CN104948681A - 一种液压工程机械的变速装置及其变速器、变速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液压工程机械及其变速器，包括壳体和设于壳体内依次啮合的太阳轮、至少一个行星轮、内外圆均有啮合齿的双面齿圈和输出齿轮，还包括连接至少一个行星轮的行星架，变速器的输入轴设于行星架上，变速器还包括第一离合器、第二离合器；当第一离合器、第二离合器都分离时，输入轴转速为零，变速器处于空档；当第一离合器结合、第二离合器分离时，行星轮、太阳轮和齿圈连接为一体，变速器处于低档；当第一离合器分离、第二离合器结合时，太阳轮转速为零，变速器处于高档。该变速器能实现原动机与液压泵的传动速比的智能变化，提高液压泵在负载较小时原动机的负荷率，达到节能的目的。此外，本发明的还公开一种液压工程机械的变速方法。

Description

一种液压工程机械的变速装置及其变速器、变速方法
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种液压工程机械的变速装置及其变速器、变速方法。
背景技术
目前的液压工程机械(如挖掘机)一般采用以下两种变速装置传递动力：
第一种，将原动机与液压泵直接连接，实现等速传动。
这种传动方式存在的问题是：原动机的最优工作转速和液压泵的最优转速并不相等，导致大部分工况下不能充分发挥液压泵或原动机的优势。
第二种，采用一级齿轮传动系统，实现定传动比传动。
这种传动方式存在的问题是：无法实现部分工况的最优匹配，使得设备对于原动机和液压件的利用不充分，也即原动机的负荷率较低，导致原动机的效率较差。
有鉴于此，亟待针对上述技术问题，对现有技术中的液压工程机械的变速装置进行优化设计，以实现原动机与液压泵的传动速比的智能变化，提高原动机的效率，实现节能的目的。
发明内容
本发明的目的为提供一种液压工程机械的变速装置及其变速器，以实现原动机与液压泵的传动速比的智能变化，提高液压泵在负载较小时原动机的负荷率，也即提高原动机的效率，达到节能的目的。此外，本发明的另一目的还提供一种液压工程机械的变速方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种液压工程机械的变速器，包括壳体和设于所述壳体内依次啮合的太阳轮、至少一个行星轮、内外圆均有啮合齿的双面齿圈和输出齿轮，还包括连接至少一个所述行星轮的行星架，所述变速器的输入轴设于所述行星架上，所述变速器还包括第一离合器、第二离合器；
当所述第一离合器、所述第二离合器都分离时，所述输入轴转速为零，所述变速器处于空档；
当所述第一离合器结合、所述第二离合器分离时，所述行星轮、所述太阳轮和所述齿圈连接为一体，所述变速器处于低档；
当所述第一离合器分离、所述第二离合器结合时，所述太阳轮转速为零，所述变速器处于高档。
工作过程中，当液压工程机械为空载时，可以调节第一离合器、第二离合器以使二者均呈分离状态，此时不输入动力，液压工程机械呈怠速运转；
当液压工程机械的负载较大时，可以调整原动机至较高转速，并调节第一离合器结合、第二离合器分离，以使太阳轮、行星轮和齿圈三者连接为一个整体结构，此时变速器的输入动力由该一体式整体结构直接传递给输出齿轮，实现一级定传动比传动，传动比＝齿圈的外齿圈齿数/输出齿轮的齿数。此为变速器的低档。
当液压工程机械的负载较小时，可以调整原动机至较低转速，并调节第一离合器使其分离、第二离合器使其结合，以固定太阳轮，使太阳轮的转速为零，此时变速器的输入动力由行星轮传递给齿圈的内齿圈，再由齿圈的外齿圈传递给输出齿轮，传动比＝((1+a)/a)*外齿圈齿数/泵齿轮齿数，其中a＝内齿圈齿数/太阳轮齿数。此传动比相比较低档状态时的传动比有所增大，因此为变速器的高档。
由上述工作过程可知，该变速器能够通过第一离合器、第二离合器的不同状态而实现不同的动力传动比，实现了原动机与液压泵的传动速比的智能变化，与现有技术中等速传动、定传动比传动的变速器相比，操作人员能够根据液压工程机械的当前负载情况选择合适的档位，尤其能够在负载较小时选择较高变速器的高档，提高原动机的负荷率，即提高原动机的效率，实现了节能的目的。
优选地，所述第一离合器的一端与所述太阳轮的中心轴分离或结合，所述第一离合器的另一端与所述行星架连接。
优选地，所述第二离合器的一端与所述太阳轮的中心轴分离或结合，所述第二离合器的另一端与所述壳体连接。
优选地，所述输出齿轮的数目为一个或两个。
优选地，所述行星轮的数目为三个或四个，三个或四个所述行星轮对称啮合于所述太阳轮的外周。
本发明还提供一种液压工程机械的变速装置，包括依次连接的原动机、变速器和液压泵，所述变速器为上所述的变速器；所述变速装置还包括分别与所述原动机、所述变速器、所述液压泵连接的原动机控制器、变速器控制器、液压泵控制器，且三个控制器也相互连接；
所述液压泵控制器用于检测所述液压泵的负载；
所述变速器控制器用于当所述液压泵空载时，控制所述变速器至空档；
所述变速器控制器、原动机控制器还用于当所述液压泵的负载大于预设负载时，控制所述变速器至低档，并控制所述原动机的转速大于预设转速；
所述变速器控制器、原动机控制器还用于当所述液压泵的负载小于所述预设负载时，控制所述变速器至高档，并控制所述原动机的转速小于所述预设转速。
优选地，所述液压泵的数目为一个或两个。
此外，本发明还提供一种液压工程机械的变速方法，采用如上所述的变速器；所述变速方法包括如下步骤：
检测液压泵的负载，并
当所述液压泵空载时，控制所述变速器至空档；
当所述液压泵的负载大于预设负载时，控制所述变速器至低档，并控制所述原动机的转速大于预设转速；
当所述液压泵的负载小于所述预设负载时，控制所述变速器至高档，并控制所述原动机的转速小于所述预设转速。
由于上述变速器具有如上技术效果，因此，应用该变速器的变速装置、与该变速装置对应的变速方法也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明所提供变速器的一种具体实施方式的机械原理结构图；
图2为图1所示变速器的齿轮部分的平面结构示意图；
图3为本发明所提供变速装置的一种具体实施方式的结构示意图；
图4为本发明所提供变速方法的一种具体实施方式的流程框图。
其中，图1至图3中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
原动机1；变速器2；液压泵3；原动机控制器4；变速器控制器5；液压泵控制器6；
太阳轮21；行星轮22；齿圈23；输出齿轮24；行星架25；第一离合器26；第二离合器27；壳体28；
具体实施方式
本发明的核心为提供一种液压工程机械的变速装置及其变速器，以实现原动机与液压泵的传动速比的智能变化，提高液压泵在负载较小时原动机的负荷率，也即提高原动机的效率，达到节能的目的。此外，本发明的另一目的还提供一种液压工程机械的变速方法。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，图1为本发明所提供变速器的一种具体实施方式的机械原理结构图；图2为图1所示变速器的齿轮部分的平面结构示意图。
在一种具体实施方式中，如图1和图2所示，本发明提供一种液压工程机械的变速器2，包括壳体28和设于壳体28内依次啮合的太阳轮21、至少一个行星轮22、内外圆均有啮合齿的双面齿圈23和输出齿轮24，还包括连接至少一个行星轮22的行星架25，变速器2的输入轴设于行星架25上，变速器2还包括第一离合器26、第二离合器27。
当第一离合器26、第二离合器27都分离时，输入轴转速为零，变速器2处于空档；当第一离合器26结合、第二离合器27分离时，行星轮22、太阳轮21和齿圈23连接为一体，变速器2处于低档；当第一离合器26分离、第二离合器27结合时，太阳轮21转速为零，变速器2处于高档。
工作过程中，当液压工程机械为空载时，可以调节第一离合器26、第二离合器27以使二者均呈分离状态，此时不输入动力，液压工程机械呈怠速运转；
当液压工程机械的负载较大时，可以调整原动机1至较高转速，并调节第一离合器26结合、第二离合器27分离，以使太阳轮21、行星轮22和齿圈23三者连接为一个整体结构，此时变速器2的输入动力由该一体式整体结构直接传递给输出齿轮24，实现一级定传动比传动，传动比＝齿圈23的外齿圈齿数/输出齿轮24的齿数。此为变速器2的低档。
当液压工程机械的负载较小时，可以调整原动机1至较低转速，并调节第一离合器26使其分离、第二离合器27使其结合，以固定太阳轮21，使太阳轮21的转速为零，此时变速器2的输入动力由行星轮22传递给齿圈23的内齿圈23，再由齿圈23的外齿圈23传递给输出齿轮24，传动比＝((1+a)/a)*外齿圈齿数/泵齿轮齿数，其中a＝内齿圈齿数/太阳轮21齿数。此传动比相比较低档状态时的传动比有所增大，因此为变速器2的高档。
由上述工作过程可知，该变速器2能够通过第一离合器26、第二离合器27的不同状态而实现不同的动力传动比，实现了原动机1与液压泵3的传动速比的智能变化，与现有技术中等速传动、定传动比传动的变速器2相比，操作人员能够根据液压工程机械的当前负载情况选择合适的档位，尤其能够在负载较小时选择较高变速器2的高档，提高原动机1的负荷率，即提高原动机1的效率，实现了节能的目的。
具体的方案中，上述第一离合器26的一端与太阳轮21的中心轴分离或结合，第一离合器26的另一端与行星架25连接。
由于对于行星齿轮传动来说，只要太阳轮21、行星架25、齿圈23三者中的任意两者结合，则三者构成的行星齿轮就变成同步运转。采用上述结构后，当第一离合器26的一端与太阳轮21的中心轴结合时，能够实现太阳轮21的中心轴与行星架25的连接，也即实现了太阳轮21、行星架25和齿圈23三者的同步运转。
当然，可以想到，上述第一离合器26的设置并不仅限该结构，例如，也可以将第一离合器26的一端与行星架25连接、另一端与齿圈23分离或结合。这样，当第一离合器26与齿圈23结合时，能实现行星架25和齿圈23的连接，也同样能实现太阳轮21、行星架25和齿圈23三者的同步运转。
另一种具体的方案中，上述第二离合器27的一端与太阳轮21的中心轴分离或结合，第二离合器27的另一端与壳体28连接。
当第二离合器27的一端与太阳轮21的中心轴结合时，能够将太阳轮21与壳体28固定，使得太阳轮21的转速为零。
可以想到，上述第二离合器27的另一端并不仅限壳体28连接，也可以与其他固定装置连接，这样，第二离合器27与太阳轮21结合后，同样能将太阳轮21固定。
对于液压工程机械来说，其变速装置的用于输出动力的液压泵3可以为一个，也可以为两个，因此，上述变速器2的输出齿轮24的数目可以为一个或两个，用于与相同数目的液压泵3连接，将动力输出。
此外，上述行星轮22的数目为三个或四个，三个或四个行星轮22对称啮合于太阳轮21的外周。
这样，三个或四个对称啮合与太阳轮21的外周，能够保持受力均衡、传动平稳。当然，单纯从动力传递的角度考虑，也可以将行星轮22的数目设置为一个或者两个。
请参考图3，图3为本发明所提供变速装置的一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，如图3所示，本发明还提供一种液压工程机械的变速装置，包括依次连接的原动机1、变速器2和液压泵3，变速器2为如上的变速器2；变速装置还包括分别与原动机1、变速器2、液压泵3连接的原动机控制器4、变速器控制器5、液压泵控制器6，且三个控制器也相互连接。
液压泵控制器6用于检测液压泵3的负载；变速器控制器5用于当液压泵3空载时，控制变速器2至空档；变速器控制器5、原动机控制器4还用于当液压泵3的负载大于预设负载时，控制变速器2至低档，并控制原动机1的转速大于预设转速；变速器控制器5、原动机控制器4还用于当液压泵3的负载小于预设负载时，控制变速器2至高档，并控制原动机1的转速小于预设转速。
该变速装置在液压工程机械的不同负载工况下调整变速器2的不同档位，实现了原动机1与液压泵3的传动速比的智能变化，尤其能够在负载较小时选择较高变速器2的高档，提高原动机1的负荷率，即提高原动机1的效率，实现了节能的目的。
具体的，液压泵3的数目为一个或两个，以实现不同的动力输出。
上述原动机1可以具体包括发动机，也可以为电动机等。
此外，如图4所示，图4为本发明所提供变速方法的一种具体实施方式的流程框图。
在一种具体实施方式中，本发明还提供一种液压工程机械的变速方法，采用如上的变速器2，该变速方法具体包括如下步骤：
S11：检测液压泵3的负载；
S12：判断液压泵3的负载是否为零，若是，执行步骤S13；是否，执行步骤S14；
S13：控制变速器2至空挡；
S14：比较液压泵3的负载与预设负载的大小；当前者大于后者，执行步骤S15；当前者小于后者，执行步骤S16；
S15：控制变速器2至低档，并控制原动机1的转速大于预设转速；
S16：控制变速器2至高档，并控制原动机1的转速小于预设转速。
由于上述液压工程机械的变速装置具有如上技术效果，因此，与该变速装置对应的变速方法也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种液压工程机械的变速装置及其变速器、变速方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液压工程机械的变速器，其特征在于，包括壳体(28)和设于所述壳体(28)内依次啮合的太阳轮(21)、至少一个行星轮(22)、内外圆均有啮合齿的双面齿圈(23)和输出齿轮(24)，还包括连接至少一个所述行星轮(22)的行星架(25)，所述变速器(2)的输入轴设于所述行星架(25)上，所述变速器(2)还包括第一离合器(26)、第二离合器(27)；
当所述第一离合器(26)、所述第二离合器(27)都分离时，所述输入轴转速为零，所述变速器(2)处于空档；
当所述第一离合器(26)结合、所述第二离合器(27)分离时，所述行星轮(22)、所述太阳轮(21)和所述齿圈(23)连接为一体，所述变速器(2)处于低档；
当所述第一离合器(26)分离、所述第二离合器(27)结合时，所述太阳轮(21)转速为零，所述变速器(2)处于高档。
2.根据权利要求1所述的液压工程机械的变速器，其特征在于，所述第一离合器(26)的一端与所述太阳轮(21)的中心轴分离或结合，所述第一离合器(26)的另一端与所述行星架(25)连接。
3.根据权利要求1所述的液压工程机械的变速器，其特征在于，所述第二离合器(27)的一端与所述太阳轮(21)的中心轴分离或结合，所述第二离合器(27)的另一端与所述壳体(28)连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的液压工程机械的变速器，其特征在于，所述输出齿轮(24)的数目为一个或两个。
5.根据权利要求1-3任一项所述的液压工程机械的变速器，其特征在于，所述行星轮(22)的数目为三个或四个，三个或四个所述行星轮(22)对称啮合于所述太阳轮(21)的外周。
6.一种液压工程机械的变速装置，包括依次连接的原动机(1)、变速器(2)和液压泵(3)，其特征在于，所述变速器(2)为如权利要求1-5任一项所述的变速器(2)；所述变速装置还包括分别与所述原动机(1)、所述变速器(2)、所述液压泵(3)连接的原动机控制器(4)、变速器控制器(5)、液压泵控制器(6)，且三个控制器也相互连接；
所述液压泵控制器(6)用于检测所述液压泵(3)的负载；
所述变速器控制器(5)用于当所述液压泵(3)空载时，控制所述变速器(2)至空档；
所述变速器控制器(5)、原动机控制器(4)还用于当所述液压泵(3)的负载大于预设负载时，控制所述变速器(2)至低档，并控制所述原动机(1)的转速大于预设转速；
所述变速器控制器(5)、原动机控制器(4)还用于当所述液压泵(3)的负载小于所述预设负载时，控制所述变速器(2)至高档，并控制所述原动机(1)的转速小于所述预设转速。
7.根据权利要求6所述的液压工程机械的变速装置，其特征在于，所述液压泵(3)的数目为一个或两个。
8.一种液压工程机械的变速方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的变速器(2)；所述变速方法包括如下步骤：
检测液压泵(3)的负载，并
当所述液压泵(3)空载时，控制所述变速器(2)至空档；
当所述液压泵(3)的负载大于预设负载时，控制所述变速器(2)至低档，并控制所述原动机(1)的转速大于预设转速；
当所述液压泵(3)的负载小于所述预设负载时，控制所述变速器(2)至高档，并控制所述原动机(1)的转速小于所述预设转速。
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