CN101905648B - 液压再生及低速操作动力换挡变速器 - Google Patents

液压再生及低速操作动力换挡变速器 Download PDF

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Abstract

液压再生及低速操作动力换挡变速器。一种作业车辆，包括发动机和变速器。变速器由发动机驱动。变速器包括输入离合器、输出离合器和液压泵/马达。所述液压泵/马达操作性地在输入离合器和输出离合器之间连接。

Description

液压再生及低速操作动力换挡变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，且更具体地涉及一种在作业车辆中使用的液压再生低速操作动力换挡变速器。
背景技术
作业车辆，诸如轮式装载机，常常被装备有扭矩变换器和多速动力换挡变速器。这些类型的车辆常常包括允许快速改变方向并需要在相反方向减速和加速的往复运动方法。利用往复运动方法以当诸如轮式装载机之类的车辆接近一堆集料时和当它们快速改变方向时为它们提供有效的前进和后退运动。然后，提升铲斗用于获得集料，变速器往复运动至相反的方向以离开集料堆。然后，往复机构换挡至前进方向以到达卸料点，例如翻斗车床。往复运动导致变速器方向被反向，导致发动机驱动车辆停止，然后沿相反的方向。车辆刹车通常用于车辆的减速。对于低速操作，发动机速度必须保持较高以驱动其他的液压系统。这导致扭矩变换器中较高的转差速率，由此消耗发动机动力和燃料。虽然目前的方法是有效的，但是当车辆在低速操作过程中后退和前进往复运动时效率低。
本领域需要的是在作业车辆的往复运动操作中及低速运动过程中不仅有效而且效率高的变速器。
发明内容
本发明提供一种包括发动机和变速器的作业车辆。所述变速器由所述发动机驱动。所述变速器包括输入离合器、输出离合器和液压泵/马达。所述液压泵/马达操作性地连接在所述输入离合器和所述输出离合器之间。
本发明的另一个实施例包括连接到作业车辆中使用的发动机的变速器。所述变速器包括输入离合器、输出离合器和液压泵/马达。所述液压泵/马达操作性地连接在输入离合器和输出离合器之间。
附图说明
结合附图，通过参考本发明的实施例的下面描述，本发明的上述特征和其他特征及优点以及获得它们的方式将变得更加明显，本发明将更好理解，其中：
图1是利用本发明变速器系统的实施例的作业车辆的图示；
图2是显示处于输送模式的图1的作业车辆；
图3是以高速减速模式操作的图1和图2的作业车辆；
图4是以低速减速模式操作的图1-3的作业车辆；
图5是以高速加速模式操作的图1-4的作业车辆；
图6是以低速模式操作的图1-5的作业车辆；
图7是经历低速转换、以低速模式操作的图1-6的作业车辆；
图8是当经历高速转换时以输送模式操作的图1-7的作业车辆；
图9是以液压充液模式操作的图1-8的作业车辆。
遍及数幅视图，相同的附图标记表示相同的部件。这里展示的范例显示了本发明的一个实施例，并且该范例不应解释为以任意方式限制本发明的范围。
具体实施方案
现在参照附图，且更具体地参照图1，以示意性形式显示的作业车辆10包括动力产生/储存及动力使用系统12和变速器系统14。系统12包括发动机16、发动机驱动液压泵/马达18、液压蓄能器20、促动器22和液压管线24、26及28。发动机16可以是内燃机，例如柴油发动机，其被构形用以将动力输出到轴，该轴示意性地显示为源于发动机16的直线。液压泵/马达18直接连接到发动机16的动力输出端。液压泵/马达18通过液压管线24和26流体连接到液压蓄能器20。液压蓄能器20在控制系统(未显示)的控制下按照要求蓄积加压流体和释放加压流体。液压蓄能器20能够将加压流体提供给位于作业车辆10中代表数个促动器22的促动器22，以实现作业车辆10内不同机构的运动。此外，液压蓄能器20通过液压管线28连接到变速器14。
虽然在图中未显示，但是包括控制器的控制系统通过使用阀和传感系统(未显示)而执行变速器14的配合换挡和控制系统12和14中的液流。此外，控制器控制泵/马达的移位。控制系统可以是作业车辆10或发动机16或变速器14的控制系统的一部分。
变速器系统14包括输出轴30，该输出轴30由变速器14驱动以将旋转变速动力提供到诸如轮子的作业车辆10的机构。变速器系统14还包括液压泵/马达32，动力传送单元34，输入离合器36、38和40，及输出离合器42、44和46。动力传送单元34可以采用轴34的形式，轴34在控制器的控制下通过离合器36、38、40、42、44和46的选择性连接而被选择性地连接到输出轴30和发动机16。定位在与液压泵/马达32的操作性连接的每侧上的离合器的相互作用和以与离合器的接合配合的形式的泵/马达32的移位调整是本发明的实施例。液压泵/马达32是可调整的，这是因为冲程可以不同，使得由动力传送单元34传送的动力可以达到最小或被调整到最大值以将动力提供到动力传送单元34或者从那里接收能量，然后将接收能量储存在蓄能器20和/或在促动器22中使用。
在变速器系统14中不包括扭矩变换器，发动机16直接连接到变速器14。当在控制系统的控制下时，输入离合器36、38和40选择性地将发动机16的发动机输出端连接到动力传送单元34和/或输出离合器42、44或46。控制系统的不同输入可包括与作业车辆关联的各种系统的操作员选择，包括齿轮调速选择、往复运动选择和节流阀选择。
现在另外参考图2，显示在输送模式中操作的作业车辆10，其中显示液流48。在输送模式中，其可被认为是高速模式，发动机16通过所有的机械部件直接驱动车辆，以提供优于扭矩变换器驱动车辆的改进的效率。如图2所示，输入离合器40和输出离合器46接合，使得发动机16直接驱动输出轴30，由此以机械方式直接驱动作业车辆10。当液压泵/马达18被提供足够的液压和液流以驱动促动器22时，液压泵/马达32可缩短冲程。液压泵/马达32可调整其冲程，使得它提供通过液流48所示的液流，以辅助泵/马达18。采用这种方式，变速器14的泵/马达32用于将能量提供到促动器22和/或蓄能器20。
现在另外参考图3，作业车辆10处于高速减速模式，此时车辆10已经在高速模式中操作，例如图2中的输送模式，并且正减速，例如，离合器36接合在输入侧，离合器44接合在输出侧。通过由系统14提供的泵/马达32的运动吸收能量，以便将能力储存在蓄能器20中，而不是通过使用刹车或者可能导致产生热量的系统而减速以浪费能量。离合器42、44和46可分别表示例如低、中、高的不同的齿轮比或速度范围。采用类似的方式，输入离合器36、38和40可具有单独的齿轮比，或者甚至具有换向齿轮，此时离合器36、38和40中的至少一个被用于车辆10的反向操作，并可选择性地被接合以提供往复运动功能。在图3中，当作业车辆10减速时，轴30被用于反向驱动泵/马达32，使得蓄能器20能被充液以储存来自减速的能量。此外，通过输入离合器36的动力传送装置34的连接也反向驱动泵/马达18。此外，泵/马达18被用于为蓄能器20充液并提供动力给促动器22。由于发动机16处于减速模式，因此发动机16也能被反向驱动，使得当需要的减速超过泵/马达32和泵/马达18的能力时，发动机16的反向驱动额外地减小了刹车的需要并当发动机16使用燃料调节系统时减少燃料消耗。控制器选择被用于吸收减速能量的装置。可首先确定优先将泵/马达32作为主要动力吸收单元使用，从而允许发动机16的动力输出与动力传送单元34脱离接合。
在该高速减速模式中，关闭节流阀并接合离合器，与使用刹车、发动机制动或甚至反向变速器的典型扭矩变换器驱动的车辆对比，发动机提供制动并被用于减速。关于本发明描述的方法的组合提供了显著的能量效率改进，减小了发动机、离合器和刹车的磨损。
现在另外参考图4，其显示了在低速减速模式中的车辆10。虽然输入离合器36显示为被接合，但是它也可以脱离联接或脱离接合，以使液压泵/马达32通过输出离合器44的接合而吸收全部减速。此外，离合器42、44和46的选择性接合被用于调整动力传送部件34在其驱动泵/马达32时的动力。泵/马达32的冲程调节也可用于改变流动通过那里的流量，由此以控制的速率进一步为作业车辆降速。发动机16与变速器14的脱离联接允许发动机16操作其他的车辆器具，然后可允许调节发动机16的发动机转速以匹配需要的载荷，而不考虑变速器系统14。这种模式提供了优于应用车辆刹车的改进，车辆刹车的应用在扭矩变换器驱动车辆中常见。
现在另外参考图5，作业车辆10显示为高速加速模式。此处，输入离合器36被接合，输出离合器44被接合直接耦合发动机16以驱动输出轴30，以便推动车辆10。此外，除了由发动机16提供的扭矩外，泵/马达32以马达模式与液流48一起操作以将额外的马力提供到动力传送部件34，然后供应到输出轴30。可替换地，泵/马达18可用于提供液压液流以满足促动器22的需要。这允许使用更小、更有效的发动机以提供与在使用扭矩变换器的更大的发动机相同的加速反应。
现在另外参考图6，作业车辆10处于低速模式，此处通过泵/马达32驱动车辆10，此处离合器42被接合而输入离合器36、38和40被脱离结合。采用这种模式，提供到动力传送部件34的全部动力来自泵/马达32。发动机16通过与所有的输入离合器脱离接合而与地面脱离连接，发动16的所有动力能够用于其他用途，例如将动力提供到促动器。通过储存在蓄能器20中的能量驱动泵/马达32；以及如果蓄能器20中储存的能量显著耗尽，通过来自泵/马达18的液压液流驱动泵/马达32。这种操作模式提供了优于基于扭矩变换器的车辆的显著的效率改进，基于扭矩变换器的车辆消耗额外的燃料驱动几乎停转的扭矩变换器并使用制动以控制速度。
现在另外参考图7，显示了作业车辆10正经历低速转换，只有离合器46完全接合。输出离合器46可被认为是高输出离合器，其被接合以通过作为唯一的动力供应的泵/马达从那里提供最大的地面速度。当工作机器慢下来并处于低离合范围且降速至低于其由发动机直接机械驱动的速度范围时该转换发生，此时低范围离合器42与离合器36一起接合。泵/马达32将典型地处于三种状态之一。在第一种状态下，蓄能器20被用于将作业车辆降速且发动机16被接合至地面但其实质上，惰力运转。这种转换需要将输出离合器从低范围的输出离合器42改变至高范围离合器46并取消输入离合器36的接合。当离合器46接合时，泵/马达32增加移位以维持制动扭矩。换挡情形是指离合器42上的压力降低至可开始滑动的点且离合器46增加至滑动点，在该点时，离合器42脱离接合且离合器36脱离接合，不过，泵/马达32的移位增加并且离合器46上的压力增加以将离合器46锁定至动力传送轴34。这些转换的结果导致离合器46被接合，如图7中所示。
在第二种情况下，例如重载荷情况，泵/马达32由蓄能器20驱动以帮助将作业车辆10的降速率达到最小。发动机16被接合到地面并提供驱动运动。然后，变速器需要向前面讨论的一样将输出离合器从低改变至高，从输出离合器42改变为输出离合器46，并且取消输入离合器36的接合。当离合器46被接合时，泵/马达32增加移位以维持加速扭矩。将离合器的脱离接合和接合的顺序如前所述。
在第三种情况下，例如轻载荷情况，泵/马达32不提供足够的用于加速或制动的扭矩。发动机被接合到地面并驱动车辆10。该转换需要将输出离合器从低改变至高，从输出离合器42改变至输出离合器46，并不再接合输入离合器36。当离合器46接合且将离合器轴降速时，泵/马达增加其移位以维持目前的降速率。将离合器带至滑动点、将离合器脱离接合以及接合和锁定离合器的顺序如前所述。
现在另外地参考图8，显示转换至高速输送模式。当它从如图6所示的液压静力模式移动至如图2所示的输送模式时，该转换发生。作业车辆10仅通过液压驱动模式而加速超过其速度能力并转换至发动机驱动速度范围。在该模式中，液压泵/马达32通过离合器46(高离合器)驱动作业车辆10，且没有输入离合器被接合，使得发动机从变速器14的直接驱动脱离连接。该转换的发生需要将输出离合器从高范围改变至低范围，同样地离合器46脱离接合，然后离合器42被接合，诸如离合器38或离合器40的低输入离合器接合。虽然离合器38和40在图8中显示为被接合，但是只有一个表示低范围驱动或反向驱动的输入离合器将被接合。转换的结果使得发动机16将以低范围模式直接驱动作业车辆10，且液压泵/马达32将被缩短冲程。换挡的顺序为离合器46上的压力减少至接近滑动点；离合器38上的压力增加并启动与在此关联的加速齿轮。同时，泵/马达32被缩短冲程以维持正驱动扭矩。随着泵/马达32的缩短冲程，施加到离合器38的压力和从离合器46移除的压力的速率通过控制器同步以提供平滑的转换。当离合器38继续至非滑动点，然后离合器38被锁定。低速离合器42被接合及锁定，高范围离合器46完全脱离联接。在此点，作业车辆10现在以输送模式较低范围地驱动，离合器38被接合。为了移动至较高范围，离合器36被接合而离合器38脱离联接。工作机器10可被换挡至所有变速器范围并在所有变速器范围中操作，像通过用于改变范围的基于事件换挡技术而任意直接驱动动力换挡变速器。泵/马达32的移位可根据控制系统的要求被调整至泵或马达或者两者都不。
现在另外参考图9，显示了充液模式，其中所有输出离合器42、44和46脱离接合，且只有一个输入离合器，例如离合器36，被接合，由此驱动动力传送部件34以驱动泵/马达32。这在当需要为蓄能器20充液(例如紧跟在启动作业车辆10之后)时被使用。此外，泵/马达18可被用于为蓄能器20充液并提供额外的液流和流体压力到促动器22。
有利地，本发明在变速器的输入和输出离合器之间连接液压泵/马达。泵/马达被可来自蓄能器20的液流驱动。本发明消除了扭矩变换器的使用。在稳态操作下，直接驱动构造比扭矩变换器更有效。在操作过程中，液压泵/马达32通过为蓄能器20充液而制动车辆10，并通过使用蓄能器20中储存的能量加速车辆10。泵/马达32在输入和输出离合器之间的操作性连接允许发动机16选择性地与车辆10的直接机械驱动连接或脱离。这允许车辆在低速操作过程中由蓄能器20液压静力的驱动，解除发动机16以根据需要驱动其他系统。这在低速时提供优于操作扭矩变换器驱动变速器的改进的燃料节约措施。通过在输出离合器42、44和46上游连接液压泵/马达32，液压泵/马达32可调整其移位以优化操作。控制系统根据诸如作业车辆的速度、加速、减速、姿态，操作员输入及预期的功能之类的各种输入而可有利地选择如何为蓄能器20充液，使得蓄能器20可被适当地充液或释放液体以便有效地操作作业车辆10。
虽然本发明关于至少一个实施例已经被描述，但是本发明可在本公开内容的精神和范围内被进一步修改。因此本申请意指覆盖通过本发明的一般性原理的任意变化、使用和改编。此外，本发明意指覆盖适合本发明及落入所附权利要求的范围的进入本领域的公知或惯常实践的本公开未描述的内容。

Claims (16)

1.一种作业车辆，包括：
一发动机；
一由所述发动机驱动的变速器，所述变速器包括：
    一第一输入离合器，其操作性地连接在所述发动机和一动力传输单元之间；
    一第一输出离合器；
    一第一液压泵/马达，其连接至所述动力传输单元；和
所述动力传输单元操作性地连接在所述第一输入离合器和所述第一输出离合器之间；和
一蓄能器，所述蓄能器被构形用以驱动所述第一液压泵/马达；
一致动器，其连接所述蓄能器，所述致动器被构形用以由所述第一液压泵/马达和所述蓄能器中的至少一个进行驱动；
其中所述变速器被构形用以从一液压静力驱动模式转换到一输送模式，所述液压静力驱动模式包括所述第一液压泵/马达通过所述动力传输单元驱动所述第一输出离合器，所述输送模式包括将所述第一液压泵/马达缩短冲程。
2.如权利要求1所述的作业车辆，其中所述变速器不包括一扭矩变换器。
3.如权利要求2所述的作业车辆，进一步包括驱动地连接到所述发动机的一第二液压泵/马达，所述第二液压泵/马达被所述蓄能器驱动和/或为所述蓄能器充电。
4.如权利要求3所述的作业车辆，进一步包括至少一个驱动地连接到所述蓄能器的液压部件。
5.如权利要求1所述的作业车辆，其中所述作业车辆是一轮式装载机。
6.如权利要求1所述的作业车辆，进一步包括第二输出离合器，在所述转换过程中当将所述第一液压泵/马达缩短冲程时，所述发动机直接机械地联接到所述第二输出离合器。
7.如权利要求6所述的作业车辆，其中所述变速器进一步被构形用以被换挡，使得所述发动机与所述第二输出离合器脱离联接并联接到所述第一输出离合器。
8.如权利要求6所述的作业车辆，其中所述变速器进一步被构形用以随着所述第一液压泵/马达的所述缩短冲程同步在所述第二输出离合器上增加压力。
9.一种在作业车辆中使用的连接到发动机的变速器，所述变速器包括：
一第一输入离合器，其操作性地连接在所述发动机和一动力传输单元之间；
    一第一输出离合器；
    一第一液压泵/马达，其连接至所述动力传输单元；和
所述动力传输单元操作性地连接在所述第一输入离合器和所述第一输出离合器之间；
其中所述第一液压泵/马达被构形用以被一蓄能器驱动以及其中一致动器连接所述蓄能器，所述致动器被构形用以由所述第一液压泵/马达和所述蓄能器中的至少一个进行驱动；和
其中所述变速器被构形用以从一液压静力驱动模式转换到一输送模式，所述液压静力驱动模式包括所述第一液压泵/马达通过所述动力传输单元驱动所述第一输出离合器，所述输送模式包括将所述第一液压泵/马达缩短冲程。
10.如权利要求9所述的变速器，其中所述变速器不包括一扭矩变换器。
11.如权利要求9所述的变速器，其中所述作业车辆是一轮式装载机。
12.如权利要求9所述的变速器，进一步包括一第二输出离合器，在所述转换过程中当将所述第一液压泵/马达缩短冲程时，所述发动机直接机械地联接到所述第二输出离合器。
13.如权利要求12所述的变速器，其中所述变速器进一步被构形用以被换挡，使得所述发动机从所述第二输出离合器脱离联接并联接到所述第一输出离合器。
14.如权利要求12所述的变速器，其中所述变速器进一步被构形用以随着所述第一液压泵/马达的所述缩短冲程同步在所述第二输出离合器上增加压力。
15.如权利要求12所述的变速器，其中所述变速器进一步被构形用以从所述输送模式向所述液压静力模式转换。
16.如权利要求15所述的变速器，其中从所述输送模式向所述液压静力模式的所述转换包括降低所述第二输出离合器上的压力并增加所述第一液压泵/马达的冲程。
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