CN212332374U - 一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统，用动作合成器（2）将操纵手柄（1）的“推拉”和“转动”动作，协调分配给左、右行走控制阀（3、4）从而对应控制左、右液压马达及对应履带运动速度和方向，实现车辆变速、倒车、转向、方向修正和原地调头等操作。它克服了常规液压履带驱动底盘行驶操控技术存在的缺陷和不足，能普遍应用于军事、工程施工、农林业、救援探险等领域的所有液压履带驱动车辆底盘，适用产品领域宽、市场潜力大，具有较高的实际应用和推广价值。

Description

一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统

技术领域

本实用新型涉及一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统，具体涉及一种液压马达双边独立驱动履带底盘的驾驶动作机械式合成的单手操控系统技术领域。

背景技术

液压履带驱动底盘凭借传动功率大、变速平缓（无级变速）、运行平稳、过载保护能力强、传动布置灵活、越障和越野能力强等优异特性，被广泛用于军工、交通、建设、农业、林业、消防、救援等复杂地面上行驶的越野、越障车辆上。其常规行驶操控方式主要有两种。

一种是双机械操纵杆式：驾驶员双手分别控制一个操纵杆，每个操纵杆独立控制一个行走控制阀对应控制一个液压马达的转速和旋转方向，实现对车辆行进速度和方向的控制。它结构简单、工作可靠、结构成本低、维修容易（操作人员无需非常专业的维修知识、维修工具简单），非常适于在地域偏远、气候多变、地形复杂的环境中作业，被广泛用作各类专用车辆底盘上，是液压履带车辆行驶操控的最常见结构。由于它使用双手协调控制，存在长时间工作劳动强度大、单手人员更无法驾驶的缺陷。

另一种是单电子手柄式：单电子手柄总成内部有多个传感器感知手柄位置并输出电信号，电脑对这些信号进行处理并输出两路控制信号（驾驶动作信号电子合成），进行功率放大后分别驱动两个执行机构控制对应电控液压行走控制阀,从而对于液压马达转速和方向实施协调控制，实现底盘行走控制。它用电子协调控制代替双机械操纵杆式底盘的纯机械控制，简化了操作、降低了驾驶劳动强度、也扩大了车辆适用人群（能单手制作），整车布置也更容易。但是，由于绝大多数液压履带驱动车辆，经常性地在地域偏远、震动剧烈、湿度大、光照强（主要是紫外线）、灰尘多、甚至强磁电场的恶劣环境中长期工作，其电子电路和元器件因结构复杂、故障点多、抗腐蚀损坏和抗干扰能力差，极易发生故障、工作不可靠。尤其是当作业远离基地、人员不具备专业维修知识时，即便是线路断路、松脱、焊点腐蚀、信号受干扰（如信号线或大电流线固定失效而相互靠近）等小故障也是致命的。因此，对绝大部分液压履带驱动底盘而言，这种以牺牲工作可靠性、抗损坏抗干扰性、结构成本经济性、易修复性等诸多优良性能为代价，换取好的操控性的做法，隐患极大、得不偿失。

发明内容

针对以上问题，本实用新型公开了一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统，用纯机械传动机构将单手操控动作（“推拉和转动”）合成并分配给两边行走控制阀，实现对液压马达双边独立驱动履带底盘的行走控制。它由操纵手柄、动作合成器、左、右行走控制阀（本实用新型选用转阀，也可将动作合成器输出的转量经简单机械杠杆机构转化成位移量控制滑阀）和左、右支架组成；动作合成器由壳体、主动圆锥齿轮、左从动圆锥齿轮、左输出轴、右从动圆锥齿轮、右输出轴组成；左、右行走控制阀由阀体和阀芯组成，为同规格三位四通阀、左右对称安装（常规机构和安装方式。阀芯位于中间位置，不能建立液压马达驱动回路；两侧位置时，阀与液压驱动马达联接的两油口功能（出油、回油）相反，即所述两个油口在一侧位置时功能分别为出油和回油、另一侧位置时对应油口功能变为回油和出油）。

驾驶员在前后方向上推拉操纵手柄端部（即使操纵手柄绕左、右输出轴轴线公转）和在左右方向上转动操纵手柄（即使操纵手柄绕自身轴线自转），动作合成器将上述公转和自转动作合成，并通过左、右输出轴协调控制左、右行走控制阀，从而对应控制左、右液压马达及履带速度和方向，实现车辆变速、转向、方向修正和倒车（行走控制阀和液压马达具体工作原理为液压传动一般常规性知识，不详述）。

本实用新型与双机械操纵杆式比较，用可单手操作的操纵手柄总成+机械式动作合成器总成替代双机械操纵杆，操作人员的劳动强度小、车辆适用人群范围广（独手也可操作），同样具备工作可靠高的优点，而（由于动作合成器为简单纯机械传动机构）结构成本增加却很少；与单电子手柄式比较，用简单的纯机械式动作合成器替代复杂的电子控制系统（传感器、电脑、执行器和复杂线路等），工作稳定性、可靠性高、抗腐蚀损坏和抗干扰性好、结构成本低，同样具备操作劳动强度小、车辆适用人群范围广的优点。

一、结构

本实用新型所述的单手操控系统由操纵手柄、动作合成器、左行走控制阀、右行走控制阀、左支架和右支架组成；动作合成器由壳体、主动圆锥齿轮、左从动圆锥齿轮、左输出轴、右从动圆锥齿轮、右输出轴组成；左、右行走控制阀（为同规格三位四通阀）由对应的阀体和阀芯组成；动作合成器壳体壁上有同轴线的上、下两孔和同轴线的左、右有两孔，两轴线平面垂直相交，下孔可为盲孔、其余为通孔；各圆锥齿轮中心有通孔；左、右支架上有通孔且同轴。

二、联接

1、主动圆锥齿轮通过其中心孔与操纵手柄轴固定联接。

2、左从动圆锥齿轮通过其中心孔与左输出轴右端固定联接，右从动圆锥齿轮通过其中心孔与右输出轴左端固定联接。

3、操纵手柄上端穿过壳体上孔伸出、下端支撑在下孔中，主动圆锥齿轮位于壳体内腔上部，轴孔间隙配合。

4、左、右输出轴分别对应穿过壳体的左、右孔、端部伸出壳体，轴孔间隙配合，左、右从动圆锥齿轮分别位于壳体内腔左右两侧、且与主动圆锥齿轮正确啮合。

5、左、右阀芯分别对应安装在左、右阀体中，可相对转动。

6、左输出轴左端、右输出轴右端分别穿过左、右支架上的孔并支撑动作合成器，轴孔间隙配合。

7、左、右阀芯分别与左输出轴左端、右输出轴右端固定联接，左、右阀体分别对应固定在左、右支架上。

8、左、右行走控制阀为三位四通阀、左右对称安装，4个油口分别对应联接油泵、油箱和液压马达（P-液压泵、T-油箱、A和B-液压马达）。

由上述结构和联接可知：①前后推拉操纵手柄端部使其绕左、右输出轴轴线公转（即操纵手柄在前后方向上偏离中间位置），则会带动动作合成器壳体及主动圆锥齿轮同轴转动，主动圆锥齿轮通过与左、右从动圆锥齿轮啮合齿，同步同向同量拨动从动圆锥齿轮带动左、右输出轴及对应左、右阀芯同轴转动，左、右行走控制阀阀口开度随之相应改变，从而控制左、右液压驱动马达及履带速度同步同向同量改变，实现车辆单向行驶加速或减速。操纵手柄前后位置改变越大，底盘行驶速度改变越大。当操纵手柄位置偏移到达前后方向中间位置时车辆暂停，当超越中间位置时反向行驶。②左右转动操纵手柄绕自身轴线自转（即操纵手柄在左右方向上偏离中间位置），则会带动主动圆锥齿轮同轴转动，主动圆锥齿轮通过与左、右从动圆锥齿轮啮合齿，同步反向同量拨动从动圆锥齿轮带动左、右输出轴及左、右阀芯绕左、右输出轴轴线转动相应的角度（一侧增大，另一侧同步同量减小），从而控制左、右行走控制阀阀口开度随之同步相应改变，从而控制左、右液压驱动马达及履带速度同步反向相应改变，则两侧履带产生速度差，实现底盘（差速）转向。操纵手柄在左右方向上转动角度越大，两侧履带运动速度差越大，底盘转向半径越小、转向越迅速，反之亦然。

当阀口减小一侧的阀芯转动到达中间位置（即行走控制阀的中间位置）时，此侧液压驱动马达及履带停止运动，底盘以此侧履带接地中心为转向中心原地转向；当此侧阀芯转动超越行走控制阀中间位置时，对应液压驱动马达及履带反向运动（与原运动另一侧履带比），底盘以两履带接地中心连线上、两履带之间的相应一点为转向中心原地转向。另有特殊情况，当操纵手柄前后方向位于中间位置时，左右方向转动操纵手柄，底盘以其行走中心（即两履带接地中心连线与底盘纵向轴线的交点）为转向中心原地旋转。

基于上述，显而易见，动作合成器能将人力操控操纵手柄的动作（上述公转和自转）合成并协调分配给左、右行走控制阀，实现底盘行驶的变速、倒车、转向及方向修正、原地旋转等控制。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

附图1为本实用新型结构示意图

附图2为本实用新型暂停车示意图

附图3为本实用新型变速示意图

附图4为本实用新型倒车示意图

附图5为本实用新型转向示意图

附图5（a）为本实用新型行进中转向示意图

附图5（b）为本实用新型以一履带接地中心为转向中心原地转向示意图

附图5（c）为本实用新型以两履带接地中心连线上的一点为转向中心原地转向示 意图

对附图的说明：

1.附图中液压站设置了双联液压泵，每个分泵独立驱动一个液压马达，以减少干扰,实际也可用一个液压泵驱动两个液压马达(优点是在转向过程中能自动协调分配动力,减小溢流损失)。

2. 为简化油路、防止混乱，附图中液压站只表明原理，省略了实际油路部分阀。

3.除图中已注明的结构名称外，图号与结构名称对应如下：

1-操纵手柄、2-动作合成器、3-左行走控制阀、4-右行走控制阀、5-左支架、6-右支架、7-壳体、8-主动圆锥齿轮、9-左从动圆锥齿轮、10-左输出轴、11-右从动圆锥齿轮、12-右输出轴、13左阀体、14-左阀芯、15-右阀体、16-右阀芯

具体实施方式

一、结构组成和联接

如图1所示，本实用新型由操纵手柄1、动作合成器2、左行走控制阀3、右行走控制阀4、左支架5和右支架6组成。动作合成器2由壳体7、主动圆锥齿轮8、左从动圆锥齿轮9、左输出轴10、右从动圆锥齿轮11、右输出轴12组成；左走控制阀3和右行走控制阀4为同规格三位四通阀，左行走控制阀3由左阀体13、左阀芯14组成，右行走控制阀4由右阀体15、右阀芯16组成。壳体7壁上有同轴线的上、下两孔和同轴线的左、右有两孔，两轴线垂直相交，下孔可为盲孔、其余为通孔；各圆锥齿轮有中心通孔；左支架5和右支架6上有通孔且同轴。

主动圆锥齿轮8通过其中心孔与操纵手柄1的轴固定联接；左从动圆锥齿轮9通过其中心孔与左输出轴10右端固定联接，右从动圆锥齿轮11通过其中心孔与右输出轴12左端固定联接；操纵手柄1轴上端穿过壳体7上孔伸出、下端支撑在下孔中，主动圆锥齿轮8位于壳体内腔上部；左输出轴10和右输出轴12分别对应穿过壳体7的左、右孔、端部伸出壳体，左从动圆锥齿轮9和右从动圆锥齿轮11分别位于壳体7内腔左右两侧、且与主动圆锥齿轮8正确啮合；左阀芯4和右阀芯16分别对应安装在左阀体13和右阀体15中，可相对转动；左输出轴10左端、右输出轴12右端分别穿过左支架5和右支架6上的孔支撑动作合成器2；左阀芯14和右阀芯16分别对应与左输出轴10左端、右输出轴12右端固定联接，左阀体13和右阀体15分别对应固定在左支架5和右支架6上；左行走控制阀3和右行走控制阀4左右对称安装，油口分别对应联接液压油泵、油箱以液压驱动马达（P-液压泵、T-油箱、A和B-液压马达)；上述轴孔的配合皆为间隙配合。

由上述结构联接可知，对应于左行走控制阀3和右行走控制阀4的三个位置（行走控制阀为三位四通阀,其结构及工作原理是液压马达驱动常规知识,不详述），操纵手柄1绕左输出轴10和右输出轴12公转有前、中、后三个位置（一组）、绕自身轴线自转有左、中、右三个位置（另一组）。所述两组位置及变动转量（即驾驶员控制操纵手柄1的动作）被动作合成器2合成并协调分配给左输出轴10和右输出轴12及左阀芯14和右阀芯16，从而选择和控制左行走控制阀3和右行走控制阀4的阀口及其开度，从而控制左、右液压马达及履带的速度和方向，实现液压履带驱动底盘暂停车、变速、倒车、转向及方向修正。

二、本实用新型控制液压履带驱动底盘行走的工作过程

1、暂停车

基于上述，如图2所示，当操纵手柄1的两组位置同处中间位置，对应左行走控制阀3和右行走控制阀4也同时处于中间位置时，启动液压站，油泵输出的分两路进入左行走控制阀3和右行走控制阀4的液压油被对应行走控制阀短路直接回油箱（根据阀选型不同，所述液压油也有被直接封闭、或进入马达后被封闭的。此为液压驱动一般性常识，不详述），不能建立液压马达驱动回路，液压驱动马达输出转速为零，底盘原地不动、处于暂停车状态。

2、变速

基于上述，如图3所示，当前后方向“推拉”操纵手柄1时，它带动壳体7及其内腔中的主动圆锥齿轮8绕左输出轴10和右输出轴12的轴线旋转，主动圆锥齿轮8通过啮合齿同时拨动左从动圆锥齿轮9和右从动圆锥齿轮11并分别带动左输出轴10和右输出轴12及对应固定的左阀芯14和右阀芯16绕上述轴线同步同向同量转动，由于左阀体13和右阀体15分别固定在左支架5和右支架6上，左行走控制阀3和右行走控制阀4的阀口开度对应改变，其输出液压油流量随之对应改变，从而同时同步同量改变左、右液压马达及履带的运动速度，实现底盘单向行驶速度控制。

3、倒车

基于上述，如图4所示，当前后方向“推拉”操纵手柄1到中间位置的另一侧时，动作合成器2随之将左行走控制阀3和右行走控制阀4的位置改变到另一侧，同一阀上联接对应液压马达的油口进出功能互换，进入驱动液压马达的液压油流向改变（与图3方向相反），液压马达带动履带反向移动（与图3方向相反），实现底盘倒车控制。

4、转向和方向修正

基于“2、变速”所述，如图5（a）所示，此时，操纵手柄1在前后方向中间位置一侧（左行走控制阀3和右行走控制阀4阀口相同并开度同向，底盘单向行驶），左右方向“转动”操纵手柄1并带动主动圆锥齿轮8绕自身轴线旋转，主动圆锥齿轮8通过啮合齿同时拨动左从动圆锥齿轮9和右从动圆锥齿轮11绕左输出轴10和右输出轴12的轴线同步反向同量旋转（角度大小与操纵手柄1转动角度和圆锥齿轮传动比有关），分别带动对应的左输出轴10和右输出轴12及其对应固定的左阀芯14和右阀芯16同轴同步反向同量旋转，左行走控制阀3和右行走控制阀4的阀口开度由一定值（与操纵手柄1在前后方向偏离中心位置对应）同步反向同量改变（一个变大、一个变小，变化量相同），左、右驱动液压马达的液压油流量随之对应改变，左、右液压驱动马达转速及对应履带运动产生速度差，从而实现液压履带驱动底盘单向行驶中的转向。

因其他原因导致底盘偏离航向时，同样用此方法修正其行驶方向。

基于上述，如图5（b）所示，随着操纵手柄1左右方向“转动”角度的增加，行走控制阀开度减小一侧的阀芯位置到达中间位置（即行走控制阀的中间位置），此侧液压驱动马达停转，对应履带停止移动，底盘以所述履带接地中心为转向中心原地转向。

基于上述，如图5（c）所示，随着操纵手柄1左右方向“转动”角度持续增加，行走控制阀开度减小一侧的阀芯位置超越中间位置，行走控制阀的换向（阀口切换，联接液压驱动马达的油口功能互换、进入液压驱动马达的液压油流与图5（a）所示相反），对应液压驱动马达带动履带反向加速移动，底盘以两履带接地中心连线上的某一点为转向中心原地转向。

另外，基于“1、暂停车”所述，当操纵手柄1左右方向角度改变时，左行走控制阀3和右行走控制阀4的阀口选择不对称（一个前、一个后）、且阀口开度同步同量改变，两侧液压驱动马达同步反向同量改变，并带动履带作相应运动，底盘以行走中心（两侧履带接地中心连线与底盘纵向轴线的交点）为转向中心原地旋转。

综上所述，本实用新型用动作合成器2将操纵手柄1的“推拉”和“转动”动作，协调分配给左行走控制阀3和右行走控制阀4，从而对应控制左、右液压马达及对应履带运动速度和方向，实现车辆变速、倒车、转向、方向修正和原地调头等操作。它克服了常规液压履带驱动底盘行驶操控技术存在的缺陷和不足，能普遍应用于军事、工程施工、农林业、救援探险等领域的所有液压履带驱动车辆底盘，适用产品领域宽、市场潜力大，具有较高的实际应用和推广价值。

Claims (9)

1.一种液压履带驱动底盘的机械式动作合成单手操控系统，其特征在于：由操纵手柄（1）、动作合成器（2）、左行走控制阀（3）、右行走控制阀（4）和左支架（5）、右支架（6）组成，动作合成器（2）由壳体（7）、主动圆锥齿轮（8）、左从动圆锥齿轮（9）、左输出轴（10）、右从动圆锥齿轮（11）、右输出轴（12）组成。

2.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：各圆锥齿轮有中心通孔，左、右支架（5、6）上有通孔且同轴。

3.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：壳体（7）壁上有同轴线的上、下两孔和同轴线的左、右有两孔，两轴线垂直相交，下孔可为盲孔、其余为通孔。

4.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：主动圆锥齿轮（8）通过其中心孔与操纵手柄（1）的轴固定联接。

5.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：左从动圆锥齿轮（9）通过其中心孔与左输出轴（10）右端固定联接，右从动圆锥齿轮（11）通过其中心孔与右输出轴（12）左端固定联接。

6.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：操纵手柄（1）轴上端穿过壳体（7）上孔伸出、下端支撑在下孔中，主动圆锥齿轮（8）位于壳体内腔上部。

7.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：左、右输出轴（10、12）分别对应穿过壳体（7）的左、右孔、端部伸出壳体，左、右从动圆锥齿轮（9、11）分别位于壳体（7）内腔左右两侧、且与主动圆锥齿轮正确啮合。

8.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：左输出轴（10）左端、右输出轴（12）右端分别穿过左、右支架（5、6）上的孔支撑动作合成器（2）。

9.如权利要求1所述的单手操控系统，其特征在于：左、右阀芯（14、16）分别对应与左输出轴（10）左端、右输出轴（12）右端固定联接，左、右阀体（13、15）分别对应固定在左、右支架（5、6）上。

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