CN105546055B - 取力器、变速箱及工程机械车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种取力器、变速箱及工程机械车辆，其中取力器包括取力器输入轴、取力输出轴和至少两个齿轮组，其中至少两个齿轮组连接在取力器输入轴和取力输出轴之间，每个齿轮组均通过换挡机构来控制取力器输入轴向取力输出轴传递动力的通断关系，通过至少两个齿轮组的换挡机构的作用，使取力输出轴能够选择与取力器输入轴同向或反向转动。本发明的取力器具有更好的控制性和适应性，可以根据实际需要适应多种不同工况，当取力器输入轴的转动方向确定之后，取力输出轴可以选择与取力器输入轴同向或者反向转动；当然，不论取力器输入轴转动方向如何，取力输出轴还可以均选择沿同一方向转动，以保证持续为液压泵提供动力，保证液压泵的持续稳定工作。

Description

取力器、变速箱及工程机械车辆

技术领域

本发明涉及动力机械技术领域，尤其涉及一种取力器、变速箱及工程机械车辆。

背景技术

变速箱可根据发动机负荷和车速等工况的变化自动变换传动系统的传动比，使汽车获得良好的动力性和燃油经济性，同时有效减少发动机排放污染，显著提高车辆的安全性和舒适性。目前，变速箱应用于很多不同的领域，变速箱除了具有驱动行驶功能以外，一般工程机械上使用的变速箱还配置有取力器(Power Take Off，简写为PTO)，通过将取力器与相应的装置(如液压泵)连接，可以实现为其他作业提供持续动力(如转向、制动等)的目的。

现有技术中的取力器一般分为两种，一种为常取力，即一直传输动力；一种为可断开取力，即通过操纵机构，使其能够根据需求进行接通和断开。

如图1所示，为现有的常取力变速箱的工作原理图。主输入轴a1与取力器输出口PTO为同一轴，主输入轴a1和中间轴a5按一定次序布置有不同档位的齿轮组和换档机构a2、a3、a4，换档机构a2、a3、a4通过设置其中的结合套与同步器，实现档位切换，将动力传递至中间轴a5，中间轴a5通过啮合齿轮最终将动力传递至主输出轴a6。

当空档时，换档机构a2、a3、a4均断开，动力只输出至取力器输出口PTO；当前进时，挂一档，换档机构a2连接，a3、a4均断开，动力分别传递给PTO口和主输出轴a6；二档、三档时，以此类推；当倒车时，当采用电机驱动时，电机反转，主输入轴a1反转，从而使主输出轴a6反转，同时PTO口上的被驱动元件也会反转。

如图2所示，为现有的可断开取力变速箱的工作原理图。其结构与常取力变速箱结构类似，主输入轴b1与取力器输出口PTO也为同一轴，主输入轴b1和中间轴b5按一定次序布置有不同档位的齿轮组和换档机构b2、b3、b4，换档机构b2、b3、b4通过设置其中的结合套与同步器，实现档位切换，将动力传递至中间轴b5，中间轴b5通过啮合齿轮最终将动力传递至主输出轴b6。与常取力变速箱相比，在取力口PTO处还设置了换档机构b7，通过控制该换档机构b7，可选择使取力器处于动力输出状态或者断开状态。

现有的常取力变速箱的输出口PTO旋向一般固定，不可调，无法满足一些特殊应用需求，如电动驱动，在电机反向旋转进行倒车时，取力器由于旋向固定，因此同时反转，从而造成与其连接的装置(如液压泵)反转，无法持续提供动力，不满足使用要求。现有的可断开取力器虽然在电机反转时，其换挡机构b7可断开，不使液压泵反转，但是动力同时终止，无法满足PTO口持续工作的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种取力器、变速箱及工程机械车辆，以提高取力器的适应性。

为实现上述目的，本发明提供了一种取力器，包括取力器输入轴、取力输出轴和至少两个齿轮组，其中所述至少两个齿轮组连接在所述取力器输入轴和所述取力输出轴之间，每个齿轮组均通过换挡机构来控制所述取力器输入轴向所述取力输出轴传递动力的通断关系，通过所述至少两个齿轮组的换挡机构的作用，使所述取力输出轴能够选择与所述取力器输入轴同向或反向转动。

进一步地，所述至少两个齿轮组包括同向齿轮组和反向齿轮组，所述同向齿轮组所对应的换挡机构连通时，所述取力输出轴与所述取力器输入轴同向转动；所述反向齿轮组所对应的换挡机构连通时，所述取力输出轴与所述取力器输入轴反向转动。

进一步地，所述同向齿轮组包括至少两个，至少两个所述同向齿轮组的传动比不同；和/或所述反向齿轮组包括至少两个，至少两个所述反向齿轮组的传动比均不同。

进一步地，所述反向齿轮组包括相互啮合的第一主动齿轮和第一从动齿轮，所述同向齿轮组包括第二主动齿轮、中间齿轮和第二从动齿轮，所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮均与所述中间齿轮相互啮合，所述中间齿轮固定套设在位于所述取力器输入轴和所述取力输出轴之间的第一中间轴上。

进一步地，每个齿轮组的换挡机构设置于所述取力器输入轴或者所述取力输出轴上。

进一步地，还包括离合器，所述离合器设置于所述取力器输入轴的入口端，用于连通或切断所述取力器输入轴的动力供应。

为实现上述目的，本发明还提供了一种变速箱，包括变速箱输入轴、变速箱输出轴和上述的取力器，所述变速箱输入轴还通过传动机构向所述变速箱输出轴传递动力。

进一步地，所述取力器输入轴与所述变速箱输入轴或所述变速箱输出轴连接。

进一步地，所述传动机构包括档位齿轮组、第二中间轴和过渡齿轮组，所述档位齿轮组连接在所述变速箱输入轴和所述第二中间轴之间，每个档位齿轮组均通过换挡机构来控制所述变速箱输入轴向所述第二中间轴传递动力的通断关系，所述过渡齿轮组连接在所述第二中间轴和所述变速箱输出轴之间。

进一步地，所述档位齿轮组包括至少两个，至少两个所述档位齿轮组的传动比均不同。

进一步地，所述档位齿轮组的换挡机构设置于所述变速箱输入轴或者所述第二中间轴上。

为实现上述目的，本发明还提供了一种工程机械车辆，包括上述的变速箱。

基于上述技术方案，本发明通过设置至少两个齿轮组，每个齿轮组对应设置一个换挡机构，当换挡机构连通时，取力器输入轴可以通过该换挡机构所对应的齿轮组向取力输出轴传递动力；当换档机构断开时，取力器输入轴不能通过该换挡机构所对应的齿轮组向取力输出轴传递动力。至少两个齿轮组中有些齿轮组可以使得取力输出轴与取力器输入轴同向转动，有些齿轮组可以使得取力输出轴与取力器输入轴反向转动，通过调整不同齿轮组所对应的换档机构的连通与断开，即可实现取力输出轴对与取力器输入轴同向或者反向转动的选择。本发明的取力器具有更好的控制性和适应性，可以根据实际需要适应多种不同工况，当取力器输入轴的转动方向确定之后，取力输出轴可以选择与取力器输入轴同向或者反向转动；当然，不论取力器输入轴的转动方向如何，取力输出轴还可以均选择沿同一方向转动，这对于输出端连接液压泵的取力器来说，当驱动取力器输入轴的电机反转时，取力输出轴仍可不改变输出方向，这样可以保证持续为液压泵提供动力，保证液压泵的持续、稳定工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中常取力变速箱的工作原理图。

图2为现有技术中可断开取力变速箱的工作原理图。

图3为本发明取力器及变速箱一个实施例的工作原理图。

图4为本发明取力器及变速箱另一个实施例的工作原理图。

图中：a1-主输入轴，a2、a3、a4-换挡机构，a5-中间轴，a6-主输出轴；

b1-主输入轴，b2、b3、b4、b7-换挡机构，b5-中间轴，b6-主输出轴；

1-变速箱输入轴，2、3、4、11、12-换挡机构，5-第二中间轴，6-变速箱输出轴，7-反向齿轮组，8-同向齿轮组，9-第一中间轴，10-取力输出轴，13-离合器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图3所示，为本发明取力器及变速箱一个实施例的工作原理图。该取力器包括取力器输入轴、取力输出轴10和至少两个齿轮组，其中至少两个齿轮组连接在取力器输入轴和取力输出轴10之间，每个齿轮组均通过换挡机构11、12来控制取力器输入轴向取力输出轴10传递动力的通断关系，通过至少两个齿轮组的换挡机构11、12的作用，使取力输出轴10能够选择与取力器输入轴同向或反向转动。

通过设置至少两个齿轮组，每个齿轮组对应设置一个换挡机构，当换挡机构连通时，输入轴可以通过该换挡机构所对应的齿轮组向取力输出轴传递动力；当换档机构断开时，输入轴不能通过该换挡机构所对应的齿轮组向取力输出轴传递动力。至少两个齿轮组中有些齿轮组可以使得取力输出轴与输入轴同向转动，有些齿轮组可以使得取力输出轴与输入轴反向转动，通过调整不同齿轮组所对应的换档机构的连通与断开，即可实现取力输出轴对与输入轴同向或者反向转动的选择。

上述取力器具有更好的控制性和适应性，可以根据实际需要适应多种不同工况，当输入轴的转动方向确定之后，取力输出轴可以选择与输入轴同向或者反向转动；当然，不论输入轴的转动方向如何，取力输出轴还可以均选择沿同一方向转动，这对于输出端连接液压泵的取力器来说，当驱动输入轴的电机反转时，取力输出轴仍可不改变输出方向，这样可以保证持续为液压泵提供动力，保证液压泵的持续、稳定工作。

至少两个齿轮组可以分为两类：同向齿轮组8和反向齿轮组7，其中同向齿轮组8所对应的换挡机构12连通时，取力输出轴10与取力器输入轴同向转动；反向齿轮组7所对应的换挡机构11连通时，取力输出轴10与取力器输入轴反向转动；而当同向齿轮组8所对应的换挡机构12和反向齿轮组7所对应的换挡机构11均断开时，取力器输入轴不能向取力输出轴10传递动力。

同向齿轮组8可以包括至少两个，至少两个同向齿轮组8的传动比不同；反向齿轮组7也可以包括至少两个，至少两个反向齿轮组7的传动比均不同。当选择不同传动比的齿轮组时，取力器输入轴向取力输出轴10传递动力时，取力输出轴10的转速大小不同。在取力器输入轴的转速相同的情况下，同向齿轮组8和反向齿轮组7的传动比越大，取力输出轴10的转动速度越小。

如图3所示，反向齿轮组7可以包括相互啮合的第一主动齿轮和第一从动齿轮，同向齿轮组8包括第二主动齿轮、中间齿轮和第二从动齿轮，第二主动齿轮和第二从动齿轮均与中间齿轮相互啮合。第一主动齿轮和第二主动齿轮均固定套设在取力器输入轴上，第一从动齿轮和第二从动齿轮均固定套设在取力输出轴10上，中间齿轮固定套设在位于取力器输入轴和取力输出轴10之间的第一中间轴9上。

当然，反向齿轮组7并不仅限于包括两个相互啮合的齿轮的情况，反向齿轮组7还可以包括四个、六个或者更多偶数个相互啮合的齿轮，即可以在第一主动齿轮和第一从动齿轮之间增加任意偶数个啮合齿轮，只要反向齿轮组7能够实现取力输出轴10与取力器输入轴的转动方向相反即可。

同样地，同向齿轮组8也不仅限于包括三个相互啮合的齿轮的情况，同向齿轮组8还可以包括五个、七个或者更多奇数个相互啮合的齿轮，即可以在第二主动齿轮和中间齿轮之间或者中间齿轮和第二从动齿轮之间增加任意偶数个啮合齿轮，只要同向齿轮组8能够实现取力输出轴10与取力器输入轴的转动方向相同即可。

每个齿轮组的换挡机构可以设置于取力器输入轴或者取力输出轴10上。如图3所示的实施例中，反向齿轮组7所对应的换挡机构11和同向齿轮组8所对应的换挡机构12均设置在取力输出轴10上；如图4所示的实施例中，反向齿轮组7所对应的换挡机构11和同向齿轮组8所对应的换挡机构12均设置在取力器输入轴上。当然，还可以将换档机构11设置在取力输出轴10上，而换挡机构12设置在取力器输入轴上，或者将换档机构12设置在取力输出轴10上，而换挡机构11设置在取力器输入轴上。当换挡机构11和12设置于取力器输入轴上时，可以减小空档时的转动惯量，达到节能的效果。

另外，取力输出轴10可以设置一个或者一个以上的输出端，当输出端有多个时，取力输出轴10可以同时为多个执行机构提供动力。

如图4所示，取力器还可以包括离合器13，离合器13设置于取力器输入轴的入口端，用于连通或切断取力器输入轴的动力供应。

基于上述取力器，本发明还提出一种变速箱，包括变速箱输入轴1、变速箱输出轴6和上述的取力器，变速箱输入轴1能够通过传动机构向变速箱输出轴6传递动力。在一个实施例中，变速箱输出轴6可以作为主输出轴，变速箱输入轴1将大部分的动力通过传动机构传递至变速箱输出轴6，为车辆提供行驶动力，同时将小部分的动力通过至少两个齿轮组传递至取力输出轴10，为与取力输出轴10连接的液压泵提供转动动力。

其中，所述取力器输入轴可以与变速箱上的输入轴、输出轴或者中间轴连接，比如可以与所述变速箱输入轴1或所述变速箱输出轴6连接。另外，变速箱输入轴1或变速箱输出轴6也可以直接作为取力器的输入轴，并向取力器的输出轴传递动力。

传动机构的具体结构形式较为多样，比如可以像设置于取力器输入轴与取力输出轴10之间的至少两组齿轮组那样，仅包括一个齿轮组，以传递动力；也可以包括多个齿轮组；还可以如图3所示，传动机构包括档位齿轮组、第二中间轴5和过渡齿轮组，档位齿轮组连接在变速箱输入轴1和第二中间轴5之间，每个档位齿轮组均通过换挡机构2、3、4来控制变速箱输入轴1向第二中间轴5传递动力的通断关系，过渡齿轮组连接在第二中间轴5和变速箱输出轴6之间。

其中，档位齿轮组可以包括两个或者两个以上，并且每个档位齿轮组的传动比彼此均不同。如图3和图4所示，档位齿轮组包括三个，从右到左依次为：一档齿轮组、二档齿轮组和三档齿轮组，三个齿轮组的传动比越来越小，变速箱输出轴6的转动速度越大。

另外，过渡齿轮组也可以根据需要选择两个或者两个以上，以实现不同传动比的动力传递。

三个档位齿轮组所对应的换挡机构2、3、4可以设置于变速箱输入轴1或者第二中间轴5上。如图3所示的实施例中，一档齿轮组所对应的换挡机构2、二档齿轮组所对应的换挡机构3和三档齿轮组所对应的换挡机构4均设置在变速箱输入轴1上；如图4所示的实施例中，一档齿轮组所对应的换挡机构2、二档齿轮组所对应的换挡机构3和三档齿轮组所对应的换挡机构4均设置第二中间轴5上。当然，还可以将换档机构2、3、4中的任一个设置在变速箱输入轴1上，而另外两个设置在第二中间轴5上，或者将换档机构2、3、4中的任意两个设置在变速箱输入轴1上，而另外一个设置在第二中间轴5上。当换挡机构2、3、4设置于变速箱输入轴1上时，可以减小空档时的转动惯量，达到节能的效果。

如图3所示，变速箱输出轴6可以设置一个输出端；如图4所示，也可以设置两个或两个以上的输出端，可以同时为多个执行机构提供动力。变速箱输入轴1的输入端、变速箱输出轴6的各个输出端以及取力输出轴10的各个输出端可以采用法兰连接，也可以与其他传动机构直接对接。

另外，为实现取力输出轴10和变速箱输出轴6的转动方向的可控性，取力输出轴10和变速箱输出轴6优选地但不限于与变速箱输入轴1相互平行地布置。

本发明的变速箱可以应用于各种工程机械车辆中。

下面对本发明取力器、变速箱及工程机械车辆的一个实施例的基本原理进行说明：

动力由变速箱输入轴1输入，变速箱输入轴1和第二中间轴5之间按一定次序设置不同的档位齿轮组和换档机构2、3、4，从而将动力输出至变速箱输出轴6，将换档机构2、3、4设置于变速箱输入轴1，可以进一步减小空档时变速箱的转动惯量，从而达到节能的效果。

变速箱输入轴1与取力器输出口之间还设有反向齿轮组7和同向齿轮组8，其中同向齿轮组8中设有第一中间轴9，两个齿轮组通过啮合及换档机构11和12，将动力传递至取力输出轴10，由取力器输出口PTO1、PTO2向外传输动力，其中通过第一中间轴9及换档机构11、12的切换组合，可以维持取力输出轴10的旋转方向，具体工作流程如下：

1、空档：

空档时，换档机构2、3、4、12均断开，反向齿轮组7的换档机构11连接，动力不向变速箱输出轴6传递，而变速箱输入轴1通过反向齿轮组7传递至取力输出轴10，由PTO1、PTO2以与变速箱输入轴1相反的旋向向外输出动力。由于同向齿轮组8的换档机构12断开，动力不经过第一中间轴9向取力输出轴10传递。

2、前进档：

挂前进档时，根据档位，自动选择任一换档机构2、3、4连接，同时换档机构11连接，换档机构12断开，动力由任一换档机构2、3、4传递至变速箱输出轴6，同时，通过反向齿轮组7传递至取力输出轴10，由于换档机构12断开，动力不经过第一中间轴9向取力输出轴10传递。取力器输出口PTO1、PTO2与空档状态保持一致。

3、倒退档：

倒退档时，电机反转，根据档位自动选择任一换档机构2、3、4连接，同时换档机构12连接，换档机构11断开，动力由任一换档机构2、3、4，传递至变速箱输出轴6，同时通过同向齿轮组8传递至第一中间轴9，由于换档机构12连接，从而将动力输出至取力输出轴10，由于第一中间轴9的参与，使电机反转的旋向在取力输出轴10转变为与电机正转时相同的转向，维持其旋向不变，从而为液压泵提供持续的动力供应。由于换档机构11断开，动力不再由反向齿轮组7传递，因而不对取力器输出口旋向产生影响。

需要说明的是，以上具体工作流程仅代表了本发明取力器及变速箱的一个实施例，在另一个实施例中，在挂前进挡时，还可以选择将换向机构11断开，换档机构12连接，动力通过同向齿轮组8和第一中间轴9向取力输出轴10进行传递，而不通过反向齿轮组7传递；同时，在挂倒退档时，将换向机构12断开，换档机构11连接，动力通过反向齿轮组7向取力输出轴10传递，而不通过同向齿轮组8和第一中间轴9传递，这样也可以在电机正转和反转时，保证取力输出轴10的旋向不变。

另外，在挂前进挡时，还可以在变速箱输入轴1的旋向不变的情况下，通过调节换档机构11和换档机构12的连接或断开，来实现取力输出轴10的旋向的改变，以适应为变速箱输入轴1提供动力的设备只能提供一个方向的动力，而取力输出轴10所供给的执行机构需要改变旋向的工况，进一步提高取力器的适应性。

通过对本发明取力器、变速箱及工程机械车辆的多个实施例的说明，可以看到本发明通过换档机构和齿轮组不同的组合方式，对取力器输出口旋向和转速进行调整，保证其始终同向旋转为行驶之外的其他作业提供持续的动力供应；同时，采用多档变速，将齿轮组与换档机构布置于主轴时，可以减小空档时变速箱的转动惯量，减小能量消耗。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种变速箱，其特征在于，包括变速箱输入轴(1)、变速箱输出轴(6)和取力器，所述变速箱输入轴(1)还通过传动机构向所述变速箱输出轴(6)传递动力，所述取力器包括取力器输入轴、取力输出轴(10)和至少两个齿轮组，其中所述至少两个齿轮组连接在所述取力器输入轴和所述取力输出轴(10)之间，每个齿轮组均通过换挡机构(11、12)来控制所述取力器输入轴向所述取力输出轴(10)传递动力的通断关系，通过所述至少两个齿轮组的换挡机构(11、12)的作用，使所述取力输出轴(10)既能够选择与所述取力器输入轴同向转动，又能够选择与所述取力器输入轴反向转动，所述取力器输入轴与所述变速箱输入轴(1)或所述变速箱输出轴(6)连接。

2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述至少两个齿轮组包括同向齿轮组(8)和反向齿轮组(7)，所述同向齿轮组(8)所对应的换挡机构(12)连通时，所述取力输出轴(10)与所述取力器输入轴同向转动；所述反向齿轮组(7)所对应的换挡机构(11)连通时，所述取力输出轴(10)与所述取力器输入轴反向转动。

3.根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，所述同向齿轮组(8)包括至少两个，至少两个所述同向齿轮组(8)的传动比不同；和/或所述反向齿轮组(7)包括至少两个，至少两个所述反向齿轮组(7)的传动比均不同。

4.根据权利要求2或3所述的变速箱，其特征在于，所述反向齿轮组(7)包括相互啮合的第一主动齿轮和第一从动齿轮，所述同向齿轮组(8)包括第二主动齿轮、中间齿轮和第二从动齿轮，所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮均与所述中间齿轮相互啮合，所述中间齿轮固定套设在位于所述取力器输入轴和所述取力输出轴(10)之间的第一中间轴(9)上。

5.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，每个齿轮组的换挡机构(11、12)设置于所述取力器输入轴或者所述取力输出轴(10)上。

6.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，还包括离合器(13)，所述离合器(13)设置于所述取力器输入轴的入口端，用于连通或切断所述取力器输入轴的动力供应。

7.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述传动机构包括档位齿轮组、第二中间轴(5)和过渡齿轮组，所述档位齿轮组连接在所述变速箱输入轴(1)和所述第二中间轴(5)之间，每个档位齿轮组均通过换挡机构(2、3、4)来控制所述变速箱输入轴(1)向所述第二中间轴(5)传递动力的通断关系，所述过渡齿轮组连接在所述第二中间轴(5)和所述变速箱输出轴(6)之间。

8.根据权利要求7所述的变速箱，其特征在于，所述档位齿轮组包括至少两个，至少两个所述档位齿轮组的传动比均不同。

9.根据权利要求7或8所述的变速箱，其特征在于，所述档位齿轮组的换挡机构(2、3、4)设置于所述变速箱输入轴(1)或者所述第二中间轴(5)上。

10.一种工程机械车辆，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的变速箱。