專利名稱：脈寬調制液壓無級變速器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液壓馬達調速系統，尤其是液壓馬達用脈寬調制液壓無級變速器。
背景技術：
已有的變速裝置中，包括機械無級變速器，液壓無級變速器，液壓機械式無級變速器被分別用在各個領域。現有的液壓馬達無級變速器，基本形式主要有容積調速和節流調速兩類。容積調速系統的典型結構是泵控液壓馬達系統，它通過改變變量泵的排量來對馬達輸出進行控制。這種控制方法具有功率損失小，效率高的優點，因此在很多場合得到了應用，尤其是大功率系統中，但它具有低速不穩定，動態特性較差的缺點。節流調速是通過調節伺服閥的開度來調節進入液壓馬達的流量。從而控制馬達的速度，這種系統的特點是響應快，效率低，適用于動態特性高的場合。然而，對于大功率液壓馬達變速系統，傳統的閥控形式無法解決溢流損失造成的系統溫升高、散熱難的問題，因此必須采用效率較高的容積控制系統以解決發熱量大的問題，但容積控制系統雖然效率較高，可動態性能較差，不適于高精度的場合。因此也出現了閥泵聯合控制液壓馬達無級變速系統，該系統動態特性好，效率高，但控制復雜，造價成本高，不易普及推廣使用。僅在要求高的特殊場合下使用。液壓無級變速器具有布局靈活方便；無級調速范圍寬；起步、調速及換向柔和、迅速、沖擊小；動特性優異，操作舒適等優點，已廣泛用于工程機械、農林業機械、環保機械、礦山機械等領域，是一種很有發展前途的變速裝置。但是，現有技術的液壓無級變速器存在體積大、結構復雜、效率較低、組件比較精密、成本較高等不足，限制了其應用的場合，尤其不適宜用于長距離穩定 行駛的車輛。
實用新型內容本實用新型的主要目的首先在于解決現有閥、泵控馬達調速系統，效率與動態特性之間的矛盾的問題，其次在于提高系統的可靠性和降低成本，提供一種脈寬調制液壓無級變速器。本實用新型的技術方案，脈寬調制液壓無級變速器，包括液壓管路，其特征在于:在液壓管路上設置有定量泵、高速開關閥、單向閥、液壓馬達和蓄能器，高速開關閥并聯在定量泵的兩端，再串聯一個單向閥，單向閥后面設置蓄能器，液壓馬達設置在單向閥與蓄能器之間。進一步的特征是:還包括帶阻尼孔的錐閥，錐閥與高速開關閥連接，由高速開關閥控制錐閥的開啟度，錐閥與油箱連接，將卸荷后的油液通入油箱內。本液壓回路系統中，變速控制主要由控制器產生PWM脈寬調制信號，驅動高速開關閥作動，按照PWM信號的頻率、高低電平的占空比控制高速開關閥的打開與閉合。由于高速開關閥并聯定量泵兩端，當高速開關閥打開時，定量泵進、出油口短路連通，流量流向高速開關閥處于卸荷狀態；當高速開關閥關閉時，定量泵流量直接通過單向閥流向液壓馬達。而單向閥的作用是當高速開關閥處于打開狀態時，泵單元卸荷導致馬達油腔卸荷，流量回流。因此，控制器PWM脈寬調制信號控制高速開關閥直接導致泵單元控制流量的大小。正因為流量以脈動方式出油，所以增加蓄能器來吸收液壓泵壓力脈動，提高液壓馬達運動的平穩性。整個系統采用脈沖流量供油方式，當高速開關閥工作頻率很高時，負載壓力一般不會出現不穩定振蕩情況。由于高速開關閥都工作在全開或全關的狀態，所以功率損失小，提高了液壓系統的工作效率。系統液壓馬達速度控制可通過輸出端外接速度傳感器，組成閉環控制系統，控制精度高。相對于現有技術，本實用新型具有以下優點:1、與泵控馬達無級變速系統相比:系統具有閥控調速系統動態響應快的特點，低速狀態更加穩定，結構簡單，成本低廉。2、與閥控馬達無級變速系統相比:系統效率得到明顯提高；馬達進油口增加單向閥，降低減速過程中對馬達內腔壓力的影響，以及在存在擾動負載時，減小馬達腔內的壓升導致旁路流量的激增，造成液壓沖擊；蓄能器提高系統剛度。溢流損失功率小，系統溫升小，結構簡單，成本低廉。3、系統采用高速開關閥同伺服閥、比例閥相比，具有價格低廉、快速響應性好、抗污染能力強、易于實現數字控制等優點。4、整個液壓系統結構更加緊湊，生產成本低廉，工作平穩、操縱靈活、易于實現一體化，是一種很有發展前途的液壓調速裝置。
圖1為本實用新型脈寬調制液壓無級變速器示意圖；圖2為本實用新型脈寬調制液壓無級變速器第二種結構示意圖；圖3是本實用新型聞速開關閥控制維閥原理圖。圖中，I一液壓定量泵、2—高速開關閥、3—單向閥、4一液壓馬達、5—畜能器、6—維閥。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。如圖1所示:本實用新型脈寬調制液壓無級變速器，主要包括液壓管路10，在液壓管路10上設置有定量泵1、高速開關閥2、單向閥3、液壓馬達4和蓄能器5，高速開關閥2并聯在定量泵I的兩端，再串聯一個單向閥3，單向閥3后面設置蓄能器5，液壓馬達4設置在單向閥3與蓄能器5之間，組成為一輸出為脈沖流量的泵單元。脈沖流量根據高速開關閥的脈沖頻率進行調節，因此液壓馬達可通過可調泵單元進行無級變速。蓄能器5為液壓阻尼器或氣囊式蓄能器，儲蓄液壓油的能量，作為現有技術，在此不詳述。工作原理:高速開關閥2受控制器發出PWM脈寬調制信號控制，處于關閉或打開狀態；當高速開關閥2處于關閉時，定量泵I的輸入軸啟動驅動源，定量泵I流量直接通過單向閥3流向液壓馬達4，此時液壓馬達4能在短時間快速增速至最大轉速。當需要降速時，通過控制器發出PWM脈寬調制信號控制高速開關閥2，使高速開關閥2按一定頻率、合理的分配占空比使閥體不停的打開與閉合，改變分流支路通、斷時間比例。高速開關閥2處于打開狀態時(通路時)，定量泵I的流量主要通過高速開關閥2回流至定量泵吸油端，單向閥3起到防止液壓馬達4腔內流量倒流至高速開關閥2的作用，此時液壓馬達4靠慣性及蓄能器5的短暫補油繼續轉動；打開與閉合轉換頻率較高，之后高速開關閥2迅速關閉。定量泵I的流量繼續通過單向閥3向液壓馬達4供油。因此，在高速開關閥2處于打開狀態時，定量泵I的流量未能全部流向液壓馬達4，部分流向了高速開關閥2直至回油端，就可以改變供給液壓馬達4流量的大小，實現調速；即通過控制高速開關閥2流過的流量來間接控制單向閥3出油口供給液壓馬達4的流量，調節液壓馬達4的轉速。控制器發出的PWM頻率高電平占空比更多，高速開關閥2打開的時間越多，液壓馬達4轉速就越慢；PWM頻率高電平占空比更少，高速開關閥2閉合的 時間越多，液壓馬達4轉速就越快。整個系統供油形式從動態看是脈動的，因此蓄能器5還有個作用就是吸收泵源壓力脈動。本系統輸出軸可安裝速度傳感器，結合控制器組成一速度閉環控制系統，用于需要輸出較精確速度的場合。圖2為基于圖1脈寬調制液壓無級變速的原理，設計了以高速開關閥為先導閥控制錐閥來實現大流量、高精度、高響應同步閉環控制系統，在液壓管路10中增加了錐閥6，錐閥6與高速開關閥2連接，由高速開關閥2控制錐閥6的開啟度，錐閥6與油箱連接，將卸荷后的油液通入油箱內。高速開關閥2為先導閥控制錐閥6的工作原理如圖3所示，錐閥6是內帶阻尼孔的邏輯錐閥，高速開關閥2是脈寬調制式高速開關閥，通過控制器發出PWM脈寬調制信號控制高速開關閥2，當高速開關閥2在圖中狀態時，錐閥6控制腔Pl和進油腔壓力P2相等，通過錐閥阻尼孔和高速開關閥的油液為零，控制腔油液封閉不流動，此時錐閥關閉；當高速開關閥2斷電時，高速開關閥2處于打開狀態，控制油腔通過高速開關閥流回油箱，由于控制油腔壓力Pl通過阻尼孔而下降，錐閥芯開啟。由于高速開關閥2是采用PWM控制，通過調節調制率D (即占空比)的大小，可以改變通過高速開關閥2的流量，進而得到不同的控制腔壓力，從而實現對通過錐閥流量的調節。圖2中使用高速開關閥為先導閥控制錐閥，是大流量無極變速器，實現大流量、高精度、高響應同步閉環控制，調速范圍更寬。拓寬了脈寬調制液壓無級變速器的應用范圍。本實用新型的脈寬調制液壓無級變速器，主要包括液壓管路10，在液壓管路10上設置有定量泵1、高速開關閥2、單向閥3、液壓馬達4、蓄能器5和錐閥6，高速開關閥2并聯在定量泵I的兩端，再串聯一個單向閥3，單向閥3后面設置蓄能器5，液壓馬達4設置在單向閥3與蓄能器5之間，錐閥6與高速開關閥2連接，由高速開關閥2控制錐閥6的開啟度，組成為一輸出為脈沖流量的泵單元。
權利要求1.脈寬調制液壓無級變速器，包括液壓管路(10)，其特征在于:在液壓管路(10)上設置有定量泵(I)、高速開關閥(2)、單向閥(3)、液壓馬達(4)和蓄能器(5)，高速開關閥(2)并聯在定量泵(I)的兩端，再串聯一個單向閥(3)，單向閥(3)后面設置蓄能器(5)，液壓馬達(4)設置在單向閥(3)與蓄能器(5)之間。
2.根據權利要求1所述脈寬調制液壓無級變速器，其特征在于:還包括帶阻尼孔的錐閥(6)，錐閥(6)與高速開關閥(2)連接，由高速開關閥(2)控制錐閥(6)的開啟度，錐閥(6)與油箱連接，將卸荷后 的油液通入油箱內。
專利摘要本實用新型公開了脈寬調制液壓無級變速器，包括液壓管路，其特征在于在液壓管路上設置有定量泵、高速開關閥、單向閥、液壓馬達和蓄能器，高速開關閥并聯在定量泵的兩端，再串聯一個單向閥，單向閥后面設置蓄能器，液壓馬達設置在單向閥與蓄能器之間。本實用新型的無級變速器，具有閥控調速系統動態響應快的特點，低速狀態更加穩定，結構簡單，成本低廉；馬達進油口增加單向閥，降低減速過程中對馬達內腔壓力的影響，以及在存在擾動負載時，減小馬達腔內的壓升導致旁路流量的激增，造成液壓沖擊；溢流損失功率小，系統溫升小，結構簡單，成本低廉。
文檔編號F16H61/4096GK203146744SQ20132018341
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者郝建軍, 程昶, 葛帥帥, 吳俊 , 劉云云, 易彪, 周大翠 申請人:重慶理工大學