CN108644341A - 一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法，传动箱包括：箱体、液力变矩器、高速液力偶合器、低速液力偶合器、液力缓速器、控制泵和控制装置。本发明将现有液力传动轨道工程车中的运转变矩器换成了两个偶合器，提高液力传动效率，最高传动效率可达到97％，本发明编组灵活，能够克服黏着牵引限制实现较大牵引力、动力制动力、牵引加速度和动力制动减速度。

Description

一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法

技术领域

本发明涉及液力传动技术领域，更具体的说是涉及一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法。

背景技术

轨道车是铁路工程、公务和电务部门为新建、维修、保养铁路而运送器材、人员和处理紧急事故的重要交通工具。轨道车用途广泛，要求传递的功率范围大；既有要求高速运行的，又有要求低速大牵引吨位的，并且轨道车上要求有足够大的空间供司机和其他作业人员生活和休息。

液力传动牵引具有良好的“牛马特性”，低速时具有高牵引力，高速时具有低牵引力，能够自动地随着负载的变化而无级地调节轨道车速度。由于力矩传递是液体传递，泵轮、涡轮之间无刚性连接，因而液力传动是无级变速的，无摩擦易耗件，具有较好的隔振减振和过载保护性能。

目前，轨道工程车传动箱多数采用两个变矩器的液力传动方式，这种自动换挡控制器通过负荷反应器和速度反应器反应发动机的负荷和机车速度，二者共同作用产生换挡动作，但是这种传动效率比较低，液力元件传动的最高効率能达到86％左右，而且换挡控制因素多，影响换挡的及时性跟快速性。

因此，如何提供一种牵引力大、传动速度高、传动效率高、制动效果好，基于速度识别自动切换不同的液力元件工作以适应不同工作工况的轨道工程车辆液力传动箱及其控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法，将现有液力传动轨道工程车中的运转变矩器换成了两个偶合器，提高液力传动效率，最高传动效率可达到97％，本发明编组灵活，能够克服黏着牵引限制实现较大牵引力、动力制动力、牵引加速度和动力制动减速度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，包括：箱体、液力变矩器、高速液力偶合器、低速液力偶合器、液力缓速器、控制泵和控制装置；

所述箱体上通过轴承支撑有动力输入轴，所述动力输入轴上安装有动力输入齿轮，所述动力输入齿轮根据不同的工作要求选择与第一升速齿轮或者第二升速齿轮啮合，所述第一升速齿轮安装在第一传动轴上，所述第二升速齿轮安装在第二传动轴上，所述第一传动轴和所述第二传动轴均通过轴承支撑在所述箱体内；所述液力变矩器和所述低速液力偶合器均安装在所述第一传动轴上；所述高速液力偶合器和所述液力缓速器安装在所述第二传动轴上；

所述控制泵与所述控制装置电性连接，接收所述控制装置指令；设置在所述箱体下方的所述控制泵在所述控制装置的控制下能够对所述液力变矩器、所述高速液力偶合器、所述低速液力偶合器、所述液力缓速器进行充油和排油；轨道车刚启动时，所述控制泵对所述液力变矩器充油，使其工作；所述低速液力偶合器工作时，所述控制泵对所述低速液力偶合器充油，并对所述液力变矩器排油，使其空转；所述高速液力偶合器工作时，所述控制泵对所述高速液力偶合器充油，并对所述低速液力偶合器排油，使其空转；当需要制动时，所述控制泵对所述液力缓速器充油，使其工作进行制动；诊断界面可以进行系统自我诊断，诊断所述控制装置运转是否正常，传动过程中检测部件温度，故障重置恢复等，并发出普通警告，黄色警告，红色警告等。

所述第一传动轴上安装有第一换向齿轮，所述第二传动轴上安装有第二换向齿轮，所述第一传动轴通过连轴器与前进换向气缸连接，并且所述前进换向气缸所在轴上安装有第三升速齿轮；所述第二传动轴通过连轴器与后退换向气缸连接，并且所述后退换向气缸所在轴上安装有第四升速齿轮；所述后退换向气缸所在轴与第三换向齿轮所在轴通过联轴器连接；所述箱体上通过轴承支撑有传动箱输出轴，所述传动箱输出轴上设置有动力输出齿轮，所述动力输出齿轮根据轨道车不同的行驶方向，选择与所述第四升速齿轮或第三升速齿轮啮合。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述动力输入轴与发动机的动力输出轴传动连接。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述前进换向气缸和所述后退换向气缸均连接有气路。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述液力变矩器由变矩器泵轮、变矩器涡轮和变矩器导轮组成。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述低速液力偶合器由低速偶合器泵轮和低速偶合器涡轮组成。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述高速液力偶合器由高速偶合器泵轮和高速偶合器涡轮组成。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述液力缓速器由定子和转子组成。

优选的，在上述一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱中，所述控制装置由车辆控制器、驱动控制器、制动控制器、发动机控制器、输入/输出控制器和速度传感器组成；所述车辆控制器将司机牵引、制动、换向等控制指令通过输入/输出控制器发出，并经网络接口发送给所述驱动控制器和制动控制器，所述驱动控制器通过控制所述控制泵和电磁阀的开闭控制传动箱工作，所述驱动控制器在控制传动箱工作的同时，还控制发动机控制器，使发动机工作状态与传动箱的工作状态匹配。

一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱的控制方法，轨道车起步时，司机操控车辆控制器发送牵引信号到驱动控制器，驱动控制器输出信号给控制泵和电磁阀控制液力变矩器工作，获得较高的起动牵引力；液力变矩器提供动力使轨道车运动产生速度，并且通过速度传感器采集轨道车速度信息反馈给驱动控制器，当反馈的轨道车速度信息达到设定的低速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制低速液力偶合器工作；当反馈的轨道车速度信息达到设定的高速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制高速液力偶合器工作；

车辆需要制动时，司机操控车辆控制器发送制动信号到制动控制器，制动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制液力缓速器器工作，提供给轨道车低损耗的液力制动力，通过液体摩擦，将制动力转化为热量，工作油中的热量通过热交换器消散到冷却系统中；

司机操控车辆控制器发送换向信号到驱动控制器，驱动控制器使前进换向气缸或后退换向气缸动作，控制动力输出齿轮与所述第四升速齿轮或第三升速齿轮啮合，实现轨道车换向行驶。

所述确定泵轮曲线族计算理论依据，泵轮特性曲线族T_B＝f(n_B)，以转速比i为参量，对应每一个i值从变矩器、偶合器的公称特性曲线上查的相应的T_Bg、K，给出一系列泵轮转速n_B1，n_B2，…，根据计算得到一系列T_Bg，T_Bg，…的值,根据所述原理计算得到液力变矩器与发动机共同输入特性和液力偶合器与发动机共同输入特性。

所述该传动系统使用液力元件跟柴油机的匹配不根据最高车速的要求选择，而是根据作业时发动机转速的允许下限值校核的。液力元件的容量T_Bgη＝2.653fGv_max/ηη_j(n_eb/1000)³，其中T_Bgη是相应泵轮转速1000r/min时，高效区工况(η＝0.75～0.8)的泵轮转矩，f是滚动阻力系数，G是空载重力，v_max是最高车速，η_j是传动系的机械效率，η是最高车速行驶时液力元件的传动效率n_eb是发动机传到变矩器时泵轮的转速。传动系的总传动比i_z＝10³F_maxR_g/K₀T_Bg0(n_eb/1000)²η_j，其中i_z传动系统总传动比，F_max是最大牵引力，R_g是动力半径，K₀是启动工况(i＝0)时相应变矩比，是T_Bg0是相应泵轮转速1000r/min时，启动工况(i＝0)的泵轮转矩，n_eb是动力机传到变矩器时泵轮的转速，η_j是传动系的机械效率，由此可知液力变矩器能够获得较大的牵引力，两个液力偶合器的配合能够实现输出小牵引大、大转速。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法，本发明主要用于轨道工程车传动中，将传统运转变矩器用两个偶合器代替，传动效率得到了很大的提升，各个液力元件之间的切换基于速度识别自动切换以适应不同的工作工况，具有牵引力大、传动速度高、制动效果好、传动效率可以达到97％以上等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明传动箱剖视图；

图2是本发明主视图；

图3是本发明左视图；

图4是本发明俯视图；

图5是本发明右视图；

图6是本发明控制原理图；

图7是本发明控制框图；

图8是液力变矩器与发动机共同输入特性图；

图9是液力偶合器与发动机共同输入特性图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱及其控制方法，本发明主要用于轨道工程车传动中，将传统运转变矩器用两个偶合器代替，传动效率得到了很大的提升，各个液力元件之间的切换基于速度识别自动切换以适应不同的工作工况，具有牵引力大、传动速度高、制动效果好、传动效率可以达到97％以上等优点。

结合附图1，本发明公开了一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，包括：箱体、液力变矩器、高速液力偶合器、低速液力偶合器、液力缓速器、控制泵2和控制装置；

箱体上通过轴承支撑有动力输入轴8，动力输入轴8上安装有动力输入齿轮43，动力输入齿轮43根据不同的工作要求选择与第一升速齿轮16或者第二升速齿轮24啮合，第一升速齿轮安装在第一传动轴14上，第二升速齿轮24安装在第二传动轴22上，第一传动轴14和第二传动轴22均通过轴承支撑在箱体内；液力变矩器和低速液力偶合器均安装在第一传动轴14上；高速液力偶合器和液力缓速器安装在第二传动轴22上；

控制泵2与控制装置电性连接，接收控制装置指令，并且控制泵2通过控制泵齿轮44与动力输入齿轮43传动连接；设置在箱体下方的控制泵2在控制装置的控制下能够对液力变矩器、高速液力偶合器、低速液力偶合器、液力缓速器进行充油和排油；轨道车刚启动时，控制泵2对液力变矩器充油，使其工作；低速液力偶合器工作时，控制泵2对低速液力偶合器充油，并对液力变矩器排油，使其空转；高速液力偶合器工作时，控制泵2对高速液力偶合器充油，并对低速液力偶合器排油，使其空转；当需要制动时，控制泵2对液力缓速器充油，使其工作进行制动；

第一传动轴14上安装有第一换向齿轮31，第二传动轴22上安装有第二换向齿轮28，第一传动轴14通过连轴器与前进换向气缸36连接，并且前进换向气缸36所在轴上安装有第三升速齿轮；第二传动轴22通过连轴器与后退换向气缸32连接，并且后退换向气缸32所在轴上安装有第四升速齿轮30；后退换向气缸32所在轴与第三换向齿轮29所在轴通过联轴器连接；箱体上通过轴承支撑有传动箱输出轴40，传动箱输出轴40上设置有动力输出齿轮42，动力输出齿轮42根据轨道车不同的行驶方向，选择与第四升速齿轮30或第三升速齿轮啮合。

为了进一步优化上述技术方案，动力输入轴8与发动机的动力输出轴传动连接。

为了进一步优化上述技术方案，前进换向气缸36和后退换向气缸32均连接有气路。

为了进一步优化上述技术方案，液力变矩器由变矩器泵轮34、变矩器涡轮38、变矩器泵轮轴15、变矩器涡轮轴37、变矩器盖39和变矩器导轮35组成。

为了进一步优化上述技术方案，低速液力偶合器由低速偶合器泵轮9、低速偶合器涡轮10、低速偶合器涡轮轴12、低速偶合器泵轮轴13和低速偶合器外壳11组成。

为了进一步优化上述技术方案，高速液力偶合器由高速偶合器泵轮19、高速偶合器涡轮18、高速偶合器泵轮轴20、高速偶合器外壳21、高速偶合器涡轮轴23组成。

为了进一步优化上述技术方案，液力缓速器由定子25和转子26组成。

为了进一步优化上述技术方案，驱动控制器为传动箱ECU，ECU为汽车专用微机控制器。

说明书附图2-5分别为本发明传动箱的主视图、左视图、俯视图、右视图，由上述附图可见此传动箱各传动轴的空间安装。

图6是本发明传动系统控制原理图，一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱的速度识别的系统控制方法，轨道车起步时，司机操控车辆控制器发送牵引信号到驱动控制器，驱动控制器输出信号给控制泵2和电磁阀控制液力变矩器工作，获得较高的起动牵引力；液力变矩器提供动力使轨道车运动产生速度，并且通过速度传感器采集轨道车速度信息反馈给驱动控制器，当反馈的轨道车速度信息达到设定的低速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵2控制低速液力偶合器工作；当反馈的轨道车速度信息达到设定的高速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵2控制高速液力偶合器工作；

车辆需要制动时，司机操控车辆控制器发送制动信号到制动控制器，制动控制器输出信号给电磁阀和控制泵2控制液力缓速器工作，提供给轨道车低损耗的液力制动力，通过液体摩擦，将制动力转化为热量，工作油中的热量通过热交换器消散到冷却系统中；

司机操控车辆控制器发送换向信号到驱动控制器，驱动控制器使前进换向气缸36或后退换向气缸32动作，控制动力输出齿轮42与第四升速齿轮30或第三升速齿轮33啮合，实现轨道车换向行驶。

轨道车刚起步时，液力变矩器工作，传动路线为动力输入轴8、动力输入齿轮43、第一升速齿轮16、变矩器泵轮34、变矩器涡轮38、第一换向齿轮31、动力输出齿轮42、传动箱输出轴40；当轨道车车速达到30.6km/h时，切换低速液力偶合器工作，传动路线是动力输入轴8、动力输入齿轮43、第一升速齿轮16、低速偶合器泵轮9、低速偶合器涡轮10、第一换向齿轮31、动力输出齿轮42、传动箱输出轴40；当轨道车车速达到72.4km/h时，切换高速液力偶合器工作，传动路线是动力输入轴8、动力输入齿轮43、第一升速齿轮16、高速偶合器泵轮19、高速偶合器涡轮18、第二换向齿轮28、第一换向齿轮31、动力输出齿轮42、传动箱输出轴40；当轨道车利用液力缓速器进行制动时，传动路线是动力输入轴8、动力输入齿轮43、第一升速齿轮16、高速偶合器泵轮19、高速偶合器涡轮、液力缓速器的转子26、液力缓速器的定子25、第二换向齿轮28、第一换向齿轮31、动力输出齿轮42、传动箱输出轴40；当轨道车倒车时，其传动路线是动力输入轴8、动力输入齿轮43、第一升速齿轮16、变矩器泵轮34、变矩器涡轮38、第一换向齿轮31、第三换向齿轮29、动力输出齿轮42、传动箱输出轴40。

图7是本发明动力传动系统控制框图，控制装置由车辆控制器、驱动控制器、制动控制器、发动机控制器、输入/输出控制器和速度传感器组成；车辆控制器将司机牵引、制动、换向等控制指令通过输入/输出控制器发出，并经网络接口发送给驱动控制器和制动控制器，驱动控制器通过控制控制泵2和电磁阀的开闭控制传动箱工作，驱动控制器在控制传动箱工作的同时，还控制发动机控制器，使发动机工作状态与传动箱的工作状态匹配。

图8是液力变矩器与发动机共同输入特性图，A点是变矩器开始排油，切换低速液力偶合器开始工作液力变矩器所对应的工作工况点，A1点是局部放大所对应的的A点，也就是液力变矩器工作工况在i＝0.4时，液力变矩器排油，低速液力偶合器充油开始工作，在i＝0.4时，液力变矩器已经在高效区传动。

图9是低速液力偶合器、高速液力耦合器与发动机共同输入特性图，B点是液力变矩器切换低速液力偶合器工作时，低速液力偶合器所对应的工况点，C点是低速液力偶合器和高速液力偶合器的切换点。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，包括：箱体、液力变矩器、高速液力偶合器、低速液力偶合器、液力缓速器、控制泵和控制装置；

所述箱体上通过轴承支撑有动力输入轴，所述动力输入轴上安装有动力输入齿轮，所述动力输入齿轮根据不同的工作要求选择与第一升速齿轮或者第二升速齿轮啮合，所述第一升速齿轮安装在第一传动轴上，所述第二升速齿轮安装在第二传动轴上，所述第一传动轴和所述第二传动轴均通过轴承支撑在所述箱体内；所述液力变矩器和所述低速液力偶合器均安装在所述第一传动轴上；所述高速液力偶合器和所述液力缓速器安装在所述第二传动轴上；所述控制泵与所述控制装置电性连接，接收所述控制装置指令；设置在所述箱体下方的所述控制泵在所述控制装置的控制下能够对所述液力变矩器、所述高速液力偶合器、所述低速液力偶合器、所述液力缓速器进行充油和排油；

轨道车刚启动时，所述控制泵对所述液力变矩器充油，使其工作；所述低速液力偶合器工作时，所述控制泵对所述低速液力偶合器充油，并对所述液力变矩器排油，使其空转；所述高速液力偶合器工作时，所述控制泵对所述高速液力偶合器充油，并对所述低速液力偶合器排油，使其空转；当需要制动时，所述控制泵对所述液力缓速器充油，使其工作进行制动；

所述第一传动轴上安装有第一换向齿轮，所述第二传动轴上安装有第二换向齿轮，所述第一传动轴通过连轴器与前进换向气缸连接，并且所述前进换向气缸所在轴上安装有第三升速齿轮；所述第二传动轴通过连轴器与后退换向气缸连接，并且所述后退换向气缸所在轴上安装有第四升速齿轮；所述后退换向气缸所在轴与第三换向齿轮所在轴通过联轴器连接；所述箱体上通过轴承支撑有传动箱输出轴，所述传动箱输出轴上设置有动力输出齿轮，所述动力输出齿轮根据轨道车不同的行驶方向，选择与所述第四升速齿轮或第三升速齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述动力输入轴与发动机的动力输出轴传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述前进换向气缸和所述后退换向气缸均连接有气路。

4.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述液力变矩器由变矩器泵轮、变矩器涡轮和变矩器导轮组成。

5.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述低速液力偶合器由低速偶合器泵轮和低速偶合器涡轮组成。

6.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述高速液力偶合器由高速偶合器泵轮和高速偶合器涡轮组成。

7.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述液力缓速器由定子和转子组成。

8.根据权利要求1所述的一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱，其特征在于，所述控制装置由车辆控制器、驱动控制器、制动控制器、发动机控制器、输入/输出控制器和速度传感器组成；所述车辆控制器将司机牵引、制动、换向控制指令通过输入/输出控制器发出，并经网络接口发送给所述驱动控制器和制动控制器，所述驱动控制器通过控制所述控制泵和电磁阀的开闭控制传动箱工作，所述驱动控制器在控制传动箱工作的同时，还控制发动机控制器，使发动机工作状态与传动箱的工作状态匹配。

9.一种基于速度识别轨道工程车多液力传动箱的控制方法，其特征在于，轨道车起步时，司机操控车辆控制器发送牵引信号到驱动控制器，驱动控制器输出信号给控制泵和电磁阀控制液力变矩器工作，获得较高的起动牵引力；液力变矩器提供动力使轨道车运动产生速度，并且通过速度传感器采集轨道车速度信息反馈给驱动控制器，当反馈的轨道车速度信息达到设定的低速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制低速液力偶合器工作；当反馈的轨道车速度信息达到设定的高速液力偶合器启动速度时，驱动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制高速液力偶合器工作；

车辆需要制动时，司机操控车辆控制器发送制动信号到制动控制器，制动控制器输出信号给电磁阀和控制泵控制液力缓速器器工作，提供给轨道车低损耗的液力制动力，通过液体摩擦，将制动力转化为热量，工作油中的热量通过热交换器消散到冷却系统中；

司机操控车辆控制器发送换向信号到驱动控制器，驱动控制器使前进换向气缸或后退换向气缸动作，控制动力输出齿轮与所述第四升速齿轮或第三升速齿轮啮合，实现轨道车换向行驶。