CN101466566A - 卡车上的传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卡车上的传动系统，其中用于接合或释放设在铰接车辆(1)的前轮轴(4)和后轮轴(5)之间的纵向差速器(10)的装置和方法，其中所述铰接车辆(1)具有可关于设在它们之间的转向连杆(6)进行枢轴转动前部构件(2)和后部构件(3)，并且包括分配箱(9)，所述分配箱(9)通过第一轴(11)将来自发动机(7)的动力提供给前部构件(2)的前轮轴(4)且通过第二轴(12)将来自发动机(7)的动力提供给后部构件(3)的后轮轴(5)，其中：由检测设备(25a)检测在前部构件(2)与后部构件(3)之间形成的转向角v，所述检测设备(25a)被设置成当检测装置(25a)检测到比预设转向角v1小的转向角v时，使纵向差速器(10)的差速器制动器(20)保持在锁紧或制动状态下。

Description

卡车上的传动系统
技术领域
本发明涉及用于铰接车辆、特别铰接的矿用装载机的装置和方法，所述车辆包括可关于设在它们之间的转向连杆进行枢轴转动的前部构件和后部构件，其中响应于前部构件与后部构件之间的预设角度的出现，通过制动器将设在前部构件中的轮轴和后部构件中的轮轴之间的差速器锁住或制动。
背景技术
已知的实践是向铰接车辆(例如翻斗车)的所有车轮提供驱动以获得良好的通过柔软和/或光滑表面的能力。为此，车辆的传动系统包括设在车辆前部构件中的前轮轴。前轮轴具有用于给右前车轮和左前车轮提供动力的前横向差速器，所述差速器由源自分配箱的第一驱动轴提供动力，所述分配箱通常设在前部构件中。后轮轴设在车辆的后部构件中。为向右后和左后车轮提供动力，后轮轴也具有由来自分配箱的第二驱动轴提供动力的横向差速器，即后横向差速器。车辆还可以具有多个后轴，且以类似的方式向这些后轴提供动力。分配箱通过传动轴接收动力且由此将扭矩分配给前轮轴和后轮轴，其中所述传动轴源自前部构件中的发动机附近的变速箱。
通过让前部构件和后部构件受到转向角以使它们彼此成一定角度(这意味着前部构件和后部构件的相应纵轴彼此成一定角度)，前横向和后横向差速器使得同一轴上的车轮在车辆转弯过程中能够行进不同距离。只要车轮在行驶表面上具有良好的抓地力，这种技术就能很好地工作，但是如果轮轴上的车轮的抓地力变差且同时差速器打开(即差速器未被锁住时)，车轮将会开始打滑(当然，这只发生在具有纵向差速器且其打开的情况下。在分配箱没有差速器的情况下，驱动轴将使前轴和后轴以相同的速度旋转。)，且来自发动机的动力将因此被引至打滑的车轮。其结果是由打滑的车轮决定相应轮轴上的组合驱动力。考虑到上述缺点，通常设置差速器锁以便在这种情况下能够锁住横向差速器，从而使车轮以相同的速度旋转。为此，在对应种类的矿用装载机上通常不安装差速器。
已知的另一技术实践是在纵向轴上提供差速器，以便通过上述差速器(在下面称为纵向差速器)统一上述前驱动轴和后驱动轴从分配箱中接收到的驱动力。这样做的目的是使前轮轴和后轮轴上的车轮在车辆转弯过程中能够行进不同距离。此时同样只要车辆的所有车轮都具有良好的抓地力，这种纵向差速器就能令人满意地工作，但是如果轮轴上的车轮(对于装着货的车辆，通常是前部构件的车轮)的抓地力变差(这一般发生在陡坡上，例如在矿用装载机的情况下)，该轮轴上的一个/多个车轮将开始打滑，且如果车辆在所涉及的轴上具有横向差速器且该差速器打开的话，来自发动机的动力将被引至轮轴上的具有较差抓地力的车轮。为了阻止这种打滑，纵向差速器也可以设有差速器锁，其使得能够锁住差速器以使为前、后轮轴提供动力的对应轴以相同速度旋转。其结果将会是同一轮轴上的所有车轮均以相同速度旋转。基于已在此描述过的原因，同样一般不给铰接的矿用装载机安装纵向差速器。
在例如矿用装载机或翻斗车这样的铰接车辆/卡车中存在特别清楚的缺点，其中所述铰接车辆/卡车具有适于关于竖直转向连杆进行枢轴转动的前部构件，并且后部构件也适于关于该竖直转向连杆进行枢轴转动。在这种车辆上，前轮轴和后轮轴通常被设置成与所述转向连杆相距不同距离。前轮轴通常被安装成与转向连杆相隔相当短的距离。这种构造导致这两个轮轴在车辆转弯过程中以完全不同的曲率半径行进。如果这种车辆在纵向差速器被锁住的情况下转弯，尤其如果车辆正在车辆抓地良好的地面上运送位于后部构件上的重荷，那么传动装置、尤其驱动轴和分配箱将承受到制动转矩形式的非常重的荷载，因为前轮轴上的车轮将倾向于比后轮轴上的相应车轮转的更快些。除了传送装置上的应力外，轮胎的磨损也将加大且驾驶将变得更加困难，因为在转弯时车辆将会转向不足且容易向前直行。对于没有纵向差速器的相应铰接车辆(例如构造相当的矿用装载机)，当然也存在与此处描述的缺点相同的缺点。
纵向差速器需要锁紧功能以便如上所述那样防止来自发动机的扭矩都被引到仅仅一个轴上，其中所述轴的车轮与路面具有较小的摩擦。用于锁紧差速器的方案是已知的。一种方案是采用爪形联接器的形式，所述联接器一旦被接合就会将驱动轴锁紧。美国专利说明书6 641 223提出了一种用于铰接车辆的爪形联接器方案。这种方案的缺点在于：响应于爪形联接器的锁紧，车辆必须停下来。
根据另一已知技术，为纵向差速器预设比率制动值(“有限滑动”)。如果将制动值设得过低，那么扭矩仍会被引到仅仅一个轮轴上。过高的锁定值同样会使车辆传动系统的传动装置承受高扭矩。差速器的制动器的盘将会发生磨损，因此也会影响所希望的锁紧动作。
美国专利说明书6 009 969也提供了此领域的现有技术的实例，而美国专利说明书2003/0216212另外与非铰接车辆有关。
本发明的目标是提出现有技术的上述缺点的解决方案。
发明内容
本发明的一个方面给出了具有如所附权利要求1所述的特征的装置。
本发明的另一方面给出了具有如所附的方法独立权利要求所述的特征的方法。
本发明的其它版本在从属权利中给出。
所给出的方案的优点之一是：纵向差速器通常是锁紧的，因此获得最高的车辆性能；和锁住纵向差速器的差速器制动器仅在大转向角下被释放，其中在所述大转向角下会由于前轴和后轴分别行进不同的距离而出现异常大的扭矩增长。差速器制动器的这种自动释放意味着：在正常环境下，车辆驾驶员将不必考虑是否需要释放或接合差速器制动器。这对于铰接的矿用装载机是特别有利的，所述矿用装载机通常必须通过带有陡坡的光滑表面。
另一重要优点是：纵向差速器系统是具有失效保护的，因为在控制纵向差速器的油路中出现的任何故障都将自动导致系统回复到纵向差速器的正常状态，即保持锁紧差速器制动器。
附图说明
图1描绘了本发明涉及的那类铰接车辆的示意性侧视图；
图2描绘了根据图1的车辆的示意性俯视图，其中车辆的前部构件与后部构件彼此成一定角度；
图3示意性地描绘了根据本发明一个方面的用于铰接车辆的传动装置；
图4示出了根据图3的车辆传动装置中用于控制纵向差速器的方框图；
图5非常示意性地示出了穿过根据本发明一个方面的差速器制动器的实施例的剖面。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的多个实施例。
图1中示出了在本发明中提及的那类铰接车辆的实施例。车辆用参考数字1来指示。车辆的前部构件用2来指示，而其后部构件用3来指示。图2描绘了自根据图1的铰接车辆上方看到的俯视图，其中在前部构件2与后部构件3之间形成有转向角。在此实施例中，车辆的前部构件设有前轮轴4，后部构件设有后轮轴5。为了简便的缘故，在图中用虚线表示前轮轴4和后轮轴5。因为前部构件和后部构件关于转向连杆6被铰接，所以前部构件2能够相对于后部构件3偏转一定的转向角。从图1和2中可以看到，前轮轴4与转向连杆6之间的距离不同于后轮轴5与转向连杆6之间的相应距离，从而造成先前描述的与铰接车辆1转弯时前轮轴和后轮轴行进不同距离有关的缺点。这些附图仅示出了一个后轮轴，但是必要时后部构件当然也可以设有(由同一驱动轴)独立提供动力的两个独立轮轴。
图3示意性地描绘了本发明的一个实施例中的铰接车辆中所涉及的主要部件。在所描绘的实施例中，发动机7设在车辆的前部构件中。发动机通常采用柴油发动机的形式，但发动机类型对于本发明而言意义不大。发动机(附图中的参考数字7)一般还包括变速箱。变速箱当然能够处于前部构件中的任何位置上。发动机7将动力传给未描绘的变速箱，所述变速箱位于发动机附近，并且经由输出传动轴8将扭矩传给分配箱9中的传动装置。在根据本发明的这个方面的实施例中，分配箱9包括差速器，其在下文中被称为纵向差速器10。纵向差速器将扭矩传给用于给前部构件2中的轮轴4提供动力的第一轴11和用于给后部构件3中的轮轴5提供动力的第二轴12。
来自第一轴11的动力经由前横向差速器13传给前轮轴4。由于前横向差速器13，前轮轴4上的前右轮14和前左轮15在需要时能够以已知的方式相互独立地旋转。来自第二轴12的动力相应地经由转向连杆6和后横向差速器16传给后轮轴5。由于后横向差速器16，后轮轴5上的后右轮17和后左轮18在需要时能够以已知的方式相互独立地旋转。在车辆转弯过程中，第一轴11和第二轴将彼此形成转向角v。该转向角v在图3中示出。
根据本发明的一个方面，纵向差速器10设有差速器制动器20。该差速器制动器20与纵向差速器耦合。差速器制动器20的目的是在必要是对纵向差速器进行制动，以使第一输出轴11和第二输出轴12相互锁紧地旋转。必要时，差速器制动器20必须是可解锁的，以便前轮轴4和后轮轴5能够相互独立地以不同速度旋转。
在图4中描绘了用于控制差速器制动器20的示意性布局，其示出了驱动液压油泵21的发动机7。液压油被用于对发动机7和分配箱9进行润滑，且出于简便的目的，在下文中将简称之为油。在正常环境下，即在预设的最小转向角下，泵21通过包括油管22、22a、22b的回路将油推入发动机7的传动装置和分配箱9中以对这些单元进行润滑。油在分配箱9下方的油盘23中积聚，并且经由吸管24返回泵21。
用于在出现预设转向角V1时锁住差速器制动器20的自动结构的控制可以通过各种方式实现。在图4中描绘了一个实施例。在从泵21出发的油管22中安装控制阀25。在此实施例中，控制阀25通过阀的操作臂25a上的导辊紧靠转向连杆轴26的表面，即紧靠连杆轴26的外部轮廓。在转弯过程中，所述转向连杆轴26与铰接车辆1一同转动与上述转向角v相同的角度。控制阀25的操作臂25a在转向连杆轴26的平坦表面上与之邻接，其中所述平坦表面沿着圆周的弦延伸，所述弦以在两倍于v1的扇形角下沿转向连杆轴26的扇形切断圆周的方式限制转向连杆轴26的横截面积。
当控制阀25的操作臂上的导辊对转向连杆轴26上的所述平坦表面施加压力时，即当转向角相当小时，油将流入上述油管中。在v＝0的转向角下，导辊将沿扇形中心线位于平坦表面上，但是在车辆以超出转向角v1的方式进行转弯的过程中，转向连杆轴26将转动以使控制阀25的操作臂上的导辊在转向连杆轴的外周上向外移动，结果，控制阀26的操作臂将被推进并且引起控制阀26的状态发生变化，从而导致来自泵21的油通过控制阀被引入控制导管27。
控制导管27中的油通过可手动操作的阀门28，并且经由节流阀29进入先前提及的用于润滑发动机和分配箱的油管22a和22b。在可手动操作的阀门28和节流阀29之间具有让油到达连接导管30的支路。该连接导管30中的压力作用于差速器制动器20。当连接导管中的压力较低时，以已知方式作用的弹簧力使盘保持相互接触，且因此将纵向差速器10中的第一轴11和第二轴12连在一起，以对纵向差速器10进行制动或者换句话说将其锁住。相反地，连接导管30中的高油压将作用于差速器制动器中的活塞以抵消所述弹簧力，以便将盘彼此分开且释放或者换句话说将差动器制动器解锁。
因此，差速器制动器将在控制阀25检测到大于v1的转向角时被释放，因为控制阀25将由此改变状态且连接导管30将向差速器制动器中的活塞施加压力，从而使制动器得到释放，纵向差速器10将在无制动的情况下运行。
在图5中非常简化地描绘了差速器制动器20的示图，其示出了如何通过盘组31将第一轴11和第二轴12耦合到一起。当连接导管30中的油压较低时，弹簧组32向活塞33施加压力以将盘组31中的盘耦合到一起。相反地，如果转向角v大于v1，连接导管30接受到压力，从而在腔室34中形成油压。弹簧组32的弹簧力要满足腔室34内的油压将能抵消弹簧组32的作用以使活塞33回复中立位置，盘组31的盘由此彼此分开且因此将差速器制动器20解锁。
作为一个实施例，节流阀29可以是使节流阀上游的导管中的油压为1bar的。或者可以使用可变节流阀以允许一定量的滑动，在这种情况下，节流阀上游的高压将是打开差速器制动器20的油压。在油路系统中出现故障从而使连接导管30失去压力的情况下，差速器制动器20将自动锁住差速器，从而使得纵向差速器具有失效保护功能。
可根据用途以及车辆所使用的路面来选择预设转向角v1，其构成用来打开差速器制动器20的转向角v。合适的预设转向角v1为20°。在这个角度上，车辆能够克服与前轮轴和后轮轴具有不同辊角有关的问题。所选用的预设角度v1当然可以不同。v1的合适替换值为10
Figure A200780021695D0009144425QIETU
-30°，优选15°-25°。
可手动操作的阀门28希望是这样的阀门，其可由车辆驾驶员对其进行操作以便即使在差速器制动器被自动释放的时候他/她也能够重新锁住差速器制动器20，油因此将流入回路22、22a、22b而不受节流阀29和连接导管30的增压的影响。

Claims (12)

1.一种铰接车辆(1)，其包括：
-前部构件(2)和后部构件(3)，它们可关于设在它们之间的转向连杆(6)进行枢轴转动；
-分配箱(9)，其通过第一轴(11)将来自发动机(7)的动力提供给前部构件(2)的前轮轴(4)，且通过第二轴(12)将来自发动机(7)的动力提供给后部构件(3)的后轮轴(5)；
其特征在于：
-差速器(10)被设在第一轴(11)与第二轴(12)之间；
-检测设备(25a)检测在前部构件(2)与后部构件(3)之间形成的转向角v；
-检测设备(25a)检测转向角v是否大于预设转向角v1；
-相对于所述差速器(10)设置制动器(20)以便在转向角v小于所述预设转向角v1时锁住或者对差速器(10)进行制动。
2.如权利要求1所述的车辆，其中：
所述预设转向角v1优选在10°至30°之间，优选在15°至25°之间，且特别地，转向角为20°。
3.如权利要求1或2所述的车辆，其中：
检测设备(25a)采取阀门(25)的操作臂的形式，所述操作臂设有导辊，所述导辊对转向连杆(6)的轴(26)的外部轮廓施加压力。
4.如权利要求3所述的车辆，其中：
在操作臂施加压力的区域中，转向连杆轴(26)的外部轮廓采取平坦表面的形式。
5.如前述权利要求中任一项所述的车辆，其中：
阀门(25)采用液压阀的形式，其导致差速器制动器(20)中的活塞(33)接合或释放差速器制动器(20)。
6.如权利要求5所述的车辆，其中：
阀门(25)在允许向差速器制动器(20)供油的连接导管(30)中具有高油压和低油压之间切换，以分别接合或释放差速器制动器(20)。
7.如权利要求6所述的车辆，其中：
连接导管(30)中的油压损失导致差速器制动器(20)回复到锁紧状态，从而使差速器(10)具有失效保护功能。
8.如权利要求6所述的车辆，其中：
连接导管(30)内的所述高油压由节流阀(29)决定，其：
-被预设成预定压力值，或者
-被设为由驾驶员选定的压力值。
9.如前述权利要求中任一项所述的车辆，其中：
差速器制动器可通过手动操作的阀门(28)手动地从锁紧状态中得到释放。
10.一种用于接合和释放设在铰接车辆(1)的前轮轴(4)和后轮轴(5)之间的纵向差速器(10)的方法，其中所述铰接车辆(1)包括：
-前部构件(2)和后部构件(3)，它们可关于设在它们之间的转向连杆(6)进行枢轴转动；
-分配箱(9)，其通过第一轴(11)将来自发动机(7)的动力提供给前部构件(2)的前轮轴(4)，且通过第二轴(12)将来自发动机(7)的动力提供给后部构件(3)的后轮轴(5)；
其特征在于包括以下步骤：
-在第一轴(11)与第二轴(12)之间设置纵向差速器(10)；
-用检测设备(25a)检测在前部构件(2)与后部构件(3)之间形成的转向角v；
-当检测设备(25a)检测到比预设转向角v1小的转向角v时，检查设备(25a)使纵向差速器(10)的差速器制动器(20)保持在锁紧状态下。
11.如权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：
检测设备(25a)作用于阀门(25)上以升高或降低与差速器制动器(20)相连的连接导管(30)内的油压，以便由此分别锁紧或释放差速器制动器(20)。
12.如权利要求11所述的方法，还包括以下步骤：
连接导管(30)内的高或低油压作用于差速器制动器(20)内的活塞(33)，以便分别释放或者锁紧或对制动器组(31)内的盘进行制动，其中所述盘分别彼此分开或者连接第一轴(11)和第二轴(12)。
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