CN107697049B - 轮式混合传动行走机械传动系统 - Google Patents

轮式混合传动行走机械传动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混合传动系统，为解决轮式混合传动行走机械制动能量浪费的问题；提供一种轮式混合传动行走机械传动系统，包括由柱塞泵、行车制动阀、柱塞马达，柱塞泵P油口与柱塞马达P油口连接，柱塞马达S油口经二通液控阀与油箱回路连接，二通液控阀液控端经二位三通阀与柱塞泵P油口或油箱回路导通，二通液控阀弹簧腔和二位三通阀液控端均与行车制动阀输出端连接；柱塞马达S油口与P油口之间依次串联第一单向阀、二通开关阀、第二单向阀，第一单向阀与二通开关阀之间的连接油路上连接有第一蓄能器，二通开关阀液控端与柱塞泵LS油口连接。本发明可实现机器制动能量的回收并在机器启动行走时加以利用。

Description

轮式混合传动行走机械传动系统
技术领域
本发明涉及一种传动系统，更具体地说，涉及一种能够回收制动能量的轮式混合传动行走机械传动系统。
背景技术
在现有轮式工程机械中，尤其是频繁启动、制动的工程机械如装载机，其质量巨大，机器启动行走后，具有巨大的动能。这些机器设备制动时，这巨大的动能基本上都转化为热能浪费掉，造成能源浪费，同时也增加机器的散热负荷和制动装置的磨损。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有轮式机械制动能量问题，而提供一种具有回收制动能量的轮式混合传动行走机械传动系统。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：提供一种轮式混合传动行走机械传动系统，包括由发动机经变速箱驱动的柱塞泵和制动泵、充液阀、行车制动阀、驱动驱动桥箱的柱塞马达，所述制动泵的出油口与所述充液阀的输入端连接，所述充液阀的输出端与行车制动阀的输入端连接，所述行车制动阀的输出端与驱动桥制动器连接，所述柱塞泵的LS油口经控制阀与所述充液阀的输出端连接；其特征在于所述柱塞泵的P油口与所述柱塞马达的P油口连接，所述柱塞马达的S油口经二通液控阀油箱回路连接，所述二通液控阀的液控端经二位三通阀与柱塞泵的P油口或油箱回路导通，所述二通液控阀的弹簧腔和二位三通阀的控制端均与所述行车制动阀的输出端连接；所述柱塞马达的S油口与P油口之间依次串联第一单向阀、二通开关阀、第二单向阀，第一单向阀自所述柱塞马达的S油口向二通开关阀单向导通，所述第二单向阀自二通开关阀向柱塞马达的P油口单向导通，所述第一单向阀与二通开关阀之间的连接油路上连接有第一蓄能器，所述二通开关阀的控制端与所述柱塞泵的LS油口连接。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述油箱回路与柱塞泵的P油口之间连接有向柱塞泵的P油口单向导通的第三单向阀。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，充液阀的输出端与控制阀之间的连接油路上连接有第二蓄能器。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，还包括驻车制动阀，所述驻车制动阀的P油口与充液阀的输出端连接，所述驻车制动阀的A油口与驻车制动器连接。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，还包括与所述驻车制动阀的A油口连接的动力切断开关。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，还包括与所述驻车制动阀的P油口连接的第三蓄能器。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述行车制动阀的输出端上连接有动力切断开关。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述二通液控阀为三位二通阀，其液控端的作用力大于弹簧腔的作用力时处于左位导通，液控端的作用力小于弹簧腔的作用力时处于右位截止。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述控制阀是与轮式行走机械发动机油门踏板联动的三通阀，所述柱塞泵的LS油口通过所述控制阀与所述充液阀的输出端导通连接或与油箱回路连接，所述柱塞泵的LS油口通过所述控制阀与所述充液阀的输出端导通连接时所述二通开关阀处于导通位，所述柱塞泵的LS油口通过所述控制阀与油箱回路导通连接时所述二通开关阀处于截止位。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述行车制动阀的输出端具有压力油输出时，所述二通液控阀的液控端经二位三通阀与油箱回路导通连接；所述行车制动阀的输出端没有压力油输出时，所述二通液控阀的液控端经二位三通阀与柱塞泵的P油口导通连接。
上述轮式混合传动行走机械传动系统中，所述的柱塞泵为单向变量柱塞泵，所述的柱塞马达为单向定量柱塞马达。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1.制动能量回收系统可回收机器制动过程中产生的部分动能，并在整机启动行走的瞬间为行走液压系统提供液压油，实现能量的回收和再利用；
2.制动能量回收系统可减少行走液压系统在制动过程中的发热量，有效延长行走液压系统的使用寿命。且可减少柱塞泵的反向扭矩，保护柱塞泵；
3.制动能量回收系统的蓄能器还可以有效吸收行走液压系统的压力波动，使整机制动过程更平稳，且起步更快；
4.本发明的制动能量回收系统可回收行走机械在前进和后退行驶过程中的制动能量，并再利用；
5.本发明的制动能量回收系统所述的柱塞泵和柱塞马达均为单向柱塞泵或单向柱塞马达，元件成本更低；
附图说明
图1是本发明实施例的液压原理图。
图中零部件名称及序号：
液压油箱1、制动泵2、柱塞泵3、溢流阀4、充液阀5、第二蓄能器6、控制阀7、动力切断开关8、行车制动阀9、第三蓄能器10、驻车制动阀11、动力切断开关12、第一蓄能器13、二通开关阀14、第二单向阀15、柱塞马达16、第一单向阀17、二位三通阀18、二通液控阀19、第三单向阀20、驱动桥箱21、驻车制动器22、行车制动器23、变速箱24。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
本实施例中的轮式混合传动行走机械传动系统可以是轮式混合传动装载机的传动系统，其包括由发动机经变速箱24驱动的柱塞泵3和制动泵2、充液阀5、行车制动阀9、驱动驱动桥箱21的柱塞马达16，制动泵2的S油口从液压油箱1中吸取液压油，从其出油口(P油口)流出。制动泵2的P油口与充液阀5的输入端的P油口连接，充液阀5的输出端具有两个油口，分别是S1油口和S2油口，S1油口与行车制动阀9输入端的P1油口连接，S2油口与行车制动阀9输入端的P2油口连接。行车制动阀9的输出端也具有两个油口，分别是A1油口和A2油口，对应与装载机的驱动桥制动器23中的前后驱动桥制动器和后驱动桥制动器连接。
柱塞泵3的P油口与柱塞马达16的P油口连接，在柱塞泵3的P油口与液压油箱1之间连接有溢流阀4作为安全阀，防止柱塞泵3的P油口的压力超过设计值。
柱塞泵3的LS油口与控制阀7的A油口连接，控制阀7的P油口与充液阀5的S1油口连接。控制阀7是与装载机的发动机油门踏板联动，操作员踩踏油门踏板时，油门踏板的行程越大，控制阀7的上位机能的阀口开度越大，也即控制阀7的P油口至A油口的阀口开度越大，不踩踏油门时，控制阀7处于下机能位，其A油口与油箱回路导通。
柱塞马达16的S油口与二通液控阀19的P油口连接，二通液控阀19的A油口与油箱回路连接，二通液控阀19的a液控端与二位三通阀18的A油口连接，二位三通阀18的P油口与柱塞泵的P油口连接，二位三通阀18的T油口与油箱回路连接。二通液控阀19的弹簧腔即二通液控阀19的b控制端与二位三通阀18的控制端即二位三通阀18的LS端均与行车制动阀9的A2油口连接。
柱塞马达16的S油口还与第一单向阀17的进油端连接，第一单向阀17的出油端同时连接第一蓄能器13和二通开关阀14的P油口连接，二通开关阀14的A油口与第二单向阀15的进油端连接，第二单向阀15的出油端与柱塞马达16的P油口连接，二通开关阀14的控制端(LS端)与柱塞泵3的LS油口连接。
柱塞马达16的P油口还通过第三单向阀20与液压油箱1连接，第三单向阀20自液压油箱1向柱塞马达16的P油口单向导通。
驻车制动阀11的P油口与充液阀5的S2油口连接，驻车制动阀11的A油口同时与驻车制动器22和动力切断开关12连接。驻车制动阀11的P油口还通过管路与第三蓄能器10连接。
控制阀7的P油口通过管路与第二蓄能器6连接，行车制动阀9的A1油口上连接有动力切断开关8。
本实施例中的传动系统工作过程如下：
当驾驶员挂前进挡使装载机前进行走时，驱动桥箱21的某个离合器接合，使柱塞马达16与驱动桥转动方向相同。驾驶员踩下发动机油门踏板，控制阀7移至上机能位，第二蓄能器6输出的压力油通过控制阀7的上机能位(即通过控制阀7的P油口和A油口)进入柱塞泵3的LS油口，使柱塞泵3排量增大，同时使二通开关阀14克服弹簧力移至上机能位(即二通开关阀14的P油口和A油口导通)。柱塞泵3的S油口从液压油箱1吸油并由P油口输出压力油，压力油从柱塞马达16的P油口进入并驱动柱塞马达16转动。由于此时未踩下行车制动阀9的踏板，行车制动阀9处于下机能位，则二通液控阀19的弹簧腔(即二通液控阀19的b控制端)和二位三通阀18的LS端通过行车制动阀9与液压油箱1相通，它们的压力为零，故二位三通阀18在弹簧力作用下处于左机能位，二位三通阀18的A油口与P油口导通，二通液控阀19的a液控端的压力油克服弹簧力使二通液控阀19移至左机能位，使二通液控阀19的P油口与A油口导通，则柱塞马达16的S油口排出的液压油经二通液控阀19的左机能位直接回液压油箱1，由于液压油箱1的回油背压低，故柱塞马达16的S油口排出的液压油无法对第一蓄能器13进行充液。若驾驶员踩下的发动机油门踏板越深，控制阀7越往下移，则控制阀7的上机能位开口度越大，柱塞泵3的LS油口接收到的压力越高，则柱塞泵3的排量越大，且由于发动机转速增大，从而使柱塞马达16运转更快，即整机行驶速度增大。反之，整机行驶速度减小。溢流阀4作为管路的二次保护安全阀，其溢流压力值高于柱塞泵3的压力切断值。
当装载机需要制动时，驾驶员松开发动机油门，控制阀7受弹簧力作用移至下机能位，此时柱塞泵3的LS油口、二通开关阀14的LS端均与液压油箱1相通，则柱塞泵3的排量快速减小直至关闭，且二通开关阀14受弹簧力作用移至下机能位。柱塞泵3排量减小的过程中，整机行驶速度降低。此时驾驶员踩下行车制动阀9的踏板，行车制动阀9的A1油口、A2油口输出制动压力，动力切断开关8检测到制动压力后，即向变速箱24的控制器发出信号，使变速箱24自动挂空挡，实现发动机与柱塞泵3的动力切断。同时，二通液控阀19的b控制端和二位三通阀18的LS端均接收到来自行车制动阀9的A2油口的负载信号，二位三通阀18的负载信号压力克服弹簧力使其移至右机能位，则二通液控阀19的a控制端的压力油经二位三通阀18的右机能位(A油口和T油口)与液压油箱1相通，故二通液控阀19在弹簧力和负载信号压力共同作用下移至右机能位(二通液控阀19的P油口与A油口之间油路截止)，由于机器往前运动的惯性，驱动桥箱21反拖柱塞马达16继续转动，此时柱塞马达16的P油口经第三单向阀20从液压油箱1补油，柱塞马达16的S油口排出的液压油无法经二通液控阀19流回液压油箱1，只能经第一单向阀17进入第一蓄能器13，第一蓄能器13吸收部分液压能，由于踩下行车制动阀9的踏板，制动泵2从液压油箱1吸油并由其P油口排出，液压油由经充液阀5后进入行车制动阀9，并由行车制动阀9的A1油口、A2油口输出压力油进入前、后驱动桥的行车制动器23使整机制动。当整机完全静止后，柱塞马达16停止转动，即第一蓄能器13充液结束，实现能量回收。当整机完全停止后，拉起与驻车制动阀11联动的手柄，驻车制动阀11移至上机能位，驻车制动器22的制动油经驻车制动阀11的下机能位(A油口和T油口)回到液压油箱1，则驻车制动器22的蝶形弹簧夹紧刹车盘，使整机实现驻车制动，同时，动力切断开关12检测到驻车制动器22的制动压力卸荷时，动力切断开关12向变速箱24的控制器发出信号，使变速箱24自动挂空挡，实现发动机与柱塞泵3动力切断。第二蓄能器6在整机熄火情况下，仍然能够向前、后驱动桥的行车制动器23提供部分制动能量。第三蓄能器10在整机熄火情况下，仍然能够向驻车制动器22提供部分制动能量。
当再次启动整机行走时，驾驶员按下与驻车制动阀11联动的手柄，驻车制动阀11移至上机能位，由充液阀9的S2油口和第三蓄能器10输出的压力油经驻车制动阀11的上机能位(P油口和A油口)进入驻车制动器22并顶开其蝶形弹簧，使驻车制动解除。驾驶员踩下发动机油门踏板，则控制阀7再次移至上机能位，此时柱塞泵3排量增大并向柱塞马达16供油，且二通开关阀14移至上机能位(使其P油口与A油口导通)，第一蓄能器13的压力油经二通开关阀14和第二单向阀15向柱塞马达16的P油口供油，实现能量再利用。
当驾驶员挂后退挡使装载机后退行驶时，装载机的传动系统仅由机械传动提供，变速箱与柱塞泵之间的动力输出断开，变速箱通过驱动桥箱驱动驱动桥。此时，驱动桥箱21的另一个离合器接合，使柱塞马达16与驱动桥的转动方向相反，即保证装载机在后退的过程中柱塞马达16的转动方向不发生变化。当驾驶员挂后退挡使装载机后退起步时，驾驶员踩下发动机油门踏板，控制阀7移至上机能位，则制动泵2和第二蓄能器6排出的压力油使二通开关阀14移至上机能位，第一蓄能器13中的液压油通过二通开关阀14进入到柱塞马达的P油口，使柱塞马达16转动，通过驱动桥箱驱动驱动桥。当第一蓄能器13中存储的液压势能用尽时，装载机后退行驶的过程中，驱动桥箱21反拖柱塞马达16转动，柱塞马达16的S口向外排油，柱塞马达16排出的液压油经第一单向阀17、二通开关阀14进入柱塞马达16的P口，则柱塞马达16处于自排自吸的空转状态。第三单向阀20可作为补油单向阀向柱塞马达16的P口补油。当驾驶员在装载机后退的过程中踩下行车制动阀9的踏板实施制动时，二通开关阀14处于截至位，整机的惯性行驶使驱动桥箱反拖柱塞马达16继续转动，柱塞马达16的S油口排出的液压油经第一单向阀17进入到第一蓄能器进行存储，实现装载机后退行驶过程中刹车时的制动能量回收和再利用。

Claims (9)

1.一种轮式混合传动行走机械传动系统，包括由发动机经变速箱(24)驱动的柱塞泵(3)和制动泵(2)、充液阀(5)、行车制动阀(9)、驱动驱动桥箱(21)的柱塞马达(16)，所述制动泵(2)的出油口与所述充液阀(5)的输入端连接，所述充液阀(5)的输出端与行车制动阀(9)的输入端连接，所述行车制动阀(9)的输出端与驱动桥制动器(23)连接，所述柱塞泵(3)的LS油口经控制阀(7)与所述充液阀(5)的输出端连接；其特征在于所述柱塞泵(3)的P油口与所述柱塞马达(16)的P油口连接，所述柱塞马达(16)的S油口经二通液控阀(19)与油箱回路连接，所述二通液控阀(19)的液控端经二位三通阀(18)与柱塞泵(3)的P油口或油箱回路导通，所述二通液控阀(19)的弹簧腔和二位三通阀(18)的控制端均与所述行车制动阀(9)的输出端连接；所述柱塞马达(16)的S油口与P油口之间依次串联第一单向阀(17)、二通开关阀(14)、第二单向阀(15)，第一单向阀(17)自所述柱塞马达(16)的S油口向二通开关阀(14)单向导通，所述第二单向阀(15)自二通开关阀(14)向柱塞马达(16)的P油口单向导通，所述第一单向阀(17)与二通开关阀(14)之间的连接油路上连接有第一蓄能器(13)，所述二通开关阀(14)的控制端与所述柱塞泵(3)的LS油口连接；充液阀(5)的输出端与控制阀(7)之间的连接油路上连接有第二蓄能器(6)。
2.根据权利要求1所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于所述油箱回路与柱塞泵(3)的P油口之间连接有向柱塞泵(3)的P油口单向导通的第三单向阀(20)。
3.根据权利要求1所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于还包括驻车制动阀(11)，所述驻车制动阀(11)的P油口与充液阀(5)的输出端连接，所述驻车制动阀(11)的A油口与驻车制动器(22)连接。
4.根据权利要求3所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于还包括与所述驻车制动阀(11)的A油口连接的动力切断开关(12)。
5.根据权利要求3所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于还包括与所述驻车制动阀(11)的P油口连接的第三蓄能器(10)。
6.根据权利要求1所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于所述行车制动阀(9)的输出端上连接有动力切断开关(8)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于所述二通液控阀(19)为三位二通阀，其液控端的作用力大于弹簧腔的作用力时处于左位导通，液控端的作用力小于弹簧腔的作用力时处于右位截止。
8.根据权利要求7所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于所述控制阀(7)是与轮式行走机械发动机油门踏板联动的三位三通阀，所述柱塞泵(3)的LS油口通过所述控制阀(7)与所述充液阀(5)的输出端导通连接或与油箱回路连接，所述柱塞泵(3)的LS油口通过所述控制阀(7)与所述充液阀(5)的输出端导通连接时所述二通开关阀(14)处于导通位，所述柱塞泵(3)的LS油口通过所述控制阀(7)与油箱回路导通连接时所述二通开关阀(14)处于截止位。
9.根据权利要求1所述的轮式混合传动行走机械传动系统，其特征在于所述行车制动阀(9)的输出端具有压力油输出时，所述二通液控阀(19)的液控端经二位三通阀(18)与油箱回路导通连接；所述行车制动阀(9)的输出端没有压力油输出时，所述二通液控阀(19)的液控端经二位三通阀(18)与柱塞泵的P油口导通连接。
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