CN103591247B - 等比四段式液压机械复合无级传动装置 - Google Patents

等比四段式液压机械复合无级传动装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种等比式液压机械复合无级传动装置。一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其技术方案是，由行星排k3、行星排k4、行星排k5和液压段行星排的齿圈（37）组成正反汇流行星机构，以及由行星排k1、行星排k2行星排组成的3挡变速机构传动装置、发动机输入传动、液压泵/马达组成。利用连续换段原理，形成1个液压段和3个液压机械段，并能实现2个机械挡位，本发明具有连续无级变速、良好的起步特性、高传动效率的特点。

Description

等比四段式液压机械复合无级传动装置
技术领域
本发明属于车辆传动技术领域，具体涉及一种等比式液压机械复合无级传动装置。
背景技术
液压机械复合无级传动可实现无级调速，优化发动机工作状态，使车辆获得最佳的动力性能及燃油经济性能。等差式液压机械复合无级传动输出特性为恒转矩特性，不符合车辆传动系统的输出特性；而等比式液压机械复合无级输出为分段恒转矩特性，符合车辆传动系统需求的恒功率特性输出，在车辆传动系统的应用更广泛。
等差式液压机械无级传动可利用纯液压段实现起步，起步特性好；等比式液压机械无级传动由于没有零速输出，需要增加起步离合器进行滑摩起步，起步离合器控制复杂、体积重量较大，不利于传动系统功率密度及可靠性的提高。
发明内容
本发明的目的是：在传统等比式液压机械传动的四构件正反汇流行星机构中，增加一个受力构件，形成一个用于车辆起步工况的纯液压段，以降低滑摩起步离合器的难度；并可以利用马达转速反向，实现纯液压段的倒挡功能，省去了等比式液压机械传动需要设置的倒挡机构。
本发明的技术方案是：一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，由行星排k3、行星排k4、行星排k5和液压段行星排的齿圈组成正反汇流行星机构，以及由行星排k1、行星排k2行星排组成的3挡变速机构；
发动机输入轴连接输入齿轮；齿轮B一方面与输入齿轮相啮合，另一方面与过渡齿轮相啮合；过渡齿轮与液压泵齿轮相啮合，液压泵齿轮连接液压泵；离合器C0连接齿轮B以及正反汇流行星机构的齿圈；液压马达连接液压马达齿轮，液压马达齿轮与齿轮A啮合，齿轮A和正反汇流行星机构的大太阳轮相连；液压段行星排的齿圈与制动器B0相连；正反汇流行星机构的行星架与行星排k2的太阳轮相连，正反汇流行星机构的小太阳轮与行星排k1的太阳轮相连，正反汇流行星机构的长行星轮分别与正反汇流行星机构的齿圈、液压段行星排的行星轮、反向汇流排的行星轮相啮合，正反汇流行星机构的长行星轮与行星排k2的太阳轮相连接；行星排k1的行星架分别与行星排k2的行星架、离合器C1相连；k1行星排的齿圈与制动器B1相连，行星排k2的齿圈与制动器B2相连；行星排k1的行星架以及k2行星排的行星架均与输出轴连接；
行星排k1与行星排k2组成3挡变速机构，制动器B1、制动器B2与离合器C0用于对3个液压机械段的切换，制动器B0与液压段行星排的齿圈进行制动，实现纯液压段起步或纯液压段倒挡。
本发明的有益效果是：（1）本发明提出了一种重载车辆或工程机械车辆用的四段式液压机械复合无级传动装置，第一段为纯液压段，用于车辆的无滑摩速差起步；第二、三、四段为等比式液压机械段，具有较高的传动效率，可利用较小的液压元件实现大功率的连续无级传动。本发明的传动装置由输入传动、液压泵/马达、五构件正反汇流行星机构、变速机构及换段操纵元件组成。利用连续换段原理，形成1个液压段和3个液压机械段，并能实现2个机械挡位，具有连续无级变速、良好的起步特性、高传动效率的特点。
（2）利用五构件正反汇流行星排实现液压机械正反功率汇流以及纯液压段，可实现液压段起步及倒挡，简化了变速机构，并获得良好的起步特性；正反汇流机构公用行星架，结构紧凑。
（3）可实现纯液压段和液压机械段的连续衔接，各离合器、制动器可无速差结合。
（4）通过4段的衔接，降低了液压泵/马达的功率等级，额定功率约为发动机额定功率的20%。
（5）液压机械段时，约80%的功率通过机械路传递，传动效率高。
附图说明
图1为本发明传动装置传动简图。
图2为本发明中发动机、液压泵、液压马达及输出轴转速曲线，其中，纵坐标为各构件转速，横坐标为车速与所处工作段。
图3为本发明牵引特性曲线，其中，纵坐标为动力因数，横坐标为车速。
其中，2-离合器C0、3-制动器B0、4-制动器B1、5-制动器B2、6-离合器C1、11-液压马达齿轮、12-过渡齿轮、13-液压泵齿轮、14-液压泵、15-齿轮A、16-齿轮B、17-发动机输入轴、18-输入齿轮、31-正反汇流行星机构的齿圈、32-正反汇流行星机构的大太阳轮、33-正反汇流行星机构的小太阳轮、34-正反汇流行星机构的长行星轮、35-反向汇流排的行星轮、36-液压段行星排的行星轮、37-液压段行星排的齿圈、38-正反汇流行星机构的行星架、41、行星排k1的齿圈、42-行星排k1的太阳轮、43、行星排k1的行星轮、44-行星排k1的行星架、45-行星排k2的太阳轮、46-行星排k2的行星架、47、行星排k2的行星轮、48-输出轴、49-行星排k2的齿圈。
具体实施方式
参见附图1、一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，由行星排k3、行星排k4、行星排k5和液压段行星排的齿圈37组成正反汇流行星机构，以及由行星排k1、行星排k2行星排组成的3挡变速机构；
发动机输入轴17连接输入齿轮18；齿轮B16一方面与输入齿轮18相啮合，另一方面与过渡齿轮12相啮合；过渡齿轮12与液压泵齿轮13相啮合，液压泵齿轮13连接液压泵14；离合器C0连接齿轮B16以及正反汇流行星机构的齿圈31；液压马达10连接液压马达齿轮11，液压马达齿轮11与齿轮A15啮合，齿轮A15和正反汇流行星机构的大太阳轮32相连；液压段行星排的齿圈37与制动器B0相连；正反汇流行星机构的行星架38与行星排k2的太阳轮45相连，正反汇流行星机构的小太阳轮33与行星排k1的太阳轮42相连，正反汇流行星机构的长行星轮34分别与正反汇流行星机构的齿圈31、液压段行星排的行星轮36、反向汇流排的行星轮35相啮合，正反汇流行星机构的长行星轮34与行星排k2的太阳轮45相连接；行星排k1的行星架44分别与行星排k2的行星架46、离合器C1相连；k1行星排的齿圈41与制动器B1相连，行星排k2的齿圈49与制动器B2相连；行星排k1的行星架44以及k2行星排的行星架46均与输出轴48连接；
行星排k1与行星排k2组成3挡变速机构，制动器B1、制动器B2与离合器C0用于对3个液压机械段的切换，制动器B0与液压段行星排的齿圈37进行制动，实现纯液压段起步或纯液压段倒挡。
用于纯液压段起步工况时：发动机输入轴17输入功率通过输入齿轮18、齿轮B16、过渡齿轮12、液压泵齿轮13带动液压泵14，液压泵14驱动液压马达10，液压马达10输出通过液压马达齿轮11与齿轮A15把动力传递到正反汇流行星机构的大太阳轮32；制动器B0与液压段行星排的齿圈37进行制动，液压马达10输出动力经过由正反汇流行星机构的大太阳轮32、正反汇流行星机构的长行星轮34、液压段行星排的行星轮36、正反汇流行星机构的行星架38和液压段行星排的齿圈37组成的内外啮合双星排，反向减速从正反汇流行星机构的行星架38输出；制动器B2制动行星排k2的齿圈49，正反汇流行星机构的行星架38动力通过行星排k2的太阳轮45从k2行星排的行星架46输出。
用于液压机械Ⅰ段工况时：在纯液压段起步段末，马达转速达到反向最大，接合离合器C0，分离制动器B0，发动机输入轴17输入功率通过离合器C0输入到正反汇流行星机构的齿圈31，液压马达10输出的液压功率通过液压马达齿轮11与齿轮A15传递到正反汇流行星机构的大太阳轮32，机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈31、正反汇流行星机构的行星架38和正反汇流行星机构的大太阳轮32组成的普通行星排进行正向汇流，马达的转速从反向最大调节到正向最大，液压机械Ⅰ段正反汇流行星机构的行星架38输出连续增大；制动器B2制动行星排k2的齿圈49，动力最后经过k2行星排减速从k2行星排的行星架46输出。
用于液压机械Ⅱ段工况：在液压机械Ⅰ段段末，马达转速达到正向最大，离合器C0接合，制动器B0分离，发动机输入轴17输入功率通过离合器C0输入到正反汇流行星机构的齿圈31，液压马达10输出的液压功率通过液压马达齿轮11与齿轮A15传递到正反汇流行星机构的大太阳轮32，机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈31、正反汇流行星机构的行星架38、正反汇流行星机构的大太阳轮32和正反汇流行星机构的小太阳轮33组成的复合行星排进行反向汇流，马达的转速从正向最大调节到反向最大，液压机械Ⅱ段从正反行星汇流机构的小太阳轮33输出；制动器B2分离，制动器B1结合；制动器B1制动行星排k1的齿圈41，动力最后经过k1行星排减速从行星排k1的行星架44输出。
用于液压机械Ⅲ段工况时：在液压机械Ⅱ段段末，马达转速达到反向最大离合器C0接合，制动器B0制动器分离，发动机输入轴17输入功率通离合器C0输入到正反汇流行星机构的齿圈31，液压马达10输出的液压功率通过液压马达齿轮11与齿轮A15传递到正反汇流行星机构的大太阳轮32，机械功率和液压功率在机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈31、正反汇流行星机构的行星架38和正反汇流行星机构的大太阳轮32组成的普通行星排进行正向汇流，马达的转速从反向最大调节到正向最大，液压机械Ⅲ段从正反行星汇流机构的行星架38输出；制动器B2分离，制动器B1分离，离合器C0结合，动力最后经过离合器C1从输出轴48输出。
用于纯液压段倒挡工况时：发动机输入轴17输入功率通过输入齿轮18、齿轮B16、过渡齿轮12、液压泵齿轮13带动液压泵14，液压泵14驱动液压马达10，液压马达10输出通过液压马达齿轮11与齿轮A15把动力传递到正反汇流行星机构的大太阳轮32；制动器B0与液压段行星排的齿圈37进行制动，液压马达10输出动力经过由正反汇流行星机构的大太阳轮32、正反汇流行星机构的长行星轮34、液压段行星排的行星轮36、正反汇流行星机构的行星架38和液压段行星排的齿圈37组成的内外啮合双星排，正向减速从正反汇流行星机构的行星架38输出；制动器B2制动行星排k2的齿圈49，正反汇流行星机构的行星架38动力通过行星排k2的太阳轮45从k2行星排的行星架46输出。
本发明传动装置可获得2个机械挡位，用于液压调速系统故障的应急情况使用：
离合器C0、制动器B1和制动器B2结合，离合器C1和制动器B0分离，发动机功率从离合器C0输入到正反汇流行星机构的齿圈31，正反汇流行星机构整体回转，行星排k1和行星排k2参数相同，经行星排k1、行星排k2减速后，动力从行星排k1的行星架44以及行星排k2的行星架46输出，实现固定挡Ⅰ。
离合器C0、制动器B1和离合器C1结合，制动器B2和制动器B0分离，发动机功率从离合器C0输入到正反汇流行星机构的齿圈31，正反汇流行星机构整体回转，行星排k1和行星排k2参数相同，离合器C1结合，行星排k1、离合器C1、行星排k2也整体回转，传动装置传动比为1，实现固定挡Ⅱ。
表1为以上各工况操作元件操纵简表。
●——表示该元件接合工作。
图2给出了连续各段工况下发动机、发动机、液压泵、液压马达及输出轴转速曲线，纵坐标为各件转速（km/h），横坐标为转速（r/min）与所处工作段。
图3给出了连续各段工况下车辆的动力特性曲线图，相对应的传动装置及整车参数如下所示：
本发明的四段式液压机械传动方案牵引能力可满足重载车辆或工程机械车辆的使用要求。

Claims (8)

1.一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，由行星排k3、行星排k4、行星排k5和液压段行星排的齿圈(37)组成正反汇流行星机构，以及由行星排k1、行星排k2组成的3挡变速机构；
发动机输入轴(17)连接输入齿轮(18)；齿轮B(16)一方面与输入齿轮(18)相啮合，另一方面与过渡齿轮(12)相啮合；过渡齿轮(12)与液压泵齿轮(13)相啮合，液压泵齿轮(13)连接液压泵(14)；离合器C0(2)连接齿轮B(16)以及正反汇流行星机构的齿圈(31)；液压马达(10)连接液压马达齿轮(11)，液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)啮合，齿轮A(15)和正反汇流行星机构的大太阳轮(32)相连；液压段行星排的齿圈(37)与制动器B0(3)相连；正反汇流行星机构的行星架(38)与行星排k2的太阳轮(45)相连，正反汇流行星机构的小太阳轮(33)与行星排k1的太阳轮(42)相连，正反汇流行星机构的长行星轮(34)分别与正反汇流行星机构的齿圈(31)、液压段行星排的行星轮(36)、反向汇流排的行星轮(35)相啮合，正反汇流行星机构的长行星轮(34)与行星排k2的太阳轮(45)相连接；行星排k1的行星架(44)分别与行星排k2的行星架(46)、离合器C1(6)相连；行星排k1的齿圈(41)与制动器B1(4)相连，行星排k2的齿圈(49)与制动器B2(5)相连；行星排k1的行星架(44)以及行星排k2的行星架(46)均与输出轴(48)连接；
行星排k1与行星排k2组成3挡变速机构，制动器B1(4)、制动器B2(5)与离合器C0(2)用于对3个液压机械段的切换，制动器B0(3)与液压段行星排的齿圈(37)进行制动，实现纯液压段起步或纯液压段倒挡。
2.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，用于纯液压段起步工况时：发动机输入轴(17)输入功率通过输入齿轮(18)、齿轮B(16)、过渡齿轮(12)、液压泵齿轮(13)带动液压泵(14)，液压泵(14)驱动液压马达(10)，液压马达(10)输出通过液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)把动力传递到正反汇流行星机构的大太阳轮(32)；制动器B0(3)对液压段行星排的齿圈(37)进行制动，液压马达(10)输出动力经过由正反汇流行星机构的大太阳轮(32)、正反汇流行星机构的长行星轮(34)、液压段行星排的行星轮(36)、正反汇流行星机构的行星架(38)和液压段行星排的齿圈(37)组成的内外啮合双星排，反向减速从正反汇流行星机构的行星架(38)输出；制动器B2(5)制动行星排k2的齿圈(49)，正反汇流行星机构的行星架(38)动力通过行星排k2的太阳轮(45)从行星排k2的行星架(46)输出。
3.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，用于液压机械Ⅰ段工况时：在纯液压段起步段末，马达转速达到反向最大，接合离合器C0(2)，分离制动器B0(3)，发动机输入轴(17)输入功率通过离合器C0(2)输入到正反汇流行星机构的齿圈(31)，液压马达(10)输出的液压功率通过液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)传递到正反汇流行星机构的大太阳轮(32)，机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈(31)、正反汇流行星机构的行星架(38)和正反汇流行星机构的大太阳轮(32)组成的普通行星排进行正向汇流，马达的转速从反向最大调节到正向最大，液压机械Ⅰ段正反汇流行星机构的行星架(38)输出连续增大；制动器B2(5)制动行星排k2的齿圈(49)，动力最后经过行星排k2减速从行星排k2的行星架(46)输出。
4.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，用于液压机械Ⅱ段工况：在液压机械Ⅰ段段末，马达转速达到正向最大，离合器C0(2)接合，制动器B0(3)分离，发动机输入轴(17)输入功率通过离合器C0(2)输入到正反汇流行星机构的齿圈(31)，液压马达(10)输出的液压功率通过液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)传递到正反汇流行星机构的大太阳轮(32)，机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈(31)、正反汇流行星机构的行星架(38)、正反汇流行星机构的大太阳轮(32)和正反汇流行星机构的小太阳轮(33)组成的复合行星排进行反向汇流，马达的转速从正向最大调节到反向最大，液压机械Ⅱ段从正反行星汇流机构的小太阳轮(33)输出；制动器B2(5)分离，制动器B1(4)结合；制动器B1(4)制动行星排k1的齿圈(41)，动力最后经过行星排k1减速从行星排k1的行星架(44)输出。
5.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，用于液压机械Ⅲ段工况时：在液压机械Ⅱ段段末，马达转速达到反向最大，离合器C0(2)接合，制动器B0(3)制动器分离，发动机输入轴(17)输入功率通离合器C0(2)输入到正反汇流行星机构的齿圈(31)，液压马达(10)输出的液压功率通过液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)传递到正反汇流行星机构的大太阳轮(32)，机械功率和液压功率在机械功率和液压功率在正反汇流行星机构的齿圈(31)、正反汇流行星机构的行星架(38)和正反汇流行星机构的大太阳轮(32)组成的普通行星排进行正向汇流，马达的转速从反向最大调节到正向最大，液压机械Ⅲ段从正反行星汇流机构的行星架(38)输出；制动器B2(5)分离，制动器B1(4)分离，离合器C0(2)结合，动力最后经过离合器C1(6)从输出轴(48)输出。
6.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，用于纯液压段倒挡工况时：发动机输入轴(17)输入功率通过输入齿轮(18)、齿轮B(16)、过渡齿轮(12)、液压泵齿轮(13)带动液压泵(14)，液压泵(14)驱动液压马达(10)，液压马达(10)输出通过液压马达齿轮(11)与齿轮A(15)把动力传递到正反汇流行星机构的大太阳轮(32)；制动器B0(3)对液压段行星排的齿圈(37)进行制动，液压马达(10)输出动力经过由正反汇流行星机构的大太阳轮(32)、正反汇流行星机构的长行星轮(34)、液压段行星排的行星轮(36)、正反汇流行星机构的行星架(38)和液压段行星排的齿圈(37)组成的内外啮合双星排，正向减速从正反汇流行星机构的行星架(38)输出；制动器B2(5)制动行星排k2的齿圈(49)，正反汇流行星机构的行星架(38)动力通过行星排k2的太阳轮(45)从行星排k2的行星架(46)输出。
7.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，离合器C0(2)、制动器B1(4)和制动器B2(5)结合，离合器C1(6)和制动器B0(3)分离，发动机功率从离合器C0(2)输入到正反汇流行星机构的齿圈(31)，正反汇流行星机构整体回转，行星排k1和行星排k2参数相同，经行星排k1、行星排k2减速后，动力从行星排k1的行星架(44)以及行星排k2的行星架(46)输出，实现固定挡Ⅰ。
8.如权利要求1所述的一种等比四段式液压机械复合无级传动装置，其特征是，离合器C0(2)、制动器B1(4)和离合器C1(6)结合，制动器B2(5)和制动器B0(3)分离，发动机功率从离合器C0(2)输入到正反汇流行星机构的齿圈(31)，正反汇流行星机构整体回转，行星排k1和行星排k2参数相同，离合器C1(6)结合，行星排k1、离合器C1(6)、行星排k2也整体回转，传动装置传动比为1，实现固定挡Ⅱ。
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