CN109139588A - 液压动力系统及路轨两用作业车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种液压动力系统及路轨两用作业车辆。液压动力系统包括：比例变量马达(1‑5)，用于驱动作业车辆行驶；比例变量泵(1‑1)，与所述比例变量马达(1‑5)操作性地连接，用于向所述比例变量马达(1‑5)提供动力油；和控制机构，用于根据不同的工况阶段对所述比例变量马达(1‑5)和所述比例变量泵(1‑1)分别进行变排量控制。本公开实施例能够实现不同工工况阶段的良好适应性。

Description

液压动力系统及路轨两用作业车辆

技术领域

本公开涉及液压控制领域，尤其涉及一种液压动力系统及路轨两用作业车辆。

背景技术

近年来我国轨道交通蓬勃发展，地铁、城轨、高铁以及西部地区铁路建设如火如荼。随着轨道所经过的区域不断增加，地形及地质也越来越复杂。并且，轨道毗邻的地域在发生各种灾害例如火灾、水灾、雪灾、地震等时，对轨道应急救援需求和反应时间提出了非常高的要求。

路轨两用的作业车辆与传统的轨道专用功能车辆相比，最大优势是机动灵活，且全寿命周期成本远低于传统轨道车辆，因此更能适应现代化节能环保高效率的需要。然而我国路轨两用技术水平较低，工况适应性较差。而且，目前国内路轨两用功能车辆轨道行驶速度多在40km/h以下，而较低的轨道运行速度会造成救援不及时、作业转场效率低等问题，难以满足对路轨两用越来越高的速度要求。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种液压动力系统及路轨两用作业车辆，能够提高液压动力系统的工况适应性。

在本公开的一个方面，提供一种电控液压驱动系统，包括：

比例变量马达，用于驱动作业车辆行驶；

比例变量泵，与所述比例变量马达操作性地连接，用于向所述比例变量马达提供动力油；和

控制机构，用于根据不同的工况阶段对所述比例变量马达和所述比例变量泵分别进行变排量控制。

在一些实施例中，所述控制机构包括：

第一排量控制阀，用于对所述比例变量马达的变量机构进行控制，以调整所述比例变量马达的排量；和

第二排量控制阀，用于对所述比例变量泵的变量机构进行控制，以调整所述比例变量泵的排量。

在一些实施例中，所述第一排量控制阀集成在所述比例变量马达上，和/或所述第二排量控制阀集成在所述比例变量泵上。

在一些实施例中，所述比例变量马达和所述比例变量泵处于同一闭式液压回路中。

在一些实施例中，所述液压动力系统还包括冲洗阀、散热器和过滤器，所述冲洗阀集成在所述比例变量马达上，且所述冲洗阀的进口位于所述比例变量马达的至少一条工作油路上，所述散热器和所述过滤器依次串联在所述冲洗阀的出口与油箱之间的油路上。

在一些实施例中，所述液压动力系统还包括补油及安全模块，集成在所述比例变量泵上，用于对所述闭式液压回路进行补油。

在一些实施例中，所述控制机构还包括：

操纵部件，具有多个操作位置，且能够在多个操作位置之间连续调整；和

控制器，与所述操纵部件、所述第一排量控制阀和所述第二排量控制阀信号连接，用于根据所述操纵部件所处位置及调整方向，实现所述第一排量控制阀和所述第二排量控制阀的控制油的流向和/或流量的分别控制。

在一些实施例中，所述多个操作位置包括：启动位置、最大前进位置和最大倒车位置，启动工况对应于所述启动位置，第一增速工况和第二增速工况对应于所述操纵部件从所述启动位置朝向所述最大前进位置的两段运动行程，第一减速工况和第二减速工况对应于所述操纵部件从所述最大前进位置朝向所述启动位置的两段运动行程，倒车工况对应于所述操纵部件在所述启动位置和所述最大倒车位置之间的运动行程。

在一些实施例中，所述控制机构被配置为在启动工况下控制所述比例变量泵的排量为最小排量，控制所述比例变量马达的排量为最大排量。

在一些实施例中，所述控制机构被配置为在第一增速工况下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵的排量从最小排量增至最大排量，然后在第二增速工况下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达的排量逐渐减小，直至所述作业车辆的车速达到设定速度。

在一些实施例中，所述控制机构被配置为在第一减速工况下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达的排量逐渐增大至最大排量，然后在第二减速工况下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵的排量从最大排量减小到最小排量。

在一些实施例中，所述控制机构被配置为在倒车工况下维持所述比例变量马达的排量不变，并根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵的排量逐渐增加，以及根据逐渐减小的控制量控制所述比例变量泵的排量逐渐减小。

在一些实施例中，所述第一排量控制阀和/或所述第二排量控制阀为比例电磁阀。

在本公开的一个方面，提供一种路轨两用作业车辆，包括：

至少一个轮轴和设置在轮轴两端的轨道轮；和

前述的液压动力系统；

其中，所述液压动力系统的比例变量马达可操作地与所述轮轴连接，用于向所述轮轴传递动力，以驱动所述轨道轮在轨道上运行。

在一些实施例中，还包括：行星减速机，所述比例变量马达与所述行星减速机连接，所述行星减速机通过齿轮箱与所述轮轴连接。

在一些实施例中，包括至少两个轮轴，所述液压动力系统包括至少两个比例变量马达，分别与所述至少两个轮轴可操作地连接。

因此，根据本公开实施例，液压动力系统能够通过控制机构基于不同工况阶段对比例变量马达和比例变量泵的变排量控制，实现不同工工况阶段的良好适应性。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是根据本公开液压动力系统的一些实施例的液压原理示意图；

图2是根据本公开液压动力系统的一些实施例中电控部分的方框示意图；

图3是根据本公开液压动力系统的一些实施例中操纵部件的工作模式示意图；

图4是根据本公开路轨两用作业车辆的一些实施例的局部结构示意图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1所示，是根据本公开液压动力系统的一些实施例的液压原理示意图。参考图1，在一些实施例中，液压动力系统包括：比例变量马达1-5、比例变量泵1-1和控制机构。比例变量马达1-5用于驱动作业车辆行驶。比例变量泵1-1与所述比例变量马达1-5操作性地连接，用于向所述比例变量马达1-5提供动力油。控制机构可根据不同的工况阶段对所述比例变量马达1-5和所述比例变量泵1-1分别进行变排量控制。根据不同的作业车辆的设计，液压动力系统可以包括一个比例变量马达1-5来实现一个轮轴的驱动，或者如图1所示包括两个比例变量马达1-5来分别对两个轮轴分别进行驱动。

在本实施例中，液压动力系统通过控制机构基于不同工况阶段对比例变量马达和比例变量泵的变排量控制，可实现不同工工况阶段的良好适应性。

在图1中，控制机构可包括：第一排量控制阀1-4和第二排量控制阀1-2。其中，第一排量控制阀1-4可用于对所述比例变量马达1-5的变量机构进行控制，以调整所述比例变量马达1-5的排量。第二排量控制阀1-2可用于对所述比例变量泵1-1的变量机构进行控制，以调整所述比例变量泵1-1的排量。

第一排量控制阀1-4优选采用电磁比例阀。控制器可通过向电磁比例阀提供不同的控制电流来调整电磁比例阀的引导方向和开度，而电磁比例阀可实现对比例变量马达1-5的变量机构的控制，进而实现比例变量马达1-5的变排量控制。在图1中，第一排量控制阀1-4为两位三通电磁比例阀，其一个油口分别与比例变量马达1-5的两端油口通过单向阀连通，以便从比例变量马达1-5的两端油口中取得最大油压；其另两个油口则连通变量机构的活塞腔和回油油路。当第一排量控制阀1-4的电磁铁得电吸合时，比例变量马达1-5的两端油口中的最大油压经由第一排量控制阀1-4流向变量机构，并根据第一排量控制阀1-4的开度控制流向变量机构的压降；而当第一排量控制阀1-4的电磁铁失电复位时，切断比例变量马达1-5的两端油口到变量机构的油路，且将变量机构的活塞腔连接回油油路。

第二排量控制阀1-2优选采用电磁比例阀。控制器可通过向电磁比例阀提供不同的控制电流来调整电磁比例阀的引导方向和开度，而电磁比例阀可实现对比例变量泵1-1的变量机构的控制，进而实现比例变量泵1-1的变排量控制。在图1中，第二排量控制阀1-2为三位四通电磁比例阀，其中位机能为H型，且在中位设有节流结构。左位和右位分别对应了控制油的不同流向。通过控制第二排量控制阀1-2可调整比例变量泵1-1的变量机构的不同活塞腔的油压，从而改变比例变量泵1-1的出油方向和排量。

为了使结构更紧凑，在一些实施例中，可将第一排量控制阀1-4集成在所述比例变量马达1-5上，也可将所述第二排量控制阀1-2集成在所述比例变量泵1-1上。这样不仅使得液压动力系统的结构更加紧凑，占用空间小，而且也简化了管线的连接。

参考图1，在一些实施例中，可将比例变量马达1-5和所述比例变量泵1-1设置在同一闭式液压回路中，这样能够降低对较大容积的油箱和大流量液压单元的需求，而且能够实现更高的系统压力。而相应的，在图1中，液压动力系统还可以包括冲洗阀1-3、散热器1-7和过滤器1-8。所述冲洗阀1-3集成在所述比例变量马达1-5上，且所述冲洗阀1-3的进口位于所述比例变量马达1-5的至少一条工作油路上，所述散热器1-7和所述过滤器1-8依次串联在所述冲洗阀1-3的出口与油箱1-9之间的油路上。

当比例变量马达1-5的两端存在较大压差时，油压可开启冲洗阀1-3，部分油液经过冲洗阀1-3泄向散热器1-7。流向散热器1-7的油液经过冷却后经由过滤器1-8流入到油箱1-9内。这样就实现了闭式液压回路中的热量释放。另外，将冲洗阀1-3集成在比例变量马达1-5可进一步使结构紧凑，减少空间占用，简化管线连接。

为了给闭式液压回路补油，在一些实施例中，液压动力系统还包括补油及安全模块1-6。补油及安全模块1-6可以包括补油泵和溢流阀等。补油及安全模块1-6可以集成在所述比例变量泵1-1上，用于对所述闭式液压回路进行补油。补油及安全模块1-6通过吸入油箱1-9中冷却后的油液，可以对闭式液压回路的泄漏进行补充，从而实现闭式油路系统的冷却。通过将补油及安全模块1-6集成在比例变量泵1-1，可进一步使结构紧凑，减少空间占用，简化管线连接。另外，液压动力系统还可以包括过滤器及堵塞报警装置1-10等。

如图2所示，是根据本公开液压动力系统的一些实施例中电控部分的方框示意图。在本实施例中，液压动力系统的控制结构还包括操纵部件2-1和控制器2-4。控制器2-4可与操纵部件2-1以及第一排量控制阀1-4和所述第二排量控制阀1-2信号连接。当作业员对操纵部件2-1进行操作时，控制器2-4能够根据所述操纵部件2-1所处位置及调整方向，实现所述第一排量控制阀1-4和所述第二排量控制阀1-2的控制油的流向和/或流量的分别控制。

参考图2，在一些实施例中，作业车辆的电控系统包括蓄电池2-2、底盘行车显示器2-3和速度传感器2-5。蓄电池2-2、底盘行车显示器2-3和速度传感器2-5均与控制器2-4连接。蓄电池2-2可以向操纵部件2-1和控制器2-4供电。底盘行车显示器2-3可用来显示当前的车辆行驶速度，速度传感器2-5可用来采集车辆轨道行驶的速度信息。

如图3所示，是根据本公开液压动力系统的一些实施例中操纵部件的工作模式示意图。在本实施例中，操纵部件2-1具有多个操作位置，且能够在多个操作位置之间连续调整。参考图3，多个操作位置可以包括：启动位置A、最大前进位置B和最大倒车位置C。启动位置A可位于操纵部件2-1的中位，而最大前进位置B和最大倒车位置C分别位于启动位置A的前后或左右两侧。操纵部件2-1不限于图3所示的手柄形式，也可为旋钮或拨杆等其他形式。

当操纵部件2-1处于启动位置A时，对应于启动工况4-1。在这种工况下，启动需要克服静摩擦力，因此对驱动扭矩需求较大。此时无需较大的流量，控制机构可被配置为控制所述比例变量泵1-1的排量为最小排量，控制所述比例变量马达1-5的排量为最大排量，这样马达排量越大，所产生的扭矩越大，而且不会造成大量的液压油溢流。由于泵排量较小，因此启动也比较平稳。

当操纵部件2-1从所述启动位置A朝向所述最大前进位置B运动时，可实现两个增速阶段，分别为第一增速工况4-2和第二增速工况4-3。也就是说，第一增速工况4-2和第二增速工况4-3对应于所述操纵部件2-1从所述启动位置A朝向所述最大前进位置B的两段运动行程。在第一增速工况4-2下，控制机构被配置为根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵1-1的排量从最小排量增至最大排量，此时维持比例变量马达1-5不变。这样可以使初始加速阶段有较大的驱动扭矩。而在第二增速工况4-3时，泵排量已达到最大排量，车辆达到一定速度，运行阻力较小，这时维持泵排量为最大排量，控制机构根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达1-5的排量逐渐减小，以使得作业车辆继续提速，直至所述作业车辆的车速达到设定速度，例如70km/h。

当操纵部件2-1从所述最大前进位置B朝向所述启动位置A运动时，可实现两个减速阶段，分别为第一减速工况4-5和第二减速工况4-6。也就是说，第一减速工况4-5和第二减速工况4-6对应于所述操纵部件2-1从所述最大前进位置B朝向所述启动位置A的两段运动行程。在第一减速工况4-5下，维持比例变量泵1-1排量为最大排量，控制机构被配置为根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达1-5的排量逐渐增大至最大排量。而在第二减速工况4-6时，维持比例变量马达1-5的排量在最大排量，控制机构被配置为根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵1-1的排量从最大排量减小到最小排量。减速阶段的控制可为增速阶段的逆向操作，因此过程及效果可参考增速阶段。

当操纵部件2-1在所述启动位置A和所述最大倒车位置C之间运动时，对应于倒车工况4-7，为了安全性考虑，倒车速度不宜过快，且倒车时也需要较大的扭矩来克服静摩擦力。此时控制机构被配置为维持所述比例变量马达1-5的排量不变，并根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵1-1的排量逐渐增加，以及根据逐渐减小的控制量控制所述比例变量泵1-1的排量逐渐减小。这样在比例变量马达维持最大排量的情况下，仅控制比例变量泵1-1的排量即可满足倒车速度的调整需求。

如图4所示，是根据本公开路轨两用作业车辆的一些实施例的局部结构示意图。参考图4，在一些实施例中，路轨两用作业车辆包括：至少一个轮轴3-2和设置在轮轴3-2两端的轨道轮3-1。在路轨两用作业车辆中还包括前述任一种液压动力系统的实施例。液压动力系统的比例变量马达1-5可操作地与所述轮轴3-2连接，用于向所述轮轴3-2传递动力，以驱动所述轨道轮3-1在轨道上运行。图4中的马达机构3-3可以是集成了第一排量控制阀1-4和冲洗阀1-3的比例变量马达1-5。

为了实现马达机构3-3到轮轴3-2的传动作用，路轨两用作业车辆还可包括行星减速机3-4。所述比例变量马达1-5与所述行星减速机3-4连接，所述行星减速机3-4通过齿轮箱3-5与所述轮轴3-2连接。这样就实现了从比例变量马达1-5经由行星减速机3-4和齿轮箱3-5到轮轴3-2的动力传递路径。通过设置具有速比较大、体积较小的特点的行星减速机3-4，可以减少空间布置需求、降低减速箱设计及马达选型难度。在另一些实施例中，如果空间布置需求易于满足、减速箱便于设计以或马达便于选型，则可省去行星减速机，由比例变量马达1-5直接驱动齿轮箱3-5，这样可以简化结构，减轻整体重量。

在图4中，路轨两用作业车辆可包括至少两个轮轴3-2，而液压动力系统包括至少两个比例变量马达1-5，分别与所述至少两个轮轴3-2可操作地连接，可实现各个轮轴的独立控制。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (16)

1.一种液压动力系统，其特征在于，包括：

比例变量马达(1-5)，用于驱动作业车辆行驶；

比例变量泵(1-1)，与所述比例变量马达(1-5)操作性地连接，用于向所述比例变量马达(1-5)提供动力油；和

控制机构，用于根据不同的工况阶段对所述比例变量马达(1-5)和所述比例变量泵(1-1)分别进行变排量控制。

2.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构包括：

第一排量控制阀(1-4)，用于对所述比例变量马达(1-5)的变量机构进行控制，以调整所述比例变量马达(1-5)的排量；和

第二排量控制阀(1-2)，用于对所述比例变量泵(1-1)的变量机构进行控制，以调整所述比例变量泵(1-1)的排量。

3.根据权利要求2所述的液压动力系统，其特征在于，所述第一排量控制阀(1-4)集成在所述比例变量马达(1-5)上，和/或所述第二排量控制阀(1-2)集成在所述比例变量泵(1-1)上。

4.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述比例变量马达(1-5)和所述比例变量泵(1-1)处于同一闭式液压回路中。

5.根据权利要求4所述的液压动力系统，其特征在于，还包括冲洗阀(1-3)、散热器(1-7)和过滤器(1-8)，所述冲洗阀(1-3)集成在所述比例变量马达(1-5)上，且所述冲洗阀(1-3)的进口位于所述比例变量马达(1-5)的至少一条工作油路上，所述散热器(1-7)和所述过滤器(1-8)依次串联在所述冲洗阀(1-3)的出口与油箱(1-9)之间的油路上。

6.根据权利要求4所述的液压动力系统，其特征在于，还包括补油及安全模块(1-6)，集成在所述比例变量泵(1-1)上，用于对所述闭式液压回路进行补油。

7.根据权利要求2所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构还包括：

操纵部件(2-1)，具有多个操作位置，且能够在多个操作位置之间连续调整；和

控制器(2-4)，与所述操纵部件(2-1)、所述第一排量控制阀(1-4)和所述第二排量控制阀(1-2)信号连接，用于根据所述操纵部件(2-1)所处位置及调整方向，实现所述第一排量控制阀(1-4)和所述第二排量控制阀(1-2)的控制油的流向和/或流量的分别控制。

8.根据权利要求7所述的液压动力系统，其特征在于，所述多个操作位置包括：启动位置(A)、最大前进位置(B)和最大倒车位置(C)，启动工况(4-1)对应于所述启动位置(A)，第一增速工况(4-2)和第二增速工况(4-3)对应于所述操纵部件(2-1)从所述启动位置(A)朝向所述最大前进位置(B)的两段运动行程，第一减速工况(4-5)和第二减速工况(4-6)对应于所述操纵部件(2-1)从所述最大前进位置(B)朝向所述启动位置(A)的两段运动行程，倒车工况(4-7)对应于所述操纵部件(2-1)在所述启动位置(A)和所述最大倒车位置(C)之间的运动行程。

9.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构被配置为在启动工况(4-1)下控制所述比例变量泵(1-1)的排量为最小排量，控制所述比例变量马达(1-5)的排量为最大排量。

10.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构被配置为在第一增速工况(4-2)下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵(1-1)的排量从最小排量增至最大排量，然后在第二增速工况(4-3)下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达(1-5)的排量逐渐减小，直至所述作业车辆的车速达到设定速度。

11.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构被配置为在第一减速工况(4-5)下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量马达(1-5)的排量逐渐增大至最大排量，然后在第二减速工况(4-6)下根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵(1-1)的排量从最大排量减小到最小排量。

12.根据权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述控制机构被配置为在倒车工况(4-7)下维持所述比例变量马达(1-5)的排量不变，并根据逐渐增大的控制量控制所述比例变量泵(1-1)的排量逐渐增加，以及根据逐渐减小的控制量控制所述比例变量泵(1-1)的排量逐渐减小。

13.根据权利要求2所述的液压动力系统，其特征在于，所述第一排量控制阀(1-4)和/或所述第二排量控制阀(1-2)为比例电磁阀。

14.一种路轨两用作业车辆，其特征在于，包括：

至少一个轮轴(3-2)和设置在轮轴(3-2)两端的轨道轮(3-1)；和

权利要求1～13任一所述的液压动力系统；

其中，所述液压动力系统的比例变量马达(1-5)可操作地与所述轮轴(3-2)连接，用于向所述轮轴(3-2)传递动力，以驱动所述轨道轮(3-1)在轨道上运行。

15.根据权利要求14所述的路轨两用作业车辆，其特征在于，还包括行星减速机(3-4)，所述比例变量马达(1-5)与所述行星减速机(3-4)连接，所述行星减速机(3-4)通过齿轮箱(3-5)与所述轮轴(3-2)连接。

16.根据权利要求14所述的路轨两用作业车辆，其特征在于，包括至少两个轮轴(3-2)，所述液压动力系统包括至少两个比例变量马达(1-5)，分别与所述至少两个轮轴(3-2)可操作地连接。