一种混合动力静压推土机行走系统

文档序号:164950 发布日期:2021-10-29 浏览:43次 >En<

阅读说明:本技术 一种混合动力静压推土机行走系统 (Hybrid static pressure bulldozer traveling system ) 是由 朱耿寅 周琦 姜友山 余丽艳 金轲 赵建军 于 2021-05-27 设计创作,主要内容包括:本发明涉及工程机械静压推土机技术领域,尤其是一种混合动力静压推土机行走系统,包括动力部件、主管路、执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀、防过载阀,所述动力部件的输出端与变量泵-马达相连接,与所述变量泵-马达的高压油输出端相连的主管路内的高压油分为若干支路,执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀、防过载阀均安装在对应的各支路上,各所述支路的末端接回主管路的低压油端。永磁式同步电机与行走变量经过离合器同轴与发动机连接,在工作状态输出功率不高时离合器断开,直接由电池带动电机转动,实现走车或者推土动作,当需要大功率输出时,发动机工作,这时电机转为发电机给电池充电,真正意义的实现节能和能量回收。(The invention relates to the technical field of static pressure bulldozers of engineering machinery, in particular to a hybrid power static pressure bulldozer traveling system which comprises a power component, a main pipeline, an execution output component, an air suction prevention component, a flushing valve and an overload prevention valve, wherein the output end of the power component is connected with a variable pump-motor, high-pressure oil in the main pipeline connected with the high-pressure oil output end of the variable pump-motor is divided into a plurality of branches, the execution output component, the air suction prevention component, the flushing valve and the overload prevention valve are all arranged on the corresponding branches, and the tail end of each branch is connected with the low-pressure oil end of the main pipeline. The permanent magnet synchronous motor and the walking variable are coaxially connected with the engine through the clutch, the clutch is disconnected when the output power is not high in the working state, the motor is directly driven by the battery to rotate, the walking or bulldozing action is realized, when high-power output is needed, the engine works, the motor is converted into the generator to charge the battery, and the energy conservation and the energy recovery are really realized.)

一种混合动力静压推土机行走系统

技术领域

本发明涉及工程机械静压推土机技术领域,特别涉及一种新型的混合静压动力推土机行走闭式容积回路,尤其是一种混合动力静压推土机行走系统。

背景技术

推土机适用于公路、铁路、矿山、机场等地面的推运、开挖、回填土石方以及其它散料作业,是国防工程、矿山建设、城乡道路等建筑施工和水利建设等不可缺少的机械设备。

随着我国的国际化合作建设事业的突飞猛进,以及海外工程机械制造商的竞争压力,对工程机械的需求不单是数量多,而且对工程机械的技术水平也提出了相当高的要求。随着现代电子技术、计算机技术、通讯技术、人工智能技术、和传感器技术等高新技术相结合,传统静压推土机正向节能减排及能量回收方向发展。

传统的全液压推土机行走液压系统主要靠发动机作为动力,全液压推土机在行走时,主要靠发动机带动行走泵,通过液压系统带动行走马达再到终传动,最后带动履带实现行走。

目前国内外已经开始着实研发纯电推土机,有些已经推向市场,无论是发动作为动力源还是电机作为动力源,都存在很多问题:例如,,推土工况时,推土阻力很大,发动机/电机往往在最大扭矩附近工作,纯电机带动驱动在功率上往往没有发动机动力强劲,在倒车或者直线行走时,推土阻力略小一些,发动机没有发挥最佳的性能,造成功率损失。

因此,全液压推土机行驶驱动系统及行驶控制系统的性能是影响推土机作业性能发挥的重要因素,决定着作业生产率的高低。

行驶动力元件作为全液压推土机的核心部件,如何更好的根据实际工况去匹配动力源的性能,既能做到发挥发动机的极致性能,又能做到能量回收,节能减排,同时又可以减轻操作人员的劳动强度以及改善推土机作业的经济性和动力性。

因此,混合动力全液压推土机的研究具有重要的现实意义。

发明内容

本发明为解决上述技术问题之一,所采用的技术方案是:一种混合动力静压推土机行走系统,包括动力部件、主管路、执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀、防过载阀,所述动力部件的输出端与变量泵-马达相连接,与所述变量泵-马达的高压油输出端相连的主管路内的高压油分为若干支路,执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀、防过载阀均安装在对应的各支路上,各所述支路的末端接回主管路的低压油端;在所述变量泵-马达的一侧设有一补油单元。

所述防吸空组件具有如下作用:

功能1:充当平衡阀或者限速阀的功能,在正常行走时,泵出口压力开启此阀,若机械出现“溜坡”现象时,发达的转速超过了泵提供的流量,泵出口失去压力,则此阀关小,已限制速度。

功能2:防吸空,在负载惯量较低时,而冲击负载相对较高时的场合(大功率推土),冲击负载很容易导致马达的转速瞬间降低,结果高压侧压力瞬间升高,而从马达流出进入低压侧流量短时间减少,即使加上了补油泵的输入流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空)。

防过载阀的作用:当系统压力过高时,超过额定设定值时,此阀开启直接进入低压侧,相当于溢流阀使用。

冲洗阀的作用:闭式回路高压低压侧油液来回循环,导致系统油温升高很快,冲洗阀可以实现很快给闭式系统换热油。

在上述任一方案中优选的是,所述动力部件包括发动机、永磁式同步电机,所述发动机与所述永磁式同步电机之间通过离合器实现同轴连接,所述发动机与所述永磁式同步电机均可用于实现对所述变量泵-马达的驱动,实现了闭式回路运动。

在上述任一方案中优选的是,所述执行输出部件包括同轴连接的变量马达、泵-马达二次元件,所述变量马达、泵-马达二次元件的对应油口分别通过油管接入系统的高压侧与低压侧,变量泵用于输出扭矩和转速。

变量马达和泵-马达二次元件串联在一起,同时接入系统高压侧和低压侧,变量泵主要起到了输出扭矩和转速的作用。

串联的泵-马达二次元件根据斜盘的调节可以实现流量再生功能,当遇到负载冲击或者一侧压力较高时,防止系统吸空。

例如:当泵-马达二次元件作为马达使用时,此时高压油液经过单向阀进入第二蓄能器,给第二蓄能器冲压,当高压侧压力或者流量不足时,电磁开关阀打开,第二蓄能器的能量进入液压油路系统,给液压系统冲压。

当泵-马达二次元件作为泵使用时,第二蓄能器的能量通过电磁开关阀7进入闭式系统,此时,变量马达和泵-马达共同输出大扭矩。

在上述任一方案中优选的是,所述补油单元包括一与变量泵-马达同轴连接的定量泵,所述所述定量泵作为补油泵使用,所述补油泵通过管路连接有第一蓄能器,在第一蓄能器与补油泵之间的管路上设置有一带有过滤器、第一溢流阀的管路且其另一端连接至防吸空组件所在的支路上。

本系统增加设置补油泵,有利于避免吸空,同时可以作为泵-马达实现控制油路及换热油;但同时考虑到也增加了能量的消耗,因此在补油泵的高压口处增加了第一蓄能器,在出现冲击负载时,弥补补油泵流量不足,向低压侧供油,在负载恢复正常后,再由补油泵给第一蓄能器冲油。

在上述任一方案中优选的是,所述防吸空阀组件包括串联设置在对应的支路上的第一防吸空结构和第二防吸空结构。

在上述任一方案中优选的是,所述第一防吸空结构包括相互并联设置的第一防吸空阀与第一单向阀。

在上述任一方案中优选的是,所述第二防吸空结构包括相互并联设置的第二防吸空阀与第二单向阀,所述第二单向阀与所述第一单向阀的单向流通方向相反。

在上述任一方案中优选的是,在所述执行输出部件的一侧通过管路连接有第二蓄能器,所述第二蓄能器所在的管路分别连接在所述执行输出部件高压侧以及低压侧对应的主管路上,在用于连接高压侧以及低压侧的油管上分别安装有高压侧蓄能单向阀、低压侧蓄能单向阀,在所述高压侧蓄能单向阀所在的管路上串联有电磁开关阀。

在上述任一方案中优选的是,在所述冲洗阀上连接有一第二溢流阀,所述第二溢流阀连接油箱。

当发电机带动泵转动时,变量泵-马达打出高压油液进入变量马达和泵-马达二次元件高压口,实现变量马达带动终传动转动,通过调节泵-马达斜盘倾角就可以实现整车的前进和后退。

闭式回路中补油泵打出的高压油经过过滤器进入闭式回路,一是为了防止闭式回路出现吸空,二是经过冲洗阀为闭式系统更换热油,在液压系统遇到冲击时,冲击负载很容易导致变量马达的转速瞬间降低,高压侧的压力瞬间升高,从而从变量马达流入低压侧的流量短时间减少,即便加上补油泵输入的流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空,防止吸空第一防吸空阀和第二防吸空阀,不仅能保证避免长时间负压,也能保证持续正压。

变量马达和泵-马达串联在一起,同时接入系统高压侧和低压侧,变量泵主要起到了给桥输出扭矩和转速的作用,串联的泵-马达根据斜盘的调节可以实现流量再生功能,当遇到负载冲击或者一侧压力较高时,防止系统吸空。

新型闭式回路中有单向阀和电磁开关阀及蓄能器,当泵-马达二次元件作为马达使用时,此时高压油液经过单向阀进入蓄能器,给蓄能器冲压,当高压侧压力或者流量不足时,电磁阀打开,蓄能器的能量进入液压系统,给液压系统冲压。

在液压系统遇到冲击时,冲击负载很容易导致马达的转速瞬间降低,高压侧的压力瞬间升,从而从马达流入低压侧的流量短时间减少,即便加上补油泵出入的流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空,防吸孔单向阀,不仅能保证避免长时间负压,也能保证持续正压。

与现有技术相比,本发明的有益效果如下:

1、永磁式同步电机与行走变量经过离合器同轴与发动机连接,在工作状态输出功率不高时离合器断开,直接由电池带动电机转动,实现走车或者推土动作,当需要大功率输出时,发动机工作,这时电机转为发电机给电池充电,真正意义的实现节能和能量回收。

2、动力源能量提供匹配可以根据不同工况,控制离合器的启闭来选择动力源,在发动机使用工况时,电机作为发电机使用,并给电池充电,在电机使用时,发动机不工作,有电机带动泵工作,这样在动力源元件使用上,真正意义的做到节能,减排。

3、本液压回路可以实现在推土机行走过程中,变量泵/马达根据实际工况交替变化使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明

具体实施方式

或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的混合动力静压推土机行走系统原理图。

图2为本发明的混合动力静压推土机行走系统液压控制流程图。

图3为本发明的混合动力静压推土机行走控制流程图。

图4为本发明的混合动力静压推土机起车控制流程图。

图5为本发明的混合动力静压推土机制动流程执行图。

图6为本发明的混合动力静压推土机制动控制流程图。

图中,1、变量泵-马达;2、定量泵;3、过滤器;4、蓄能器;5、蓄能器; 6、单向阀; 7、电磁开关阀;8、变量马达;9、泵-马达二次元件; 10、防过载阀;11、放吸空阀;12、防吸空组件;13、溢流阀;14、永磁式同步电机;15、离合器;16、单向阀;17、溢流阀;18、冲洗阀;19、发动机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-6中所示,一种混合动力静压推土机行走系统,包括动力部件、主管路、执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀18、防过载阀10,所述动力部件的输出端与变量泵-马达1相连接,与所述变量泵-马达1的高压油输出端相连的主管路内的高压油分为若干支路,执行输出部件、防吸空组件、冲洗阀18、防过载阀10均安装在对应的各支路上,各所述支路的末端接回主管路的低压油端;在所述变量泵-马达1的一侧设有一补油单元。

所述防吸空组件具有如下作用:

功能1:充当平衡阀或者限速阀的功能,在正常行走时,泵出口压力开启此阀,若机械出现“溜坡”现象时,发达的转速超过了泵提供的流量,泵出口失去压力,则此阀关小,已限制速度。

功能2:防吸空,在负载惯量较低时,而冲击负载相对较高时的场合(大功率推土),冲击负载很容易导致马达的转速瞬间降低,结果高压侧压力瞬间升高,而从马达流出进入低压侧流量短时间减少,即使加上了补油泵的输入流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空)。

防过载阀10的作用:当系统压力过高时,超过额定设定值时,此阀开启直接进入低压侧,相当于溢流阀使用。

冲洗阀18的作用:闭式回路高压低压侧油液来回循环,导致系统油温升高很快,冲洗阀18可以实现很快给闭式系统换热油。

在上述任一方案中优选的是,所述动力部件包括发动机19、永磁式同步电机14,所述发动机19与所述永磁式同步电机14之间通过离合器15实现同轴连接,所述发动机19与所述永磁式同步电机14均可用于实现对所述变量泵-马达1的驱动,实现了闭式回路运动。

在上述任一方案中优选的是,所述执行输出部件包括同轴连接的变量马达8、泵-马达二次元件9,所述变量马达8、泵-马达二次元件9的对应油口分别通过油管接入系统的高压侧与低压侧,变量泵用于输出扭矩和转速。

变量马达8和泵-马达二次元件9串联在一起,同时接入系统高压侧和低压侧,变量泵主要起到了输出扭矩和转速的作用。

串联的泵-马达二次元件9根据斜盘的调节可以实现流量再生功能,当遇到负载冲击或者一侧压力较高时,防止系统吸空。

例如:当泵-马达二次元件9作为马达使用时,此时高压油液经过单向阀进入第二蓄能器5,给第二蓄能器5冲压,当高压侧压力或者流量不足时,电磁开关阀7打开,第二蓄能器5的能量进入液压油路系统,给液压系统冲压。

当泵-马达二次元件9作为泵使用时,第二蓄能器5的能量通过电磁开关阀77进入闭式系统,此时,变量马达8和泵-马达共同输出大扭矩。

在上述任一方案中优选的是,所述补油单元包括一与变量泵-马达1同轴连接的定量泵2,所述所述定量泵2作为补油泵使用,所述补油泵通过管路连接有第一蓄能器4,在第一蓄能器4与补油泵之间的管路上设置有一带有过滤器3、第一溢流阀13的管路且其另一端连接至防吸空组件所在的支路上。

本系统增加设置补油泵,有利于避免吸空,同时可以作为泵-马达实现控制油路及换热油;但同时考虑到也增加了能量的消耗,因此在补油泵的高压口处增加了第一蓄能器4,在出现冲击负载时,弥补补油泵流量不足,向低压侧供油,在负载恢复正常后,再由补油泵给第一蓄能器4冲油。

在上述任一方案中优选的是,所述防吸空阀组件包括串联设置在对应的支路上的第一防吸空结构11和第二防吸空结构12。

在上述任一方案中优选的是,所述第一防吸空结构11包括相互并联设置的第一防吸空阀与第一单向阀。

在上述任一方案中优选的是,所述第二防吸空结构12包括相互并联设置的第二防吸空阀与第二单向阀,所述第二单向阀与所述第一单向阀的单向流通方向相反。

在上述任一方案中优选的是,在所述执行输出部件的一侧通过管路连接有第二蓄能器5,所述第二蓄能器5所在的管路分别连接在所述执行输出部件高压侧以及低压侧对应的主管路上,在用于连接高压侧以及低压侧的油管上分别安装有高压侧蓄能单向阀6、低压侧蓄能单向阀16,在所述高压侧蓄能单向阀6所在的管路上串联有电磁开关阀7。

在上述任一方案中优选的是,在所述冲洗阀18上连接有一第二溢流阀17,所述第二溢流阀17连接油箱。

当发电机带动泵转动时,变量泵-马达1打出高压油液进入变量马达8和泵-马达二次元件9高压口,实现变量马达8带动终传动转动,通过调节泵-马达斜盘倾角就可以实现整车的前进和后退。

闭式回路中补油泵打出的高压油经过过滤器3进入闭式回路,一是为了防止闭式回路出现吸空,二是经过冲洗阀18为闭式系统更换热油,在液压系统遇到冲击时,冲击负载很容易导致变量马达8的转速瞬间降低,高压侧的压力瞬间升高,从而从变量马达8流入低压侧的流量短时间减少,即便加上补油泵输入的流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空,防止吸空第一防吸空阀和第二防吸空阀,不仅能保证避免长时间负压,也能保证持续正压。

变量马达8和泵-马达串联在一起,同时接入系统高压侧和低压侧,变量泵主要起到了给桥输出扭矩和转速的作用,串联的泵-马达根据斜盘的调节可以实现流量再生功能,当遇到负载冲击或者一侧压力较高时,防止系统吸空。

新型闭式回路中有单向阀和电磁开关阀7及蓄能器,当泵-马达二次元件9作为马达使用时,此时高压油液经过单向阀进入蓄能器,给蓄能器冲压,当高压侧压力或者流量不足时,电磁阀打开,蓄能器的能量进入液压系统,给液压系统冲压。

在液压系统遇到冲击时,冲击负载很容易导致马达的转速瞬间降低,高压侧的压力瞬间升,从而从马达流入低压侧的流量短时间减少,即便加上补油泵出入的流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空,防吸孔单向阀,不仅能保证避免长时间负压,也能保证持续正压。

具体工作原理:

在控制系统程序设定静压推土机在起车和制动时,发动机19工作,这时离合器15是断开的,程序控制电机启动,带动泵工作,起车后正常走车及实现铲刀相关动作。

在现有程序中按照常规设置设定两个判定条件:

第一个判定条件,当静压推土机实现高速前进或者倒车时,电机的功率达不到推土机(尤其是大马力推土机)行驶速度要求,此时发动机19点火,启动,离合器15闭合此时由发动机19带动电机转动并带动泵-马达一次元件工作,此时电机作为发电机使用,给车载电池充电;

第二个判定条件,当推土时牵引力达不到设定值时,此时发动机19停车,离合器15断开,有电机带动泵-马达工作实现相关动作及功能,当遇到较大阻力时,电机功率达不到,此时发动机19点火,启动,离合器15闭合此时由发动机19带动电机转动并带动泵-马达一次元件工作。

这种混合动力优点,一是避免单纯发动机19作为动力源时在起车、制动及低负载工作时造成的发动机19功率损失,燃料浪费,二是避免单纯纯电推土机功率有限及充电的时间浪费。这样可以根据实际工况更好的匹配发动机19功率,同时新型闭式行走系统采用了泵-马达二次元件9及蓄能器的使用,进一步做到了能量的回收利用。

本专利涉及一种新型的混合静压动力推土机行走闭式容积回路,整个液压行走液压系统布局为:泵带动马达转动,实现无极变速,本液压回路可以实现在推土机行走过程中,变量泵/马达根据实际工况交替变化使用,实现流量再生和节能作用。

新型闭式容积回路中采用,采用泵—马达元件作为动力元件,它可以作为泵工况使用,也可以作为马达工况使用,当为泵工况时实现即行走,马达工况时实现流量再生。

动力源元件有两个,一是发动机19,二是永磁式同步电机14(发动机19)其中永磁式同步电机14(发电机)与行走变量泵经过离合器15同轴与发动机19连接,在工作状态输出功率不高时离合器15断开,直接由电池带动电机转到,实现走车或者推土动作,当需要大功率输出时,发动机19工作,这时电机转为发电机给电池充电,真正意义的实现节能和能量回收。

动力源能量提供匹配可以根据不同工况,控制离合器15的启闭来选择动力源,在发动机19使用工况时,电机作为发电机使用,并给电池充电,在电机使用时,发动机19不工作,有电机带动泵工作,这样在动力源元件使用上,真正意义的做到节能,减排。

相关术语解释

静压推土机: 静压推土机也叫全液压推土机,指的是推土机采用静压技术传动技术,静液压传动是用液压油直接传递动力,其主要组成部件为:液压泵、操控装置和液压马达等,静压驱动优点是传动比大,传动效率高,能够无级调速等等,静压驱动被视为未来推土机的主流发展方向,与传动的液力型,机械型推土机相比,静压驱动没有复杂的变矩器、变速箱、转向离合器15、制动器,仅仅依靠液压泵和液压马达进行动力传递,可以自动调节速度和动力来匹配变化的负载,具有无级变速、快速加速和换向以及精确转向控制等特点,静液压驱动也使得系统布置更加灵活。

混合动力:混合动力就是指推土机使用柴油驱动和电力驱动两种方式,优点在于推土机启动和停止或者正常走车,小功率推土时只靠电机带动,不达到一定功率发动机19就不工作,因此可以使发动机19一直保持在最佳工作状态,动力性好,排放量低,而且电能的来源是发动机19,只需要加油就可以。

一次/二次泵-马达:若把液压系统中机械能转化成液压能的元件(液压泵)成为一次元件,则把液压能和机械能可以相互转化的元件(液压马达/泵)成为二次元件或者次级元件。

防吸空组件:充当平衡阀或者限速阀的功能,在正常行走时,泵出口压力开启此阀,若机械出现“溜坡”现象时,发达的转速超过了泵提供的流量,泵出口失去压力,则此阀关小,已限制速度。防吸空,在负载惯量较低时,而冲击负载相对较高时的场合(大功率推土),冲击负载很容易导致马达的转速瞬间降低,结果高压侧压力瞬间升高,而从马达流出进入低压侧流量短时间减少,即使加上了补油泵的输入流量,也低于主泵的吸入量,造成低压侧吸空。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中;对于本技术领域的技术人员来说,对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处,均为本技术领域技术人员的公知技术。

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