CN106945678A - 一种电液轨道车的高效动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电液轨道车的高效动力驱动系统，电池及供电系统、电机、第一扭矩转速传感器、分动箱、泵组、溢流阀、第四电磁换向阀、变量马达、减速箱、第二扭矩转速传感器、轮对依次相连；还设置有低压蓄能器，所述低压蓄能器接入闭式回路的回油路；还包括电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU为轨道车的决策单元，采集驱动系统中各传感元件输出信号，计算、决策，输出相应地控制信号给电机控制系统和各变量单元。本发明针对轨道车辆不同的速度要求，合理的选择泵组合，使泵组排量在满足车速要求的同时，保证工作的每个泵都有较高的传动效率，从而保证整个驱动系统具有高效性。

Description

一种电液轨道车的高效动力驱动系统
技术领域
本发明属于车辆与移动机械的驱动系统领域，具体涉及一种电液轨道车的高效动力驱动系统。
背景技术
轨道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。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等问题，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。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种电液轨道车的高效动力驱动系统，将静液压系统中的所需的大排量变量泵分成几个小排量变量泵并联构成，针对轨道车辆不同的速度要求，合理的选择泵组合，使泵组排量在满足车速要求的同时，保证工作的每个泵都有较高的传动效率，从而保证整个驱动系统具有高效性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种电液轨道车的高效动力驱动系统，电池及供电系统、电机、第一扭矩转速传感器、分动箱、泵组、溢流阀、第四电磁换向阀、变量马达、减速箱、第二扭矩转速传感器、轮对依次相连；还设置有低压蓄能器，所述低压蓄能器接入闭式回路的回油路；
所述泵组为若干泵源并联而成，即每个泵源的出油口相连，进油口相连；每个泵源包括单向阀、电磁换向阀和变量泵，泵源的具体结构为：单向阀串联在变量泵出油口，电磁换向阀与变量泵并联；
还包括电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU为轨道车的决策单元，采集驱动系统中各传感元件输出信号，计算、决策，输出相应地控制信号给电机控制系统和各变量单元。
进一步的，所述泵源为3组，具体连接为：第一单向阀串联在第一变量泵出油口，第一电磁换向阀与第一变量泵并联，组成第一泵源；第二单向阀串联在第二变量泵出油口，第二电磁换向阀与第二变量泵并联，组成第二泵源；第三单向阀串联在第三变量泵出油口，第三电磁换向阀与第三变量泵并联，组成第三泵源；所述第一泵源、第二泵源和第三泵源的出油口相连，进油口相连。
进一步的，所述溢流阀与泵组的具体连接关系为：所述溢流阀进油口与泵组出油口相连，溢流阀出油口与泵组进油口相连。
进一步的，所述泵组、第四电磁换向阀和变量马达的具体连接关系为：泵组、第四电磁换向阀、变量马达串联连接，泵组出油口与第四电磁换向阀P口相连，第四电磁换向阀A口与变量马达进油口相连，变量马达出油口与第四电磁换向阀B口相连，第四电磁换向阀T口与泵组进油口相连，泵组和变量马达构成闭式回路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与现有轨道车用双动力静液压系统不同，该系统通过电液系统的特性代偿使电机和变量泵在无级调速过程中均保持较高的效率，解决了目前轨道车低速走行效率较低的问题，并且有利于提高整车低速走行的稳定性。
该动力驱动系统为电液混合动力系统，以蓄电池作为动力源，解决传统柴油机轨道车行驶在地铁或铁路长隧道内排污严重、工作人员工作环境恶劣等问题。以静液压传动系统作为驱动系统，利用静液压传动具备的无级调速功能，满足轨道车在不同工况下对车速的不同要求，代替传统轨道车对内燃机或牵引电机转速的调节，使内燃机或牵引电机始终工作在额定转速附近，保持原动机具有较高的效率。
基于静液压的电液混合轨道车车速在0至最大车速范围内调节时，实际上就是调节变量泵、马达的排量。但变量泵、马达传动效率受随实际排量的减小而降低，且当实际排量处于低范围内(实际排量/最大排量<0.5)时，降幅较大，实际排量处于高范围内时，变化较缓。本发明将静液压系统中的所需的大排量变量泵分成几个小排量变量泵并联构成，针对轨道车辆不同的速度要求，合理的选择泵组合，使泵组排量在满足车速要求的同时，保证工作的每个泵都有较高的传动效率，保证整个驱动系统具有高效性。
附图说明
图1是本发明一种电液轨道车的高效动力驱动系统结构示意图。
图中：电池及供电系统1；电机2；第一扭矩转速传感器3；分动箱4；泵组5；低压蓄能器6；溢流阀7；第四电磁换向阀8；变量马达9；减速箱10；第二扭矩转速传感器11；轮对12；ECU 13；第一变量泵51；第一单向阀52；第一电磁换向阀53；第二变量泵54；第二单向阀55；第二电磁换向阀56；第三变量泵57；第三单向阀58；第三电磁换向阀59。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明系统主要包括电池及供电系统1、电机2、第一扭矩转速传感器3、分动箱4、泵组5、低压蓄能器6、溢流阀7、第四电磁换向阀8、变量马达9、减速箱10、第二扭矩转速传感器11、轮对12、电子控制单元ECU 13。其中，泵组5的核心元件包括第一变量泵51、第一单向阀52、第一电磁换向阀53、第二变量泵54、第二单向阀55、第二电磁换向阀56、第三变量泵57、第三单向阀58、第三电磁换向阀59。
电池及供电系统1、电机2、第一扭矩转速传感器3、分动箱4依次串联组成电液混合驱动系统中的电传动部分，电机2所输出的转速、扭矩通过第一扭矩转速传感器3传递给电子控制单元ECU 13。同时，电子控制单元ECU 13可输出控制信号给电池及供电系统1来调定电机2的转速等参数。
泵组5、第四电磁换向阀8、变量马达9串联连接，构成电液混合驱动系统中的静液压传动部分，泵组5出油口与第四电磁换向阀8的P口相连，第四电磁换向阀8的A口与变量马达9进油口相连，变量马达9出油口与第四电磁换向阀8的B口相连，第四电磁换向阀8的T口与泵组5进油口相连，泵组5、变量马达9构成一个闭环回路。
静液压系统的最高工作压力由于泵组5并联的溢流阀7调定。
泵组5主要元件包括三个小排量变量泵、三个单向阀、三个电磁换向阀，其中第一变量泵51与第一电磁换向阀53并联，第一变量泵51与第一单向阀52串联，构成第一泵源。类似的，第二变量泵54、第二电磁换向阀56、第二单向阀55构成第二泵源，第三变量泵57、第三电磁换向阀59、第三单向阀58构成第三泵源，三个小排量泵源并联组成一个大排量泵组，以满足轨道车速度调节要求。当轨道车需要低速工作时，电子控制单元ECU 13根据目标车速、马达排量等系统实时参数计算出泵组实际排量(远小于泵组最大排量)，再根据第一变量泵51、第二变量泵54、第三变量泵57的最大排量决策出那些泵处于工作状态，哪些泵处于卸荷状态(与泵并联的电磁换向阀左位导通)，并确保每个处于工作状态的变量泵实际排量处于高排量范围，避免因变量泵处于低排量范围而导致其转动效率较低，进而影响整个混合驱动系统效率。
必要时，在保证电机效率的前提下可微调电机2的转速来调节轨道车速度。
电液混合驱动系统静液压传动部分中，泵组5与变量马达9之间串联了第四电磁换向阀8，在不改变电机2或泵组5转动方向的前提下，电子控制单元ECU 13可通过改变第四电磁换向阀8导通腔位，实现变量马达9反向转动，进而可实现轨道车后退功能。
在闭式回路的回油路上接入低压蓄能器6，当轨道车工作速度变化，静液压系统流量变大时，低压蓄能器6充当油箱为系统提供油液。
变量马达9通过减速箱10驱动轨道车轮对12，轮对12上的第二扭矩转速传感器11将轨道车行驶状态传递给电子控制单元ECU 13，以便电子控制单元ECU 13根据指令做出相应决策。

Claims (4)

1.一种电液轨道车的高效动力驱动系统，其特征在于，
电池及供电系统(1)、电机(2)、第一扭矩转速传感器(3)、分动箱(4)、泵组(5)、溢流阀(7)、第四电磁换向阀(8)、变量马达(9)、减速箱(10)、第二扭矩转速传感器(11)、轮对(12)依次相连；
还设置有低压蓄能器(6)，所述低压蓄能器(6)接入闭式回路的回油路；
所述泵组(5)为若干泵源并联而成，即每个泵源的出油口相连，进油口相连；每个泵源包括单向阀、电磁换向阀和变量泵，泵源的具体结构为：单向阀串联在变量泵出油口，电磁换向阀与变量泵并联；
还包括电子控制单元ECU，所述电子控制单元ECU为轨道车的决策单元，采集驱动系统中各传感元件输出信号，计算、决策，输出相应地控制信号给电机控制系统和各变量单元。
2.如权利要求1所述的一种电液轨道车的高效动力驱动系统，其特征在于，所述泵源为3组，具体连接为：
第一单向阀(52)串联在第一变量泵(51)出油口，第一电磁换向阀(53)与第一变量泵(51)并联，组成第一泵源；
第二单向阀(55)串联在第二变量泵(54)出油口，第二电磁换向阀(56)与第二变量泵(54)并联，组成第二泵源；
第三单向阀(58)串联在第三变量泵(57)出油口，第三电磁换向阀(59)与第三变量泵(57)并联，组成第三泵源；
所述第一泵源、第二泵源和第三泵源的出油口相连，进油口相连。
3.如权利要求1或2所述的一种电液轨道车的高效动力驱动系统，其特征在于，所述溢流阀(7)与泵组(5)的具体连接关系为：
所述溢流阀(7)进油口与泵组(5)出油口相连，溢流阀(7)出油口与泵组(5)进油口相连。
4.如权利要求1或2所述的一种电液轨道车的高效动力驱动系统，其特征在于，所述泵组(5)、第四电磁换向阀(8)和变量马达(9)的具体连接关系为：
泵组(5)、第四电磁换向阀(8)、变量马达(9)串联连接，泵组(5)出油口与第四电磁换向阀(8)P口相连，第四电磁换向阀(8)A口与变量马达(9)进油口相连，变量马达(9)出油口与第四电磁换向阀(8)B口相连，第四电磁换向阀(8)T口与泵组(5)进油口相连，泵组(5)和变量马达(9)构成闭式回路。
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