液压驱动系统、包含其的双驱动系统、工程机械

摘要

本发明提供了一种液压驱动系统、包含其的双驱动系统、工程机械。该液压驱动系统包括供油泵（10）和与供油泵（10）通过液压管路连接的液压马达（20），液压驱动系统还包括调节液压马达（20）的输出扭矩的扭矩调节机构（30），扭矩调节机构（30）连接至供油泵（10）和/或液压马达（20）。根据本发明的液压驱动系统，能够使液压驱动系统对其输出扭矩进行快速及时的调整，保证其输出扭矩与主驱动系统之间的驱动力相匹配。

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体而言，涉及一种液压驱动系统、包含其的双驱动系统、 工程机械。

背景技术

目前车辆多采用机械传动方式驱动，其动力传递路线为：发动机通过离合器、变速箱、 传动轴、分动箱将动力传递给各个驱动桥。对于重型车辆而言，由于其整车负载大，行驶阻 力也很大，为了满足车辆的动力性指标，尤其是车辆的最大爬坡度要求，仅依靠机械驱动则 需要更大规格的发动机和更多的驱动桥，但通常重型车辆驱动桥数量已经很多，再增加驱动 桥数量很困难。为解决这一问题，现有技术中多采用并联式混合动力驱动，即通过增加另一 个动力单元作为辅助动力单元的方式来提高车辆的驱动力，以在特殊工况（如大爬坡）时提 供辅助驱动力，在正常工况行驶时，可以关闭辅助动力单元，仅靠机械驱动车辆。

但机械传动方式不能够有效地对输出扭矩进行精确、及时的控制，因此导致辅助驱动单 元和主驱动单元之间的驱动力无法相匹配，大大降低了双驱动单元的工作效率。

发明内容

本发明旨在提供一种液压驱动系统、包含其的双驱动系统、工程机械，能够使液压驱动 系统对其输出扭矩进行快速及时的调整，保证其输出扭矩与主驱动系统之间的驱动力相匹配。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种液压驱动系统，包括供油泵和 与供油泵通过液压管路连接的液压马达，液压驱动系统还包括调节液压马达的输出扭矩的扭 矩调节机构，扭矩调节机构连接至供油泵和/或液压马达。

进一步地，扭矩调节机构包括控制器和与控制器连接的调节装置，控制器接收扭矩需求 信息，并根据扭矩需求信息控制调节装置调节液压马达的输出扭矩。

进一步地，调节装置连接至液压马达，液压马达为变量马达，调节装置为控制变量马达 的排量的电控调节装置。

进一步地，供油泵为闭式变量泵，闭式变量泵的控制端连接有控制闭式变量泵换向的换 向阀以及调节闭式变量泵的输出压力的压力切断阀。

进一步地，液压驱动系统为闭式液压驱动系统，液压马达两端的液压管路之间连接有反 馈支路，反馈支路上具有两个反向设置的单向阀，两个单向阀的出口端相对，压力切断阀的 控制端连接至两个单向阀之间的反馈支路上。

进一步地，压力切断阀为连接至控制器的电控压力调节阀，调节装置包括电控压力调节 阀。

进一步地，液压驱动系统还包括连接至液压马达的速度检测装置。

进一步地，压力切断阀的压力切断值为定值。

根据本发明的另一方面，提供了一种双驱动系统，包括相互独立的主驱动系统、辅助驱 动系统以及与主驱动系统和辅助驱动系统驱动连接的驱动桥，该辅助驱动系统为上述的液压 驱动系统。

根据本发明的再一方面，提供了一种工程机械，包括液压驱动系统，该液压驱动系统为 上述的液压驱动系统。

应用本发明的技术方案，液压驱动系统包括供油泵、液压马达和扭矩调节机构。在确定 所需要的输出扭矩之后，扭矩调节机构可以根据该输出扭矩来对液压马达和/或供油泵进行调 整，从而通过改变液压马达的输出排量或者改变供油泵的输出压力的方式来实现对液压马达 的输出扭矩的调整，使其最终满足要求。由于本方案直接对供油泵和/或液压马达进行调节， 因此可以对液压驱动系统的输出扭矩进行快速及时的调整，控制更加准确，可以有效提高系 统的工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施例的液压驱动系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明的第一实施例的液压驱动系统的扭矩调节机构的工作原理图；

图3示出了根据本发明的第二实施例的液压驱动系统的结构示意图；以及

图4示出了根据本发明的第二实施例的液压驱动系统的扭矩调节机构的工作原理图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下， 本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在一般情况下，液压系统中作为扭矩输出机构的液压马达的扭矩计算公式为：

$T=\frac{V_g·\mathrm{\Delta P}}{2\pi }·{\eta }_m$

其中T为扭矩，V_g为马达排量，ΔP为马达压差，η_m为机械效率。

从上述公式可知液压马达的输出扭矩由液压马达的排量和液压系统的压力来决定，因此 只要控制液压马达的排量和/或系统压力即可控制液压马达的输出扭矩。本发明主要采用三种 方式来进行液压马达的输出扭矩的控制，第一种方式为系统压力不变，通过控制液压马达排 量来控制液压马达的输出扭矩；第二种方式为液压马达排量不变，通过控制系统压力来控制 液压马达的输出扭矩；第三种方式为同时对系统压力和液压马达进行调节来控制液压马达的 输出扭矩。

如图1至图4所示，根据本发明的实施例，液压驱动系统包括供油泵10和与供油泵10 通过液压管路连接的液压马达20，供油泵10、液压马达20和液压管路连接形成闭式回路。 液压驱动系统还包括调节液压马达20的输出扭矩的扭矩调节机构30，扭矩调节机构30连接 至供油泵10和/或液压马达20，通过控制扭矩调节机构30就可以对供油泵10的输出压力和 液压马达20的排量进行调节，从而调节液压马达20的输出扭矩至所需大小。

在确定所需要的输出扭矩之后，扭矩调节机构30可以根据该输出扭矩来对液压马达20 和/或供油泵10进行调整，从而通过改变液压马达20的排量或者改变供油泵10的输出压力的 方式来实现对液压马达20的输出扭矩的调整，使其最终满足要求。由于本方案直接对供油泵 10和/或液压马达20进行调节，因此可以对液压驱动系统的输出扭矩进行快速及时的调整， 控制更加准确，可以有效提高液压系统的工作效率。

结合参见图1和图2所示，根据本发明的第一实施例的液压驱动系统，扭矩调节机构30 包括控制器40和与控制器40连接的调节装置，控制器40接收扭矩需求信息，并根据扭矩需 求信息控制调节装置调节液压马达20的输出扭矩。该控制器40所接收的扭矩需求信息可以 是来自于其它机构计算所得，也可以是在控制器40内预置的一扭矩值，控制器40对该扭矩 进行计算，并将之转换为调节装置可以识别的电信号或者其它信号，然后将该信号传递至调 节装置，使调节装置对液压马达20的排量进行调整，使其达到所需的输出扭矩。

当然，在其它实施例中，扭矩调节机构30也可以是手动的，在调整时，可以通过操作人 员手动对扭矩调节机构30进行操作，来实现对液压马达20的排量的调整。

在本实施例中，液压马达20为变量马达，更具体地，为双向变量马达，调节装置为控制 该变量马达的排量的电控调节装置31，该电控调节装置31例如为电控调节控制器。

优选地，本实施例中的供油泵10为闭式变量泵，该闭式变量泵的控制端连接有控制闭式 变量泵换向的换向阀11和控制该闭式变量泵的输出压力的压力切断阀32。此处的换向阀11 具体为三位四通电磁阀，当然也可以用其它的换向阀来代替此换向阀，例如液控换向阀等， 该三位四通电磁阀的电磁控制端连接至控制器40。换向阀11和压力切断阀32共同连接至一 控制油源，通过该控制油源可以控制三位四通电磁阀的换向。此处的压力切断阀32为开启压 力恒定的弹簧式压力切断阀。在液压马达20两端的液压管路之间连接有反馈支路50，反馈支 路50上具有两个反向设置的单向阀51，两个单向阀51的出口端相对，压力切断阀32的控制 端连接至两个单向阀51之间的反馈支路50上。闭式变量泵的变排量装置由三位四通电磁阀 控制，进而控制油泵的压力油输出方向，变排量装置的动力来自于控制油源，两个单向阀51 可以将闭式变量泵的输出压力反馈到压力切断阀32的反馈口，由于闭式变量泵的输出压力等 于压力切断阀32的弹簧腔压力预设值，因此闭式变量泵输出的压力不变。

优选地，本实施例的液压驱动系统还包括至少一个内置式或者外置式的补油泵、一个冲 洗阀，还可以包括一个连接至液压马达20的速度检测装置，该速度检测装置能够检测液压马 达20的转速，防止其超速，使液压驱动系统的工作更加安全可靠。

当然，对于三位四通电磁换向阀和电控调节装置31而言，可以共用同一个控制器，也可 以通过不同的控制器分别进行控制。

在液压驱动系统工作时，可以通过控制器40来控制三位四通电磁阀的工作位置，从而控 制闭式变量泵的高压油输出方向，进而控制液压马达20的转动方向，驱动车辆前进或者后退。 控制器40同时可以从其它系统例如主驱动系统处接收到扭矩需求信息，并经过计算，发出指 令至电控调节装置31，然后通过电控调节装置31调节液压马达20的排量大小，使液压马达 20的输出扭矩满足所需扭矩要求。

结合参见图3和图4所示，根据本发明的第二实施例，其与第一实施例的基本结构相同， 不同之处在于，在本实施例中，液压马达20为排量恒定的马达，且去除了控制液压马达20 的电控调节装置31，同时，在本实施例中，压力切断阀32为连接至控制器40的电控压力调 节阀，调节装置包括该电控压力调节阀。由于电控压力调节阀的开启压力可以通过控制器40 控制调节，因此，闭式变量泵的排量自动变化，以保证闭式变量泵的输出压力等于压力切断 阀32的电控压力调定值，由于该电控压力调定值是可以调整的，因此，闭式变量泵的输出压 力也相应地可以调整，相应地，通过调整闭式变量泵的输出压力可以实现对液压马达20的输 出扭矩的调整。

在本实施例中，采用的是上述的第二种液压马达输出扭矩的控制方式，即液压马达20的 排量不变，通过控制系统压力来控制液压马达的输出扭矩。

在液压驱动系统工作时，可以通过控制器40来控制三位四通电磁阀的工作位置，从而控 制闭式变量泵的高压油输出方向，进而控制液压马达20的转动方向，驱动车辆前进或者后退。 控制器40同时可以从其它系统例如主驱动系统处接收到扭矩需求信息，并经过计算，发出指 令至电控压力调节阀，然后通过电控压力调节阀调节闭式变量泵的输出压力，最终使液压马 达20的输出扭矩满足所需扭矩要求。

上述的两个实施例中，第一个实施例中液压系统的压力不变，控制器40接收扭矩需求信 息，仅需发出指令控制液压马达20的排量大小，即可控制驱动扭矩；第二个实施例中，液压 马达20的排量不变，控制器40接收扭矩需求信息，仅需发出指令控制闭式变量泵的输出油 压变化以调节系统压力的大小，即可控制液压马达20输出的驱动扭矩随系统压力而变化。两 个实施例中控制器40只需控制三位四通电磁阀两端以及另外一个参量即可，因此结构简单， 调节方便；由于液压系统的流量由闭式变量泵自动改变排量实现，因此可以做到按需提供， 在一定的车速范围内，实现车辆无级变速。

在一个未示出的实施例中，也可以采用第三种输出扭矩控制方式，即将上述两种控制方 式结合起来，可以同时对闭式变量泵的排量大小和液压马达20的输出排量进行调节，以实现 对液压马达20的输出扭矩进行控制调节。在该实施例中，可以将电控调节装置31和电控压 力调节阀共同连接至控制器40，然后通过控制器40分别对电控调节装置31和电控压力调节 阀进行控制，使液压马达的输出扭矩最终满足需求。

上述的各控制方式并不局限于闭式系统中，也可以应用于开式系统中。

在双独立驱动系统方案的实施中，两个系统的驱动力匹配将十分关键。其中整个驱动系 统应以主驱动系统为主，辅助驱动系统应跟随主驱动单元相关参数的变化而做出变化。而根 据本发明的实施例，双驱动系统包括并联设置的主驱动系统、辅助驱动系统以及与主驱动系 统和辅助驱动系统驱动连接的驱动桥，该辅助驱动系统为上述的液压驱动系统，液压驱动系 统的控制器40连接至主驱动系统，接收主驱动系统的扭矩信息，并根据该扭矩信息计算液压 驱动系统所需要输出的扭矩，然后根据该所需扭矩对供油泵10和/或液压马达20进行控制， 使液压马达20的输出扭矩最终满足要求，从而使辅助驱动系统与主驱动系统相匹配，实现对 液压系统输出扭矩的实时、快速、准确的调整。

双驱动系统包括主驱动系统和辅助驱动系统，以主驱动系统为主，辅助驱动系统根据主 驱动单元相关参数，输出和主驱动系统相匹配的扭矩。根据本发明的实施例，双驱动系统包 括并联设置的主驱动系统、辅助驱动系统、以及信号采集与传递系统。其中主驱动系统为常 见的机械传动方式驱动，辅助驱动系统即采用本发明实施例中的液压驱动系统。信号采集与 传递系统负责实时采集主驱动系统的特征参数（扭矩信息），并传递给辅助驱动系统中的控制 器40，控制器40接收信息并计算辅助驱动系统所需要输出的扭矩，并细化至对于供油泵10 的压力和/或液压马达20的控制量，进而实现辅助驱动系统与主驱动系统的匹配。

根据本发明的实施例，工程机械包括液压驱动系统，该液压驱动系统为上述的液压驱动 系统。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：液压驱动系统 包括供油泵、液压马达和扭矩调节机构。在确定所需要的输出扭矩之后，扭矩调节机构可以 根据该输出扭矩来对液压马达和/或供油泵进行调整，从而通过改变液压马达的输出排量或者 改变供油泵的输出压力的方式来实现对液压马达的输出扭矩的调整，使其最终满足要求。由 于本方案直接对供油泵和/或液压马达进行调节，因此可以对液压驱动系统的输出扭矩进行快 速及时的调整，控制更加准确，可以有效提高系统的工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。