一种车辆制动振动能量再生装置,特别是利用液体和蓄能器的并可用来测载重吨位的车辆制动振动能量再生装置。 目前世界上应用的车辆再生装置都是制动能再生装置,而没有振动能量回收装置。上述制动能再生装置大致包括以下几种类型:(1).飞轮式再生制动;(2).把惯性能变成气压能的再生制动;(3).把惯性能变成电能的再生制动;(4).把惯性能变为液压能的再生制动。但是,第一种,飞轮体积大、重量大,节能效率低;第二种,需要结构复杂的空气压缩机;第三种需要专门的大容量蓄电池、发电机和电动机;第四种装置比第一、二种效率高,比第三种制作简单、重量轻、成本低。法国专利FR2332460为液压贮能式。该装置主要由蓄能器、液控离合器隔开的两个大小不同并与车轮机械联接的变量油马达、一个定量油泵、传递力、压力及工作容积变化的四个传感器和结构复杂的逻辑电路元件、五个控制油缸、三个电磁换向阀、三个与电压信号成比例的压力型元件以及一些其它元件所组成,靠脚踏板控制贮能;但是该装置结构复杂,制动开始时普通刹车仍起主要作用,致使部分惯性动能通过摩擦片放热又白白损耗掉了,效率较低、成本高,不能将车辆行驶中的振动能量回收利用,更不能用来测量装载货物的重量及其各车轮重力分配情况。
本发明的任务是提供一种新型液压能制动振动再生装置,它不仅可以把制动能变成液压能贮存利用,而且可把振动能回收利用。结构简单、成本低,主要系标准元件所组成,制造容易,操作方便、节能效率高,还可使车辆制动减速平缓,减少起步时废气和噪音对环境的污染。还能提高车辆地承载能力,自动测量车辆载重吨位。
本发明是这样实现的:车辆再生制动装置最基本的组成包括由离合构件控制的并与车轮间有机械联接关系的定量液压油马达、或可作马达用的变量油泵。这里所说的定量油马达可以是齿轮油马达或柱塞式定量油马达。变量油泵用柱塞式变量泵或叶片式变量泵,它们受控制元件的控制在贮存和释放能量的过程中与液压蓄能器相连通。
上面所说的离合构件,可以是一个其动片与传动轴、有轨车辆动力轴和非动力轴相联接、静片与油马达相连接的电磁式、液控或气控式的离合器;也可以采用鼓式制动器中拆去了摩擦片、并安装有一组小型油马达的制动蹄;还可以是一个受液压或气压控制可压紧和离开轮胎外表面,同样也安有一组小型油马达的往复移动支架。上述几种离合构件,靠离合器的接合与分离、制动蹄的张开与收缩、移动支架的压紧与离开就可以使得油马达与车轮间的机械联接接通和切断。
上面所说的机械联接方式,可以采用齿轮、链轮、摩擦轮传动等方式将离合器动片与车辆中转动着的轴相连接;也可以采用当制动蹄张开时能将油马达驱动轮与制动鼓内表面相挤压、并以间隔相等的沟纹或细密尖齿相啮合或摩擦轮传动的联接方式;还可以是移动架压紧轮胎外表面时,将外表面裹有高摩擦系数材料的油马达驱动轮与轮胎相挤压、以形成摩擦轮传动的联接方式。
上述机械联接的共同特点是:当车辆减速行驶时,机械联接接通,油马达当油泵用,在车轮带动下将进油口的低压油变成高压油从出油口排出通过换向阀输送到蓄能器中,此时油马达对于车轮是作阻力矩运转,整个过程可称为贮能充液过程。当车辆加速行驶时,机械联接也接通,对于定量油马达换向阀换向,蓄能器中的高压油从进油口流入,出油口的低压油又流回油箱;对于变量油泵来说,换向阀可不必换向,仍按充液时的方式接通,但此时油泵须在气动或液动控制下将其偏心量或倾斜角由正值变为负值,使高压油从出油口流入,进油口流出。总之,该过程中的油马达或变量油泵在作动力矩运转,对车辆起推动前进的作用,我们可称之为释能放液过程。当车辆匀速行驶、空挡滑行或处于停止行驶时,其机械联接方式是切断的,油马达处于静止不动状态,换向阀也将其与蓄能器间的通路切断。
最简单的再生制动装置具有一个普通的定量油马达或一个变量油泵,一个三位四通换向阀和一个在放液终止时能使离合构件自动分离的压力控制元件,例如压力继电器或顺序阀,安装有可以实现换向阀动作、离合构件离开与接合的控制元件。例如下面提到的经改装的单指针式差压表或其他差压式控制元件和压力继电器。上述简单装置的缺陷是,不能根据车辆重载与轻载、高速与低速的变化相应地增加或减小其作用力矩,弥补这一缺陷的有效措施是在此基础上增添元件。
我们可以采用一组或多组马达元件,每组包括两个参数相同的定量油马达或一个三齿轮马达,将其低压时并联、高压时串联,并具有随着制动或起步时所需力矩的增加、使参加工作的马达元件组数可以依次增多的控制元件。该控制元件可以是安装在踏板下面的一个或多个行程开关、并随着踏板的下移依次将开关压合、从而控制相对应马达元件组参加工作,也可以采用与杆件连接的可顺序接通多组马达工作的阀类元件或其它类型的控制元件。为实现各组马达元件串联、并联的联接方式,在所有马达元件组与蓄能器之间还串接有一个三位四通换向阀和一个二位四通换向阀,以及可引起工作状态自动转换的压力继电器和其它形式的控制元件,例如:下面说到的经过改装的单指针式差压表或其它差压式控制元件。
为了控制机械联接部件的最大扭矩和防止液压系统泄漏,在蓄能器与油箱之间连接有起安全作用的溢流阀和起保压作用的液控单向阀。
本能量再生装置中还可包括有把振动能转变为液压能贮存到蓄能器中的振动能量回收装置。该装置具有安装在车辆底架与车轴之间的单出杆油缸和方向控制阀。
在车辆原燃油膜片泵与燃油滤清器之间,连接有一个可以在振动贮能自动放液状态中实现关小油门以便节油的二位二通换向阀和一个节流阀。
在各振动能量回收装置汇合后的输出管路中,串接有一个三位三通换向阀,在分油路中并具有可测量每个单出杆油缸内压力,显示出各车轮重力分配情况,从而可测出车辆实际载货重量的压力重力表。
本能量再生装置能将车辆行驶中的刹车惯性能和振动能全部回收,并在加速起步或上坡时加以利用。其节能效果相当可观。例如:普通的双门大客车重8.5吨,空挡滑行时(初速30公里/小时)每制动停车一次约有270千焦的能量可供贮存,系统总效率取最低值0.64时,在起步时该系统所放出的能量还相当于17.1克汽油燃烧后所产生的能量。而客车在两个站牌之间(400米计)仅燃烧汽油73克,因此,400米内仅制动一次,就可以近似地说,该系统的节能效率为23.3%。由于城市公共汽车大都是铰接式的,其重量大都在14吨以上,如TJ661总重17.74吨,BK651总重14.5吨,SK670S1总重26.7吨,CQ670总重23.4吨。全国公共汽车平均值若按14吨计算时(是8.5吨的1.76倍),则车速30公里/小时 时每减速制动一次就可节油17.1×1.76≈30克/次,即便速度达不到30公里,取V=25公里/小时(V降低1/6,动能降低11/36,不到1/3)。节油都按20克/次计算,一年工作320天,每天行驶8小时,则一年中可节油 (25×103×8)/400 ×20×320=3.2×106(克)=3.2吨/辆·年。假定全国共有十万辆,全部装上后一年节油32万吨,价值3亿元以上。
振动能量回收装置的节能效益也很显著。如果单出杆油缸是参照解放CA-10B车上的减震器参数改制成的,设车身自由振动频率为120次/分,振幅平均值为8mm,那么正常充液状态中每行驶2.5分钟就可向蓄能器输入12.06升高压油液,这些油液可使一个容量为25升初压力为110kg/cm2的蓄能器压力升高到212.5kg/cm2,如果其转变成动能的效率为0.8,则将油液全部放出后所产生的动能相当于燃烧15克汽油所产生的能量,节油达到8%。
再从再生制动装置安装位置来分析。由于制动鼓的半径只是整个车轮半径的4/10-5/10,所以在轮胎表面施加100公斤的制动力就相当于在制动鼓处施加了200公斤的制动力。事实上,现行的鼓式制动器在紧急制动时一般都会把车轮抱死,承受全部制动力并遭到严重磨损的仍是车轮的轮胎。一般汽车一类的车辆其传动轴与车轮间的速比高达9.28,也就是说在传动轴上施加1公斤米的制动力矩就相当于在车轮轴上施加了9.28公斤米的制动力矩。可见,在轮胎表面和传动轴上联接油马达比在制动蹄上联接油马达制动效果要高,所用元件的形状尺寸也小。但是,当考虑到允许传递扭矩的上限值以及机械联接方式的联接刚度,则是制动鼓处的允许值最高。可见,再生制动装置安装位置必须具体对待。对于有轨车辆来说,由于很少出现紧急制动,所以只需在其动力轴或非动力轴上以离合器作为离合构件安装即可;对于具有传动轴的各种交通车辆以及无外露传动轴的车辆及挂车来说,考虑到在制动蹄上安装油马达制动效果差,并且全部拆去摩擦片人们一时较难接受,所以,凡是有外露传动轴的车辆,就要以在传动轴上用离合器作为离合构件的安装方式为主。马达的最大扭矩要低于传动轴所能允许的扭矩。在此基础上在车轮轮胎的侧面再安装带有油马达的往复移动支架。每个车轮上都可以安装两组或更多组的油马达。当再进一步的增大力矩时,还可使同一个制动鼓内的两个制动蹄动作时间错开,在先工作的制动蹄上安装油马达,后工作的制动蹄上保留摩擦片。两个制动蹄上如果都装上马达,就可全部实现无摩擦制动。振动能量回收装置,可以取代原车辆上的减震器并在其位置安装。
下面结合实施例及附图,对本发明具体结构作进一步详细描述。
图1是可测吨位的轻型车辆制动振动再生装置液压油路原理图;
图2是可实现自动关油门的燃油油路原理图;
图3是测量车辆载重吨位的数值显示元件原理图;
图4是本发明控制电路原理图;
图5是传动离合部件及马达安装结构图;
图6是三齿轮马达结构示意图。
参见图5,突缘〔37〕既可采用原传动轴上的突缘零件改制,也可单独地作为一个套筒类自制零件,安装紧固到机车的动力轴或非动力轴上,只要车辆行走它就转动。当电磁离合器〔11〕不通电时,件〔37〕通过切向键〔36〕带动着齿轮〔13〕、〔12〕连接盘〔44〕及〔11〕的动片一起空转;当〔11〕通电时,其动片与静片吸合,从而把件〔11〕、连接轴〔40〕、套筒〔46〕以及油马达〔10〕和〔14〕连接为一体转动。托板〔38〕和支架〔41〕、〔45〕是保证转动件具有相对正确位置的架体。传动离合部件、油马达或变量油泵均装在一个架体上,与车辆转动着的轴相联接时该架体的一端可绕轴转动,另一端由摆杆〔43〕悬挂在车架上,在摆杆的两端各装有一个联接座〔42〕,其中一个紧固在车架上,另一个紧固在托板〔38〕上,件〔37〕随传动轴作任意方向的微量移动时,摆杆也相应地作任意方向微量摆动,丝毫不会影响各个转动件的正确传动位置。从安装上还应保证摆杆〔43〕只承受拉力,件〔37〕的转向(从大端看)是顺时针方向转动时其安装位置如图5所示,如果是逆时针转向时,须将图5中的安装位置绕件〔37〕旋转180°。如能生产出图6所示的三齿轮马达,就可用一个三齿轮马达,代替图5中的件〔10〕、〔14〕、〔45〕、〔46〕,〔40〕也可作相应的简化。摆杆〔43〕与托板〔38〕的B面之夹角一般在5°-30°之间,它对托板两侧由于重力不平衡所造成的扭矩起抵消的作用。护罩〔39〕可防尘和盛装润滑油。
制动能再生装置工作状态有十四种,下面根据其结构分别加以叙述,
(1).待充态:在该状态中,液压蓄能器〔26〕刚刚放液完毕,车辆已经起步挂上挡,具备了一定的速度,进入正常行驶状态。图1中电磁换向阀〔17〕、〔18〕的电磁铁1DT、2DT、3DT以及件〔11〕电磁离合器DLM均处于断电状态,电路中的八个小中间继电器1J-8J也都处于断电状态,12伏的两个蓄电池并接于直流发电机的两极之间,可以同时充电。油路中的件〔23〕是由一个单指针式差压表改制而成,在其指针的零位和左摆后所接触的位置各加一个触点,引出导线,连接电路中3J和4J,并在指针转轴上引出一根导线,连接电路正极。此时,其指针处于零位。yk3也可用其他差压式控制元件代替。两个压力继电器yk1和yk2均处于图示中的断开位置。件〔13〕只带动件〔12〕并通过件〔44〕联接和离合器的动片一起空转,马达不工作。
(2).低压充液状态:这时,车辆由正常行驶转入用本装置减速制动。司机抬起油门踏板的同时,搬下HA开关,再按一下变速箱操纵手柄上的按钮1QA,发出信号。或者是不下搬HA开关,将右脚移到制动踏板上,轻轻触压踏板表面上的按钮JZA,此时踏板并没有向下移动、摩擦片与制动鼓之间并无摩擦发生,但也会发出同样的电信号,使继电器1J通电,其三个动合、两个动断触头发挥作用,绿色信号灯LXD伴随1J的通电一直亮下去,电磁铁线圈2DT、3DT和离合器通电,制动灯ZXD亮。两个12伏的蓄电池由并联变为串联,以满足各电磁铁以及电磁离合器的额定电压值。如果车辆的发电机输出电压及蓄电池电压是24伏或各元件额定电压值均为12伏时,就不需要这种并联变串联的转换了。
上述元件动作和吸合之后,司机不需向下踩压制动踏板,就可使车辆减速。此时,司机还可挂空挡使车辆滑行减速。另外,在控制电路中还装有可实现下坡充液贮能、上坡释放能量的自动延时控制的水银式下坡开关〔51〕和水银式上坡开关〔55〕,每个开关都是由两粗一细三段玻璃管充入适量水银而构成,还有电极触头。在水平路面平稳行驶时,粗管与路面呈垂直状态,细管与路面相平行并与车架纵梁的安装方面基本相同。所谓自动延时控制,就是由于粗、细管径的差值较大,水银从一个粗管流入另一个粗管并上升到一定高度,需要一段延迟时间,当车辆通过较短的坡路所需时间只要不超过这段延迟时间,水银开关就不起作用,以防止不必要的减速和加速。这样一来,只有当下坡坡路的斜度和长度达到一定值时,水银开关〔51〕才会将继电器1J自动接通,实现低压充液状态,以控制下坡速度的增加。同时,开关〔55〕还切断了2J的通路,使双联按钮〔55〕、〔54〕失灵,保证在下坡途中不会释放液压能。
该状态中,车辆的惯性动能通过齿轮〔13〕、〔12〕及离合器〔11〕驱动两个作“油泵”用的齿轮马达转动,使动能转变为液压能。两个马达的进油口O1、O2都与油箱〔19〕联接,出油口P1、P2都经〔17〕、〔18〕以及节流阀〔22〕与蓄能器〔26〕相通,两个并联马达向蓄能器充液,其充液流量是两个马达输出流量之和。马达〔14〕、〔10〕的泄漏流量流经单向阀〔15〕、〔8〕分别回到进油口O1、O2,在马达参与工作的所有充液状态中都是这种流向。
(3).高压充液状态:随着充液的进行,件〔26〕的压力不断上升,差压表〔23〕只要有液体向件〔26〕流入(在件〔22〕两端产生压力差),它的指针就向左摆动,从而发出电信号,使电路中的4J通电,4J的三个动合触头接通,低压力值的压力继电器yk2在开始充液后立即动作,其动作压力值比蓄能器的预充氮气压力值高出3-4kg/cm2即可。当件〔26〕内的压力升高到接近齿轮马达最高压力额定值的时候,继电器yk1动作,发出电信号使3DT断电。其它元件一律保持低压,充液时工作状态。这时,来自油箱〔19〕的低压油从件〔14〕的O1口流入,增压后从P1口流出,又进入件〔10〕的O2口进行第二次升压,最后从P2口流出入〔26〕进行高压充液,这时两个齿轮马达相串联,每个马达所承受的压力为蓄能器压力的一半,输出流量是一个马达的流量。件〔21〕溢流阀对油路起安全保护作用,使〔26〕内的压力升高到一定数值就不再继续升高。
(4).停止充液状态:当车辆受到油马达的阻力矩最终停车时,对件〔26〕的充液也就停止,yk3两端的压差消失,指针自动摆回零位,发出电信号,使电路中的3J通电,它的一个动合触头和两个动断触头发挥作用,使2DT和DLM断电,高压油液便被封闭在〔26〕中,虽然〔18〕、〔21〕以及其它元件都不可避免地有泄漏,但由于液控单向阀〔27〕的存在截断了件〔18〕、〔21〕泄漏流量的去路,件〔14〕的O1口在上一状态中是与油箱相连通,一时不会将〔27〕打开,故〔27〕能起到一定的保压作用。
另外,由于特殊场合的需要,当车辆由减速制动转为空挡滑行、由减速转为慢速行驶以及车辆下坡之后遇到平路匀速行驶的时候,这时只需按动减速贮能提前解除按钮〔60〕,或将右脚抬离制动踏板表面,此时车辆虽然仍处于运行之中,但照样实现3J通电、2DT和DLM断电的停止充液状态。值得注意的是,按动〔60〕或抬离制动踏板后,如要使车辆再次减速,就必须向下踩压制动踏板,使3JA在踏板稍一移动时接通。而绝对不允许采用再次按动1QA或将右脚移到油门踏板上去触压JYA按钮。
(5).高压放液状态:处于停止充液状态的车辆需要起步或加速时,才可第二次按动1QA,或者轻轻踩压油门踏板表面的JyA,此时油门踏板并没有向下移动,油门并没有加大,但因为JyA的接通也会发出电信号,使电路中的2J通电,它的四个动合触头和两个动断触头发挥作用,将3J断电,1J、1DT和DLM通电,这时高压油液从件〔26〕中放出,经件〔22〕、〔18〕而流入〔14〕的O1口,从P1口流出,再经件〔17〕流入O2口,最后从P2口流出到油箱。虽然跟高压充液时的流向一致,但从O1口流入的是高压油液,从P2口流出的是低压油液,从压力值大小上与充液时相反。此时,油路中件〔10〕、〔14〕将件〔26〕内的液压能转变成动能,并通过件〔11〕、〔12〕、〔13〕传递到传动轴上推动车辆前进。
不难看当,当车辆处于高压充液状态时,按动1QA按钮或触压JyA开关,便可以跃过停止充液状态,而直接转入到上述的高压放液状态中来,车辆相应地也就从减速直接转入了加速。还有,在前面的高压充液或停止充液状态中,只要车辆遇到上坡路面,并具有一定的坡度和长度,水银开关〔55〕就会自动地发出电信号,使本装置也转变为高压放液状态。
该状态中,马达〔14〕、〔10〕的泄漏流量,流经单向阀〔16〕、〔9〕分别回到出油口P1、P2,在马达参与工作的所有放液状态中都是这种流向。
(6).低压放液状态:当件〔26〕随着油液的放出,使其压力降低到单个油马达的额定值时,yk1自动弹回,发出电信号,使3DT通电,这时两个齿轮马达便由高压放液时的“串联放液”变为“并联放液”了。高压油液从O1和O2同时流入。低压油液又从P1和P2同时流出到油箱。
当车辆还处于低压充液状态的时候,按动1QA或触压JyA,便可跳过中间所有的工作状态,而直接转入到低压放液状态中来,刚刚开始减速的车辆又马上转入加速行驶。
当件〔26〕内的油液即将放完的时候,yk2作弹回动作,将电路中的5J接通,其唯一使用的一个动断触头断开,使系统全部断电,转入待充态,车辆匀速行驶。从而,完成一个由无摩擦减速、制动到加速、起步的动作循环。
(7).高压待充态:当装置处于停止充液状态车辆停止运行时,可能要过很久的时间才能再次起步。这时没有必要让1J、3J、4J和驾驶室内的LXD长期通电。将其全部断电的方式有以下三种:第一种是打开司机门,被车门所压合着的按钮MA弹开,使整个系统全部断电,再关上司机门也不会再通电,这很适合司机下车的情况;第二种是按动TA按钮,但按动之前司机的右脚就离开制动踏板和油门踏板,不得再去踩压,否则,车辆会出现倒行或起步;第三种是打开TKA开关,所有按钮及开关全部断电失灵,待重新起步之前再合上开关。此状态与待充态相比,唯一的区别是件〔26〕内仍蓄有高压油液,故称为高压待充态。
(8).倒行放液状态:当车辆制动停车并按动TA按钮,使装置处于高压待充态时,只要再按一下1QA按钮或用右脚去触压JZA按钮,就会发出电信号,使1J通电,2DT和DLM也被接通,油路中件〔26〕内的高压油液流经P2、O2、P1和O1口而进入油箱,带动齿轮马达以及传动轴反向旋转。同样,当压力降低后3DT又通电,马达由串联变并联。
该状态中,由于yk3的指针是向右摆动,4J断电,所以JyA的通、断对于倒行放液状态不产生任何影响。但是,当车辆的倒行速度达到一定值压力表上所指示的P3的值接近于充气压力时,司机必须再重新按动TA,使该状态结束。
(9).紧急充液状态:车辆行驶中不管装置处于哪一种工作状态,遇有紧急情况时司机只要用力踩压制动踏板,就可以使装置迅速转入到该状态中来。也就是说紧急充液状态具有显著的排它性特点。其控制信号由安装在制动踏板下面的行程开关3JA发出,踏板向下稍一移动,它便闭合,使得6J通电,它的三个动合触头和3个动断触头发挥作用,电路中1J、4J、DLM、2DT、3DT(yk1不动作时)通电。此时,不仅件〔10〕、〔14〕被接通发挥其制动作用,而且,车辆原制动器中的摩擦片或其它的马达元件组也相继发挥制动作用。所以,此状态又可称为二次制动充液,依次还可有三次、四次。若有摩擦片时它只在最后一次中起作用。司机应注意的是,踩制动踏板的力不必过大过猛,防止车轮在路面拖滑。因为车辆是拖滑时刹车效果比车轮滚动时低得多。
其它马达元件组在图1中没有画出,如需要联入时,只须将各马达元件组的O1、O2、P1和P2四个油口各连接一个向马达内流进油液时呈截止态的液控单向阀,然后再与图1中件〔10〕、件〔14〕的同名油口相联接,使马达元件组与组之间呈并联联接关系。不工作的马达元件组不影响正在工作着的元件组。当需要某一新元件组工作时,离合构件接通的同时,该组中的液控单向阀由于控制口通入了高压油液而全部打开,从而进一步增大了作用力矩。有几个待用的马达元件组,就在制动踏板下备有几个行程开关。油门踏板下做同样安装,从而在高压放液状态中进一步增大起步力矩。当车辆停止前进时,司机抬起制动踏板,3JA断开,6J、DLM及通电的电磁铁断电,装置由紧急充液状态自动转入停止充液状态。
(10).转向充液状态:电路中的开关5KA是专门实现该状态的,它安装在转向开关的正下方,并且开关方向一致,紧靠在一起。车辆在转向行驶之前,司机在搬动转向开关的同时,5KA也被连带着一起同向搬动。但无论搬到哪一方,5KA都会把6J接通,同样都使1J、4J、DLM和电磁铁通电。这时司机只须抬起油门踏板、不去踩压制动踏板,就可实现在减速中转向的理想行驶情况。转向结束之后,如果车辆马上就可加速时,司机的右脚只要不离开油门踏板,使双联按钮JyA处于接通状态,那么在搬回转向开关和5KA的同时,装置就自动地转入了释放液压能的高压放液和低压放液状态,从而使车辆加速。如果转向后车辆不需要加速,在搬回5KA之前,司机的右脚离开油门踏板,相应地也就使装置由转向充液状态转入停止充液状态。
(11).自动放液状态:当车辆匀速行驶、装置处于待充态时,司机的右脚一直是踩在油门踏板上。由于振动能回收装置的存在(下面有详细说明),它不断地向蓄能器〔26〕内充入高压油液,使其压力不断上升。当上升到一定数值时,系统就会自动转入前面的状态(7)高压待充态,yk1动作发出电信号,使电路中的音响喇叭LB、红色信号灯HXD和继电器8J通电。在元件的选定时要保证这三个元件并联后的电阻值比DLM和2DT并联后的阻值大得多,使DLM和2DT(额定电压24伏)在通电的瞬间绝对不会动作,但8J却保证能动作,其两个动合触头发挥作用。又使7J通电,7J的三个动合触头和一个动断触头发挥作用,将电路中的1J、2J、1DT、8DT和DLM全都接通,系统在转入高压放液状态的同时,还会自动地把车辆发动机油门关小,该动作是图2中的换向阀〔30〕来完成的,该件串接在燃油滤清器〔33〕和膜片泵〔32〕之间,由于8DT的通电它就迫使燃油从一旁的节流阀〔31〕中流过,减小了供油量,可使车辆稳定行驶。
此时,油门踏板对油门的控制已经失灵,但由于在油门踏板的下面还安有一个自动关油门的解除开关〔58〕,当油门踏板被踩到最下面的极限位置时才受压断开。一般行驶中yQA是不会断开的,对于前面叙述过的停车后又转入高压待充态,如将车辆再次起步,仅靠自动放液释放的能量可能不足以驱动车辆,即,起步时司机刚一踩油门踏板,就发现HXD发亮并听到LB的响声,车辆有可能没有起步的迹象,这时司机就可继续猛踩油门并挂上前进挡,直到把yQA压下,使7J、8J和8DT断电,这时油门才会加大,使发动机的能量和高压放液状态继续放出的能量相汇合,共同驱动车辆前进。当车辆具备了起步速度司机只要稍抬油门踏板,yk1不弹回装置就又会转入到自动放液状态。
对于市外跑运输的交通车辆,自动放液状态在行驶中将会频繁地出现,一般每过2-5分钟重复出现一次。因此,本状态是最能体现节能作用的状态之一。只要适当地调整节流阀〔31〕和yk1,使在该状态中因关小油门所节省的能量正好由自动放液所输出的能量来弥补、或者是弥补后还略有剩余。为了保持车速的平稳性,让能量释放得慢一些,3DT一直处于断电状态。由于JZA按钮在接通1J同时还将2J断开,因此,由自动放液状态转换到低压充液和紧急充液状态是很容易的。
(12).倒行充液状态:当车辆倒行时,将安装在油门踏板与制动踏板交界处前方或其它位置的双联按钮DA以右脚尖踩压,右脚脚跟移到制动踏板上,就可使电路中7J、1J、2J、件〔11〕和1DT通电,油马达〔10〕和〔14〕的P2口流入低压油液,O1口输出高压油液,对蓄能器〔26〕充液,从而对倒行的车辆产生减速制动作用;当右脚脚尖抬起时,DA按钮〔61〕打开,该状态也随之结束。
(13).提前放液状态:在车辆正常行驶时,如前方遇到较徒的一小段上坡路,水银开关来不及接通就会爬到坡顶。此时蓄能器〔26〕已贮有油液但继电器yk1尚未动作,司机可用右脚脚尖去踩压双联按钮DA,右脚脚跟仍留在油门踏板上,电路中通电的元件与上一个状态相同,但油液流向及马达转向相反。此时车辆不加大油门就增加了一个前进的动力矩,促使车辆加速闯过坡路,抬起右脚尖,该状态随即结束。
(14).切断状态:当制动节能系统因使用过久出现故障时,司机只需打开TKA开关,将件〔28〕换向阀板拉为中间位置,整个制动再生装置即停止工作。振动能回收装置输出的高压油液,也从连接〔28〕的管路中流回油箱。车辆按原有的操纵方式行驶,不会发生因制动再生装置损坏而使车辆抛锚的现象。如采用拉线,拉动件〔28〕时,驾驶员不用离开座位;也不用停车就可完成切断状态的转换。
可见,制动再生装置构成简单,功能齐全。考虑到该装置可在不同种类的车辆上安装使用,在图4的控制电路中基本上是设置了手动和脚踏两种控制方式。例如:车辆的减速和加速既可以板下开关〔47〕用1QA这一个按钮手动完成,也可以用踏板表面上的按钮脚踩完成。对于具体的一种交通车辆,没有必要将这两种控制方式全都安装上,选用一种即可。比如对汽车一类的车辆以采用脚踏为宜。因为该控制方式完全符合司机的操作习惯,右脚只要轻轻触压制动踏板,车辆就减速,再去触压油门踏板的时候,车辆就加速。这就降低了司机劳动强度(汽车上制动踏板踏力可达七十公斤)。
振动能量回收装置主要是由图1中的元件〔1〕-〔7〕共七个元件组成,其中单向阀〔6〕与蓄能器〔26〕相连接,它只允许该系统向〔26〕内充入高压油液,而不允许件〔26〕内的液体流回装置中。单向阀〔7〕则是向装置提供低压油液的,它与油箱〔19〕相通。装置中的单出杆油缸〔1〕是用来取代减震器的,并且可用减震器改制而成,但改制后应保证其安装尺寸不变,原减震器活塞上的窄小孔隙必须全部封死,并在强度提高后的简壁两端各开一个通油孔,其安装位置与原减震器完全相同,可对支架予以加强。一般来说每个车桥上都安装有两个振动能量回收装置,彼此各相独立、互不影响,在图1中就安装有四个这样的装置。该系统的工作状态有以下五种。
(15).正常充液状态:车辆在平直的公路上行驶时,四个装置中的电磁铁4DT、5DT、6DT、7DT处于断电状态,由于车辆的振动,车身与车桥之间的距离缩短时,件〔1〕中活塞的运动为压缩行程,此时,没有低压油液向系统中补充,系统的连接方式为差动连接,所排出的油液容积只是活塞杆部分的容积。而在活塞运动方向相反的拉伸行程中,单向阀〔7〕被打开,由油箱〔19〕给件〔1〕的无杆腔提供低压油液,有杆腔流出的高压油液经件〔6〕全部输出。可见,在上述两个行程中的高压油液向外输出,并且都是流经件〔34〕节流阀而充入蓄能器〔26〕中,顺序阀〔35〕在该状态中始终是关闭着的。此时,件〔2〕不通电,件〔3〕不起作用。
下面对其特性进行分析讨论:
件〔26〕只要有油液充入,其压力就应该升高,但由于该件的容量足够大,充液流量很小,所以短时间内压力增加的量值相对于总压力值来说是非常微小的。对于振动中的一个行程来讲,我们不妨忽略这个压力增量,认为件〔26〕中的压力是一个常量P0,并忽略活塞运动中的摩擦阻力,则单出杆油缸的总阻尼力F总可表示为:
F总=P0·S+△P·S=F+△F (1)
式中S代表活塞运动时的有效作用面积,压缩行程中它的值等于活塞杆截面面积S1,拉伸行程中其值为有杆腔作用面积S2,件〔1〕从结构上都保证使S2>S1,那么,正常充液状态恰好能满足原减震器的压缩阻尼力小、拉伸阻尼力大的特性要求。
由于恒值阻力F=P0·S与振动速度的大小毫无关系,减振阻力△F=△P·S的值,完全是由于振动才引起的,所以,构成F总的两个分力从性质上来说是截然不同的。我们不妨把转换缸〔1〕看作是由两个元件组合而成的,其中一个是恒值阻力元件,另一个是减震元件。我们把件〔1〕至件〔26〕的管路与件〔34〕一起等效成细长小孔,根据有关手册上的经验公式,属于减震元件的阻尼力△F就可用下面的公式表示出来。
△ F = △P ·S = 7.2Vd2L S = 7.2d Zd t·4Sπ d2d2L S]]>
= (28.8S2L)/(πd2) · (dZ)/(dt) =K· (dZ)/(dt) (公斤) (2)
式中:△P-等效细长小孔内的压力损失(公斤/厘米2);
S-活塞有效作用面积(厘米2);
V-细长小孔中油液的速度(米/秒);
d-细长小孔的内径(毫米);
L-细长小孔的长度(米);
(dZ)/(dt) -车辆振动速度瞬时值(米/秒);
K-减震元件阻力系数,它是一个常数。
可见,只要我们将件〔34〕选定为细长小孔型的节流阀,减震元件的作用就会变得与原减震器完全相同,其阻尼力也是与振动速度成比例,表达式是一样的。
此时,如取车辆质量分配系数ε=1,单一振动系统悬挂质量M的自由振动微分方程式可写为:
M (d2Z)/(dt2) +K (dZ)/(dt) +CZ+F=0 (3)
若令2h= (K)/(M) 则上式可改写为:
(d2Z)/(dt2) +2h (dZ)/(dt) +W2Z=- (F)/(M) (4)
式中:W =CM]]>
-车辆自由振动偏频;
C-悬架刚度。
方程式(4)所对应的齐次方程就是安装原减震器时的微分方程式:
(d2Z)/(dt2) +2h (dZ)/(dt) +W2Z=0 (5)
一般h<w,在此情况下,方程式(5)的解为:
Z = A ·e- h t·s i n (w2- h2·t + φ)]]>(6)
设(4)式特解的形式为:Z*=b则有:Z*′=Z*″=0代入到方程式(4)中得:
Z*= -FM W2= -FMCM= -FC]]>
那么,方程式(4)的解为:
Z = A ·e- h t·s i n (w2- h2·t + φ ) -FC]]>(7)
设在压缩行程中Z为正值,刚度C与Z之乘积构成的悬挂弹力与恒阻力F方向相同,都与振动方向相反,故此当Z为正值时, (F)/(C) 也为正值;而在拉伸行程中Z为负值,悬挂弹力的方向与恒阻力F方向相反,则 (F)/(CZ) 也变为负值。由上述结论出发去比较(7)式与(6)式就可发现:装上恒值阻力元件后,虽然其阻尼振动频率没有改变,但使得振动的振幅又进一步衰减了,会更快地趋向于稳定,这一衰减作用还随件〔26〕内压力的升高而增强。
另一方面,提高F值后还会进一步减轻悬架实际承受的压力和冲击力,从而使得车辆的承载能力得到提高。弹性元件的寿命也会因之而大大延长。当然,F的提高必须限制在一定的范围内,要考虑元件〔1〕两端连接强度的允许,及件〔26〕压力值对制动蓄能器备用予留、并保证释放液压能时车速尽量平稳。前面的自动放液状态就是专为限制F的最高值而设计的。
(16).强制充液状态:在前面状态(9)紧急充液和状态(10)转向充液中,由于惯性力的作用,车身会向前、向转向的外侧突然倾斜,这两种倾斜都会给单出杆油缸〔1〕带来大幅度的压缩和伸张,并给车辆的悬架一个很大的冲击力。为了增加液压能的输出,使这一冲击能量被件〔26〕吸收的更多一些。此时,振动能量回收装置油路方向控制阀包括一个二位三通电磁控制阀〔2〕和五个单向阀〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕。上述(9)、(10)两个状态中,在完成原动作的同时,还使4DT、5DT、6DT、7DT全部通电,使件〔1〕在压缩行程中,无杆腔排出的油液经件〔5〕、件〔6〕而全部向外输出,不再是差动连接的形式了,并且低压油液此时是经件〔3〕向有杆腔充入,在拉伸行程中则是经件〔4〕、件〔6〕向件〔26〕充液,低压油液仍是经件〔7〕流入。
由于该状态是与制动再生装置同时工作,所以,强制充液的设置还会有效地提高件〔10〕、件〔14〕的制动力矩,使车辆尽块地减速。另外还可以改善车辆的转向特性,稳定转向半径,提高承载能力。
振动能量回收装置在有轨车辆上应用时,不会出现大幅度的振动,所以只具有正常充液状态,没有强制充液。相应地就可把图1中的元件〔2〕以直通油管代替,元件〔3〕、〔4〕及与其直接连接的管路也都省去,只剩下三个单向阀〔5〕、〔6〕、〔7〕与件〔1〕联接成上一状态中的差动联接方式。
(17).凸凹充液状态:当车辆行驶中遇到近于搓板路的凸凹不平路面时,既时车速很慢也还会使车身剧烈颠簸,为了避免悬架系统击穿(碰撞缓冲块),提高输出油液的流量,司机可以暂时地把电路中的5KA开关连同安装在它下面的4KA开关一起向右搬动,使电路中的1J、3J、4J、6J、4D、T、5DT、6DT、7DT通电,振动能回收装置按状态(16)中的方式单独工作,制动再生装置不工作。该状态持续一段时间之后,因yk1的动作将HXD和LB支线接通,司机发现红灯信号或听到喇叭音响时,就应把4KA和5KA一同搬回中间位置。此时,只要司机的右脚仍踩在油门踏板上,装置马上就会自动转入高压放液状态。
(18).卸荷充液状态:在节流阀〔34〕一旁还并联有可实现卸荷充液的顺序阀〔35〕。当车身振幅达到一定值时(例如:3厘米),不管振动能回收装置处于哪种工作状态,顺序阀〔35〕都要自动打开,从而减小油液沿程压力损失△P的值,降低减震阻力△F,使车身所受的冲击力变小。
我们不妨假设一种△P、△F都减小到零的极限情况,那时元件〔1〕只剩下一个恒值阻力F=P0·S,活塞移动到任何一个位置它都要受到这个不变的阻力值。当件〔1〕处于压缩行程时,力F只抵消车身重力中恒定的一部分,这时如果车轮又突然新增了一个向上的冲击力时,这时力F中拿不出任何一点力来抵消这个冲击力,而全部由悬挂中的弹性元件把冲击力吸收了去,也就是说,恒力F不能够把额外的冲击力传到车身上来,因此,降低车身所受冲击力的唯一有效的方法,就是减小△P和△F的值。
(19).载重量测量状态。在各个振动能量回收装置汇合后的输出管路中,还串联有一个三位三通换向阀〔28〕,在分油路中还具有可测量每个单出杆油缸内压力、显示出各车轮重力分配情况;从而可测出车辆实际载货重量的压力重力表。在装载货物之前,司机先将图1中三位三通手动换向阀〔28〕由图示位置板拉至左位,但在板拉的过程中,换向阀〔28〕必定经过中间位置使四个单出杆油缸全部卸荷,也就是说在扳至左位时,缸内油压已经降到接近于零值了。此时车辆的空车重量全部由悬挂装置来承受,再往车上装载货物时,由于各个单出杆油缸的出油口均被封死,而变成了刚性的支承元件,因此,所装货物的重量将由四个油缸通过升高缸内油液的压力来全部承受,我们只须旋转组合元件〔29〕中的压力表开关,分别测量P6、P7、P8及P9四个压力值及重力值的大小,就可得知装载货物的重量及其各车轮重力分配的情况。
当然,所装货物的重量也必须是在一定的数值范围内,为单出杆油缸的强度所允许。所谓压力重力表,只是在压力表上的压力数值外面再添加上相应的重力数值即可,并且两个数值只差一个比例常数,当单出杆油缸按图示正常充液时的差动联接方式联接时,该比例常数就是活塞杆的截面面积。如果再设置一个按钮和一个小中间继电器,只将电路中的4DT、5DT、6DT、7DT和1J接通,那么,按动按钮后比例常数就是无杆腔活塞的作用面积了,此时换向阀〔28〕也可改为电磁控制或采用标准元件组合而成。
补正书替换页
④文件名称 页 行 补正前 补正后
说明书 8 11 同样的 制动的
14 2 放液和低压 放液或低压
22 13 旋转组合元件 旋转显示元件
9 13 流向。 流向。马达轴端如密封差可
加强。
10 1 续升高。 续升高,该状态一般时间也
很短。
11 4 前进。 前进。该状态一般时间也很短。
11 10 态。
11 11 该状态中, 态。该状态中,
11 13 流向。 流向。在状态(3)和本状态
中,可调整各单向阀压簧弹压
力,改变泄漏流量,使件〔14〕
和〔10〕的进出口压差趋于相
等。
12 9 结束。 结束,由于件〔27〕的低压阻
滞和违反操作习惯,该状态尽
量不用。
13 1 车辆原制动器 各种交通车辆
13 6 在图1中没有画出, 在重型的交通车辆中
15 4 装置就又会转入到自动放 装置又自动放液。若踏压DA
液状态。 按钮也可使该状态提前解除。
17 1 系统的 装置的
17 5 系统中补充,系统的 装置中补充,装置的
④文件名称 页 行 补正前 补正后
17 8 在上述两个行程中的 上述两个行程中都有
17 10 件〔2〕不通 件〔4〕在该状态中的
17 11 件〔3〕 作用与件〔5〕,〔7〕的作用
相重复,件〔3〕
说明书 18 19 M的 M在
18 20 自由 压缩行程中的自由
20 1 升高而增强。 振幅的同样结论,并且,衰
减作用的大小随件〔26〕内
压力的升高而增强。
19 14 设在压缩行程中Z为正值, 在压缩行程中,由于恒阻力
-19 ……这一衰减作用还随件 F与悬挂弹力CZ方向相同,
〔26〕内压力的 ……不难分析,也会得出
只衰减。
说明书摘要 1 2 阀类和机械 将刹车时的
1 3 联接机构完成动能和液压 惯性动能回收,在加速时推
能的相互转换, 动车辆前进,
1 5 结构简单, 操作方便,