一种柔性取力系统和传动控制方法与流程

本发明涉及动力传动设备领域，具体地说是一种柔性取力系统和传动控制方法。

背景技术：

环卫车所用的风机、水泥罐车的槽罐驱动机构、农机的工作机构都具有一些共同点，农机的工作机构比如犁地车的犁地机构、收割机的收割机构，特别是在有坡度的环境下或者在崎岖的田间，都存在着扭矩和转速不能匹配的问题。

以环卫车中的道路清扫车所用的风机转子为例，其功率达到了30-50kw，为了驱动该风机，道路清扫车不得已另外安装一台柴油发动机专门用于驱动风机，但是2019年商用车将强制执行国ⅵ排放法规，而专门用于驱动风机的柴油发动机因不能安装后处理装置或安装后处理装置的代价很大而必须取消，因此专用车环卫车行业改用单一发动机势在必行。目前市场上环卫车和专用车如：道路清扫车改用单发(只有单个发动机)后只有两种方式驱动可供选择：即电机驱动和主发动机驱动。

1、采用从主发动机传递动力驱动风机，由于风机启动扭矩特别大，通常达数千牛.米，当发动机怠速状态下启动风机时经常因负载太大而造成发动机熄火，而带载启动发动机时，因负载过大使发动机难以启动；

2、采用电机驱动如此大功率的风机转子，经常出现憋坏电机烧毁电路的问题；

3、以上两种驱动方式都必须采用取力器传递动力，出上述两个问题外，通过取力器传递动力驱动如此大扭矩风机时，由于启动扭矩非常大而会造成取力器的摩擦副严重磨损，导致取力器使用寿命过短。

要解决上述问题，采用现有的成熟的变速箱是可行的，但是，现有的成熟的变速箱要负载如此大功率的设备变速箱的体积将变得很大，同时，不容忽视的问题是：现有的市场上的变速箱都非常复杂，精密度非常高，特别是价格太高，难以普遍推广。因此在广大的工程车辆或农用车辆领域大多采用进口器件或直接采用进口整车。经过统计，在新疆地区，犁地车90％以上进口于欧美地区，国产犁地车非常罕见且使用可靠性差。

如果要解决上述问题，要么攻克变速箱生产工艺难题，要么另辟蹊径找到一条合理的设计路径来解决相应的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种柔性取力系统，该系统的设计思路主要是通过简化设计使取力器能实现大负载条件下低速大扭矩启动和小扭矩高速工作的目的，避免大负载在高速大扭矩启动时造成发动机熄火或电机烧损，以及避免取力器快速磨损的问题。同时降低传统传动系统中生产工艺过于复杂的问题，使变扭矩、变速度的灵活操作的愿景成为现实，同时，本发明还提供一种采用该柔性取力器的传动控制方法，该方法能耗低、对设备特别是离合器的摩擦副的损耗小，能够将设备的寿命提高到10年以上。

本发明的具体的技术方案为：一种柔性取力系统，包括柔性取力器和控制模块；所述的柔性取力器包括与动力输入的外设发动机或电动机传动连接的一级传动轴，还包括二级传动轴，所述的一级传动轴与二级传动轴之间设有提升一级传动轴至二级传动轴的输出扭矩的第一传动单元和提升一级传动轴至二级传动轴的传动速度的第二传动单元，所述的一级传动轴和第一传动单元之间设有第一离合器，所述的二级传动轴和第二传动单元之间设有第二离合器；

所述的控制模块包括第一油缸和第二油缸；第一离合器通过第一油缸控制离合；所述的第二离合器通过第二油缸控制离合。

在上述的柔性取力系统中，所述的控制模块还包括三位四通阀、控制器，所述的三位四通阀设有p口(进油口)、t口(回油口)、a口和b口，所述的a口连接至第一油缸，所述的b口连接至第二油缸，所述的p口与油泵连通；所述的油泵和t口均连接至液压油箱；所述的控制器控制三位四通阀动作。

在上述的柔性取力系统中，还包括调压阀，所述的调压阀的进口与油泵连通，所述的调压阀的出口与液压油箱连通。

在上述的柔性取力系统中，所述的第一传动单元包括啮合配合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；

所述的第二传动单元包括啮合配合的第三齿轮和第四齿轮，所述的第三齿轮的直径大于第四齿轮的直径；

所述的第一齿轮和第一离合器连接；所述的第二齿轮和二级传动轴固定连接；

所述的第三齿轮和一级传动轴固定连接，所述的第四齿轮和第二离合器连接。

需要说明的是，在本发明中，仅仅列出了二级传动轴的实现，在实际应用中还可能涉及到三级传动或四级传动，不论几级传动，都会涉及双离合器的控制，增设如上述的控制模块也可以实现，对此本发明不做过多限制。同理，下述的方法同样适用于三级传动和四级传动的情况。

同时，本发明还提供一种变扭矩、变速度的传动控制方法，采用如上所述的柔性取力系统实现动力输入的外设发动机或电动机和外设的工作设备之间的传动；包括如下步骤：

步骤1：在外设的工作设备启动至转速达到第一预设值期间，三位四通阀的p口、a口导通或间歇性导通且三位四通阀的t口、b口导通，第一离合器闭合或间歇性闭合且第二离合器持续性分离，使第一传动单元工作且第二传动单元不工作；

步骤2：当外设的工作设备转速达到第一预设值后，三位四通阀的p口、b口导通且三位四通阀的t口、a口导通，第二离合器闭合或间歇性闭合且第一离合器持续性分离，使第二传动单元工作且第一传动单元不工作；

步骤3：当外设的工作设备转速达到第二预设值后，三位四通阀的p口、b口保持导通状态且三位四通阀的t口、a口保持导通状态，第二离合器持续性闭合且第一离合器持续性分离，通过第二传动单元将动力从一级传动轴输出至二级传动轴，由二级传动轴带动外设的工作设备运行；

所述的第一预设值小于第二预设值。

在上述的变扭矩、变速度的传动控制方法中，当动力输入的主体为外设发动机时，还包括在任何时间均可执行的步骤4：当接收到外设的工作设备停止工作的信号，或外设的发动机点火信号消失，或外设的发动机的转速低于转速下限并持续1.5-2.5s时，或外设的发动机转速高于转速上限时；所述的转速下限和转速上限为用户预设数值；

三位四通阀的p口回中位(当p口回中位后，p口供油切断)，a口、b口、t口导通；

当外设的工作设备再次发出启动信号、发动机重新点火、发动机恢复到转速下限以上、发动机恢复到工作区间转速时，执行步骤1，或者如果设置了下述的步骤1s，则执行步骤1s。

在上述的变扭矩、变速度的传动控制方法中，所述的步骤1之前还包括步骤1s：判断外设的发动机的转速是否达到工作区间转速；若是，则进行步骤1；若否，则重复进行步骤1s直至发动机的转速达到工作区间转速；

所述的工作区间转速大于转速下限并小于转速上限。

在上述的变扭矩、变速度的传动控制方法中，当动力输入的主体为外设发动机时，还包括在任何时间均可执行的步骤5：当检测到搭载如上所述的系统的车辆发出制动信号时，三位四通阀的p口回中位，a口、b口、t口导通；

当检测到的制动信号消失且外设的发动机的转速处于工作区间，或检测到的制动信号未消失且外设的发动机转速达到工作区间转速的下限时，进行步骤2。

在上述的变扭矩、变速度的传动控制方法中，所述的转速下限为500r/min；转速上限为1600r/min；工作区间转速为800-1500r/min。

在上述的变扭矩、变速度的传动控制方法中，步骤1至步骤2的切换时间不超过1s。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的系统分为两个部分，一个部分为柔性取力器，其采用两个离合器来分别完成变扭矩和变速度的目的，这样将简化传动系统的结构，特别是采用一个离合器来变扭矩，一个离合器来变速度，使变扭矩的离合器的工作时长缩短到很短，提高其使用寿命。所以本系统具有结构简单、使用寿命长的优点。另外一个部分是，本发明引进了一套控制模块，该控制模块通过独立的油缸来控制第一离合器和第二离合器，可以显著的提高其响应速度。

本发明的方法具有两种方案，即两种不同的离合器采用间歇性或者非间歇性的闭合，这样的优点在于，避免持续性的啮合在大扭矩或者在加速过程中给离合器造成过大的负担，进而提高设备的使用寿命。

作为进一步改进，本发明考虑到了传统的技术方案中所没有涉及的技术控制难点，比如低转速情况、高转速情况、刹车制动情况，通过对控制过程进行进一步细化，可以降低外设的工作设备对于本传动系统的磨耗，能够降低因动力或外界环境因素变化导致的外设的发动机、本传动系统、外设工作设备的损坏。

附图说明

图1为实施例1的柔性取力器的结构示意图；

图2为实施例1的控制模块的结构示意图；

图3为实施例2的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。

实施例1

如图1-2所示，一种柔性取力系统，包括柔性取力器和控制模块；

所述的柔性取力器包括与外设的发动机传动连接的一级传动轴1，还包括二级传动轴2，所述的一级传动轴1与二级传动轴2之间设有提升一级传动轴1至二级传动轴2的输出扭矩的第一传动单元和提升一级传动轴1至二级传动轴2的传动速度的第二传动单元，所述的一级传动轴1和第一传动单元之间设有第一离合器3，所述的二级传动轴2和第二传动单元之间设有第二离合器4。

所述的第一传动单元包括啮合配合的第一齿轮5和第二齿轮6，第一齿轮5的直径小于第二齿轮6的直径；

所述的第二传动单元包括啮合配合的第三齿轮7和第四齿轮8，所述的第三齿轮7的直径大于第四齿轮8的直径；

所述的第一齿轮5和第一离合器3连接；所述的第二齿轮6和二级传动轴2固定连接；

所述的第三齿轮7和一级传动轴1固定连接，所述的第四齿轮8和第二离合器4连接。

所述的控制模块包括第一油缸9和第二油缸10；第一离合器3通过第一油缸9控制离合；所述的第二离合器4通过第二油缸10控制离合。

为了提高自动化控制水平，本控制模块还引进了控制器11和多位多通电磁阀进行油路的电控操作，具体来说，所述的控制模块还包括三位四通阀12、控制器11，所述的三位四通阀12设有p口121、t口122、a口123和b口124，p口121、t口122、a口123和b口124之间的导通或断开通过图示的线圈a和线圈b控制，线圈a和线圈b通过控制器11来进行控制，所述的a口123连接至第一油缸9，所述的b口124连接至第二油缸10，所述的p口121与油泵13连通；所述的油泵13和t口122均连接至液压油箱14；所述的控制器11控制三位四通阀12动作。

进一步地，本控制模块还包括调压阀15，所述的调压阀15的进口与油泵13连通，所述的调压阀15的出口与液压油箱14连通。调压阀15担负两个功能，一个功能是在本控制模块工作时进行油压调节，防止油路中油压超负荷；另外一个功能是在三位四通阀12的p口121关闭，a口123和b口124与t口122导通的情况下，调压阀15处于全开状态将油路中的液压油打循环。

实施例2

如图3所示，一种变扭矩、变速度的传动控制方法，其用于实现外设的发送机和外设的工作设备之间的传动；采用实施例1的系统，包括如下步骤：

步骤1s：判断外设的发动机的转速是否达到工作区间转速；若是，则进行步骤1；若否，则重复进行步骤1s直至发动机的转速达到工作区间转速；需要说明的是：所述的工作区间转速大于转速下限并小于转速上限；转速下限和转速上限根据车辆情况进行设置，以市场上普通的道路清扫车为例，转速下限500r/min；转速上限为1600r/min。但是在实际应用过程中，转速下限和转速上限并不局限于该具体数值。而工作区间转速我们一般选择设置在800-1500r/min，同样，工作区间转速根据车辆情况进行设置，并不局限于该具体数值。

步骤1：在外设的工作设备启动至转速达到第一预设值期间，三位四通阀12的p口121、a口123导通或间歇性导通且三位四通阀12的t口122、b口124导通，第一离合器3间歇性闭合且第二离合器4持续性分离，使第一传动单元工作且第二传动单元不工作；

在实际应用中，优选采用间歇性导通的方式实现第一离合器3的间歇性闭合，因为刚开始扭矩很大，第一离合器3如果长时间的闭合，则长久以往将对第一离合器3造成无法逆转的损伤。

第一离合器3的间歇性闭合的方式可以为：第一油缸导通1-4秒后断开0.2-2秒钟，再导通1-4秒钟断开0.2-2秒，如此自动循环，这样第一离合器3闭合1-4秒后断开0.2-2秒钟，再闭合1-4秒钟断开0.2-2秒。

步骤2：当外设的工作设备转速达到第一预设值后，三位四通阀12的p口121、b口124导通且三位四通阀12的t口122、a口123导通，第二离合器4间歇性闭合且第一离合器3持续性分离，使第二传动单元工作且第一传动单元不工作；

步骤1至步骤2之间的切换时间不宜超过1s，因为涉及到油路系统的油压变化到位，所以步骤1和2之间存在切换时间，但是其时间不宜过长。

步骤3：当外设的工作设备转速达到第二预设值后，三位四通阀12的p口121、b口124保持导通状态且三位四通阀12的t口122、a口123保持导通状态，第二离合器4持续性闭合且第一离合器3持续性分离，通过第二传动单元将动力从一级传动轴1输出至二级传动轴2，由二级传动轴2带动外设的工作设备运行；

所述的第一预设值小于第二预设值。

通过第一离合器3间歇性闭合使在启动初步阶段克服了大扭矩带来的磨损加大的问题，通过第二离合器4间歇性闭合使在启动中后期的加速阶段克服了快速加速带来的磨损加大的问题。

但是某些比较特殊的应用情况，我们应当也要予以重视，这些极端情况本领域技术方案大多没有引起重视。

具体来说，包括以下情况：

情况一

接收到外设的工作设备停止工作的信号；这种情况代表外设的工作设备工作结束了，操作人员在车内按下了停止工作的按钮，这个时候就会产生停止工作的信号。

情况二

外设的发动机点火信号消失；这种情况代表外设的发动机熄火了，这个时候要及时切断发动机和外设的工作设备之间的联系，防止外设的工作设备继续带动发动机转动，损坏发动机，同时也为了保证本系统以及外设的工作设备的安全。

情况三

外设的发动机的转速低于转速下限并持续1.5-2.5s；这种情况代表发动机即将要熄火，参考情况二。如果只是瞬间的低转速，本发明并不会将这种情况计入需要切断发动机和外设的工作设备之间的联系的考虑。但是低转速的持续代表着发动机非常大概率要熄火，这种情况就要纳入考虑范围。

情况四

外设的发动机转速高于转速上限；这种情况代表发动机处于一种极端状况，如陡然应急加速等可能代表超转速的情况，这个时候如果不断开发动机和外设的工作设备之间的联系，则不仅影响车辆的应急加速，还可能会到这外设的工作设备因超转速运转导致的设备损坏。

上述的情况一至四，都应当断开发动机和外设的工作设备之间的联系；具体操作为：三位四通阀12的p口121回中位，a口123、b口124、t口122导通。

本发明所述的转速下限和转速上限根据车辆情况进行设置，以市场上普通的道路清扫车为例，转速下限500r/min；转速上限为1600r/min。但是在实际应用过程中，转速下限和转速上限并不局限于该具体数值。

上述的情况一-四的情况消失时，如外设的工作设备再次发出启动信号、发动机重新点火、发动机恢复到转速下限以上、发动机恢复到工作区间转速时，执行步骤1s。

除了上述的情况外，还包括另外一种需要考虑的情况，即：

情况五

当检测到搭载本系统的车辆发出制动信号时，应当断开发动机和外设的工作设备之间的联系；具体操作为：三位四通阀12的p口121回中位，a口123、b口124、t口122导通；

当检测到的制动信号消失且外设的发动机的转速处于工作区间，或检测到的制动信号未消失且外设的发动机转速达到工作区间转速的下限时，进行步骤2。

本实施例的结构简单，使用寿命长，其方法虽然适当的延长了启动时间，但是使使用寿命明显增加。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。