CN108799223B - 一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统，发动机与分动箱连接，分动箱将动力一份为三：一路动力分配给行走驱动系统的双向变量柱塞泵，第二路分配给坡道自适应系统的恒压变量泵，第三路经增速机构分配给多模式转向系统的齿轮泵；行走驱动系统使用单泵四马达的配置方式；多模式转向系统实现前轮转向、后轮转向、四轮同心转向和四轮蟹形转向四种模式的切换；坡道自适应系统可以实现拖拉机在上下坡过程中将车架调整为水平；升降仿形系统确保工作部件自动保持与地面相同的间距，同时也作为工作部件的主动升降动力部件；水平仿形系统可以使工作部件按照地形的起伏变化调整；智能播种系统可以适应不同行驶速度和不同作物的播种要求，播种一致性高。

Description

一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统

技术领域

本发明涉及一种液压传动系统，具体来说，是一种丘陵山区拖拉机液压传动系统。

背景技术

丘陵山区面积约占我国国土面积的1/3以上，据统计，丘陵山区粮食产量占全国的55％，油料产量约占49％，丘陵山区农业经济的发展潜力巨大，在我国国民经济发展中占有十分重要的地位。但由于其地面起伏大、田块小、不规则、坡陡弯多，常规的拖拉机在丘陵山区作业时存在通过性差、转弯掉头困难、作业质量差等问题，这已然成为丘陵山区农业机械发展的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是：提供一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统，整体采用液压系统，具备无级变速能力和较大的调速范围，减轻整机质量，提高地隙和通过性；提高转向灵活性；提升坡道驾驶的舒适性和安全性；自动保证工作部件与地面的水平；附带智能播种的动力接口，马达转速按照使用者的要求设置，可以适应不同行驶速度和不同作物的播种要求，提升播种一致性；提升整体系统动力设置的合理性与经济性。

本发明采取以下技术方案：

一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统，包括发动机，分动箱2，行走驱动系统，多模式转向系统，升降、水平仿形系统，智能播种系统，坡道自适应系统；发动机与分动箱2连接，分动箱2将动力一份为三：一路动力分配给行走驱动系统的双向变量柱塞泵4，第二路分配给坡道自适应系统的恒压变量泵35，第三路经增速机构3分配给多模式转向系统的齿轮泵16；所述行走驱动系统的双向变量柱塞泵4具有改变油液方向和自身排量的双重作用，行走驱动系统的控制元件为同步马达5和三个两位两通电磁阀6，所述的同步马达5连接在双向变量柱塞泵4的一端，同步马达5由4个排量相同的马达刚性连接在一起，其作用是在合适的时间将柱塞泵的输出流量按照相同比例一分为四，所述的三个两位两通电磁换向阀6在不得电时始终连通；行走驱动系统的执行元件为四个轮边驱动马达，分别安装在同步马达5的四个出油口，所述轮边驱动马达为两档变量马达，大排量适用于拖拉机田间低速作业状态，小排量适用于拖拉机道路高速转场状态；所述多模式转向系统的动力元件为所述齿轮泵16，齿轮泵16的出油口并联连接安全阀15和优先阀17，优先阀的CF油口连接转向机18，所述的转向机的计量马达与拖拉机方向盘连接，转向机的L和R油口各自连接一个三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀一20连接前轮转向油缸22，三位四通电磁换向阀二21连接后轮转向油缸23；所述坡道自适应系统的动力元件为恒压变量泵35，恒压变量泵35的出油口并联连接安全阀36、分流阀一37和分流阀二38，所述的安全阀36的出油口连接冷却器33，所述的分流阀一37和分流阀二38按照1:1的比例将液压油一分为二；分流阀一37的出油口并联连接定差减压阀一39和定差减压阀二40，定差减压阀一39和定差减压阀二40确保各自对应的三位四通比例换向阀两端压力不变，各三位四通比例换向阀出油口安装有液控单向阀，液控单向阀一47出油口连接左前车架液压缸51，液控单向阀二48和右前车架液压缸52；分流阀二38的出油口并联连接定差减压阀三41和定差减压阀四42，两者分别用于确保各自对应的三位四通比例换向阀两端压力差不变，三位四通比例换向阀三的出油口安装有液控单向阀三49，三位四通比例换向阀四46的出油口安装有液控单向阀四50，液控单向阀三、四出油口分别连接左后车架液压缸53和右后车架液压缸54，各三位四通比例换向阀43、44、45、46均为M型中位机能；所述的升降、水平仿形系统的动力元件为齿轮泵16，优先阀的CF油口连接转向机18，所述的转向机的计量马达与拖拉机方向盘连接，转向机的L和R油口各自连接一个三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀一20连接前轮转向油缸22，三位四通电磁换向阀二21连接后轮转向油缸23；优先阀17的EF油口并联连接三位四通电磁换向阀三、四24、25和精过滤器30，所述的三位四通电磁换向阀三24为M型中位机能，其出油口连接液控单向阀五26，液控单向阀五26出油口连接升降仿形液压缸29，所述的升降仿形液压缸29通过自动控制确保拖拉机行走过程中，工作部件始终距离地面同样的间距，同时也作为工作部件主动升降的动力机构；所述的三位四通电磁换向阀四25为M型中位机能，其出油口连接液控单向阀组27，液控单向阀组27的出油口连接水平仿形液压缸28，所述水平仿形液压缸28通过自动控制确保拖拉机行走过程中，工作部件始终与地面保持平行状态；所述的智能播种系统的动力元件为齿轮泵16，该系统液压油经优先阀17的EF油口到精过滤器30，精过滤器30出油口连接比例调速阀31，比例调速阀31出油口连接播种驱动马达32。

进一步的，所述柴油发动机的额定转速为2000-2500r/min，所述分动箱2不具有变速作用；所述增速结构的传动比为1.75。

进一步的，所述的双向变量柱塞泵4为径向柱塞泵。

进一步的，行走驱动系统还包括补油回路和冷却回路，前者用于补充系统油液的泄露，后者用于液压油的冷却。

进一步的，所述的齿轮泵为外啮合高速齿轮泵，其额定转速不低于4000r/min，齿轮泵的吸油口安装有粗过滤器，过滤精度为100um。

进一步的，所述的前轮、后轮转向油缸为双活塞杆液压缸，两活塞杆杆径相同。

进一步的，所述的水平仿形液压缸为双活塞杆液压缸，两个活塞杆杆径相同。

进一步的，所述的精过滤器30过滤精度为1um，其出油口连接比例调速阀31，比例调速阀31出油口连接播种驱动马达，所述的播种驱动马达为定量马达，其排量根据排种器的负载大小选择。

进一步的，所述发动机为柴油发动机1。

本发明的有益效果在于：

1)行走驱动系统使用单泵四马达的配置方式，与传统的机械底盘相比，布局灵活，整机质量大大减轻，地隙大，通过性好。同时，发动机、变量泵和马达均有无极变速能力，提高了变速范围和传动系统的高效区间。

2)多模式转向系统可以实现前轮转向、后轮转向、四轮同心转向和四轮蟹形转向四种模式的切换，可根据实际工况选择切换，提高了转向灵活性，减小了转弯半径。

3)坡道自适应系统可以实现拖拉机在上下坡过程中将车架调整为水平，提高了驾驶舒适度和行驶安全性，采用恒压变量泵作用动力源，响应快，且具有较好的节能效果。

4)升降、水平仿形系统为拖拉机挂接的工作部件提供动力接口，升降仿形系统可以使工作部件按照要求上下浮动，确保工作部件自动保持与地面相同的间距，同时也作为工作部件的主动升降的动力部件；水平仿形系统可以使工作部件按照地形的起伏变化调整，保证工作部件与地面水平。

5)智能播种系统可为播种部件提供动力接口，马达转速按照使用者的要求设置，可以适应不同行驶速度和不同作物的播种要求，播种一致性高，具有较高的智能化水平。

6)整个系统的智能化、自动化程度较高，仅采用一个柴油发动机作为动力源，设计合理而巧妙。

附图说明

图1是本发明丘陵山区拖拉机的液压传动系统的结构示意图。

1柴油发动机，2分动箱，3增速机构，4双向变量柱塞泵，5同步马达，6两位两通电磁换向阀，9左前轮驱动马达，10右前轮驱动马达，11，左后轮驱动马达，12右后轮驱动马达，13油箱，14粗过滤器，15安全阀一，36安全阀二，16齿轮泵，17优先阀，18转向机，19方向盘，2021 24 25三位四通电磁换向阀一、二、三、四，22前轮转向油缸，23后轮转向油缸，26 47 4849 50液控单向阀五、一、二、三、四，27液控单向阀组，28水平仿形液压缸，29升降仿形液压缸，30 34精过滤器一、二，31比例调速阀，32播种驱动马达，33冷却器，35恒压变量泵，37 38分流阀一、二，39 40 41 42定差减压阀一、二、三、四，43 44 45 46三位四通比例换向阀一、二、三、四，51左前车架液压缸，52右前车架液压缸，53左后车架液压缸，54右后车架液压缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。

实施例：

一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统。基于机电液一体化技术，使用全液压传动系统，主要包括：全液压行走驱动系统，在提高机器动力性的同时，防止机器打滑抛锚；多模式转向系统，减小转弯半径，根据不同作业田块合理选择转向模式；坡道自适应系统，在拖拉机上下坡过程中自动调平车架，防止机器侧翻，提高爬坡越埂能力；升降、水平液压仿形系统，提高拖拉机牵引机械的作业质量；智能播种系统，具体如图1所示：

上述5个系统的动力源为拖拉机所配备的柴油发动机，所述的柴油发动机的额定转速为2000—2500r/min，拖拉机的功率应按照整机负载大小匹配，柴油发动机的动力输出轴连接分动箱2，分动箱将动力一分为三，分动箱不具有变速作用，一路动力分配给行走驱动系统的双向变量柱塞泵4，另一路分配给坡道自适应系统的恒压变量泵35，最后一路经增速机构3将动力分配给齿轮泵16，所述的增速机构传动比为1.75。

行走驱动系统的动力元件为双向变量柱塞泵4，所述的双向变量柱塞泵为径向柱塞泵，其具有改变系统油液方向和自身排量的双重作用，系统油液方向的切换可以实现前进、后退功能，自身排量的改变可以调节拖拉机的行驶速度，双向变量柱塞泵4的一端连接同步马达5，同步马达由4个排量相同的马达刚性连接在一起，其作用是将柱塞泵的输出流量按照相同比例一分为四，所述的3个两位两通电磁换向阀分别并联安装在同步马达的四个出油口，3个两位两通电磁换向阀在不得电时始终连通，在得电时断开。执行元件为4个轮边驱动马达，所述的轮边驱动马达为两档变量马达，高扭矩大排量适用于拖拉机田间低速作业状态，低扭矩小排量适用于拖拉机道路高速转场状态。此外，行走驱动系统还包括补油回路和冷却回路，前者用于补充系统泄露，后者用于液压油的冷却，补油系统的补油泵与双向变量柱塞泵为双联泵。

多模式转向系统的动力元件为齿轮泵16，所述的齿轮泵为外啮合高速齿轮泵，其额定转速可以达到4000rpm以上，其额定排量应根据转向负载、仿形系统负载和智能播种系统的需求来决定，齿轮泵的吸油口安装有粗过滤器，过滤精度为100um，用于滤除油箱内的杂质使其不进入液压元件中，齿轮泵的出油口并联连接安全阀15和优先阀17，所述优先阀的CF油口连接转向机18，CF油口为优先阀的优先供油油路，即先保证转向系统流量充足稳定，所述的转向机的计量马达与拖拉机方向盘连接，转向机的L和R油口分别连接三位四通电磁换向阀20、21，三位四通电磁换向阀20连接前轮转向油缸22，三位四通电磁换向阀21连接后轮转向油缸23，通过两个三位四通换向阀的通电、断电的状态组合即可实现前轮转向、后轮转向、四轮同心转向和四轮蟹形转向四种模式的切换。所述的前轮、后轮转向油缸为双活塞杆液压缸，两活塞杆杆径相同，液压缸与转向梯形配合工作实现符合阿克曼转向原理的多模式转向。

坡道自适应系统的动力元件为恒压变量泵35，其可以调节自身排量以维持系统压力稳定，并具有较快的响应速度，在该系统不工作时恒压变量泵的输出流量仅用来补充系统泄露，在系统开始工作时，恒压变量泵的输出流量迅速增大，确保系统快速响应。所述的恒压变量泵的吸油口安装有精过滤器34，因坡道自适应系统所使用的比例元件对油液污染较为敏感，故选用的精过滤器过滤精度为1um，恒压变量泵的出油口并联连接安全阀36、分流阀37和分流阀38，所述的安全阀36的出油口连接冷却器33，冷却器的冷却能力应根据系统功率和流量选定，分流阀37和38按照1:1的比例将液压油一分为二，分流阀37的出油口并联连接定差减压阀39和定差减压阀40，两者分别用于确保三位四通比例换向阀43和44两端压力差不变，定差减压阀构成了压力补偿系统，即可以确保系统流量仅与三位四通比例换向阀的开口大小有关，而与工作负载无关，提高了控制精度。三位四通比例换向阀43的出油口安装有液控单向阀47，三位四通比例换向阀44的出油口安装有液控单向阀48，液控单向阀47、48出油口分别连接左前车架液压缸51和右前车架液压缸52。分流阀38的出油口并联连接定差减压阀41和定差减压阀42，两者分别用于确保三位四通比例换向阀45和46两端压力差不变，三位四通比例换向阀45的出油口安装有液控单向阀49，三位四通比例换向阀46的出油口安装有液控单向阀50，液控单向阀49、50出油口分别连接左后车架液压缸53和右后车架液压缸54。当四个三位四通比例换向阀左位得电时，所对应的液压缸上升，当四个三位四通比例换向阀右位得电时，所对应的液压缸下降，当四个三位四通比例换向阀不通电时，中位接入，系统卸荷。所述的液压缸51、52、53、54均为单活塞杆液压缸。所述的4个液控单向阀用于分别将4个液压缸的固定锁死。具体工作过程如下：在拖拉机上坡时，系统根据坡道倾角，通过液压缸53、54同步伸出或者液压缸51、52同步缩入的方式将车架调平，在拖拉机下坡时，系统根据坡道倾角，通过液压缸53、54同步缩入或者液压缸51、52同步伸出的方式将车架调平，分流阀用于保证系统具有一定的同步精度。

升降、水平仿形系统的动力元件为齿轮泵16，优先阀17的EF油口并联连接三位四通电磁换向阀24、25和精过滤器30，当三位四通电磁换向阀24左位得电时，升降液压缸29上升，当三位四通比例换向阀24右位得电时，升降液压缸29下降，当三位四通比例换向阀24不通电时，中位接入，系统卸荷。所述的三位四通电磁换向阀24的出油口连接液控单向阀26，液控单向阀26用于将升降液压缸29固定锁死，液控单向阀出油口连接升降仿形液压缸29，所述的升降仿形液压缸为单活塞杆液压缸。所述的三位四通电磁换向阀25的出油口连接的出油口连接液控单向阀组27，所述的液控单向阀组27用于将水平仿形液压缸28双向锁死，液控单向阀组27的出油口连接水平仿形液压缸，所述的水平仿形液压缸为双活塞杆液压缸，两个活塞杆杆径相同。

所述的智能播种系统的动力元件为齿轮泵16，该系统液压油经优先阀17的EF油口到精过滤器30，所述的精过滤器的过滤精度为1um，其出油口连接调速阀31，调速阀的实质为一个定差减压阀和一个可变节流阀并联组成的压力补偿系统，通过调速阀的流量仅有可变节流阀的开度有关而与负载压力无关，调速阀31出油口连接播种驱动马达，所述的播种驱动马达为定量马达，其排量可根据排种器的负载大小选择。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：

包括发动机，分动箱(2)，行走驱动系统，多模式转向系统，升降、水平仿形系统，智能播种系统，坡道自适应系统；

发动机与分动箱(2)连接，分动箱(2)将动力一份为三：

一路动力分配给行走驱动系统的双向变量柱塞泵(4)，第二路分配给坡道自适应系统的恒压变量泵(35)，第三路经增速机构(3)分配给多模式转向系统的齿轮泵(16)；

所述行走驱动系统的双向变量柱塞泵(4)具有改变油液方向和自身排量的双重作用，行走驱动系统的控制元件为同步马达(5)和三个两位两通电磁阀(6)，所述的同步马达(5)连接在双向变量柱塞泵(4)的一端，同步马达(5)由4个排量相同的马达刚性连接在一起，其作用是在根据系统需求将柱塞泵的输出流量按照相同比例一分为四，所述的三个两位两通电磁换向阀(6)在不得电时始终连通；行走驱动系统的执行元件为四个轮边驱动马达，分别安装在同步马达(5)的四个出油口，所述轮边驱动马达为两档变量马达，大排量适用于拖拉机田间低速作业状态，小排量适用于拖拉机道路高速转场状态；

所述多模式转向系统的动力元件为所述齿轮泵(16)，齿轮泵(16)的出油口并联连接安全阀(15)和优先阀(17)，优先阀的CF油口连接转向机(18)，所述的转向机的计量马达与拖拉机方向盘连接，转向机的L和R油口各自连接一个三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀一(20)连接前轮转向油缸(22)，三位四通电磁换向阀二(21)连接后轮转向油缸(23)；

所述坡道自适应系统的动力元件为恒压变量泵(35)，恒压变量泵(35)的出油口并联连接安全阀(36)、分流阀一(37)和分流阀二(38)，所述的安全阀(36)的出油口连接冷却器(33)，所述的分流阀一(37)和分流阀二(38)按照1:1的比例将液压油一分为二；分流阀一(37)的出油口并联连接定差减压阀一(39)和定差减压阀二(40)，定差减压阀一(39)和定差减压阀二(40)确保各自对应的三位四通比例换向阀两端压力不变，各三位四通比例换向阀出油口安装有液控单向阀，液控单向阀一(47)出油口连接左前车架液压缸(51)，液控单向阀二(48)和右前车架液压缸(52)；分流阀二(38)的出油口并联连接定差减压阀三(41)和定差减压阀四(42)，两者分别用于确保各自对应的三位四通比例换向阀两端压力差不变，三位四通比例换向阀三的出油口安装有液控单向阀三(49)，三位四通比例换向阀四(46)的出油口安装有液控单向阀四(50)，液控单向阀三、四出油口分别连接左后车架液压缸(53)和右后车架液压缸(54)，各三位四通比例换向阀(43、44、45、46)均为M型中位机能；

所述的升降、水平仿形系统的动力元件为齿轮泵(16)，优先阀(17)的EF油口并联连接三位四通电磁换向阀三、四(24、25)和精过滤器(30)，所述的三位四通电磁换向阀三(24)为M型中位机能，其出油口连接液控单向阀五(26)，液控单向阀五(26)出油口连接升降仿形液压缸(29)，所述的升降仿形液压缸(29)通过自动控制确保拖拉机行走过程中，工作部件始终距离地面同样的间距，同时也作为工作部件主动升降的动力机构；所述的三位四通电磁换向阀四(25)为M型中位机能，其出油口连接液控单向阀组(27)，液控单向阀组(27)的出油口连接水平仿形液压缸(28)，所述水平仿形液压缸(28)通过自动控制确保拖拉机行走过程中，工作部件始终与地面保持平行状态；

所述的智能播种系统的动力元件为齿轮泵(16)，该系统液压油经优先阀(17)的EF油口到精过滤器(30)，精过滤器(30)出油口连接比例调速阀(31)，比例调速阀(31)出油口连接播种驱动马达(32)；

所述发动机的额定转速为2000-2500r/min，所述分动箱(2)不具有变速作用；所述增速机构的传动比为1.75；

所述的双向变量柱塞泵(4)为径向柱塞泵。

2.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：行走驱动系统还包括补油回路和冷却回路，前者用于补充系统油液的泄露，后者用于液压油的冷却。

3.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：所述的齿轮泵为外啮合高速齿轮泵，其额定转速不低于4000r/min，齿轮泵的吸油口安装有粗过滤器，过滤精度为100um。

4.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：所述的前轮、后轮转向油缸为双活塞杆液压缸，两活塞杆杆径相同。

5.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：所述的水平仿形液压缸为双活塞杆液压缸，两个活塞杆杆径相同。

6.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：所述的精过滤器(30)过滤精度为1um，其出油口连接比例调速阀(31)，比例调速阀(31)出油口连接播种驱动马达，所述的播种驱动马达为定量马达，其排量根据排种器的负载大小选择。

7.如权利要求1所述的丘陵山区拖拉机的液压传动系统，其特征在于：所述发动机为柴油发动机(1)。