CN103522896B - 平地机前轮辅助驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平地机前轮辅助驱动系统，属于工程机械领域。本发明解决了现有单泵双马达前轮辅助驱动时的某侧驱动力易丧失、直线行驶较难保持、较难实现转向差速控制等问题。其技术方案的要点是：包括发动机、变速箱、辅助驱动液压系统和液压控制系统，辅助驱动液压系统包括油路相通的集成压力切断阀、负荷传感阀、变量泵、减压阀、电磁换向阀、左、右马达、梭阀、节流阀，该液压系统还包括电液比例换向阀和分流阀，液压控制系统包括驱动模式选择开关、前轮辅助驱动速度旋钮。本发明主要应用在平地机上，可实现增加平地机牵引力的前轮辅助的全轮驱动和避免后轮驱动对精细平整作业时对路面平整度的损坏的前轮独立驱动。

Description

平地机前轮辅助驱动系统

技术领域

本发明涉及一种工程机械系统，具体的说，尤其涉及一种平地机前轮辅助驱动系统。

背景技术

平地机是典型的牵引式作业机械，工作装置靠机器行走的牵引力推动，在现有技术中，大部分平地机采用后桥车轮驱动，前桥仅具备转向功能没有驱动牵引力。所以平地机最大牵引力仅由后桥车轮负荷与附着系数所决定，因平地机前桥负荷一般占整机重量的30%左右，所以平地机有30%左右牵引力没有得到发挥。而在平地机精细平整作业工况时，对路面平整度要求较高，普通后轮驱动在精细平整作业时可能会由于后轮驱动力矩过大而在已平整路面上形成车辙，对路面平整度造成损坏，前轮独立驱动模式则避免此种现象的发生，在前轮独立驱动模式下，后轮为空挡位置，整机由前轮拖行，后轮不会对路面平整过的路面造成损坏。

为满足平地机在不同工况下使用要求，前轮辅助驱动可实现全轮驱动模式与前轮独立驱动模式解决上述问题。针对前轮辅助驱动系统及其控制，现有技术形式中，一种采用双泵+双马达驱动方式，双泵+双马达方案可以解决在某些情况下左右前轮负荷不等时（如斜坡作业时）会造成左右马达转速不等从而很难保证平地机直线行驶问题，而且可通过调节控制双泵的排量来满足转弯时左右前轮不同的流量与压力需求，但为实现车轮转弯时双泵不同排量控制，需要增加前轮转向角度传感器和铰接转向角度传感器，同时相对单泵双马达驱动方式，增加一个驱动泵，所以成本相对较高且控制较复杂。第二种采用单泵双马达方案，如附图1所示，由于马达采用并联方式，在左右前轮负荷不等时会造成左右马达转速不等很难保证平地机直线行驶问题，同时在某侧前车轮附着系数较差，出现打滑时，容易造成打滑侧马达流量分配过多超速，而另外一侧车轮无驱动，造成驱动牵引力的丧失，而在转向时，转向内侧车轮转速低，车轮阻力较大，而转向外侧车轮转速快，车轮阻力较小，所需流量不同，由于左右马达并联。左右马达压力相同，造成转弯时左右前轮较难实现差速。

发明内容

本发明目的是提供一种平地机前轮辅助驱动系统，以克服现有技术中平地机前轮辅助驱动系统存在的缺陷。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种平地机前轮辅助驱动系统包括发动机、变速箱、辅助驱动液压系统和液压控制系统，所述辅助驱动液压系统包括油路相通的集成压力切断阀、负荷传感阀、变量泵、减压阀、电磁换向阀、左、右马达、梭阀、节流阀，所述集成压力切断阀与负荷传感阀的变量泵通过变速箱传动轴与发动机连接，左、右马达分别与平地机左、右前轮连接，该液压系统还包括电液比例换向阀和分流阀，左、右马达的A、B口通过分流阀的两个单向阀以及电液比例换向阀的中位与油箱直接相通，所述液压控制系统包括驱动模式选择开关、前轮辅助驱动速度旋钮，通过前轮辅助驱动速度旋钮可以调整电液比例换向阀的控制电流，实现前轮独立驱动时速度的调节。

该液压系统还包括电磁比例溢流阀，所述液压控制系统还包括能够实现前轮独立驱动时驱动牵引力调节的前轮辅助驱动牵引力旋钮。

驱动模式选择开关具有后轮驱动模式、前轮辅助驱动的全轮驱动模式和前轮独立驱动的三种模式。

左、右马达为双排量径向柱塞马达。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）根据本发明的前轮辅助驱动及其控制系统，平地机可根据工况分别实现后轮驱动模式、前轮辅助驱动的全轮驱动模式和前轮独立驱动的三种模式，提高作业效率，在前轮辅助驱动的全轮驱动模式中有效提高平地机牵引力，扩大了平地机的使用范围，在前轮独立驱动模式中有利于精细平整作业，减少对路面平整度的损坏。

（2）相比现有的双泵+双马达辅助驱动，本发明的前轮辅助驱动结构简单、成本较低、控制相对简单。

（3）相比现有单泵双马达前轮辅助驱动，本专利所述的前轮辅助驱动解决了目前现有单泵双马达由于左、右前轮负荷不等时会造成左右马达转速不等很难保证平地机直线行驶问题，在某侧前车轮附着系数较差出现打滑时，容易造成打滑侧马达流量分配过多超速，而另外一侧车轮无驱动，造成驱动牵引力的丧失以及转弯时左、右前轮较难实现差速等问题。

附图说明

图1是现有技术单泵双马达方案的前轮辅助驱动原理图；

图2是本发明的前轮辅助驱动原理图；

图3是图2的I部放大图；

图4是本发明前轮辅助驱动实现后轮驱动模式、全轮驱动模式与前轮独立驱动模式示意图。

图中，1、变量泵；2、伺服柱塞缸；3、压力切断阀；4、负荷传感阀；5、电液换向阀；6、梭阀；7、双排量径向柱塞马达；8、电磁阀换向阀；9、节流阀；10、减压阀变量泵；110、变量泵；111、伺服柱塞缸；112、压力切断阀；113、负荷传感阀；114、电磁比例溢流阀；115、减压阀；116、电磁换向阀；117、分流阀；118、左双排量径向柱塞马达；119、右双排量径向柱塞马达；120、节流阀；121、梭阀；122、电液比例换向阀；123、后轮驱动模式；124、驱动模式选择开关；125、前轮辅助驱动的全轮驱动模式；126、前轮独立驱动模式；127、前轮辅助驱动速度旋钮；128、前轮辅助驱动牵引力旋钮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，现有技术中单泵双马达方案由于马达采用并联方式，在左右前轮负荷不等时会造成左右马达转速不等很难保证平地机直线行驶问题，同时在某侧前车轮附着系数较差，出现打滑时，容易造成打滑侧马达流量分配过多超速，而另外一侧车轮无驱动，造成驱动牵引力的丧失，而在转向时，转向内侧车轮转速低，车轮阻力较大，而转向外侧车轮转速快，车轮阻力较小，所需流量不同，由于左右马达并联。此单泵双马达前轮辅助驱动系统左右马达压力相同，造成转弯时左右前轮较难实现差速，但相对双泵+双马达方案成本较低。

如图2、图3所示，平地机前轮辅助驱动系统包括发动机、变速箱、辅助驱动液压系统和液压控制系统，辅助驱动液压系统包括油路相通的集成压力切断阀112、负荷传感阀113、变量泵110、减压阀115、电磁换向阀116、左、右马达118、119、梭阀121、节流阀120，压力切断阀112与负荷传感阀113的变量泵110通过变速箱传动轴与发动机连接，左、右马达118、119分别与平地机左、右前轮连接，该液压系统还包括电液比例换向阀122、电磁比例溢流阀114和分流阀117，左、右马达118、119的A、B口通过分流阀117的两个单向阀以及电液比例换向阀122的中位与油箱直接相通，液压控制系统包括驱动模式选择开关124、前轮辅助驱动速度旋钮127、前轮辅助驱动牵引力旋钮128，通过前轮辅助驱动速度旋钮127可以调整电液比例换向阀122的控制电流，实现前轮独立驱动时速度的调节，通过前轮辅助驱动牵引力旋钮128可以调整电磁比例溢流阀114的控制电流，控制其压力变化，实现前轮独立驱动时驱动牵引力的调节；本发明左、右马达118、119最好采用双排量径向柱塞马达。

如图4所示，驱动模式选择开关124有后轮驱动模式123、前轮辅助驱动的全轮驱动模式125和前轮独立驱动126的三种模式。

在默认工作模式下，驱动模式选择开关124位于后轮驱动模式123位置，此时电磁换向阀116的电磁铁D1、电液比例换向阀122的电磁铁D2以及D3处于失电状态，左、右马达118与119的A、B口通过分流阀117的两个单向阀以及电液比例换向阀122的中位与油箱直接相通，左、右马达118与119的径向柱塞凸轮在柱塞弹簧作用下压回到柱塞腔，左、右马达118与119成自由轮状态，不提供驱动力，平地机仅靠后轮驱动。

当驱动模式选择开关124手动置于前轮独立驱动模式126时，人工操纵变速箱换挡手柄在中位，变速箱不向后轮提供动力，电液比例换向阀122电磁铁D2得电，集成压力切断阀112与负荷传感阀113的变量泵110通过变速箱传动轴在发动机带动下输出压力油经电液比例换向阀122上部、分流阀117流向左、右马达118与119，然后再经电液比例换向阀122上部流回油箱，同时左、右马达118与119的负荷高压力通过梭阀121反馈到负荷传感阀113，变量泵110的出口压力与负荷压力之差由负荷传感阀113的弹簧设定所决定，在电液比例换向阀122前后压差一定的情况下，通过前轮辅助驱动速度旋钮127可以相应调节电液比例换向阀122的电磁阀D2或D3的电流大小，从而改变电液比例换向阀122的阀芯与阀体的开口位置与大小，进而改变通过分流阀117及左、右径向柱塞马达118与119的流量，因此实现对左、右径向柱塞马达118与119的输出速度的调节。

当通过前轮辅助驱动速度旋钮127设定前轮独立驱动速度设定高于某一速度时，电磁阀换向阀116的D1电磁铁得电，此时变量泵110输出的压力油经过减压阀115减压到一定的压力，减压后的压力油通过电磁换向阀116分别流向左、右马达118与119的控制油口，此压力油压缩左、右马达118与119的部分柱塞凸轮缩回柱塞腔。因此使左、右马达118与119处于低排量状态。从而在流量不变的情况下可以提高左、右马达118与119的输出速度。

通过前轮辅助驱动牵引力旋钮128可以调节电磁比例溢流阀114的电流大小，从而可改变电磁比例溢流阀114的溢流压力，因电磁比例溢流阀114的压力限制左、右双马达118与119工作时的负荷压力大小，在左、右马达118与119处于大排量或小排量时，在排量一定的情况下，通过改变电磁比例溢流阀114的压力的大小，可以实现对左、右马达118与119输出驱动牵引力的大小，从而根据使用工况，可以调节前轮辅助驱动的牵引力大小，避免因牵引力大于附着系数所决定的牵引力，造成轮胎的打滑和异常磨损。

前轮独立驱动直线行驶时（如图2所示），在正常工况下，压力油通过分流阀117的中位的向左、右马达118与119分流等流量的压力油，同时左马达118的压力反馈到分流阀117的上端，右马达119的压力反馈到分流阀117的下端，分流阀117在反馈压力下处于中位状态，保持向左、右马达118与119提供相等的流量，从而保证左、右马达118与119输出速度一致，实现直线行驶。

由于附着系数变化导致某侧马达驱动力大于附着力所决定的牵引力时，此侧马达出现打滑，以左双排量径向柱塞马达118为例，此时左双排量径向柱塞马达118的压力小于右双排量径向柱塞马达119的负荷压力，分流阀117在左马达118的压力与右马达119的压力作用下阀芯向上移动，分流阀117处于下位，经过节流作用导致分流到左马达118的液压油流量减小和油压降低，而流向右马达119的液压油流量增大和油压增大，因此左马达118的输出转速降低的同时输出扭矩减小，避免左车轮打滑磨损，同时右马达119的输出转速增大的同时输出扭矩增大，提高右马达119的输出扭矩和转速，从而保持左、右马达118与119输出转速一致，保持平地机的直线行驶性。通过节流阀120可以向低压侧马达提供一定的补油，避免低压侧马达的吸空现象。当左、右车轮负载不一样时，以左侧车轮负载小，右侧车轮负载大为列，其工作情况与上述情况相似，从而保证平地机的直线行驶性。

当平地机转向时，以向右转向为例，此时转向内侧右车轮负载大，外侧左车轮负载小，左马达118的压力小于右马达119的负荷压力，分流阀117在左马达118的压力与右马达119的压力作用下阀芯向上移动，分流阀117处于下位，经过节流作用导致分流到左马达118的液压油油压降低，而流向右马达119的液压油油压增大，因此左马达118的输出扭矩减小，而右马达119的输出扭矩增大，同时右马达119通过节流阀120向左马达118提供一定的补油，从而保证左马达118转速所需的流量，避免低压侧马达的吸空现象，实现平地机的差速转向。

当平地机后退时，电液比例换向阀122的D3电磁铁得电，此时变量泵110供给的压力油经电液比例换向阀122的下位流向左、右马达118与119，然后再经过分流阀117两端的单向阀与电液比例换向阀122的下位回油箱，因平地机在后退方向不作业和对直线行驶性要求不高，所以液压油不经过分流阀117的分流。

当驱动模式选择开关124手动置于前轮辅助驱动的全轮驱动模式125时，此模式主要增加平地机作业时的牵引力，变速箱档位置于工作各档位，此时电液比例换向阀122的D2电磁铁得电，控制D2电磁铁电流设定到最大阀芯开口位置，变量泵110输出压力油经电液比例换向阀122与分流阀117到左、右马达118与119，当前轮驱动力大于地面附着力时，变量泵110出口压力小于压力切断阀112设定压力，此时变量泵110处于最大排量。当前轮驱动力小于地面附着力时，变量泵110出口压力大于压力切断阀112设定压力，压力切断阀112动作，变量泵110排量减小，但由于平地机后轮继续驱动平地机前进，变量泵110出口压力变小，压力切断阀112动作，变量泵110排量增加，从而维持前轮转速与后轮转速相匹配。负载变化、直线行驶以及转向工况等情况时工作原理与前轮独立驱动模式相应情况类似。

Claims (4)

1.一种平地机前轮辅助驱动系统，包括发动机、变速箱、辅助驱动液压系统和液压控制系统，所述辅助驱动液压系统包括油路相通的集成压力切断阀(112)、负荷传感阀(113)、变量泵(110)、减压阀(115)、电磁换向阀(116)、左、右马达(118、119)、梭阀(121)、节流阀120，所述集成压力切断阀(112)与负荷传感阀(113)的变量泵(110)通过变速箱传动轴与发动机连接，左、右马达(118、119)分别与平地机左、右前轮连接，其特征在于，该液压系统还包括电液比例换向阀(122)和分流阀(117)，左、右马达(118、119)的A、B口通过分流阀(117)以及电液比例换向阀(122)的中位与油箱直接相通，所述液压控制系统包括驱动模式选择开关(124)、前轮辅助驱动速度旋钮(127)，通过前轮辅助驱动速度旋钮(127)可以调整电液比例换向阀(122)的控制电流，实现前轮独立驱动时速度的调节。

2.根据权利要求1所述的平地机前轮辅助驱动系统，其特征在于，驱动模式选择开关(124)具有后轮驱动模式(123)、前轮辅助驱动的全轮驱动模式(125)和前轮独立驱动模式(126)的三种模式。

3.根据权利要求2所述的平地机前轮辅助驱动系统，其特征在于，该液压系统还包括电磁比例溢流阀(114)，所述液压控制系统还包括能够实现前轮独立驱动时驱动牵引力调节的前轮辅助驱动牵引力旋钮(128)。

4.根据权利要求1或2或3所述的平地机前轮辅助驱动系统，其特征在于，所述左、右马达(118、119)为双排量径向柱塞马达。