CN108944327A - 一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，下层液压独立调节悬架的四个角部位各设置一下悬架液压功能单元，下悬架四根梁上的中部均设有第一水平传感器，各下悬架液压功能单元各自独立受控，根据各第一水平传感器的监测数据实时调节下悬架的水平度；上层液压同步互联悬架固定设置在下悬架的上部，上悬架液压功能单元分为上悬架前车架液压功能单元和上悬架后车架液压功能单元两组，每组均设置一同步马达；上悬架的两侧横梁中部设有第二水平传感器，下悬架前、后侧各一对液压缸同步受控。本发明可以使车辆行驶在不平路面时四个悬架独立实时自动调整车辆行驶姿态；同时可使车辆在上坡或者下坡过程中保持驾驶人员坐姿水平。

Description

一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架
技术领域
本发明涉及一种悬架，具体来说，是一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架。
背景技术
在我国，丘陵山区面积约占我国国土面积的1/3以上，但是长期以来，丘陵山区由于地型复杂多变、地面起伏大、坡陡弯多等一系列客观现实，造成大量行走机械装备在该地区出现作业效率低、质量差、安全性低等水土不服的现象。其生产方式依然是以传统的小型机械及人力畜力为主，这造成区域间机械化发展水平的极不平衡，平原地区多数已进入机械化中级阶段，部分进入农机化高级阶段，但丘陵山区仍处于农机化初级阶段。可以说，我国机械化发展的短板在丘陵山区，升级潜力也在丘陵山区。
对于这种悬架的设计，现有技术中也有所研究，例如文献号为 CN107199841A的中国发明专利文献，公开了一种水平自适应调节的液压独立悬架及其控制方法，可以使得车辆行驶在不平的路面时四个悬架独立实时自动调整车辆行驶姿态，保证车架水平，防止车辆侧倾，提高行驶安全性，CN107199841A的这种液压独立悬架中的油缸，主要是对于各个位置的微调节，保证车辆形式姿态的平稳性，且CN107199841A控制回路没有使用负载敏感回路和比例阀，系统流量受负载影响较大，控制精度低，系统冲击大，同时，在针对车辆上坡和下坡时，无法对车体以及驾驶室水平度进行调节，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的旨在消除现有丘陵山区行走机械悬架的问题和不足，提供一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架。其基于机电液一体化技术，可以在起伏变化的路面依靠下层悬架自动调节保持车架水平，在上坡和下坡时自动调节上层悬架保持上层车架水平，有效地提高丘陵山区行走机械的通过性、安全性和乘坐舒适性。
本发明采取以下技术方案：
一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，包括下层液压独立调节悬架、上层液压同步互联悬架；下层液压独立调节悬架包括下悬架液压功能单元、下悬架梁结构；上层液压同步互联悬架包括上悬架液压功能单元、上悬架梁结构；上悬架液压功能单元包括上悬架前车架液压缸20、上悬架后车架液压缸21；下层液压独立调节悬架的四个角部位各设置一下悬架液压功能单元，各下悬架液压功能单元各自与一下悬架液压缸13连接；下悬架四根梁上的中部均设有第一水平传感器，各下悬架液压功能单元各自独立受控，根据各第一水平传感器的监测数据实时调节下悬架的水平度；上层液压同步互联悬架固定设置在下悬架的上部，上悬架液压功能单元分为上悬架前车架液压功能单元和上悬架后车架液压功能单元两组，每组均设置一同步马达18，确保该组内两个液压缸同步运行；所述上悬架的两侧横梁中部设有第二水平传感器，下悬架后侧一对液压缸同步受控，下悬架前侧一对液压缸也同步受控，根据第二水平液压传感器的监测数据得知上坡或下坡状态；所述用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的控制模式分为：爬坡模式：上坡状态：第二水平传感器工作，两个上悬架后车架液压缸21 伸出，将上车架调平；下坡状态：两个上悬架前车架液压缸20伸出，将上车架调平；当第二水平传感器检测到车辆由坡道驶入平地时，两个上悬架后车架液压缸21或两个上悬架后车架液压缸21自动回归初始位置；不平路面行驶模式：第一水平传感器工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制系统，控制系统独立调节各下悬架液压缸13的工作状态，保证下车架水平。
进一步的，所述的下悬架液压功能单元包括下悬架动力元件、下悬架控制元件、下悬架执行元件和下悬架辅助元件；所述的下悬架动力原件包括原动机1和下悬架齿轮泵2，两者刚性连接，所述的下悬架齿轮泵2为外啮合齿轮泵；所述的下悬架控制元件包括第一安全阀3、定差减压阀8、三位四通比例换向阀9、梭阀10、液控单向阀组11、12，所述的第一安全阀3并联在齿轮泵2出油口，其设定压力为下层液压悬架系统额定工作压力的 150％，所述的定差减压阀8和梭阀10的数量分别为4个，定差减压阀8和梭阀 10的配合使用确保与之相连接的三位四通比例换向阀9两端的压力差保持不变，所述的梭阀用于将系统高压侧的压力反馈给定差减压阀，起到压力反馈的作用，所述的三位四通比例换向阀9连接在定差减压阀8的出油口，O 型中位机能，三位四通比例换向阀9既是换向元件又是流量调节元件，能够通过改变左中右三个阀芯位置控制系统液压油的流向，也能够通过改变控制电流的大小来改变系统液压油的流量，所述的液控单向阀组11、12数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，一组液控单向阀分别连接在执行元件的进油口和回油口，能够将液压缸固定在某一位置；所述的下悬架执行元件为液压缸13，数量为4个，可单独工作，其进油为换向阀9 流出的高压油，回油口液压油流回油箱；所述的下悬架辅助元件为液压油箱4、压力表6、精过滤器7和冷却器5，所述精过滤器7过滤精度小于1um；所述压力表6设于齿轮泵2与精过滤器7之间，精过滤器7设于定差减压阀8之前。
进一步的，所述的上层液压同步互联悬架包括上悬架动力元件、上悬架控制元件、上悬架执行元件和上悬架辅助元件；上悬架动力原件包括原动机1和上悬架齿轮泵14，两者刚性连接，所述的上悬架齿轮泵14为外啮合齿轮泵；上悬架控制元件包括第二安全阀15、三位四通电磁换向阀17、同步马达18、液控单向阀组19，所述的第二安全阀15并联在第二齿轮泵14出油口，其设定压力为上层液压悬架系统额定工作压力的150％，所述的三位四通电磁换向阀17数量为2个，Y型中位机能，能够通过改变左中右三个阀芯位置控制系统液压油的流向，三位四通电磁换向阀17连接同步马达，所述的同步马达18为两个排量、效率相同的定量马达刚性连接，数量为2个，起到将系统流量1:1分配的功能，继而保证液压缸20的同步精度，所述的液控单向阀组19数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，可以将液压油缸固定在某一位置；上悬架执行元件为液压缸20，数量为4个，两两同步工作；所述的上悬架辅助元件包括液压油箱4和粗过滤器16，所述的过滤器过滤精度为100um。
更进一步的，所述的原动机选用电动机或柴油发动机，其额定转速应控制在所使用齿轮泵的高效转速范围内。
一种上述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的工作方法，由驾驶员主动选择：坡道形式模式和不平路面形式模式。
另一种上述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的工作方法，当第二水平传感器监测到倾斜程度达到设定值时，控制系统自动执行爬坡模式：上坡状态：两个上悬架后车架液压缸21伸出，将上车架调平；下坡状态：两个上悬架前车架液压缸20伸出，将上车架调平；当第二水平传感器监测到倾斜程度小于设定值时，第一水平传感器实施实时监测，当第一水平传感器的监测数值的不稳定性大于设定值时，控制系统自动执行不平路面行驶模式：第一水平传感器工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制系统，控制系统独立调节各下悬架液压缸13的工作状态，保证下车架水平。
本发明的有益效果在于：
1)下层液压独立调节悬架可以使得车辆行驶在不平的路面时四个悬架独立实时自动调整车辆行驶姿态，保证车架水平，防止车辆侧倾，提高行驶安全性。同时，液压系统带有压力补偿功能，控制精度高，电液比例阀可控制流量，根据需求改变系统的响应速度。
2)上层液压同步互联悬架可以使得车辆在上坡或者下坡过程中保持驾驶人员坐姿水平(即上层车架水平)，提高乘坐舒适度。使用同步马达回路，同步精度优于分流集流阀的同步系统，且布置更加灵活便捷。
3)双层可自动调节悬架提高了功能实用性，在坡道行驶时，上层悬架动作，下层保持不变，可减小下层悬架不断调节引起的发热，同时，减小了下层悬架液压缸的伸缩量，在坑洼地面行驶时，上层悬架不动作，仅调节下层悬架，提高了系统的相应精度的同时，可使得悬架系统的地形适应性大大增强。
4)系统采用电液比例技术实现水平自适应调整，响应速度快，提高了车辆的行驶平顺性，智能化程度高。
5)相对于背景技术中引证的对比文件，控制精度速度大大提高，系统冲击大大减小。
6)液压回路设计巧妙。
7)提供了一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，可以在坡道及地面坑洼地区可自动调节，防止侧翻，提高行走机械的通过性和安全性。
附图说明
图1是本发明适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架液压系统原理图。
图中1.原动机，2.下层悬架齿轮泵，3.下层悬架系统安全阀，4.油箱， 5.冷却器，6.压力表，7.精过滤器，8.定差减压阀，9.三位四通比例换向阀，10.梭阀，11.第一液控单向阀，12.第二液控单向阀，19.第三液控单向阀，13下层悬架液压缸，14上层悬架齿轮泵，15上层悬架系统安全阀，16.粗过滤器，17.三位四通电磁换向阀，18.同步马达，20.上层悬架前车架液压缸，21.上层悬架后车架液压缸。
图2是悬架的梁结构示意图。
J1.下车架左后液压缸，J2下车架左纵梁，J3上车架左后液压缸，J4 上车架左纵梁，J5.第一水平传感器，J6.第二水平传感器，J7.上车架左前液压缸，J8.上车架前横梁，J9.上车架右纵梁，J10.上车架右前液压缸，J11.下车架右纵梁，J12.下车架右前液压缸，J13.下车架前横梁， J16.上车架右后液压缸，J17.下车架后横梁，J18.下车架右后液压缸，J21.下车架左前液压缸，J22.上车架后横梁。
图3是采用驾驶员主动控制模式下的悬架工作模式示意图。
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：
参见图1，一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架主要包括两个部分：一是下层液压独立调节悬架，二是上层液压同步互联悬架。两者分别在不同的工作模式下配合使用。
原动机1为整个液压系统的动力源，下层液压独立调节悬架的动力元件为齿轮泵2，所述的齿轮泵出油口分为三路，一路连接压力表6，用于显示系统压力，一路连接安全阀3以保证系统压力在设定的范围内，该设定压力为下层液压悬架系统额定工作压力的150％，所述的安全阀3出油口连接冷却器5，冷却器的冷却能力应根据车辆的行走速度选择匹配，若行走速度较快，则要求下层液压独立调节悬架液压系统流量大、响应快，相应的造成系统发热量大，故应选择冷却能力较强的冷却器，若行走速度较慢则相反。另一路连接滤油器，因下层液压独立调节悬架选用电液比例阀，故选择冷却精度较高的精过滤器，过滤精度小于1um。所述的过滤器出口接定差减压阀8，所述的定差减压阀与梭阀10配合使用以具备压力补偿功能，用于保证三位四通比例换向阀9两端的压差保持不变，进而确保三位四通比例换向阀9的通过流量仅与控制电流的大小有关而与系统的工作压力无关，有效地提高了控制精度。所述的三位四通比例换向阀9连接在定差减压阀8的出油口，O型中位机能，其既是换向元件又是流量调节元件，可以通过改变左中右三个阀芯位置控制系统液压油的流向，也可以通过改变控制电流的大小来改变系统液压油的流量，当换向阀9左位接入时，液压缸无杆腔进油，当换向阀9右位接入时，液压缸有杆腔进油，当中位接入时，油路切断。所述的液控单向阀组11、12数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，一组液控单向阀分别连接在执行元件的进油口和回油口，其可以将液压缸固定在某一位置。所述的液压缸13数量为4个，可单独工作，其进油为换向阀9流出的高压油，回油口液压油流回油箱。
所述的上层液压同步互联悬架的动力原件为原动机1和齿轮泵14，两者刚性连接，所述的齿轮泵14为外啮合齿轮泵。所述的齿轮泵出油口分为两路，一路连接安全阀15以保证系统压力在设定的范围内，该设定压力为上层液压同步互联悬架系统额定工作压力的150％，另一路经过粗过滤器流向系统，过滤精度为100um。所述的粗过滤器的出油口并联两个三位四通电磁换向阀17，所述的三位四通电磁换向阀17出油口连接同步马达18，所述的同步马达18为两个排量、效率相同的定量马达刚性连接，起到将系统流量1:1分配的功能，同步马达可以确保液压缸20或21具有较高的同步精度，所述的液控单向阀组19数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，可以将液压油缸固定在某一位置。
图2为本发明安装结构示意图。参见图2，下层液压独立调节悬架的四个液压缸分别安装在下车架最外围的两根横梁和两根纵梁连接的位置，所述的横梁和纵梁的中间位置分别安装有四个水平传感器，水平传感器用于检测车辆的行驶姿态。上层液压同步互联悬架的四个液压缸分别安装在上车架最外围的两根横梁和两根纵梁连接的位置，所述的纵梁的中间位置分别安装有两个水平传感器，水平传感器用于检测车辆的上坡/下坡状态。
图3为实施例一的悬架工作模式图。参见图3，驾驶员根据车辆行驶的路面状况进行模式选择，共有两种模式：1)坡道行驶模式2)不平路面行驶模式，当驾驶员选择模式后，系统将信号发送给控制器，控制器根据选择的模式发送指令。若为坡道行驶模式，则上层车架水平传感器工作，检测车辆处于上坡还是下坡状态，若为上坡状态，则上车架后面两个液压缸伸出，将上车架调平，若为下坡状态，则上车架前面、面两个液压缸伸出，将上车架调平。若为不平路面行驶模式，则下层车架水平传感器工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制器，控制器给三位四通比例换向阀发送指令，调节液压缸的工作状态，保证下车架水平。
实施例二：
本实施例的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架结构上与实施例一同，控制方法上具有不同之处：
参见图1-2，当第二水平传感器J6监测到倾斜程度达到设定值时，控制系统自动执行爬坡模式：上坡状态：两个上悬架后车架液压缸21伸出，将上车架调平；下坡状态：两个上悬架前车架液压缸20伸出，将上车架调平；当第二水平传感器监测到倾斜程度小于设定值时，第一水平传感器J5 实施实时监测，当第一水平传感器的监测数值的不稳定性大于设定值时，控制系统自动执行不平路面行驶模式：第一水平传感器J5工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制系统，控制系统独立调节各下悬架液压缸13 的工作状态，保证下车架水平。实施例二中的工作模式未展示工作模式图。
实施例二是较优实施例。
以上两项实施例均是本发明的可选实施例，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 (6)

1.一种适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，其特征在于：
包括下层液压独立调节悬架、上层液压同步互联悬架；
下层液压独立调节悬架包括下悬架液压功能单元、下悬架梁结构；
上层液压同步互联悬架包括上悬架液压功能单元、上悬架梁结构；上悬架液压功能单元包括上悬架前车架液压缸(20)、上悬架后车架液压缸(21)；
下层液压独立调节悬架的四个角部位各设置一下悬架液压功能单元，各下悬架液压功能单元各自与一下悬架液压缸(13)连接；下悬架四根梁上的中部均设有第一水平传感器，各下悬架液压功能单元各自独立受控，根据各第一水平传感器的监测数据实时调节下悬架的水平度；
上层液压同步互联悬架固定设置在下悬架的上部，上悬架液压功能单元分为上悬架前车架液压功能单元和上悬架后车架液压功能单元两组，每组均设置一同步马达(18)，确保该组内两个液压缸同步运行；所述上悬架的两侧横梁中部设有第二水平传感器，下悬架后侧一对液压缸同步受控，下悬架前侧一对液压缸也同步受控，根据第二水平液压传感器的监测数据得知上坡或下坡状态；
所述用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的控制模式分为：
爬坡模式：上坡状态：第二水平传感器工作，两个上悬架后车架液压缸(21)伸出，将上车架调平；下坡状态：两个上悬架前车架液压缸(20)伸出，将上车架调平；当第二水平传感器检测到车辆由坡道驶入平地时，两个上悬架后车架液压缸(21)或两个上悬架后车架液压缸(21)自动回归初始位置；
不平路面行驶模式：第一水平传感器工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制系统，控制系统独立调节各下悬架液压缸(13)的工作状态，保证下车架水平。
2.如权利要求1所述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，其特征在于：所述的下悬架液压功能单元包括下悬架动力元件、下悬架控制元件、下悬架执行元件和下悬架辅助元件；
所述的下悬架动力原件包括原动机(1)和下悬架齿轮泵(2)，两者刚性连接，所述的下悬架齿轮泵(2)为外啮合齿轮泵；
所述的下悬架控制元件包括第一安全阀(3)、定差减压阀(8)、三位四通比例换向阀(9)、梭阀(10)、液控单向阀组(11、12)，所述的第一安全阀(3)并联在齿轮泵(2)出油口，其设定压力为下层液压悬架系统额定工作压力的150％，所述的定差减压阀(8)和梭阀(10)的数量分别为4个，定差减压阀(8)和梭阀(10)的配合使用确保与之相连接的三位四通比例换向阀(9)两端的压力差保持不变，所述的梭阀用于将系统高压侧的压力反馈给定差减压阀，起到压力反馈的作用，所述的三位四通比例换向阀(9)连接在定差减压阀(8)的出油口，O型中位机能，三位四通比例换向阀(9)既是换向元件又是流量调节元件，能够通过改变左中右三个阀芯位置控制系统液压油的流向，也能够通过改变控制电流的大小来改变系统液压油的流量，所述的液控单向阀组(11、12)数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，一组液控单向阀分别连接在执行元件的进油口和回油口，能够将液压缸固定在某一位置；
所述的下悬架执行元件为液压缸(13)，数量为4个，可单独工作，其进油为换向阀(9)流出的高压油，回油口液压油流回油箱；
所述的下悬架辅助元件为液压油箱(4)、压力表(6)、精过滤器(7)和冷却器(5)，所述精过滤器(7)过滤精度小于1um；所述压力表(6)设于齿轮泵(2)与精过滤器(7)之间，精过滤器(7)设于定差减压阀(8)之前。
3.如权利要求1或2所述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，其特征在于：
所述的上层液压同步互联悬架包括上悬架动力元件、上悬架控制元件、上悬架执行元件和上悬架辅助元件；
上悬架动力原件包括原动机(1)和上悬架齿轮泵(14)，两者刚性连接，所述的上悬架齿轮泵(14)为外啮合齿轮泵；
上悬架控制元件包括第二安全阀(15)、三位四通电磁换向阀(17)、同步马达(18)、液控单向阀组(19)，所述的第二安全阀(15)并联在第二齿轮泵(14)出油口，其设定压力为上层液压悬架系统额定工作压力的150％，所述的三位四通电磁换向阀(17)数量为2个，Y型中位机能，能够通过改变左中右三个阀芯位置控制系统液压油的流向，三位四通电磁换向阀(17)连接同步马达，所述的同步马达(18)为两个排量、效率相同的定量马达刚性连接，数量为2个，起到将系统流量1:1分配的功能，继而保证液压缸的同步精度，所述的液控单向阀组(19)数量为4组，共有8个液控单向阀组成，两两配合使用，可以将液压油缸固定在某一位置；
上悬架执行元件为液压缸，数量为4个，两两同步工作；
所述的上悬架辅助元件包括液压油箱(4)和粗过滤器(16)，所述的过滤器过滤精度为100um。
4.如权利要求3所述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架，其特征在于：所述的原动机选用电动机或柴油发动机，其额定转速应控制在所使用齿轮泵的高效转速范围内。
5.一种权利要求1所述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的工作方法，其特征在于：由驾驶员主动选择：坡道形式模式和不平路面形式模式。
6.一种如权利要求1所述的适用于丘陵山区的双层可自动调节悬架的工作方法，其特征在于：
当第二水平传感器监测到倾斜程度达到设定值时，控制系统自动执行爬坡模式：上坡状态：两个上悬架后车架液压缸(21)伸出，将上车架调平；下坡状态：两个上悬架前车架液压缸(20)伸出，将上车架调平；
当第二水平传感器监测到倾斜程度小于设定值时，第一水平传感器实施实时监测，当第一水平传感器的监测数值的不稳定性大于设定值时，控制系统自动执行不平路面行驶模式：第一水平传感器工作，实时监测车辆的行驶姿态并反馈给控制系统，控制系统独立调节各下悬架液压缸(13)的工作状态，保证下车架水平。
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