CN108725583B - 一种变速转向装置、推土机及工程机械 - Google Patents

一种变速转向装置、推土机及工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明涉及推土机控制技术领域,公开了一种变速转向装置、推土机及工程机械。变速转向装置包括横轴,连接于变速结构的输出轴,变速结构用于控制输出的转速;第一行星排和第二行星排,设置于横轴的一侧;第三行星排和第四行星排,设置于横轴的另一侧,以及第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器,能够分别与第一行星排、第二行星排、第三行星排和第四行星排结合或分离;第一行星排和第四行星排的输出转速相同,用于控制工程机械的后退;第二行星排和第三行星排的输出转速相同,用于控制工程机械的前进。本发明解决了现有技术中推土机中转向装置中需要单独设置液压系统控制转向动作,成本高,操作复杂,通用性差的问题。

Description

一种变速转向装置、推土机及工程机械
技术领域
本发明涉及推土机控制技术领域,尤其涉及一种变速转向装置、推土机及工程机械。
背景技术
履带车辆转向机构根据在转向过程中两侧履带有无联系而分为独立式转向机构和差速式转向机构。独立式是指转向时履带车辆的外侧履带仍保持直线行驶时的速度不变,只降低内侧履带的速度。差速式是指转向时履带车辆外侧履带的速度增加,内侧履带的速度降低,并且增加和降低的量大小相等,车辆的中心速度保持原直线行驶速度不变。
履带式车辆的转向机构普遍采用转向离合器和制动器,上述转向机构属于独立式转向机构,转向时履带车辆的外侧履带仍保持直线行驶时的速度不变,只降低内侧履带的速度,使两侧履带以不同速度行驶,实现转向。这种结构非常简单,同时也易于实现转向,但是它不能实现原地转向,转向半径比较大。而且驾驶操作费力,还不好准确把握车辆的转向半径。
上述离合器式转向机构主要特点是“差力不差速”,实现不同半径转向是靠离合器和制动器的滑磨来实现的,所以转向时功率损失比较大,发动机的效率不能得到充分发挥,另外转向时发动机功率单侧输出,使得转向时车速降低,由于以上特点,转向离合器式转向机构具有操纵性差、生产率低、能耗大,转向机构易磨损等特点。
目前国内履带式车辆,尤其是履带式工程机械一般采用转向离合器、制动器式转向机构,该转向机构在转向时单侧转向离合器断开或处于滑磨状态,而另一侧履带继续转动,通过两侧履带的速度差实现转向。也可单侧转向离合器断开,同时单侧制动器制动,使单侧履带制动,另一侧履带继续转动,从而实现转小弯。由于转向时内侧动力被切断,造成内侧履带滑移严重。这种转向方式不能在负载状态下转向,转向精度低,转向时内部损耗较大,又降低了摩擦元件的使用寿命,发动机的效率不能得到充分发挥,且转弯半径较大,不能原地转向,作业适应能力较弱。
少量的履带工程机械采用差速转向装置,这种装置可以实现履带以不同的转弯速度转向,还可以原地转向,即一侧履带正转,一侧履带反转,履带转速相同。这种装置采用行星排结构,用转向液压马达作用于行星排结构上,在原地转向时由液压马达提供动力,这种装置需要增加一套专门的液压系统,控制系统,传动效率较低,结构复杂,成本造价高,可靠性差。
履带式车辆差速转向装置,其特点是采用行星排结构、制动器及一套液压系统。液压系统包括一套液压阀、变速柱塞泵和柱塞马达。工作时,转向液压阀根据手柄的倾斜方向和角度控制马达的旋转方向和速度。马达作用在伞齿轮轴的行星结构上,通过两侧的行星排分别将两个方向相反的扭矩叠加到两侧的终传动,从而使履带产生速度差,从而实现转向。转向时可以不切断动力,转向无级平滑,变速结构空挡位置时甚至可以原地转向。转向控制器检测发动机转速和各油口的油压,并控制转向液压泵和液压阀以驱动变量液压泵。
上述差速转向装置的优点是大大减轻了劳动强度,也提高了生产效率。这种差速转向装置缺点是机械和液压结构复杂,需要增加一套专门的液压伺服系统和控制系统,技术难度大,加工复杂,价格昂贵,而且受液压马达的限制,在大马力履带式机械中不能使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变速转向装置、推土机及工程机械,用于解决现有技术中推土机中转向装置中需要单独设置液压系统控制转向动作,成本高,操作复杂、通用性差的问题。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
提供一种变速转向装置,包括:
横轴,连接于变速结构的输出轴,所述变速结构用于控制输出的转速;
第一行星排和第二行星排,设置于所述横轴的一侧;
第三行星排和第四行星排,设置于所述横轴的另一侧,以及,
第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器,能够分别与所述第一行星排、第二行星排、第三行星排和第四行星排结合或分离;
所述第一行星排和所述第四行星排的输出转速相同,用于控制工程机械的后退;
所述第二行星排和所述第三行星排的输出转速相同,用于控制工程机械的前进。
优选地,所述变速结构包括第五行星排、第六行星排、以及能够分别与所述第五行星排和所述第六行星排分离或结合的第五制动器和第六制动器;
所述第六行星排的第六行星架连接于所述第五行星排的第五行星架,所述第五行星排的第五行星架与输入轴连接;
所述第五行星排的第五太阳轮和所述第六行星排的第六太阳轮通过输出轴连接,所述输出轴连接于所述横轴。
优选地,所述输出轴通过伞齿轮副连接于所述横轴。
优选地,所述第五行星排的第五行星轮连接于所述第五行星架,所述第五行星排的第五齿圈连接于第五制动器;
所述第六行星排的第六行星轮连接于所述第六行星架,所述第六行星排的第六齿圈连接于第六制动器。
优选地,还包括与所述输出轴连接的旋转离合器,所述旋转离合器连接于所述第六太阳轮和所述第六齿圈,且能够使所述第六太阳轮与所述第六齿圈结合或分离。
优选地,所述第一行星排的第一齿圈连接于所述第一制动器;
所述第二行星排的第二行星架连接于所述第二制动器,所述第二行星排的第二齿圈连接于所述第一行星排的第一行星架,所述第一行星架与一侧的终级输出轴联结;
所述第四行星排的第四齿圈连接于所述第四制动器;
所述第三行星排的第三行星架连接于所述第三制动器,所述第三行星排的第三齿圈连接于所述第四行星排的第四行星架,所述第四行星架与另一侧的终级输出轴联结。
优选地,还包括第七制动器,所述第七制动器连接于所述第一行星架。
优选地,还包括第八制动器,所述第八制动器连接于所述第四行星架。
本发明中还提供了一种推土机,包括所述的变速转向装置,还包括发动机,以及与所述发动机依次连接的减振器和液力变矩器,所述液力变矩器连接于所述变速结构。
本发明中还提供了一种工程机械,包括所述的变速转向装置。
本发明的有益效果:本发明中的变速转向装置利用第一行星排和第二行星排控制工程机械的后退,第二行星排和第三行星排控制工程机械的前进,从而实现了工程机械利用机械结构的不同情况下的转向动作。
上述变速转向装置机械结构简单,原地转向时可将动力均匀的分配给两端输出轴,转速相等,效率高,转向特性好,转向机动灵活,能实现机械的原地转向。
此外,变速转向装置还具有以下优点:
(1)本发明中的各个行星排结构在原地转向时,传动效率高,能有效的节约能源。
(2)本发明中的变速转向装置不需要液压马达实现原地转向,不需要复杂的液压系统和控制系统,简化了转向机构的结构,降低了成本。
(3)本发明中的各个行星排结构简单,技术成熟,可靠性高,维修性也较好,大大提高机械部件的使用效率与寿命。
(4)本发明中变速转向装置的结构传递扭矩大,能在任意马力推土机中使用。
本专利变速转向装置比传统的差数转向机构和转向离合器、制动器式转向机构有较大的优越性,它使履带式机械的工作性能得到了较大的改善。
附图说明
图1是本发明的变速转向装置的结构原理图。
图中:
1、第五行星排;11、第五太阳轮;12、第五行星架;13、第五行星轮;14、第五齿圈;
2、第六行星排;21、第六太阳轮;22、第六行星架;23、第六行星轮;24、第六齿圈;
3、第一行星排;31、第一太阳轮;32、第一行星架;33、第一行星轮;34、第一齿圈;
4、第二行星排;41、第二太阳轮;42、第二行星架;43、第二行星轮;44、第二齿圈;
5、第三行星排;51、第三太阳轮;52、第三行星架;53、第三行星轮;54、第三齿圈;
6、第四行星排;61、第四太阳轮;62、第四行星架;63、第四行星轮;64、第四齿圈;
10、第五制动器;20、第六制动器;30、第一制动器;40、第二制动器;50、第三制动器;60、第四制动器;70、第七制动器;80、第八制动器;90、旋转离合器;
91、发动机;92、减振器;93、液力变矩器;94、输入轴;95、输出轴;96、横轴;97、伞齿轮副;98、终传动;99、链轮;100、履带。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
现有技术中的履带式车辆中采用的离合器是指主、从动部分在同轴线上传递动力或运动时,具有接合或者分离功能的装置,其离合作用可以靠嵌合、摩擦等方式来实现。
制动式离合器中的制动器是指使运转中的机械系统或设备完全停止下来的装置。制动器按工作状态分类,可分为常闭式与常开式。其中,常闭式是指通常靠弹簧或重力作用常处于制动状态,而机械设备需运行时松开。常开式是指常处于松闸状态,需制动时操作制动器施加外力进入制动状态。按照操作方式分为人力操纵、电磁铁操纵、电力液压操纵以及液力操纵和气动操纵。按结构型式可分为摩擦式(如块式、蹄式、盘式、带式等)和非摩擦式(如磁粉式、磁涡流式等)。
湿式多片式制动器由摩擦传动部分和压紧分离部分组成。其中,摩擦传动部分包括外鼓与外鼓连接的多片外片、内鼓与内鼓连接的多片内片组成。外片是钢片,内片是两侧具有摩擦衬面的摩擦片,各摩擦片夹在钢片之间。外鼓是固定不动的,油缸和活塞不旋转。外鼓和外片、内鼓和内片一般通过渐开线花键连接,为了让冷却润滑油能很好流过摩擦片,内鼓上都开有几排孔。压紧分离部分包括油缸、活塞及分离弹簧等。活塞和油缸体上都有防止漏油的密封圈。分离弹簧的作用是将活塞退回,使被压紧的摩擦片之间产生间隙松开。
履带车辆的变速转向机构是车辆履带车辆的变速转向机构是车辆的重要组成部分。对于履带车辆要具有良好的转向性能,转向是否灵活、转向轨迹是否平滑直接关系着履带车辆的使用效率和驾驶员的劳动强度。
在目前国内某些特殊应用场合,例如煤场,船舱内等空间狭小的场合,特别需要一种转弯灵活,可原地转向,结构简单,可靠性高的履带工程机械。普通变速转向装置的设备不能原地转向,无法满足这些地方的使用要求,而带差数转向装置的设备价格高,可靠性差,使用成本和维修成本高。
针对上述情况本专利提出了一种变速转向装置,如图1所示,只采用行星排机构不采用液压马达来实现推土机变速转向和原地转向,转向效率高。变速转向机构包含六个行星排,八个制动器,一个旋转离合器。
其中,变速结构采用两个行星排。转向结构采用四个行星排,左右两侧各两个,制动器分别与行星排的内齿圈或者行星架连接,制动器采用湿式多片摩擦片结构,通过不同的制动器制动组合,实现车辆的三个挡位前进,三个挡位后退,包括原地转向在内的三种转向模式,整车制动功能。
本实施例中提供了一种工程机械,包括上述的变速转向装置。
本实施例中的工程机械为推土机,推土机的发动机91采用柴油发动机,从发动机91后端往前端看,发动机91的飞轮旋转方向为逆时针方向。发动机91飞轮端连接减振器92,减振器92的输出端连接液力变矩器93,液力变矩器93输出动力至变速转向装置输入轴94,也为变速结构的输入轴94。
液力变矩器93输出的动力经过变速转向装置的传递,传入左右两侧终传动98,上述左右两侧终传动98上均安装有带动链轮99,最终带动两侧履带100转动。
如图1所示,本实施例中的变速转向装置包括输入轴94、输出轴95、伞齿轮副97、第五行星排1、第六行星排2、第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5、第四行星排6及换挡操作元件。
第五行星排1和第六行星排2组成推土机的变速结构,变速结构用于控制输出的转速,可以实现推土机3个挡位。
其中,液力变矩器93连接于输入轴94,为变速转向装置提供动力,输入轴94经变速结构、输出轴95之后,通过伞齿轮副97与横轴96连接,将动力传递至左右两侧的终传动。
第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5和第四行星排6组成推土机的转向结构,可以控制推土机的前进、后退和转向。第一行星排3和第二行星排4分布横轴96的左侧,第三行星排5和第四行星排6分布在横轴96的右侧。
进一步的具体方案中:
第五行星排1包括:第五太阳轮11,第五行星架12,第五行星轮13,第五齿圈14。
第六行星排2包括:第六太阳轮21,第六行星架22,第六行星轮23,第六齿圈24。
第一行星排3包括:第一太阳轮31,第一行星架32,第一行星轮33,第一齿圈34。
第二行星排4包括:第二太阳轮41,第二行星架42,第二行星轮43,第二齿圈44。
第三行星排5包括:第三太阳轮51,第三行星架52,第三行星轮53,第三齿圈54。
第四行星排6包括:第四太阳轮61,第四行星架62,第四行星轮63,第四齿圈64。
其中,第五太阳轮11与第五行星轮13啮合,第五行星架12与第五行星轮13连接,第五齿圈14与第五行星轮13啮合。
上述第六行星排2、第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5和第四行星排6的各部分结构连接关系与第五行星排1类似。
换挡操作元件包含八个制动器和一个旋转离合器。八个制动器分别为第一制动器30、第二制动器40、第三制动器50、第五制动器10、第六制动器20、第四制动器60、第七制动器70和第八制动器80,上述的一个旋转离合器为图1中的旋转离合器90。
所述第五行星排1和所述第六行星排2能够分别与第五制动器10和第六制动器20分离或结合。
第一制动器30、第二制动器40、第三制动器50和第四制动器60,能够分别与所述第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5和第四行星排6结合或分离。
上述变速转向装置输入轴94与液力变矩器93连接,输入轴94接受来自液力变矩器93的动力,输入轴94为纵向布置,输入轴94的动力通过一对伞齿轮副97传递至横向布置的横轴96,并均匀地分配给左右两侧的第二行星排4的第二太阳轮41和第三行星排5的第三太阳轮51,且第二太阳轮41和第三太阳轮51转速相等。第一行星架32与左终级输出轴联结,第四行星架62与右终级输出轴联结。
上述左终级输出轴和右终级输出轴是指分别连接于左侧终传动和右侧终传动,为左侧终传动和右侧终传动提供动力。
具体地结构连接关系是:第六行星排2的第六行星架22连接于第五行星排1的第五行星架12,第五行星排1的第五行星架12与输入轴94连接。第五行星排1和第六行星排2的动力输出端为输入轴94。第五行星排1的第五行星轮13连接于第五行星架12,第五行星排1的第五齿圈14连接于第五制动器10。第六行星排2的第五行星轮13连接于第六行星架22,第六行星排2的第六齿圈24连接于第六制动器20。
旋转离合器90连接于第六行星排2的太阳轮12和第六行星排2的第六齿圈24连接,且能够使太阳轮12与第六齿圈24结合或分离。旋转离合器90还与输出轴95连接,上述输出轴95通过伞齿轮副97与横轴96连接。此时,输入端94的动力经伞齿轮副97传递至横向布置的横轴96上,动力由纵向动力转化为横向动力。
上述第一行星排3的第一齿圈34连接于第一制动器30。第二行星排4的第二行星架42连接于第二制动器40,第二行星排4的第二齿圈44连接于第一行星排3的第一行星架32,第一行星架32与左输出轴联结。第四行星排6的第四齿圈64连接于第四制动器60。第三行星排5的第三行星架52连接于第三制动器50,第三行星排5的第三齿圈54连接于第四行星排6的第四行星架62,第四行星架62与右输出轴联结。
此外,上述第七制动器70连接于所述第一行星架32,第八制动器80连接于所述第四行星架62。
上述各部分结构在工作时的分配关系为:输入轴94、第五行星架12及第六行星架22固定连接,并组成第一连接体。
第五太阳轮11、第六太阳轮21、输出轴95及伞齿轮副97中小伞齿轮固定连接器,组成第二联接体。
伞齿轮副97中的大伞齿轮、第一太阳轮31、第二太阳轮41、第三太阳轮51及第四太阳轮61固定连接,组成第三联接体。
伞齿轮副97将动力从纵向变成横向传递。
第一行星架32与第二齿圈44固定连接,组成第四联结体。
第四行星架62与第三齿圈54固定连接,组成第五联结体。
第一制动器30为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第一齿圈34固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第二制动器40为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第二行星架42固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第三制动器50为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第三行星架52固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第四制动器60为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第四齿圈64固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第五制动器10为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第五齿圈14固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第六制动器20为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第六齿圈24固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第七制动器70为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第一行星架32固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
第八制动器80为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第四行星架62固定于转向结构的壳体,并且在固定状态与断开固定状态之间切换自如。
上述第七制动器70和第八制动器80采用常闭式结构,固定状态时采用碟形弹簧压紧活塞,解除固定状态时通入液压油,推动活塞克服弹簧力,从而使摩擦片分离。
旋转离合器90为油压动作型的湿式多片式制动器,可将第六齿圈24与第六太阳轮21结合在一起,并且在结合状态与分离状态之间切换自如。
第五制动器10,第四制动器60,旋转离合器90,用于控制各个挡位。其中,第五制动器10控制3挡,第六制动器20控制2挡,旋转离合器90控制1挡。3挡输出转速最高,其中,1挡输出转速最低。
第一制动器30、第二制动器40、第三制动器50和第四制动器60为方向制动器。其中,第一制动器30和第二制动器40布置在伞齿轮副97左侧,第三制动器50和第四制动器60布置在伞齿轮副97右侧。第一制动器30和第四制动器60控制后退。第二制动器40和第三制动器50控制前进。
第七制动器70和第八制动器80是整车制动器,第七制动器70控制左侧链轮制动,第八制动器80控制右侧链轮制动。
为保证车辆后退时,两侧输出转速一致,需使第一行星排3和第四行星排6参数一致,即第一太阳轮31与第四太阳轮61模数和齿数相同;第一行星轮33与行星轮62模数和齿数相同;第一齿圈34与第四齿圈64模数和齿数相同。
为保证车辆在前进时,两侧输出轴转速一致,需使第二行星排4和第三行星排5参数一致,即第二太阳轮41与第三太阳轮51模数和齿数相同;第二行星轮43与行星轮52模数和齿数相同;第二齿圈44与第三齿圈54模数和齿数相同。
(一)变速结构方案
前进一档
此时,旋转离合器90结合,使第二制动器40和第三制动器50成为固定状态,其它的制动器均为断开状态。
当旋转离合器90结合时,第六行星排2中第六太阳轮21和第六齿圈24结合在一起,转速一致,第六行星排2整体转动,第五行星排1中第五太阳轮11与第五行星架12转速一致,第五行星排1整体转动,此时第五行星排1和第六行星排2作为一个整体进行转动,通过输出轴95将动力传递至齿轮副97。
通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4中第二行星架42旋转速度为“0”;通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5中行星架50旋转速度为“0”。
前进一档变速结构动力传递路线为:输入轴94→第五行星排1→第六行星排2→输出轴95→伞齿轮副97→横轴96。
前进一档转向结构动力传递路线为:
左侧:横轴96→第二太阳轮41→第二行星轮43→第二齿圈44与第一行星架32组成的第四连接体→左侧终传动。
右侧:横轴96→第三太阳轮51→第三行星轮53→第三齿圈54与第四行星架62组成的第五连接体→右侧终传动。
前进二档
第六制动器20、第二制动器40和第三制动器50成为固定状态,其它的制动器均为断开状态,旋转离合器90为分离状态。
当第六制动器20成为固定状态,则第六行星排2中第六齿圈24旋转转速为“0”,此时第五行星排1空转,转速唯一,不传递动力。通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4中第二行星架42旋转速度为“0”。通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5中行星架50旋转速度为“0”。
前进二档变速结构动力传递路线为:输入轴94→第六行星架22→第六行星轮23→第六太阳轮21→输出轴95→伞齿轮副97→横轴96。
前进二档转向结构动力传递路线与前进一档动力传递路线相同,为:
左侧:横轴96→第二太阳轮41→第二行星轮43→第二齿圈44与第一行星架32组成的第四连接体→左侧终传动。
右侧:横轴96→第三太阳轮51→第三行星轮53→第三齿圈54与第四行星架62组成的第五连接体→右侧终传动。
前进三档
第五制动器10、第二制动器40和第三制动器50成为固定状态,其它的制动器均为断开状态,旋转离合器90为分离状态。
当第五制动器10制动时,第五行星排1中第五齿圈14旋转速度变为“0”。通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4中第二行星架42旋转速度为“0”。通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5中第三行星架52旋转速度为“0”。
前进三档变速结构动力传递路线为:输入轴94→第五行星架12→第五行星轮13→第五太阳轮11→输出轴95→伞齿轮副97→横轴96。
前进三档转向结构动力传递路线与前进一档、前进二挡动力传递路线均相同,在此不再赘述。
后退一档
旋转离合器90结合,使第一制动器30和第四制动器60成为固定状态,其它的制动器均为断开状态。
当旋转离合器90结合时,第六行星排2中第六太阳轮21和第六齿圈24结合,转速一致,第六行星排2整体转动。第五行星排1中第五太阳轮11与第五行星架12转速一致,第五行星排1整体转动,此时第五行星排1和第六行星排2作为一个整体进行转动,通过输出轴95将动力传递至齿轮副97。
通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3中第一齿圈34旋转速度为“0”,此时,第二行星架42与第二制动器40断开,第二行星排4空转,转速唯一,且不传递动力,动力通过第一行星架32传递动力至左侧终传动。通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6中第四齿圈64旋转速度为“0”,此时,第三行星排5的第三行星架52与第三制动器50断开,第三行星排5空转,转速唯一,且不传递动力,动力通过第四行星架62传递动力至右侧终传动。
后退一档变速结构动力传递路线与前进一档动力传递路线相同,为:
输入轴94→第五行星排1→第六行星排2→输出轴95→伞齿轮副97→横轴96。
后退一档转向结构动力传递路线为:
左侧:横轴96→第一太阳轮31→第一行星轮33→第一行星架32→左侧终传动。
右侧:横轴96→第四太阳轮61→第四行星轮63→第四行星架62→右侧终传动。
后退二档
第六制动器20、第一制动器30和第四制动器60成为固定状态,其它的制动器均为断开状态,旋转离合器90为分离状态。
当第六制动器20成为固定状态时,则第六行星排2中第六齿圈24旋转转速为“0”,此时第五行星排1空转,转速唯一,且不传递动力。通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3中第一齿圈34旋转速度为“0”,第二行星排4空转,转速唯一,且不传递动力,动力通过第一行星架32传递动力至左侧终传动。通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6中第四齿圈64旋转速度为“0”,此时,第三行星排5的第三行星架52与第三制动器50断开,第三行星排5空转,转速唯一,且不传递动力,动力通过第四行星架62传递动力至右侧终传动。
后退二档变速结构动力传递路线与前进二档动力传递路线相同,为输入轴94→第六行星架22→第六行星轮23→第六太阳轮21→输出轴95→伞齿轮副97→横轴96。
后退二档转向结构动力传递路线与后退一档动力传动路线相同,为:
左侧:横轴96→第一太阳轮31→第一行星轮33→第一行星架32→左侧终传动;
右侧:横轴96→第四太阳轮61→第四行星轮63→第四行星架62→右侧终传动。
后退三档
第五制动器10、第一制动器30和第四制动器60成为固定状态,其它的制动器均为断开状态,旋转离合器90为分离状态。
当第五制动器10制动时,第五行星排1中第五齿圈14选择速度变为“0”。通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3中第一齿圈34旋转速度为“0”。通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6中第四齿圈64旋转速度为“0”。
后退三档变速结构动力传递路线与前进三档动力传递路线相同。
后退三档转向结构动力传递路线与后退一档动力传递路线相同。
(二)转向结构方案
转向时,旋转离合器90(控制一档),第六制动器20(控制2挡),第五制动器10(控制3挡)各自结合时均可转向,现仅以一档为例说明。
转向时可分为三种转向状态,分别为转向Ⅰ状态、转向Ⅱ状态、原地转向。转向Ⅰ状态使一侧履带旋转,另一侧履带自由状态,推土机转大弯。转向Ⅱ状态使一侧履带制动,另一侧履带旋转,推土机转小弯。原地转向可使推土机履带一侧向前转,另一侧向后转,两侧履带转速相等。
为保证车辆在左右原地转向时,左右链轮转速一致,还需要满足第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5、第四行星排6具有特定的参数关系。行星排转速特性方程式如下:
行星排转速特性方程式如下:
n31+k3n34-(k3+1)n32=0 (1)
n41+k4n44-(k4+1)n44=0 (2)
n51+k5n54-(k5+1)n52=0 (3)
n61+k6n64-(k6+1)n62=0 (4)
其中,nij表示图1中各个行星排的各个结构件x的转速,其中,i=1时,表示为第五行星排;i=2时,表示为第六行星排;i=3时,表示为第一行星排;i=4时,表示为第二行星排;i=5时,表示为第三行星排;i=6时,表示为第四行星排;
j代表对应上述i值对应的行星排中的结构件,当j=1时,表示为太阳轮;j=2时,表示为行星架,j=3时,表示为行星轮;j=4时,表示为齿圈。例如,上述n31表示第一行星排中的第一太阳轮,n32表示第一行星轮中的第一行星架。
k3、k4、k5、k6分别表示第一行星排3、第二行星排4、第三行星排5、第四行星排6特性参数,其值等于齿圈齿数和太阳轮齿数之比,即k=齿圈齿数/太阳轮齿数。
其中:n31=n41,n51=n61,n32=n44,n62=n54
又因为第一行星排3和第四行星排6特性参数一致,第二行星排4和第三行星排5特性参数一致,所以n31=n61,n34=n64,n32=n62,n41=n51,n44=n54,n42=n52,k3=k6,k4=k5
左原地转向左右输出转速相等时,需使n32=-n54,又有,n34=0,n52=0,将上述公式带入方程(1)(3)可得
k5=k3+1 (5)
右原地转向左右输出转速相等时,需使n44=-n62,又有,n42=0,n64=0,将上述公式带入方程(2)(4)可得
k4=k6+1 (6)
左转向Ⅰ状态(旋转离合器90结合,变速1挡)
左前转向
第三制动器50成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。
通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5的第三行星架52的旋转速度为“0”。变速结构的动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构的左侧第一行星排3、第二行星排4自由旋转,不输出动力,左侧履带处于自由状态。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第三太阳轮51→第三行星轮53→第三齿圈54→第四行星架62→右侧终传动。此时,右侧链轮带动右侧履带向前旋转,车辆向左前方慢转向,转弯半径大。
左后转向
第四制动器60成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。
通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6的第四齿圈64的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构左侧第一行星排3、第二行星排4自由旋转,不输出动力,左侧履带处于自由状态。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第四太阳轮61→第四行星轮63→第四行星架62→右侧终传动。此时右侧链轮带动右侧履带向后旋转,车辆向左后方慢转向,转弯半径大。
左转向Ⅱ状态(旋转离合器90结合,变速1挡)
左前转向
第七制动器70和第三制动器50成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第七制动器70成为固定状态,左侧履带旋转速度为“0”。通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5的第三行星架52的旋转速度为“0”。变速结构的动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构左侧第一行星排3、第二行星排4自由旋转,不输出动力,左侧履带处于制动状态。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第三太阳轮51→第三行星轮53→第三齿圈54→第四行星架62→右侧终传动。此时右侧链轮带动右侧履带向前旋转,左侧履带制动,车辆向左前方急转向,转弯半径小。
左后转向
第七制动器70和第四制动器60成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。
通过第七制动器70成为固定状态,左侧履带旋转速度为“0”。通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6的第四齿圈64的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构左侧第一行星排3、第二行星排4自由旋转,不输出动力,左侧履带制动状态。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第四太阳轮61→第四行星轮63→第四行星架62→右侧终传动。此处的第三行星排5处于空转状态,转速唯一,且不传递动力。此时右侧链轮带动右侧履带向后旋转,车辆向左后方急转向,转弯半径小。
左原地转向(旋转离合器90结合,变速1挡)
第一制动器30和第三制动器50成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3的第一齿圈34的旋转速度为“0”。通过第三制动器50成为固定状态,第三行星排5的第三行星架52的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第一太阳轮31→第一行星轮33→第一行星架32→左侧终传动。此时左侧链轮带动左侧履带向后旋转。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第三太阳轮51→第三行星轮53→第三齿圈54→第四行星架62→右侧终传动。此时右侧链轮带动右侧履带向前旋转。左、右两端输出转速相等,旋转方向相反,故车辆原地左转向。
右转向Ⅰ状态(旋转离合器90结合,变速1挡)
右前转向
第二制动器40成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4的第二行星架42的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构右侧第三行星排5、第四行星排6自由旋转,不输出动力,右侧履带处于自由状态。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第二太阳轮41→第二行星轮43→第二齿圈44→第一行星架32→左侧终传动。此时左侧链轮带动左侧履带向前旋转,车辆向右前方慢转向,转弯半径大。
右后转向
第一制动器30成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3的第一齿圈34的旋转速度为“0”,此时第二行星排4处于空转状态,转速唯一,且不传递动力。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构右侧第三行星排5、第四行星排6自由旋转,不输出动力,右侧履带处于自由状态。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第一太阳轮31→第一行星轮33→第一行星架32→左侧终传动。此时左链轮带动左侧履带向后旋转,车辆向右后方慢转向,转弯半径大。
右转向Ⅱ状态(旋转离合器90结合,变速1挡)
右前转向
第八制动器80和第二制动器40成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第八制动器80成为固定状态,右侧履带旋转速度为“0”。通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4的第二行星架42的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构右侧第三行星排5、第四行星排6自由旋转,不输出动力,右侧履带处于制动状态。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第二太阳轮41→第二行星轮43→第二齿圈44→第一行星架32→左侧终传动。此时左侧链轮带动履带向前旋转,右侧履带制动,车辆向右前方急转向,转弯半径小。
右后转向
第八制动器80和第一制动器30成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第八制动器80成为固定状态,右侧履带旋转速度为“0”。通过第一制动器30成为固定状态,第一行星排3的第一齿圈34的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。转向结构右侧第三行星排5、第四行星排6自由旋转,不输出动力,右侧履带处于制动状态。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第一太阳轮31→第一行星轮33→第一行星架32→左侧终传动。此时左侧链轮带动左侧履带向后旋转,车辆向右后方急转向,转弯半径小。
右原地转向(旋转离合器90结合,变速1挡)
第二制动器40和第四制动器60成为固定状态,旋转离合器90成为结合状态。通过第二制动器40成为固定状态,第二行星排4的第二行星架42的旋转速度为“0”。通过第四制动器60成为固定状态,第四行星排6的第四齿圈64的旋转速度为“0”。变速结构动力通过伞齿轮副97传递到横轴96上。
转向结构左侧动力传递路线:横轴96→第二太阳轮41→第二行星轮43→第二齿圈44→第一行星架32→左侧终传动。
转向结构右侧动力传递路线:横轴96→第四太阳轮61→第四行星轮63→第四行星架62→右侧终传动。此时右输出轴向后旋转。左、右两端输出转速相等,旋转方向相反,故车辆原地右转向。
制动
第七制动器70、第八制动器80为固定状态。
通过第七制动器70成为固定状态,第一行星排3中第一行星架32旋转速度为“0”,左侧链轮制动。通过第八制动器80成为固定状态,第四行星排6的第四行星架62的旋转速度为“0”,右侧链轮制动。变速转向装置内部空转,不输出动力,整车实现制动。
表1和表2的表格中是总括地表示出上述各状态时制动器和旋转离合器90的状态图,制动器列中“○”表示固定状态,空白栏表示断开状态,旋转离合器90列中“○”表示结合状态,空白栏表示分离状态。
表1变速结构制动器状态图
Figure GDA0002908603900000231
表2转向结构制动器状态图(一档状态)
Figure GDA0002908603900000232
Figure GDA0002908603900000241
本实施例中的变速转向装置机械结构简单,原地转向时可将动力均匀的分配给两端输出轴,转速相等,效率高,转向特性好,转向机动灵活,能实现机械的原地转向。
(1)本实施例中的行星排结构在原地转向时,传动效率高,能有效的节约能源。
(2)不需要液压马达实现原地转向,不需要复杂的液压系统和控制系统,简化了转向机构的结构,降低了成本。
(3)行星排结构简单,技术成熟,可靠性高,维修性也较好,大大提高机械部件的使用效率与寿命。
(4)本实施例中的变速转向装置结构传递扭矩大,能在任意马力推土机中使用。
本实施例中变速转向装置比传统的差数转向机构和转向离合器、制动器式转向机构有较大的优越性,它使履带式机械的工作性能得到了较大的改善。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变速转向装置,其特征在于,包括:
横轴(96),连接于变速结构的输出轴(95),所述变速结构用于控制输出的转速;
第一行星排(3)和第二行星排(4),设置于所述横轴(96)的一侧;
第三行星排(5)和第四行星排(6),设置于所述横轴(96)的另一侧,以及,
第一制动器(30)、第二制动器(40)、第三制动器(50)和第四制动器(60),能够分别与所述第一行星排(3)、第二行星排(4)、第三行星排(5)和第四行星排(6)结合或分离;
所述第一行星排(3)和所述第四行星排(6)的输出转速相同,用于控制工程机械的后退;
所述第二行星排(4)和所述第三行星排(5)的输出转速相同,用于控制工程机械的前进;
所述变速结构包括第五行星排(1)、第六行星排(2)、以及能够分别与所述第五行星排(1)和所述第六行星排(2)分离或结合的第五制动器(10)和第六制动器(20);
所述第六行星排(2)的第六行星架(22)连接于所述第五行星排(1)的第五行星架(12),所述第五行星排(1)的第五行星架(12)与输入轴(94)连接;
所述第五行星排(1)的第五太阳轮(11)和所述第六行星排(2)的第六太阳轮(21)通过输出轴(95)连接,所述输出轴(95)连接于所述横轴(96)。
2.根据权利要求1所述的变速转向装置,其特征在于,所述输出轴(95)通过伞齿轮副(97)连接于所述横轴(96)。
3.根据权利要求1所述的变速转向装置,其特征在于,所述第五行星排(1)的第五行星轮(13)连接于所述第五行星架(12),所述第五行星排(1)的第五齿圈(14)连接于第五制动器(10);
所述第六行星排(2)的第六行星轮(23)连接于所述第六行星架(22),所述第六行星排(2)的第六齿圈(24)连接于第六制动器(20)。
4.根据权利要求3所述的变速转向装置,其特征在于,还包括与所述输出轴(95)连接的旋转离合器(90),所述旋转离合器(90)连接于所述第六太阳轮(21)和所述第六齿圈(24),且能够使所述第六太阳轮(21)与所述第六齿圈(24)结合或分离。
5.根据权利要求1所述的变速转向装置,其特征在于,所述第一行星排(3)的第一齿圈(34)连接于所述第一制动器(30);
所述第二行星排(4)的第二行星架(42)连接于所述第二制动器(40),所述第二行星排(4)的第二齿圈(44)连接于所述第一行星排(3)的第一行星架(32),所述第一行星架(32)与一侧的终级输出轴联结;
所述第四行星排(6)的第四齿圈(64)连接于所述第四制动器(60);
所述第三行星排(5)的第三行星架(52)连接于所述第三制动器(50),所述第三行星排(5)的第三齿圈(54)连接于所述第四行星排(6)的第四行星架(62),所述第四行星架(62)与另一侧的终级输出轴联结。
6.根据权利要求5所述的变速转向装置,其特征在于,还包括第七制动器(70),所述第七制动器(70)连接于所述第一行星架(32)。
7.根据权利要求5所述的变速转向装置,其特征在于,还包括第八制动器(80),所述第八制动器(80)连接于所述第四行星架(62)。
8.一种推土机,其特征在于,包括权利要求1-7任一所述的变速转向装置,还包括发动机(91),以及与所述发动机(91)依次连接的减振器(92)和液力变矩器(93),所述液力变矩器(93)连接于所述变速结构。
9.一种工程机械,其特征在于,包括权利要求1-7任一项所述的变速转向装置。
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