CN112253557B - 一种履带拖拉机液压驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种履带拖拉机液压驱动系统，发动机经分动箱与行走驱动泵、辅助泵和变量泵连接；行走驱动泵出油口分别与溢流阀A和分流阀的进油口连接，分流阀两个出油口分别为手动换向阀A、B进行供油；手动换向阀A和B分别连接左、右侧驱动马达；左侧和右侧驱动马达分别与左侧和右侧履带的驱动轮连接；辅助泵的出油口分别与溢流阀B的进油口、手动调速阀的进油口和电磁换向阀的P口连接，手动调速阀的出油口与驾驶室转塔液压马达的A口连接；电磁换向阀的A口和B口分别与调平液压缸的两个腔体连接；变量泵的出油口分别与比例溢流阀的进油口和双向液压马达的A口连接；分流控制阀的A口和B口分别与分流阀的两个出油口连接。该系统能有效缩小转向半径。

Description

一种履带拖拉机液压驱动系统
技术领域
本发明涉及拖拉机，具体是一种履带拖拉机液压驱动系统。
背景技术
现代化的农业机械离不开液压驱动与控制，国外发达国家较早已将液压技术应用到农机行业当中，大大提升了农机的自动化程度，同时，提高了操作人员的舒适性。近年来,随着农业机械技术的快速发展，已经广泛应用了液压技术，并将其与电子技术、传感器技术逐步结合实现了机具的电子监控、自动化控制等功能，进一步迈向了农机的智能化。传统的拖拉机由于采用机械传动系统，造成了转向半径大、传动系统复杂、调速不方便等一系列的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种履带拖拉机液压驱动系统，该系统能有效缩小农机的转向半径，其传动系统简单，调速方便。
为了实现上述目的，本发明提供一种履带拖拉机液压驱动系统，包括发动机、分动箱、行走驱动泵、辅助泵、变量泵和分流控制阀；
所述发动机通过分动箱分别与行走驱动泵、辅助泵和变量泵连接；行走驱动泵的出油口分别与溢流阀A的进油口和分流阀的进油口连接，分流阀的第一出油口和第二出油口分别与手动换向阀A的P口和手动换向阀B的P口连接；手动换向阀A的A口和B口分别与左侧驱动马达的A口和B口连接，手动换向阀B的A口和B口分别与右侧驱动马达的A口和B口连接；左侧驱动马达和右侧驱动马达分别与左侧履带和右侧履带的驱动轮连接；辅助泵的出油口分别与溢流阀B的进油口、手动调速阀的进油口和电磁换向阀的P口连接，手动调速阀的出油口与驾驶室转塔液压马达的A口连接；电磁换向阀的A口和B口分别与调平液压缸的两个腔体连接；变量泵的出油口分别与比例溢流阀的进油口和双向液压马达的A口连接；
所述行走驱动泵的进油口、辅助泵的进油口、变量泵的进油口、溢流阀A的出油口、溢流阀B的出油口、比例溢流阀的出油口、手动换向阀A的T口、手动换向阀B的T口、电磁换向阀的T口、驾驶室转塔液压马达的B口、双向液压马达的B口均与油箱连接；
所述分流控制阀的A口和B口分别与分流阀的第一出油口和第二出油口连接。
进一步，为了便于实现自动化控制，还包括微控制器、水平传感器和转速传感器，所述水平传感器安装在需要调平的工作部件上，用于检测履带拖拉机的俯仰姿态信号，并实时将俯仰姿态信号发送给微控制器；
所述转速传感器安装在变量泵的转轴上，用于测量变量泵的转速信号，并实时将转速信号发送给微控制器；
所述微控制器通过输入输出端口与电磁换向阀连接，还通过数模转换端口与比例放大器连接；比例放大器分别与比例溢流阀和变量泵连接。
进一步，为了避免杂质随着油液进入到系统当中，所述行走驱动泵的进油口通过过滤器A与油箱连接；辅助泵的进油口通过过滤器B与油箱连接；变量泵的进油口通过过滤器C与油箱连接。
作为一种优选，所述行走驱动泵为变量泵。
作为一种优选，所述手动换向阀A为三位四通换向阀，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通；手动换向阀B为三位四通换向阀，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通；电磁换向阀为三位四通换向阀，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通。
与现有技术相比，通过分流阀的设置可有效克服驱动马达并联时整机行驶直线度差，甚至丧失驱动能力的问题。通过两个手动换向阀的设置，可以通过手动控制手动换向阀的开度以配置左、右侧驱动马达不同的差速比，也即整机可以实现任意半径转向。这样，当两个马达反转且通过流量最大时，整机转向半径最小，可实现原地掉头，极大地提高了整机的转向灵活性。通过驾驶室转塔液压马达的设置可实现驾驶室360°的转向，当拖拉机行驶于狭窄道路而不易转向掉头时，驾驶室旋转180度即可原路驶出，进一步的提高了整机的灵活性。通过调平液压缸的设置可以作用于工作部件的实时调平仿形，有效提高工作部件的作业质量。通过双向液压马达的设置可以用于驱动对转速稳定性要求较高的回路，提高了整机的通用性。通过分流控制阀的设置可以便于控制分流阀是否进行强制性分流，在强制分流的情况下，可以在其中一个马达完全滑转时保证整机的正常前行，还可以在对行驶直线度要求较高的工况下保证整机的稳定前行，在非强制性分流工况下可以使流量自由进行分配；该系统能有效缩小农机的转向半径，其传动系统简单，调速方便。
附图说明
图1是本发明的液压原理图。
图中：1、发动机，2、分动箱，3、溢流阀A，4、油箱，5、行走驱动泵，6、过滤器A，7、分流阀，8、分流控制阀，9、手动换向阀A，10、左侧驱动马达，11、左侧履带，12、手动换向阀B，13、右侧驱动马达，14、右侧履带，15、辅助泵，16、过滤器B，17、手动调速阀，18、驾驶室转塔液压马达，19、电磁换向阀，20、调平液压缸，21、水平传感器，22、转速传感器，23、变量泵，24、过滤器C，25、比例溢流阀，26、双向液压马达，27、溢流阀B。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种履带拖拉机液压驱动系统，包括发动机1、分动箱2、行走驱动泵5、辅助泵15、变量泵23和分流控制阀8；
所述发动机1通过分动箱2分别与行走驱动泵5、辅助泵15和变量泵23连接，作为一种优选，发动机1至各个泵之间可以设置有变速机构，具体可以根据发动机1转速和液压泵转速的实际情况进行配置。
行走驱动泵5的出油口分别与溢流阀A3的进油口和分流阀7的进油口连接，溢流阀A3用于设定系统回路的最高压力，当压力超过设定压力时打开卸荷，确保油路不会压力过高；分流阀7用于将流入的油液等比例一分为二；分流阀7的第一出油口和第二出油口分别与手动换向阀A9的P口和手动换向阀B12的P口连接；手动换向阀A9的A口和B口分别与左侧驱动马达的A口和B口连接，手动换向阀B12的A口和B口分别与右侧驱动马达的A口和B口连接；左侧驱动马达10和右侧驱动马达13分别与左侧履带11和右侧履带14的驱动轮连接；辅助泵15的出油口分别与溢流阀B27的进油口、手动调速阀17的进油口和电磁换向阀19的P口连接，手动调速阀17的出油口与驾驶室转塔液压马达18的A口连接；电磁换向阀19的A口和B口分别与调平液压缸20的两个腔体连接；手动调速阀17为定差减压阀和可调节流阀组成，用于控制系统流量，且确保通过的流量不受负载大小影响，而仅与调速阀的开度成正比。作为一种优选，调平液压缸20为双活塞杆双作用液压缸，通过调平液压缸20的设置可以作用于工作部件的实时调平仿形，有效提高工作部件的作业质量。
作为一种优选，驾驶室转塔液压马达18为双向定量摆线马达，其主要用于驾驶室360°的旋转,且手动调速阀17可控制驾驶室的旋转速度。这样，当拖拉机行驶于狭窄道路而不易转向掉头时，驾驶室旋转180度即可原路驶出，提高了整机的灵活性。
变量泵23的出油口分别与比例溢流阀25的进油口和双向液压马达26的A口连接，比例溢流阀25用于设定该回路的安全压力，其压力值可由MCU控制调整。双向液压马达26为定量马达，其可以向两个方向转动。
行走驱动泵5为底盘行走转向系统的动力元件，作为一种优选，所述行走驱动泵5为变量泵，整机的行走速度可由发动机转速和行走驱动泵5排量控制；左侧驱动马达10和右侧驱动马达13为底盘行走转向系统的执行元件。
所述行走驱动泵5的进油口、辅助泵15的进油口、变量泵23的进油口、溢流阀A3的出油口、溢流阀B27的出油口、比例溢流阀25的出油口、手动换向阀A9的T口、手动换向阀B12的T口、电磁换向阀19的T口、驾驶室转塔液压马达18的B口、双向液压马达26的B口均与油箱4连接；
所述分流控制阀8的A口和B口分别与分流阀7的第一出油口和第二出油口连接，用于控制是否强制性分流。分流控制阀8为两位两通换向阀，在工作在上位时，其A口和B口之间的油路连通，在工作在下位时，其A口和B口之间的油路断开。
当分流控制阀8下位接入时，系统强制分流，即流经左侧驱动马达10和右侧驱动马达13的流量完全一致，当分流控制阀8上位接入时，系统不强制分流，流经左侧驱动马达10和右侧驱动马达13的流量自由分配。分流控制阀8实为马达差速控制阀。因为左侧驱动马达10和右侧驱动马达13为并联设置，而并联的驱动马达存在如下弊端：当两侧驱动马达的外部负载差异较大时，系统的多数流量将流经负载较低马达，且所有驱动马达输出扭矩与低负载马达的外负载相同，这会导致整机行驶直线度差，甚至丧失驱动能力。故设置分流阀强制分流状态可有效提高整机行驶直线度，使整机恢复驱动能力。作为一种优选，左侧驱动马达10和右侧驱动马达13均为定量摆线马达，可根据驱动马达转速和整机速度区间确定是否在驱动马达和履带之间安装减速机。
为了便于实现自动化控制，还包括微控制器、水平传感器21和转速传感器22，作为一种优选，微控制器的型号为STM32F4系列；所述水平传感器21安装在需要调平的工作部件上，用于检测履带拖拉机的俯仰姿态信号，并实时将俯仰姿态信号发送给微控制器；微控制器根据俯仰姿态信号来控制与调平液压缸20相连接的调平电磁换向阀的动作，从而来控制调平液压缸20的活塞杆的伸出长度，进而控制工作部件始终达到水平状态。
所述转速传感器22安装在变量泵23的转轴上，用于测量变量泵23的转速信号，并实时将转速信号发送给微控制器；变量泵23所在的回路可以便于驱动负载转速要求稳定的工作部件。如当整机速度需要变化时，发动机1转速也会改变，这会在一定程度上影响各个回路的流量，当发动机转速提高时，微处理器可以基于转速传感器22反馈的转速信号来匹配出控制变量泵23排量的控制信号，并通过数模转换(DAC)端口将控制信号输出给比例放大器进而控制变量泵23的排量减小，以维持系统流量不变，当发动机1转速降低时，微处理器可以基于转速传感器22反馈的转速信号来匹配出控制变量泵23排量的控制信号，并通过数模转换(DAC)端口将控制信号输出给比例放大器进而控制变量泵23的排量增大，以维持系统流量不变。
所述微控制器通过输入输出端口与电磁换向阀19连接，还通过数模转换端口与比例放大器连接；比例放大器分别与比例溢流阀25和变量泵23连接。
为了避免杂质随着油液进入到系统当中，所述行走驱动泵5的进油口通过过滤器A6与油箱4连接；辅助泵15的进油口通过过滤器B16与油箱4连接；变量泵16的进油口通过过滤器C24与油箱4连接。
作为一种优选，所述手动换向阀A9为三位四通换向阀，其为M型中位机能，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通；手动换向阀B12为三位四通换向阀，其为M型中位机能，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通；电磁换向阀19为三位四通换向阀，其为M型中位机能，在工作在左位时，其P口与A口之间的油路连通，其T口与B口之间的油路连通；在工作在中位时，其P口和T口之间的油路连通，其A口和B口均截止；在工作在右位时，其P口与B口之间的油路连通，其T口与A口之间的油路连通。
手动换向阀A9和手动换向阀B12中位接入回路时，液压油直接卸荷流回油箱4，对应的液压马达被锁死，同时手动换向阀负责控制对应驱动马达的旋转方向，当左位接入系统时，液压马达向一个方向旋转，当右位接入系统时，液压马达向另一个方向旋转。
当整机前进或后退时，手动换向阀A9和手动换向阀B12同时处于左位或右位，当整机转向或掉头时，手动换向阀A9和手动换向阀B12一个处于左位，另一个处于右位。而且，手动控制两个手动换向阀的开度可配置左、右侧驱动马达不同的差速比。当两个驱动马达反转且通过流量最大时，整机转向半径最小，可实现原地掉头。

Claims (3)

1.一种履带拖拉机液压驱动系统，包括发动机（1）、分动箱（2）、行走驱动泵（5）、辅助泵（15）和变量泵（23），其特征在于，还包括分流控制阀（8）；
所述发动机（1）通过分动箱（2）分别与行走驱动泵（5）、辅助泵（15）和变量泵（23）连接；行走驱动泵（5）的出油口分别与溢流阀A（3）的进油口和分流阀（7）的进油口连接，分流阀（7）的第一出油口和第二出油口分别与手动换向阀A（9）的P口和手动换向阀B（12）的P口连接；手动换向阀A（9）的A口和B口分别与左侧驱动马达的A口和B口连接，手动换向阀B（12）的A口和B口分别与右侧驱动马达的A口和B口连接；左侧驱动马达（10）和右侧驱动马达（13）分别与左侧履带（11）和右侧履带（14）的驱动轮连接；辅助泵（15）的出油口分别与溢流阀B（27）的进油口、手动调速阀（17）的进油口和电磁换向阀（19）的P口连接，手动调速阀（17）的出油口与驾驶室转塔液压马达（18）的A口连接；电磁换向阀（19）的A口和B口分别与调平液压缸（20）的两个腔体连接；变量泵（23）的出油口分别与比例溢流阀（25）的进油口和双向液压马达（26）的A口连接；
所述行走驱动泵（5）的进油口、辅助泵（15）的进油口、变量泵（23）的进油口、溢流阀A（3）的出油口、溢流阀B（27）的出油口、比例溢流阀（25）的出油口、手动换向阀A（9）的T口、手动换向阀B（12）的T口、电磁换向阀（19）的T口、驾驶室转塔液压马达（18）的B口、双向液压马达（26）的B口均与油箱（4）连接；
所述分流控制阀（8）的A口和B口分别与分流阀（7）的第一出油口和第二出油口连接；
当整机前进或后退时，手动换向阀A（9）和手动换向阀B（12）同时处于左位或右位，当整机转向或掉头时，手动换向阀A(9)和手动换向阀B(12)一个处于左位，另一个处于右位；手动控制两个手动换向阀的开度配置左、右侧驱动马达不同的差速比；当两个驱动马达反转且通过流量最大时，整机转向半径最小，实现原地掉头；
还包括微控制器、水平传感器（21）和转速传感器（22），所述水平传感器（21）安装在需要调平的工作部件上，用于检测履带拖拉机的俯仰姿态信号，并实时将俯仰姿态信号发送给微控制器；
所述转速传感器（22）安装在变量泵（23）的转轴上，用于测量变量泵（23）的转速信号，并实时将转速信号发送给微控制器；
所述微控制器通过输入输出端口与电磁换向阀（19）连接，还通过数模转换端口与比例放大器连接；比例放大器分别与比例溢流阀（25）和变量泵（23）连接。
2.根据权利要求1所述的一种履带拖拉机液压驱动系统，其特征在于，所述行走驱动泵（5）的进油口通过过滤器A（6）与油箱（4）连接；辅助泵（15）的进油口通过过滤器B（16）与油箱（4）连接；变量泵（23）的进油口通过过滤器C（24）与油箱（4）连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种履带拖拉机液压驱动系统，其特征在于，所述行走驱动泵（5）为变量泵。
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