CN108825746A - 一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，包括发动机、变速箱等，所述变速箱包括离合变速机构，液压机构，双行星排机构，液压机构通过齿轮及太阳轴驱动连接双行星排机构的两个太阳轮；发动机通过驱动轴及齿轮组驱动连接离合变速机构，离合变速机构通过齿轮驱动连接双行星排机构中行星排Ⅰ的齿圈，双行星排机构中行星排Ⅱ的行星架连接万向轴。持续不中断的输出扭矩和速度控制，上下坡时发动机到驱动轮之间的转矩流不中断。发动机可以被用于整车减速直至静止，甚至无需启动制动，无制动过热，在加速和减速过程中无扭矩不一致或中断全自动传动系统，可在发动机转速很低的时候达到很高的车速。
Description
技术领域
本发明涉及矿车设备技术领域，具体地说是一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆。
背景技术
现有专用车辆，如宽体矿车、码头牵引车、公路洗扫车或者一些特种车辆等采用的普通变速箱存在诸多问题。如宽体矿车一般采用普通的齿轮变速箱，采用手动挡+离合器模式的驱动模式，但是矿车一般工作路面为有坡度的矿区路面，在重载的情况下地面凹陷，再加上路面坡度，对矿车的启动、爬坡都会造成极大的阻力，容易烧坏离合器或者加速变速箱的齿轮磨损。在很大程度上依赖驾驶员的技能来保护矿车的寿命。
而且在矿区一般是偏远地区，有技能的驾驶员不愿去工作，很多经验不足的人员驾驶技能差，在重载上坡时为防止大的事故发生，不敢换挡，只能在高速挡的情况下加油门，油耗很大，且损伤发动机和变速箱齿轮，大大缩短车辆的寿命。现需要一种无级变速的变速箱来满足起步时极低的速度平顺启动，且输出扭矩大，爬坡时无需手动换挡便会自动降速，且发动机保持高的扭矩输出。
又比如洗扫车需要另装一台发动机来驱动洗扫系统，或者额外设置全功率取力装置连接到发动机的输出轴，但是需要发动机动力不中断且蠕行工作(0-5km/h)这就需要发动机一直平稳运转，但不能满足无级变速前进的条件。普通牵引车无法满足换向行驶(滚装船轻松进出)，低速重载的条件。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，启动时纯液压驱动可在非常低的发动机转速时平顺启动车辆，发动机与驱动轮之间不间断的输出扭矩和输出转速，可以非常精准的控制车速,0-5km/h效率高，由于低速时液压驱动，且液压驱动贯穿整个速度过程，爬坡或下坡时发动机与驱动轮始终保持扭矩流不中断。车速与发动机转速不相关，某些应用(如洗扫车)作业模式下可根据上装需要，将发动机转速设定成恒定转速。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，包括驾驶室、前轮、发动机、变速箱、万向轴、上装、后轮、底盘，驾驶室、上装设在底盘上，前轮后轮设在底盘下部，发动机设在底盘上，变速箱通过飞轮盘连接发动机，变速箱通过万向轴驱动连接后轮的主减速器；
所述变速箱包括离合变速机构，液压机构，双行星排机构，发动机通过驱动轴及齿轮组驱动连接液压机构，液压机构的液压泵驱动闭环回路中的液压马达，液压马达通过齿轮及太阳轴驱动连接双行星排机构的两个太阳轮；发动机通过驱动轴及齿轮组驱动连接两组离合变速机构，离合变速机构通过齿轮驱动连接双行星排机构中行星排Ⅰ的齿圈，双行星排机构中行星排Ⅱ的行星架连接万向轴。根据车速的变化接合传递发动机通过功率分流机构传递过来的机械力矩。行星架将发动机动力通过功率分流机构分流的液压驱动力矩和机械驱动力矩汇流后输出，通过法兰盘与传动轴连接。
此处描述的功率分流机构是液压机构和离合变速机构的组合称呼，功率分流机构可以将发动机传递来的动力分到液压机构和离合变速机构上，然后根据实际情况进行动力分配。
机械液压功率分流无级变速箱还包括换档机构，双行星排机构中行星排Ⅱ的行星架通过换挡机构驱动连接万向轴。车辆动力通过功率分流，液压泵和马达可以外置在齿轮变速机构箱体外部或以背对背得方式内置在齿轮变速机构的箱体内部。
液压驱动在车辆低速的时候起到纯净液压的车辆驱动作用，同时通过离合和双行星排机构在车辆速度提高时，起到无级调速的作用。
通过双行星排的太阳轮，行星轮和行星架的不同转速和方向来实现双行星排结构中的行星架的输出转速和方向，行星架直接或通过增加的高低档输出连接传动轴。
所述发动机通过安装在驱动轴上的主动轮Ⅰ驱动连接从动轮Ⅰ，主动轮Ⅱ和从动轮Ⅰ均设在离合轴上，主动轮Ⅱ通过齿轮组以及从动轮Ⅱ驱动连接液压泵，液压泵通过液压管路连接液压马达，液压马达通过主动轮Ⅲ以及齿轮组驱动连接从动轮Ⅲ，从动轮Ⅲ设在太阳轴上；双行星排机构包括行星排Ⅰ、行星排Ⅱ，行星排Ⅰ的太阳轮和行星排Ⅱ的太阳轮同轴设在太阳轴上，行星排Ⅰ的行星轮架和行星排Ⅱ的行星轮架连接为一体，行星排Ⅱ的齿圈通过制动器连接在变速箱壳体上，行星排Ⅱ的行星架同轴驱动输出轮。
所述离合变速机构设在离合轴上，所述离合变速机构包括离合器、小离合轮、大离合轮；所述的行星排Ⅰ的齿圈同轴固定有大从动轮，行星排Ⅰ的齿圈同轴固定有小从动轮，小离合轮啮合驱动大从动轮，大离合轮啮合驱动小从动轮。
所述换档机构通过齿轮组设在输出轮上，换挡机构含有高低两个档位，换挡机构末端输出轴设在变速箱的输出口处。
一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，还包括取力口，所述取力口内设有取力轴，所述取力轴通过齿轮组连接主动轮Ⅱ或从动轮Ⅱ。
所述取力轴通过液压泵的贯通式取力输出，即通过液压泵和控制系统驱动取力轴。
本发明的有益效果是：
1、启动时纯液压驱动可在非常低的发动机转速时平顺启动车辆，发动机与驱动轮之间不间断的输出扭矩和输出转速，可以非常精准的控制车速,0-5km/h效率高，由于低速时液压驱动，且液压驱动贯穿整个速度过程，爬坡或下坡时发动机与驱动轮始终保持扭矩流不中断。车速与发动机转速不相关，某些应用(如洗扫车)作业模式下可根据上装需要，将发动机转速设定成恒定转速。
2、高速高效自动换挡，发动机低速时很高牵引力，动力扭矩不中断，不同路况精准控制车速，无普通离合摩擦，发动机与车速可以不相关，发动机工作在最佳效率区间，可以反向传递功率，发动机可用来制动。
3、双行星排齿轮的布置和速比保证了卓越的爬坡性能、紧凑的调速单元，低机械力宽速比的特性。
4、静液压/机械功率分流方案最大程度的利用了静液压组件和机械组件的优势；行星排系统与闭环的液压调速单元结合，始终处于“最佳档位”以实现最佳运行效率；车速与发动机转速不相干。
5、持续不中断的输出扭矩和速度控制，上下坡时发动机到驱动轮之间的转矩流不中断。发动机可以被用于整车减速直至静止，甚至无需启动制动，无制动过热。汽车低转速启动平顺。
6、在加速和减速过程中无扭矩不一致或中断全自动传动系统，可在发动机转速很低的时候达到很高的车速。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明变速箱内部连接及驱动情况视图；
图3为本发明变速箱外部视图；
图4为本发明输出口及取力口视图。
图中：1-驾驶室，2-前轮，3-发动机，4-变速箱，5-万向轴，6-上装，7-后轮，8-底盘，401-驱动轴，402-主动轮Ⅰ，403-从动轮Ⅰ，404-离合器，405-主动轮Ⅱ，406-从动轮Ⅱ，407-液压泵，408-液压马达，409-主动轮Ⅲ，410-从动轮Ⅲ，411-太阳轴，412-行星排Ⅰ，413-行星排Ⅱ，414-制动器，415-输出轮，416-换档机构，417-飞轮盘，418-输出口，419-取力口，420-离合轴，4041-小离合轮，4042-大离合轮，4043-大从动轮，4044-小从动轮。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，包括驾驶室1、前轮2、发动机3、变速箱4、万向轴5、上装6、后轮7、底,8，驾驶室1、上装6设在底盘8上，前轮2后轮7设在底盘8下部，发动,3设在底盘8上，变速箱4通过飞轮盘417连接发动机3，变速箱4通过万向轴5驱动连接后轮7的主减速器；
所述变速箱4包括离合变速机构，液压机构，双行星排机构，发动机3通过驱动轴401及齿轮组驱动连接液压机构，液压机构的液压泵407驱动闭环回路中的液压马达408，液压马达408通过齿轮及太阳轴411驱动连接双行星排机构的两个太阳轮；发动机3通过驱动轴401及齿轮组驱动连接两组离合变速机构，离合变速机构通过齿轮驱动连接双行星排机构中行星排Ⅰ412的齿圈，双行星排机构中行星排Ⅱ413的行星架连接万向轴5。根据车速的变化接合传递发动机通过功率分流机构传递过来的机械力矩。行星架将发动机动力通过功率分流机构分流的液压驱动力矩和机械驱动力矩汇流后输出，通过法兰盘与传动轴连接。
此处描述的功率分流机构是液压机构和离合变速机构的组合称呼，功率分流机构可以将发动机传递来的动力分到液压机构和离合变速机构上，然后根据实际情况进行动力分配。
变速箱4还包括换档机构416，双行星排机构中行星排Ⅱ413的行星架通过换挡机构416驱动连接万向轴5。车辆动力通过功率分流，液压泵407和马达可以外置在齿轮变速机构箱体外部或以背对背得方式内置在齿轮变速机构的箱体内部。
液压驱动在车辆低速的时候起到纯净液压的车辆驱动作用，同时通过离合和双行星排机构在车辆速度提高时，起到无级调速的作用。
通过双行星排的太阳轮，行星轮和行星架的不同转速和方向来实现双行星排结构中的行星架的输出转速和方向，行星架直接或通过增加的高低档输出连接传动轴。
所述发动机3通过安装在驱动轴401上的主动轮Ⅰ402驱动连接从动轮Ⅰ403，主动轮Ⅱ405和从动轮Ⅰ403均设在离合轴420上，主动轮Ⅱ405通过齿轮组以及从动轮Ⅱ406驱动连接液压泵407，液压泵407通过液压管路连接液压马达408，液压马达408通过主动轮Ⅲ409以及齿轮组驱动连接从动轮Ⅲ410，从动轮Ⅲ410设在太阳轴411上；双行星排机构包括行星排Ⅰ412、行星排Ⅱ413，行星排Ⅰ412的太阳轮和行星排Ⅱ413的太阳轮同轴设在太阳轴411上，行星排Ⅰ412的行星轮架和行星排Ⅱ413的行星轮架连接为一体，行星排Ⅱ413的齿圈通过制动器414连接在变速箱4壳体上，行星排Ⅱ413的行星架同轴驱动输出轮415。
所述离合变速机构设在离合轴420上，所述离合变速机构包括离合器404、小离合轮4041、大离合轮4042；所述的行星排Ⅰ412的齿圈同轴固定有大从动轮4043，行星排Ⅰ412的齿圈同轴固定有小从动轮4044，小离合轮4041啮合驱动大从动轮4043，大离合轮4042啮合驱动小从动轮4044。
所述换档机构416通过齿轮组设在输出轮415上，换挡机构416含有高低两个档位，换挡机构416末端输出轴设在变速箱的输出口418处。
变速箱4还包括取力口419，所述取力口419内设有取力轴，所述取力轴通过齿轮组连接主动轮Ⅱ405或从动轮Ⅱ406。
具体工作过程：
在低速时,车辆仅有静液压提供动力。行星排Ⅱ413中的齿圈与壳体连接将动力从液压马达经太阳轮和行星架传递到驱动轮415，在此档位，变速箱4部件在机械功率传递路径不传递任何负载。其在驱动端的转速通过在行星排Ⅰ412处的耦合限定，在输入端的转速通过耦合变速箱输入轴限定。行星排Ⅱ413获得很高的齿轮速比以实现采用很小的液压单元达到很高的牵引力。此时可以满足在控制系统控制下实现低速重载，蠕行工作(0-5km/h)，低速换向等苛刻的行驶条件。
太阳轮带动行星架旋转进而带动行星排Ⅰ412的齿圈旋转，使行星排Ⅰ412的齿圈转速达到与太阳轮转速同步的速度，达到同步转速后，系统有液压驱动转换到连续功率分流模式，期间输出的扭矩和相应的牵引力不中断。换挡时相应的耦合关闭与齿圈制动开启同时进行，耦合与制动为多盘式。
换挡后，机械驱动经由行星排Ⅰ412的齿圈传递，耦合到变速箱4输入轴并以恒定速度转动。持续改变静液压部分速度，实现连续无级变化以适应总传动比。切换到功率分流模式档位瞬间，太阳轮与行星排Ⅰ412的齿圈旋转方向相反，从而降低行星架的速度。在该档位段内变速箱4反向传输功率，这意味着液压马408达作为泵工作并经由液压回路返回到机械流。改变液压泵407斜盘摆角，液压马达408转速从与行星排Ⅰ412的齿圈转速相反方向的最大转速调整到当斜盘角度为零时与行星排Ⅰ412的齿圈相同方向最大转速。斜盘角度为零时，整个驱动功率由纯机械传递，此时变速箱4传动效率最高。液压马达408只提供支持太阳轮在零速时的转矩的功率损失。
进一步调整斜盘，太阳轮转速以与行星排Ⅰ412的齿圈相同方向增加，直至在第一功率分流档位内达到最大行驶速度；从第一功率分流档位换到第二功率分流档位由动力换挡实现，并由调速单元补偿档位间差。换挡完成后在第二功率分流档的传动比几乎与换挡前的传动比相同。这个过程无级调节两个功率分流档的传动比使其具有很宽的总速比范围。
行星排Ⅰ412的齿轮速比远小于行星排Ⅱ413，以实现在功率分流区域的宽传动比，同时保证静液压回路中的压力水平保持在合适的范围内，能够使液压泵407和液压马达408以良好的效率工作。
以上速度转换以及斜盘调整的过程均由控制系统监控载荷以、车辆速度以及发动机转速等条件来控制的。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，包括驾驶室、前轮、发动机、变速箱、万向轴、上装、后轮、底盘，驾驶室、上装设在底盘上，前轮后轮设在底盘下部，其特征是，发动机设在底盘上，变速箱通过飞轮盘连接发动机，变速箱通过万向轴驱动连接后轮的主减速器；
所述变速箱包括离合变速机构，液压机构，双行星排机构，发动机通过驱动轴及齿轮组驱动连接液压机构，液压机构通过齿轮及太阳轴驱动连接双行星排机构的两个太阳轮；发动机通过驱动轴及齿轮组驱动连接离合变速机构，离合变速机构通过齿轮驱动连接双行星排机构中行星排Ⅰ的齿圈，双行星排机构中行星排Ⅱ的行星架连接万向轴。
2.根据权利要求1所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，所述变速箱还包括换档机构，双行星排机构中行星排Ⅱ的行星架通过换挡机构驱动连接万向轴。
3.根据权利要求1所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，所述发动机通过安装在驱动轴上的主动轮Ⅰ驱动连接从动轮Ⅰ，主动轮Ⅱ和从动轮Ⅰ均设在离合轴上，主动轮Ⅱ通过齿轮组以及从动轮Ⅱ驱动连接液压泵，液压泵通过液压管路连接液压马达，液压马达通过主动轮Ⅲ以及齿轮组驱动连接从动轮Ⅲ，从动轮Ⅲ设在太阳轴上；双行星排机构包括行星排Ⅰ、行星排Ⅱ，行星排Ⅰ的太阳轮和行星排Ⅱ的太阳轮同轴设在太阳轴上，行星排Ⅰ的行星轮架和行星排Ⅱ的行星轮架连接为一体，行星排Ⅱ的齿圈通过制动器连接在变速箱壳体上，行星排Ⅱ的行星架同轴驱动输出轮。
4.根据权利要求1所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，所述离合变速机构设在离合轴上，所述离合变速机构包括离合器、小离合轮、大离合轮；所述的行星排Ⅰ的齿圈同轴固定有大从动轮，行星排Ⅰ的齿圈同轴固定有小从动轮，小离合轮啮合驱动大从动轮，大离合轮啮合驱动小从动轮。
5.根据权利要求2所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，所述换档机构通过齿轮组设在输出轮上，换挡机构末端输出轴设在变速箱的输出口处。
6.根据权利要求5所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，换挡机构含有高低两个档位。
7.根据权利要求1所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，还包括取力口，所述取力口内设有取力轴，所述取力轴通过齿轮组连接主动轮Ⅱ或从动轮Ⅱ。
8.根据权利要求1所述的一种应用机械液压功率分流无级变速箱的专用车辆，其特征是，所述取力轴通过液压泵的贯通式取力输出。
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