CN108825747A - 一种叉车用连续变速传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叉车用连续变速传动装置，包括发动机、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、行星轮机构A、第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、第十二齿轮、第一液压泵/马达以及第二液压泵/马达，第二齿轮与第一液压泵/马达的传动轴传动连接，第十二齿轮与第二液压泵/马达通过第一传动轴连接，第四齿轮与第六齿轮通过第一离合器传动连接，第五齿轮与第七齿轮通过第二离合器传动连接，第八齿轮通过第二传动轴连接至行星轮机构A的行星轮架，行星轮机构A的齿圈与第十二齿轮传动连接，行星轮机构A的太阳轮通过第三传动轴与第九齿轮传动连接。本发明具有传动效率高、运行平稳、成本低。

Description

一种叉车用连续变速传动装置

技术领域

本发明涉及一种叉车用连续变速传动装置，属叉车技术领域。

背景技术

叉车行驶工况复杂，需要频繁地起步、变速、停止、换向，叉车传动系统性能决定了起步/加速能力、操作平稳性、舒适性、能耗等衡量叉车性能的重要指标。当前内燃叉车有三大主流传动技术，即机械传动、液力传动、静压传动，传动路线如下：

机械传动：发动机→离合器或同步器控制的多档齿轮传动变速器→驱动桥。

液力传动：发动机→液力变矩器→单档减速器或多档齿轮传动变速器→驱动桥。

静压传动：发动机→液压泵→液压马达→单档减速器或多档齿轮传动变速器→驱动桥。

机械传动变速箱有传动效率最高、成本低的优点；但其存在起步力矩小，起步及换档操作困难，舒适性差，只用在小吨位低端叉车中。

液力传动起步力矩大，操作容易，成本适中，是目前市场上应用最为广泛的技术；但由于变矩器在起步、加速时传动效率非常低，在几种传动方式中能耗最大，这在需要频繁地起步、加速的叉车上尤为突出。

静压传动起步力矩大、加速平稳，操作容易、精确，速比连续可变，舒适性最好，传动效率介于液力传动和机械传动之间，但在几种传动方式中成本最高，特别是在大吨位叉车中由于需要兼顾低速大扭矩牵引和高速行驶要求，需要大功率的泵和马达，成本问题更为突出。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供传动效率高、操作容易、起步和变速平稳、成本低的叉车用连续变速传动装置。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种叉车用连续变速传动装置，包括发动机、与发动机的输出轴传动连接的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮、与发动机的输出轴传动连接的第三齿轮、与第三齿轮啮合的第四齿轮、与第三齿轮啮合的第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮、第八齿轮、行星轮机构A、第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮、第十二齿轮、第一液压泵/马达以及第二液压泵/马达，第一液压泵/马达与第二液压泵/马达通过第一油管和第二油管连通，第二齿轮与第一液压泵/马达的传动轴传动连接，第十二齿轮与第二液压泵/马达通过第一传动轴连接，第四齿轮与第六齿轮通过第一离合器传动连接，第五齿轮与第七齿轮通过第二离合器传动连接，第八齿轮通过第二传动轴连接至行星轮机构A的行星轮架，行星轮机构A的齿圈与第十二齿轮传动连接，行星轮机构A的太阳轮通过第三传动轴与第九齿轮传动连接，第十齿轮与输出轴传动连接，第十一齿轮通过第三离合器与第一传动轴传动连接，第十一齿轮与第十齿轮啮合。

作为本发明的一种优选方式，还包括第十三齿轮、第十四齿轮以及第四传动轴，第十三齿轮与第十二齿轮啮合，第十三齿轮与第十四齿轮通过第四传动轴同轴连接，第十四齿轮与所述齿圈啮合。

作为本发明的一种优选方式，还包括对应第五齿轮设置的第一转速传感器，还包括对应第七齿轮设置的第二转速传感器，还包括对应第十二齿轮设置的第三转速传感器。

作为本发明的一种优选方式，所述第一传动轴连接有减速器B。

采用本发明的技术方案后，起步/低速时的传动方式为静压传动。高速时采用机械和静压复合的传动方式；发动机输出的扭矩先按一定的比例分流成机械和静压分支分别进行变速、变扭矩传递，然后再通过行星轮机构A耦合到输出轴；通过控制变量泵/马达的排量大小来改变最终的传动比，并利用行星齿轮机构中行星轮架相对于太阳轮正传动比，齿圈相对于太阳轮负传动比的特点，使得从低速工作模式向高速工作模式或从高速工作模式向低速工作模式的切换过程实现顺利同步、平滑过渡，并且高速巡航时传动方式为传动效率很高的机械传动。通过静压系统速比连续可变的优点，实现了从起步、加速到最高速巡航整个速度区间的平滑、连续变速。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明传动模式L的结构原理图；

图3为本发明传动模式H的结构原理图；

图4为本发明前进挡时各部件旋转方向示意图；

图5为本发明中行星轮的运动方向示意图；

图6为本发明中行星轮各部件受力方向示意图；

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

参照图1至图6，一种叉车用连续变速传动装置，其特征在于：包括发动机1、与发动机1的输出轴传动连接的第一齿轮3、与第一齿轮3啮合的第二齿轮32、与发动机1的输出轴传动连接的第三齿轮4、与第三齿轮4啮合的第四齿轮5、与第三齿轮4啮合的第五齿轮31、第六齿轮7、第七齿轮28、第八齿轮8、行星轮机构A、第九齿轮15、第十齿轮16、第十一齿轮19、第十二齿轮23、第一液压泵/马达36以及第二液压泵/马达18，第一液压泵/马达36与第二液压泵/马达18通过第一油管34和第二油管35连通，第二齿轮32与第一液压泵/马达36的传动轴传动连接，第十二齿轮23与第二液压泵/马达18通过第一传动轴22连接，第四齿轮5与第六齿轮7通过第一离合器6传动连接，第五齿轮31与第七齿轮28通过第二离合器29传动连接，第八齿轮8通过第二传动轴9连接至行星轮机构A的行星轮架11，行星轮机构A的齿圈10与第十二齿轮23传动连接，行星轮机构A的太阳轮13通过第三传动轴14与第九齿轮15传动连接，第十齿轮16与输出轴17传动连接，第十一齿轮19通过第三离合器20与第一传动轴22传动连接，第十一齿轮19与第十齿轮16啮合。

作为本发明的一种优选方式，还包括第十三齿轮(24)、第十四齿轮26以及第四传动轴25，第十三齿轮24与第十二齿轮23啮合，第十三齿轮24与第十四齿轮26通过第四传动轴25同轴连接，第十四齿轮26与所述齿圈10啮合。

作为本发明的一种优选方式，所述第一传动轴22上连接有减速器B。

本发明中的行星轮机构A为车领域中常见的结构，至少包括太阳轮13、行星轮架11、若干个行星轮12、齿圈10及相应的轴、轴承；齿圈10同时具有外齿和内齿，外齿与第十四齿轮26啮合，内齿与行星轮12啮合。

如图1所示，发动机(1)输出扭矩通过一组相互啮合的齿轮(第一齿轮3和第二齿轮32)分流为两个分支；第一分支沿着，齿轮(第三齿轮4、第五齿轮31)或齿轮(第三齿轮4、第四齿轮5)，第一离合器6或第二离合器29，齿轮(第七齿轮28、第六齿轮7、第八齿轮8)或齿轮(第六齿轮7、第八齿轮8)进行机械传动；第二分支沿着齿轮(第一齿轮3、第二齿轮32)，第一液压泵/马达36，第二液压泵/马达18进行静压传动；再将第一分支和第二分支以不同的组合方式耦合，最后传递到输出轴17，形成两种不同的传动模式L和H，传动模式L对应起步/低速工作模式，传动模式H对应高速工作模式。

传动模式L：

参照图2，第三离合器20闭合，第一离合器6、第二离合器29断开。，发动机1输入通过齿轮(第一齿轮3、第二齿轮32)、第一液压泵/马达36的传动轴33带动变量第一液压泵/马达36工作；第一液压泵/马达36输出的压力油通过高压油管(第一油管34、第二油管35)驱动第二液压泵/马达18；第二液压泵/马达18输出第一传动轴22，再通过至少一个减速机构B、第三离合器20、齿轮(第十一齿轮19、第十齿轮16)降速增扭传递到输出轴17。此时第一液压泵/马达36发挥泵的功能，第二液压泵/马达18发挥马达的功能，传动方式为静压传动，通过调节变量第一液压泵/马达(36)的排量改变传动比并决定行驶方向是前进还是后退，具备静压传动起步力矩大、加速平稳，操作容易、精确，速比连续可变，舒适性最好，起步、加速时传动效率远高于液力传动的优点；同时由于该路线仅限于低速工况，不需要大功率的泵和马达的，避免了常规静压传动高成本的缺点。

传动模式H：

参照图3，发动机1输入分流成第一分支和第二分支分别传动。前进时，第三离合器20断开，第一离合器6断开/第二离合器29闭合，后退时，第三离合器20断开，第二离合器29断开/第一离合器6闭合。前进时，第一分支沿着齿轮(第三齿轮4、第五齿轮31)、第二离合器29、齿轮(第七齿轮28、第六齿轮7、第八齿轮8)、第二传动轴9传递到行星齿轮机构A的行星轮架11；后退时，第一分支沿着齿轮(第三齿轮4、第四齿轮5)、第一离合器6、齿轮(第六齿轮7、第八齿轮8)、第二传动轴9传递到行星齿轮机构A的行星轮架11。第一分支为机械传动。第二分支沿着齿轮(第一齿轮3、第二齿轮32)、第一液压泵/马达36的传动轴33、第一液压泵/马达36、高压油管(第一油管34、第二油缸35)、第二液压泵/马达18、第一传动轴22、齿轮(第十二齿轮23、第十三齿轮24)、第四传动轴25、第十四齿轮26传递到行星齿轮机构A的齿圈10。第二分支是静压传动，其传动比通过调节变量泵排量连续可变。第一分支从行星轮架11输入，第二分支从齿圈10输入，并经过行星轮机构A差动变速后，传递到行星齿轮机构A的太阳轮13，再沿着第三传动轴14、齿轮(第九齿轮15、第十齿轮16)传递到输出轴17。当发动机转速不变时，控制第一液压泵/马达(36)的排量可以改变第二液压泵/马达18的转速，从而改变行星齿轮机构A齿圈10的转速，进而通过行星轮机构A差动调节输出轴17的转速。由于第一分支到行星轮架11的输入相对于太阳轮13的输出具有正传动比的性质，而第二分支到齿圈10的输入相对于太阳轮13的输出具有负传动比的性质，因此第二分支即静压传动部分在传动模式H中对太阳轮13输出起减速作用。当变量泵排量为零时，第二液压马达18/齿圈10静止，第二分支不起作用，只保留传动方式为机械传动的第一分支，传动效率最高。因此，传动模式H是一种速比连续可调的机械和静压复合的传动方式，其传动效率取决于第一液压泵/马达36的排量大小，即机械传动和静压传动的占比，其传动效率高于静压传动，并且具有加速平稳，操作容易、精确，速比连续可调，舒适性好的优点。

传动模式H中的扭矩传递：

以发动机1驱动传动装置工作在前进档为例，本传动装置实例中各轴的旋转方向如图4所示；当系统工作在传动模式H时，行星轮机构A各部件运动方向及受力方向如图5和6所示。

输出轴17阻力沿着齿轮(第十齿轮16、第九齿轮15)、第三传动轴14、太阳轮13、行星轮12反作用于齿圈10，推动齿圈10顺着其原有的运动方向旋转，并通过齿轮(第十四齿轮26)、第四传动轴25、齿轮(第十三齿轮24、第十二齿轮23)、第一传动轴22传递到第一液压泵/马达18；由于传递到第二液压泵/马达18的扭矩方向也是与第二液压泵/马达18的运动方向相同，第二液压泵/马达18发挥着泵的功能，并通过高压油管(第一油管34、第二油管35)驱动第一液压泵/马达36，此时第一液压泵/马达36发挥着马达的功能，并通过齿轮(第二齿轮32、第一齿轮3)与发动机1输入扭矩叠加传递到第五传动轴2。因此第二分支静压传动部分在传动模式H中对太阳轮13输出不但起减速作用，而且通过再生方式起到了增加扭矩的作用。

当发动机1驱动传动装置工作在后退档时，除了各轴的旋转方向有所变化外，本传动装置中第二分支静压传动部分在传动模式H中对太阳轮13输出仍然起减速及增加扭矩作用，该原理同样适用。

传动模式的切换及过渡：

以前进档为例，起步/低速时，第三离合器20闭合，第一离合器6、第二离合器29断开，第一液压泵/马达36排量从零逐渐加大，发动机1输入按照传动模式L传递到输出轴17。除此之外，其中一路还沿着齿轮(第十齿轮16、第九齿轮15)、第三传动轴14传递到行星齿轮机构A的太阳轮13；另外一路沿着齿轮(第十二齿轮23、第十三齿轮24)、第四传动轴25、第十四齿轮26传递到行星齿轮机构A的齿圈10；这两部分同时作用在行星齿轮机构A上，并驱动行星齿轮机构A的行星轮架11按图4所示的方向旋转，并沿着第二传动轴9、齿轮(第八齿轮8、第六齿轮7)传递到齿轮(第七齿轮28)。同时输入轴的另一分支通过齿轮(第三齿轮4)传递到与齿轮(第七齿轮28)同轴的齿轮(第五齿轮31)。当发动机1转速不变时，齿轮(第五齿轮31)转速不变，而齿轮(第七齿轮28)的转速则随着变量第一液压泵/马达36排量的加大，从零转速逐渐加大并接近齿轮(第五齿轮31)的转速。本传动装置包括了可能的第二转速传感器27及第一转速传感器30，分别用于测量齿轮(第七齿轮28)及齿轮(第五齿轮31)的转速，但齿轮(第七齿轮28)及齿轮(第五齿轮31)的转速除了通过第二转速传感器27及第一转速传感器30测量外，还可以通过发动机1侧或输出轴侧外部提供的转速信号换算得出，因此第二转速传感器27及第一转速传感器30不是必须的。当齿轮(第七齿轮28)及齿轮(第五齿轮31)的转速达到同步条件时，第二离合器29闭合，第三离合器20断开，传动模式L终止，并进入传动模式H，传动装置实现了从低速工作模式到高速工作模式的平滑切换。

当系统从传动模式L切换到传动模式H时，行星轮机构A各部件运动方向如图5所示。由于第一分支到行星轮架11的输入相对于太阳轮13的输出具有正传动比的性质，而第二分支到齿圈10的输入相对于太阳轮13的输出具有负传动比的性质，因此第二分支即静压传动部分在传动模式H中对太阳轮13输出起减速作用；而此时第一液压泵/马达36仍工作在大排量状态，第二分支对太阳轮13的减速效果较为显著，传动装置输出轴17的转速接近于传动模式L刚结束时输出轴17的转速，实现从传动模式L到传动模式H的平滑过渡。当系统切换到传动模式H后，随着第一液压泵/马达36排量逐步减小，齿圈10的转速随之逐步减小，第二分支对太阳轮13的减速效果逐渐减弱，传动装置输出轴17转速逐步增加；当第一液压泵/马达36排量降到零时，传动装置输出轴17达到高速巡航转速。

反过来，当传动装置从高速运行状态逐渐减速时，第一液压泵/马达36排量从小到大的逐渐增加，则第二液压泵/马达18及齿轮(第十二齿轮23)的转速逐渐上升，带动减速机构B另一端第一传动轴22转速逐渐上升，同时输出轴17的转速逐渐下降，带动齿轮(第十一齿轮19)的转速逐渐下降。本传动装置还包括了第三转速传感器(37)，用于测量减速机构B输出轴的转速。当齿轮(第十一齿轮19)及减速机构B输出轴的转速达到同步条件时，第三离合器20闭合，第二离合器29断开，传动模式H终止，并进入传动模式L，传动装置实现了从传动模式H到传动模式L的平滑切换。

类似地，当本传动装置工作在后退档时，上述当系统从传动模式L切换到传动模式H过程中第二离合器29闭合，第三离合器20断开的动作改变为第一离合器6闭合，第三离合器20断开；系统从传动模式H到传动模式L过程中第三离合器20闭合，第二离合器29断开的动作改变为第三离合器20闭合，第一离合器6断开。

本发明所描述的减速机构B并不限于本实例中采用的行星轮系21，也可用其它齿轮减速机构及其组合替代实现。

本实例中所描述的前进/后退各轴的旋转方向是相对的，通过增加齿轮或改变部分齿轮位置顺序的方式可能改变部分轴及齿轮的旋转方向，但并不影响本发明专利中传动原理的适用性。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (4)

1.一种叉车用连续变速传动装置，其特征在于：包括发动机(1)、与发动机(1)的输出轴传动连接的第一齿轮(3)、与第一齿轮(3)啮合的第二齿轮(32)、与发动机(1)的输出轴传动连接的第三齿轮(4)、与第三齿轮(4)啮合的第四齿轮(5)、与第三齿轮(4)啮合的第五齿轮(31)、第六齿轮(7)、第七齿轮(28)、第八齿轮(8)、行星轮机构A、第九齿轮(15)、第十齿轮(16)、第十一齿轮(19)、第十二齿轮(23)、第一液压泵/马达(36)以及第二液压泵/马达(18)，第一液压泵/马达(36)与第二液压泵/马达(18)通过第一油管(34)和第二油管(35)连通，第二齿轮(32)与第一液压泵/马达(36)的传动轴传动连接，第十二齿轮(23)与第二液压泵/马达(18)通过第一传动轴(22)连接，第四齿轮(5)与第六齿轮(7)通过第一离合器(6)传动连接，第五齿轮(31)与第七齿轮(28)通过第二离合器(29)传动连接，第八齿轮(8)通过第二传动轴(9)连接至行星轮机构A的行星轮架(11)，行星轮机构A的齿圈(10)与第十二齿轮(23)传动连接，行星轮机构A的太阳轮(13)通过第三传动轴(14)与第九齿轮(15)传动连接，第十齿轮(16)与输出轴(17)传动连接，第十一齿轮(19)通过第三离合器(20)与第一传动轴(22)传动连接，第十一齿轮(19)与第十齿轮(16)啮合。

2.如权利要求1所述的一种叉车用连续变速传动装置，其特征在于：还包括第十三齿轮(24)、第十四齿轮(26)以及第四传动轴(25)，第十三齿轮(24)与第十二齿轮(23)啮合，第十三齿轮(24)与第十四齿轮(26)通过第四传动轴(25)同轴连接，第十四齿轮(26)与所述齿圈(10)啮合。

3.如权利要求1所述的一种叉车用连续变速传动装置，其特征在于：还包括对应第五齿轮(31)设置的第一转速传感器(30)，还包括对应第七齿轮(28)设置的第二转速传感器(27)，还包括对应第十二齿轮(23)设置的第三转速传感器(37)。

4.如权利要求1所述的一种叉车用连续变速传动装置，其特征在于：所述第一传动轴(22)上连接有减速器B。