充液阀组、刹车控制系统及具有其的农业机械的制作方法

1.本发明涉及农业机械，具体地，涉及一种可用于刹车控制系统的充液阀组。在此基础上，本发明还涉及一种具有该充液阀组的刹车控制系统和农业机械。


背景技术：

2.随着计算机科学、车载传感技术和智能控制技术的高度发展，例如为无人驾驶的智能汽车技术在理论研究、产品测试和实际应用等方面取得了丰硕成果。其中，基于环境感知的汽车转向和速度控制是智能汽车领域的重要研究方向。然而，在农业机械领域，由于在作业过程中行走路径多变，需要根据实际耕作状况精准控制其行驶速度和方向等，实现农业机械无人驾驶对于控制系统提出更高的要求。
3.在农业机械自动化技术中，刹车控制系统对于提高安全性和实现精准控制具有重要影响。例如，当需要控制拖拉机在狭窄空间转弯时，可靠的刹车控制能够避免刹车不及时导致的碰撞事故，单边制动可减小转弯半径等。为此，需要向制动器提供强劲稳定的刹车油压，以保障其在刹车过程中能够产生足够的制动力矩。
4.一般地，可以利用蓄能器提供刹车所需的压力油，并在该蓄能器油压不足时由液压泵经过充液阀进行充液蓄能。为此，充液阀应当在蓄能器满足刹车需要的压力状况下中止液压油的泵送，并保持该蓄能器具有预定压力；而当蓄能器油压不足时及时启动充液，补充蓄能器油液和压力。另外，应用于如拖拉机的农业机械中的刹车控制系统和充液阀应当满足大马力机械在较大惯性下制动所需的高油压等特殊需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种充液阀组，该充液阀组能够根据蓄能器等负载的压力状态可靠地启动和中止充液过程。
6.为了实现上述目的，本发明提供一种充液阀组，包括：充液油路，该充液油路上设有主阀并包括由单向阀分隔且分别连通该单向阀的正向进、出油口端的充液进油油路部分和充液负载油路部分，所述主阀具有相对设置的第一液控腔和第二液控腔；旁通油路，该旁通油路能够在所述主阀的不同换向位置与所述充液进油油路部分形成不同的节流连通状态。其中，所述第一液控腔通过第一液控油路连通所述充液进油油路部分，并在该充液进油油路部分的油压作用下具有减小所述旁通油路与所述充液进油油路部分之间的节流阻力的趋势；所述第二液控腔连接有选择性连通所述充液负载油路部分或泄油油路的第二液控油路。
7.优选地，所述第二液控油路通过先导阀选择性连通所述充液负载油路部分或所述泄油油路，其中，该先导阀具有连通所述充液负载油路部分的先导液控腔，并由该先导液控腔控制为：当所述充液负载油路部分的油压低于第一预定值时，所述第二液控油路连通该充液负载油路部分；当所述充液负载油路部分的油压高于第二预定值时，所述第二液控油路连通所述泄油油路。
8.优选地，所述充液进油油路部分连接有溢流油路，该溢流油路上设有溢流阀。
9.优选地，所述充液进油油路部分设有节流阀和/或液压油过滤元件。
10.优选地，所述充液负载油路部分具有第一分支油路和第二分支油路，该第一分支油路和第二分支油路上设有用于在充液过程中保持充液出油端口油压相等的平衡阀。
11.优选地，所述充液负载油路部分连接有低压报警油路。
12.本发明的另一方面提供一种刹车控制系统，该刹车控制系统具有用于向制动器提供刹车油压的蓄能器，该蓄能器连接有本发明提供的上述充液阀组，该充液阀组的充液进油端口连接有主进油油路，该主进油油路上设有由动力装置驱动的液压泵。
13.优选地，所述刹车控制系统具有成对布置并分别连接有刹车供油油路的至少两个所述蓄能器，所述刹车供油油路上具有彼此并联布置并能够分别控制通断状态的脚踏制动阀和电比例制动阀。
14.优选地，所述刹车供油油路上设有由所述刹车油压控制的尾灯开关，并且/或者，分别连接至成对布置的所述蓄能器的所述刹车供油油路之间连接有连通油路。
15.本发明的另一方面提供一种具有上述刹车控制系统的农业机械。
16.通过上述技术方案，本发明的充液阀组可以设置为在负载压力不足时使得主阀的第二液控腔连通充液油路的充液负载油路部分，由此增大该充液油路的充液进油油路部分与旁通油路之间的节流阻力，进而利用由该充液油路向负载充液蓄能；在负载压力达到预定压力时，可以使得主阀的第二液控腔连通泄油油路，该主阀在第一液控腔的油压驱动下切换为使得充液进油油路部分与旁通油路之间的节流阻力减小，液压油通过旁通油路排出，中止充液。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
19.图1是根据本发明一种优选实施方式的刹车控制系统的液压原理图；
20.图2是用于图1中刹车控制系统中的充液阀组的原理图。
21.附图标记说明
22.l1-主进油油路；l2-主回油油路；l3-充液油路；l31-充液进油油路部分；l32-充液负载油路部分；l32a-第一分支油路；l32b-第二分支油路；l4-旁通油路；l5-第一液控油路；l6-第二液控油路；l7-泄油油路；l8-溢流油路；l9-低压报警油路；l10-刹车供油油路；l11-先导液控油路；l12-负载反馈油路；l13-连通油路；
23.1-液压油箱；2-液压泵；3-过滤器；4-充液阀组；5-低压报警开关；6-蓄能器；7-脚踏制动阀；8-电比例制动阀；9-梭阀；10-制动器；10a-左制动器；10b-右制动器；11-尾灯开关；
24.41-主阀；41a-第一液控腔；41b-第二液控腔；42-单向阀；43-先导阀；43a-先导液控腔；44-溢流阀；45-节流阀；46-液压油过滤元件；47-平衡阀；
25.p-充液进油端口；a1,a2-充液出油端口；o-旁通出油端口；t-回油端口；sw-低压报警端口。
具体实施方式
26.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
27.在本发明中，所述充液阀组可以用于在如拖拉机等农业机械中实现对刹车控制系统的蓄能器进行充液控制。可以理解的是，本发明所述的农业机械还可以为小麦收割机、玉米收割机等其他类型的动力机械设备，充液阀组也可以用于其他场景下对不同负载的充液控制。
28.为便于清楚说明和限定技术方案，本发明主要利用各种油路描述不同液压元件之间的连接连通关系。这些油路可以由液压管路形成，或者也可以为形成在阀体内的油道。在此情形下，不同液压元件可以分别单独设置并通过液压管路连接，或者集成设置为共用的阀体内，本发明所述的充液阀组可以为其中任意一种形式或两种不同形式的组合。
29.参照图1所示，根据本发明一种优选实施方式的刹车控制系统，包括液压油箱1、液压泵2、充液阀组4、蓄能器6、制动器10等。其中，液压泵2设置于主进油油路l1上并可以在如农业机械的动力装置驱动下运行，以将液压油箱1内的液压油加压并通过充液阀组4泵送至蓄能器6。本发明所述动力装置是指用于驱动农业机械行驶的动力系统部件，如发动机或变速箱等。该蓄能器6可以作为农业机械刹车时的直接动力源，通过刹车供油油路l10将压力油输送至制动器10(如制动器油缸)，以产生制动力矩实现刹车。
30.当蓄能器6不足以产生刹车所需的油压时，需要及时通过充液阀组4将由液压泵2泵送的液压油补充至蓄能器6，以备后续刹车需要。因此，充液阀组4对于保障该刹车控制系统的可靠工作具有重要作用，属于其核心关键组成部分。
31.结合图2所示，根据本发明一种优选实施方式的充液阀组，可用于图1所示的刹车控制系统中，并包括充液油路l3和旁通油路l4。其中，充液油路l3可以通过充液进油端口p连接刹车控制系统的主进油油路l1，以能够接收由液压泵2泵送的压力油；旁通油路l4可通过旁通出油端口o连接刹车控制系统的主回油油路l2或其他液压执行元件。
32.在图示优选实施方式中，充液油路l3包括充液进油端口p与充液出油端口a1,a2之间的油路部分。该充液油路l3上设有主阀41，该主阀41具有相对设置的第一液控腔41a和第二液控腔41b，以能够在其中油压作用下驱动阀芯换向。此处所述第一液控腔41a和第二液控腔41b的相对设置，是指设置为用于相对方向的阀芯控制，即若第一液控腔41a内的油压具有驱动阀芯向第一方向运动的趋势，则第二液控腔41b内的油压具有驱动阀芯向与第一方向相反的第二方向运动的趋势。
33.充液油路l3上还设有单向阀42，为了便于说明，本发明以该单向阀42为界将充液油路l3分为充液进油油路部分l31和充液负载油路部分l32。其中，连通单向阀42的正向进油口端的油路部分定义为充液进油油路部分l31，该充液进油油路部分l31可以与充液进油端口p保持连通；连通单向阀42的正向出油口端的油路部分定义为充液负载油路部分l32，该充液负载油路部分l32可以与充液出油端口a1,a2保持连通。此处所述单向阀42的正向进油口端和正向出油口端指的是其正常连通状态下的进油口端和出油口端，即当正向进油口端油压大于正向出油口端油压且差值达到预定值时，该单向阀42开启(连通)；当正向进油口端油压小于正向出油口端油压或差值未达到预定值时，该单向阀42截止。
34.进而，前述主阀41设置为在不同换向位置能够使得充液油路l3的充液进油油路部
分l31与旁通油路l4形成不同的节流连通状态。图2示出主阀41的两个典型换向位置：在图示右位状态下，充液进油油路部分l31与旁通油路l4通过具有明显的节流阻力的节流孔连通；在左位状态下，充液进油油路部分l31与旁通油路l4全连通，液压油从充液进油油路部分l31流向旁通油路l4的压力损失几乎可以忽略不计。需要说明的是，尽管本发明描述为二者“节流连通”，但该“节流连通”应作广义理解，即包含了全连通和截止等极限节流状态。由此，主阀41可以设置为在充液过程中能够使得充液进油油路部分l31与旁通油路l4截止，而不限于图示右位状态下的连通状态。
35.为了在充液过程中和充液完成后可靠地切换主阀41的换向位置，本发明通过将该主阀41的第一液控腔41a和第二液控腔41b连通充液油路l3的不同部分而形成与负载压力状态对应的换向逻辑。具体地，主阀41的第一液控腔41a通过第一液控油路l5连通充液油路l3的充液进油油路部分l31，由此该第一液控腔41a内的油压与充液进油端口p处的油压相等；第二液控腔41b连接有第二液控油路l6，该第二液控油路l6选择性连通充液油路l3的充液负载油路部分l32或泄油油路l7，由此该第二液控腔41b内的油压与充液出油端口a1,a2处的油压(负载压力)相等或被泄压(压力为0)。其中，第一液控腔41a内的油压使得主阀41具有减小旁通油路l4与充液进油油路部分l31之间的节流阻力的趋势；相反地，第二液控腔41b内的油压使得主阀41具有增大旁通油路l4与充液进油油路部分l31之间的节流阻力的趋势。
36.在此情形下，当负载压力不足时，可以使得主阀41的第二液控腔41b连通充液油路l3的充液负载油路部分l32，驱动主阀41向增大充液进油油路部分l31与旁通油路l4之间的节流阻力的方向换向，进而使得该充液进油油路部分l31的压力油主要地(甚至全部地)向负载供油，利用充液油路l3向负载充液蓄能。在此过程中，由于负载压力较低，充液油路l3上的单向阀42开启，充液进油油路部分l31和充液负载油路部分l32的油压基本相等(等于负载压力)，因而主阀41的第一液控腔41a和第二液控腔41b内的油压也基本相等，可以在复位弹簧作用下复位至充液位置。
37.当负载压力达到预定值时，可以使得主阀41的第二液控腔41b连通泄油油路l7，该主阀41在第一液控腔41a的油压驱动下向减小充液进油油路部分l31与旁通油路l4之间的节流阻力的方向换向，液压油通过旁通油路l4排出，中止充液。在此过程中，由于主阀41的第一液控腔41a仍连通充液进油油路部分l31，其内油压大于第二液控腔41b内的泄压压力，只需克服复位弹簧的弹力即可保持在旁通排液位置。
38.由此，本发明的充液阀组4能够根据蓄能器等负载的压力状态可靠地启动和中止充液过程。
39.其中，图示优选实施方式使得单向阀42相对主阀41独立设置，以便在其与主阀41之间的油路上设置随后所述的节流阀45、液压油过滤元件46等。在其他实施方式中，该单向阀42也可以集成设置于主阀41内。典型地，主阀41可以选择为三通换向阀。
40.根据上述，本发明的主阀41根据负载压力状态确定换向位置，更具体为根据负载压力状态改变第二液控油路l6与充液负载油路部分l32和泄油油路l7的选择连通关系。为此，可以在第二液控油路l6与充液负载油路部分l32和泄油油路l7之间分别设置由负载压力控制的开关阀，如电磁开关阀，以根据负载压力切换连通关系。
41.在图示优选实施方式中，第二液控油路l6通过先导阀43选择性连通充液负载油路
部分l32或泄油油路l7。具体地，该先导阀43具有连通充液负载油路部分l32的先导液控腔43a，例如可以通过先导液控油路l11连通充液负载油路部分l32，由此接收负载压力。该先导阀43由先导液控腔43a控制为：当充液负载油路部分l32的油压低于第一预定值时，第二液控油路l6(如通过负载反馈油路l12)连通该充液负载油路部分l32；当充液负载油路部分l32的油压高于第二预定值时，第二液控油路l6连通泄油油路l7。由此，当负载压力低于第一预定值时，先导阀43的先导液控腔43a压力较小，充液负载油路部分l32反馈的压力通过第二液控油路l6被引导并作用于主阀41的第二液控腔41b，该主阀41的节流孔对液压泵2泵送的液压油进行节流，使得充液油路l3上的单向阀42开启，液压油主要地通过充液油路l3向负载供应，主阀41保持在充液位置；当负载压力达到第二预定值时，先导阀43由先导液控腔43a的油压作用下切换为使得第二液控油路l6连通泄油油路l7的位置，进而使得主阀41在第一液控腔41a内油压作用下换向至旁通排液位置，液压泵2泵送的液压油通过旁通油路l4排液，充液油路l3上的单向阀42被关闭，中止充液。当例如为蓄能器6的负载因刹车等压力不足时，充液负载油路部分l32压力降低，先导阀43复位至使得第二液控油路l6连通充液负载油路部分l32的位置，主阀41因第二液控腔41b接收充液负载油路部分l32油压作用而向充液位置换向，重新开始充液过程，如此往复。此处所述先导阀43可以采用三通换向阀，由此以简单的油路构造实现对主阀41换向的先导控制。
42.对于例如为拖拉机的大型农业机械而言，需要蓄能器6提供较大油压满足较大惯性下的制动需求。对应地，为该蓄能器6充液蓄能的液压泵2也应当具有较大的排量和功率，以免充液时间过长。然而，用于驱动液压泵2的发动机在不同工况下具有较大的转速变化范围，如800r/min～2200r/min，由此导致液压泵2的流量起伏非常显著，容易对蓄能器6造成压力冲击，甚至可能导致发生爆管等故障。为此，在本发明一种优选实施方式中，可以在充液油路l3的充液进油油路部分l31连接有溢流油路l8，并在该溢流油路l8上设置溢流阀44。该溢流阀44设定了充液油路l3的最高压力，当压力高于溢流压力时，系统泄压，由此使得本发明的充液阀组4适用于需要应用大容量蓄能器的农业机械中进行刹车控制。
43.正如前述，充液油路l3的充液进油油路部分l31可以设有节流阀45和液压油过滤元件46。其中，节流阀45有利于主阀41从充液位置向旁通排液位置换向。具体地，在图示充液位置，压力油经过节流阀45进行充液时产生压降，这种节流损失随着油液流量的减小而降低。由此，当负载压力趋于达到预定值时，先导阀43切换为使得第二液控油路l6及其连通的主阀41的第二液控腔41b连通泄油油路l7，主阀41向使得充液进油油路部分l31与旁通油路l4之间的节流阻力减小的位置换向，导致充液进油油路部分l31及其连通的第一液控腔41a的油压减小，这不利于主阀41换向并保持在旁通排液位置。而由于设置节流阀45，可使得第一液控腔41a的油压降速变慢，进而驱动主阀41换向。并且，由于主阀41、节流阀45和先导阀43共同的动态调节作用，还使得充液过程的充液流量稳定，减少对蓄能器6的液压冲击。
44.对于液压元件而言，特别是对于随后所述的用于自动刹车的电比例控制阀8，设置液压油过滤元件46可过滤油液中的杂质，避免对元件的快速磨损并保证动作可靠性。
45.例如控制拖拉机在狭窄空间转弯时，单边制动可有效减小转弯半径。为此，可以在刹车控制系统中布置两个甚至更多蓄能器6。相应地，充液阀组4需要对各个蓄能器6进行充液蓄能。然而，成对布置的蓄能器6应当具有相同的输出压力，以在正常制动情况下避免拖
拉机侧滑甚至发生倾翻事故。为此，在图示优选实施方式的充液阀组4中，充液负载油路部分l32具有第一分支油路l32a和第二分支油路l32b，该第一分支油路l32a和第二分支油路l32b上设有用于在充液过程中保持充液出油端口a1,a2油压相等的平衡阀47。
46.在系统故障情形下，蓄能器6可能由于未能及时充液而油压不足，该信号应当及时反馈至操控或监控人员，以免刹车时效导致的安全事故。为了监控蓄能器6压力，可以在充液负载油路部分l32连接低压报警油路l9，并通过该低压报警油路l9的低压报警端口sw连接低压报警开关5。当该低压报警开关5发出报警提示时，说明蓄能器6压力值低于设定值，如80bar，可以提醒操控或监控人员检查相关系统故障。
47.以上结合一种优选实施方式的刹车控制系统对本发明提供的充液阀组进行了详细说明。在此基础上，本发明还提供一种具有该充液阀组的刹车控制系统。进一步结合图1所示，前述优选实施方式中的充液阀组4可以通过充液进油端口p连接主进油油路l1，旁通油路l4、泄油油路l7及溢流油路l8可以分别通过旁通出油端口o和回油端口t连接主回油油路l2。主进油油路l1也可以设置用于过滤油液杂质的过滤器3等。
48.该刹车控制系统可以利用成对布置的蓄能器6进行单边制动。其中，成对布置的蓄能器6可以分别连接刹车供油油路l10，该刹车供油油路l10可以设置彼此并联布置的脚踏制动阀7和电比例制动阀8，由此可以选择脚踏制动工作模式和自动制动工作模式，来自蓄能器6的压力油经由梭阀9供给至制动器10。此处所述脚踏制动阀7和电比例制动阀8分别用于在脚踏制动踏板和通电状态下导通刹车供油油路l10，因而可以在不同踏板行程或通电电流大小时具有不同的制动力矩。各侧车轮分别由独立的刹车供油油路l10提供制动力矩，可以根据需要向左制动器10a和右制动器10b提供所需的压力油。
49.上述实施方式利用彼此相对独立的刹车供油油路l10，由不同蓄能器6向相应的制动器10提供制动所需的压力油。在一种优选实施方式中，成对布置的蓄能器6所连接的刹车供油油路l10之间可以连接有连通油路l13，由此其中任一蓄能器6可通过对应的刹车供油油路l10向任意一侧制动器10提供制动压力，如图1所示。在此情形下，当其中某一蓄能器6发生故障而无法供油或两侧压力不一致时，可利用另一蓄能器6保持向两侧制动器10的制动压力供给，或由连通油路l13保持一致的制动压力，提高制动安全性。
50.刹车供油油路l10的靠近制动器10的位置可以设置有由刹车油压控制的尾灯开关11。当刹车油压达到预定值时，制动器10被驱动，同时达到启动尾灯开关11的设定压力，拖拉机的尾灯可被开启，提醒相关人员和车辆注意行驶安全。
51.本发明还提供一种具有上述刹车控制系统的农业机械。
52.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
53.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
54.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。