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雙動力驅動系統、工程機械車輛及控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510940583.0

申請日:

2015.12.16

公開號:

CN105539132A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B60K 17/10申請日:20151216|||公開
IPC分類號: B60K17/10; F16H39/02 主分類號: B60K17/10
申請人: 徐州重型機械有限公司
發明人: 單增海; 丁宏剛; 孫建華; 李麗; 朱磊
地址: 221004 江蘇省徐州市銅山路165號
優先權:
專利代理機構: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038 代理人: 顏鏑
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510940583.0

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.17|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種雙動力驅動系統、工程機械車輛及控制方法,其中雙動力驅動系統包括分別用于驅動不同車橋的機械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統,其中,在各動力驅動子系統均啟用時,控制機械動力驅動子系統對應的車輪離地轉速不高于液壓動力驅動子系統對應的車輪離地轉速;液壓動力驅動子系統包括:液壓馬達(6);液壓泵機構;通斷機構,設置于液壓泵機構與液壓馬達(6)之間的液壓油路上,用于接入或斷開液壓泵機構對液壓馬達(6)的液壓油供應;溢流機構,設置在液壓馬達(6)的進口,用于實現液壓馬達(6)的進口位置的多余液壓油的溢流功能。本發明能夠在不同動力驅動系統所驅動的車橋間采用非剛性連接的情形下提供驅動動力。

權利要求書

1.一種雙動力驅動系統,包括分別用于驅動不同車橋的機械動
力驅動子系統和液壓動力驅動子系統,其中,在所述機械動力驅動子
系統和液壓動力驅動子系統均啟用時,控制機械動力驅動子系統所驅
動車橋的車輪離地轉速不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車橋的
車輪離地轉速;所述液壓動力驅動子系統具體包括:
液壓馬達(6),用于對車橋提供驅動動力;
液壓泵機構,用于向所述液壓馬達(6)供應驅動液壓馬達(6)
轉動的液壓油;
通斷機構,設置于所述液壓泵機構與所述液壓馬達(6)之間的
液壓油路上,用于接入或斷開所述液壓泵機構對所述液壓馬達(6)的
液壓油供應;
溢流機構,設置在所述液壓馬達(6)的進口,用于實現所述液
壓馬達(6)的進口位置的多余液壓油的溢流功能。
2.根據權利要求1所述的雙動力驅動系統,其中所述通斷機構
包括第一插裝閥(2),所述第一插裝閥(2)的進油口和出油口分別
與所述液壓泵機構的出口和所述液壓馬達(6)的進口連通,所述第一
插裝閥(2)的控制口接收壓力控制信號,并根據壓力控制信號開啟或
關閉所述第一插裝閥(2)的進油口和出油口之間的內部油道。
3.根據權利要求2所述的雙動力驅動系統,其中所述通斷系統
還包括換向閥(3),所述換向閥(3)的兩個工作油口分別連通所述
第一插裝閥(2)的控制口和回油油路(7),所述換向閥(3)的進油
口和回油口分別與所述液壓泵機構的出口和回油油路(7)連通,在所
述第一插裝閥(2)的控制口上設有節流孔,通過換向閥(3)的切換
實現所述第一插裝閥(2)的開啟或關閉。
4.根據權利要求1~3任一所述的雙動力驅動系統,其中所述溢
流機構包括第一溢流閥(4),所述第一溢流閥(4)的進口和出口分
別與所述液壓馬達(6)的進口和回油油路(7)連通,所述第一溢流
閥(4)的調定壓力高于所述液壓馬達(6)在最大扭矩下的系統壓力。
5.根據權利要求1~3任一所述的雙動力驅動系統,其中所述溢
流機構包括第二溢流閥(4’)和第二插裝閥(5),所述第二插裝閥(5)
的進口和出口分別與所述液壓馬達(6)的進口和回油油路(7)連通,
所述第二溢流閥(4’)的進口和出口分別與所述第二插裝閥(5)的控
制口和回油油路(7)連通,在所述第二插裝閥(5)的閥芯內設有連
通進口和控制口的節流孔,所述第二溢流閥(5)的調定壓力高于所述
液壓馬達(6)在最大扭矩下的系統壓力。
6.根據權利要求1所述的雙動力驅動系統,其中在所述液壓泵
機構的出口設有防止液壓油倒流的單向閥(8)。
7.根據權利要求1所述的雙動力驅動系統,其中所述液壓馬達
(6)為雙向液壓馬達,所述通斷機構為電磁換向閥(11),所述電磁
換向閥(11)的兩個工作油口分別連接所述雙向液壓馬達的兩端油口,
通過切換所述電磁換向閥(11)能夠改變所述雙向液壓馬達的進口,
所述溢流機構包括分別設置在所述雙向液壓馬達的兩端油口的第三溢
流閥(12)和第四溢流閥(13),用于實現所在雙向液壓馬達的油口
分別作為進口時的多余液壓油的溢流功能。
8.根據權利要求1~3、7任一所述的雙動力驅動系統,其中所述
液壓泵機構包括定量泵(1)和第三溢流閥(9),所述定量泵(1)輸
出恒定流量的液壓油,并控制所述定量泵(1)的輸出流量始終超過所
述液壓馬達(6)的所需流量,所述第三溢流閥(9)的進口和出口分
別與所述定量泵(1)的出口和回油油路(7)連通,用于對所述定量
泵(1)的出口溢流,以使流向所述液壓馬達(6)的液壓油符合所述
液壓馬達的所需流量。
9.根據權利要求1~3、7任一所述的雙動力驅動系統,其中,所
述液壓泵機構為恒壓變量泵(1’),能夠自適應調整輸出流量來匹配
所述液壓馬達(6)的所需流量。
10.一種工程機械車輛,其特征在于,包括權利要求1~9任一所
述的雙動力驅動系統。
11.一種基于權利要求1~9任一所述的雙動力驅動系統的控制方
法,包括:
當接收到雙動力驅動模式操作指令時,控制通斷機構接入液壓泵
機構對液壓馬達(6)的液壓油供應,啟用液壓動力驅動子系統,以實
現機械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統均啟用的雙動力驅動模
式,在該模式下,控制所述機械動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離
地轉速不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉速;
當接收到純機械動力驅動模式操作指令時,控制所述通斷機構斷
開所述液壓泵機構對所述液壓馬達(6)的液壓油供應,停止啟用液壓
動力驅動子系統,以實現純機械動力驅動模式。
12.根據權利要求11所述的控制方法,其中在所述雙動力驅動
模式下,還包括:根據所需車速調整所述液壓馬達(6)提供給車橋的
驅動動力的大小。
13.根據權利要求11所述的控制方法,其中在所述純機械動力
驅動模式下,還包括:根據所述液壓馬達(6)的測速結果判斷所述液
壓馬達(6)是否與車橋相連接,如果是,則發出停機提示。
14.根據權利要求11所述的控制方法,其中在所述液壓泵機構
的出口設有壓力傳感器(10),用于檢測所述液壓動力驅動子系統工
作時的系統壓力,在所述雙動力驅動模式下,還包括:根據系統壓力
的波動情況判斷所述液壓動力驅動子系統是否工作異常,如判斷異常,
則減速停機。

說明書

雙動力驅動系統、工程機械車輛及控制方法

技術領域

本發明涉及車輛驅動技術,尤其涉及一種雙動力驅動系統及控制
方法。

背景技術

工程機械車輛廣泛應用于重載運輸、建筑施工、野外吊裝及公共
服務等領域,其施工環境通常比較惡劣,行駛路面凹凸不平,路況較
差,因此工程機械車輛的驅動性能日益受到關注。例如輪式起重機在
施工作業時,經常需要在各個施工現場之間來回轉移,而在移動過程
中經常需要攜帶大負載或者跋山涉水,因此對其對驅動性能的要求比
較高。

現有的工程機械車輛多為單一動力系統驅動方式,如圖1所示的
機械動力驅動系統,發動機a1通過變速箱a2、分動箱a3以及傳動軸
a4等為車橋提供動力,這種機械動力驅動系統主要應用于在公路行駛
的工程機械車輛,其傳動效率高、車速范圍大。而對于低速大扭矩,
且往往在工地上行駛的非公路行駛的工程機械車輛來說,例如裝載機
動力傳動系統、挖掘機行走系統、履帶式起重機行走系統等,也可以
采用圖2所示的液壓動力驅動系統,即發動機b1帶動泵b2向馬達b3
供應液壓油,而馬達b3與驅動橋b4連接,提供驅動動力,這種液壓
動力驅動系統具有良好的無級調速性能和布局的靈活性,但其速度范
圍較小,效率較低,因此在公路行駛中較少使用。

對于多級車橋的工程機械車輛來說,目前已出現了將機械動力驅
動和液壓動力驅動結合起來的雙動力驅動系統,用來適用更為惡劣的
路況或者爬坡需求,但此類雙動力驅動系統在使用時往往會面臨機械
動力驅動的車輪轉速與液壓動力驅動的車輪轉速不一致的現象,而這
種轉速不一致的現象會導致無法有效提高整機動力或者容易出現車輪
磨損的問題,為了解決這一問題,目前通常采用的是將不同動力驅動
所對應的車橋通過傳動軸剛性連接,以使轉速強制相同,但這樣又會
對車橋的傳動設計帶來限制,還會造成動力切換困難。

發明內容

本發明的目的是提出一種雙動力驅動系統、工程機械車輛及控制
方法,能夠在不同動力驅動系統所驅動的車橋間采用非剛性連接的情
形下提供驅動動力。

為實現上述目的,本發明提供了一種雙動力驅動系統,包括分別
用于驅動不同車橋的機械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統,其
中,在所述機械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統均啟用時,控
制機械動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉速不高于所述液壓動
力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉速;所述液壓動力驅動子系統
具體包括:

液壓馬達,用于對車橋提供驅動動力;

液壓泵機構,用于向所述液壓馬達供應驅動液壓馬達轉動的液壓
油;

通斷機構,設置于所述液壓泵機構與所述液壓馬達之間的液壓油
路上,用于接入或斷開所述液壓泵機構對所述液壓馬達的液壓油供應;

溢流機構,設置在所述液壓馬達的進口,用于實現所述液壓馬達
的進口位置的多余液壓油的溢流功能。

進一步的,所述通斷機構包括第一插裝閥,所述第一插裝閥的進
油口和出油口分別與所述液壓泵機構的出口和所述液壓馬達的進口連
通,所述第一插裝閥的控制口接收壓力控制信號,并根據壓力控制信
號開啟或關閉所述第一插裝閥的進油口和出油口之間的內部油道。

進一步的,所述通斷系統還包括換向閥,所述換向閥的兩個工作
油口分別連通所述第一插裝閥的控制口和回油油路,所述換向閥的進
油口和回油口分別與所述液壓泵機構的出口和回油油路連通,在所述
第一插裝閥的控制口上設有節流孔,通過換向閥的切換實現所述第一
插裝閥的開啟或關閉。

進一步的,所述溢流機構包括第一溢流閥,所述第一溢流閥的進
口和出口分別與所述液壓馬達的進口和回油油路連通,所述第一溢流
閥的調定壓力高于所述液壓馬達在最大扭矩下的系統壓力。

進一步的,所述溢流機構包括第二溢流閥和第二插裝閥,所述第
二插裝閥的進口和出口分別與所述液壓馬達的進口和回油油路連通,
所述溢流閥的進口和出口分別與所述第二插裝閥的控制口和回油油路
連通,在所述第二插裝閥的閥芯內設有連通進口和控制口的節流孔,
所述第二溢流閥的調定壓力高于所述液壓馬達在最大扭矩下的系統壓
力。

進一步的,在所述液壓泵機構的出口設有防止液壓油倒流的單向
閥。

進一步的,所述液壓馬達為雙向液壓馬達,所述通斷機構為電磁
換向閥,所述電磁換向閥的兩個工作油口分別連接所述雙向液壓馬達
的兩端油口,通過切換所述電磁換向閥能夠改變所述雙向液壓馬達的
進口,所述溢流機構包括分別設置在所述雙向液壓馬達的兩端油口的
第三溢流閥和第四溢流閥,用于實現所在雙向液壓馬達的油口分別作
為進口時的多余液壓油的溢流功能。

進一步的,所述液壓泵機構包括定量泵和第三溢流閥,所述定量
泵輸出恒定流量的液壓油,并控制所述定量泵的輸出流量始終超過所
述液壓馬達的所需流量,所述第三溢流閥的進口和出口分別與所述定
量泵的出口和回油油路連通,用于對所述定量泵的出口溢流,以使流
向所述液壓馬達的液壓油符合所述液壓馬達的所需流量。

進一步的,所述液壓泵機構為恒壓變量泵,能夠自適應調整輸出
流量來匹配所述液壓馬達的所需流量。

為實現上述目的,本發明還提供了一種工程機械車輛,包括前述
的雙動力驅動系統。

為實現上述目的,本發明還提供了一種基于前述雙動力驅動系統
的控制方法,包括:

當接收到雙動力驅動模式操作指令時,控制通斷機構接入液壓泵
機構對液壓馬達的液壓油供應,啟用液壓動力驅動子系統,以實現機
械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統均啟用的雙動力驅動模式,
在該模式下,控制所述機械動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉
速不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉速;

當接收到純機械動力驅動模式操作指令時,控制所述通斷機構斷
開所述液壓泵機構對所述液壓馬達的液壓油供應,停止啟用液壓動力
驅動子系統,以實現純機械動力驅動模式。

進一步的,在所述雙動力驅動模式下,還包括:根據所需車速調
整所述液壓馬達提供給車橋的驅動動力的大小。

進一步的,在所述純機械動力驅動模式下,還包括:根據所述液
壓馬達的測速結果判斷所述液壓馬達是否與車橋相連接,如果是,則
發出停機提示。

進一步的,在所述液壓泵機構的出口設有壓力傳感器,用于檢測
所述液壓動力驅動子系統工作時的系統壓力,在所述雙動力驅動模式
下,還包括:根據系統壓力的波動情況判斷所述液壓動力驅動子系統
是否工作異常,如判斷異常,則減速停機。

基于上述技術方案,本發明在機械動力驅動子系統和液壓動力驅
動子系統同時啟用時,通過控制機械動力驅動子系統所驅動車橋的車
輪離地轉速,使其不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車橋的車輪
離地轉速,而由液壓動力驅動的車輪轉速由液壓系統流量決定,當處
于雙驅動的車橋接地行駛時,在不打滑的情況下液壓動力驅動的車輪
轉速與機械動力驅動的車輪轉速一致,進而使液壓馬達需求的液壓流
量減小,再由液壓泵機構給液壓馬達供應相應流量的液壓油,以維持
車輪轉速的相同。當遭遇系統沖擊或者爬坡溜車的不利情況時,液壓
馬達進口處的溢流機構能夠及時排出液壓系統油路中的多余液壓油,
避免造成液壓系統損害。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解,構成本申請
的一部分,本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明,并不構
成對本發明的不當限定。在附圖中:

圖1為現有的機械動力驅動系統的一實例的結構示意圖。

圖2為現有的液壓動力驅動系統的一實例地結構示意圖。

圖3為雙動力驅動系統的車輪轉速及受力分析的示意圖。

圖4為本發明雙動力驅動系統的一實施例中液壓動力驅動子系統
的液壓原理示意圖。

圖5為本發明雙動力驅動系統的另一實施例中液壓動力驅動子系
統的液壓原理示意圖。

圖6為本發明雙動力驅動系統的又一實施例中液壓動力驅動子系
統的液壓原理示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例,對本發明的技術方案做進一步的詳細描
述。

雙動力驅動系統在機械動力驅動和液壓動力驅動分別驅動部分
車橋時,車輪離地轉速存在不一致的問題,如圖3所示,假設機械動
力驅動的車輪離地轉速為n1,液壓動力驅動的車輪離地轉速為n2,
當n1>n2時,在車輛行駛過程中液壓動力驅動的車輪會被機械動力驅
動的車輪拖拽行駛,產生阻力F3,使液壓動力系統不能起到提高整車
的動力作用。

反之,當n1<n2時,車輛行駛過程中液壓動力驅動的車輪始終提
供F2的動力,但當液壓動力驅動的車輪所處地面濕滑或凹陷時,該
車輪將發生轉動磨損。可見,只有車輪離地轉速n1、n2相同時,液
壓動力驅動的車輪才能既提供動力又不會發生車輪磨損。而根據機械
理論可知,要實現n1、n2相同,需將對應的兩車橋通過傳動軸連接,
即必須使兩車橋間進行剛性連接,但這又會對車橋的傳動設計帶來限
制,還會造成動力切換困難,而且剛性連接的不同動力源難以匹配。

為了克服這一限制,實現非剛性連接的不同動力驅動系統下的車
橋的有效驅動,本發明通過控制方式來使車輛行駛時不同動力驅動系
統所驅動車橋的車輪轉速相同,為了實現這一要求,本發明的雙動力
驅動系統包括分別用于驅動不同車橋的機械動力驅動子系統和液壓動
力驅動子系統。其中,液壓動力驅動子系統具體包括:液壓馬達6、
液壓泵機構、通斷機構和溢流機構,液壓馬達6連接對應的車橋,通
過將液壓能轉換成扭矩來對車橋提供驅動動力,液壓泵機構從液壓油
箱吸入液壓油,并向液壓馬達6供應驅動液壓馬達6轉動的液壓油。

通斷機構設置于液壓泵機構與液壓馬達6之間的液壓油路上,負
責接入或斷開液壓泵機構對液壓馬達6的液壓油供應,根據不同的路
況需求使用者可以通過控制通斷機構能夠實現液壓動力驅動子系統是
否接入車輛的動力供應來實現液壓助力,從而實現多種模式的動力驅
動手段,例如純機械動力驅動或者雙動力同時驅動等。

溢流機構設置在液壓馬達6的進口,負責實現液壓馬達6的進口
位置的多余液壓油的溢流功能。當工程車輛發生溜車或倒車時時液壓
馬達反轉時,液壓馬達6的進口壓力超過系統設定壓力,則無法進入
液壓馬達6的液壓流量可以通過溢流機構流回液壓油箱而及時排除,
從而避免液壓油造成液壓動力驅動子系統的管路或液壓元件的破壞。

在這種液壓動力驅動子系統下,本發明進一步在機械動力驅動子
系統和液壓動力驅動子系統均啟用時,控制機械動力驅動子系統所驅
動車橋的車輪離地轉速n1不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車
橋的車輪離地轉速n2。

由液壓理論可知,車輪轉速由液壓系統流量決定,假設車輪離地
轉速n2時所需系統流量Q2、車輛離地轉速n1時所需系統流量Q1,
當雙動力驅動子系統同時啟用,且車輛行駛時,由于輪速相同(車輪
打滑除外),且n1≤n2時液壓動力驅動的車輪僅需系統提供Q1流量
即可,那么對于采用溢流閥的定量泵來說,多余的(Q2-Q1)的流量
將通過溢流閥流回液壓油箱。

由于(Q2-Q1)的流量將通過溢流閥流回液壓油箱,因此系統壓
力恒定維持在最大Pmax,則實現了液壓動力驅動的車輪始終提供最
大驅動力,且車輪速度與機械驅動的車輪速度相同的目標。車輛車輪
接地后,由于液壓驅動的車輪速度與機械驅動的車輪速度相同,即液
壓車輪轉速被限制了,因此液壓驅動所提供的動力是一種與地面負載、
與行駛速度、與平路坡路工況等無關的驅動力,該驅動力始終最大。
不受其他系統因素影響,僅當地面附著系數下降后則該液壓驅動車輪
打滑。換句話說,本發明將現有的液壓驅動動力依賴車輛負載或者行
駛速度進行調整的方式巧妙的改為只依賴機械驅動的車輪轉速,只要
機械驅動的車輪轉速小于液壓驅動的車輪轉速,則在不打滑的情況下,
液壓驅動提供的動力則會一直提供最大驅動力。對于中高速的車況要
求下,通過控制液壓馬達的排量也可以滿足非最大驅動力下車輪速度
與機械驅動的車輪速度相同的要求。

在圖4、5所示的兩個雙動力驅動系統實施例的液壓動力驅動子
系統的液壓原理圖中,通斷機構可包括第一插裝閥2,該第一插裝閥2
的進油口和出油口分別與液壓泵機構的出口和液壓馬達6的進口連
通,第一插裝閥2的控制口接收壓力控制信號,并根據壓力控制信號
開啟或關閉所述第一插裝閥2的進油口和出油口之間的內部油道。該
壓力控制信號可由先導油供應的模塊(例如外接的先導油泵等)實現,
也可由液壓泵機構自身提供,即在通斷系統增加換向閥3,換向閥3
的兩個工作油口分別連通第一插裝閥2的控制口和回油油路7,換向
閥3的進油口和回油口分別與液壓泵機構的出口和回油油路7連通,
考慮到液壓泵機構出口的壓力高于第一插裝閥2的控制口的油壓要
求,因此可以在第一插裝閥2的控制口上設置節流孔,以降低來自液
壓泵機構的油壓。在另一個實施例中,通斷機構也可以采用液壓方向
閥代替插裝閥。

如圖4所示,換向閥3可采用兩位四通電磁換向閥,當換向閥3
失電時,第一插裝閥2處于右位,此時液壓泵機構的出口壓力傳遞到
第一插裝閥2的控制口,使得第一插裝閥2關閉,從而液壓泵機構排
出的液壓油無法通過第一插裝閥2而進入液壓馬達6的進口;當換向
閥3得電時,第一插裝閥2處于左位,此時第一插裝閥2的控制口通
過換向閥3與回油油路7連通,使第一插裝閥2的進口的壓力油能夠
克服第一插裝閥2的彈簧力而推動閥芯向彈簧側移動,從而開啟第一
插裝閥2的進口和出口之間的通路,實現液壓泵機構對液壓馬達6的
液壓油的輸出。

在本實施例中優選采用插裝閥來實現液壓泵機構和液壓馬達之
間的油路的啟閉主要是考慮到普通的通斷閥(例如電磁換向閥等)可
能無法滿足驅動車橋的液壓油在流量和壓力上的要求,而插裝閥能夠
承受較高壓力和流量的壓力油路的通斷需求。

溢流機構在本發明中能夠使多余的液壓油排出,其實現方式優選
采用圖4或圖5中的溢流機構,其中圖4的溢流機構包括第一溢流閥
4,該溢流閥的進口和出口分別與液壓馬達6的進口和回油油路7連通,
第一溢流閥4的調定壓力高于液壓馬達6在最大扭矩下的系統壓力。
如前面所描述的,對于出現系統沖擊或者爬坡溜車的情形,在液壓馬
達6的進口處會積累較大的壓力,如果不及時將該壓力釋放,則會進
一步破壞液壓動力驅動子系統中的液壓油路或元件,如果未設置泵出
口的單向閥,則還可能造成油液倒流回液壓泵機構而造成泵的損壞。

溢流閥的溢流過程也會消耗系統能量,造成回油發熱的問題,因
此圖5中所示的溢流機構采用一種特定的溢流+卸荷的形式,即該溢
流機構包括第二溢流閥4’和第二插裝閥5,第二插裝閥5的進口和出
口分別與液壓馬達6的進口和回油油路7連通,第二溢流閥4’的進口
和出口分別與第二插裝閥5的控制口和回油油路7連通,在第二插裝
閥5的閥芯內設有連通進口和控制口的節流孔,第二溢流閥5的調定
壓力高于液壓馬達6在最大扭矩下的系統壓力。

當液壓馬達6的進口壓力達到第二溢流閥5的調定壓力時,該處
的液壓油會通過第二插裝閥5的閥芯內的節流孔流向第二溢流閥4’的
進口,再經第二溢流閥4’流回液壓油箱,此時由于節流孔的作用,在
第二插裝閥5的進口和控制口之間產生了能夠克服彈簧力的壓力差,
進而使第二插裝閥5開啟,接通第二插裝閥5的進口和出口,從而使
液壓馬達6進口處的液壓油能夠通過第二插裝閥5進行卸荷,而這部
分卸荷的液壓油無需做功,因此不會消耗能量而發熱。當液壓馬達6
的進口壓力恢復正常后,第二溢流閥4’關閉,第二插裝閥5的進口和
控制口之間壓差消失,在彈簧力的作用下第二插裝閥5關閉卸荷通道。
為了滿足進口和控制口的壓差要求,還可以根據情況選擇在第二插裝
閥5的控制口和第二溢流閥4’的進口之間設置節流閥。

在液壓動力驅動子系統的液壓泵機構的選擇上,可采用定量泵或
者變量泵,其中圖4實施例中示出了采用定量泵的液壓泵機構的形式,
其中液壓泵機構包括定量泵1和第三溢流閥9,第三溢流閥9的進口
和出口分別與定量泵1的出口和回油油路7連通。其中該溢流閥的溢
流值即為系統壓力。根據機械原理,液壓動力驅動子系統的力矩
F=F1*i0*i1,F1為液壓馬達的輸出扭矩,i0減速器的速比,i1為車橋
的速比。當減速器的速比、車橋的速比為定值時,液壓馬達6的輸出
扭矩越大,液壓驅動力越大。液壓馬達6的輸出扭矩T=V*Δp*ηm/20
π(Nm),ηm為馬達機械效率,可見液壓馬達6的輸出扭矩取決
于馬達排量、馬達進出油口壓差。當選定一定型號的馬達后,馬達排
量即一定,那么只有馬達進出油口的壓差影響馬達的輸出扭矩。

當采用定量泵1驅動液壓馬達6旋轉時,如果定量泵2排出流量
大于液壓馬達6所需流量時,則此時系統壓力恒定為最大壓力Pmax,
多余的流量經第三溢流閥9流回液壓油箱。通過控制定量泵1的輸出
流量超過液壓馬達6的所需流量,則液壓馬達6的進出油口壓差可維
持最大且恒定不變,進而使液壓馬達6的輸出扭矩最大且恒定,即同
一工程機械車輛中液壓動力驅動子系統提供的動力始終最大且恒定,
有效的提高了整車的驅動性能。在通斷機構關閉時,定量泵2輸出的
液壓油會通過第三溢流閥9溢流回液壓油箱。

圖5示出了采用恒壓變量泵1’作為液壓泵機構的例子,恒壓變量
泵1’能夠根據液壓馬達6在輸出驅動力以及所需流量方面的需求,通
過自身的控制機構自適應調整輸出流量,并保持壓力的恒定,進而減
少或消除系統溢流所帶來的能量損失。在通斷機構關閉時,恒壓變量
泵1’能夠自動調整到最小的輸出流量,減少或避免系統溢流能量損失。

在上述各種液壓泵機構的出口還可以設置防止液壓油倒流的單
向閥8,進而提高液壓泵機構的安全。

考慮到工程機械車輛的雙向行駛要求,液壓馬達6可以選用雙向
液壓馬達,如圖6所示,為本發明雙動力驅動系統的又一實施例中液
壓動力驅動子系統的液壓原理示意圖。在本實施例中,通斷機構為電
磁換向閥11,該電磁換向閥11的兩個工作油口分別連接雙向液壓馬
達的兩端油口,通過切換電磁換向閥11能夠改變雙向液壓馬達的進
口,溢流機構包括分別設置在雙向液壓馬達的兩端油口的第三溢流閥
12和第四溢流閥13,用于實現所在雙向液壓馬達的油口分別作為進口
時的多余液壓油的溢流功能。這樣工程機械車輛的駕駛者就能夠通過
控制電磁換向閥11的位置來實現前向或后向的行駛要求。此外,在本
實施例中,通斷機構也可以采用多個插裝閥來實現切換,以適應液壓
馬達的排量要求,而溢流機構中的第三溢流閥12和第四溢流閥13也
可分別替換為圖5實施例中的單路的溢流機構。在液壓泵機構的選擇
上,本實施例采用的是恒壓變量泵1’,根據需要也可以替換為定量泵
1和第三溢流閥9的組合。

上述雙動力驅動系統的各個實施例可應用于各類工程機械車輛,
尤其是具有重載、爬坡等惡劣工況的工程機械車輛,本發明能夠為工
程機械車輛提供需要的驅動力,且能夠使液壓動力驅動的車輪速度與
機械動力驅動的車輪速度相同。

基于上述的雙動力驅動系統,本發明還提供了對應的控制方法,
即包括:

當接收到雙動力驅動模式操作指令時,控制通斷機構接入液壓泵
機構對液壓馬達6的液壓油供應,啟用液壓動力驅動子系統,以實現
機械動力驅動子系統和液壓動力驅動子系統均啟用的雙動力驅動模
式,在該模式下,控制所述機械動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離
地轉速不高于所述液壓動力驅動子系統所驅動車橋的車輪離地轉速;

當接收到純機械動力驅動模式操作指令時,控制所述通斷機構斷
開所述液壓泵機構對所述液壓馬達6的液壓油供應,停止啟用液壓動
力驅動子系統,以實現純機械動力驅動模式。

其中,工程機械車輛的操作員可以通過手觸按鈕的方式向控制器
發出不同的驅動模式操作指令,例如在公路上行駛時,由于路況較好
車速較快,此時不適合接入液壓動力驅動子系統,則可采用純機械動
力驅動模式,而當操作員認為當前路況較差,例如遭遇坡路或者重載
運輸等低速及需要較高扭矩的情況,則可以選擇雙動力驅動模式,利
用液壓動力驅動子系統來提供驅動助力。

當接入液壓動力驅動子系統后,也可以根據實際速度及扭矩的需
求,選擇液壓馬達6提供給車橋的最大驅動動力,或者提供給車橋部
分驅動動力,例如在低速下實現全扭矩的最大驅動動力,而在中低速
下實現部分扭矩的驅動動力。

考慮到從雙動力驅動模式下切換為純機械動力驅動模式時,如果
因為器件故障等原因導致并未實際斷開液壓動力驅動子系統,則可能
會造成液壓動力驅動下的車輪因轉速慢于機械動力驅動下的車輪而被
拖拽行駛,形成阻力,降低整車的行駛速度,因此在純機械動力驅動
模式下,還可以根據液壓馬達6的測速結果判斷液壓馬達6是否與車
橋相連接,如果是,則發出停機提示。如果液壓馬達6的轉速為0,
說明液壓動力驅動子系統已正常斷開,則無需進行任何針對于液壓動
力驅動子系統的操作,而假設液壓馬達6存在一定的轉速,則說明液
壓泵機構仍然在給液壓馬達6供應使其轉動的液壓油,進而可判斷出
通斷機構未正常工作,需要盡快停車來進行調整,因此可以通知操作
員停車或者直接停車。

在另一個實施例中,在所述液壓泵機構的出口設有壓力傳感器
10,用于檢測所述液壓動力驅動子系統工作時的系統壓力,在所述雙
動力驅動模式下,還包括:根據系統壓力的波動情況判斷所述液壓動
力驅動子系統是否工作異常,如判斷異常,則減速停機。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而
非對其限制;盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明,所屬
領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的具體實施方式進
行修改或者對部分技術特征進行等同替換;而不脫離本發明技術方案
的精神,其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案范圍當中。

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動力 驅動 系統 工程機械 車輛 控制 方法
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