一种低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置的制作方法

本发明属于工程机械领域，涉及一种平地机行驶液压驱动装置，具体涉及一种低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置。

背景技术：

平地机是一种用于土壤切削、刮送和整平等作业的牵引式工程车辆，由其行驶系统提供牵引力克服主要作业阻力，行驶驱动系统的性能直接影响其作业效率。目前平地机行驶驱动系统主要有机械传动、液力传动及静液压传动三种形式。

目前，国外大功率平地机行驶系统以多档位机械变速箱直传动为主，虽然传动效率较高，但只能实现有级调速，且多档位变速箱结构复杂，制造难度大，成本高；大部分国产平地机行驶系统采用液力传动，具有良好的负载自适应性和换挡冲击小等优点，但也存在传动系统高效区窄、综合作业效率偏低等不足；静液传动平地机具有操作简便、可无级变速及易于实现自动控制等优点。

在平地机产品中实际得到应用的静液驱动系统目前有两种结构，一种为单泵+双马达轮边独立驱动的无桥结构，另一种为单泵+单马达+两档机械变速箱+驱动桥的结构。前者存在调速范围窄及同步性能差的问题；后者采用两档机械变速箱在一定程度上扩大了调速范围，但仍不能在全车速范围内实现无级调速，机械变速箱两档位之间的传动比不能相差过大，否则换挡时容易引起冲击，所以这一结构在增加平地机调速范围方面的能力有限，且对换挡控制技术的要求较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置，该装置能够实现速度的无级调节，并且调速的范围较宽。

为达到上述目的，本发明所述的低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置包括油箱、发动机、分动箱、第一液压回路、第二液压回路及速度耦合机构；

第一液压回路及第二液压回路均包括变量泵、第一单向溢流阀、第二单向溢流阀、第一过滤器、冲洗阀、变量马达、补油泵及补油溢流阀；其中，变量泵的第一工作油口与第一单向溢流阀的入口及变量马达的第一工作油口相连通，变量泵的第二工作油口与第二单向溢流阀的入口及变量马达的第二工作油口相连通，补油泵的入口与油箱相连通，补油泵的出口与补油溢流阀的入口相连通，第一单向溢流阀的出口及第二单向溢流阀的出口与补油溢流阀的入口相连通，补油溢流阀的出口与油箱相连通；

发动机的输出轴与分动箱的输入轴相连接，分动箱的第一输出轴与第一液压回路中变量泵的驱动轴及第一液压回路中补油泵的驱动轴相连接；分动箱的第二输出轴与第二液压回路中变量泵的驱动轴及第二液压回路中补油泵的驱动轴相连接；

速度耦合机构的两个输入轴分别与第一液压回路中变量马达的输出轴及第二液压回路中变量马达的输出轴相连接，速度耦合机构的输出轴与平地机的驱动桥相连接。

还包括冲洗阀，冲洗阀的两个入口分别与变量泵的第一工作油口及第二工作油口相连通，冲洗阀的出口与油箱相连通。

还包括第一过滤器，补油泵的出口与第一过滤器的入口相连通，第一过滤器的出口与补油溢流阀的入口相连通。

还包括三位四通电磁阀及双活塞杆液压缸，其中，第一过滤器的出口经三位四通电磁阀与双活塞杆液压缸的入口相连通，双活塞杆液压缸的活塞杆与变量泵的斜盘变量机构相连接。

还包括储能器，储能器与补油泵的出口相连通。

还包括压力切断阀，其中，压力切断阀的一端与变量泵的第一工作油口相连通，压力切断阀的另一端与补油溢流阀的入口相连通。

还包括单活塞杆液压缸及二位三通电磁阀，变量泵的第一工作油口经第一单向阀与单活塞杆液压缸的入口相连通，变量泵的第二工作油口经第二单向阀与单活塞杆液压缸的入口相连通，单活塞杆液压缸出口经二位三通电磁阀与油箱相连通，单活塞杆液压缸的活塞杆与变量马达的变量机构及二位三通电磁阀的控制端相连接。

速度耦合机构包括第一输入轴、第二输入轴、第一半轴齿轮、第二半轴齿轮、行星轮、主动齿轮以及与行星轮相配合的行星架；

第一输入轴的一端与第一液压回路中变量马达的输出轴相连接，第一输入轴的另一端与第一半轴齿轮相连接，第二输入轴的一端与第二液压回路中变量马达的输出轴相连接，第二输入轴的另一端与第二半轴齿轮相连接，行星轮与第一半轴齿轮与第二半轴齿轮相配合，行星架与主动齿轮相连接，主动齿轮与从动齿轮相啮合，从动齿轮与速度耦合机构的输出轴相连接，速度耦合机构的输出轴与平地机的驱动桥相连接。

补油泵的入口经第二过滤器与油箱相连通。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置通过第一液压回路、第二液压回路及速度耦合机构组成传动系统，传动系统的输出转速及扭矩由第一液压回路、第二液压回路及速度耦合机构共同调节，来自发动机的输入功率被分流后经第一液压回路及第二液压回路传递到速度耦合机构，再经速度耦合机构耦合后输出，在功率传递过程中，通过改变流经液压回路的流量大小，可在变量马达扭矩不变的前提下，达到改变变量马达转速的目的；另外，速度耦合机构在将两变量马达输出转速进行耦合的同时，作为功率汇流装置将第一液压回路及第二液压回路的功率流进行汇合，因此可以利用液压支路对功率流的可控性使第一液压回路及第二液压回路的功率流在重新汇合时，实现总输出转速的无级调节，同时速度耦合机构保证功率流在汇合后保持高效率传递，实现速度的无级调节，获得较宽的调速范围。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中第一液压回路1及第二液压回路2的结构示意图；

图3为本发明中速度耦合机构22的结构示意图。

其中，1为第一液压回路、2为第二液压回路、3为变量泵、4为双活塞杆液压缸、5为三位四通电磁阀、6为第一单向溢流阀、7为第二单向溢流阀、8为第一过滤器、9为储能器、10为补油泵、11为补油溢流阀、12为第二过滤器、13为冲洗阀、14为变量马达、15为第一单向阀、16为第二单向阀、17为二位三通电磁阀、18为压力切断阀、19为单活塞杆液压缸、20为分动箱、21为发动机、22为速度耦合机构、23为驱动桥、221为第一输入轴、222为第一半轴齿轮、223为行星轮、224为第二半轴齿轮、225为第二输入轴、226为行星架、227为主动齿轮、228为从动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的低速大扭矩输出的平地机行驶液压驱动装置包括油箱、发动机21、分动箱20、第一液压回路1、第二液压回路2及速度耦合机构22；第一液压回路1及第二液压回路2均包括变量泵3、第一单向溢流阀6、第二单向溢流阀7、第一过滤器8、冲洗阀13、变量马达14、补油泵10及补油溢流阀11；其中，变量泵3的第一工作油口与第一单向溢流阀6的入口及变量马达14的第一工作油口相连通，变量泵3的第二工作油口与第二单向溢流阀7的入口及变量马达14的第二工作油口相连通，补油泵10的入口与油箱相连通，补油泵10的出口与补油溢流阀11的入口相连通，第一单向溢流阀6的出口及第二单向溢流阀7的出口与补油溢流阀11的入口相连通，补油溢流阀11的出口与油箱相连通；发动机21的输出轴与分动箱20的输入轴相连接，分动箱20的第一输出轴与第一液压回路1中变量泵3的驱动轴及第一液压回路1中补油泵10的驱动轴相连接；分动箱20的第二输出轴与第二液压回路2中变量泵3的驱动轴及第二液压回路2中补油泵10的驱动轴相连接；速度耦合机构22的两个输入轴分别与第一液压回路1中变量马达14的输出轴及第二液压回路2中变量马达14的输出轴相连接，速度耦合机构22的输出轴与平地机的驱动桥23相连接。

本发明还包括冲洗阀13，冲洗阀13的两个入口分别与变量泵3的第一工作油口及第二工作油口相连通，冲洗阀13的出口与油箱相连通；本发明还包括第一过滤器8，补油泵10的出口与第一过滤器8的入口相连通，第一过滤器8的出口与补油溢流阀11的入口相连通；本发明还包括三位四通电磁阀5及双活塞杆液压缸4，其中，第一过滤器8的出口经三位四通电磁阀5与双活塞杆液压缸4的入口相连通，双活塞杆液压缸4的活塞杆与变量泵3的斜盘补油溢流相连接；本发明还包括储能器9，储能器9与补油泵10的出口相连通；本发明还包括压力切断阀18，其中，压力切断阀18的一端与变量泵3的第一工作油口相连通，压力切断阀18的另一端与补油溢流阀11的入口相连通。

本发明还包括单活塞杆液压缸19及二位三通电磁阀17，变量泵3的第一工作油口经第一单向阀15与单活塞杆液压缸19的入口相连通，变量泵3的第二工作油口经第二单向阀16与单活塞杆液压缸19的入口相连通，单活塞杆液压缸19出口经二位三通电磁阀17与油箱相连通，单活塞杆液压缸19的活塞杆与变量马达14的变量机构及二位三通电磁阀17的控制端相连接；另外，补油泵10的入口经第二过滤器12与油箱相连通。

速度耦合机构22包括第一输入轴221、第二输入轴225、第一半轴齿轮222、第二半轴齿轮224、行星轮223、主动齿轮227以及与行星轮223相配合的行星架226；第一输入轴221的一端与第一液压回路1中变量马达14的输出轴相连接，第一输入轴221的另一端与第一半轴齿轮222相连接，第二输入轴225的一端与第二液压回路2中变量马达14的输出轴相连接，第二输入轴225的另一端与第二半轴齿轮224相连接，行星轮223与第一半轴齿轮222与第二半轴齿轮224相配合，行星架226与主动齿轮227相连接，主动齿轮227与从动齿轮228相啮合，从动齿轮228与速度耦合机构22的输出轴相连接，速度耦合机构的输出轴与平地机的驱动桥23相连接。

本发明的具体工作过程为：

本发明采用两个变量泵3和两个变量马达14组成的双闭式容积调速液压回路，作为无级变速行驶驱动的液压传动系统，发动机21通过分动箱20带动第一液压回路1及第二液压回路2中的变量泵3工作，变量泵3带动变量马达14工作，由于第一液压回路1及第二液压回路2中的变量马达14分别被独立驱动，其转速及扭矩可以根据需要自由调节，互不干扰。第一液压回路1及第二液压回路2均采用单泵-单马达闭式回路，理论上每个变量马达14的输出转速不会减小，可保证每个变量马达14输出的扭矩相同，且可以在扭矩恒定不变的状态下，任意改变每个变量马达14的转速大小，满足速度耦合机构22工作时第一输入轴221及第二输入轴225扭矩相等的要求。

通过三位四通电磁阀5及双活塞杆液压缸4来控制变量泵3的排量；第一单向溢流阀6及第二单向溢流阀7作为安全阀使用，可以保证系统在工作中高低压油路的互换；补油泵10用于向系统低压端供油以补充泄漏，在管路中建立起一定的低压，防止气蚀现象；冲洗阀13用于置换出系统热量，同时带出系统中由于磨损产生的小颗粒等污染物。

在工作过程中，可以通过使第一液压回路1或第二液压回路2卸荷，调节变量泵3的排量获得新的变速范围，其中，新的变速范围比原有液压系统速度变化范围小；然后使另一条液压支路开始工作，此时输出转速为第一液压回路1及第二液压回路2的速度之和，通过调节变量泵3和变量马达14的排量得到与原液压系统相比更宽的速度调节范围。

当第一输入轴221及第二输入轴225的转速相同时，行星轮223被第一半轴齿轮222及第二半轴齿轮224夹持，不产生自转，此时第一半轴齿轮222、第二半轴齿轮224、行星轮223、主动齿轮227及行星架226如同一个固连的整体，一起转动。

设第一输入轴221转速为n₁，第一半轴齿轮222、行星轮223、第二半轴齿轮224及主动齿轮227的转速分别为n₂，n₃，n₄和n₇，行星架226的转速为n₆，则有，n₂＝n₄＝n₆；2n₆＝n₂+n₄；

当第一输入轴221及第二输入轴225的转速不相等时，第一半轴齿轮222和第二半轴齿轮224之间有相对转动，行星轮223除绕自身轴线自转外，还随行星架226的转动产生公转，此时，由第一半轴齿轮222、行星轮223、第二半轴齿轮224和行星架226组成的机构便发生作用。

由周转轮系输入输出间转速关系式

n₂+kn₁-(1+k)n₃＝0

其中，n₁为齿圈的转速；n₂为太阳轮的转速；n₃为行星架226的转速；k为行星排的特性参数；

设k＝1，则有

2n₆＝n₂+n₄ (1)

此时第一液压回路1或第二液压回路2的速度耦合到一起，速度经主动齿轮227及从动齿轮228输出，速度耦合机构22将两变量马达14的输出转速按一定的比例缩小之后再进行相加，当仅一条液压回路传递功率时，在接近最大输出转速及最小输出转速的区域，该液压回路的传动效率较低，本发明采用速度耦合机构22之后，在低效率区域获得的速度可由第一液压回路1或第二液压回路2的高效率区域的转速耦合得到，从而扩大传动系统高效率区域的范围。

具体在工作时，分为两个阶段：

在第一阶段中，保持变量马达14的排量q_m最大，再将变量泵3的排量q_p从最小值q_pmin逐渐加大到最大值，使变量马达14的转速n_m从最小值n_mmin逐渐升至最大值n_m'；

在第二阶段中，保持变量泵3的排量q_p最大，然后将变量马达14的排量q_m由最大值逐渐减小到允许的最小排量，使变量马达14的转速逐渐升高，直到变量马达14的转速达到最大转速n_mmax为止；

在这两个阶段的调节过程中，变量马达14的速度变化范围为n_mmin～n_mmax；

对于第一液压回路1传动的工况，在第一阶段中，变量马达14的速度变化范围为n_mmin～n_m'，由式(1)式可知经速度耦合机构22之后的速度变化范围为可获得比不增加速度耦合机构22的液压系统更低的最低转速，从而扩大速度范围；在此调速范围内，可进行低速大扭矩作业。然后使第二液压回路2开始工作，此时，经耦合之后的速度从开始继续增大，直到变量泵3的排量调节到最大为止，在这段速度变化范围内，无级变速系统输出的速度较低、输出的转矩较大。

当第一液压回路1及第二液压回路2中变量泵3的排量均达到最大值时，使变量泵3的排量恒定，对第一液压回路1及第二液压回路2同时进行第二阶段的调速，由于要保证第一输入轴221及第二输入轴225的扭矩相同，所以两变量马达14排量的调节要始终保持同步，当变量马达14的排量达到最小值时，可获得系统的最大转速n_mmax，在此调节阶段，速度不断增大，扭矩不断减小，可进行高速小扭矩作业或转场行驶。

经过以上分析，可知本发明的可调速度变化范围为

在平地机工作时，在前进工况时：第一液压回路1的压力油从变量马达14的第一工作油口进油，并从变量马达14的第二工作油口出油，同时第二液压回路2的压力油从变量马达14的第一工作油口进油，并从变量马达14的第二工作油口出油时，两变量马达14的输入转速经速度耦合机构22输出后为正向转速，再经驱动桥23后驱动平地机前进行驶。

在后退工况时：第一液压回路1的压力油从变量马达14的第二工作油口进油，并从变量马达14的第一工作油口出油，同时第二液压回路2的压力油从变量马达14的第二工作油口进油，并从变量马达14的第一工作油口出油，两变量马达14的输入转速经速度耦合机构22输出后为反向转速，再经驱动桥23后驱动平地机后退行驶。

在停车工况：第一液压回路1及第二液压回路2中变量泵3的排量调节为零时，两个变量马达14的理论输出转速为零，此时经速度耦合机构22输出的转速及扭矩也为零，使平地机在发动机21不熄火的情况下停车。

在低速大扭矩作业工况：第一液压回路1及第二液压回路2中液压马达的排量调到最大并保持不变，第一液压回路1及第二液压回路2中变量泵3的排量调到最小；使第二液压回路2保持卸荷状态，第一液压回路1中从小到大逐渐调节变量泵3的排量，使第一液压回路1中变量马达14的输出适应外界作业负载，在此过程中，经速度耦合机构22输出的转速低扭矩较大，实现平地机的低速大扭矩作业。