装有轴承20和轴承28，十字轴22及安装在其上面的其他零部件构成的整体可绕横轴22-2转动，同时横轴22-2也转动，横轴22-2作为调节输出端口与流量调节器11连接，旋转的横轴22-2同时驱动流量调节器11调节流量大小。

对照图1，本发明的液压系统配置有一个液压泵10和油箱9，液压泵10的进油口从油箱9吸油，出油口分为两条支路，一条支路与溢流阀8的进油口相连，溢流阀8的出油口与油箱9相连，溢流阀8调定系统最高压力，起到过载保护的作用；另一条支路与三位四通换向阀7的7P油口相连，三位四通换向阀7改变工作装置液压马达6所在油路的液流方向，从而使工作装置液压马达6变换旋转方向，三位四通换向阀7的7A油口与流量调节器11的进油口相连，流量调节器11的出油口与工作装置液压马达6的进油口相连，流量调节器11的阀芯调节杆与转速调节装置5的十字轴22的横轴右端相连，工作装置液压马达6的出油口与三位四通换向阀7的7B油口相连，三位四通换向阀7的7T油口与油箱9相连。

本发明的工作原理如下：

对照图1，速度传感器2检测到行走液压马达1的转速n₁，控制器3根据速度传感器2检测到的行走液压马达1的速度n₁通过内部运算计算出工作装置液压马达的目标转速n_目标，控制器3将计算出的工作装置液压马达的目标转速n_目标传递给步进电机4，从而控制步进电机4输出大小相等方向相反的工作装置液压马达的目标转速n_目标给转速调节装置5的输入轴13，通过输入轴13输入的工作装置液压马达的目标转速n_目标与转速调节装置5的圆柱齿轮二33检测到的工作装置液压马达转速n₂比较，利用十字轴22的横轴右端输出的转速差n_差＝|n_目标-n₂|来调节流量调节器11的阀芯调节杆运动。当转速n₂等于转速n_目标时，十字轴22静止不动；当转速n₂大于n_目标时，十字轴22的横轴与工作装置液压马达6的转速n₂同方向转动并带动流量调节器11的阀芯调节杆运动使流量减小，工作装置液压马达6输出转速n₂降低直至等于n_目标；当转速n₂小于n_目标时，十字轴22的横轴与输入轴13的转速n_目标同方向转动并带动流量调节器11的阀芯调节杆运动使流量增大，工作装置液压马达6输出转速n₂增大直至等于n_目标。通过上述工作原理，从而控制工作装置液压马达6的转速随时跟踪行走液压马达1的转速，并与之相匹配。

实施例2：其结构与实施例1基本相同，区别仅在于转速调节装置5的横轴22-2作为调节输出端口直接与液压泵10中的排量调节器连接，取消独立设置的流量调节器11。

对照图2，速度传感器2检测到行走液压马达1的转速n₁，控制器3根据速度传感器2检测到的行走液压马达1的速度n₁通过内部运算计算出刀盘液压马达的目标转速n_目标，控制器3将计算出的刀盘液压马达的目标转速n_目标传递给步进电机4，从而控制步进电机4输出(大小相等方向相反的)刀盘液压马达的目标转速n_目标给转速调节装置5的输入轴13，通过输入轴13输入的刀盘液压马达的目标转速n_目标与转速调节装置5的圆柱齿轮二33检测到的刀盘液压马达转速n₂比较，利用十字轴22的横轴右端输出的转速差n_差＝|n_目标-n₂|来调节液压泵10的排量调节器运动。当转速n₂等于转速n_目标时，十字轴22静止不动；当转速n₂大于n_目标时，十字轴22的横轴与刀盘液压马达6的转速n₂同方向转动并带动液压泵10的排量调节器运动使流量减小，刀盘液压马达6输出转速n₂降低直至等于n_目标；当转速n₂小于n_目标时，十字轴22的横轴与输入轴13的转速n_目标同方向转动并带动液压泵10的排量调节器运动使流量增大，刀盘液压马达6输出转速n₂增大直至等于n_目标。通过上述工作原理，从而控制刀盘液压马达6的转速随时跟踪行走液压马达1的转速，并与之相匹配。

本发明并不局限于上述实施例，亦可实施于其他各类旋转机械转速的跟踪与调节。

Claims (4)

1.一种作业车辆的机电液速度控制系统，包括一组控制车辆行走及工作装置转动的机电液系统，该机电液系统设有行走液压马达和工作装置液压马达，其特征在于，所述机电液系统的行走液压马达和工作装置液压马达之间依次安装有速度传感器、控制器、步进电机和转速调节装置，速度传感器检测行走液压马达的转速并产生转速信号，控制器接收速度传感器输出的转速信号，并根据行走液压马达和工作装置液压马达的速比公式，计算出工作装置液压马达的目标转速，并将计算出的目标转速通过信号输出端传输至步进电机，步进电机的输出轴与转速调节装置的目标转速输入端口相连接，工作装置液压马达和控制工作装置液压马达转速的流量调节器分别与转速调节装置的检测转速输入端口和调节输出端口相连接，转速调节装置的目标转速输入口和检测转速输入口分别检测到行走液压马达和工作装置液压马达的转速，当工作装置液压马达的转速与目标转速不相等时，通过转速调节装置的调节输出口，控制流量调节器的开口大小来调节工作装置液压马达的转速，使工作装置液压马达的转速能够跟踪行走液压马达的转速；所述转速调节装置的结构是：它包括箱体，箱体内安装有十字轴(22)，十字轴(22)由形成刚性连接的横轴和纵轴构成，横轴的两端分别通过轴承安装有第一锥齿轮(18)和第三锥齿轮(29)，纵轴的两端分别通过轴承安装有第二锥齿轮(24)和第四锥齿轮(39)，第一锥齿轮(18)、第二锥齿轮(24)、第三锥齿轮(29)和第四锥齿轮(39)分别位于十字轴(22)的四个方向上，并且相邻之间相互啮合；第一锥齿轮(18)与输入轴(13)形成固定连接，输入轴(13)作为目标转速输入端口与步进电机连接并作同步转动；第三锥齿轮(29)作为检测转速输入端口与工作装置液压马达连接并作同步转动，横轴通过轴承安装在箱体上，横轴的一端与流量调节器形成连接，第一锥齿轮(18)与第三锥齿轮(29)大小相等，转向相反。

2.根据权利要求1所述作业车辆的机电液速度控制系统，其特征在于，所述第三锥齿轮(29)的侧边固定有圆柱齿轮二(33)，圆柱齿轮二(33)与相连接的工作装置液压马达输出轴上的圆柱齿轮一(12)通过传送带连接。

3.根据权利要求1或2所述作业车辆的机电液速度控制系统，其特征在于，所述机电液系统接有一个改变工作装置液压马达供油方向的三位四通换向阀，并置配一个液压泵和油箱，液压泵的输出分两路，其中一路与三位四通换向阀的进油口连接，另一路与溢流阀的进油口连接，溢流阀的出油口与油箱连接。

4.根据权利要求1或2所述作业车辆的机电液速度控制系统，其特征在于，所述控制工作装置液压马达转速的流量调节器为节流阀或调速阀或液压泵的排量调节器。