CN105889450A - 一种大功率液力变速传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率液力变速传动装置，包括一体式变矩器和行星变速器，变矩器内还安装有输入飞轮、锁止离合器及取力装置，行星变速器内安装有四个行星排组件、四个制动器和两个旋转离合器，各零件之间通过花键或齿轮连接，并由两个旋转离合器和四个制动器分别进行不同的控制，可实现8个前进挡、一个空挡的挡位要求，并且可通过减少行星排和制动器的数量来减少挡位数，该种液力变速传动装置适用功率大，结构紧凑，容易变型，有利于整机布置。

Description

一种大功率液力变速传动装置
技术领域
本发明涉及页岩气、煤层气及油气田的大型压裂作业车所用的液力变速传动装置，具体涉及一种大功率液力变速传动装置。
背景技术
随着页岩气、煤层气及油气田向深井开采的发展，常规的压裂设备已不能满足要求，需要一种大功率的大型压裂设备才能满足开采要求，而大功率的压裂设备又需要能与其匹配的大功率液力变速传动装置，且一般功率都在2000kW-2500kW。由于传动功率很高，一般的液力变速传动装置无法满足要求，在世界范围内，仅美国双环公司有一款变矩器、定轴式变速器分离式液力传动装置能在该种大型压裂设备上使用，但该公司的这款设备价格昂贵，且体积大、质量大，安装在现有超大型压裂车上超长超重、布置困难，因此迫切需要一种同等功率但体积小、质量轻且价格便宜的液力变速传动装置。
发明内容
本发明旨在提供一种大功率液力变速传动装置，采用变矩器、行星变速器双变一体方案，以解决现有大型压裂作业车所用的大功率液力传动装置所存在的价格昂贵、体积大、质量大，安装超长超重、布置困难的问题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
包括变矩器和行星变速器，变矩器包括涡轮、导轮、泵轮、和取力装置，泵轮分别与输入轴和取力装置连接，变矩器内还设有锁止离合器，锁止离合器通过涡轮座与涡轮输出轴连接；行星变速器包括P1行星排、P2行星排、P3行星排和P4行星排四个行星排组件，L1旋转离合器和L2旋转离合器，Z1、Z2、Z3、Z4四个制动器,所述涡轮输出轴与行星变速器内的旋转离合器、P1行星排的行星架通过花键连接，P3行星排组件末端连接输出轴。
所述取力装置与泵轮连接，P1行星排的太阳轮分别与L1旋转离合器和Z1制动器连接；P1行星排的齿圈与中间轴通过花键连接；L2旋转离合器、P2行星排的太阳轮、P3行星排的太阳轮分别通过花键与中间轴连接；P2行星排的齿圈分别与L2旋转离合器和Z2制动器连接；P2行星排的行星架与P3行星排的齿圈通过齿轮连接，P3行星排的齿圈又与Z3制动器连接；P3行星排的行星架与输出轴成为一个整体，P3行星排的行星架又与P4行星排的齿圈通过花键连接；P4行星排的行星架与P3行星排的齿圈通过花键连接；P4行星排的太阳轮与Z4制动器连接。
L1旋转离合器结合，使P1行星排整体旋转实现不变速的直接传动；Z1制动器结合，对P1行星排的太阳轮制动，使P1行星排实现增速传动，L1旋转离合器、Z1制动器、P1行星排共同构成副变速器，其实现直接传动和增速传动与主变速器部分实现的4个挡位分别组合可实现变速器8个挡位，L2旋转离合器结合实现高挡，Z2制动器结合实现中挡，Z3制动器结合实现低挡，Z4制动器结合实现中高挡。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的大功率液力变速传动装置，采用变矩器、行星变速器双变一体结构，实现1个超速挡，一个直接挡，6个减速挡及一个空挡，共8个前进挡一个空挡，各挡位之间速比的比值合理，可以根据压裂作业的需要选择不同的挡位，满足压裂作业不同阶段对负载压力和排量的需要；且变矩器内的涡轮座与输入飞轮之间安装有锁止离合器，压裂作业时除换挡过程外，锁止离合器处于接合状态，发动机不通过变矩器直接驱动涡轮输出轴旋转，提高了传动效率；换挡时，锁止离合器脱开实现变矩工况柔性液力传动，减少换挡冲击。本发明与同类型美国双环产品相比，变矩器和行星变速器有机结合成一体，轴向尺寸减小30％、质量减轻30％。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中：1-涡轮，2-导轮，3-泵轮，4-取力装置，5-齿圈A，6-齿圈B，7-行星架A，8-行星架B，9-齿圈C，10-齿圈D，11-太阳轮A，12-行星架C，13-输出轴，14-太阳轮B，15-太阳轮C，16-中间轴，17-行星架D，18-太阳轮D，19-涡轮输出轴，20-锁止离合器，21-输入飞轮，Z1-制动器，Z2-制动器，Z3-制动器，Z4-制动器，L1-旋转离合器，L2-旋转离合器。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
如图1所示，本发明提供的大功率液力变速传动装置，包括变矩器A和行星变速器B，变矩器A包括涡轮1、导轮2、泵轮3、和取力装置4，泵轮3分别与输入轴21和取力装置4连接，变矩器A内还设有锁止离合器20，锁止离合器20通过涡轮座与涡轮输出轴19连接；行星变速器B包括P1行星排、P2行星排、P3行星排和P4行星排四个行星排组件，L1旋转离合器和L2旋转离合器，Z1制动器、Z2制动器、Z3制动器和Z4制动器,所述涡轮输出轴19与行星变速器B内的L1旋转离合器、P1行星排的行星架D17通过花键连接，P3行星排组件末端连接输出轴13。
取力装置4与泵轮3连接，P1行星排的太阳轮D18分别与L1旋转离合器和Z1制动器连接；P1行星排的齿圈A5与中间轴16通过花键连接；L2旋转离合器、P2行星排的太阳轮C15、P3行星排的太阳轮B14分别通过花键与中间轴16连接；P2行星排的齿圈B6分别与L2旋转离合器和Z2制动器连接；P2行星排的行星架A7与P3行星排的齿圈D10通过齿轮连接，P3行星排的齿圈D10又与Z3制动器连接；P3行星排的行星架B8与输出轴13成为一个整体，P3行星排的行星架B8又与P4行星排的齿圈C9通过花键连接；P4行星排的行星架C12与P3行星排的齿圈D10通过花键连接；P4行星排的太阳轮A11与Z4制动器连接。
L1旋转离合器结合，使P1行星排整体旋转实现不变速的直接传动；Z1制动器结合，对P1行星排的太阳轮D18制动，使P1行星排实现增速传动，L1旋转离合器、Z1制动器、P1行星排共同构成副变速器，其实现直接传动和增速传动与主变速器部分实现的4个挡位分别组合可实现变速器8个挡位，L2旋转离合器结合实现高挡，Z2制动器结合实现中挡，Z3制动器结合实现低挡，Z4制动器结合实现中高挡。
实施例：
1、空挡：只有L1旋转离合器结合，涡轮输出轴19、L1旋转离合器、太阳轮D18、行星架D17、齿圈A5作为一个整体一同旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，由于L2旋转离合器、Z2制动器、Z3制动器、Z4制动器都不结合，没有扭矩输出，实现空挡。
2、一挡：L1旋转离合器、Z3制动器结合。L1旋转离合器结合后，涡轮输出轴19、L1旋转离合器、太阳轮D18、行星架D17、齿圈A5作为一个整体一同旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16以相同的角速度旋转，并带动太阳轮B14整体一同旋转；Z3制动器结合，齿圈D10制动，扭矩经过太阳轮B14、行星架B8，从输出轴13输出，实现一挡。
3、二挡：Z1制动器、Z3结合。Z1制动器结合后，太阳轮制动，行星架D17、齿圈A5同向旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16以相同的角速度旋转，并带动太阳轮B14整体一同旋转；Z3制动器结合，齿圈D10制动，扭矩经过太阳轮B14、行星架B8，从输出轴13输出，实现二挡。
4、三挡：L1旋转离合器、Z2制动器结合。L1旋转离合器结合后，涡轮输出轴19、L1旋转离合器、太阳轮D18、行星架D17、齿圈A5作为一个整体一同旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16以相同的角速度旋转，并带动太阳轮C15、太阳轮B14整体一同旋转，Z2制动器结合，齿圈B6制动，行星架A7的转速低于太阳轮C15的转速与太阳轮C15同向旋转，齿圈D10与行星架A7整体一同旋转，一部分扭矩通过太阳轮C15传递给行星架A7，由行星架A7传递给齿圈D10，再由齿圈D10传递给行星架B8；另一部分扭矩经中间轴16直接经过太阳轮B14传递给行星架B8，扭矩经行星架B8从输出轴13输出，实现三挡。
5、四挡:L1旋转离合器、Z4制动器结合。L1旋转离合器结合，涡轮输出轴19、L1旋转离合器、太阳轮D18、行星架D17、齿圈A5作为一个整体一同旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16、太阳轮B14、齿圈A5以相同的角速度同向旋转，并带动齿圈D10、行星架B8旋转；Z4制动器结合，太阳轮A11制动，齿圈C9、行星架C12与太阳轮B14同向旋转，由于齿圈C9与行星架B8连接为一体，行星架C12与齿圈D10连接为一体，因此，齿圈D10、行星架B8与太阳轮B14同向旋转,中间轴上的扭矩经过太阳轮B14、行星架B8从输出轴13输出，实现四挡。
6、五挡：Z1制动器、Z2结合。Z1制动器结合后，太阳轮D18制动，行星架D17、齿圈A5同向旋转。扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16、齿圈A5以相同的角度同相旋转，并带动太阳轮C15和太阳轮B14整体一起旋转；Z2制动器结合，齿圈B6制动，一部分扭矩通过太阳轮C15传递给行星架A7，由行星架A7传递给齿圈D10，另一部分扭矩经中间轴16直接经过太阳轮B14传递给行星架B8，扭矩经行星架B8从输出轴13输出，实现五挡。
7、六挡：Z1制动器、Z4结合。Z1制动器结合后，太阳轮D18制动，行星架D17、齿圈A5同向旋转。扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16、齿圈A5以相同的角速度同向旋转，并带动太阳轮B14整体一同旋转；Z4制动器结合，太阳轮A11制动，齿圈C9、行星架C12与太阳轮B14同向旋转，由于齿圈C9与行星架B8连接为一体，行星架C12与齿圈D10连接为一体，因此，齿圈D10、行星架B8与太阳轮B14同向旋转。中间轴上的扭矩经过太阳轮B14、行星架B8从输出轴13输出，实现六挡。
8、七挡：L1旋转离合器、L2结合。L1旋转离合器结合，涡轮输出轴19、L1旋转离合器、太阳轮D18、行星架D17、齿圈A5作为一个整体一同旋转，扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16、齿圈A5、太阳轮C15、太阳轮B14整体一同旋转；L2旋转离合器结合，L2旋转离合器、齿圈B6、行星架A7、齿圈D10、行星架B8与中间轴16以相同的角速度旋转，扭矩经太阳轮B14、行星架B8，经输出轴13输出，实现七挡。
9、八挡：Z1制动器和L2旋转离合器结合。Z1制动器结合后，太阳轮D18制动，行星架D17、齿圈A5同向旋转。扭矩经过齿圈A5传递到中间轴16，中间轴16、齿圈A5以相同的角度一同旋转，并带动太阳轮C15、太阳轮B14整体一同旋转；L2旋转离合器结合，L2旋转离合器、齿圈B6、行星架A7、齿圈D10、行星架B8、中间轴16以相同的角速度旋转，扭矩经太阳轮B14、行星架B8，经输出轴13输出，实现八挡。
本发明还可以变形为不装Z4制动器和不装P4行星排组件，实现该大功率液力变速传动装置输出挡位的改变，即通过减少行星排和制动器的数量来减少挡位数，灵活性很高，能根据不同使用要求选择。
实现各挡位时离合器或制动器的工况：

Claims (3)

1.一种大功率液力变速传动装置，其特征在于：包括变矩器(A)和行星变速器(B)，变矩器(A)包括涡轮(1)、导轮(2)、泵轮(3)、和取力装置(4)，泵轮(3)分别与输入轴(21)和取力装置(4)连接，变矩器(A)内还设有锁止离合器(20)，锁止离合器(20)通过涡轮座与涡轮输出轴(19)连接；行星变速器(B)包括P1行星排、P2行星排、P3行星排和P4行星排四个行星排组件，L1旋转离合器和L2旋转离合器，Z1制动器、Z2制动器、Z3制动器和Z4制动器,所述涡轮输出轴(19)与行星变速器(B)内的L1旋转离合器、P1行星排的行星架(D17)通过花键连接，P3行星排组件末端连接输出轴(13)。
2.根据权利要求1所述的大功率液力变速传动装置，其特征在于：取力装置(4)与泵轮(3)连接，P1行星排的太阳轮(D18)分别与L1旋转离合器和Z1制动器连接；P1行星排的齿圈(A5)与中间轴(16)通过花键连接；L2旋转离合器、P2行星排的太阳轮(C15)、P3行星排的太阳轮(B14)分别通过花键与中间轴(16)连接；P2行星排的齿圈(B6)分别与L2旋转离合器和Z2制动器连接；P2行星排的行星架(A7)与P3行星排的齿圈(D10)通过齿轮连接，P3行星排的齿圈(D10)又与Z3制动器连接；P3行星排的行星架(B8)与输出轴(13)成为一个整体，P3行星排的行星架(B8)又与P4行星排的齿圈(C9)通过花键连接；P4行星排的行星架(C12)与P3行星排的齿圈(D10)通过花键连接；P4行星排的太阳轮(A11)与Z4制动器连接。
3.根据权利要求1所述的大功率液力变速传动装置，其特征在于：L1旋转离合器结合，使P1行星排整体旋转实现不变速的直接传动；Z1制动器结合，对P1行星排的太阳轮(D18)制动，使P1行星排实现增速传动，L1旋转离合器、Z1制动器、P1行星排共同构成副变速器，其实现直接传动和增速传动与主变速器部分实现的4个挡位分别组合可实现变速器8个挡位，L2旋转离合器结合实现高挡，Z2制动器结合实现中挡，Z3制动器结合实现低挡，Z4制动器结合实现中高挡。
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