CN108184353B - 一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘；变量柱塞泵与发动机连接，变量柱塞泵输出油口经防滑控制阀组与四个变量马达连接，四个变量马达各自输出轴经各自轮边减速器与车轮连接；转向***包括转向泵，转向泵输出油口与转向器连接，转向器与转向油缸连接；功能工作机构***的功能泵与发动机连接，功能泵的输出油口通过控制元件与至少两个工作油缸连接；控制元件包括压力补偿阀、流量控制阀和梭阀，压力补偿阀确保可变节流阀的通过流量与开口大小成正比，流量控制阀设定一个弹簧偏置压力，与最大负载共同调定泵的出口压力，梭阀将至少两个执行元件中最大的负载压力传递给流量控制阀的弹簧腔。

Description

一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘

技术领域

本发明涉及一种水田工作装置通用底盘，具体来说，是一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘，属于农业机械技术领域。

背景技术

我国南方水田种植面积大，水稻是最重要的主粮之一，确保水田作物增产增收对维持粮食供给、保证国家粮食安全具有重要意义。但水田流变土壤特性复杂、泥脚深度大、工作环境恶劣，这些不利因素都增加了农民的劳动强度，降低了作业效率。

水田机械长期在土壤特性复杂、泥脚深度大的水田中工作，需要保证其正常行驶和作业质量，这使得对其底盘的设计极为严苛。现有的水田机械底盘多为传统机械底盘，其可以基本满足水田工作要求，但也存在以下缺点：1)要使用多级齿轮变速和换挡机构传动，传动***复杂笨重，布置方式固定单一，无法实现无极变速；2)功率密度低，不满足轻量化需求，调速范围小；3)转弯半径大，不利于转向掉头；4)制动***复杂，需设置专门的摩擦制动装置；5)在换挡、起动和加速过程中冲击载荷大；6)不利于实现自动化智能化控制，远程操纵困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘，提升机械化与智能化的程度，提升布置上的灵活性，调速的方便性，增强通过性；同时使不同负载的执行元件在各自的压力下工作，且通过流量与负载压力变化无关，具有良好的功率跟随性。

本发明采取以下技术方案：

一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘，包括发动机1、行走驱动***、转向***和功能工作机构***；所述行走驱动***属于闭式***，包括行走驱动回路、补油回路和冷却回路，行走驱动回路包括变量柱塞泵2，所述变量柱塞泵2与发动机1连接，所述变量柱塞泵2输出油口经防滑控制阀组与四个变量马达16连接，所述四个变量马达16各自输出轴经各自轮边减速器30与车轮29连接；所述防滑控制阀组包括三个分流阀和三个旁通阀，每一个分流阀并联一个旁通阀，第一分流阀分配给第二、第三分流阀，第二、三分流阀分别分配给两个变量马达16，所述的变量马达为两档马达；四个变量马达16的出油口连接定量马达17，所述定量马达的出油口17与变量柱塞泵的回油口2连接；补油回路包括补油泵3，补油泵出口连接补油安全阀；冷却回路包括冲洗梭阀10，冲洗梭阀出口依次连接冲洗溢流阀1、冷却器12和油箱13；所述转向***包括转向泵4，所述转向泵4与发动机1连接，转向泵输出油口与转向器连接，所述转向器与转向油缸27连接，所述的转向油缸27为双活塞杆双作用油缸；所述功能工作机构***包括功能泵5，所述功能泵5与发动机1连接，功能泵的输出油口通过控制元件与至少两个工作油缸连接；所述控制元件包括压力补偿阀19、流量控制阀28和梭阀20，所述的压力补偿阀19进油口与泵相连，可确保可变节流阀的通过流量与开口大小成正比，所述的流量控制阀28设定一个弹簧偏置压力，与最大负载共同调定泵的出口压力，所述的梭阀20与执行元件的高压油腔相通，将至少两个执行元件中最大的负载压力传递给流量控制阀28的弹簧腔。

进一步的，所述补油回路包括补油泵、单向阀组和溢流阀，所述补油泵3集成在变量泵中，用于补充液压***泄露的油液，补油泵经过滤油器连接油箱，补油回路能够维持一个***基础压力。

进一步的，所述冷却回路包括冲洗梭阀10、冷却器12、冲洗溢流阀11，冲洗梭阀10的两个控制油口分别连接主回路的高、低压端，保证主回路的液压油不至于温度过高。

进一步的，所述转向器为开芯无反应***，方向盘静止时，阀芯和阀套处于中间位置，齿轮泵的油直接流回油箱，方向盘转动时，阀芯和阀套位置发生改变，转向液压缸工作；所述转向***的执行元件为双作用双活塞杆式液压缸，其可以将液压能转换为机械能并可以作往复直线运动推动转向轮摆动。

本发明的有益效果在于：

1)在水田作业时，泥脚深度大，过小的离地间隙可能会使底盘接触水面而生锈，甚至会造成底盘剐蹭损坏，静液压驱动底盘用泵-马达组合代替了现有的变速箱、离合器、分动箱等传动装置，有效地提升了水田机械的通过性，最大程度的实现了布局的灵活性。

2)现有底盘质量大，在水田中下陷深，静液压底盘质量更轻，功率密度高，燃油经济性好，实现了轻量化需求，在同样的动力驱动下可以具有更大的装载量。

3)静液压底盘使用泵-马达组合可以实现无极变速，调速范围更大，换挡无顿挫，舒适性较好，可以适应农用机械低速大负荷和高速小负荷两个特点鲜明的工况。

4)在水田转向时，转向轮会由于泥脚深、土壤粘度大等因素而大量堆积泥土，转向较重，用液压转向代替了原有的机械转向和液压助力转向，转向更加轻盈，可操作性强，而且水田田头空间较小，液压转向可以使得转向轮具有更大的转向角度(最大可以达到70°以上)，减小转弯半径，可以在更加狭窄的空间内实现掉头、转向。

5)水田土壤力学特性复杂，附着系数小，易打滑，本发明的静液压底盘设置了防滑机构，克服了并联液压马达的缺点，避免其因为打滑而无法前进。

6)静液压底盘制动功能依靠液压***实现，取代了原有的摩擦元件制动，操作更加符合人机工程。

7)本发明对多执行元件采用阀控负荷传感***，可使得不同负载的执行元件在各自的压力下工作，且通过流量与负载压力变化无关，具有良好的功率跟随性。

8)农业机械发展的方向是实现智能化、自动化控制，传统的机械底盘在实现电子控制方面难度较大，而液压底盘可以选用电控液压元件器，轻松实现自动化，完成远程操作。

9)四个车轮分别有四个变量马达来进行驱动，并与一个定量马达串联，定量马达可以驱动转速与行走速度相关的执行元件，不需要使用其他控制***即可实现转速与行走速度成正比关系。

附图说明

图1为本发明静液压驱动的水田工作装置通用底盘动力传递路线图。

图2为本发明静液压驱动的水田工作装置通用底盘液压***原理图。

图3为本发明驱动行走***布置图。

图中，1-发动机 2-变量柱塞泵 3-补油泵 4-转向泵 5-功能泵 6、23-过滤器 7-补油安全阀 8-单向阀 9-高压安全阀 10-冲洗梭阀 11-冲洗溢流阀 12-冷却器 13、24-油箱 14-分流阀 15-旁通阀 16-变量马达 17-定量马达 19-压力补偿阀 20-梭阀 21-工作油缸 22-转向安全阀 25-转向控制阀 26-计量马达 27-转向油缸 28-流量控制阀 29-车轮 30-轮边减速器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1所示为本发明动力传递路线图，主要由3部分组成：1)斜盘式双向变量柱塞泵驱动的行走机构；2)由齿轮泵提供动力源的转向机构；3)由齿轮泵提供动力源的负荷敏感多执行元件工作机构。

发动机1是整个***的动力源，其经过连接装置将动力分别传递给双向变量柱塞泵和两个齿轮泵，双向变量柱塞泵通过闭式回路(包含补油回路和冷却回路)、防滑控制阀组与四个两级变量行走马达相连，双向变量柱塞泵本身具有调节流量和改变流向的双重功能，可以连续地调节输出轴的转速和转向，两级变量马达通过改变自身排量以适用于水田农业机械高速小负载和低速大负载两种工作状态，两级变量马达输出轴连接轮边减速器，轮边减速器可以使得马达转速与轮子转速相匹配适应并起到减速增扭的作用，之后直接驱动车轮。补油泵集成在主液压泵之中，用于补充液压***泄露的油液，冷却回路保证主回路的液压油不至于温度过高而影响其性能。制动功能通过闭式液压***的对称可逆特点来实现，在制动过程中，***转换为马达工况，吸收负转矩实现动力制动，可以很大程度上取代摩擦元件构成的制动***，操控方式更加符合人机工程需求。

齿轮泵1为转向机构提供动力，齿轮泵输出端连接转向器，转向回路通过转向器控制转向液压缸以实现转向功能。

齿轮泵2为多执行元件阀控负荷敏感***提供动力，各工作回路均设置有控制阀和执行元件。

图2所示为液压***原理图，发动机为整个液压***的动力源，双向变量柱塞泵直接与两级变量马达通过闭式回路相连接，变量柱塞泵的压力由高压安全阀9设定，闭式回路具有响应快、速度刚性好等优点，但其散热较差，为解决散热和泄露问题，设置热交换回路和补油回路，补油回路由液压泵3作为动力元件，经过单向阀8向液压回路的低压侧补油，热交换回路主要由冲洗梭阀10、冲洗溢流阀11和冷却器12组成，冲洗梭阀为液控型，低压侧的油液经过溢流阀和冷却器流回油箱，起到控制油温的作用，防滑阀组由三个分流阀和三个旁通阀组成，在某一个驱动轮打滑时，分流阀开始工作，其可以将回路中的油液按比例一分为二(比例为1:1)，为每一个驱动轮提供等量的液压油，该方案可以解决某一个或多个并联的马达打滑时而车辆无法前进的问题，旁通阀在液压马达未打滑时连通，起到差速调节作用，行走驱动马达为二级变量马达，小排量和大排量分别适用于水田农业机械高速小负载和低速大负载两种工作状态。四个液压马达的出油口连接一个定量马达17，所述的定量马达17可带动转速与行走速度相关的工作部件，可以通过选择不同排量的定量马达实现多种搭配的转速与行走速度的比例关系。

继续参见图2，转向泵4为转向机构提供动力，转向泵4输出端连接转向器，并通过转向器控制转向液压缸以实现转向功能，转向器使用开芯无反应***，转向器主要包括转阀和计量马达，转阀的阀芯与方向盘连接，转阀的阀套则与计量马达转子刚性连接，当方向盘给定一个角度，阀芯和阀套发生相对运动，液压油经过马达和转向液压缸，同时，计量马达转动也带动阀套转动，使得转阀开口量减小至关闭，以达到一个新的平衡，转向液压缸使用双活塞杆式双作用油缸，即两边都是有杆腔，以保证往两个方向的转向力和转向行程均匀。

继续参见图2，功能泵5为多执行元件阀控负荷敏感***提供动力，齿轮泵出油口连接有流量控制阀、压力补偿阀，压力补偿阀用于确保可变节流阀的通过流量与开口大小成正比，所述的流量控制阀可设定一个弹簧偏置压力，可与最大负载共同调定泵的出口压力，所述的梭阀用于将多个执行元件中最大的负载压力传递给流量控制阀的弹簧腔。阀控负荷传感***可使得不同负载的执行元件在各自的压力下工作，且通过流量与负载压力变化无关，具有良好的功率跟随性。

图3所示为驱动行走***布置图，发动机1经连接装置连接变量柱塞泵2，变量柱塞泵2为执行机构变量马达16提供动力，变量马达16的输出端连接轮边减速器30，之后直接驱动车轮29。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.一种静液压驱动的水田工作装置通用底盘，其特征在于：

包括发动机(1)、行走驱动***、转向***和功能工作机构***；

所述行走驱动***属于闭式***，包括行走驱动回路、补油回路和冷却回路，行走驱动回路包括变量柱塞泵(2)，所述变量柱塞泵(2)与发动机(1)连接，所述变量柱塞泵(2)输出油口经防滑控制阀组与四个变量马达(16)连接，所述四个变量马达(16)各自输出轴经各自轮边减速器(30)与车轮(29)连接；所述防滑控制阀组包括三个分流阀和三个旁通阀，每一个分流阀并联一个旁通阀，第一分流阀分配给第二、第三分流阀，第二、三分流阀分别分配给两个变量马达(16)，所述的变量马达为两档马达；四个变量马达(16)的出油口连接定量马达(17)，所述定量马达的出油口与变量柱塞泵的回油口连接；补油回路包括补油泵(3)，补油泵出口连接补油安全阀；冷却回路包括冲洗梭阀(10)，冲洗梭阀出口依次连接冲洗溢流阀(11)、冷却器(12)和油箱(13)；

所述转向***包括转向泵(4)，所述转向泵(4)与发动机(1)连接，转向泵输出油口与转向器连接，所述转向器与转向油缸(27)连接，所述的转向油缸(27)为双活塞杆双作用油缸；

所述功能工作机构***包括功能泵(5)，所述功能泵(5)与发动机(1)连接，功能泵的输出油口通过控制元件与至少两个工作油缸连接；所述控制元件包括压力补偿阀(19)、流量控制阀(28)和梭阀(20)，所述的压力补偿阀(19)进油口与泵相连，可确保可变节流阀的通过流量与开口大小成正比，所述的流量控制阀(28)设定一个弹簧偏置压力，与最大负载共同调定泵的出口压力，所述的梭阀(20)与执行元件的高压油腔相通，将至少两个执行元件中最大的负载压力传递给流量控制阀(28)的弹簧腔；

所述补油回路包括补油泵、单向阀组和溢流阀，所述补油泵(3)集成在变量泵中，用于补充液压***泄露的油液，补油泵经过滤油器连接油箱，补油回路能够维持一个***基础压力；

所述冷却回路包括冲洗梭阀(10)、冷却器(12)、冲洗溢流阀(11)，冲洗梭阀(10)的两个控制油口分别连接主回路的高、低压端，保证主回路的液压油不至于温度过高。

2.如权利要求1所述的静液压驱动的水田工作装置通用底盘，其特征在于：所述转向器为开芯无反应***，方向盘静止时，阀芯和阀套处于中间位置，齿轮泵的油直接流回油箱，方向盘转动时，阀芯和阀套位置发生改变，转向液压缸工作；所述转向***的执行元件为双作用双活塞杆式液压缸，其可以将液压能转换为机械能并可以作往复直线运动推动转向轮摆动。