阅读说明：本技术 一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统 (Unmanned ship hybrid power driving system based on hydraulic transformer ) 是由 陈延礼 张佳宝 许世坤 李继财 吴骄阳 朱少秋 邢行 程延耕 马习文 罗森 罗松 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统属于无人船混合动力驱动技术领域,目的在于解决现有技术存在的问题。本发明包括：中央控制器和动力及传动系统；动力及传动系统的调控装置和液压变压器的端口A连接调节液压变压器的变压比和变压方向；液压变压器的端口B分别与第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达的油口A相连,端口T分别与三个液压马达的油口B相连；第一液压马达的输出轴通过差速器连接第三输出端和第四输出端,第二液压马达和第三液压马达的输出轴分别连接第一输出端和第二输出端,第一输出端和第二输出端为无人船上两侧的喷水推进器,第三输出端和第四输出端为无人船上尾部的两个喷水推进器；中央控制器控制动力及传动系统工作。(The utility model provides an unmanned ship hybrid drive system based on hydraulic transformer belongs to unmanned ship hybrid drive technical field, and aim at solves the problem that prior art exists. The invention comprises the following steps: a central controller and a power and transmission system; the regulating device of the power and transmission system is connected with the port A of the hydraulic transformer to regulate the transformation ratio and the transformation direction of the hydraulic transformer; the port B of the hydraulic transformer is respectively connected with the oil ports A of the first hydraulic motor, the second hydraulic motor and the third hydraulic motor, and the port T is respectively connected with the oil ports B of the three hydraulic motors; the output shaft of the first hydraulic motor is connected with a third output end and a fourth output end through a differential mechanism, the output shafts of the second hydraulic motor and the third hydraulic motor are respectively connected with a first output end and a second output end, the first output end and the second output end are water-jet propellers on two sides of the unmanned ship, and the third output end and the fourth output end are two water-jet propellers on the tail of the unmanned ship; the central controller controls the power and transmission system to work.)

一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统

技术领域

本发明属于无人船混合动力驱动技术领域，具体涉及一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统。

背景技术

随着世界经济的快速发展，石油等不可再生资源的消耗量激增，环境问题加剧，同时科技的不断向前发展，节能环保的观念逐渐成为了科技创新的重要指标。混合动力驱动技术已经成为当下汽车，船舶，飞机等制造行业的主要研究目标。所谓混合动力技术就是指在工作机体中设置两种或两种以上动力源组合使用的技术。最初的液压混合动力系统主要是泵控马达的形式，伴随着液压恒压网络和液压变压器的兴起和发展，出现了基于液压恒压网络和液压变压器的液压混合动力系统。目前无人船上广泛应用的驱动系统内部大多为发动机或电动机直接驱动螺旋桨工作，结构简单，但具有稳定性较差、控制精度较低、动态性能欠佳、传动效率损失大的缺陷，同时限制了无人船的规模和用途。面向未来无人船发展的用途多样化，负载复杂化，亟需开发出一种结合液压驱动系统的高效混合动力系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统，解决现有技术存在的稳定性较差、控制精度较低、动态性能欠佳以及传动效率损失大的问题。

为实现上述目的，本发明的一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统包括：中央控制器和动力及传动系统；

所述动力及传动系统至少包括调控装置、液压变压器、第一液压马达、第二液压马达、第三液压马达、第一电动闸阀、第二电动闸阀、第三电动闸阀以及差速器；令所述液压变压器的三个端口分别为端口A、端口B和端口T；令所述所述第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达中每个的两个油口为油口A和油口B；所述调控装置和所述液压变压器的端口A连接调节液压变压器的变压比和变压方向；液压变压器的端口B分别与第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达的油口A相连，端口T分别与第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达的油口B相连；所述第一液压马达的输出轴与所述差速器相连；所述液压变压器的端口B与所述第一液压马达的油口A之间设置有第一电动闸阀，所述液压变压器的端口B与所述第二液压马达的油口A之间设置有第二电动闸阀，所述液压变压器的端口B与所述第三液压马达的油口A之间设置有第三电动闸阀；所述差速器通过杆传动和齿轮传动连接第三输出端和第四输出端，所述第二液压马达和第三液压马达的输出轴分别通过杆传动连接第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端为无人船上两侧的喷水推进器，所述第三输出端和第四输出端为无人船上尾部的两个喷水推进器；

所述中央控制器分别与调控装置、第一电动闸阀、第二电动闸阀和第三电动闸阀连接控制。

所述混合动力驱动系统还包括卷扬系统，通过动力及传动系统及卷扬系统带动无人船上的卷筒正转或反转，进而带动船锚相对卷筒收放。

所述动力及传动系统还包括发动机、传动轴、第三变速箱、第一力矩耦合器、变量液压泵、高压蓄能器、第一溢流阀、低压蓄能器、第二溢流阀、第一电动/发电机、过滤器、第一整流或逆变器、超级电筒、第二整流或逆变器、第二电动/发电机和第一变速箱；

所述发动机和第一电动/发电机以并联形式分别连接到第一力矩耦合器上，第一力矩耦合器通过传动轴与第三变速箱连接，再与差速器相连接，所述第三变速箱通过输出轴连接到变量液压泵；变量液压泵的进油口通过过滤器与油箱相连，形成变量液压泵的进油管路；所述液压变压器的端口A与高压蓄能器、调控装置和变量液压泵的出油口相连接，所述液压变压器的端口B同时与卷扬系统和第一液压马达相连接，所述液压变压器的端口T与卷扬系统和第一液压马达的另一端还有低压蓄能器相连；变量液压泵出油管路与高压蓄能器和液压变压器的端口A相连，液压变压器的端口A和所述高压蓄能器连接，所述液压变压器的端口B同时连接卷扬系统，并且所述变量液压泵的出油端口与第一溢流阀相连接，形成高压网络线路；所述卷扬系统和第一液压马达的油口B与低压蓄能器、液压变压器的端口T和第二溢流阀相连接，形成低压网络线路，所述高压网络线路与低压网络线路通过第一溢流阀、第二溢流阀和第一单向阀相连接；所述第一电动/发电机依次连接第一整流或逆变器、超级电容、第二整流或逆变器、第二电动/发电机，所述第二电动/发电机和所述第一变速箱连接输出动力；

中央控制器分别与第一电动/发电机、第一整流或逆变器、超级电容、第二整流或逆变器以及第二电动/发电机连接控制。

所述卷扬系统包括第二力矩耦合器、转矩传感器、卷筒、船锚、第二变速箱、第四液压马达、第三溢流阀、第二单向阀、第三单向阀、第一节流阀、第四溢流阀、第四单向阀、第五单向阀、第二节流阀、电液伺服阀；

所述电液伺服阀的P口连接液压变压器的端口B，所述电液伺服阀的T口连接低压蓄能器和第二溢流阀，所述电液伺服阀的A口连接第一节流阀，所述第一节流阀连接第二单向阀，所述第二单向阀连接第四液压马达一个端口和第三溢流阀，所述第三溢流阀通过第三单向阀再接回电液伺服阀的A口，所述第四液压马达和第二变速箱连接提供动力，所述第二变速箱和第二力矩耦合器连接，所述第二力矩耦合器通过转矩传感器和卷筒的卷轴连接控制船锚收放，所述第四液压马达的另一端口通过第四溢流阀和第五单向阀连接电液伺服阀的B口，所述电液伺服阀的B口同时通过第二节流阀和第四单向阀与第四溢流阀和第四液压马达连接；

所述中央控制器和所述电液伺服阀连接控制动作。

所述调控装置包括直动式三位四通换向阀和液压缸；所述直动式三位四通换向阀的P口连接高压蓄能器和变量液压泵，T口连接油箱，A口连接所述液压缸的油口A，所述液压缸的油口B连接直动式三位四通换向阀的B口，所述液压缸的活塞杆和液压变压器的配油盘铰接。

所述第一液压马达、第二液压马达和第三液压马达均为双向定量马达。

本发明的有益效果为：本发明通过调控装置调节液压变压器的斜盘转角而实现控制其变压比，从而控制液压马达的工作状态而达到控制无人船的目的；通过所述调控装置调节液压变压器变压方向，实现在不同工况下可以向各个液压马达输出能量，也可以利用液压马达向高压蓄能器回收无人船的动能。通过中央控制器调控电动闸阀来开启/关闭液压马达，从而实现控制无人船的状态。简化了系统的控制复杂度，提高了能量利用率。

附图说明

图1为本发明的一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统结构示意图；

其中：1、发动机，2、传动轴，3、第一离合器，4、差速器，5、第一液压马达，6、变量液压泵，7、高压蓄能器，8、调控装置，9、液压变压器，10、低压蓄能器，11、第二液压马达，12、第三液压马达，13、第三变速箱，14、第一单向阀，15、第二电动闸阀，16、第三电动闸阀，17、第一电动闸阀，18、第一溢流阀，19、第二溢流阀，20、第一整流或逆变器，21、超级电容，22、第二整流或逆变器，23、第二电动/发电机，24、第一变速箱，25、第六离合器，26、第二力矩耦合器，27、第七离合器，28、转矩传感器，29、卷筒，30、船锚，31、第八离合器，32、第二变速箱，33、第九离合器，34、第四液压马达，35、第三溢流阀，36、第二单向阀，37、第三单向阀，38、第一节流阀，39、第四溢流阀，40、第四单向阀，41、第五单向阀，42、第二节流阀，43、电液伺服阀、44、中央控制器，45、第一电动/发电机，46、第三离合器，47、第一力矩耦合器，48、第五离合器，49、过滤器，50、第四离合器，51、第二离合器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的一种基于液压变压器的无人船混合动力驱动系统包括：中央控制器44和动力及传动系统；

所述动力及传动系统至少包括调控装置8、液压变压器9、第一液压马达5、第二液压马达11、第三液压马达12、第一电动闸阀17、第二电动闸阀15、第三电动闸阀16以及差速器4；令所述液压变压器9的三个端口分别为端口A、端口B和端口T；令所述所述第一液压马达5、第二液压马达11和第三液压马达12中每个的两个油口为油口A和油口B；所述调控装置8和所述液压变压器9的端口A连接调节液压变压器9的变压比和变压方向；液压变压器9的端口B分别与第一液压马达5、第二液压马达11和第三液压马达12的油口A相连，端口T分别与第一液压马达5、第二液压马达11和第三液压马达12的油口B相连；所述第一液压马达5的输出轴与所述差速器4相连；所述液压变压器9的端口B与所述第一液压马达5的油口A之间设置有第一电动闸阀17，所述液压变压器9的端口B与所述第二液压马达11的油口A之间设置有第二电动闸阀15，所述液压变压器9的端口B与所述第三液压马达12的油口A之间设置有第三电动闸阀16；所述差速器4通过杆传动和齿轮传动连接第三输出端和第四输出端，所述第二液压马达11和第三液压马达12的输出轴分别通过杆传动连接第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端为无人船上两侧的喷水推进器，所述第三输出端和第四输出端为无人船上尾部的两个喷水推进器；

所述中央控制器44分别与调控装置8、第一电动闸阀17、第二电动闸阀15和第三电动闸阀16连接控制。

所述混合动力驱动系统还包括卷扬系统，通过动力及传动系统及卷扬系统带动无人船上的卷筒29正转或反转，进而带动船锚30相对卷筒29收放。

所述动力及传动系统还包括发动机1、传动轴2、第三变速箱13、第一力矩耦合器47、变量液压泵6、高压蓄能器7、第一溢流阀18、低压蓄能器10、第二溢流阀19、第一电动/发电机45、过滤器49、第一整流或逆变器20、超级电筒、第二整流或逆变器22、第二电动/发电机23和第一变速箱24；

所述发动机1和第一电动/发电机45以并联形式分别通过第二离合器51、第三离合器46连接到第一力矩耦合器47上，第一力矩耦合器47通过传动轴2经第四离合器50与第三变速箱13连接，再经第一离合器3与差速器4相连接，所述第三变速箱13通过输出轴经第五离合器48连接到变量液压泵6；变量液压泵6的进油口通过过滤器49与油箱相连，形成变量液压泵6的进油管路；所述液压变压器9的端口A与高压蓄能器7、调控装置8和变量液压泵6的出油口相连接，所述液压变压器9的端口B同时与卷扬系统和第一液压马达5相连接，所述液压变压器9的端口T与卷扬系统和第一液压马达5的另一端还有低压蓄能器10相连；变量液压泵6出油管路与高压蓄能器7和液压变压器9的端口A相连，液压变压器9的端口A和所述高压蓄能器7连接，所述液压变压器9的端口B同时连接卷扬系统，并且所述变量液压泵6的出油端口与第一溢流阀18相连接，形成高压网络线路；所述卷扬系统和第一液压马达5的油口B与低压蓄能器10、液压变压器9的端口T和第二溢流阀19相连接，形成低压网络线路，所述高压网络线路与低压网络线路通过第一溢流阀18、第二溢流阀19和第一单向阀14相连接；所述第一电动/发电机45依次连接第一整流或逆变器20、超级电容21、第二整流或逆变器22、第二电动/发电机23，所述第二电动/发电机23和所述第一变速箱24连接输出动力；

中央控制器44分别与第一电动/发电机45、第一整流或逆变器20、超级电容21、第二整流或逆变器22以及第二电动/发电机23连接控制。

所述卷扬系统包括第二力矩耦合器26、第七离合器27、转矩传感器28、卷筒29、船锚30、第八离合器31、第二变速箱32、第九离合器33、第四液压马达34、第三溢流阀35、第二单向阀36、第三单向阀37、第一节流阀38、第四溢流阀39、第四单向阀40、第五单向阀41、第二节流阀42、电液伺服阀43；

所述电液伺服阀43的P口连接液压变压器9的端口B，所述电液伺服阀43的T口连接低压蓄能器10和第二溢流阀19，所述电液伺服阀43的A口连接第一节流阀38，所述第一节流阀38连接第二单向阀36，所述第二单向阀36连接第四液压马达34一个端口和第三溢流阀35，所述第三溢流阀35通过第三单向阀37再接回电液伺服阀43的A口，所述第四液压马达34通过第九离合器33和第二变速箱32连接提供动力，所述第二变速箱32和第二力矩耦合器26连接，所述第二力矩耦合器26通过转矩传感器28和卷筒29的卷轴连接控制船锚30收放，所述第四液压马达34的另一端口通过第四溢流阀39和第五单向阀41连接电液伺服阀43的B口，所述电液伺服阀43的B口同时通过第二节流阀42和第四单向阀40与第四溢流阀39和第四液压马达34连接；

所述中央控制器44和所述电液伺服阀43连接控制动作。

所述调控装置8包括直动式三位四通换向阀和液压缸；所述直动式三位四通换向阀的P口连接高压蓄能器7和变量液压泵6，T口连接油箱，A口连接所述液压缸的油口A，所述液压缸的油口B连接直动式三位四通换向阀的B口，所述液压缸的活塞杆和液压变压器9的配油盘铰接。

所述第一液压马达5、第二液压马达11和第三液压马达12均为双向定量马达。

本申请的驱动系统，在卷扬下放时实现重力回收具体为两部分：第一部分为：卷扬系统的下放产生的重力势能通过第七离合器27、第二力矩耦合器26、第六离合器25、第一变速箱24带动第二电动/发电机23工作，第二电动/发电机23将电能通过第二整流或逆变器22存储在超级电容21中，实现卷扬下放时重力势能的回收；第二部分为卷扬系统的下放产生的重力势能通过第七离合器27、第二力矩耦合器26、第八离合器31、第四液压马达34转化为液压能，所述液压能经过液压管路中第四溢流阀39、第五单向阀41、电液伺服阀43、液压变压器9的T端口经液压变压器9的增压作用将增压后的液压能存储在高压蓄能器7中，从而实现船锚30卷扬下放时重力势能的回收；在下次启动过程中高压蓄能器7释放存储的液压能，经由液压变压器9的增压作用，通过第四液压马达34施加于负载。

本申请具体包括以下工作过程：无人船驱动系统初始化及加速阶段：此时高压蓄能器7压力尚未建立，需要通过发动机1提供启动能量，随后通过发动机1建立高压油路压力，通过调控装置8调节液压变压器9使其斜盘转交达到变压比最大转角，以获得较大无人船的加速度，液压变压器9顺时针旋转，此时液压变压器9的端口A为进油口，端口B为其排油口，端口T为其补给口。高压蓄能器7通过液压变压器9端口A输入高压油，液压变压器9的端口B向第一液压马达5、第一液压马达5和第一液压马达5输入高压油，驱动旋转，即通过发动机1直接驱动力以及第一液压马达5、第一液压马达5和第一液压马达5的辅助力驱动无人船前进；该过程通过对液压变压器9和发动机1的综合控制，充分利用了发动机1的功率，液压恒压网络的储能功能以及液压变压器9恒功率输出特性，充分利用了高压油路所能提供的最大功率；

无人船驱动系统的制动阶段：通过第二离合器51实现发动机1与负载之间的解耦，通过调控装置8调节液压变压器9使其反向变压，利用第四液压马达34将无人船及船锚30动能回收使其转化为液压能通过液压变压器9的增压作用增压，将其回收至恒压网络中的高压蓄能器7，在下次启动过程中高压蓄能器7释放存储的液压能，经由液压变压器9的增压作用，通过第一液压马达5、第一液压马达5和第一液压马达5施加于负载，极大的提高了系统的动态特性；

无人船驱动系统的换向过程：分别通过开闭第二电动闸阀15和第三电动闸阀16实现第二液压马达11和第三液压马达12各自的开闭，从而实现无人船转向；与所述第二液压马达11和第三液压马达12相连的第一输出端和第二输出端分别为设置在无人船左右船舷的螺旋桨，提供无人船转向时的动能。