一种高效液力制动装置及运行方法与流程

本发明属于液力制动装置，具体涉及一种高效液力制动装置及运行方法。

背景技术：

现有的制动装置较多，例如，摩擦式制动器、闸瓦式制动器、液力式制动器、液压鼓式制动器、电磁式制动器、发动机排气式制动器、电涡流式制动器等。一般，存在制动困难的设备除了主要的制动方式外，为了稳定运行和增强制动效果，还另外设置辅助制动装置。

特别地，在长下坡路况行驶的机车车辆，下坡时为了控制车速，需要频繁使用闸瓦制动器，长时间使用导致闸瓦磨损严重，而且会产生大量的热量，使闸瓦式制动器失效，对机车车辆的安全行驶非常不利，为了保证良好的制动性能，除闸瓦制动器外，机车车辆还需要配备辅助制动方式。

另外，其他含有高速旋转部件的设备，特别是大型和重型的含有旋转部件的设备，在需要制动时，所需要的制动力矩通常很大，制动时间较长，如果是重型高速旋转部件，则制动时间会更长。此外，传统闸阀式制动器会产生大量的摩擦热，会造成制动器失效或加速制动器中摩擦件的磨损。

为了解决以上问题，本发明设计了一款高效液力制动装置，可以产生巨大的柔性制动力矩，以实现高效制动或辅助制动。

技术实现要素：

发明目的：

为了解决现有制动器结构复杂，不适合长时间制动，制动力矩较小、制动部件磨损较快、制动效果不突出的技术问题，本发明提供了一种高效液力制动装置及运行方法。

技术方案：

一种高效液力制动装置，包括液压油泵、液压系统控制器、油箱、换热器、散热器，液压系统控制器与液压油泵连接，液压系统控制器控制液压油泵，液压油泵与油箱连接，油箱与换热器连接，换热器分别与散热器和箱体连接，第一轴与液压油泵连接，反向叶轮和正向叶轮安装在箱体中，正向叶轮套装在第一轴上，第一轴上套有无油轴承，反向叶轮套在无油轴承上的第四轴上，第一轴上设有主动传动齿轮，主动传动齿轮与第二轴上的第一转向齿轮啮合，第一转向齿轮与第三轴上的第二转向齿轮啮合，第二转向齿轮通过第三轴与从动传动齿轮同轴转动，从动传动齿轮与设置在第四轴上的反向转动齿轮啮合。

进一步的，第一轴上从液压油泵一侧依次安装有正向叶轮和主动传动齿轮；第一轴的中空输油通道的进油口与液压油泵连接，中空输油通道的出油口设置在反向叶轮和正向叶轮所围成的叶轮腔体中，正向叶轮通过花键与第一轴连接，反向叶轮通过花键连接并套装在第四轴上，第四轴套装在无油轴承上，无油轴承套装在第一轴上，无油轴承设置在主动传动齿轮和正向叶轮之间。

进一步的，弹簧套在第四轴上，设置在反向叶轮和反向转动齿轮之间，反向转动齿轮两端通过挡圈固定。

进一步的，主动传动齿轮与第二转向齿轮、从动传动齿轮的转动方向相同，与反向转动齿轮转动方向相反。

进一步的，箱体的一侧为敞开式两腔体式安装结构，箱体的另一侧为叶轮箱体内室；密闭的叶轮箱体内室设有叶轮箱体内室出油口、叶轮箱体内室卸油口和第一轴安装孔；安装结构的外侧设有三个用于安装第一轴、第三轴和第二轴的安装轴承孔，内侧板设有与外侧板对应的三个孔，正向叶轮和反向叶轮设置在叶轮箱体内室中，叶轮箱体内室与第一轴的轴向两端通过安装孔连接，叶轮箱体内室上方设有叶轮箱体内室出油口，叶轮箱体内室出油口与换热器连接；叶轮箱体内室下方设有叶轮箱体内室卸油口，叶轮箱体内室卸油口与油箱连接。

进一步的，液压油泵进口连接油箱，出口连接第一轴的进油口，第一轴内部设有为叶轮腔体供油的中空输油通道，第一轴的出油口连接叶轮腔体；油箱分别与液压油泵和换热器连接；换热器分别与油箱和散热器相连；由液压系统控制器控制的压力调节阀设置在液压油泵的出口和油箱之间的管道上；由液压系统控制器控制的卸荷阀设置在叶轮箱体内室卸油口和油箱之间的卸荷油管上。

进一步的，叶轮箱体内室下方的叶轮箱体内室卸油口连通有卸荷油管，卸荷油管上设置有卸荷阀，卸荷油管将叶轮箱体内室与油箱连接。

进一步的，正向叶轮和反向叶轮之间留有缝隙。

一种高效液力制动装置的运行方法，该方法包括：需要制动时，液压系统控制器控制压力调节阀的压力，关闭卸荷阀，开启液压油泵，液压油泵向第一轴中输入油，带动第一轴和正向叶轮旋转，主动传动齿轮转动，与主动传动齿轮啮合的第一转向齿轮转动，带动与第一转向齿轮啮合的第二转向齿轮转动，第二转向齿轮转动方向与主动传动齿轮同向，与第二转向齿轮同轴的从动传动齿轮转动，与从动传动齿轮啮合的反向转动齿轮形成与主动传动齿轮的反向转动，进而带动反向叶轮反向转动。

不需制动时，液压系统控制器关闭液压油泵，打开卸荷阀，正向叶轮和反向叶轮所围叶轮腔体中的液压油进行泄油，通过叶轮箱体内室卸油口和卸荷油管回到油箱，正向叶轮和反向叶轮处于空转状态，不产生相互阻尼扭矩。

优点及效果：

本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明装置制动效果根据液压油泵输入的压力变化，输入的压力越高制动能力越强，制动扭矩越大，特别适用于带有旋转部件的制动。

（2）本发明采用液力制动，属于柔性制动，可以起到制动缓冲作用，对电机、发动机等动力源和齿轮机构等制动传动链上的元件都具备缓冲和保护作用。

（3）本发明结构紧凑，其占地面积小，结构简单，便于安装。其主要是通过齿轮共轴反向旋转带动反向泵轮和主动泵轮产生相对反向旋转运动以产生相互液力阻尼对主动传动齿轮产生反向的力，实现制动。

（4）本发明的液力制动装置利用两个泵轮的反向旋转产生反向液力阻尼达到制动目的，避免了传统接触式制动器的摩擦键磨损，采用了对制动液体的冷却降温避免了制动部件的温度升高可能产生的制动失效的问题。

附图说明

图1为本发明传动机构内部拆分示意图；

图2为内部与连接示意图；

图3为传动机构的剖视图；

图4为带有箱体的剖视图；

图5为带有箱体的整体传动机构示意图；

图6为图5的箱体侧的示意图；

图7为箱体轴向立体图；

图8为箱体右侧立体图；

图9为箱体示意图；

图10为主轴立体示意图；

图11为主轴正视图；

图12为主动传动齿轮和正向叶轮所在轴系（第一轴系）示意图；

图13为图12的主动传动齿轮和正向叶轮所在轴系（第一轴系）剖视示意图；

图14为正向叶轮内部叶片的示意图；

图15为图16的叶轮内部叶片剖视图；

图16为反向叶轮所在轴系的（第四轴系）剖视图；

图17为反向叶轮所在轴系的（第四轴系）的正视图；

图18为反向叶轮所在轴系的（第四轴系）的立体图；

图19为第二转向齿轮所在轴系（第三轴系）的剖视图；

图20为第二转向齿轮所在轴系（第三轴系）的立体图；

图21为第一转向齿轮所在轴系（第二轴系）的立体图；

图22为第一转向齿轮所在轴系（第二轴系）的剖视图；

图23为第一转向齿轮所在轴系（第二轴系）的正视图；

图24为反向叶轮的立体图；

图25为反向叶轮的侧视图；

图26为反向叶轮的叶片示意图。

附图标记：

1.主动传动齿轮，2.第一转向齿轮，3.第二转向齿轮，4.从动传动齿轮，5.反向转动齿轮，6.第一轴，7.第三轴，8.第二轴，9.弹簧，10.反向叶轮，11.正向叶轮，12.液压油泵，13.液压系统控制器，14.换热器，15.散热器，16.无油轴承，17.第四轴，18.中空输油通道，19.叶片，20.箱体，21.安装结构，22.叶轮箱体内室，23.油箱，24.压力调节阀，25.卸荷阀，26.叶轮箱体内室出油口，27.叶轮箱体内室卸油口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1~图6所示，一种高效液力制动装置，包括液压油泵12、液压系统控制器13、油箱23、换热器14、散热器15。液压油泵12进口连接油箱23，出口连接第一轴系中第一轴6的油道孔进口，第一轴内部设有为泵轮腔体供油的油道孔。油箱23分别与液压油泵12和换热器14连接。换热器14分别与油箱23和散热器15相连。压力调节阀24分别连接液压油泵12的出口和油箱。卸荷阀25分别连接叶轮箱体内室卸油口27和油箱23。压力调节阀24、卸荷阀25和液压油泵都与液压系统控制器13通讯，都受液压系统控制器13控制。反向叶轮10通过花键连接并套装在第四轴17上，第四轴17套装在无油轴承16上，无油轴承16套装在第一轴6上。反向叶轮10和正向叶轮11安装在箱体20中，正向叶轮11套装在第一轴6上，第一轴6上设有正向叶轮11、主动传动齿轮1，主动传动齿轮1与第二轴8上的第一转向齿轮2啮合，第一转向齿轮2与第三轴7上的第二转向齿轮3啮合，第二转向齿轮3通过第三轴7与从动传动齿轮4同轴转动，从动传动齿轮4与设置在第四轴17上的反向转动齿轮5啮合。

本发明中的液压油泵12、液压系统控制器13、油箱23、换热器14、散热器15、压力调节阀24、卸荷阀25均为现有设备，在此不再赘述。现有的液压油泵12设有进口和出口，液压油泵12进口连接油箱23，出口连接第一轴系中第一轴6的油道孔进口，第一轴内部设有为泵轮腔体供油的油道孔。液压系统控制器13控制压力调节阀24的油压，控制卸荷阀25的油压和卸荷，也控制液压油泵的启停12。换热器14、散热器15用于对油进行降温，在使用过程中，当需要制动时，反向叶轮10和正向叶轮11反向转动，导致叶轮腔体中液压油升温，为了保证整个装置的安全性，设置换热器14、散热器15进行降温。

利用现有的液压系统控制器13，液压系统控制器13控制压力调节阀24的油压，控制卸荷阀25的油压和卸荷，也控制液压油泵的启停12。在应用到车辆中液压系统控制器13可以与车辆的驾驶位置的刹车踏板、变速杆或者其他控制元件连接或者替换，该技术为现有技术。

如图1、图2、图3所示，本发明结构简单，其主要是利用齿轮之间的啮合实现共轴反转，第一轴6上的主动传动齿轮1与反向转动齿轮5的共轴反向运动分别带动正向叶轮10和反向叶轮11产生相对反向旋转运动，通过液压油介质传递反向阻尼扭矩，以实现第一轴6的减速，其为柔性制动，可以减小电机和发动机等动力源和传动系统零件因快速减速所产生的冲击力，保护电机和发动机等动力源和传动系统的安全。

第一轴6上依次安装有正向叶轮11、无油轴承16、主动传动齿轮1；第一轴6的中空输油通道18的进油口与液压油泵12连接，中空输油通道18的出油口设置在反向叶轮和正向叶轮所围成的叶轮腔体之间，正向叶轮11通过花键与第一轴6连接，反向叶轮10通过花键连接并套装在第四轴17上，第四轴17套装在无油轴承16上，无油轴承16套装在第一轴6上，无油轴承16设置在主动传动齿轮1和正向叶轮11之间。

如图12和13所示，第一轴6一端的中心位置设有中空输油通道18，用于与液压油泵12连通，从液压油泵12出来的液压油可以直接通入正向叶轮11和反向叶轮10围成的腔体之间，结构简单，减少占用空间。

如图3所示，弹簧9套装在第四轴17上反向叶轮10的左侧，设置在反向叶轮10和反向转动齿轮5之间，给反向叶轮10提供轴向推力，反向转动齿轮5两端通过挡圈固定。

从图3、图6、图18中可以看出，弹簧9设置在反向叶轮10和反向转动齿轮5之间，套在第四轴17上，第四轴17套装在无油轴承16上，第四轴17可以在无油轴承16上自由转动，无油轴承16设置成l形的外翻沿结构，径向向外支出的外翻沿抵住第四轴17的一端，并且通过挡圈限定无油轴承16在第一轴6上的轴向位置，同时第四轴17上还套有反向转动齿轮5，正向叶轮11两罐用挡圈轴向限位，反向叶轮10右侧用挡圈轴向限位。

反向叶轮10套装在第四轴17上，还可以做微量的轴向滑移，通过设置的弹簧9顶住反向叶轮10的一侧，将反向叶轮10的轴向运动进行动态限位，可以起到调节反向叶轮10和正向叶轮11之间的距离及调节叶轮所围成的腔体出油口大小的作用，进而可以起到改变阻尼力矩大小的作用和缓冲作用。

主动传动齿轮1与第二转向齿轮3、从动传动齿轮4的转动方向相同，与反向转动齿轮5转动方向相反，从而实现正向叶轮11与反向叶轮10的相对共轴反转，通过液压油介质进而产生反向阻尼扭矩，使主动传动齿轮1降速。

本发明原理是利用齿轮啮合，第一轴6上的主动传动齿轮1与第四轴17上的反向转动齿轮5转动方向相反，实现了共轴反向转动，进而带动正向叶轮11与反向叶轮10实现相对共轴反转，通过液压油介质进而产生反向阻尼扭矩，使主动传动齿轮1降速，实现了制动，其制动过程是柔性的，更有利于装置的保护。

如图6~图11所示，箱体20的一侧为敞开式两腔体式安装结构21，箱体20的另一侧为叶轮箱体内室22。叶轮箱体内室22为密封空间，带有叶轮箱体内室出油口26、叶轮箱体内室卸油口27和第一轴安装孔。安装结构21的外侧设有三个用于安装第一轴6、第三轴7、第二轴8的安装轴承孔，内侧板设有与外侧对应的三个孔，正向叶轮11和反向叶轮10设置在叶轮箱体内室22中，叶轮箱体内室22在与第一轴6的轴向两端通过安装孔连接，叶轮箱体内室22上方设有叶轮箱体内室出油口26，叶轮箱体内室出油口26与换热器14连接。叶轮箱体内室22下方设有叶轮箱体内室卸油口27，叶轮箱体内室卸油口27与油箱23连接。

第二轴8的两端直接通过轴承座安装在安装结构21两侧的外侧板和内侧板上。

如图6所示，安装结构21的外侧板、内侧板和内部隔板的孔主要是用于与第一轴6、第三轴7、第二轴8的安装，保证轴之间的位置，使齿轮实现啮合。第二轴8左右两端都通过与箱体上的安装孔进行安装。第一轴6的左右端都通轴承与箱体上的安装孔进行安装。叶轮箱体内室22为密封空间，其两侧还设有挡盖密封结构，防止漏油。叶轮箱体内室22的上下各设有用于连接油路的管口。

如图2所示，液压油泵12进口连接油箱23，出口连接第一轴系中第一轴6的进油口，第一轴内部设有为叶轮腔体供油的中空输油通道18，第一轴6的出油口连接叶轮腔体。油箱23分别与液压油泵12和换热器14连接。换热器14分别与油箱23和散热器15相连。压力调节阀24分别连接液压油泵12的出口和油箱。由液压系统控制器13控制的压力调节阀24设置在液压油泵12的出口和油箱23之间的管道上；卸荷阀25分别连接叶轮箱体内室卸油口27和油箱23。由液压系统控制器13控制的卸荷阀25设置在叶轮箱体内室卸油口27和油箱23之间的卸荷油管上。压力调节阀24、卸荷阀25和液压油泵都与液压系统控制器13通讯，都受液压系统控制器13控制。

叶轮箱体内室22下方的叶轮箱体内室卸油口26连通有卸荷油管，卸荷油管上设置有卸荷阀，卸荷油管将叶轮箱体内室22与油箱23连接。

如图3和图6所示，正向叶轮11和反向叶轮10之间留有很小的缝隙，该缝隙大小随着反向叶轮10的微量轴向滑移会产生有一定的距离变化，正向叶轮11和反向叶轮10之间的结合部位为阶梯密封结构。

正向叶轮11和反向叶轮10结构大致相同，盖体为圆形，其中都固定有带有流线型一定弧度的叶片19，当液压油进入叶轮后，叶轮在花键的带动下转动，叶片搅动液压油介质，使正向叶轮11和反向叶轮10受到与各自转动方向相反的反向阻尼扭矩，以实现降速。

如图14~17所示，正向叶轮11的右侧为短口管，利用挡圈限定短口管的内外两侧，也就是将其轴向定位固定住。而如图18~20、图23、图24所示，反向叶轮10为长口管，便于与弹簧9相抵和密封。在反向叶轮10长口管与叶轮箱体内室22安装孔处设置密封圈，保证叶轮箱体内室22的密封。弹簧9作为缓冲和对反向叶轮10动态轴向限位用。在反向叶轮10右侧（靠近正向叶轮11侧）设置挡圈进行轴向定位，弹簧9左侧（靠近反向转动齿轮侧）侧设置挡圈对弹簧轴向限位。正向叶轮11和反向叶轮10被密封在叶轮箱体内室22中。

如图21、图22所示，为第三轴7、第二转向齿轮3、从动传动齿轮4。第二转向齿轮3、从动传动齿轮4都固定在第三轴7上，与第三轴7同时转动，靠键传动，齿轮两侧均设有挡圈固定。

一种高效液力制动装置的运行方法，该方法包括：

（1）动力输入方法：该高效液力制动装置的主动传动齿轮1与需要制动的汽车等设备的转动部件上的旋转齿轮进行啮合，带动第一轴6和正向叶轮11旋转，实现动力输入。同时，与主动传动齿轮1啮合的第一转向齿轮2转动，带动与第一转向齿轮2啮合的第二转向齿轮3转动，第二转向齿轮3转动方向与主动传动齿轮1同向，与第二转向齿轮3同轴的从动传动齿轮4转动，与从动传动齿轮4啮合的反向转动齿轮5形成与主动传动齿轮1的反向转动，进而带动反向叶轮10反向转动。即，通过箱体20中的齿轮系的齿轮啮合传动，实现第四轴17和反向叶轮10的反向旋转运动。

该运行方法通过共轴反向运动，形成柔性制动。本发明采用液力制动，避免了传统闸阀式制动器的磨损和长时间制动可能出现摩擦部件温度升高造成的制动失效。该柔性制动，起到缓冲作用，可以减小电机和发动机等动力源和传动系统零件因快速减速所产生的冲击力，保护电机和发动机等动力源和传动系统的安全。

（2）制动方法：当需要对设备进行制动时，液压系统控制器13控制开启液压油泵12，关闭卸荷阀25回油通路，设置压力调节阀24的液压值大小，液压油泵12向第一轴6中输入液压油，液压油介质充满正向叶轮11和反向叶轮10围成的腔体，带动正向叶轮11转动，正向叶轮11和反向叶轮10的叶轮都搅动液压油介质对彼此产生相互的阻尼扭矩，导致正向叶轮11和反向叶轮10都降速，正向叶轮11通过花键带动第一轴6降速，第一轴6通过键带动主动传动齿轮1降速，主动传动齿轮1通过齿轮啮合带动需要制动的汽车等设备的转动部件上的旋转齿轮降速，制动。制动扭矩的大小根据压力调节阀24的液压值大小和卸荷阀设置压力值大小而改变，当卸荷阀完全关闭回油通路时，制动扭矩的大小由压力调节阀24设置的液压值大小决定。当卸荷阀没有完全关闭回油通路时，制动扭矩的大小由压力调节阀24设置的液压值大小和卸荷阀设置的液压值大小共同决定，此两个液压阀所设置压力值的最小者决定制动扭矩的大小。由于正向叶轮11和反向叶轮10所围腔体中的液压油在离心力的作用下一部分从两个叶轮结合的迷宫形缝隙中流出到叶轮箱体内室22密封腔体中，通过叶轮箱体内室出油口26流出，流动到换热器14中进行降温冷却，降温冷却后的液压油通过换热器14出口流回到油箱中23。同时，散热器15对换热器14中的油液进行散热。

当不需制动时，液压系统控制器13控制关闭液压油泵12，打开卸荷阀25，正向叶轮11和反向叶轮10所围叶轮腔体中的液压油进行泄油，通过叶轮箱体内室卸油口27和卸荷油管利用重力作用流回油箱23，正向叶轮11和反向叶轮10的叶轮处于空转状态，不产生相互阻尼扭矩。