CN215444967U - 具有自由轮模式的静液压驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种具有自由轮模式的静液压驱动系统包括：油泵单元(2)，其包括主泵(5)和辅助泵(6)，主泵(5)和辅助泵(6)由公共的动力源驱动；以及液压马达(3)，其为径向柱塞马达，并且通过主油路(L1、L2)与主泵(5)相连，以构成闭环驱动回路；其中，辅助泵(6)配置成能够向主油路(L1、L2)补充液压油，并且能够向液压马达(3)的壳体中供应液压油；其中，所述静液压驱动系统在自由轮模式中：主油路(L1、L2)处在断开状态；辅助泵(6)向液压马达(3)的壳体中供应液压油，使得液压马达(3)的所有柱塞缩回到液压马达(3)的回转体内，从而回转体处在自由旋转状态。该静液压驱动系统能够实现自由轮模式。

Description

具有自由轮模式的静液压驱动系统

技术领域

本申请涉及一种具有自由轮模式的静液压驱动系统，其尤其适用于静液压驱动工程车辆或静液压辅助驱动商用车辆，也适用于驱动各种工程设备。

背景技术

目前，工程车辆用静液压驱动系统主要采用由轴向柱塞马达和减速器组成的动力输出机构，这种动力输出机构易于调速，故障时可以由拖车低速牵引工程车辆行走。但是这种动力输出机构需要较大的安装空间，成本也会更高。另一方面，采用液压辅助驱动的混合动力车辆，在液压传动系统断开时的高速状态下，轴向柱塞马达会出现过速损坏轴承等问题。所以，对于安装空间有限的工程车辆，如跨座式单轨作业车等，或者对于液压辅助驱动的混合动力车辆，其静液压驱动系统大多采用低速大扭矩液压马达，不需要安装减速箱，液压马达直接安装在轮毂上驱动车轮行走。低速大扭矩液压马达采用的是径向柱塞的结构可以实现双速(双排量)功能，但难以实现无极变排量的功能。对于这样的静液压驱动系统，如果不采取一定的方法使液压马达处于“自由轮”工况，就不能用于拖车工况和液压辅助驱动。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种能够实现自由轮模式的静液压驱动系统。

为此，本申请在其一个方面提供了一种具有自由轮模式的静液压驱动系统，包括：

油泵单元，其包括主泵和辅助泵，主泵和辅助泵由公共的动力源驱动；以及

液压马达，其为径向柱塞马达，并且通过一对主油路与主泵相连，以构成闭环驱动回路；

其中，辅助泵配置成能够向主油路补充液压油，并且能够向液压马达的壳体中供应液压油；

其中，所述静液压驱动系统在自由轮模式中：

主油路处在断开状态；并且

辅助泵向液压马达的壳体中供应液压油，使得液压马达的所有柱塞缩回到液压马达的回转体内，从而回转体处在自由旋转状态。

根据一种实施方式，所述静液压驱动系统还包括外界油源端口，用于在静液压驱动系统无动力的状态下接入外界压力油，其中，在自由轮模式中，外界压力油被供应到液压马达的壳体中，使得液压马达的所有柱塞缩回到液压马达的回转体内，从而回转体处在自由旋转状态。

根据一种实施方式，在自由轮模式中，供应到液压马达的壳体中的液压油经主油路的后段返回油箱，由此冷却液压马达。

根据一种实施方式，所述静液压驱动系统还包括：

控制油路，其一方面连接着辅助泵和外界油源端口、另一方面通向液压马达的壳体，用于向液压马达的壳体中供应供应来自辅助泵或外界油源端口液压油；以及

背压流路，其跨接在一对主油路的后段之间，背压流路中设有单向阀，背压流路的位于这一对单向阀之间的部位连接着辅助泵和外界油源端口，使得从辅助泵或外界油源端口经控制油路向液压马达的壳体中供应的液压油的压力保持在所述单向阀的开启压力。

根据一种实施方式，所述液压马达具有至少两个挡位，这两个挡位之间通过液压马达的马达变量机构切换，所述马达变量机构的作动由经电比例减压阀由辅助泵引入的液压油实现。

根据一种实施方式，通过施加到电比例减压阀的信号输入来控制液压马达的挡位切换速度。

根据一种实施方式，所述主泵为变量泵，其排量由变量缸调节；并且

在液压马达升挡过程中，所述变量缸控制主泵逐渐增大排量；

在液压马达降挡过程中，所述变量缸控制主泵逐渐减小排量。

根据一种实施方式，利用电比例阀调节来自辅助泵的液压油的油量，由此控制所述变量缸的动作。

根据一种实施方式，所述静液压驱动系统还具有待机模式，在待机模式中：

主油路处在断开状态，并且主泵不输出液压油、或仅输出少量液压油在主油路的前段中循环；并且

辅助泵与主油路的前段接通而向主油路的前段中补充液压油。

根据一种实施方式，所述静液压驱动系统还具有驱动模式，在驱动模式中：

主油路处在接通状态，并且主泵向液压马达供应液压油以驱动液压马达旋转；并且

辅助泵与主油路接通而向主油路中补充液压油。

根据本申请，以简单的结构实现了静液压驱动系统的自由轮模式，并且能够保护液压马达。

附图说明

本申请的前述和其它方面将通过下面参照附图所作的详细介绍而被更完整地理解，在附图中：

图1是根据本申请的一种可行实施方式的静液压驱动系统的液路图；

图2是该静液压驱动系统的待机模式下的液路图；

图3是该静液压驱动系统的低速大扭矩(低速挡)驱动模式下的液路图；

图4是该静液压驱动系统的高速小扭矩(高速挡)驱动模式下的液路图；

图5是该静液压驱动系统的自由轮模式下的液路图；

图6是根据本申请的另一种可行实施方式的静液压驱动系统的液路图。

具体实施方式

本申请总体上涉及一种静液压驱动系统，其特别适用于驱动工程车辆，或是辅助驱动商用车辆。

根据本申请的一种可行实施方式的静液压驱动系统在图1中示意性表示，其中，该静液压驱动系统主要包括：由发动机1驱动旋转的油泵单元2，通过主油路(工作油路)L1、L2与油泵单元2相连的液压马达3。液压马达3用于直接(无需减速器)驱动车轮4。

油泵单元2包括主泵5和辅助泵6，主泵5和辅助泵6均由发动机1驱动。在此需要指出，主泵5和辅助泵6二者的转轴可以刚性连接，并且通过离合器连接着发动机1的输出轴，使得二者同步旋转。或者，主泵5和辅助泵6二者的转轴可以各自分别连接到发动机1的输出轴；并且，泵5和辅助泵6二者或之一的转轴可以通过变速机构连接到发动机1的输出轴，使得泵5和辅助泵6分别被发动机1驱动，二者的转速可以不同。

主泵5为双向变量泵，例如柱塞泵，尤其是轴向柱塞泵，当然主泵5也可以是其它类型的双向变量泵。主泵5的两个工作油口分别连接到主油路L1和主油路L2。在主泵5正向运转时，其通过主油路L1输出液压油，通过主油路L2吸入液压油，由此经液压马达3驱动车轮4正向旋转。在主泵5反向运转时，其通过主油路L2输出液压油，通过主油路L1吸入液压油，由此经液压马达3驱动车轮4反向旋转。主泵5的排量由变量缸7调节。

辅助泵6的容量可以小于主泵5。辅助泵6为单向泵，通常为定量泵。辅助泵6的输入端口通过油路L3连接着油箱8，输出端口通过油路L4连接着油路L5，油路L5在油泵单元2内跨接在主油路L1、L2之间，并且油路L5中布置着一对单向阀9，每个单向阀9分别配备有内部泄压阀。油路L4在油路L5上的连接点位于这两个单向阀9之间。这两个单向阀9彼此反向布置，使得辅助泵6输出的液压油能够经油路L4和油路L5(以及油路L5中的单向阀9)向主油路L1、L2中补油。

变量缸7包括由中间活塞分隔的双腔，活塞通过作动元件(例如拨叉)连接着主泵5的内部变量机构。变量缸7的一个腔通过油路L6连接到油路L4，另一个腔通过油路L7连接到油箱8。三位四通阀形式的电比例阀10布置在油路L6、L7中。在没有电信号时，电比例阀10处在中间常态阀位，电比例阀10的进油口、回油口和两个出油口都连接到油箱8。在接收到电信号而处于左侧或右侧阀位时，电比例阀10通过进油口和一个出油口将油路L6与变量缸7的一个腔连通，通过回油口和另一出油口将油箱8与变量缸7的另一个腔连通。并且，通过施加到电比例阀10的电信号大小，电比例阀10调节经油路L4输入到变量缸7的相应腔中的油压，由此控制变量缸7的活塞的位置，活塞通过作动元件驱动主泵5的内部变量机构作动，由此调节主泵5的排量。

液压马达3为双向的径向柱塞马达。该液压马达3的两个工作油口分别连接着主油路L1、L2。借助于主油路L1、L2，油泵单元2的主泵5与液压马达3构成一个闭环驱动回路。

根据一种实施方式，该液压马达3为单速(单排量)马达。采用单速马达的优点是，马达本身及其控制回路简单，但缺点是可实现的输出转速范围小。根据另一种实施方式，液压马达3为双速(双排量)马达。根据本领域惯例，为了清楚地表示该液压马达3的控制回路，以两个共轴同步旋转的回转体部分11、12表示该双速马达的两组轴向相对的柱塞。回转体部分11的输入、输出油口直接连接到主油路L1、L2，回转体部分12的输入、输出油口通过马达变量机构连接到主油路L1、L2。在主油路L1或L2向液压马达3输入压力液压油时，回转体部分11运转，而回转体部分12是否运转取决于马达变量机构的状态。在仅有回转体部分11运转时，液压马达3处在高速小扭矩挡位(高速挡)，在回转体部分11、12都运转时，液压马达3处在低速大扭矩挡位(低速挡)。

马达变量机构包括主油路开关阀13和开关阀控制阀14。回转体部分12的输入、输出油口经主油路开关阀13分别连接到主油路L1、L2。主油路开关阀13可以是图中所示的二位五通阀，其为常开的(在常态下使得回转体部分12与主油路L1、L2接通，从而液压马达3在常态下置于低速挡)；或者，主油路开关阀13可以是常闭的(在常态下使得回转体部分12与主油路L1、L2断开，从而液压马达3在常态下置于高速挡)。主油路开关阀13的通断状态由开关阀控制阀14控制。

在液压马达3中设置有内置的三位三通阀形式的冲洗阀15，其两个输入端口(也是控制端口)分别连接到主油路L1、L2，出油口通过油路L8连接到液压马达3壳体内部。冲洗阀15是常闭的，在主油路L1或L2被供应压力液压油时，冲洗阀15切换到相应的连通阀位，使得主油路L1或L2中的液压油被引入液压马达3壳体内，以便在液压马达3运转时冲洗液压马达3壳体内部，达到马达降温的目的。油路L8中设有控制油路L8通断的液控开关阀16，其控制端来自冲洗阀15的出油口的油压。

在油泵单元2与液压马达3之间，在主油路L1、L2中分别设有常闭式开关阀(或逻辑阀)17、18。主油路L1、L2分别被各自的开关阀17、18分隔为前段和后段。

在开关阀17、18上游侧，油路L9跨接在主油路L1、L2的前段之间，油路L9中设有常开式开关阀(或逻辑阀)19。在开关阀17、18下游侧，油路L10跨接在主油路L1、L2的下游侧之间，油路L10中设有一对常开式开关阀(或逻辑阀)20，在这两个开关阀20之间的位置处，油路L10被连接到油箱8。

在油路L10的下游侧，油路L11跨接在主油路L1、L2的下游侧之间，油路L11中设有一对彼此相反定向的单向阀21。这两个单向阀21的定向为允许液压油从两个单向阀21之间的油路L11的中间部位(图1中以节点“A”表示)向主油路L1、L2流动(在达到单向阀21开启压力的状态下)，但不允许从主油路L1、L2向节点“A”流动。

具有电控和手控功能的二位三通换向阀22布置在油路L11与油路L8之间。二位三通换向阀22的进油口通过油路L12连接到油路L11的中间部位，出油口通过油路L13连接到油路L8，回油口连接到油箱8。在常态第一阀位，二位三通换向阀22的进油口是截断的，回油口与出油口连通。在第二阀位，二位三通换向阀22的进油口与出油口连通，回油口是截断的。

此外，静液压驱动系统还包括电比例减压阀23和二位三通换向阀24。

电比例减压阀23的进油口一方面通过油路L14连接到油路L11的中间部位，另一方面通过油路L15连接到油路L4。电比例减压阀23的出油口连接着管路L16，回油口连接到油箱8。油路L14中设有节流阀25。

二位三通换向阀24的进油口连接到油路L16，出油口连接着油路L17，回油口连接到油箱8。在常态第一阀位，二位三通换向阀24的进油口是截断的，回油口与出油口连通。在第二阀位，二位三通换向阀24的进油口与出油口连通，回油口是截断的。

油路L15、L16、L17用于在辅助泵6与马达变量机构之间建立连通，使得辅助泵6能够控制马达变量机构的操作。

开关阀控制阀14的两个阀位控制端口分别连接着油路L8和L17，

开关阀控制阀14的进油口连接着管路L17，出油口连接着主油路开关阀13的第一进油口。开关阀控制阀14的复位弹簧或油路L8中的油压使得开关阀控制阀14处在常态第一阀位，油路L17中的油压可使开关阀控制阀14切换到第二阀位。在常态第一阀位，开关阀控制阀14的进油口与抽油口之间截断。在第二阀位，开关阀控制阀14的进油口与出油口之间连通。

主油路开关阀13的两个阀位控制端口分别连接着油路L8和L17。除了上述第一进油口，主油路开关阀13还具有第二和第三进油口，所述第二和第三进油口分别连接到主油路L1、L2。主油路开关阀13的两个出油口分别连接到液压马达3的两个工作油口。主油路开关阀13的复位弹簧或油路L8中的油压使得主油路开关阀13处在常态第一阀位，油路L17中的油压可使主油路开关阀13切换到第二阀位。在常态第一阀位，主油路开关阀13的第一进油口截断，第二和第三进油口分别与两个出油口连通。在第二阀位，主油路开关阀13的第一进油口与两个出油口连通，第二和第三进油口都被截断。

此外，溢流油路L18连接在油路L4与油箱8之间，溢流油路L18中布置着溢流阀26，用于使辅助泵6输出的多余液压油溢流返回油箱8。

静液压驱动系统还包括外界油源端口30，用于在车辆无动力的状态下接入外界压力油源。外界油源端口30连接着油路L4和L15。油路L15、L16、L17在外界油源端口30与马达变量机构之间建立连通，使得外界油源端口30供应的液压油能够控制马达变量机构的操作。

上述各电控阀17、18、19、20、22、23、24可由静液压驱动系统的控制器控制(换向阀22还能被手工操控)，以实现各个电控阀的阀位切换。这些电控阀以及控制器构成静液压驱动系统的控制组件。

图1中所示的静液压驱动系统在工作中可以具有待机模式、驱动模式、自由轮模式，下面分别介绍。

首先参照图2描述静液压驱动系统的待机模式，图中相关油路中的箭头表示液压油的流动方向。

在待机模式下，各电控阀17、18、19、20、22均不得电，从而处在它们的常态阀位，主油路L1、L2被各自的开关阀17、18截断，主油路L1和L2的前段之间通过开关阀19连通，液压马达3的两个工作油口通过主油路L1和L2的后段以及油路L10无压力接通于油箱8。电比例减压阀23无控制信号，换向阀24不得电。发动机1运转，带动主泵5和辅助泵6旋转。电比例阀10没有信号而处在中位，变量缸7的两腔均与油箱8连通而使活塞处于中位，主泵5没有或仅有少量液压油向主油路L1或L2输出。另一方面，辅助泵6通过油路L4、L5经一对单向阀9向主油路L1和L2的前段内补油，辅助泵6提供的油压可以在20～30巴。主油路L1、L2的前段以及油路L9形成一个无压差循环回路(没有、或仅有少量的液压油循环流动)。此时，液压马达3没有接收到来自油泵单元2的液压油，处于待机状态。

需要指出，辅助泵6向主油路L1或L2中补油的量很小，辅助泵6输出的液压油的大部分通过溢流油路L18及溢流阀26返回油箱8。可以理解，在静液压驱动系统的其它操作模式中，辅助泵6输出的液压油的多余部分也是通过溢流油路L18及溢流阀26返回油箱8，后面不再重复介绍。

接下来参照图3描述静液压驱动系统的低速挡驱动模式，图中相关油路中的箭头表示液压油的流动方向。

在低速挡驱动模式，阀19、20得电而处于关闭阀位，阀17、18得电而处于接通阀位。这样，主油路L1、L2被开通，使得主泵5的输出液压油能够供应到液压马达3。

换向阀22不得电，保持液压马达3的壳体内部经油路L13、换向阀22连通于油箱8，从而液压马达3的壳体中的液压油能够无压力通向油箱8。

电比例减压阀23无控制信号，换向阀24不得电，油路L15、L16、L17之间断开，使得马达变量机构没有接收到来自辅助泵6的液压力，从而处在泄压状态，马达变量机构的主油路开关阀13和开关阀控制阀14都处在常态阀位，即开关阀控制阀14处在断开状态，主油路开关阀13处在与主油路L1、L2接通状态，从而回转体部分12的输入、输出油口经主油路开关阀13分别与主油路L1、L2连通。由于回转体部分11的输入、输出油口是保持与主油路L1、L2连通的，因此，此时液压马达3的两组所有柱塞伸出并传递动力，从而液压马达3处在低速大扭矩(低速挡)状态。主泵5的高压油口正向输出的高压液压油通过主油路L4由液压马达3的进油口进入液压马达3内部，通过全部柱塞驱动液压马达3的回转体转动，回转体以低速挡驱动车轮4正向旋转。液压油从液压马达3的出油口通过主回路L2返回主泵5的低压油口。

另一方面，辅助泵6一方面通过油路L4、L5经一对单向阀9向主油路L1和L2的前段内补油，另一方面通过油路L15、L14经一对单向阀21向主油路L1和L2的后段内补油。

在这种状态下，借助于主油路L1、L2，油泵单元2与液压马达3构成一个正向闭环驱动回路(低速挡)。可以理解，在主泵5反向输出高压液压油时，借助于主油路L1、L2，油泵单元2与液压马达3构成一个反向闭环驱动回路(低速挡)，这里不再详细解释。

在低速挡驱动模式下，通过增大或减小电比例阀10的信号输入，使得变量缸7增大或减小主泵5的排量，可以连续地无级调节主泵5的输出流量，从而无级调节液压马达3的输出扭矩。

在低速挡驱动模式下，冲洗阀15因接收到来自主油路L1或L2的压力而开启，开关阀16也随之开启，使得一部分来自主油路L1或L2的液压油通过冲洗阀15、开关阀16、油路L8进入液压马达3的壳体，从而为液压马达3散热。

接下来参照图4描述静液压驱动系统的高速挡驱动模式，图中相关油路中的箭头表示液压油的流动方向。

在高速挡驱动模式，阀19、20得电而处于关闭阀位，阀17、18得电而处于接通阀位。这样，主油路L1、L2被开通，因而主泵5的输出液压油能够供应到液压马达3。

换向阀22不得电，保持液压马达3的壳体内部经油路L13、换向阀22连通于油箱8，从而液压马达3的壳体中的液压油能够无压力通向油箱8。

换向阀24得电而使得油路L16与油路L17接通。电比例减压阀23接收到控制信号而将油路L15与油路L16接通，这样，辅助泵6的输出液压油经过油路L15、电比例减压阀23、油路L16、换向阀24、油路L17到达马达变量机构，马达变量机构的主油路开关阀13和开关阀控制阀14都切换阀位，即开关阀控制阀14处在接通状态，主油路开关阀13处在与主油路L1、L2断开状态，从而回转体部分12的输入、输出油口与主油路L1、L2之间的连通被切断，回转体部分12的柱塞处于高压液压油作用状态，即无动力状态。此时仅有回转体部分11的输入、输出油口保持与主油路L1、L2连通的，因此，此时回转体部分11的柱塞传递动力，从而液压马达3处在部分高速小扭矩(高速挡)状态。主泵5的高压油口正向输出的高压液压油通过主油路L4由液压马达3的进油口进入液压马达3内部，通过一组柱塞驱动液压马达3的回转体转动，回转体以高速挡驱动车轮4正向旋转。液压油从液压马达3的出油口通过主回路L2返回主泵5的低压油口。

在高速挡驱动模式下，辅助泵6依然向主油路L1和L2的前段和后段内补油，这里不再重复解释。

在这种状态下，油泵单元2与液压马达3构成一个正向闭环驱动回路(高速挡)。在主泵5反向输出高压液压油时，油泵单元2与液压马达3构成一个反向闭环驱动回路(高速挡)。

在高速挡驱动模式下，通过增大或减小电比例阀10的信号输入，使得变量缸7增大或减小主泵5的排量，可以连续地无级调节主泵5的输出流量，从而无级调节液压马达3的输出扭矩。

在高速挡驱动模式下，同样通过冲洗阀15开启而为液压马达3散热。

接下来描述静液压驱动系统的换挡操作。

如前所述，液压马达3的高低速挡位通过电比例减压阀23(换向阀24配合)控制马达变量机构实现。电比例减压阀23能够基于信号输入实现输出油量的连续变化。在换挡过程中，通过使得电比例减压阀23的输出油量以一定的速度连续(相对缓慢地)变化，从而马达变量机构以一定速度(相对缓慢地)切换状态，使得回转体部分12的柱塞接收到的高压液压油压力逐渐地(相对缓慢地)增大或减小，从而回转体部分12的柱塞的动力逐渐地(相对缓慢地)增大或减小，最终回转体部分12的柱塞过渡到满动力状态或无动力状态，这样可以使得换挡过程中液压马达3的输出扭矩的平稳变化，避免换挡中的液压冲击和动力陡变。

此外，在换挡过程中，在电比例减压阀23的输出油量的连续变化时，可以使电比例阀10控制主泵5配合地连续变化，能够进一步抑制换挡中的液压冲击和动力陡变。

在车辆行驶过程中，基于驾驶员施加于车辆加速踏板的动作，或是自动驾驶过程中基于车辆控制器的判断，静液压驱动系统的控制器增大或减小电比例阀10的信号输入，由此增大或减小静液压驱动系统的驱动速度。当车辆速度增大或减小到一定程度时，需要执行换挡操作。换挡过程可由车辆驾驶员基于车速手动进行，或者由车辆控制器基于车速自动进行。

具体而言，在升挡过程(由低速挡向高速挡切换)中，电比例减压阀23的输出油量连续增大，直至增大到马达变量机构作动，实现液压马达3的挡位以一定速度(相对缓慢地)由低速挡向高速挡切换。与此同步，电比例阀10的信号输入立即从一个较高的值(例如100％)下降到一较低的定值，然后以一定速度(相对缓慢地)升高从而控制主泵5的输出流量以一定速度增大。这样，在升挡过程中，液压马达3的输出扭矩能够相对平缓地变化，避免动力陡变。

另一方面，在降挡(由高速挡向低速挡切换)过程中，电比例减压阀23的输出油量连续减小，直至减小到马达变量机构作动，实现液压马达3的挡位以一定速度(相对缓慢地)由高速挡向低速挡切换。与此同步，电比例阀10的信号输入立即从一个较低的值升高到一较高的定值，然后以一定速度(相对缓慢地)降低从而控制主泵5的输出流量以一定速度减小。这样，在降挡过程中，液压马达3的输出扭矩能够相对平缓地变化，避免动力陡变。

接下来参照图5描述静液压驱动系统的自由轮模式，图中相关油路中的箭头表示液压油的流动方向。

各电控阀17、18、19、20均不得电，从而处在它们的常态阀位，主油路L1、L2被各自的开关阀17、18截断，液压马达3的两个工作油口通过主油路L1和L2的后段以及油路L10无压力接通于油箱8。电比例减压阀23无控制信号，换向阀24不得电。

换向阀22得电而切换阀位，使得换向阀22接通。这样，来自辅助泵6的液压油通过油路L15、L14、L12、换向阀22、油路L13进入液压马达3的壳体内。当液压马达3的壳体内的液压油压力高于液压马达3的工作油口压力后，会使得液压马达3的所有柱塞缩回到回转体内而不与液压马达3的凸轮机构接触，从而实现自由轮模式。在自由轮模式，采用静液压驱动系统的车辆可由拖车牵引行走。对于采用静液压驱动系统的混合动力车辆，在自由轮模式，可以断开静液压驱动系统而仅由发动机驱动车辆。

在车辆无动力状态下，可利用外界油源端口30实现自由轮模式，其中，手工切换换向阀22的阀位，使得换向阀22接通，来自外界油源端口30的液压油通过油路L15、L14、L12、换向阀22、油路L13进入液压马达3的壳体内，使得液压马达3的所有柱塞缩回到回转体内而不与液压马达3的凸轮机构接触，从而实现自由轮模式。外界油源端口30供应的液压油的多余部分通过溢流油路L18及溢流阀26返回油箱8。

需要指出，由于液压马达3的壳体所能承受的最大压力为大约10巴，而辅助泵6提供的油压通常在20～30巴，外界油源端口30提供的油压也通常高于液压马达3的壳体所能承受的最大压力。此时，油路L11中的单向阀21起到了背压和限压的作用。单向阀21的开启压力可以设置在3～5巴。当液压马达3的壳体内的压力达到这个压力时，单向阀21开启，来自辅助泵6或外界油源端口30的一部分液压油经油路L11、主油路L1、L2和油路L10返回油箱8，从而将液压马达3的壳体内的油压维持在单向阀21的开启压力。

还需要指出，在自由轮模式，冲洗阀15因没有接收到足够的控制压力而无法开启，因此不能通过冲洗阀15为液压马达3散热。但是，来自辅助泵6或外界油源端口30的液压油进入液压马达3的壳体内，并且流经柱塞的缝隙，然后通过主回路L1、L2、回路L10回到油箱8，从而实现液压马达3的散热。这样，即使是在液压马达3被高速牵引而旋转的状态下，也不会导致液压马达3过热，从而保护液压马达3。

尽管图1至图5中表示的是一个油泵单元2驱动一个液压马达3，并且该液压马达3用于驱动一个相应的车轮4，但是本领域技术人员容易理解，广义上讲，图1中的静液压驱动系统可以构造成下述各种形式：一个公共的油泵单元2驱动n(n≧1，例如n＝2或4…)个液压马达3，每个液压马达3用于驱动m(m≧1，例如m＝1或2…)个车轮4。即，一个公共的油泵单元2与n个液压马达3组成n个闭环驱动回路。对于n≧2的情形，各闭环驱动回路的基本组成元件可以相同，或者不同，例如基于前后轮的动力分配而设置不同的组成元件。

可以理解，对于一个公共的油泵单元2驱动多个液压马达3的情形，可以在主油路L1、L2的下游端分支出分别通向各液压马达3的并联支路。对于同一个液压马达3驱动多个(通常为两个)车轮4的情形，可以在该液压马达3的输出端与各车轮之间布置分动器。本领域技术人员基于图1至图5中所展示的细节，容易构想出静液压驱动系统的其它构造的具体结构。例如，在图6所示的示例性实施方式中，一个公共的油泵单元2(图6中被略去，参看前面描述的油泵单元2)通过主油路L1、L2的下游端分支连接着四个液压马达3，以形成四个并联的闭环驱动回路，每个液压马达3分别驱动一个相应的车轮4(两个前轮，两个后轮)。其它形式的静液压驱动系统也容易构想出来。

可以理解，前面图示并描述的液压控制元件和油路可以替换为具有等同功能的液压控制元件和油路。

根据本申请，通过辅助泵6或外界油源端口30提供的液压油，不论车辆有无动力，均能实现静液压驱动系统的自由轮模式。

此外，通过单向阀21的背压和限压作用，以很低的成本实现了自由轮模式，并且保护液压马达3的壳体不出现过压。

此外，在自由轮模式下，通过辅助泵6或外界油源端口30提供的液压油流经液压马达3的壳体内部，可以为液压马达3降温，避免液压马达3温升过高。

此外，在静液压驱动系统的待机模式和驱动模式中，通过辅助泵6向系统油路中快速补油，弥补系统油路的泄漏，并且避免系统吸空。

此外，在静液压驱动系统中，通过各电控阀17、18、19、20、22、23、24的控制逻辑，精确、可靠地实现了待机、驱动操作、自由轮模式。这些阀能够根据实际要求而选择规格和尺寸，静液压驱动系统的其它元件也能够根据实际要求而选择规格和尺寸，因此设计柔性更高。

此外，通过主泵5(变量泵)和液压马达3(双速马达)的动力组合，能够实现无极变速和更高的调速范围。

此外，通过电比例减压阀23与电比例阀10的组合，换挡过程更为平顺。

此外，虽然前面描述了油泵单元2由发动机驱动，但油泵单元2也适用于其它动力源、例如电机等驱动。

此外，前面描述的液压马达3具有两个档位，但本申请同样适用于液压马达3具有更多挡位的情形，以类似的原理设置相应的控制元件和油路即可。

此外，虽然前面针对驱动车辆的应用描述了静液压驱动系统，但是本申请的静液压驱动系统也可用于驱动各种工程设备，只需把前面描述的车轮替换成工程设备的作业元件即可。

虽然这里参考具体的示例性实施方式描述了本申请，但是本申请的范围并不局限于所示的细节。在不偏离本申请的基本原理的情况下，可针对这些细节做出各种修改。

Claims (10)

1.一种具有自由轮模式的静液压驱动系统，包括：

油泵单元(2)，其包括主泵(5)和辅助泵(6)，主泵(5)和辅助泵(6)由公共的动力源驱动；以及

液压马达(3)，其为径向柱塞马达，并且通过一对主油路(L1、L2)与主泵(5)相连，以构成闭环驱动回路；

其中，在自由轮模式中，液压马达(3)的所有柱塞缩回到液压马达(3)的回转体内，从而回转体处在自由旋转状态；

其特征在于，辅助泵(6)配置成连接着主油路(L1、L2)而能够向主油路(L1、L2)补充液压油，并且连接着液压马达(3)的壳体而能够向液压马达(3)的壳体中供应液压油。

2.如权利要求1所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，所述静液压驱动系统还包括外界油源端口(30)，用于在静液压驱动系统无动力的状态下接入外界压力油，其中，外界压力油能够被供应到液压马达(3)的壳体中。

3.如权利要求1所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，液压马达(3)的壳体内部经主油路(L1、L2)的后段连接着油箱(8)，由此形成冷却液压马达(3)的油路。

4.如权利要求3所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，所述静液压驱动系统还包括：

控制油路(L12、L13)，其一方面连接着辅助泵(6)和外界油源端口(30)、另一方面通向液压马达(3)的壳体，用于向液压马达(3)的壳体中供应来自辅助泵(6)或外界油源端口(30)液压油；以及

背压流路(L11)，其跨接在一对主油路(L1、L2)的后段之间，背压流路(L11)中设有单向阀(21)，背压流路(L11)的位于这一对单向阀(21)之间的部位连接着辅助泵(6)和外界油源端口(30)。

5.如权利要求1至4中任一项所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，所述液压马达(3)具有至少两个挡位，这两个挡位之间通过液压马达(3)的马达变量机构切换，所述马达变量机构的作动由经电比例减压阀(23)由辅助泵(6)引入的液压油实现。

6.如权利要求5所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，通过施加到电比例减压阀(23)的信号输入来控制液压马达(3)的挡位切换速度。

7.如权利要求6所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，所述主泵(5)为变量泵，其排量由变量缸(7)调节。

8.如权利要求7所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，利用电比例阀(10)调节来自辅助泵(6)的液压油的油量，由此控制所述变量缸(7)的动作。

9.如权利要求1至4中任一项所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，主油路(L1、L2)中设有开关阀，主油路(L1、L2)被所述开关阀分隔为前段和后段；并且

辅助泵(6)与主油路(L1、L2)的前段相连。

10.如权利要求9所述的具有自由轮模式的静液压驱动系统，其特征在于，辅助泵(6)通过辅助油路(L4、L5)连接着主油路(L1、L2)的前段，辅助油路中设有单向阀。

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