CN110017309B - 一种兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，包括换挡阀、手/自动切换阀和平衡阀；换挡阀通过输入的先导油控制位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，马达变量柱塞缸处于初始位置；位于第二位置时，马达梭阀高压油可进入马达变量柱塞缸；手/自动切换阀通过电磁铁的通断电控制对应地位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，高压输入端口与高压输出端口间的通路被阻断；位于第二位置时，使平衡阀高压腔与压力反馈端口形成连通。本发明可以解决手动换挡阀在上坡时安全隐患问题以及自动换挡阀在复杂工况下高低速两种间反复切换带来的履带机械行颤动问题，不需要系统附加额外的元件或系统，结构形式简单。

Description

一种兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统
技术领域
本发明涉及液压、机械领域，具体来说涉及一种用于液压行走马达的换挡阀。
背景技术
各种类型的履带机械广泛应用于民用，交通运输、水利工程、矿山采掘以及现代军事工程的机械化施工。其行走驱动装置多用一个斜盘式柱塞马达附带一个星型减速机来构成，该装置称为行走马达。行走马达一般要求具备高速与低速两种工作模式，反映至驱动单元柱塞马达上，即要求柱塞马达具备两级变速功能。当挖掘机行走在坡道、泥泞沼泽、拖拽等工况下，往往要求行走马达提供更大驱动力矩，行走马达应始终处于“低速大扭矩状态”。当挖掘机行走在平坦道路或者下坡等工况下，行走马达负载压力较小，行走马达应处于“高速小扭矩状态”。
目前行走马达换挡阀应用较多的为手动换挡阀，但为避免因操作人员在重载工况下遗忘，将行走马达设定为低速模式导致发动机熄火溜车，行走马达换挡阀应具备重载工况下自动由高速模式切换至低速模式的功能。而单一功能的自动换挡阀由于复杂的道路工况会导致行走马达高低速自动切换，引起挖机颤动，也不能满足使用要求。为兼顾行走马达换挡的实用性和安全性，行走马达换挡阀应同时具备手动换挡和自动换挡功能，方便挖掘机操作人员进行灵活选择换挡形式以适应道路复杂工况，而市场上暂时没有发现此种功能的行走马达换挡阀。
专利号为CN201420802778.X 的中国专利公开了一种用于行走马达速度控制的换档阀。该阀利用一个梭阀从行走马达两主进回油口选用高压者为换档阀一个输入端口，换档阀另一端口联接回油端口（低压）。同时，将行走马达的实际工作压力以反馈信号的形式引入至换档阀，行走马达处在高速模式下，当工作压力达到某一预设定值时，换档阀将行走马达自动设定为低速模式。该方案是市场上附带自动换档功能的行走马达普遍采用的方案，行走马达换挡阀只具备自动换挡功能而不具备手动换挡功能，限制了挖机操作手在复杂工况下灵活操控挖机的手段（比如当挖机完成上坡之后，由于行走马达负载压力较低，换挡阀会自动切换为高速挡，此时挖机会从低速快速切换为高速，造成挖机瞬间冲击）。
专利号为103912036A的中国专利公开了一种行走马达的速度控制方法与系统。通过实时检测行走马达的主油口压力作为参考值，在操作人员设定行走马达为高速模式的工况下，当参考值大于控制器中第一预设值时，行走马达处于低速模式；如参考值大于第一预设值时，参考值再与第二预设值相比较，大于第二预设值时，行走马达处于低速模式，小于第二预设值时处于高速模式；该技术方案较专利号为CN201420802778.X提出的技术方案，一定程度上降低了行走马达高低速两种模式间反复切换的概率，但由于挖机工况复杂恶劣，仍没从根本解决现有技术方案存在的缺陷。另外，技术方案中需要增加一个附带传感器与控制器额外控制系统，不但将增加主机产品的成本也降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：
本发明将公开一种兼具手动换挡和自动换挡功能的液压行走马达速度控制系统，有效解决手动换挡阀在上坡时安全隐患问题以及自动换挡阀在复杂工况下高低速两种间反复切换带来的履带机械行颤动问题，提升了行走马达乃至履带机械产品的寿命，确保了履带机械行驶的安全性；换档阀及手/自动切换阀内置于行走马达端盖，不需要系统附加额外的元件或系统。同时结构形式简单，且采用通孔式设计，大大降低了产品维修难度与产品成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，包括换挡阀、手/自动切换阀和平衡阀；
换挡阀具有先导控制端口X、梭阀高压输入端口Y、压力反馈端口F和排量伺服柱塞控制端口P；先导控制端口X用于连通输入先导油；梭阀高压输入端口Y用于连通马达梭阀高压油，排量伺服柱塞控制端口P用于连通马达变量柱塞缸，压力反馈端口F用于反馈手/自动切换阀传递的压力；
换挡阀通过先导控制端口X输入的先导油控制对应地位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路被阻断不连通，马达变量柱塞缸处于初始位置；位于第二位置时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路连通，马达梭阀高压油可进入马达变量柱塞缸；
手/自动切换阀具有高压输入端口I和高压输出端口O；高压输入端口I与平衡阀高压腔连通，高压输出端口O与压力反馈端口F相通；
手/自动切换阀通过电磁铁的通断电控制对应地位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，高压输入端口I与高压输出端口O间的通路被阻断；位于第二位置时，高压输入端口I与高压输出端口O间的通路连通，平衡阀高压腔与压力反馈端口F形成连通。
进一步地，手/自动切换阀处于第一位置时，使压力反馈端口F置空，马达处于由换挡阀的先导油供给与否控制的手动换档状态。
进一步地，手/自动切换阀处于第二位置时，平衡阀高压腔的油进入压力反馈端口F，与先导控制端口X输入的先导油的压力进行比较，马达处于由压力比较结果控制的自动换档状态。
进一步地，先导控制端口X无先导油流入时，换挡阀位于第一位置，马达变量控制缸处于初始位置，使马达处于低速大排量状态。
进一步地，先导控制端口X有先导油流入时，换挡阀位于第二位置，马达变量柱塞缸使马达处于高速小排量状态。
进一步地，电磁铁的通断电通过设置在驾驶室的电源按钮控制。
进一步地，换挡阀、手/自动切换阀均具有一与马达壳体泄油腔相通的回油端口。
进一步地，换挡阀包括阀座、一端插在阀座中并可相对阀座运动的阀芯和套于阀芯上并由阀芯和阀座夹持的复位弹簧；
阀芯上开设一阻尼槽，复位弹簧被压缩时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路通过阻尼槽形成连通，使换挡阀处于第二位置；
阀座朝向阀芯的凹槽内开有可通至马达壳体泄油腔的泄油孔；
阀芯在复位弹簧的回复力作用下使换挡阀处于第一位置。
进一步地，手/自动切换阀包括包括阀座、一端插在阀座中并可相对阀座运动的阀芯、套于阀芯上并由阀芯和阀座夹持的复位弹簧和电磁铁；
通过电磁铁的通断电，对阀芯的吸力/排斥力及复位弹簧的回复力使阀芯相对阀座处于第一位置或第二位置。
进一步地，换挡阀、手/自动切换阀内置于马达端盖中。
本发明所达到的有益效果：
1、有效避免了行走马达单一手动换挡阀因操作人员在重载工况下遗忘将行走马达设定为低速模式导致发动机熄火溜车的安全问题；
2、有效避免了行走马达单一自动换挡阀因道路复杂工况而导致高低速反复切换带来的履带机械行颤动问题；
3、换挡阀为内置二位三通换向阀，兼具手动换挡和自动换挡功能，且自动换挡结构形式简单可靠，加工成本低；
4、手/自动切换阀为内置二位二通电磁换向阀，通过电磁铁的开关，可灵活控制马达换挡形式，有效适应挖掘机行走马达的各种复杂道路工况；
5、换挡阀和手/自动切换阀均内置行走马达端盖内部，不需要附加额外元件和系统；
6、换挡阀和手/自动切换阀通孔式设计，阀芯结构互换性高，维修难度小，内部流道简单，加工成本低。
附图说明
图1 本发明专利兼具手动换挡和自动换挡功能的行走马达速度控制系统结构图；
图2 本发明专利换挡阀开启状态；
图3 本发明专利手/自动切换阀开启状态；
图4 本发明专利系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明专利采用图1和图2所示的结构，包括马达端盖2、换挡阀3、手/自动切换阀1、平衡阀4、先导油路A、油路B和油路C。换挡阀3及手/自动切换阀1内置于马达端盖2内部，其中换挡阀3由阀芯5、复位弹簧6、阀座7、阀杆8、挡圈9组成，阀芯5的一端插在阀座7内并可沿阀座7运动，复位弹簧6套设在阀芯5上，并由阀芯5上的台肩与阀座7夹持。阀芯5内部开设垂直相交孔，阀杆8内嵌入阀芯5中，其一端落在阀座7凹槽底部，阀杆8另一端与阀芯5内部孔形成工作腔，负载高压油引入工作腔中作用在阀芯5内孔的顶面，可与先导压力进行比较，形成自动换挡功能。换挡阀3通过挡圈9限制安装在马达端盖2内部。手/自动切换阀1由挡圈11、阀座12、复位弹簧13、阀芯14、电磁铁15组成，阀芯14的一端插在阀座12内并可沿阀座12运动，复位弹簧13套设在阀芯14上，并由阀芯14上的台肩与阀座12夹持，手/自动切换阀1通过挡圈11限制安装在马达端盖2内部。
换挡阀3为二位三通换向阀，有5个工作端口，分别是先导控制端口X、回油端口L1、梭阀高压输入端口Y，压力反馈端口F、排量伺服柱塞控制端口P。先导控制端口X连通外控先导油源，回油端口L1通过阀座7的小孔与马达壳体泄油腔相通，梭阀高压输入端口Y连通马达梭阀高压油，排量伺服柱塞控制端口P连通马达变量柱塞缸，压力反馈端口F可通过油路B、手/自动切换阀1、油路C与平衡阀4高压腔相通。初始位置时，如图1所示，先导控制端口X置空，阀芯5在复位弹簧6的作用下被推到第一位置(顶部)，此时端口Y和端口P不通，马达变量控制缸处于初始位置，马达处于低速大排量状态；当先导控制端口X接通能够克服复位弹簧6的弹簧力时，阀芯5移动至阀座7凹槽底部第二位置，如图2，此时端口Y和端口P通过阀芯5的周向阻尼槽接通，高压油进入变量控制缸，使马达由低速大排量状态变为高速小排量状态。通过手动控制先导控制端口X的接通与否，可对马达的排量进行大小切换。当马达需要转变为自动换挡时，可通过手/自动切换阀1将负载高压油引到压力反馈端口F与先导控制端口X传递的先导压力作比较，马达根据负载的压力变化而自动换挡。
手/自动切换阀1为二位二通电磁换向阀，有3个工作端口，分别是平衡阀高压输入端口I、平衡阀高压输出端口O及回油端口L2。手/自动切换阀1高压输入端口I与平衡阀4高压腔连通；手/自动切换阀1高压输出端口O与换挡阀3压力反馈端口F相通；回油端口L2通过阀座12的小孔与马达壳体泄油腔相通；初始位置，如图1所示，电磁铁15不通电，阀芯14在复位弹簧13的作用下被推到顶端，端口I和端口O不通，马达换挡阀压力反馈端口F置空，此时马达处于手动换挡状态。当电磁铁15通电时，电磁铁顶芯推动阀芯14移动至阀座12凹槽底端，如图3所示，端口I和端口O接通，马达换挡阀压力反馈端口F接通平衡阀高压油腔，此时马达处于自动换挡状态，当负载高压油大于设定压力值时，换挡阀芯5回到初始位置，马达处于低速大排量状态。在挖掘机上，可将电磁铁15电源通过驾驶室按钮控制，方便驾驶员操作手/自动挡随时切换。
图4为本发明专利的系统原理图，其中平衡阀4为三位六通换向阀，当马达顺时针转动时，马达入口通高压油，高压油分别进入到马达工作口、解除制动缸有杆腔及手/自动切换阀端口I。初始位置时，手/自动切换阀1电磁铁不通电，手/自动切换阀1处于左位，此时马达换挡阀3压力反馈端口F置空，马达通过先导油Ps的供给与否进行手动换挡；当电磁铁通电时，手/自动切换阀1处于右位，此时平衡阀4高压油通过端口I和端口O进入到换挡阀3压力反馈端口F，并与外控先导控制端口的先导压力进行比较，马达处于自动换挡状态，当负载反馈压力加弹簧力大于先导作用力时，换挡阀3左位工作，梭阀高压油通过梭阀高压输入端口Y进入排量伺服柱塞控制端口P，马达由高速小排量变成低速大排量。当马达负载降低至负载压力加弹簧力小于先导作用力时，换挡阀3右位工作，端口Y和端口P被截断，排量伺服柱塞控制端口置空，马达由低速大排量变成高速小排量。马达逆时针转动时原理同上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，包括换挡阀、手/自动切换阀和平衡阀；
换挡阀具有先导控制端口X、梭阀高压输入端口Y、压力反馈端口F和排量伺服柱塞控制端口P；先导控制端口X用于连通输入先导油；梭阀高压输入端口Y用于连通马达梭阀高压油，排量伺服柱塞控制端口P用于连通马达变量柱塞缸，压力反馈端口F用于反馈手/自动切换阀传递的压力；
换挡阀通过先导控制端口X输入的先导油控制对应地位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路被阻断不连通，马达变量柱塞缸处于初始位置；位于第二位置时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路连通，马达梭阀高压油可进入马达变量柱塞缸；
手/自动切换阀具有高压输入端口I和高压输出端口O；高压输入端口I与平衡阀高压腔连通，高压输出端口O与压力反馈端口F相通；
手/自动切换阀通过电磁铁的通断电控制对应地位于第一位置或第二位置；位于第一位置时，高压输入端口I与高压输出端口O间的通路被阻断；位于第二位置时，高压输入端口I与高压输出端口O间的通路连通，平衡阀高压腔与压力反馈端口F形成连通。
2.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，手/自动切换阀处于第一位置时，使压力反馈端口F置空，马达处于由换挡阀的先导油供给与否控制的手动换档状态。
3.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，手/自动切换阀处于第二位置时，平衡阀高压腔的油进入压力反馈端口F，与先导控制端口X输入的先导油的压力进行比较，马达处于由压力比较结果控制的自动换档状态。
4.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，先导控制端口X无先导油流入时，换挡阀位于第一位置，马达变量控制缸处于初始位置，使马达处于低速大排量状态。
5.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，先导控制端口X有先导油流入时，换挡阀位于第二位置，马达变量柱塞缸使马达处于高速小排量状态。
6.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，电磁铁的通断电通过设置在驾驶室的电源按钮控制。
7.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，换挡阀、手/自动切换阀均具有一与马达壳体泄油腔相通的回油端口。
8.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，换挡阀包括阀座、一端插在阀座中并可相对阀座运动的阀芯和套于阀芯上并由阀芯和阀座夹持的复位弹簧；
阀芯上开设一阻尼槽，复位弹簧被压缩时，梭阀高压输入端口Y与排量伺服柱塞控制端口P间的通路通过阻尼槽形成连通，使换挡阀处于第二位置；
阀座朝向阀芯的凹槽内开有可通至马达壳体泄油腔的泄油孔；
阀芯在复位弹簧的回复力作用下使换挡阀处于第一位置。
9.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，手/自动切换阀包括阀座、一端插在阀座中并可相对阀座运动的阀芯、套于阀芯上并由阀芯和阀座夹持的复位弹簧和电磁铁；
通过电磁铁的通断电，对阀芯的吸力/排斥力及复位弹簧的回复力使阀芯相对阀座处于第一位置或第二位置。
10.根据权利要求1所述的兼具手动和自动换挡功能的行走马达速度控制系统，其特征是，换挡阀、手/自动切换阀内置于马达端盖中。
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