CN1092364A - 采用车用液压传动机构制动车辆的方法及由此设计的车辆 - Google Patents

Abstract

采用车用液压传动机构制动车辆时，将车用液压 传动机构中的可调液压马达朝最大可能流量方向调 节，在此过程中，车辆的动能一部分传递给传动机，另 一部分消耗在车用液压传动机构中的限压阀上。在 制动时，若传动机的转速超过极限转速，保持住液压 马达已经达到的流量调节量，或将流量固定在一个定 义值上，直到转速重新低于极限值为止。随后，继续 将液压马达的流量朝其最大可能值方向调节。

Description

本发明涉及一种采用车用液压传动机构制动车辆的方法。在本方法中，首先将车用液压传动机构中的液压马达的流量朝最大可能值方向调节。在此过程中，一部分车辆动能传递给传动机，另一部分动能则消耗在车用液压传动机构中的限压阀上。本发明还涉及到一种据上述方法而设计的车辆，即一种具有一个传动机和一个车用液压传动机构的车辆。此种车用液压传动机构具有一个液压泵和一个液压马达。液压马达连接在闭合循环系统中，它的流量是可调节的。在制动过程中，一部分车辆动能可传递给传动机，另外一部分动能则消耗在限压阀上（限压阀装在车用液压传动机构上），此间，液压马达的流量是可扩大的。

人们早已熟知具有车用液压传动机构的车辆。具有闭合循环系统的车用液压传动机构给工作机，如叉式装卸机带来许多优点。一台传动机如柴油机，驱动一台液压伺服泵。伺服泵的压力端和吸力端在闭合循环系统中，与液压马达的液体入、出口相连。液压马达的从动轴可直接或通过机械传动装置上的中间连接体与工作机的传动齿轮相连。

还有几种结构为众所周知。在这些结构中，多个液压马达平行地连接着。因此，也可以接入多个伺服泵。伺服泵确定了压力介质的流动方向和流量。通过调节伺服泵的输送容量，可在两个方向上任意选择车辆的行驶速度。

重型工作机，如那些空载超过10吨的工作机，通常都装有一个液压马达（二级调节），此液压马达的流量是可以调节的。启动车辆时，把液压马达的流量调整到最大值，将伺服泵的输送容量从零输送起慢慢地调高。当液压循环系统中的压力达到最高工作压力时，作用于液压马达上的起动力矩达到最大可能值。把液压马达的液量持续调节在最大值上，直到车辆的速度达到某一值，例如最大车速的25%。在此运行速度范围内，可通过调节伺服泵的输送容量来控制车辆的速度。如果伺服泵的输送容量在车速达到最大速度的25%时达到最大，液压马达的流量就减小。由此，在传动力矩减小的同时，车辆的速度进一步提高。在此运行速度范围内，传动力矩不会达到最大值。当车速大约达到最大速度的50%时，液压马达的流量达到最小可能值。为了把车速进一步提高到最大速度，就该提高传动机的转数，直到车辆达到其最大且可能的速度。

在制动时，要给伺泵、液压马达和传动机发出指令-调整到所需的位置，就是说，将伺服泵朝零输出量方向调节;将液压马达朝最大流量方向调节;将传动机调到无负荷转数上。即使在控制力突然消失的情况下，要把伺服泵和液压马达调到它们的最终位置上还是需要一定的时间。

现在，情况反过来了：液压马达变成了泵，伺服泵变成了马达。当速度降低时，在液压马达和伺服泵之间的管道中产生一个压力，此压力驱动伺服泵，从而也就驱动了传动机。随既，传动机的转数升高。车辆的动能转换为传动机的动能，也即转换为旋转体或摆动体的动能。

在轻微制动时，特别是低速情况下，因为传动机（特别是柴油机）能产生制动力矩，消耗能量，所以，传动机的转数不超过极限值。因而，车辆的制动性能是令人满意的。

但是，如果要将重型工作机从高速运动状态下制动下来的话，车辆的动能就远远大于传动机可以吸收的能量。因此，就需采取另外的措施来消耗车辆的动能。下述方法可实现上述目的。在液压循环体中，使压力介质通过一个或多个限压阀，从高压端流向低压端。即采用升高传动机的转数和压力介质在限压阀处喷射这两种方法来消耗车辆的动能，此时，那部份剩余的能量在限压阀处就得到了转换。

结果表明，用所述的方法，可将一辆重型、满载的工作机，从较高的速度状态下，有效地制动下来，但对于空载或轻载的车辆效果不佳。在后一种情况下，车辆制动性能不良，有不允许的制动延迟。因此，车辆会失去平衡，至少会将所载的货物抛出去。

由于车辆行驶速度范围大，而且空载和满载车辆的重量区别也很大，所以，不可能协调一致地采用一种按级制动的方法，使车辆的制动即不太强烈又不太弱。本发明的目的是：提供一种解决前述问题的方法，以及一种与此方法相适应的车辆，此种车辆的性能与车辆的运行速度及装载状况无关。

按照发明，这个目的是通过下述方法解决的。在制动过程中，当传动机的转速超过其极限转速时，要一直保持住液压马达的流量控制，或将流量固定在一定义值上，直到传动机构的转速重新低于极限转速为止。接着，将液压马达的流量朝最大可能值方向调节。本发明的基本思想是：利用液压马达流量的影响去避免车辆的强烈制动，而这种影响取决于传动机的转速。其出发点是：制动力矩取决于流量和压力的乘积。当液压马达的流量被调节到最大可能值，且液压循环系统中的压力足够高，以致使压力限制阀喷射时，制动力矩就达到了最大值。根据发明，在减小制动力矩，且将液压马达的流量固定在一个定义值上期间，应将压力保持在此值上。因此，在最简单的情况下，也就是传动机正常高速运转时，仅保持住已经达到的流量。只要传动机的高速运转比正常设计的值慢一些，就将液压马达的流量降低到比已经达到的调节量要低的值上。如果传动机的高速运转比正常设计的值要快一些，就将流量调到比已达到的调节量高的值上。发明中所介绍的方法首先适用于车辆速度较高的情况。在车速较高时，车辆的动能很高，致使传动机的转速超过规定的极限转速。

发明中所述的制动方法，不仅可通过液压机械的方式，还可通过电气、电子的方式来实现。例如，可无接触地控制传动机的转速。在传动机的转速超过其极限转速时，可采用电控阀门去控制液压马达的流量，也就是保持流量不变或将流量固定在规定值上。当传动机的额定转速与实际转速差超过一个预先规定值时，还可以采用机电接合的办法来实现本制动方法。

伺服泵的输送客积、液压马达的流量以及传动机的转速是按与司机所希望的速度相关的、控制压力传感器的规则控制的。

因此，在控制压力传感器中产生了控制压力，且通过此控制压力调节液压马达的流量。在制动时，此控制压力降低，以提高液压马达的流量。在进一步深化本发明中，建议采用一个与传动机的转速相关的、有效的制动力矩-限制设备来调节控制压力。尽管在制动开始时，控制压力传感器为伺服泵规定了零输出指令，为液压马达规定了最大流量指令，且与此相应地要消耗控制压力，但根据本发明，应首先将控制压力固定在一个规定值的。

对车辆来说，这可通过预先设置的制动力矩-限制设备圆满地实现。在传动机的转速超过其极限转速时，此制动力矩-限制设备可保持住已达到的液压马达流量调节量，直到转速低于极限转速为止，或将流量固定在一定义值上，直到转速低于极限转速为止。

只要液压马达具有一个用以调节流量的伺服装置，那么在控制压力管道中构造一个制动力矩-限制阀是利于控制压力的调节的。此伺服装置与最大可能流量方向上的弹簧力相反，由控制压力调节。伺服装置安装在与控制压力传感器相连的控制压力管道上。如果考虑到合理的制造价格和可靠性，就应在制动力矩-限制设备上装一个由传动机驱动的恒定泵。在恒定泵的管道中，装有一个流量孔板，和一个方向控制阀门。方向控制阀门与控制压力传感器相连，安装在控制压力管道上，且具有阻流和流量调节功能。在流量调节方向上，可用弹簧力和一个由流量孔板后的压力引发的信号控制方向控制阀;在阻流方向上，则采用流量孔板前的压力引发的信号控制方向控制阀。在制动时，传动机的转速升高。因此，恒定泵输送的大量压力介质，在流量孔板处的压力下降。这个压力降是度量传动机转速的尺度，用这种方法可探测到传动机的转数是否超过了其极限转速。如果流量孔板处的压力降超过一个确定的，且由方向控制阀上的弹簧力规定的值，方向控制阀就关闭。那么，在方向控制阀和调节流量的伺服装置之间的控制压力管道中的压力就不会再降低。这样，就可保持住已经达到的流量调节量。应有目的地安放方向控制阀处的弹簧，它应保证，方向控制阀仅在急剧制动，将车速从某一速度（已超过确定速度，例如14公里/小时）上降下来时才喷射。在转速重新降到低于极限转速之前，不可增大液压马达的流量。

下面是本发明的另一种优选的结构。将控制压力管道与换向阀的出口相连，换向阀的第一个入口与控制压力传感器相连，它的第二个入口通过孔板和限压阀（安装在孔板的下方）的中间连接体，与方向控制阀的出口相连。此方向控制阀在流量孔板的上方与恒定泵相连，它具有阻流和流量调节功能。在阻流调节中，用一个弹簧力和一个流量孔板后的压力引发的信号控制方向控制阀，在流量调节中，用流量孔板前的压力引发的信号进行控制。换向阀从其两个入口处的压力中选出较高者，将它传给伺服装置，以继续调节流量。显然，行驶（有控制压力传感器产生的控制压力）不同于制动（无控制压力传感器产生的控制压力;这样，恒定泵的压力介质流过打开的方向控制阀）。制动时，如果流量孔板处的压力差相当大，方向控制阀被接到“开”的位置，压力介质就从恒定泵流出，流过方向控制阀、被串联的孔板和换向阀，流到液压马达的伺服装置。在此过程中，限压阀规定了一个确定压力，孔板限定了流经方向控制阀的压力介质流量，否则，由恒定泵输送的压力介质流就会流出限压阀。

在前述的、本发明的两种结构中，可将方向控制阀作为中间调节节流方向控制阀而构造，由此即可连续缓慢地控制流量。

根据进一步完善的第二种结构方案，可用与流量孔板前的压力相关的信号去控制限压阀的弹簧。为了打开限压阀，不仅要克服弹簧的预应力;还要克服一个附加的，与传动机的转速相关的力。由此，流量调节量就取决于传动机的超额转速与极限转速之差。

对于车辆，特别是具有行程液压系统的地面运输工具来说，把恒定泵做为行程液压系统的泵是十分有利的。由此，制动力矩限制阀的花费不大。

以下附图中概括描绘的结构例子详细说明了本发明的其它优点以及详细内容。

图1示出了本发明所提出的车辆的车用液压传动机构;

图2a示为制动过程的简图式描述（对应于现有技术下的制动方法）;

图2b为液压马达流量调节的简图式描述（对应于现有技术下的制动方法）;

图3a为本发明中制动过程的一简图式描述;

图3b为液压马达流量调节的一简图描述（对应于本发明中所述的制动方法）;

图4为与图1所描述的传动机构不同的车用液压传动机构的另一种结构形式;

图5为根据图4对发明进一步完善后的车用液压传动机构。

图1描述了本发明提出的车辆的车用液压传动机构。传动机1，例如一台柴油机，驱动伺服泵2可籍助于伺服设备3调节伺服泵2的输送容积。图中没有介绍伺服设备3的控制方法。伺服泵2在闭合循环系统中与液压马达4相连。在需要时，液压马达4在一个联动机构中间连接体中驱动一个传动轴。此传动轴端上的组件用5表示。采用伺服设备6调节液压马达4的流量。当液压循环系统中的压力超过最高的可能压力时，例如400巴，限压阀7或8使压力介质从高压端流向低压端。液压马达的伺服设备6通过控制压力控制管道S与控制压力传感器9相连。只要在控制压力管道S中产生一个控制压力，此力在伺服设备中就起作用，以抵消弹簧力。弹簧力力图将液压马达的流量调节到最大可能值。从某一确定的压力高度（取决于弹簧力）起，控制压力使液压马达4的流量减小。只要控制压力传感器9和伺服设备3为伺服泵2提供了控制压力，随着控制压力的上升，首先只提高伺服泵2的输送容积，此间，由于伺服设备6中的弹簧力的作用，液压马达4的流量被调到并保持在最大值上。车辆启动时，由于伺服装置6中的弹簧力和一个现时还较小的控制压力（开始时，它仅被用来调节伺服泵2的输送容积）的作用，应将液压马达4的流量调到最大值。由于控制压力不断上升，伺服泵2的输送容积将从零输送量开始慢慢升高。当液压循环系统中的工作压力达到最高值时，在液压马达4上作用着最高启动力矩。一直到某一速度，例如车辆最大速度的25%，将液压马达4的流量调到并保持在最大值上。在这个运行范围内，仅通过伺服泵2的输送容积来控制车辆的速度。在车速等于最大车速的25%的时候，如果输送容积达到最大值，就可进一步提高控制压力，以克服伺服装置6中的弹簧力，因此，液压马达4的流量下降。由上述原因，车速进一步升高，与此同时，传动力矩下降。在此运行速度范围内，无需最大传动力矩。在车速约为最大车速的50%时，液压马达4的流量达到最小可能值。为了使车速进一步提高到最大值，就需一直升高传动机的转速，直到达到最大可能车速为止。在制动时，通过减小控制压力，把伺服泵朝零输送容积方向调节，把液压马达朝最大流量方向调节，把传动机调到无负荷运转转速。

因此，关系就颠倒了过来：液压马达4变成了泵，伺服泵2变成了马达。速度下降时，在液压马达4和伺服泵2之间的管道中就产生了一个压力。此压力驱动伺服泵2，因而也就驱动了传动机1。紧接着，传动机1的转速就升高。车辆的动能就转换为传动机1的动能，即转换为旋转体和/或摆动体的动能。在轻微制动时，特别是在低速情况下，传动机1的转速升高，但不超过极限。因为传动机1，特别是在柴油机情况下，可产生制动力矩，因而能消耗能量。

在把车辆从高速行驶状态下制动下来的情况中，车辆的动能远远大于传动机1可吸收的能量。因此，液压循环系统中的压力介质流过限压阀7和8;从高压端流到低压端。因此，不仅可通过升高传动机1的转速的方法，还可以通过限压阀7或8喷射的方法来消耗车辆的动能。由此，那部分传动机吸收不了的能量，在限压阀7或8上转换掉了。在设计液压循环系统，特别是设计伺服马达4的调节特性时，应使设计可以保证，在车辆满载和从高速状态下制动时，能得到足够的制动力矩以及令人满意的制动特性。

然而，在车辆空载或轻载时，现有车辆制动性能不令人满意，因为车辆制动过于猛烈。

图2a用图示描述了这种制动过程。横坐标为时间轴，时间单位为秒。纵坐标为速度（范围从0至50公里/小时）和制动率（从0至50%）轴。根据定义，制动率等于制动力矩和车重之比。车速用虚线表示，制动率用实线表示。

图2b用实线表示液压马达4的流量随时间的变化规律，用虚线表示伺服泵2的输送容积随时间的变化规律。输送容积和流量的单位为cm³。

在这个例子中，车辆空载为13吨，将车辆从22公里/小时的行驶状态下制动下来。应根据车辆重量（空载重量加上有效载荷共22吨）来设计制动力矩。

液压马达4的流量随时间线性增长，伺服泵2的输送容积随时间线性衰减（图2b）。在制动过程开始时，为了打开限压阀7或8，必须首先将液压循环系统中的压力升高到一定值（例如400巴）。随后，制动率中也随时间线性上升。在本例中，最大值为44%，此值高到了不允许的程度。

根据发明设计了制动力矩-限制设备。根据图1所示的构型，此设备具有一个由传动机1传动的恒定泵10，在它的输送管道F中，装有一个流量孔板12。在控制压力管道S中，装有一个具有阻流调节和流量调节功能的方向控制阀11。可将方向控制阀作为开关阀和中间调节用的节流方向控制阀来构造。方向控制阀在流量调节方向上由一个弹簧力和流量孔板12下方的压力控制。在阻流方向上由流量孔板12前的压力控制。制动时，控制压力传感器9不为液压马达4的伺服装置6提供控制力，因此，传动机1的转速就升高，恒定泵10输出的压力介质量较大，流量孔板12处的压力降也增大。在方向控制阀11处的弹簧的作用下，只要压力降达到一个确定的设计值，方向控制阀门11就关闭。由于完全关闭了方向控制阀11，在伺服设备6中就不再消耗控制压力。由此，液压马达4的流量就可保持在已经达到的值上。

图3a和3b是与图2a和2b相类似的描述，其间考虑了引入了制动力矩-限制设备的情况。

在时间t＝0.5秒时，传动机1达到了极限转速，方向控制阀11连接在关的位置。此后，液压马达4的流量不再升高，而是保持在已达到的值上。因此，一直到t＝1.6秒，制动率几乎不变化。在此时间点上，传动机1的转速又开低于极限转速，方向控制阀11打开。因此，控制压力管道中的控制压力继续被消耗，液压马达4的流量增大。所以，产生了一个较大的制动力矩，在时间t＝2.2秒时，制动率达到33%，这是令人满意的最大值。

图4介绍了本发明的第二种结构。在此结构中，又设计了一个换向阀14。在换向阀14的出口上连接了控制压力管道S，在它的第一个入口上，连接了控制压力传感器9。换向阀14的第二个入口与恒定泵10（在流量孔板12的上方）的输送管道F相连。在恒定泵10和换向阀14之间的管道上，安装了一串联的孔板15和一个限压阀13。根据这种结构，在阻流调节方向上，用弹簧力和流量孔板12下方的压力去控制方向控制阀门。在出流调节方向上用流量孔板上方的压力去控制方向控制阀门。换向阀14用于从两个入口处的压力中选择出较大者，将其传送给伺服装置6，以调节液压马达4的流量。显然，运行（控制压力传感器9输出控制压力）时和制动（控制压力传感器9不输出控制压力;需要时，压力介质以恒定泵10流出，经过打开的方向控制阀11）时的情况不一样。制动时，如果流量孔板12处有一个适当大小的压力差，方向控制阀就连在出流调节位置上。压力介质从恒定泵10流出，流经方向控制阀、被串连的孔板15和换向阀14，一直流到液压马达4的伺服装置中。此间，限压阀规定了一个确定的压力，流量孔板15限制了流过方向控制阀的压力介质流，否则，由恒定泵10输送的压力介质就会溢出限压阀13。

图5介绍了进一步完善化了的前述结构。在此结构中，限压阀13的弹簧片还要附加地受到流量孔板12上方的压力的控制。因此，液压马达4的流量调节还与传动机转速与其极限转速之差相关。这个由限压阀13提供的、由液压马达4的伺服设备6所传递的压力取决于流量孔板12处的压力差。因为，为了打开限压阀13，不仅需要克服弹簧力，还要克服一个由小圆筒-活塞-成套设备产生的力。

在把本发明应用于具有行程液压系统的地面运输工具中时，应把行程液压系统的泵设计成恒定泵10，这样不必为制动力矩-限制设备设计其专用的测量泵。

如所举的例子表明的那样，可直接，非直接或程控地调节液压马达4的流量。由控制压力传感器9或制动力矩-限制设备B所规定的力确定了状态调节额定值。

Claims (9)

1、采用车用液压传动机构制动车辆的方法，在所述方法中，至少将一台车用液压传动机构中的可调液压马达朝其最大可能流量方向调节，在此过程中，车辆的动能一部分传递到传动机中，另一部分由车用液压传动机构中的限压代所消耗，其特征是，在制动过程中，当传动机(1)的转速超过其极限转速时，应保持住液压马达(4)的已经达到的流量调节量或将流量固定在一个定义值上，直到转速重新低于极限转速为止，随后，继续将液压马达(4)朝其最大可能流量方向调节。

2、如权利要求1所述的方法，其特征是，在所述方法中，在压力传感器中产生一个控制压力，用此控制压力调节液压马达的流量;在制动时，为了提高液压马达的流量而降低控制压力;

制动力矩-限制设备（B）影响着控制力，且此设备与传动机（1）的转速相关。

3、一种具有一个传动机和一个车用液压传动机构的车辆，所述车用液压传动机构具有一个液压泵和一个在闭合循环系统中、且与之相连的液压马达;在制动时，车辆的动能一部分可传递到传动机中，另一部分消耗在限压阀上;所述这些限压阀装在车用液压传动机构中，为了制动，液压马达的流量是可以增大的;其特征是，设计了一种制动力矩-限制设备（B），在传动机（1）的转速超过极限值时，此设备可使液压马达（4）保持住其业已达到的流量调节量，直至转速低于极限转速为止;或者将流量固定在一个定义值上，直至转速低于极限转速时为止。

4、如权利要求3所述的车辆，其特征是，液压马达具有一个调节流量的伺服机械装置，此伺服机械装置上加载着控制压力，并与最大流量方向上的弹簧力相对;此装置安装在控制压力导管上，此导管与控制压力传感器相连，为了能影响控制压力，将制动力矩限制设备（B）设置在控制压力管道（S）中。

5、如权利要求4所述的车辆，其特征是，制动力矩-限制设备（B）具有一个由传动机（1）驱动的恒定泵（10），在此泵的输送管道（F）中，装有一个流量孔板（12），以及一个与控制压力传感器（9）相连接的方向控制阀（11），此阀装在控制压力管道（S）中，且具有阻流调节与流量调节功能;在流量调节方向上;方向控制阀（11）由弹簧力和由流量孔板后的压力引发的信号控制;在阻流调节方向上，由流量孔板前的压力引发的信号控制。

6、如权利要求4所述的车辆，其特征是，控制压力管道（S）与换向阀（14）的出口相连，控制压力传感器（9）与换向阀的第一个入口相连接;它的第二个入口在孔板（15）和压力限制阀（13）（它安装在孔板（15）的下方）的中间连接体上，与一个方向控制阀（11）（在流量孔板（12）的上方且与恒定泵（10）相连）的出口相连，并还与阻流和流量调节器相连;在阻流调节中，换向阀由弹簧力和流量孔板（12）后的压力引发的信号控制;在流量调节中，由流量孔板（12）前的压力引发的信号控制。

7、如权利要求5或6所述的车辆，其特征是，方向控制阀（11）为中间位置中的节流方向控制阀。

8、如权利要求6和7所述的车辆，其特征是，与流量孔板（12）前的压力相关的信号控制限压阀（13）的弹簧端。

9、如权利要求5至8所述的车辆，其特征是，将恒定泵做为行程液压系统的泵。

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