轮式车辆的液压驱动系统技术分析

轮式车辆的液压驱动方式可以分为中央驱动方式和车轮独立驱动方式两种。

1.中央驱动方式

这种驱动方式以液压驱动装置代替传统的机械或液力机械变速器，保留了车辆原有的驱动桥等装置，车辆的转向、差速、四轮接地平衡等方式不变，可以是单轴驱动，也可以通过机械分动箱实现多轴驱动。这种驱动方式的优点是结构简单，与传统车辆部件互换性强，适用于机械传动或液力机械传动产品的系列化；其缺点是未能从根本上改变车辆的结构布置，车辆的性能和牵引力特性也没有质的改变。

对于采用中央驱动方式的系统，可以是纯液压驱动，如图7.2.1（a）和图7.2.1（b）所示，也可以是液压机械分流传动，如图7.2.1（c）所示。前者结构简单，多用于低速车辆，如工程车辆、农用机械等；后者兼有机械传动的高效率和液压传动无级变速的特点，多用于大功率或高速车辆。

图7.2.1　轮式车辆中央驱动方式

不管是纯液压传动，还是液压机械复合传动（分流传动），其液压传动部分通常都是变量泵和变量马达（或定量马达）组成的闭式容积调速回路。

下面以OYC98-3型越野叉车为例，介绍轮式车辆液压驱动系统。

越野叉车驱动系统主要由柴油机、静压系统、分动箱、传动轴和驱动桥组成，其行走机构传动原理示意图如图7.2.2所示。其中，静压系统中包括变量泵、变量马达、滤油器、变量缸以及各组成部分相连接的传输管路。

图7.2.2　越野叉车行走机构传动原理示意图

1—前桥；2—前传动轴；3—柴油机；4—传动轴支架；5—A4VG90变量泵；6—中间传动轴；7—A6VM107变量马达；8—两挡传动箱；9—后传动轴；10—后桥

越野叉车行走机构静压系统采用的是变量泵-变量马达的组合方式，使液压泵和液压马达组成闭式容积调速回路，依靠改变液压泵或液压马达的排量来调节执行元件的工作速度。行走机构液压传动系统原理图如图7.2.3所示，其工作原理如下：(www.xing528.com)

由辅助泵2输出的压力油经过DA控制阀3和三位四通电磁换向阀4，通过变量缸5无级调整变量泵6的斜盘倾角进而调整其排量。DA控制阀3的作用是输出与转速有关的调整压力，在结构上相当于一个二位三通液控伺服阀，阀芯在多个液压力及弹簧力的综合作用下移动，对压力进行控制。当发动机转速升高时，辅助泵2流量增加，DA控制阀3输入流量增加，使其左右控制压力的压差增加，导致阀芯左移，输出点压力增加，作用在变量油缸上使变量泵6排量增加；反之，当发动机转速降低时变量泵6排量减小。安全阀7、8的作用是限制系统的最高压力，它们右侧的单向阀的作用是使辅助泵向低压腔补油。三位四通电磁换向阀4的作用是控制变量油缸向左、向右或居中，使变量泵6正向、反向供油或不供油。卸荷阀10的作用是当从右侧梭阀引来的高压油的压力达到调定压力时，使变量泵的排量为零，达到压力切断的目的，其调整压力比安全阀低20～30 bar。微动控制阀11的作用是通过踏板改变节流阀口面积，间接改变变量泵6的控制压力，以改变变量泵的排量，实现叉车的微动。完全踏下微动踏板，节流阀全开，辅助泵2的流量全部回流油箱，变量泵排量为零，车轮停止行驶；稍微放松踏板，车辆缓慢行驶；完全松开踏板，节流阀关闭，车辆正常行驶。溢流阀13的作用是当精过滤器12堵塞时，流过精过滤器的油液从溢流阀流回辅助泵吸油口，变量泵输出的压力油从A或B两个方向驱动变量马达14旋转，使车辆前进或后退。三位四通电磁换向阀4输出的控制压力pX1和pX2以及变量泵输出的压力油A和B经过二位六通液动换向阀15的切换后，经过DA控制阀16进入变量缸17调节变量马达的排量，变量马达高压腔压力油接DA控制阀16的右液控口和变量缸左腔，控制压力pX1或pX2（由二位六通液动换向阀15控制）接DA控制阀16的左液控口。DA控制阀16的阀芯左边受到控制压力的作用，右边受到高压工作腔压力和弹簧力的双重作用。当马达输出扭矩较小时，高压工作腔压力较低，DA控制元件阀芯右移，压力油进入马达变量缸右腔，使马达排量减小，转速升高；反之，当马达输出扭矩较大时，高压工作腔压力较高，DA控制元件阀芯左移，马达变量缸右腔接回油，使马达排量增大，转速降低。三位三通液动换向阀19和溢流阀18的作用是使低压腔的油液以一定的压力流入变量马达的壳内，达到冲洗散热和换油的目的。二位四通电磁换向阀20的作用是使变量泵的控制油X1控制马达的变量或使二位六通液动换向阀15左腔泄油。

图7.2.3　越野叉车行走机构液压传动系统原理图

1—过滤器；2—辅助泵；3，16—DA控制阀；4—三位四通电磁换向阀；5—变量泵变量缸；6—变量泵；7，8—安全阀；9，13，18—溢流阀；10—卸荷阀；11—微动控制阀；12—精过滤器；14—变量马达；15—二位六通液动换向阀；17—变量马达变量缸；19—三位三通液动换向阀；20—二位四通电磁换向阀；21—短管；22，23—单向阀；24—单向节流阀；25—节流口

2.车轮独立驱动方式

该方案每一个驱动轮都由单独的液压马达（或称为“轮毂马达”）驱动，以液压方式实现各驱动轮之间的同步和差速功能（图7.2.4）。

图7.2.4　轮式车辆车轮独立驱动方案

1，3—变量泵；2，4—定量马达

轮毂马达驱动的优点是节省安装空间，车轮可直接分别安装在车架的两侧，空出左右轮中间原本为驱动桥占据的空间供布置必要的动力装置、工作部件、物流通道或低地板的载客载货车厢之用，更便于以模块方式设计主机，满足主机在形态和某些尺度方面的特殊要求。轮毂马达驱动方式可以实现速差转向和原地转向，对履带和轮式车辆都适用。

用车轮独立驱动方式，省去了车桥、变速箱和差速器，因此降低了重心，扩大了视野，提高了传动效率和附着性能，有利于车辆在越野路况行驶。