CN112211998A - 一种液力传动箱变矩器的控制系统 - Google Patents

一种液力传动箱变矩器的控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液力传动箱变矩器的控制系统，包括：主控阀、I挡变矩器、Ⅱ挡变矩器、气动控制单元、调节单元和节流控制单元；所述调节单元一端与供油系统连接，另一端与所述节流控制单元连接，用于根据液力轴速度的变化，切换所述节流控制单元的不同控制供油线路；所述节流控制单元的不同控制供油线路分别与所述主控阀连接；所述主控阀分别与所述气动控制单元、所述供油系统和所述节流控制单元连接，用于控制所述I挡变矩器和Ⅱ挡变矩器之间的转换。本发明的有益效果是，采用这种结构能够实现变矩器转换的完全自动控制，减少了控制环节，保证了转换的及时性和快速性。

Description

一种液力传动箱变矩器的控制系统
技术领域
本发明涉及液力传动箱技术领域，尤其涉及一种液力传动箱变矩器的控制系统。
背景技术
轨道工程车是铁路工程作为新建、维修、打磨、保养铁路、运送器材、人员、施工和处理紧急事故的重要交通工具。轨道工程车用途广泛，因此其既要能在低速大功率条件下运行，又要具有高速长距离运行的能力。
目前，轨道工程车为了满足使用要求，因此大多数采用的传动箱多为两个或者多个变矩器的液力传动方式，大多数传动箱采用的自动换挡控制器是通过负荷反应器和速度反应器反馈发动机的负荷和机车速度，二者共同作用产生变矩器转换动作，这种变矩器转换的自动控制是通过控制器中编制的程序适时发出控制指令由电磁阀等一系列执行元件动作来实现的，控制环节较多，且影响转换的及时性和快速性。
发明内容
本发明提供一种液力传动箱变矩器的控制系统，以克服上述技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种液力传动箱变矩器的控制系统，包括：
主控阀、I挡变矩器、Ⅱ挡变矩器、气动控制单元、调节单元和节流控制单元；
所述调节单元一端与供油系统连接，另一端与所述节流控制单元连接，用于根据传动箱输出轴的转速的变化，切换所述节流控制单元的不同控制供油线路；所述节流控制单元的不同控制供油线路分别与所述主控阀连接；
所述主控阀分别与所述气动控制单元、所述供油系统和所述节流控制单元连接，用于控制所述I挡变矩器和Ⅱ挡变矩器之间的转换。
进一步地，所述主控阀包括：
阀盖、阀体、阀套、阀杆、主控制活塞、辅助控制活塞、滑阀和弹簧；
所述主控阀的阀套内自上而下设置有6层油口：常排油口、I挡变矩器充油口、注油口、Ⅱ挡变矩器充油口、I挡变矩器排油口和Ⅱ挡变矩器排油口；
所述I挡变矩器充油口和所述I挡变矩器排油口分别与所述I挡变矩器连接，所述Ⅱ挡变矩器充油口和Ⅱ挡变矩器排油口分别与所述Ⅱ挡变矩器连接，所述注油口与所述供油系统连接，所述常排油口与传动箱箱体内部相连，用于变矩器在不工作时进行排油，传动油通过常排油口流入传动箱油箱内。
进一步地，所述主控阀的阀体设置3个进油口：第一进油口、第二进油口和第三进油口；
所述节流控制单元的控制油线路共有3条，包括：
第一条线路分为两个支路，其中一个支路管路与所述主控阀的第一进油口相连，另一个支路管路与所述主控阀的第三进油口相连；
第二条线路分为两个并联支路，其中一个支路设有一个节
流阀并与止回阀并联，与减压阀的控制油口相连，另一个支路与减压阀进油口相连，减压阀出油口与第三支路相连；
第三条线路中设有两个节流阀，其中一个节流阀与止回阀并联，第三支路和第二支路合并后与所述主控阀的第二进油口相连。
另外，所述调节单元包括：
油缸、控制供油单元和调节器；
所述调节器包括：齿轮、调速锤、控制销、控制杆及压缩弹簧；所述齿轮与液力轴输出端齿轮相啮合，所述齿轮的一侧设置有调速锤，所述调速锤与所述控制销相抵，调速锤作用在控制销上的轴向力与传动箱输出轴的转速相适应；
所述控制销通过控制杆的结构与压缩弹簧相连，调速锤和压缩弹簧同时作用在控制销上，所述调节器具有进油口和出油口，控制供油单元通过管路与调节器的进油口相连，所述控制销具有两个位置，以切换调节器出油口的关闭或打开；
所述调节器的压缩弹簧另一侧设有油缸，所述压缩弹簧通过活塞杆与油缸中的活塞相连，活塞在油缸的位置与弹簧的压缩长度和供油压力有关，油缸的进油口通过管路与供油系统相连。
进一步地，所述调速锤包括：
调速球、铰链结构；
所述铰链结构的第一端穿过调速球的中心，所述铰链结构的第二端固定在所述齿轮的侧面，所述调速球可以在所述齿轮的侧面活动，所述调速球的另一侧与控制销相接触，当所述齿轮停止旋转时，由于重力的作用，所述调速球处于自然下垂的状态，对控制销没有轴向力的作用；当齿轮发生旋转后，调速球会跟随齿轮一起发生旋转，由于离心力的作用，调速球轴向位置会发生移动，所以调速球会对控制销产生轴向力的作用。
进一步地，所述控制销的位置分别为第一位置和第二位置，当传动箱输出轴转速低于换挡速度，控制销位于第一位置，此时控制油管路连通的调节器出油口关闭，控制油路断开；当传动箱输出轴转速高于换挡速度，控制销位于第二位置，此时控制油管路连通的调节器出油口打开，控制油路接通。
有益效果：本发明提供一种液力传动箱变矩器的控制系统，根据传动箱输出轴的转速，也就是车辆的速度，利用液力传动箱变矩器控制系统内部机械、液力机构的作用驱动控制油给变矩器充油或排油，实现两个变矩器之间转换的完全自动控制，减少了控制环节，保证了转换的及时性和快速性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述液力传动箱变矩器的控制系统原理示意图；
图2是本发明所述主控阀的剖视图。
附图标号说明：
1-阀盖；2-阀体；3-阀套；4-阀杆；5-主控制活塞；6-辅助控制活塞；7-滑阀；8-弹簧；A-常排油口；B-I挡变矩器充油口；C-注油口；D-Ⅱ挡变矩器充油口；E-I挡变矩器排油口；F-Ⅱ挡变矩器排油口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明所述液力传动箱变矩器的控制系统原理示意图，如图1所示，液力传动箱变矩器的控制系统包括：主控阀、I挡变矩器、Ⅱ挡变矩器、气动控制单元、调节单元和节流控制单元；所述调节单元一端与供油系统连接，另一端与所述节流控制单元连接，用于根据传动箱输出轴的转速的变化，切换所述节流控制单元的不同控制供油线路；所述节流控制单元的不同控制供油线路分别与所述主控阀连接；所述主控阀分别与所述气动控制单元、所述供油系统和所述节流控制单元连接，用于控制所述I挡变矩器和Ⅱ挡变矩器之间的转换。所述主控阀分为I挡和Ⅱ挡两个档位，分别对应I挡变矩器充油工作和Ⅱ挡变矩器充油工作。
图2是本发明所述主控阀的剖视图，如图2所示，所述主控阀主要由阀盖1、阀体2、阀套3、阀杆4、辅助控制活塞5、主控制活塞6、滑阀7和弹簧8组成。所述主控阀阀套内自上而下设置有6层油口：常排油口A、I挡变矩器充油口B、注油口C、Ⅱ挡变矩器充油口D、I挡变矩器排油口E和Ⅱ挡变矩器排油口F；所述I挡变矩器充油口和所述I挡变矩器排油口分别与所述I挡变矩器连接，所述Ⅱ挡变矩器充油口和Ⅱ挡变矩器排油口分别与所述Ⅱ挡变矩器连接，所述注油口与所述供油系统连接，为两个变矩器供油，所述常排油口与传动箱箱体内部相连，作用是变矩器在不工作时需要排油，传动油通过常排油口流入传动箱油箱内。
进一步地，所述主控阀的阀体设置3个进油口：第一进油口、第二进油口和第三进油口；所述节流控制单元的控制油供油线路共有3条，包括：第一条线路412分为两个支路，第一支路管路416与所述主控阀的第一进油口相连，第二支路管路417与所述主控阀的第三进油口相连；第二条线路418分为两个并联支路，第一并联支路设有一个节流阀117并与止回阀并联，该支路与减压阀119的控制油口相连，第二并联支路与减压阀119的进油口相连，减压阀119的出油口与第三条线路相连；第三条线路413中设有两个节流阀115、116，其中一个节流阀116与止回阀114并联，第三条线路和第二条线路合并后为管路415与所述主控阀的第二进油口相连。所述主控阀阀体上的3个进油口，分别通过控制油管路415、管路416、管路417与所述节流控制单元相连，控制辅助控制活塞的动作，辅助控制活塞带动主控制活塞的动作，控制变矩器的充油或排油，控制液力传动箱I挡变矩器和Ⅱ挡变矩器的自动转换。
所述调节单元包括：油缸、控制供油单元和调节器；所述调节器包括：齿轮、调速锤211、控制销212、控制杆214及压缩弹簧213；所述齿轮与液力轴输出端齿轮相啮合，所述齿轮的一侧设置有调速锤211，所述调速锤与所述控制销212相抵，调速锤作用在控制销212上的轴向力与液力轴的转速相适应；所述控制销212通过控制杆214的结构与压缩弹簧213相连，调速锤211和压缩弹簧213同时作用在控制销212上，所述调节器具有进油口和出油口，控制供油单元通过管路411与调节器的进油口相连，所述控制销212具有两个位置，以切换调节器出油口的关闭或打开；所述调节器的压缩弹簧213另一侧设有油缸，所述压缩弹簧213通过活塞杆与油缸中的活塞215相连，活塞215在油缸的位置与弹簧的压缩长度和供油压力有关，油缸的进油口通过管路420与供油系统相连。
进一步地，所述调速锤包括：调速球、铰链结构；所述铰链结构的第一端穿过调速球的中心，所述铰链结构的第二端固定在所述齿轮的侧面，所述调速球可以在所述齿轮的侧面活动，所述调速球的另一侧与控制销212相接触，当所述齿轮停止旋转时，由于重力的作用，所述调速球处于自然下垂的状态，对控制销212没有轴向力的作用；当齿轮发生旋转后，调速球会跟随齿轮一起发生旋转，由于离心力的作用，调速球轴向位置会发生移动，所以调速球会对控制销212产生轴向力的作用，齿轮转速越高，调速球的离心力越大，从而对控制销212的轴向作用力也越大。经过大量实验验证，选用合适的压缩弹簧213的弹力大小，使得传动箱速度达到需要换挡需求时，调速球和弹簧213的综合作用力使得控制销212的两个位置之间实现切换。
进一步地，所述控制销212的位置分别为第一位置和第二位置，当传动箱输出轴转速低于换挡速度，控制销212位于第一位置，此时控制油管路411连通的调节器出油口关闭，控制油路断开，主控阀内的控制油可以排出；当传动箱输出轴转速高于换挡速度，控制销212位于第二位置，此时控制油管路411连通的调节器出油口打开，与管路412和413相连通，控制油路接通，控制油能够进入到主控阀。
所述调节单元与所述节流控制单元相连，根据传动箱输出轴的转速决定控制油路的通断，所述节流控制单元与主控阀的控制活塞相连，主控阀控制变矩器的充油和排油，实现两个变矩器之间的完全自动转换。
结合变矩器的工作过程，进一步说明如下：
Ⅰ挡变矩器的工作过程：
起动时，气动控制提供压缩空气到主控阀11，辅助控制活塞113被向下推，辅助控制活塞113带动主控制活塞112到I挡变矩器充油位置，管路401到管路404的断面打开，管路405断面关闭，来自供油系统的传动油给I挡变矩器充油，Ⅰ挡变矩器开始工作。
Ⅰ挡变矩器自动转换到Ⅱ挡变矩器的工作过程：
调节器21中的齿轮由变矩器轴驱动，齿轮转动后使得调速锤211将轴向力施加到控制销212上，压缩弹簧213可调节预加负载平衡，通过杠杆214作用在控制销212上，压缩弹簧213的预加负载通过管路411的主调节压力来改变。
随着传动箱输出轴的转速的增加，调速锤211施加在控制销212上的轴向力也会增加，当该力超过压缩弹簧213的弹力和供油压力后，控制销212就会发生移动，使控制供油单元从管路411流到管路412、413中。
首先，控制油从线路412中流出，途经辅助控制活塞111，无限制的作用于辅助控制活塞113，随后控制活塞112被迫与辅助控制活塞111一起快速下推移，直到控制油从管路413中流出，途经止回阀114，节流阀115和管路414并且作用于辅助控制活塞113，连同控制活塞112、辅助控制活塞111缓慢向下移动。直到通过与辅助控制活塞113相对的止回阀114、节流阀115和管路415，从管路413出来的一路控制油开始作用，使得辅助控制活塞111与主控制活塞112一起慢慢向下推。当辅助控制活塞111的控制边缘打开管路416的剖面，管路412和管路413出来的控制油再次无限制的作用于辅助控制活塞113上。辅助控制活塞111与主控制活塞112连续快速的移动至末端位置。
当从Ⅰ挡变矩器变化到Ⅱ挡变矩器时，主控制活塞112按照快-慢-快的速度运动到末端位置，这样可以保证在变矩器转换时，传动箱转速平稳的转变。
当主控制活塞112到达末端位置时，管路401与管路402相连接，管路403关闭，来自供油系统的传动油给Ⅱ挡变矩器充油，Ⅱ挡变矩器开始工作，同时管路404关闭，通向传动箱油箱的管路405打开，使Ⅰ挡变矩器中的传动油排空，完成由Ⅰ挡变矩器工作自动转换成Ⅱ挡变矩器工作。
当主控制活塞112达到慢速运动阶段时，Ⅰ挡和Ⅱ挡两个变矩器分别充油。也就是说，在要分离的Ⅰ挡变矩器传动油排空完成前给要啮合的Ⅱ挡变矩器预充油，因此在变矩器充油和排干之间发生重叠，这保证了液力传动箱牵引力曲线适宜。
当传动箱输出轴的转速下降后，又会按照相反的工作顺序转换回来。传动箱输出轴的转速下降时，调速锤211施加的轴向力也会下降，控制销212移动位置并关闭从管路411中流出并流向管路412和413的控制油，辅助控制活塞111上的控制油然后流回管路414、415和416，经过节流阀115和116，流入打开的调节器21内并回油箱。
控制销转换，主控阀弹簧的弹力会将主控制活塞112和辅助控制活塞113移动到Ⅰ挡变矩器的充油位置，Ⅰ挡变矩器充油，Ⅱ挡变矩器排油，完成由Ⅱ挡变矩器工作自动转换成Ⅰ挡变矩器工作。
从Ⅱ挡变矩器转换到Ⅰ挡变矩器的低速度转换时，传动箱的运行速度要比从Ⅰ挡变矩器转换到Ⅱ挡变矩器的转换速度稍低，这样可防止传动箱以接近转换点的速度运行时，变矩器不停的变化。
当液力传动箱输出轴的转速比较高时，供油系统供给管路420内压力较大，使活塞215移至末端位置，相应地，作用于控制杆214上的压缩弹簧213的弹力增加。当调速锤211施加于控制销212上的轴力超过压缩弹簧213的弹力时变矩器转换发生，所以变矩器转换总是与液力传动箱输出轴的转速的改变同时发生。
当液力传动箱输出轴的转速比较低时，控制器21内的压缩弹簧213被活塞215预拉伸，当调速锤211施加在控制销212上较少轴力时就可以进行变矩器转换。
当液力传动箱位于空挡位置，但传动箱输出轴的转速高于变矩器转换转速时，传动箱从空挡直接转换到Ⅱ挡变矩器，控制销212直接移动到Ⅱ挡变矩器位置，控制油从管路411恒定流入管路412和418，管路418流出的控制油经过单向节流阀117流入置换的活塞118，控制油流经管路419在流入减压阀119之前，使置换的活塞118转换到末端位置，节流桥堵活塞打开后，从管路418流出的控制油经过减压阀119，止回阀120和管路415直接流入辅助控制活塞111。
在液力传动箱从空挡直接转换到Ⅱ挡变矩器期间，控制油不流经节流阀115和116，无限制的流入辅助控制活塞111。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种液力传动箱变矩器的控制系统，其特征在于，包括：
主控阀、I挡变矩器、Ⅱ挡变矩器、气动控制单元、调节单元和节流控制单元；
所述调节单元一端与供油系统连接，另一端与所述节流控制单元连接，用于根据传动箱输出轴的转速的变化，切换所述节流控制单元的不同控制供油线路；所述节流控制单元的不同控制供油线路分别与所述主控阀连接；
所述主控阀分别与所述气动控制单元、所述供油系统和所述节流控制单元连接，用于控制所述I挡变矩器和Ⅱ挡变矩器之间的转换。
2.根据权利要求1所述的液力传动箱变矩器的控制系统，其特征在于，所述主控阀包括：
阀盖、阀体、阀套、阀杆、主控制活塞、辅助控制活塞、滑阀和弹簧；
所述主控阀的阀套内自上而下设置：常排油口、I挡变矩器充油口、注油口、Ⅱ挡变矩器充油口、I挡变矩器排油口和Ⅱ挡变矩器排油口；
所述I挡变矩器充油口和所述I挡变矩器排油口分别与所述I挡变矩器连接，所述Ⅱ挡变矩器充油口和Ⅱ挡变矩器排油口分别与所述Ⅱ挡变矩器连接，所述注油口与所述供油系统连接，所述常排油口与传动箱油箱相连。
3.根据权利要求2所述的液力传动箱变矩器的控制系统，其特征在于，所述主控阀的阀体设置3个进油口：第一进油口、第二进油口和第三进油口；
所述节流控制单元的控制油线路共有3条，包括：
第一条线路(412)分为两个支路，第一支路管路(416)与所述主控阀的第一进油口相连，第二支路管路(417)与所述主控阀的第三进油口相连；
第二条线路(418)分为两个并联支路，第一并联支路设有一个节流阀(117)并与止回阀并联，该支路与减压阀(119)的控制油口相连，第二并联支路与减压阀(119)的进油口相连，减压阀(119)的出油口与第三条线路相连；
第三条线路(413)中设有两个节流阀(115、116)，其中一个节流阀(116)与止回阀(114)并联，第三条线路和第二条线路合并后为管路(415)与所述主控阀的第二进油口相连。
4.根据权利要求1所述的液力传动箱变矩器的控制系统，其特征在于，所述调节单元包括：
油缸、控制供油单元和调节器；
所述调节器包括：齿轮、调速锤(211)、控制销(212)、控制杆(214)及压缩弹簧(213)；所述齿轮与液力轴输出端齿轮相啮合，所述齿轮的一侧设置有调速锤(211)，所述调速锤与所述控制销(212)相抵；
所述控制销(212)通过控制杆(214)的结构与压缩弹簧(213)相连，调速锤(211)和压缩弹簧(213)同时作用在控制销(212)上，所述调节器具有进油口和出油口，控制供油单元通过管路(411)与调节器的进油口相连，所述控制销(212)具有两个位置，以切换调节器出油口的关闭或打开；
所述调节器的压缩弹簧(213)另一侧设有油缸，所述压缩弹簧(213)通过活塞杆与油缸中的活塞(215)相连，活塞(215)在油缸的位置与弹簧的压缩长度和供油压力有关，油缸的进油口通过管路(420)与供油系统相连。
5.根据权利要求4所述的液力传动箱变矩器的控制系统，其特征在于，所述控制销(212)的位置分别为第一位置和第二位置，当传动箱输出轴转速低于换挡速度，控制销(212)位于第一位置，此时控制油管路(411)连通的调节器出油口关闭，控制油路断开；当传动箱输出轴转速高于换挡速度，控制销(212)位于第二位置，此时控制油管路(411)连通的调节器出油口打开，控制油路接通。
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