本发明属于机车液力制动领域，具体涉及一种外部液力制动装置。
背景技术：
液力制动是利用液体阻尼产生缓速作用的装置。液力制动器的本体固定于制动器壳体，制动轮通过花键配合与传动轴相连，制动轮和本体上均铸出叶片。工作时，第一输液泵启动，通过主控阀将工作液注入液力制动器，使工作液充入制动轮与本体之间的工作腔内。制动轮旋转时通过工作液对本体作用一个转矩，而本体的反转矩即成为本体的制动转矩，其值取决于工作腔内的工作液流量和压力以及制动轮的转速。工作液的摩擦和对本体的冲击转换为热能，使工作液温度升高，工作液可被引入热交换器中循环流动将热量消耗。
液力制动的主要特点是：制动效能比发动机缓速装置高，能以较高速度下坡行驶；尺寸和质量小，可与液力传动装置连成一体；工作时不产生磨损；工作液产生的热量易于消耗，且在下长坡时可保持发动机的正常工作温度；低速时制动转矩趋于零，在光滑路面制动时车轮不会产生滑移。但是，目前的液力制动装置无法根据车速实时调节制动扭矩和制动功率的大小，在应用上仍存在局限性。
技术实现要素：
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种外部液力制动装置，来解决传统液力制动装置无法根据车速实时调节制动扭矩和制动功率的问题。本发明采用的技术手段如下：
一种外部液力制动装置，包括：
电控系统、主控阀、液力制动器、供液系统和制动阀；
所述电控系统控制所述制动阀的开关；
所述主控阀包括阀体、阀芯和弹簧，所述阀芯的一端与所述弹簧抵接，另一端与所述阀体形成液压腔，所述阀芯的侧面与所述阀体形成互相隔断的进液流道和出液流道，所述液压腔内充液时，所述进液流道和出液流道打开；
所述液力制动器包括制动器本体以及与输入轴配合的制动轮，所述制动器本体和所述制动轮之间形成内腔，所述液力制动器上设有用于防止所述内腔气蚀的闸阀；
所述供液系统包括储液箱和输液管路，主传动系统执行机构通过输液管路与储液箱连通，所述输液管路上沿工作液输送方向依次设有第二支路、第一支路和第三支路，所述第一支路与所述进液流道和内腔连通，所述第二支路与所述出液流道和内腔连通；
所述制动阀的进口与所述第三支路连通，所述制动阀的出口分为两条支路，分别为第四支路和第五支路，所述第四支路与所述闸阀的进口连通，所述闸阀的出口经过液压腔与所述第五支路连通；所述第五支路依次将所述闸阀的出口、液压腔和所述制动阀连通；
所述第四支路和所述第五支路上均设有单向阀，工作液通过所述第四支路流入所述闸阀，经所述第五支路流出。
优选地，还包括比例阀，所述比例阀内设有阀座、第一阀芯和第一弹簧，所述第一阀芯的一端与所述第一弹簧抵接，并形成容纳所述第一弹簧的第一腔室，另一端与所述阀座抵接，并与所述阀座形成第二腔室，所述第一阀芯的侧面形成容纳工作液的泄压腔室，所述第一阀芯内设有泄压流道，所述流道工作时可连通所述泄压腔室；
所述输液管路上设有第一输液泵，所述第一输液泵的出液端设有第六支路，所述第一输液泵的进液端设有第七支路，所述第六支路和第七支路均与所述泄压腔室连通，在所述第一弹簧的弹力作用下，所述第一阀芯阻断所述第六支路和第七支路的连通。
优选地，所述第三支路上设有第八支路，所述第八支路与所述第一腔室相通，工作液能通过所述第八支路进入所述第一腔室内，使得所述第一弹簧舒张，所述第八支路上设有电磁阀，所述电磁阀与所述电控系统相连，当所述电磁阀得电时，第二阀芯向右侧移动压缩第二弹簧，所述第八支路与所述第一腔室相通，工作液能通过所述第八支路进入所述第一腔室内。
优选地，所述液力制动器内设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器与所述电控系统相连。
优选地，所述第一支路和第二支路之间的输液管路上设有散热器和过滤器。
优选地，所述制动轮采用花键配合的方式与输入轴连接。
优选地，所述第三支路上设有第二输液泵、压力控制阀和第九支路，所述第九支路为待润滑部件供液。
与现有技术比较，本发明所述的一种外部液力制动装置的有益效果为：
本发明提供了一种能为液力传动机车提供辅助制动的外部液力制动装置，该外部液力制动装置可以作为独立的子系统接入主传动系统中，本发明所述外部液力制动装置不仅具有现有液力制动装置全部的特征，还增加了比例调节装置，能实现根据机车行驶速度的不同，自动调节制动功率及制动扭矩的大小，制动响应速度快，具有缓冲效能比高、尺寸及质量小，不产生磨损，散热性能好，可靠性高等特点。
附图说明
图1是液力制动装置原始状态示意图；
图2是图1中a-a截面示意图；
图3是液力制动装置工作状态示意图；
图4是图3中b-b截面示意图。
图中，
100、电控系统；101、电磁阀线路；102、制动阀线路；103、压力传感器；104、温度传感器；
200、比例阀；201、阀座；202、第一阀芯；203、第一弹簧；204、第一腔室；205、第二腔室；206、泄压腔室；207、泄压流道；210、电磁阀；211、第二阀芯；212、第二弹簧；
300、主控阀；301、阀芯；302、弹簧；303、进液流道；304、出液流道；305、液压腔；306、阀体；
400、液力制动器；401、闸阀；402、轴承套；403、轴承；404、制动器本体；405、制动轮；406、输入轴；407、轴套；
500、制动阀；
600、供液系统；601、储液箱；602、过滤器；603、单向阀；610、主传动系统执行机构；620、散热器；630、第一输液泵；640、第二输液泵；650、压力控制阀；660、待润滑部件；
700、输液管路；701、第一支路；702、第二支路；703、第三支路；704、第四支路；705、第五支路；706、第六支路；707、第七支路；708、第八支路；709、第九支路。
具体实施方式
如图1-4所示，一种外部液力制动装置，包括电控系统100、主控阀300、液力制动器400、制动阀500和供液系统600。
电控系统100通过线路102控制制动阀500的开关，电控系统100可以直接接入车辆的控制器，利于集成控制。
主控阀300为控制液力制动器400内充油的执行元件，主控阀300包括阀体306、阀芯301和弹簧302，阀芯301的一端与弹簧302抵接，另一端与阀体306形成液压腔305，阀芯301的侧面与阀体306形成互相隔断的进液流道303和出液流道304，进液流道303和出液流道304分别用于控制工作液进出液力制动器。
液力制动器400包括制动器本体404、轴承套402、轴承403、轴套407以及与输入轴406(主传动系统的输出端)配合的制动轮405，制动器本体404和制动轮405之间形成用于容纳工作液的内腔。液力制动器400上设有闸阀401，闸阀401在非工作状态下，可以消除由于制动轮405高速旋转，带动内腔空气旋转产生的气蚀现象，起到保护液力制动器400内元器件的作用。
供液系统600包括储液箱601和输液管路700，主传动系统执行机构610通过输液管路700与储液箱601连通，工作液可选为传动油等介质。输液管路700上沿工作液输送方向依次设有第二支路702、第一支路701和第三支路703，第一支路701与进液流道303和内腔连通，第二支路702与出液流道304和内腔连通。液压腔305内充液时，阀芯301在液压的作用下向下移动，进液流道303和出液流道304打开，工作液即可沿第一支路701、进液流道303进入液力制动器400内腔，并经由第二支路702、出液流道304返回。所述制动阀500的进口与所述第三支路703连通，所述制动阀500的出口分为两条支路，分别为第四支路704和第五支路705，所述第四支路704与所述闸阀401的进口连通，所述闸阀401的出口经过液压腔305与所述第五支路705连通；所述第五支路705依次将所述闸阀401的出口、液压腔305和所述制动阀500连通。
所述第四支路704和所述第五支路705上均设有单向阀603，工作液通过所述第四支路704流入所述闸阀401，经所述第五支路705流出。当制动阀500得电时，由于第四支路704和第五支路705上单向阀603的互锁功能，只能在先打开闸阀401的情况下，再打开控制阀，防止因充油过快损坏闸阀401，起到自动保护的作用；且如果闸阀401未完全打开即充油将阻碍液力制动器400内腔工作液的流动，影响液力制动的效果。
还包括比例阀200，比例阀200内设有阀座201、第一阀芯202和第一弹簧203，第一阀芯202的一端与第一弹簧203抵接，并形成容纳第一弹簧203的第一腔室204，另一端与阀座201抵接，并与阀座201形成第二腔室205，第一阀芯202的侧面形成容纳工作液的泄压腔室206，第一阀芯202内设有流道207，所述流道207工作时可连通泄压腔室206。其中第一腔室204和所述第二腔室205是独立封闭的腔室，所述第一输液泵630的出口与第六支路706连接。
输液管路700上设有第一输液泵630，第一输液泵630的出液端设有第六支路706，第一输液泵630的进液端设有第七支路707，在第一弹簧203的弹力作用下，第一阀芯202阻断第六支路706和第七支路707的连通。当第六支路706的工作液压力使阀芯202下移，工作液经流道207压缩第一弹簧203，使得第六支路706和第七支路707连通，实现泄压功能。即比例阀200在非工作状态下具有调控工作液压力的功能，防止工作液压力过大损坏液力制动器400内部元器件。
第三支路703上设有第八支路708，第八支路708上设有电磁阀210，电磁阀210内设有第二阀芯211和第二弹簧212，电磁阀210通过电磁阀210线路101与电控系统100相连，当所述电磁阀210得电时，第二阀芯211向右侧移动压缩第二弹簧212，所述第八支路708与所述第一腔室204相通，工作液能通过所述第八支路708进入所述第一腔室204内。比例阀200在工作状态下，当第六支路706的工作液压力使得比例阀200开启、第七支路707接通时，电控系统100可通过调节输入电流/电压控制第二阀芯211的开度来控制第一腔室204的压力，以此对第一弹簧203的张紧程度进行控制，从而调节输液管路700的压力和流量，进而调节液力制动器400进口压力和流量。
液力制动器400内设有压力传感器103和温度传感器104，压力传感器103能实时监测液力制动器400的内腔压力，温度传感器104能实时监测液力制动器400的内腔温度。压力传感器103和温度传感器104与电控系统100相连，通过电控系统100即可实现对液力制动器400工作状态的监控，便于及时控制各阀门的开关。
第四支路704和第五支路705上均设有单向阀603，工作液经第四支路704流入闸阀401，经第五支路705流出。当制动阀500得电时，由于第四支路704和第五支路705上单向阀603的互锁功能，只能在先打开闸阀401的情况下，再打开控制阀，防止因充油过快损坏闸阀401，起到自动保护的作用；且如果闸阀401未完全打开即充油将阻碍液力制动器400内腔工作液的流动，影响液力制动的效果。
第一支路701和第二支路702之间的输液管路700上设有散热器620和过滤器602，制动过程中，液力制动器400中的高温高压工作液通过散热器620散热后进行下一次循环利用。过滤器602上均配设有单向阀603，具体应用时可根据实际工况多设置几个过滤器602，具体数量本发明中不做限制。
制动轮405采用花键配合的方式与输入轴406连接，获得主传动系统的速度，便于时时控制制动。
第三支路703上设有第二输液泵640、压力控制阀650和第九支路709，第二输液泵640用于为第三支路703的工作液提供动力，压力控制阀650能调控第三支路703的工作液压力，第九支路709能为待润滑部件660供液。
本发明的外部液力制动装置主要有两种使用状态。
一、初始状态(如图1和图2)
当制动阀500与电磁阀210不得电时，此时液力制动器400不工作，主传动系统通过供液系统600为主传动系统执行机构610供液，执行相关操作，比例阀200作为一个压力控制阀650使用，保证输液管路700中的压力不超过安全压力。
主要的工作过程如下：当第一输液泵630开始供液后，工作液由第六支路706进入比例阀200，当第六支路706中工作液压力较低时，在第一弹簧203的作用下，第一阀芯202位置在最上方，比例阀200关闭，第七支路707无液；当第六支路706中压力过大时，工作液经流道207压缩第一弹簧203，第一阀芯202受到向下的压力增大，使得第一阀芯202开始向下运动，第七支路707被接通，工作液通过第七支路707回到第一输液泵630吸液侧，使得输液管路700中的压力降低，输液管路700内压力由工作液的供液压力及第一弹簧203对第一阀芯202的综合作用力决定。
另外，此时主传动系统中的机械连接会带动输入轴406与制动轮405转动，使得液力液力制动器400内腔的空气旋转，会对制动轮405和制动器本体404产生气蚀，但由于闸阀401处于关闭状态，阻断了气体的旋转运动，起到保护液力制动器400元器件的作用。
二、工作状态(如图3和图4)
当制动阀500与电磁阀210得电时，此时主传动系统执行机构610不在工作，主传动系统通过供液系统600为液力制动器400供液，比例阀200作为一个压力/流量调节阀使用，通过调节比例阀200的开度不同，可以控制输液管路700中进入液力制动器400的工作液流量，达到时时调节、控制液力制动器400压力/流量的作用，进而达到时时控制车辆制动扭矩和功率的作用。
主要的工作过程如下：当第一输液泵630开始供液后，工作液经输液管路700、散热器620、主控阀300(此时制动阀500得电，第四支路704和第五支路705打开)、第一支路701进入液力制动器400内腔参与制动后，高温高压液体经第二支路702、主控阀300进入散热器620进行下一次循环。
此时比例阀200的工作过程如下：当第一输液泵630开始供液后，第六支路706的工作液压力使得比例阀200开启、第七支路707接通时，电磁阀210通电将第二阀芯211向右推动，使得工作液由第八支路708进入到第一腔室204内，使得第一阀芯202下方第一腔室204内压力增大，第一阀芯202上移，第七支路707被关闭，输液管路700内压力增大，通过调整电磁阀210控制电流的大小，可以逐步控制第二阀芯211的开度，进而控制输液管路700的压力和流量，达到比例调节的作用。
本发明提供了一种能为液力传动机车提供辅助制动的外部液力制动装置，该外部液力制动装置可以作为独立的子系统接入主传动系统中，其中电控系统100、比例阀200、主控阀300、液力制动器400(轴承除外)为新增部分，其它为主传动系统中原有零部件。电控系统100可以直接接入车辆的控制器，其主要功能实时监测液力制动器400内腔压力和温度、控制制动器电磁阀210的开闭。所述外部液力制动装置不仅具有现有液力制动装置全部的特征，还增加了比例调节装置，能实现根据机车行驶速度的不同，自动调节制动功率及制动扭矩的大小，制动响应速度快，具有缓冲效能比高、尺寸及质量小，不产生磨损，散热性能好，可靠性高等特点。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
1.一种外部液力制动装置，其特征在于，包括：
电控系统(100)、主控阀(300)、液力制动器(400)、供液系统(600)和制动阀(500)；
所述电控系统(100)控制所述制动阀(500)的开关；
所述主控阀(300)包括阀体(306)、阀芯(301)和弹簧(302)，所述阀芯(301)的一端与所述弹簧(302)抵接，另一端与所述阀体(306)形成液压腔(305)，所述阀芯(301)的侧面与所述阀体(306)形成互相隔断的进液流道(303)和出液流道(304)，所述液压腔(305)内充液时，所述进液流道(303)和出液流道(304)打开；
所述液力制动器(400)包括制动器本体(404)以及与输入轴(406)配合的制动轮(405)，所述制动器本体(404)和所述制动轮(405)之间形成内腔，所述液力制动器(400)上设有用于防止所述内腔气蚀的闸阀(401)；
所述供液系统(600)包括储液箱(601)和输液管路(700)，主传动系统执行机构(610)通过输液管路(700)与储液箱(601)连通，所述输液管路(700)上沿工作液输送方向依次设有第二支路(702)、第一支路(701)和第三支路(703)，所述第一支路(701)与所述进液流道(303)和内腔连通，所述第二支路(702)与所述出液流道(304)和内腔连通；
所述制动阀(500)的进口与所述第三支路(703)连通，所述制动阀(500)的出口分为两条支路，分别为第四支路(704)和第五支路(705)，所述第四支路(704)与所述闸阀(401)的进口连通，所述闸阀(401)的出口经过液压腔(305)与所述第五支路(705)连通；所述第五支路(705)依次将所述闸阀(401)的出口、液压腔(305)和所述制动阀(500)连通；
所述第四支路(704)和所述第五支路(705)上均设有单向阀(603)，工作液通过所述第四支路(704)流入所述闸阀(401)，经所述第五支路(705)流出。
2.根据权利要求1所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，还包括比例阀(200)，所述比例阀(200)内设有阀座(201)、第一阀芯(202)和第一弹簧(203)，所述第一阀芯(202)的一端与所述第一弹簧(203)抵接，并形成容纳所述第一弹簧(203)的第一腔室(204)，另一端与所述阀座(201)抵接，并与所述阀座(201)形成第二腔室(205)，所述第一阀芯(202)的侧面形成容纳工作液的泄压腔室(206)，所述第一阀芯(202)内设有流道(207)，所述流道(207)工作时可连通所述泄压腔室(206)；
所述输液管路(700)上设有第一输液泵(630)，所述第一输液泵(630)的出液端设有第六支路(706)，所述第一输液泵(630)的进液端设有第七支路(707)，在所述第一弹簧(203)的弹力作用下，所述第一阀芯(202)阻断所述第六支路(706)和第七支路(707)的连通。
3.根据权利要求2所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，所述第三支路(703)上设有第八支路(708)，所述第八支路(708)上设有电磁阀(210)，所述电磁阀(210)与所述电控系统(100)相连，当所述电磁阀(210)得电时，第二阀芯(211)向右侧移动压缩第二弹簧(212)，所述第八支路(708)与所述第一腔室(204)相通，工作液能通过所述第八支路(708)进入所述第一腔室(204)内。
4.根据权利要求3所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，所述液力制动器(400)内设有压力传感器(103)和温度传感器(104)，所述压力传感器(103)和温度传感器(104)与所述电控系统(100)相连。
5.根据权利要求1所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，所述第一支路(701)和第二支路(702)之间的输液管路(700)上设有散热器(620)和过滤器(602)。
6.根据权利要求1所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，所述制动轮(405)采用花键配合的方式与输入轴(406)连接。
7.根据权利要求1所述的一种外部液力制动装置，其特征在于，所述第三支路(703)上设有第二输液泵(640)、压力控制阀(650)和第九支路(709)，所述第九支路(709)为待润滑部件(660)供液。
技术总结