CN110594409A - 柔性换挡液压系统及其控制方法与工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种柔性换挡液压系统及其控制方法与工程机械，其中，柔性换挡液压系统包括：发动机；行驶变量泵，发动机可带动行驶变量泵工作，行驶变量泵具有第一工作口与第二工作口；行驶马达，具有第三工作口与第四工作口，第三工作口与第一工作口相连通，第四工作口与第二工作口相连通；变速箱，行驶马达与变速箱传连接；通断阀，具有第五工作口与第六工作口，第五工作口与第三工作口相连通，第六工作口与第四工作口相连通，通断阀可选择性的使得第五工作口和第六工作口导通和断开。本发明提出的柔性换挡液压系统，借由可微调的行驶马达提升同步环与高低速档齿轮啮合的成功率，进而提升了换挡的成功率。

Description

柔性换挡液压系统及其控制方法与工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种柔性换挡液压系统、一种工程机械与一种柔性换挡液压系统的控制方法。

背景技术

目前，工程机械的行走系统可分为全机械式、全液压式、半液压半机械式等三种方式，就半液压半机械式而言，其基本的组成为：发动机-分动箱-闭式液压泵-液压马达-变速箱-后桥。

摊铺机采用的换挡原理主要为：换挡控制油控制换挡油缸的活塞左右运动，与换挡油缸活塞杆相连的油缸拨叉拨动同步环，同步环与左右两边的高低速档齿轮进行啮合，从而获得不同的减速比，以此调整档位。

然而，该换挡方式在停车后，换挡油缸工作带动同步环动作，换挡过程中可能会出现同步环与高低速档齿轮啮合角度偏差，导致出现换挡齿轮啮合不成功，换挡失败的情况。

发明内容

本发明旨在至少改善现有技术中存在的工程机械出现换挡不成功的技术问题。

为此，本发明的第一方面实施例提出了一种提升换挡成功率的柔性换挡液压系统。

本发明的第二方面实施例提出了一种采用第一方面实施例提供的柔性换挡液压系统的工程机械。

本发明的第三方面实施例提出了一种提升换挡成功率的柔性换挡液压系统的控制方法。

有鉴于此，根据本发明的第一方面实施例，本发明提出了一种柔性换挡液压系统，包括：发动机；行驶变量泵，发动机可带动行驶变量泵工作，行驶变量泵具有第一工作口与第二工作口；行驶马达，具有第三工作口与第四工作口，第三工作口与第一工作口相连通，第四工作口与第二工作口相连通；变速箱，行驶马达与变速箱传连接；通断阀，具有第五工作口与第六工作口，第五工作口与第三工作口相连通，第六工作口与第四工作口相连通，通断阀可选择性的使得第五工作口和第六工作口导通和断开。

本发明提出的柔性换挡液压系统，在行驶马达的两个工作口之间设置一个通断阀，当工程机械执行转档操作时，降低发动机的转速，将变量泵调整为零输出，导通通断阀，从而使得行驶马达可以微动，使得换挡过程中同步环与高低速档齿轮啮合角度匹配，换挡结束后，断开通断阀，进而借由可微调的行驶马达提升同步环与高低速档齿轮啮合的成功率，进而提升了换挡的成功率。

另外，根据本发明上述实施例的柔性换挡液压系统，还可以具有如下附加的技术特征：

在上述任一技术方案的基础上，变速箱包括：主轴，与行驶马达相连接；档位齿轮，可转动地套设于主轴；同步环，可轴向滑动地套设于主轴，同步环与主轴同步转动，且与档位齿轮相适配；拨叉，可带动同步环在主轴上移动以与所述档位齿轮中的任意一个档位齿轮建立连接。

在该技术方案中，变速箱包括主轴，行驶马达带动主轴转动，通过拨叉拨动同步环与不同档位齿轮的配合，实现变速箱的换挡。

在上述任一技术方案的基础上，柔性换挡液压系统还包括：换挡液压泵，具有第七工作口与第八工作口；液压缸，具有第九工作口与第十工作口，第九工作口与第七工作口相连通，第十工作口与第八工作口相连通，液压缸的活塞杆与拨叉相连接。

在该技术方案中，拨叉通过换挡液压泵驱动液压缸实现移动，从而实现同步环与档位齿轮的啮合，液压缸运行稳定且可靠，保证拨叉移动的稳定效果。

在上述任一技术方案的基础上，柔性换挡液压系统还包括：储液装置，行驶变量泵、行驶马达、换挡液压泵均有储液装置相连接。

在该技术方案中，行驶变量泵、行驶马达、换挡液压泵均与储液装置相连接，以为行驶变量泵、行驶马达、换挡液压泵提供足够的液压油以使柔性换挡液压系统进行相应的工作。

在上述任一技术方案的基础上，行驶马达与变速箱通过花键相连接。

在该技术方案中，花键的连接效果可靠，传递转矩效果佳。

在上述任一技术方案的基础上，行驶变量泵为闭式液压泵。

在该技术方案中，行驶变量泵为闭式液压泵。

根据本发明的第二方面实施例，本发明提出了一种工程机械，包括如上述技术方案中任一项所述的柔性换挡液压系统。

本发明提出的工程机械，因包括如上述技术方案中任一项所述的柔性换挡液压系统，因此，具有如上述技术方案中任一项所述的柔性换挡液压系统的全部的有益效果，在此不再一一陈述。

具体地，工程机械为摊铺机。

在上述任一技术方案的基础上，工程机械还包括：后桥，柔性换挡液压系统与后桥相连接；车轮，设于后桥。

在该技术方案中，车轮设于后桥，柔性换挡液压系统将动力传输至后桥。

根据本发明的第三方面实施例，本发明提出了一种柔性换挡液压系统的控制方法，包括：接收换挡信息；降低发动机转速，将行驶变量泵的排量调整为零输出；通断阀动作使得第五工作口与第六工作口导通；执行换挡操作；换挡操作完成后，通断阀动作使得第五工作口与第六工作口断开；将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值。

本发明提出的柔性换挡液压系统的控制方法，在接收到换挡信息后，降低发动机的转速，将变量泵调整为零输出，并导通通断阀，进而使得行驶马达可以微动，使得换挡过程中同步环与高低速档齿轮啮合角度匹配，进而完成换挡操作，换挡操作完成后断开通断阀，将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值以使工程机械正常运行，即借由可微调的行驶马达提升同步环与高低速档齿轮啮合的成功率，进而提升了换挡的成功率。

在上述技术方案的基础上，进一步地，执行换挡操作具体为：执行换挡操作，当换挡液压泵工作的情况下，根据液压缸的活塞杆的位移值确定换挡操作是否成功，若换挡操作成功，执行将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值的步骤，否则报警提示。

在该技术方案中，由于同步环与档位齿轮是啮合关系，因此，可通过判断活塞杆位移值来判断同步环与档位齿轮是否啮合，即确定换挡操作是否成功，具体地，若活塞杆的位移值低于位移阈值时，则说明同步环与档位齿轮未啮合或未完全啮合，换挡不成功，此时，发出警报，以提示用户换挡不成功；当活塞杆的位移值达到移阈值时，则说明书同步环与档位齿轮完全啮合，换挡成功，此时，可将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值，以使工程机械的恢复正常运行。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出本发明一个第一方面实施例提供的柔性换挡液压系统的结构示意图；

图2示出如图1所示的柔性换挡液压系统中变速箱与液压缸的结构示意图；

图3示出如图1所示柔性换挡液压系统与工程机械的后桥的结构示意图；

图4示出本发明第一个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图；

图5示出本发明第二个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图；

图6示出本发明第三个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图。

其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1柔性换挡液压系统，10发动机，12行驶变量泵，14行驶马达，16变速箱，162主轴，164档位齿轮，166同步环，168拨叉，18通断阀，20液压缸，202活塞杆，22储液装置，24后桥。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图6描述根据本发明一些实施例提供的柔性换挡液压系统1、工程机械与柔性换挡液压系统的控制方法。

如图1所示，根据本发明的第一方面实施例，本发明提供了一种柔性换挡液压系统1，包括：发动机10；行驶变量泵12，发动机10的输出轴与行驶变量泵12相连接，以带动行驶变量泵12工作，行驶变量泵12具有第一工作口A1与第二工作口B1；行驶马达14，具有第三工作口A2与第四工作口B2，第三工作口A2与第一工作口A1通过管路相连接，第四工作口B2与第二工作口B1通过管路相连接；变速箱16，行驶马达14的输出轴与变速箱16相连接，以为变速箱16传递扭矩；通断阀18，具有第五工作口A与第六工作口P，第五工作口A与第三工作口A2通过管路相连接，第六工作口P与第四工作口B2通过管路相连接，通断阀18可选择性的使得第五工作口A和第六工作口P导通和断开。

更具体地，通断阀18的控制端为Y1，通断阀18的另一工作口T为封闭状态，且，行驶变量泵12、通断阀18、行驶马达14分别设置在液压集成块上，通断阀18的第五工作口A与行驶变量泵12的液压集成块工作口MA相连接，通断阀18的第六工作口P与行驶变量泵12液压集成块工作口MB相连接。

本发明提出的柔性换挡液压系统1，在行驶马达14的两个工作口之间设置一个通断阀18，当工程机械执行转档操作时，降低发动机10的转速，将行驶变量泵12调整为零输出，导通通断阀18，从而使得行驶马达14可以微动，使得换挡过程中同步环166与高、低速档齿轮啮合角度匹配，换挡结束后，断开通断阀18，进而借由可微调的行驶马达14提升同步环166与档位齿轮164啮合的成功率，进而提升了换挡的成功率。

即本发明提供的柔性换挡液压系统1，在换挡时，行驶马达14处于可微转动地状态，进而避免了因行驶马达14因锁定而使换挡不成功的情况。

在本发明上述实施例的基础上，如图2所示，变速箱16包括：主轴162，与行驶马达14的输出轴相连接，以实现同步转动；档位齿轮164，通过轴承套设于主轴162，档位齿轮164包括：高档位齿轮与低档位齿轮；同步环166，可活动地套设于主轴162，位于高档位齿轮与低档位齿轮之间，且高档位齿轮与低档位齿轮均设有与同步环相啮合的凹槽，且同步环166与主轴162同步转动；拨叉168，与同步环166相连接，可带动同步环166在主轴162上移动以与档位齿轮164中的任意一个档位齿轮164建立连接。

在该实施例中，变速箱16包括主轴162，行驶马达14带动主轴162转动，在换挡时，行驶马达14处于可微转动的状态，进而主轴162也处于可转动状态，进而同步环166与档位齿轮164相配合时，主轴162可进行适应性旋转进行微调，从而避免因同步环166与档位齿轮164存在角度偏差而导致的换挡失败。

具体地，档位齿轮164的数量可根据实际需要设置任意个。

在本发明上述任一实施例的基础上，柔性换挡液压系统1还包括：换挡液压泵(图中未示出)，具有第七工作口与第八工作口；液压缸20，具有第九工作口A3与第十工作口B3，第九工作口A3与第七工作口通过管路相连接，第十工作口B3与第八工作口通过管路相连接，液压缸20的活塞杆202与拨叉相连接。

在该实施例中，拨叉168通过换挡液压泵驱动液压缸20实现移动，从而实现同步环166与档位齿轮164的啮合，液压缸20运行稳定且可靠，保证拨叉168移动的稳定效果，其中，换挡液压泵的动力可以源自发动机，也可以源自蓄能器，还可以源自其他动力设备。

进一步地，拨叉168与活塞杆202相焊接。

在本发明上述任一实施例的基础上，柔性换挡液压系统1还包括：储液装置22，行驶变量泵12、行驶马达14、换挡液压泵均有储液装置22通过管路相连接。

在该实施例中，行驶变量泵12、行驶马达14、换挡液压泵均与储液装置22相连接，以为行驶变量泵12、行驶马达14、换挡液压泵提供足够的液压油或者排泄多余的泄压油以维持工程机械进行相应的工作。其中，储液装置与行驶变量泵12液压集成块的工作口S相连接。

具体地，行驶变量泵12、行驶马达14、换挡液压泵可以与同一储液装置22相连接，也可以分别连接不同的储液装置22。

其中，储液装置22为油箱。

具体可选的，还包括补油泵，用于为主油路的液压系统提供液压油，保证液压系统压力和液压系统温度，补油泵与连接行驶变量泵12的第一工作口A1和行驶马达14的第三工作口A2的管路以及连接行驶变量泵12的第二工作口B1和行驶马达14的第四工作口B2的管路通过补油管路连接，补油管路上设有补油溢流阀和高压溢流阀，补油泵的出油口通过补油溢流阀与油箱相连接，高压溢流阀的数量为两个，补油泵的出油口通过两个高压溢流阀分别与连接行驶变量泵12的第一工作口A1和行驶马达14的第三工作口A2的管路以及连接行驶变量泵12的第二工作口B1和行驶马达14的第四工作口B2的管路连接。

在本发明上述任一实施例的基础上，行驶马达14与主轴162通过花键相连接。

在该实施例中，花键的连接效果可靠，传递转矩效果佳。

在本发明上述任一实施例的基础上，行驶变量泵12为闭式液压泵。

在该实施例中，行驶变量泵12为闭式液压泵。

本发明提供的柔性换挡液压系统1，针对液压缸20-拨叉168-同步环166-档位齿轮164的换挡方式，采用连通行驶马达14的第三工作口与第四工作口的方式，行驶马达14在发动机10停止的情况下保证输出花键轴可以转动，换挡过程中，同步环166齿轮与档位齿轮164之间存在微动特性，从而降低了因同步环166与档位齿轮164啮合不成功导致换挡失败的概率。

如图3所示，根据本发明的第二方面实施例，本发明提供了一种工程机械，包括上述任一实施例所提供的柔性换挡液压系统1。

本发明提供的工程机械，因包括如上述任一实施例所提供的柔性换挡液压系统1，因此，具有如上述任一实施例所提供的柔性换挡液压系统1的全部的有益效果，在此不再一一陈述。

在具体实施例中，本发明提供的工程机械包括：发动机10，行驶变量泵12，油箱，通断阀18，行驶马达14，变速箱16，后桥24。

行驶变量泵12与行驶马达14组成闭式回路，用于工程机械的行驶功能；发动机10带动行使液压泵工作，工作泵出的液压油经过行驶马达14后使行驶马达14工作，行驶马达14通过花键连接，传递转矩给变速箱16，经过定减速比后输出转矩给后桥24，实现工程机械的行驶功能。

当摊铺机换档前，先关闭发动机10，然后通断阀18得电，行驶马达14的第三工作口与第四工作口接通，行驶马达14的花键轴处于可转动状态，最后再执行换挡动作。

具体地，工程机械可以为摊铺机，也可以为其他工程机械。

具体的，还包括控制器，发动机10、行驶变量泵12、通断阀18、换挡信号输入设备和换挡液压泵分别和控制器连接，控制器用于根据换挡信号输入设备的换挡信号控制发动机10、行驶变量泵12、通断阀18和换挡液压泵动作。工作原理：控制器在接收换挡信息后，首先降低发动机转速，将行驶变量泵的排量调整为零输出；然后控制通断阀动作使得第五工作口与第六工作口导通，此时行驶马达处于可微动状态；接着执行换挡操作；再接着换挡操作完成后，通断阀动作使得第五工作口与第六工作口断开；随后将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值。其中，控制器可以为单片机，也可以为发动机ECU。

图4示出本发明第一个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图。

如图4所示，本发明第一个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的具体流程如下：

步骤402：接收换挡信息；

步骤404：降低发动机转速，将行驶变量泵的排量调整为零输出；

步骤406：通断阀动作使得第五工作口与第六工作口导通；

步骤408：执行换挡操作；

步骤410：换挡操作完成后，通断阀动作使得第五工作口与第六工作口断开；

步骤412：将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值。

本发明提供的柔性换挡液压系统的控制方法，在接收到换挡信息后，降低发动机的转速，将变量泵调整为零输出，并导通通断阀，进而使得行驶马达可以微动，使得换挡过程中同步环与高低速档齿轮啮合角度匹配，进而完成换挡操作，换挡操作完成后断开通断阀，将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值以使工程机械正常运行，即借由可微调的行驶马达提升同步环与高低速档齿轮啮合的成功率，进而提升了换挡的成功率。

图5示出本发明第二个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图。

如图5所示，本发明第二个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的具体流程如下：

步骤502：接收换挡信息；

步骤504：降低发动机转速，将行驶变量泵的排量调整为零输出；

步骤506：通断阀动作使得第五工作口与第六工作口导通；

步骤508：执行换挡操作；

步骤510：换挡操作成功；

步骤512：换挡操作完成后，通断阀动作使得第五工作口与第六工作口断开；

步骤514：将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值；

步骤516：换挡操作不成功；

步骤518：报警提示，如可以通过驾驶室仪表盘进行报警，报警形式不局限于声音报警、灯光报警、语音报警中的一种或多种。

在该实施例中，由于同步环与档位齿轮是啮合关系，因此，可通过判断活塞杆位移值来判断同步环与档位齿轮是否啮合，即确定换挡操作是否成功，具体地，若活塞杆的位移值低于位移阈值时，则说明同步环与档位齿轮未啮合或未完全啮合，换挡不成功，此时，发出警报，以提示用户换挡不成功；当活塞杆的位移值达到移阈值时，则说明书同步环与档位齿轮完全啮合，换挡成功，此时，可将将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值，以使工程机械的恢复正常运行，进而实现反馈换挡是否成功，并且在换挡不成功时，锁定发动机，提升工程机械的安全性。

图6示出本发明第三个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的流程图。

如图6所示，本发明第三个第三方面实施例提供的柔性换挡液压系统的控制方法的具体流程如下：

步骤602：获取发动机转速值和行驶变量泵的排量值；

步骤604：判断是否转速值小于等于转速阈值以及行驶变量泵的排量值减小至预设值；在判断结果为是的情况下执行步骤606，在判断结果为否的情况下执行步骤602；

步骤606：获取通断阀的电流值；

步骤608：判断电流值是否小于等于电流阈值；在判断结果为是的情况下执行步骤610，在判断结果为否的情况下执行步骤606；

步骤610：获取液压缸的活塞杆的位移值；

步骤612：判断位移值是否大于等于位移阈值；在判断结果为是的情况下执行步骤614，在判断结果为否的情况下执行步骤610；

步骤614：换挡成功，将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值。

在该实施例中，通过判断发动机的转速值、行驶变量泵的排量值、通断阀的电流值与活塞杆的位移值，以完成整个换挡过程，该方法不仅可以实现换挡，还可以反馈换挡是否成功，并在换挡不成功时，锁定发动机，提升工程机械的安全性。

在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性换挡液压系统，其特征在于，包括：

发动机；

行驶变量泵，所述发动机与所述行驶变量泵连接，所述行驶变量泵具有第一工作口与第二工作口；

行驶马达，具有第三工作口与第四工作口，所述第三工作口与所述第一工作口相连通，所述第四工作口与所述第二工作口相连通；

变速箱，所述行驶马达与所述变速箱连接；

通断阀，具有第五工作口与第六工作口，所述第五工作口与所述第三工作口相连通，所述第六工作口与所述第四工作口相连通，所述通断阀可选择性的使得所述第五工作口和所述第六工作口导通和断开。

2.根据权利要求1所述的柔性换挡液压系统，其特征在于，所述变速箱包括：

主轴，与所述行驶马达相连接；

档位齿轮，可转动地套设于所述主轴；

同步环，可轴向滑动地套设于所述主轴，所述同步环与所述主轴同步转动，且与所述档位齿轮相适配；

拨叉，可带动所述同步环在所述主轴上移动以与所述档位齿轮中的任意一个档位齿轮建立连接。

3.根据权利要求2所述的柔性换挡液压系统，其特征在于，还包括：

换挡液压泵，具有第七工作口与第八工作口；

液压缸，具有第九工作口与第十工作口，所述第九工作口与所述第七工作口相连通，所述第十工作口与所述第八工作口相连通，所述液压缸的活塞杆与所述拨叉相连接。

4.根据权利要求3所述的柔性换挡液压系统，其特征在于，还包括：

储液装置，所述行驶变量泵、所述行驶马达、所述换挡液压泵均与所述储液装置相连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性换挡液压系统，其特征在于，

所述行驶马达与所述变速箱通过花键相连接。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的柔性换挡液压系统，其特征在于，

所述行驶变量泵为闭式液压泵。

7.一种工程机械，其特征在于，包括：

如上述权利要求1至6中任一项所述的柔性换挡液压系统。

8.根据权利要求7所述的工程机械，其特征在于，还包括：

后桥，所述柔性换挡液压系统与所述后桥相连接；

车轮，设于所述后桥。

9.一种如权利要求1至6中任一项所述的柔性换挡液压系统的控制方法，其特征在于，包括：

接收换挡信息；

降低发动机转速，将行驶变量泵的排量调整为零输出；

通断阀动作使得第五工作口与第六工作口导通；

执行换挡操作；

换挡操作完成后，通断阀动作使得第五工作口与第六工作口断开；

将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值。

10.根据权利要求9所述的柔性换挡液压系统的控制方法，其特征在于，所述执行换挡操作具体为：执行换挡操作，当所述换挡液压泵工作的情况下，根据液压缸的活塞杆的位移值确定换挡操作是否成功，若换挡操作成功，执行所述将发动机转速和行驶变量泵的排量调整至需求值的步骤，否则报警提示。