CN108413001A - 一种特种车辆的液力机械变速箱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特种车辆的液力机械变速箱，包括箱体、用于给箱体内供油的油系统和变速箱电控系统，所述箱体内同轴设置有闭锁离合器、液力变矩器、液力缓速器、低分动离合器、高低分行星副、高分动离合器、高档离合器、高中档行星副、中档离合器、低档行星副、低档离合器、倒挡行星副和倒挡离合器；所述箱体外壳上设置有涡轮转速传感器和用于控制各个离合器动作的电液换挡阀组，所述低分动离合器套装在低分动离合器缸套中，所述低分动离合器缸套外圆上加工有测速齿以配合所述涡轮转速传感器检测液力变矩器转速；所述闭锁离合器与液力变矩器配合安装。本发明能够满足多模式运行、实现带载起动、过载保护、隔离扭振的适应石油等行业中特种车辆工况特点。

Description

一种特种车辆的液力机械变速箱

技术领域

本发明涉及一种液力机械变速箱，主要应用于车装钻机、修井机、固井水泥车、压裂车等石油特种车辆动力传动系统。

背景技术

车装钻机、修井机、固井水泥车、压裂车是石油钻采装备领域装备量较大的几类主力车型。车装钻机、修井机其动力系统既要满足车辆行走的需要同时又要满足车辆台上设备（转盘、绞车）工程作业要求；固井水泥车、压裂车其台上动力系统主要需要满足车辆台上设备（柱塞泵）工程作业的要求。

目前，国内以车装钻机、修井机为代表的石油特种车辆普遍采用了国外品牌的“车用”液力机械变速箱，其设计指导思想以满足重型卡车、城市大巴、乘用越野车等车辆匹配需求为基础，换挡逻辑、变矩器闭锁策略均是针对车辆行驶的平顺工况而设定的，属于车用变速箱的范畴，因而不能有效满足石油特种车辆提升钻具、高泵压大排量压裂作业等典型的突变工况工程作业要求。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供了一种能够满足多模式运行、实现带载起动、过载保护、隔离扭振的适应石油等行业中特种车辆工况特点的液力机械变速箱。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种特种车辆的液力机械变速箱，包括箱体、用于给箱体内供油的油系统和变速箱电控系统，所述箱体内同轴设置有闭锁离合器、液力变矩器、液力缓速器、低分动离合器、高低分行星副、高分动离合器、高档离合器、高中档行星副、中档离合器、低档行星副、低档离合器、倒挡行星副和倒挡离合器；

所述箱体外壳上设置有涡轮转速传感器和用于控制各个离合器动作的电液换挡阀组，所述低分动离合器套装在低分动离合器缸套中，所述低分动离合器缸套外圆上加工有测速齿以配合所述涡轮转速传感器检测液力变矩器转速；

所述闭锁离合器与液力变矩器配合安装。

上述特种车辆的液力机械变速箱，所述变速箱电控系统包括换挡控制器、ECU和远程手柄，所述换挡控制器设置于驾驶室内，

所述换挡控制器设有5个接线端分别接电源线、与液力缓速器连接的缓速器线、与ECU手柄接线端口连接的ECU手柄线、与ECU手动开关接线端口连接的CAN手动开关线和与远程手柄连接的远程手柄线；

所述ECU另外的2个接线端分别接与电液换挡阀组连接的电磁阀线和与变速箱内各个传感器连接的传感器线；

所述换挡控制器上设置有闭锁按钮、缓速器按钮、本地按钮、远程按钮、倒挡按键、加档按键、空挡按键和减档按键。

上述特种车辆的液力机械变速箱，所述电液换挡阀组包括用于控制六个档位对应阀芯开闭的六个电磁阀、换挡阀芯单元、闭锁阀芯、缓冲阀芯和释控阀芯，用于控制所述闭锁阀芯开闭的电磁阀为闭锁电磁阀，所述换挡阀芯单元包括分别对应除闭锁电磁阀之外其它五个电磁阀的五组换挡阀芯。

本发明的有益效果为：

（1）变速箱内闭锁离合器与液力变矩器等机械结构的设置，能够在特种车辆各种工况下稳定运行如变速箱起步时液力驱动、紧急工况切换至机械驱动、正常工况下自动闭锁驱动。

（2）采用液力机械变速箱电控系统，取代传统的PTO皮托机械闭锁控制系统，涡轮转速传感器采集到的转速信号经由变速箱电控系统逻辑计算与控制易于实现全液力驱动、全机械驱动、自动闭锁驱动等多种运行模式的自由切换，满足石油特种车辆多工况(提升钻具、钻进、车辆行驶、下套管、高压力大排量压裂等)运行要求。

（3）电液换挡阀组集成有电磁阀、换档阀芯、闭锁阀芯、缓冲阀芯及释控阀芯。阀组在电控系统的逻辑控制下通过控制行星变速机构各离合器的“离”与“合”及各离合器的逻辑组合实现档位切换；阀组在电控系统的逻辑控制下通过控制闭锁阀芯实现液力驱动、机械驱动两种模式的切换；阀组集成有缓冲阀芯、释控阀芯，因而可以获得良好的离合器充油缓冲特性，改善变速箱换挡品质。

附图说明

图1为本发明优选实施例的外部结构主视示意图；

图2为本发明优选实施例的剖切示意图；

图3为本发明优选实施例的电控闭锁结构原理示意图；

图4为本发明优选实施例的电控系统接线示意图；

图5为本发明优选实施例的电控系统组成示意图；

图6为本发明优选实施例的传动简图；

图7为本发明优选实施例的档位信息表；

图8为本发明优选实施例的电液换挡阀组逻辑信息表；

图9为本发明优选实施例的电液换挡阀组阀芯结构示意图；

图10为本发明优选实施例的电磁阀F4对应的换挡阀芯的剖视图；

图11为本发明优选实施例的闭锁阀芯剖视图；

图12为本发明优选实施例的缓冲阀芯剖视图；

图13为本发明优选实施例的释控阀芯剖视图。

图中：101为油系统、102为闭锁离合器、103为液力变矩器、104为液力缓速器、105为低分动离合器、106为高分动离合器、107为高档离合器、108为中档离合器、109为低档离合器、110为倒挡离合器、111为高低分行星副、112为高中档行星副、113为低档行星副、114为倒挡行星副、115为电液换挡阀组、116为涡轮转速传感器、117为低分动离合器缸套、151为电磁阀、152为换挡阀芯、153为闭锁阀芯、154为缓冲阀芯、155为释控阀芯、2为换挡控制器、3为ECU、4为远程手柄、501为电源线、502为缓速器线、503为ECU手柄线、504为CAN手动开关线、505为远程手柄线、506为电磁阀线、507为传感器线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释说明。

一种特种车辆的液力机械变速箱，包括箱体、用于给箱体内供油的油系统101和变速箱电控系统，所述箱体内同轴设置有闭锁离合器102、液力变矩器103、液力缓速器104、低分动离合器105、高低分行星副111、高分动离合器106、高档离合器107、高中档行星副112、中档离合器108、低档行星副113、低档离合器109、倒挡行星副114和倒挡离合器110；

所述箱体外壳上设置有涡轮转速传感器116和用于控制各个离合器动作的电液换挡阀组115，所述低分动离合器105套装在低分动离合器缸套117中，所述低分动离合器缸套117外圆上加工有测速齿以配合所述涡轮转速传感器116检测液力变矩器103转速；

所述闭锁离合器102与液力变矩器103配合安装。

上述特种车辆的液力机械变速箱，所述变速箱电控系统包括换挡控制器2、ECU3和远程手柄4，所述换挡控制器2设置于驾驶室内，

所述换挡控制器2设有5个接线端分别接电源线501、与液力缓速器104连接的缓速器线502、与ECU手柄接线端口连接的ECU手柄线503、与ECU手动开关接线端口连接的CAN手动开关线和与远程手柄4连接的远程手柄线505；

所述ECU3另外的2个接线端分别接与电液换挡阀组115连接的电磁阀线506

和与变速箱内各个传感器连接的传感器线507；

所述换挡控制器2上设置有闭锁按钮、缓速器按钮、本地按钮、远程按钮、倒挡按键、加档按键、空挡按键和减档按键。

上述特种车辆的液力机械变速箱，所述电液换挡阀组115包括用于控制六个档位对应阀芯开闭的六个电磁阀151、换挡阀芯单元、闭锁阀芯153、缓冲阀芯154和释控阀芯155，用于控制所述闭锁阀芯153开闭的电磁阀151为闭锁电磁阀，所述换挡阀芯单元包括分别对应除闭锁电磁阀之外其它五个电磁阀151的五组换挡阀芯152。

动力由闭锁离合器102输入驱动单级两相液力变矩器103的涡轮，进而驱动液力缓速器104的缓速轮以及各个离合器和行星副，在变速箱电控系统的逻辑控制下各离合器、各行星副的逻辑组合实现多档位变速输出，具体可参考附图6的传动简图和图7的档位信息表。闭锁离合器102在变速箱电控系统的控制下可以实现全液力驱动、机械驱动、自动闭锁驱动的模式切换；单级两相液力变矩器103依据负载的不同自动实现“变矩”、“偶合”两相的自动转换。

涡轮转速传感器116采集到的转速信号经由变速箱电控系统逻辑计算与控制可以实现多种运行模式的控制与切换：

a.自动闭锁驱动模式：当涡轮转速达到泵轮转速的80%～82%(程序设定、可调整)时，闭锁离合器102闭锁；

b.全液力驱动模式：在涡轮全转速范围内闭锁离合器102不闭锁；

c.机械驱动模式：在涡轮全转速范围内闭锁离合器102闭锁；

与传统特种车辆上的皮托机械闭锁系统相比较本发明所述液力机械变速箱取消了皮托闭锁控制机构（皮托管、皮托闭锁控制阀），结构简洁且易于实现电控程序控制。

结合图4和图5，ECU3主要完成变速箱内的换档逻辑控制、闭锁逻辑控制、各状态信号如温度、压力、转速等的采集并通过CAN手动开关线504将变速箱内状态信号发送至驾驶室换挡控制器2进行显示；驾驶室换挡控制器2具备本地/远程控制切换、液力驱动/自动闭锁工作模式切换、缓速器开关控制、工作状态显示及本地换挡功能；远程换挡手柄实现远程换挡功能。

结合附图6至9，电液换挡阀组在变速箱电控系统的逻辑控制下，实现档位切换、液力\机械两种驱动模式的切换。结合附图9至13所示，电液换挡阀组集成有缓冲阀芯154、释控阀芯155，因而可以获得良好的离合器充油缓冲特性，改善变速箱换挡品质。

Claims (3)

1.一种特种车辆的液力机械变速箱，包括箱体、用于给箱体内供油的油系统（101）和变速箱电控系统，其特征在于：所述箱体内同轴设置有闭锁离合器（102）、液力变矩器（103）、液力缓速器（104）、低分动离合器（105）、高低分行星副（111）、高分动离合器（106）、高档离合器（107）、高中档行星副（112）、中档离合器（108）、低档行星副（113）、低档离合器（109）、倒挡行星副（114）和倒挡离合器（110）；

所述箱体外壳上设置有涡轮转速传感器（116）和用于控制各个离合器动作的电液换挡阀组（115），所述低分动离合器（105）套装在低分动离合器缸套（117）中，所述低分动离合器缸套（117）外圆上加工有测速齿以配合所述涡轮转速传感器（116）检测液力变矩器（103）转速；

所述闭锁离合器（102）与液力变矩器（103）配合安装。

2.根据权利要求2所述的特种车辆的液力机械变速箱，其特征在于：所述变速箱电控系统包括换挡控制器（2）、ECU（3）和远程手柄（4），所述换挡控制器（2）设置于驾驶室内，

所述换挡控制器（2）设有5个接线端分别接电源线（501）、与液力缓速器（104）连接的缓速器线（502）、与ECU手柄接线端口连接的ECU手柄线（503）、与ECU手动开关接线端口连接的CAN手动开关线和与远程手柄（4）连接的远程手柄线（505）；

所述ECU（3）另外的2个接线端分别接与电液换挡阀组（115）连接的电磁阀线（506）

和与变速箱内各个传感器连接的传感器线（507）；

所述换挡控制器（2）上设置有闭锁按钮、缓速器按钮、本地按钮、远程按钮、倒挡按键、加档按键、空挡按键和减档按键。

3.根据权利要求2所述的特种车辆的液力机械变速箱，其特征在于：所述电液换挡阀组（115）包括用于控制六个档位对应阀芯开闭的六个电磁阀（151）、换挡阀芯单元、闭锁阀芯（153）、缓冲阀芯（154）和释控阀芯（155），用于控制所述闭锁阀芯（153）开闭的电磁阀（151）为闭锁电磁阀，所述换挡阀芯单元包括分别对应除闭锁电磁阀之外其它五个电磁阀（151）的五组换挡阀芯（152）。