CN108506453A - 静液压变速变矩器 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压变速变矩器技术领域，涉及机械、液压泵、变量马达、控制阀的设计等，解决了目前传统液力变矩器和HST静压变矩器存在高效率的转速范围窄、变矩系数范围窄以及效率较低的技术问题。包括定量泵和变量马达；所述变量马达包括前端盖组件、后端盖、输出轴、马达柱塞组件、马达转子、马达配流盘、马达斜盘以及控制和调节马达斜盘倾角的马达变量机构；所述定量泵集成安装在变量马达的后端盖上；定量泵包括泵体组件、输入轴、泵斜盘、泵柱塞、泵转子、泵配流盘组件及过渡配流盘。本发明能自动适应负载和行驶阻力的变化，结构集成体积小，可在线调节能够与原动机最佳匹配，实现无级变速变矩，保证发动机工作在最佳工作点，功效比大。

Description

静液压变速变矩器

技术领域

本发明专利属于液压变速变矩器技术领域，涉及机械、液压泵、变量马达、控制阀的设计等，具体为一种静液压变速变矩器。

背景技术

传统液力变矩器具有功率适应、无级变速、扭矩保护、吸收冲击等优点，但存在高效率的转速范围窄、变矩系数范围窄、效率低、控制性差、减速箱结构复杂体积笨重等缺点。

静液压传动具有满载工况下起动平稳、功率损耗小、易于实现前进倒退的转换、可实现无级调速、且功率重量比大，结构紧凑等优点，广泛应用在工程机械行走系（如全液压装载机，全液压挖掘机的行走系等）和驱动机构，已经成为衡量工程机械技术水平的重要标志。因此提高传动效率，发展高效低碳的新型驱动设备和技术甚为紧迫，也成为相关领域技术竞争的制高点和突破点。

目前国内较先进的静液压变速变矩器当属HST车载液压无级变速驱动系统，但也存在结构复杂、集成度低、体积大、功率重量比小、效率低、能耗大、变矩系数范围窄等缺点。

而基于目前的技术水平，该系统的效率提升已经遇到较大的技术瓶颈，突破难度较大。针对上述问题，申请者提出了新型静液压变速变矩器技术方案，力求在元件效率和系统效率及控制性能等方面有进一步的突破，形成一种全新的节能高效无级变速驱动技术。

简而言之，目前传统液力变矩器和HST静压变矩器存在的主要缺点：

1).高效率的转速范围窄；

2).变矩系数范围窄；

3).效率低；

4).可控性差；

5).减速箱结构复杂，造成系统体积庞大。

发明内容

本发明为解决目前传统液力变矩器和HST静压变矩器存在高效率的转速范围窄、变矩系数范围窄以及效率较低的技术问题，提供一种静液压变速变矩器。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种静液压变速变矩器，包括定量泵和变量马达；所述变量马达包括前端盖组件、后端盖、输出轴、马达柱塞组件、马达转子、马达配流盘、马达斜盘以及控制和调节马达斜盘倾角的马达变量机构；马达转子与输出轴之间固定连接，输出轴由马达斜盘中心孔穿过并伸出前端盖组件；马达柱塞组件均布在马达转子上；马达转子靠近后端盖的一侧为配流面，所述马达配流盘与后端盖固定形成平面静连接且马达配流盘与马达转子的配流面之间为平面旋转配流；

所述定量泵集成安装在变量马达的后端盖上；定量泵包括泵体组件、输入轴、泵斜盘、泵柱塞、泵转子、泵配流盘组件及过渡配流盘；泵柱塞圆周均布在泵转子上；泵体组件安装在后端盖上且泵体组件和后端盖共同围成定量泵的内腔，输入轴中部与泵斜盘固定连接，输入轴一端用于输入外部动力，另一端穿过泵转子后与泵配流盘组件固定在一起；泵转子朝向后端盖的一侧端面中心部分向内凹陷且凹陷部分构成配流面，泵配流盘组件位于泵转子的配流面处并与泵转子配流面之间形成平面旋转配流，泵转子朝向后端盖的端面未凹陷部分与过渡配流盘固定在一起且过渡配流盘与泵配流盘组件相接触形成平面旋转配流；后端盖开有中心孔，输出轴穿过该中心孔并过渡配流盘相连接；后端盖上开有连通过渡配流盘上的配流孔以及马达配流盘上配流孔的配流通道；后端盖朝向变量泵的端面与过渡配流盘之间形成平面旋转配流；泵体组件外部安装有与泵体组件内腔相连通的油箱；还包括安装在后端盖上的恒压变量阀和高压溢流阀；后端盖上开有连通高压溢流阀和泵柱塞高压腔的油路；后端盖上开有连通恒压变量阀泵柱塞高压腔的油路；后端盖上还开有连通定量泵内腔以及变量马达内腔的回油油道；泵柱塞的高压腔与马达柱塞组件的低压腔相连通。

定量泵固定在变量马达的后端盖上，泵的转子通过过渡配流盘与马达输出轴连接，结构高度集成，提高了变矩器的动态响应能力；恒压变量控制阀、高压溢流阀均固定在后端盖上，油箱固定在定量泵的壳体（泵体组件）上，可以保证定量泵和变量马达壳体内的油液满足工作需求。输入轴旋转时，泵斜盘始终与泵配流盘组件保持恒定的相位角，实现定量泵的配流。定量泵和变量马达的进回液油路均布置在后端盖上。变量马达的马达斜盘的倾斜角度可以在马达变量机构和恒压变量阀的控制下改变。当输入轴旋转时，定量泵的高压输出油通过泵配流盘组件、过渡配流盘直接通往变量马达的吸油口，变量马达输出轴在高压油的压力驱动下转动，实现动力输出。

进一步的，所述泵配流盘组件包括中心开孔的配流盘主体，配流盘主体周圈中心突起形成凸台结构，凸台的一侧固定有密封垫，凸台的另一侧固定有间歇补偿垫，密封垫和间隙补偿垫与凸台平齐，环绕三者的外侧面还固定有耐磨套。

泵的配流盘组件（如附图2、3所示）由配流盘主体、密封垫、耐磨套、间隙补偿垫组成，可实现配流盘与转子之间的磨损间隙补偿。

进一步的，输入轴与泵配流盘组件偏心1.5mm布置。

输入轴与泵的配流盘偏心1.5mm布置（如附图6）所示，使泵具有预压缩和预泄压功能，提高泵的稳定性。

进一步的，泵柱塞通过推力滚针轴承和耐磨盘在泵斜盘上转动。

泵的转子内外均采用推力滚针轴承，既可以平衡转子的径向不平衡力，又可以减小摩擦，提高了转子的运转可靠性。泵柱塞圆周均布在泵转子上，并通过推力滚针轴承和耐磨盘在泵斜盘上转动，根据泵柱塞密封容积的变化，实现定量泵的吸排油； 泵的斜盘上固定有推力滚针轴承，既减小了柱塞与斜盘之间的摩擦力，又能承受轴向不平衡力，有效提高了斜盘与柱塞的使用寿命。

进一步的，过渡配流盘上设有高压环形槽和低压环形槽，作为配流口；所述高压环形槽的直径大于低压环形槽的直径。

过渡配流盘（如附图4、5所示）上设有高压环形槽、低压环形槽，可实现泵转子与输入轴随动时的配流功能。满足泵的斜盘与转子在一定速差下旋转时，泵向马达高压液体的连续输出。

进一步的，输入轴中部与泵斜盘通过半圆键与紧定螺钉固定在一起；输入轴朝向后端盖的一端通过平键与泵配流盘组件固定在一起；泵转子与过渡配流盘通过四个螺钉固定在一起，过渡配流盘上中心孔朝向输出轴的一侧设有凸起，过渡配流盘通过凸起与十字滑块上的凹槽连接，同时十字滑块通过花键与输出轴连接。

泵的转子通过过渡配流盘、十字滑块与输出轴连接，可实现差动输出。

本发明通过结构优化，使变速变矩器具有：

1）更宽的转速范围、更高的变矩系数、更高的传动效率；

2）结构高度集成，体积更小、功率重量比更大；

3）高效区宽、布局灵活、可在线调节能够与原动机最佳匹配；

4）极大程度减小配套的减速机构。

本发明所述的静液压变速变矩器能自动适应负载和行驶阻力的变化，结构集成体积小，可在线调节能够与原动机最佳匹配，实现无级变速变矩，保证发动机工作在最佳工作点，功效比大，有利于提高车辆动力性、燃油经济性和工作效率，同时行驶平稳，能吸收和衰减振动，减少冲击和噪声，提高操控性和乘坐舒适性，在工程机械等许多领域有着良好的应用前景。

附图说明

图1 本发明总结构示意图。

1-定量泵，2-变量马达，3-泵斜盘，4-输入轴，5-推力滚针轴承，6-耐磨盘，7-泵柱塞，8-平键，9-泵体组件，10-泵转子，11-泵配流盘组件，12-后端盖，13-过渡配流盘，14-螺钉，15-十字滑块，16-马达变量机构，17-输出轴，18-轴承，19-马达斜盘，20-前端盖组件，21-半圆键，22-紧定螺钉，23-马达柱塞组件，24-中心复位弹簧，25-马达转子，26-恒压变量阀，27-高压溢流阀，28-油箱，29-马达配流盘。

图2泵配流盘组件的正视图。

图3为图2的侧视图。

111-配流盘主体，112-密封垫，113-间歇补偿垫，114-耐磨套，115-配流孔。

图4过渡配流盘的正视图。

131-高压环形槽，132-低压环形槽。

图5为图4的A-A剖视图。

图6输入轴与泵配流盘组件配合示意图。

4-输入轴，11-泵配流盘组件。

具体实施方式

本发明静液压变速变矩器具有以下特点：

1） 泵可直接传递部分功率，降低了马达的技术规格；

2）功效比大，环保节能；

3） 泵马达高度集成，整体体积较小；

4） 高效区宽、布局灵活；

5）可在线调节能够与原动机最佳匹配。

本发明工作原理：

该新型静压变速变矩器在工作前，定量泵1与变量马达2壳体内均充满油液，输入轴4与电机相连，输出轴17通过十字滑块15与过渡配流盘13相连，在初始状态下，马达斜盘19的倾角为0，该变矩器可工作在以下三个阶段：耦合、变速变矩、失速。

一、 耦合阶段：当负载扭矩较小时，变量马达的马达斜盘19的倾角为0，输入轴4在电机带动下旋转时，通过旋转的泵斜盘组件3将动力传递到定量泵1，定量泵1的输出油液由于输出通道受阻，内部产生高压，带动其泵转子10一起旋转，而泵转子10与过渡配流盘13通过四个螺钉固定在一起，然后通过十字滑块15与输出轴17相连，进而在输出轴17上产生扭矩输出，而此时变量马达2处于空转状态，对其转子不产生力矩作用，该变矩器处于耦合状态。

二、变速变矩阶段：当负载扭矩增大，定量泵1输出的高压液，一部分通过后端盖12上的油路进入恒压变量阀26，随着负载扭矩增大，定量泵1输出的油压也随之升高，当输出油压大于马达斜盘13的变量压力时，马达斜盘13的角度随之增大，变量马达2随之变量，此时定量泵1的一部分高压油就被吸入马达柱塞组件23的低压腔，随着马达柱塞组件23密封容积的变化，高压油就推动变量马达2旋转，同时变量马达2输出的力矩就直接作用在马达转子25上，使马达转子25输出力矩增大，同时带动输出轴17力矩增大。从马达柱塞组件23高压腔排出的油液通过后端盖12上的孔道流回泵、马达壳体内。此时输出轴17的输出力矩等于定量泵1传递的力矩与变量马达2传递的力矩之和。负载扭矩越大，马达斜盘19的倾角越大，输出轴17与输入轴4的速差也越大，马达输出扭矩也越大，实现了随着负载扭矩增大转速减小的自动变矩功能，此时处于变矩状态。如果设传动比为n，则调整马达排量为泵排量的（n-1）倍，即可实现定比传动。

三、失速阶段：当负载所需扭矩大于变矩器所能传递的最大扭矩时，输出轴17将停止转动。此时输入轴4在电机的带动下继续旋转，而定量泵1的出油孔道与变量马达2的进油孔道形成封闭区，该封闭区内的压力逐渐升高，当压力高于高压溢流阀27的设定压力时，高压溢流阀27打开泄压，此时变矩器处于泵的工作状态，实现超载扭矩保护功能。

Claims (10)

1.一种静液压变速变矩器，包括定量泵（1）和变量马达（2）；其特征在于，所述变量马达（2）包括前端盖组件（20）、后端盖（12）、输出轴（17）、马达柱塞组件（23）、马达转子（25）、马达配流盘 （29）、马达斜盘（19）以及控制和调节马达斜盘（19）倾角的马达变量机构（16）；马达转子（25）与输出轴（17）之间固定连接，输出轴（17）由马达斜盘（19）中心孔穿过并伸出前端盖组件（20）；马达柱塞组件（23）均布在马达转子（25）上；马达转子（25）靠近后端盖（12）的一侧为配流面，所述马达配流盘（29）与后端盖（12）固定形成平面静连接且马达配流盘（29）与马达转子（25）的配流面之间为平面旋转配流；

所述定量泵（1）集成安装在变量马达（2）的后端盖（12）上；

定量泵（1）包括泵体组件（9）、输入轴（4）、泵斜盘（3）、泵柱塞（7）、泵转子（10）、泵配流盘组件（11）及过渡配流盘（13）；泵柱塞（7）圆周均布在泵转子（10）上；泵体组件（9）安装在后端盖（12）上且泵体组件（9）和后端盖（12）共同围成定量泵（1）的内腔，输入轴（4）中部与泵斜盘（3）固定连接，输入轴（4）一端用于输入外部动力，另一端穿过泵转子（10）后与泵配流盘组件（11）固定在一起；泵转子（10）朝向后端盖（12）的一侧端面中心部分向内凹陷且凹陷部分构成配流面，泵配流盘组件（11）位于泵转子（10）的配流面处并与泵转子（10）配流面之间形成平面旋转配流，泵转子（10）朝向后端盖（12）的端面未凹陷部分与过渡配流盘（13）固定在一起且过渡配流盘（13）与泵配流盘组件（11）相接触形成平面旋转配流；后端盖（12）开有中心孔，输出轴（17）穿过该中心孔并过渡配流盘（13）相连接；后端盖（12）上开有连通过渡配流盘（13）上的配流孔以及马达配流盘（29）上配流孔的配流通道；后端盖（12）朝向定量泵（1）的端面与过渡配流盘（13）之间形成平面旋转配流；泵体组件（9）外部安装有与泵体组件（9）内腔相连通的油箱（28）；还包括安装在后端盖（12）上的恒压变量阀（26）和高压溢流阀（27）；后端盖（12）上开有连通高压溢流阀（27）和泵柱塞（7）高压腔的油路；后端盖（12）上开有连通恒压变量阀（26）泵柱塞（7）高压腔的油路；后端盖（12）上还开有连通定量泵（1）内腔以及变量马达（2）内腔的回油油道；泵柱塞（7）的高压腔与马达柱塞组件（23）的低压腔相连通。

2.如权利要求1所述的静液压变速变矩器，其特征在于，所述泵配流盘组件（11）包括中心开孔的配流盘主体（111），配流盘主体（111）周圈中心突起形成凸台结构，凸台的一侧固定有密封垫（112），凸台的另一侧固定有间歇补偿垫（113），密封垫（112）和间隙补偿垫（113）与凸台平齐，环绕三者的外侧面还固定有耐磨套（114）。

3.如权利要求1或2所述的静液压变速变矩器，其特征在于，输入轴（4）与泵配流盘组件（11）偏心1.5mm布置。

4.如权利要求1或2所述的静液压变速变矩器，其特征在于，泵柱塞（7）通过推力滚针轴承（5）和耐磨盘（6）在泵斜盘（3）上转动。

5.如权利要求3所述的静液压变速变矩器，其特征在于，泵柱塞（7）通过推力滚针轴承（5）和耐磨盘（6）在泵斜盘（3）上转动。

6.如权利要求1或2所述的静液压变速变矩器，其特征在于，过渡配流盘（13）上设有高压环形槽（131）和低压环形槽（132），作为配流口；所述高压环形槽（131）的直径大于低压环形槽（132）的直径。

7.如权利要求5所述的静液压变速变矩器，其特征在于，过渡配流盘（13）上设有高压环形槽（131）和低压环形槽（132）；所述高压环形槽（131）的直径大于低压环形槽（132）的直径。

8.如权利要求1或2所述的静液压变速变矩器，其特征在于，定量泵（1）与变量马达（2）均为九柱塞轴向柱塞结构。

9.如权利要求1或2所述的静液压变速变矩器，其特征在于，输入轴（4）中部与泵斜盘（3）通过半圆键（21）与紧定螺钉（22）固定在一起；输入轴（4）朝向后端盖（12）的一端通过平键（8）与泵配流盘组件（11）固定在一起；泵转子（10）与过渡配流盘（13）通过四个螺钉(14)固定在一起，过渡配流盘（13）上中心孔朝向输出轴（17）的一侧设有凸起，过渡配流盘（13）通过凸起与十字滑块（15）上的凹槽连接，同时十字滑块（15）通过花键与输出轴（17）连接。

10.如权利要求9所述的静液压变速变矩器，其特征在于，马达转子（25）中心孔内部设有套设在输出轴（17）上的中心复位弹簧（24）。