CN106428042A - 一种油电液混合静液压驱动系统 - Google Patents

一种油电液混合静液压驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油电液混合静液压驱动系统，采用了液压辅助启动电机、主液压系统和储能系统同时供油加速启动、液压储能系统控制马达扭矩的思路，实现快速启动、快速制动和下坡匀速节能控制等功能，增大爬坡能力的同时降低了整机的装机功率。辅助启动几乎消除了电机的冲击电流，不仅降低了电气元件的额定功率，而且延长了蓄电池的工作寿命和整车的行驶里程。本发明系统采用电机和柴油机作为双动力，实现良好的启动加速性能，也具备良好的低速无级调节能力。高速行驶时切换到机械传动系统，使整机具有更高的传动效率。柴油发动机在电池无电或者地面高速行驶时提供动力，既避免隧道内的尾气污染又保证了车辆的不间断行驶。

Description

一种油电液混合静液压驱动系统
技术领域
本发明属于机电液一体化驱动系统，具体涉及一种油电液混合静液压驱动系统。
背景技术
轨道工程车辆用于铁路工程建设与运营维护，具有牵引、提供作业平台、起重搬运和提供临时动力源等功能，轨道车和作业车应用极为广泛的车种之一。现有普速铁路、高速铁路和地铁用轨道车和作业车的动力配置和驱动系统形式基本相同，绝大多数以柴油机动力和机械变速箱(或液力变速箱)为主。驱动系统主要是为了满足整机牵引的基本功能，没有基于工况的系统参数匹配设计和动力的合理分配与利用，使得发动机很少工作在最佳燃油区，不仅整机效率低而且低速调速特性差。特别在地铁隧道内走行时，经常出现爬坡动力不足和制动距离太长等现象，导致熄火和撞车事件的发生。同时，由于功率利用效果差，使得排放污染严重，工程人员在隧道内的工作环境极差。
基于隧道内排放污染和噪音问题，已有企业单位设计了电机和柴油机的双动力轨道车，低速作业时使用电机驱动(蓄电池供电)，高速作业和电力耗尽时使用柴油机驱动。但是，该双动力车仍旧采用机械或液力变速箱，仍未解决低速特性较差并且整机效率低下的问题和动力配置与行驶里程间的矛盾。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种油电液混合静液压驱动系统，所述系统利用辅助启动、辅助加速、主动压力控制车辆下坡行驶速度提高电池的续航里程、降低车辆的装机密度。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种油电液混合静液压驱动系统，蓄电池、电控系统、电机、第一扭矩转速传感器、第一机械变速器、柴油发动机依次相连，所述第一机械变速器、静液压驱动系统、第二扭矩转速传感器、第二机械变速器和车桥依次相连；
所述静液压驱动系统包括变量泵、变量马达、蓄能器、电液比例阀、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第一控制器和第二控制器；
变量泵的出油口与变量马达的进油口相连，变量泵的进油口与变量马达的出油口相连，形成闭环回路；压差传感器的两个油口分别与比例阀的进出口相连；
第一换向阀的两个工作油口分别与变量泵的出口和蓄能器的入口相连，P口封堵，T口接油箱，第一换向阀的换向控制由第一控制器实现；
第二换向阀的两个工作油口分别与变量泵的入口和蓄能器的入口相连，P口与变量马达的出口相连，T口封堵，第二换向阀的换向动作由第一控制器控制实现；
第三换向阀的两个工作油口分别与变量马达的出口和蓄能器的入口相连，P口封堵，T口接油箱，第三换向阀的换向控制由第二控制器来实现；
补油回路由第一单向阀、第二单向阀、补油泵、溢流阀以及油箱组成，第一单向阀和第二单向阀出油口分别与补油泵的进出油口相连，进油口与补油泵的出油口相连，补油泵的出油口同时并联着溢流阀，进油口接油箱。
进一步的，第一换向阀、第三单向阀、压差传感器、蓄能器、比例阀、第二换向阀和第三换向阀为单独的阀块系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与现有轨道车辆用双动力静液压系统不同，不仅能够消除系统启动时电机的冲击电流，而且加快了电机的启动时间和整机的启动时间，最终降低了车辆的装机功率、提高了车辆的整机功率密度。
附图说明
图1是本发明一种油电液混合静液压驱动系统结构示意图。
图中：蓄电池1；电控系统2；电机3；第一扭矩转速传感器4；柴油发动机5；第一机械变速器6；静液压驱动系统7；第二扭矩转速传感器8；车桥9；变量泵71；溢流阀72；第一单向阀73；第二单向阀74；补油泵75；油箱76；第一换向阀77；第三单向阀78；压差传感器79；蓄能器710；比例阀711；第二换向阀712；第一控制器713、第三换向阀714；第二控制器715；变量马达716。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。由于加速扭矩是整车动力问题的关键因素、电机启动加速期间耗能较大、电流冲击较大，并且静液压系统具有功率密度大和无级调速方便等优点，因此本发明利用创新设计的静液压系统解决车辆的低速无级调速特性、加速启动能力、制动能力和功率密度等问题。
如图1所示，本发明系统主要包括蓄电池1、电控系统2、电机3、第一扭矩转速传感器4、柴油发动机5、第一机械变速器6、静液压驱动系统7、第二扭矩转速传感器8、第二机械变速器和车桥9。其中，静液压驱动系统7的核心元件包括变量泵71、变量马达716、蓄能器710、比例阀711(电液比例阀)、第一换向阀77、第二换向阀712、第三换向阀714、第一控制器713和第二控制器715。
第一换向阀77、第三单向阀78、压差传感器79、蓄能器710、比例阀711、第二换向阀712和第三换向阀714设计为单独的阀块系统，便于安装、调试和维护，同时集成度高、减小了安装体积要求和管道、接头要求，进一步提高了可靠性。变量泵71的出油口与变量马达716的进油口相连，变量泵71的进油口与变量马达716的出油口相连，形成闭环回路。压差传感器79的两个油口分别与比例阀711的进出口相连。
第一换向阀77的两个工作油口分别与变量泵71的出口和蓄能器710的入口相连，P口封堵，T口接油箱76，第一换向阀77的换向控制由第一控制器713实现，以满足系统不同工况下不同的功能需求，主要用来切换辅助启动时和抵挡合流加速时变量泵71出口油路的流向。第二换向阀712的两个工作油口分别与变量泵71的入口和蓄能器710的入口相连，P口与变量马达716的出口相连，T口封堵，换向动作由第一控制器713控制实现，主要用来切换辅助启动和正常行驶时变量马达716出口油液的流向。第三换向阀714的两个工作油口分别与变量马达716的出口和蓄能器710的入口相连，P口封堵，T口接油箱76，换向控制由第二控制器715来实现，主要用来切换辅助启动和制动时变量马达716和蓄能器710的油液流向。
由上述可知，第一换向阀77、第二换向阀712和第三换向阀714的其中一个工作油口通过管接头与蓄能器710入口相连的油口并联在一起，同时，在这个并联管接头与蓄能器710之间串联接入了一个方向控制单元，由比例阀711和第三单向阀78并联构成，相连的油口并联在一起由第二控制器715控制比例阀711的开口大小，以实现蓄能器油液释放及其流量大小。补油回路由第一单向阀73、第二单向阀74、补油泵75、溢流阀72以及油箱76组成，第一单向阀73、第二单向阀74出油口分别于泵的进出油口相连，进油口与补油泵75的出油口相连，补油泵75的出油口同时并联着溢流阀72，进油口接回油箱76。
车辆启动时，先不接通电机电气回路。此时，控制第二换向阀712处于下位，第一换向阀77处于右位，比例阀711处于左位开口状态，蓄能器710内的压力油液释放到变量泵71入口，变量泵71变为马达工况，出口油液通过第一换向阀77回到油箱，带动电机3转动。通过控制比例阀711开口的大小控制电机的加速时间。通过第一扭矩转速传感器4检测电机3转速达到期望转速时，接通电机电气回路，电机3带动变量泵71工作，开始给变量马达716供油，同时切换第二换向阀712到上位，第一换向阀77到左位，第三换向阀714保持在中位，蓄能器710释放继续通过比例阀711左位释放油液通过第一换向阀77的左位与变量泵71的输出油液汇合共同驱动变量马达716加速旋转，完成加速工况。
低挡启动加速结束进入匀速工况后，比例阀711切换到右位，阀口关闭，仅由变量泵71给马达供油，通过减小变量马达716的排量在一定范围内实现高挡位调速。减速和制动工况时，切断电机3的供电，变量泵71停止工作，第三换向阀714切换到下位，第一换向阀77切换到中位，变量马达716工作在泵工况，一方面给蓄能器710充液、回收制动能量，另一方面根据压差传感器79的检测值控制蓄能器710是否释放油液为马达提供辅助制动压差，使其快速制动。
下坡时，通过压差传感器79、比例阀711和变量马达716的马达排量调节联合控制保证低档匀速下坡。蓄电池1没电时，控制机械变速箱内的操纵杆把动力源切换为柴油发动机5，同样可以实现上述的加速启动和制动控制功能，并且提高了整机的工作效率。第一控制器713和第二控制器715接受来自油门信号、制动信号、转速扭矩信号和压差信号根据算法运算输出控制信号控制各换向阀和比例阀的换位阀口大小大小调节，实现在各工况下油液功率参数的合理传递从而最终实现该发明的设计功能。
本发明采用了液压辅助启动电机(内燃机)、主液压系统和储能系统同时供油加速启动、液压储能系统控制马达扭矩的思路，可以实现快速启动、快速制动和下坡匀速节能控制等功能，增大爬坡能力的同时降低了整机的装机功率。辅助启动几乎消除了电机的冲击电流，不仅降低了电气元件的额定功率，而且延长了蓄电池的工作寿命和整车的行驶里程。本发明系统采用电机和柴油机作为双动力，隧道内低速行驶(作业)时通过静液压系统驱动，除了实现良好的启动加速性能之外同时具备良好的低速无级调节能力；高速行驶时切换到机械传动系统，使整机具有更高的传动效率。柴油发动机在电池无电或者地面高速行驶时提供动力，既避免隧道内的尾气污染又保证了车辆的不间断行驶。
本发明驱动系统为油电液混联混合动力系统，其中电液为串联混合动力，油液为串联混合动力，油电为并联混合动力。系统由基本的静液压闭式系统、机械变速箱(分动、变速、离合)和液压蓄能辅助启动及制动控制模块组成。本发明的核心在于把液压蓄能辅助启动及制动控制模块集成在静液压闭式系统中，利用液压能辅助启动电机的思路消除电机启动时的大电流冲击并且加快启动时间；利用储能释放与额定转速(甚至短暂超速)电机泵合流提高启动扭矩；利用储能的比例与分时控制方式回收制动能量和保持车辆下坡时的匀速行驶，同时缩短了整车制动距离。

Claims (2)

1.一种油电液混合静液压驱动系统，其特征在于，
蓄电池(1)、电控系统(2)、电机(3)、第一扭矩转速传感器(4)、第一机械变速器(6)、柴油发动机(5)依次相连，所述第一机械变速器(6)、静液压驱动系统(7)、第二扭矩转速传感器(8)、第二机械变速器和车桥(9)依次相连；
所述静液压驱动系统(7)包括变量泵(71)、变量马达(716)、蓄能器(710)、比例阀(711)、第一换向阀(77)、第二换向阀(712)、第三换向阀(714)、第一控制器(713)和第二控制器(715)；
变量泵(71)的出油口与变量马达(716)的进油口相连，变量泵(71)的进油口与变量马达(716)的出油口相连，形成闭环回路；压差传感器(79)的两个油口分别与比例阀(711)的进出口相连；
第一换向阀(77)的两个工作油口分别与变量泵(71)的出口和蓄能器(710)的入口相连，P口封堵，T口接油箱(76)，第一换向阀(77)的换向控制由第一控制器(713)实现；
第二换向阀(712)的两个工作油口分别与变量泵(71)的入口和蓄能器(710)的入口相连，P口与变量马达(716)的出口相连，T口封堵，第二换向阀(712)的换向动作由第一控制器(713)控制实现；
第三换向阀(714)的两个工作油口分别与变量马达(716)的出口和蓄能器(710)的入口相连，P口封堵，T口接油箱(76)，第三换向阀(714)的换向控制由第二控制器(715)来实现；
补油回路由第一单向阀(73)、第二单向阀(74)、补油泵(75)、溢流阀(72)以及油箱(76)组成，第一单向阀(73)和第二单向阀(74)出油口分别与补油泵(75)的进出油口相连，进油口与补油泵(75)的出油口相连，补油泵(75)的出油口同时并联溢流阀(72)，进油口接油箱(76)。
2.如权利要求1所述的一种油电液混合静液压驱动系统，其特征在于，所述第一换向阀(77)、第三单向阀(78)、压差传感器(79)、蓄能器(710)、比例阀(711)、第二换向阀(712)和第三换向阀(714)为单独的阀块系统。
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