CN106122422B - 传动装置、包含该传动装置的作业机械及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种用于作业机械的传动装置，其可以包括第一变速器，所述第一变速器包括啮合至传动装置输入的第一输入、第一输出和第一排量。第二变速器可以包括啮合至传动装置输入的第二输入、第二输出和第二排量。第一排量可以大于第二排量。第一行星齿轮组可以与第二输出机械地相关联、选择性地联接至地面并且与第一齿轮机械地相关联。第二行星齿轮组可以啮合至传动装置输入。第三行星齿轮组可以包括传动装置输出并且可以与第二行星齿轮组机械地相关联。第二齿轮可以与第三行星齿轮组机械地相关联并且可以与第三齿轮啮合，第三齿轮与第一输出机械地相关联。第二齿轮可以与第一齿轮啮合。

Description

传动装置、包含该传动装置的作业机械及其运行方法

技术领域

本发明大体上涉及用于作业机械的传动装置，并且更具体地涉及用于这种作业机械的无级变速传动装置。

背景技术

在土方、建筑和农业中的许多作业机械，诸如，例如轮式装载机、机动平地机和农用拖拉机，可能需要高功率应用。一般地，对于这些作业机械而言，仅具有一个包括液压泵和液压马达的变速器的无级变速传动装置不足以满足高功率要求。例如，一个大型变速器，通常来说，不足以满足这种高功率应用。可以向这些传动装置添加第二变速器以满足高功率要求。在大多数情况下，第二变速器具有与第一变速器一样大的排量，其本质上在作业机械上需要更多的空间。附加地，第一变速器的输出通常并联至第二变速器的输出从而使得每个变速器的液压泵和液压马达以相同的速度转动。传统上，然而，在两个变速器之间不存在减少。在一些情况下，诸如在低功率应用期间，第二变速器的大排量大于所需而两个变速器的输出保持相互连接，这可以导致传动装置中的损失增加。

美国专利第6,964,627号(‘627专利)公开了一种传动装置，所述传动装置包括两个行星齿轮单元和单个变速器，全部连接起来从而使得功率可以以复合分流模式或输出分流模式在输入与输出之间传动。在复合分流模式中，两个行星齿轮单元在两个连接处连接起来以创建两个复合构件分支和两个单一构件分支。变速器操作单个液压泵和单个液压电机。‘627专利并未公开一种传动装置，其具有两个相同或不同大小的变速器，这些变速器的输出被选择性地组合。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于作业机械的传动装置。所述传动装置包括第一变速器，其包括啮合至传动装置输入的第一输入、第一输出和第一排量。第二变速器可以包括啮合至传动装置输入的第二输入、第二输出和第二排量。第一排量可以大于第二排量。第一行星齿轮组可以与第二输出机械地相关联、选择性地联接至地面并且与第一齿轮机械地相关联。第二行星齿轮组可以啮合至传动装置输入。第三行星齿轮组可以包括传动装置输出并且可以与第二行星齿轮组机械地相关联。第二齿轮可以与第三行星齿轮组机械地相关联并且可以与第三齿轮啮合，第三齿轮与第一输出机械地相关联。第二齿轮可以与第一齿轮啮合。

根据本发明的另一方面，提供了一种作业机械。所述作业机械可以包括传动装置输入，其与原动机机械地相关联。第一变速器可以包括啮合至传动装置输入的第一输入、第一输出和第一排量。第二变速器可以包括啮合至传动装置输入的第二输入、第二输出和第二排量。第一排量可以大于第二排量。第一行星齿轮组可以与第二输出机械地相关联、选择性地联接至地面并且与第一齿轮机械地相关联。第二行星齿轮组可以啮合至传动装置输入。第三行星齿轮组可以包括传动装置输出并且可以与第二行星齿轮组机械地相关联。第二齿轮可以与第三行星齿轮组机械地相关联并且可以与第三齿轮啮合，第三齿轮与第一输出机械地相关联。第二齿轮可以与第一齿轮啮合。

参照本发明的又一方面，提供一种用于匹配传动装置中的两个不同大小的变速器的扭矩和速度的方法。所述方法需要提供第一变速器，其包括第一输入、第一输出和第一排量。另一步骤可以提供第二变速器，其包括第二输入、第二输出和第二排量，所述第二排量小于第一排量。又一步骤可以将第一输入和第二输入布置为受驱动脱离共用原动机。又另一步骤可以提供行星齿轮组，其与第二输出机械地相关联，使得在行星齿轮组输出处，第二输出的扭矩输出增加并且第二输出的速度输出降低以匹配第一输出的扭矩和速度输出。进一步的步骤可以选择性地组合行星齿轮组输出与第一输出。

所公开系统和方法的其它方面和特征将通过结合包括在内的附图阅读所附详细说明来理解。此外，一个示例实施方案的所选方面和特征可以与其它示例实施方案的各个所选方面和特征组合。

附图说明

图1是根据本发明教导的示例性作业机械的侧视图；

图2是根据本发明教导的示出示例性传动装置的示意图；以及

图3是可以根据本发明教导进行实践的示出示例步骤顺序的流程图。

具体实施方式

现参见图1，根据本发明构造的示例性作业机械通常由附图标记10表示。作业机械10可以是土方、建筑和农业熟知的任何类型的作业机械，诸如但不限于轮式装载机、机动平地机和农用拖拉机。作业机械10可以包括装载机车架12和发动机机架14。装载机车架12可以在铰接关节16处与发动机机架14相联接。装载机车架12可以由多个第一地面接合元件18支撑，而发动机机架14可以由多个第二地面接合元件20支撑。作为非限制性示例，多个第一地面接合元件18和多个第二地面接合元件20可以为轮胎或履带。机具22，诸如但不限于铲斗，可以与装载机车架12可操作地连接。发动机机架14可以支撑原动机24和操作者的升高的驾驶室26。原动机24可以为，但不限于，内燃机、天然气发动机、混合式发动机、或其任意组合。原动机24可以向至少多个第二地面接合元件20提供动力用于推动作业机械10。

如图2清楚所示，作业机械10还可以包括传动装置28。传动装置28可以为无级变速传动装置。传动装置28包括传动装置输入30和输出32，传动装置输入30与原动机24机械地相联接。输出32可以与另一组或多组齿轮和离合器机械地相联接，从而为整个传动装置28提供方向和速度范围选择。为清楚起见，该组或多组齿轮和离合器未在图2中示出。传动装置28还包括第一变速器34和第二变速器36。第一变速器34包括与第一液压马达40机械地相关联的第一液压泵38。类似地，第二变速器36包括与第二液压马达44机械地相关联的第二液压泵42。第一液压泵38和第二液压泵42可以为可变排量泵。第一液压马达40和第二液压马达44可以为固定排量马达或可变排量马达。第一变速器34与第二变速器36相比可以有更大的排量，使得第一液压泵38的容积大于第二液压泵42的容积。

传动装置28还可以包括第一至第八齿轮，分别为齿轮46、48、50、52、54、56、58和59，以及第一至第三行星齿轮组，分别为行星齿轮组60、62和64，尽管其他数量的齿轮和齿轮组也是可能的。传动输入30可以与第六齿轮56和第七齿轮58机械地相联接。第六齿轮56可以与第四齿轮53和第五齿轮54啮合。第五齿轮54可以通过第一变速器输入66与第一变速器34机械地相关联，而第一变速器34的第一变速器输出68可以与第三齿轮50机械地相关联。第四齿轮52通过第二变速器输入70与第二变速器36机械地相关联。

第二变速器36还包括第二变速器输出72，第二变速器输出72与第一行星齿轮组60的第一环形齿轮74机械地相关联。此外，第一行星齿轮组60还包括由第一环形齿轮74限制的第一太阳齿轮76、位于第一环形齿轮74和第一太阳齿轮76之间的至少一个第一行星齿轮78、以及联接至所述至少一个第一行星齿轮78的第一齿轮架80。第一齿轮架80，作为第一行星齿轮组60的输出，可以与第一齿轮46机械地相关联。第一太阳齿轮76可以通过离合器84选择性地联接至地面82。第一齿轮46可以与第二齿轮48啮合。

此外，第七齿轮58可以与第八齿轮59啮合，其与第二行星齿轮组62的第二齿轮架88机械地相关联。第二行星齿轮组62还包括第二环形齿轮90、由第二环形齿轮90限制的第二太阳齿轮92、以及位于第二环形齿轮90和第二太阳齿轮92之间的至少一个第二行星齿轮94。所述至少一个第二行星齿轮94可以与第二齿轮架88机械地相关联。第二环形齿轮90可以与第三行星齿轮组64的第三齿轮架96机械地相关联。此外，第三行星齿轮组64还包括第三环形齿轮98、由第三环形齿轮98限制的第三太阳齿轮100、以及位于第三环形齿轮98和第三太阳齿轮100之间的至少一个第三行星齿轮102。所述至少一个第三行星齿轮102可以与第三齿轮架102机械地相关联。第二太阳齿轮92可以与第三太阳齿轮100机械地相关联。第三环形齿轮98可以与第二齿轮48机械地相关联，其可以与第三齿轮50啮合。第三齿轮架输出104和第三太阳齿轮输出106共同限定了输出32。

图3示出了示例步骤顺序的流程图300，可以执行该步骤顺序以匹配传动装置中的两个不同大小的变速器的扭矩和速度输出。框310示出了提供第一变速器34的步骤，所述第一变速器34包括第一输入66、第一输出68和第一排量。如框312所示，另一个步骤可以是提供第二变速器36，所述第二变速器36包括第二输入70、第二输出72以及小于第一排量的第二排量。框314描绘了将第一输入66和第二输入70布置为受驱动脱离共用原动机24的步骤。如框316中描绘，另一个步骤可以是提供行星齿轮组60，行星齿轮组60与第二输出72机械地相关联，使得在行星齿轮组输出处，第二输出72的扭矩输出增加并且第二输出72的速度输出降低以分别匹配第一输出68的扭矩和速度输出。如框318中所示，又一个步骤可以是选择性地组合行星齿轮组输出和第一输出68。另一个步骤可以是将第二输出72布置为与行星齿轮组60的环形齿轮74机械地相关联。进一步的步骤可以是将行星齿轮组的齿轮架80布置为与第一输出68机械地相关联。又一个步骤可以是将行星齿轮组60的太阳齿轮76布置为可经由离合器84选择性地联接至地面82。第一变速器34可以包括与第一液压马达40机械地相关联的第一液压泵38，并且第二变速器36可以包括与第二液压马达44机械地相关联的第二液压泵42。

工业实用性

基于前述内容，可知本发明阐述了用于组合传动装置中两种不同大小的变速器的输出的系统和方法。例如，在需要高功率的一些传动应用中，无级变速传动装置可能需要多个变速器。然而，在这些应用中，多个变速器传统上具有相同的排量，使得变速器之间不减速且不具有将变速器的离合器彼此分开的手段。此外，通常，相同大小的多个变速器包括比特定大动力应用所需要的变速器更大的变速器，并且因此促成了不必要的传动装置大小和成本。另一方面，本发明的教导可用于组合第一变速器的输出和第二变速器的输出，第二变速器具有小于第一变速器的排量，从而减少变速装置大小和成本。

在运行中，第一变速器34受驱动脱离传动装置输入30使得第一变速器输出68具有第一扭矩和第一速度。类似地，第二变速器36受驱动脱离传动装置输入30使得第二变速器输出72具有第二扭矩和第二速度。第一行星齿轮组60增加第二变速器输出72的第二扭矩并且减小第二变速器输出72的第二速度，以分别匹配第一变速器输出68上的第一变速器34的第一扭矩和第一速度。由于啮合离合器84，第一太阳齿轮76被联接至地面82使得来自于第一齿轮架80的输出与第一变速器输出68组合。

当离合器84脱离时，第二变速器输出72与第一变速器输出68分离。具体地说，由于离合器84脱离，第一太阳齿轮76与地面82分开并且空转，以使得防止第二变速器输出72的第二扭矩被传送至第一变速器输出68的第一扭矩或与第一变速器输出68的第一扭矩组合。因而，在传动装置28的低功率应用中，离合器84可以脱离，以使得只实施第一变速器34，从而增加传动装置效率。

Claims (20)

1.一种用于作业机械的传动装置，所述传动装置包括：

传动装置输入；

第一变速器，其包括第一输入、第一输出和第一排量，所述第一输入啮合至所述传动装置输入；

第二变速器，其包括第二输入、第二输出和第二排量，所述第二输入啮合至所述传动装置输入，所述第一排量大于所述第二排量；

第一行星齿轮组，其与所述第二输出机械地相关联，所述第一行星齿轮组选择性地联接至地面，所述第一行星齿轮组与第一齿轮机械地相关联；

第二行星齿轮组，其啮合至所述传动装置输入；

第三行星齿轮组，其与所述第二行星齿轮组机械地相关联，所述第三行星齿轮组包括传动装置输出；以及

第二齿轮，其与所述第三行星齿轮组机械地相关联，所述第二齿轮与第三齿轮啮合，所述第三齿轮与所述第一输出机械地相关联，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其中所述第一变速器包括第一液压泵，所述第一液压泵与第一液压马达机械地相关联，所述第二变速器包括第二液压泵，所述第二液压泵与第二液压马达机械地相关联。

3.根据权利要求1所述的传动装置，其中所述第一行星齿轮组包括第一环形齿轮、第一太阳齿轮以及联接至第一齿轮架的至少一个第一行星齿轮，所述第二行星齿轮组包括第二环形齿轮、第二太阳齿轮以及联接至第二齿轮架的至少一个第二行星齿轮，所述第三行星齿轮组包括第三环形齿轮、第三太阳齿轮以及联接至第三齿轮架的至少一个第三行星齿轮，所述第二环形齿轮与所述第三齿轮架机械地相关联，所述第二太阳齿轮与所述第三太阳齿轮机械地相关联。

4.根据权利要求2所述的传动装置，其中所述第一液压泵和所述第二液压泵是可变排量泵，并且所述第一液压马达和所述第二液压马达是固定排量马达和可变排量马达中的一种。

5.根据权利要求3所述的传动装置，其中所述传动装置输出包括所述第三齿轮架的输出和所述第三太阳齿轮的输出。

6.根据权利要求3所述的传动装置，其中所述第二齿轮与所述第三环形齿轮机械地相关联。

7.根据权利要求6所述的传动装置，其中所述第一齿轮架与所述第一齿轮机械地相关联，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合。

8.一种作业机械，所述作业机械包括：

原动机；

传动装置输入，其与所述原动机机械地相关联；

第一变速器，其包括第一输入、第一输出和第一排量，所述第一输入啮合至所述传动装置输入；

第二变速器，其包括第二输入、第二输出和第二排量，所述第二输入啮合至所述传动装置输入，所述第一排量大于所述第二排量；

第一行星齿轮组，其与所述第二输出机械地相关联，所述第一行星齿轮组选择性地联接至地面，所述第一行星齿轮组与第一齿轮机械地相关联；

第二行星齿轮组，其啮合至所述传动装置输入；

第三行星齿轮组，其与所述第二行星齿轮组机械地相关联，所述第三行星齿轮组包括传动装置输出；以及

第二齿轮，其与所述第三行星齿轮组机械地相关联，所述第二齿轮与第三齿轮啮合，所述第三齿轮与所述第一输出机械地相关联，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。

9.根据权利要求8所述的作业机械，其中所述作业机械是轮式装载机、机动平地机和农用拖拉机中的一种。

10.根据权利要求8所述的作业机械，其中所述第一变速器包括第一液压泵，所述第一液压泵与第一液压马达机械地相关联，所述第二变速器包括第二液压泵，所述第二液压泵与第二液压马达机械地相关联。

11.根据权利要求8所述的作业机械，其中所述第一行星齿轮组包括第一环形齿轮、第一太阳齿轮和以及联接至第一齿轮架的至少一个第一行星齿轮，所述第二行星齿轮组包括第二环形齿轮、第二太阳齿轮以及联接至第二齿轮架的至少一个第二行星齿轮，所述第三行星齿轮组包括第三环形齿轮、第三太阳齿轮以及联接至第三齿轮架的至少一个第三行星齿轮，所述第二环形齿轮与所述第三齿轮架机械地相关联，所述第二太阳齿轮与所述第三太阳齿轮机械地相关联。

12.根据权利要求10所述的作业机械，其中所述第一液压泵和所述第二液压泵是可变排量泵，并且所述第一液压马达和所述第二液压马达是固定排量马达和可变排量马达中的一种。

13.根据权利要求11所述的作业机械，其中所述传动装置输出包括所述第三齿轮架的输出和所述第三太阳齿轮的输出。

14.根据权利要求11所述的作业机械，其中所述第二齿轮与所述第三环形齿轮机械地相关联。

15.根据权利要求14所述的作业机械，其中所述第一齿轮架与所述第一齿轮机械地相关联，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合。

16.一种用于匹配传动装置中的两个不同大小的变速器的扭矩和速度输出的方法，所述方法包括以下步骤：

提供第一变速器，其包括第一输入、第一输出和第一排量；

提供第二变速器，其包括第二输入、第二输出和第二排量，所述第二排量小于所述第一排量；

将所述第一输入和所述第二输入布置为受驱动脱离共用原动机；

提供行星齿轮组，其与所述第二输出机械地相关联，使得在行星齿轮组输出处，所述第二输出的所述扭矩输出增加并且所述第二输出的所述速度输出降低以匹配所述第一输出的所述扭矩和所述速度输出；以及

选择性地组合所述行星齿轮组输出和所述第一输出。

17.根据权利要求16所述的方法，其中提供行星齿轮组的步骤还包括将所述第二输出布置为与所述行星齿轮组的环形齿轮机械地相关联。

18.根据权利要求17所述的方法，其中选择性地组合所述行星齿轮组输出和所述第一输出的步骤还包括将所述行星齿轮组的齿轮架布置为与所述第一输出机械地相关联。

19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括将所述行星齿轮组的太阳齿轮布置为经由离合器选择性地联接至地面的步骤。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一变速器包括与第一液压马达机械地相关联的第一液压泵，并且所述第二变速器包括与第二液压马达机械地相关联的第二液压泵。