CN109519512B

CN109519512B - 一种拖拉机液压功率分流无级变速箱及使用方法

Info

Publication number: CN109519512B
Application number: CN201910015254.3A
Authority: CN
Inventors: 王光明; 宋悦
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: CN109519512A

Abstract

本发明涉及一种拖拉机液压功率分流无级变速箱及使用方法，无级变速箱包括动力输入轴、泵控液压马达、汇流行星排和动力输出轴，以及多组离合器和齿轮副。本发明通过在马达轴与太阳轮轴之间的齿轮传动中引入两个挡位，可使单汇流行星排液压功率分流无级变速箱实现非等差多区段无级调速；M‑L挡离合器与M‑H挡离合器分别布置于太阳轮轴和马达轴上，有利于缩短变速箱轴向尺寸；具有L挡和H挡两个变速箱挡位，为拖拉机的作业工况优化带来便利；而且结构简单，有利于成本控制。

Description

一种拖拉机液压功率分流无级变速箱及使用方法

技术领域

本发明涉及无级变速箱技术领域，尤其涉及到液压功率分流无级变速箱领域，具体是指一种拖拉机液压功率分流无级变速箱及使用方法。

背景技术

液压传动的驱动能力大，但传动效率低，机械齿轮传动与之相反。液压功率分流传动综合了液压传动与机械传动的特点，将发动机动力一分为二：一部分功率通过机械支路传递至行星排，另一部分功率通过泵控液压马达系统传递至行星排，两路功率在行星排汇合后差动输出。由于泵控液压马达系统速比可调，故可实现整个变速箱的无级调速，同时具有驱动功率大、传动效率高的优点，是理想的拖拉机无级传动形式。为了提高液压功率分流系统在大范围无级调速时的传动效率，往往使用多区段设计方法，但在多区段方案下，以往所采用的多行星排汇流设计使得这一技术在实施时受制于复杂的结构和高昂的制造成本，而采用单行星排设计往往仅能获得等差式区段传动比配置结果，难以满足拖拉机行驶所需的非等差式传动比配置要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种拖拉机液压功率分流无级变速箱及使用方法，虽采用单行星排汇流方案，却依然实现了相邻两个无级调速区段传动比调节范围的非等差配置，从而改善拖拉机的行驶和加速性能。

本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种拖拉机液压功率分流无级变速箱，包括动力输入轴、泵控液压马达、汇流行星排和动力输出轴，所述动力输入轴上依次设有R段I齿轮、L段I齿轮、H段I齿轮和泵轴I齿轮，所述R段I齿轮啮合连接R段惰轮；

所述泵控液压马达的泵轴上设有与泵轴I齿轮啮合的泵轴II齿轮，泵控液压马达的马达轴上设有马达轴L-I齿轮和通过M-H挡离合器与马达轴连接的马达轴H-I齿轮；

所述汇流行星排的齿圈轴上通过H段离合器连接有与H段I齿轮啮合的H段II齿轮，通过L段离合器连接有与L段I齿轮啮合的L段II齿轮，通过R段离合器连接有与R段惰轮啮合的R段II齿轮；

所述汇流行星排的太阳轮轴上设有与马达轴H-I齿轮啮合的马达轴H-II齿轮，以及通过M-L挡离合器与太阳轮轴连接且与马达轴L-I齿轮啮合的马达轴L-II齿轮；

所述汇流行星排的行星架轴上设有L挡I齿轮和H挡I齿轮；

所述汇流行星排的齿圈通过Y段制动器与变速箱箱体连接；

所述动力输出轴上通过L挡离合器连接有与L挡I齿轮啮合的L挡II齿轮，通过H挡离合器连接有与H挡I齿轮啮合的H挡II齿轮。

本方案通过在马达轴与太阳轮轴之间的齿轮传动中引入两个挡位，分别由M-L挡离合器和M-H挡离合器控制各挡位的动力接合与分离，可使单汇流行星排液压功率分流无级变速箱实现相邻两个无级调速区段传动比调节范围的非等差配置，从而改善拖拉机的行驶和加速性能，即：“H段传动比的最大值与最小值之差”可以大于“L段传动比的最大值与最小值之差”，从而获得很好的拖拉机行驶和加速性能；M-L挡离合器与M-H挡离合器分别布置于太阳轮轴和马达轴上，而非全部布置于太阳轮轴或马达轴，从而有利于缩短变速箱轴向尺寸，给变速箱结构设计带来便利。

相反，如果马达轴与太阳轮轴之间没有设定挡位，而是始终通过一对齿轮啮合连接马达轴与太阳轮轴，或者直接采用分体式泵控液压马达，让马达轴与太阳轮轴直连，则无论如何配置各齿轮副传动比，“H段传动比的最大值与最小值之差”必然等于“L段传动比的最大值与最小值之差”，这种各段传动比的等差配置非常不利于拖拉机行驶和加速。

作为优化，R段离合器、L段离合器、H段离合器、M-L挡离合器、M-H挡离合器、L挡离合器和H挡离合器均为湿式离合器。本优化方案采用湿式离合器既能满足所需功能，而且动力传递平滑，使用寿命长，故障率低，更适于用于拖拉机上。

作为优化，L段离合器和H段离合器在结构上属于同一个双向湿式离合器。本优化方案通过同一个双向湿式离合器实现L段离合器和H段离合器的功能，简化了结构，减小了安装占用空间。

作为优化，L挡离合器和H挡离合器在结构上属于同一个双向湿式离合器。本优化方案通过同一个双向湿式离合器实现L挡离合器和H挡离合器的功能，简化了结构，减小了安装占用空间。

作为优化，泵控液压马达为一体式泵控液压马达。本优化方案避免了分体泵与马达之间的外部油管连接，同时节省了安装空间，使变速箱在结构上更紧凑。

一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，包括如下步骤：

（1）拖拉机起步工况

拖拉机起步前的准备：Y段制动器接合，R段离合器、L段离合器、H段离合器、M-H挡离合器和H挡离合器分离，M-L挡离合器和L挡离合器接合；

拖拉机起步及Y段无级调速：将泵控液压马达的泵排量设为0，而后启动发动机，进而驱动动力输入轴转动，此时，马达轴和动力输出轴的转速为0，拖拉机处于静止状态；逐步提高泵控液压马达的泵排量，马达轴和动力输出轴的转速逐步提高，拖拉机开始起步并加速，变速箱工作于不存在功率分流的Y段静液压无级调速模式；

（2）液压功率分流段调速工况

L段无级调速：拖拉机起步后，L段离合器接合，同时使Y段制动器分离，并在L段离合器完全接合前将泵控液压马达的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于L段液压功率分流模式，此时，通过调节泵控液压马达的泵排量大小和方向，即可实现动力输出轴的转速在L区段的连续调节；

H段无级调速：L段完成加速后，L段离合器和M-L挡离合器分离，同时使H段离合器和M-H挡离合器接合，并在H段离合器完全接合前将泵控液压马达的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于H段液压功率分流模式，通过调节泵控液压马达的泵排量大小和方向，即可实现动力输出轴的转速在H区段的连续调节；

（3）调速范围设定：如需使拖拉机获得更高的行驶速度，在拖拉机起步前使L挡离合器分离、H挡离合器接合。

（4）拖拉机倒退行驶工况：与前述起步工况方法一致，只需使泵控液压马达反向调节变量泵排量，从而使马达轴和动力输出轴反转，进而驱动拖拉机在Y段倒退行驶；完成Y段起步加速后，R段离合器接合，同时使Y段制动器分离，并在R段离合器完全接合前将泵控液压马达的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于R段液压功率分流模式，并可通过调节泵控液压马达的泵排量实现拖拉机倒退行驶时的无级调速。

本发明的有益效果为：

1、通过在马达轴与太阳轮轴之间的齿轮传动中引入两个挡位，分别由M-L挡离合器和M-H挡离合器控制各挡位的动力接合与分离，可使单汇流行星排液压功率分流无级变速箱实现相邻两个无级调速区段传动比调节范围的非等差配置，从而改善拖拉机的行驶和加速性能，即：“H段传动比的最大值与最小值之差”可以大于“L段传动比的最大值与最小值之差”，从而获得很好的拖拉机行驶和加速性能；

2、M-L挡离合器与M-H挡离合器分别布置于太阳轮轴和马达轴上，而非全部布置于太阳轮轴或马达轴，从而有利于缩短变速箱轴向尺寸，给变速箱结构设计带来便利；

3、具有L挡和H挡两个变速箱挡位，分别适用于田间作业工况和道路行驶工况，每个挡位均可在L段和H段进行无级调速，只是传动比范围有所不同，有利于解决高传动效率前提下使无级变速拖拉机行驶速度“既要慢下来，又要高上去”的难以首尾兼顾的问题；

4、单汇流行星排设计，整体结构简单而且紧凑，有利于成本控制。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中所示：

1、动力输入轴，2、R段I齿轮，3、L段I齿轮，4、H段I齿轮，5、泵轴I齿轮，6、泵轴II齿轮，7、泵轴，8、泵控液压马达，9、马达轴，10、马达轴L-I齿轮，11、马达轴H-I齿轮，12、M-H挡离合器，13、马达轴H-II齿轮，14、马达轴L-II齿轮，15、M-L挡离合器，16、太阳轮轴，17、H挡I齿轮，18、L挡I齿轮，19、行星架轴，20、太阳轮，21、行星轮，22、齿圈，23、行星架，24、Y段制动器，25、齿圈轴，26、H段离合器，27、H段II齿轮，28、L段离合器，29、L段II齿轮，30、R段离合器，31、R段惰轮，32、R段II齿轮，33、汇流行星排，34、L挡II齿轮，35、L挡离合器，36、H挡II齿轮，37、H挡离合器，38、动力输出轴。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

如图1所示一种拖拉机液压功率分流无级变速箱，包括动力输入轴1、泵控液压马达8、汇流行星排33和动力输出轴38，所述动力输入轴1上依次设有R段I齿轮2、L段I齿轮3、H段I齿轮4和泵轴I齿轮5，所述R段I齿轮2啮合连接R段惰轮31。动力输入轴1与拖拉机发动机相连，动力输出轴38与拖拉机后桥中央传动齿轮副相连。

汇流行星排33包括太阳轮20、行星轮21和齿圈22，太阳轮20与行星轮21啮合，行星轮21与齿圈22内啮合，太阳轮20、齿圈22分别与太阳轮轴16、齿圈轴25相连，行星轮21通过行星架23与行星架轴19相连，齿圈轴25、太阳轮轴16和行星架轴19共轴，齿圈轴25位于汇流行星排33的左侧，太阳轮轴16和行星架轴19位于汇流行星排33的右侧，太阳轮轴16穿过行星架轴19的中心，齿圈22通过Y段制动器24与变速箱箱体连接。

泵控液压马达8的泵轴7上设有与泵轴I齿轮5啮合的泵轴II齿轮6，泵控液压马达8的马达轴9上设有马达轴L-I齿轮10和通过M-H挡离合器12与马达轴9连接的马达轴H-I齿轮11。本实施例的泵控液压马达8为一体式泵控液压马达。

汇流行星排33的齿圈轴25上通过H段离合器26连接有与H段I齿轮4啮合的H段II齿轮27，通过L段离合器28连接有与L段I齿轮3啮合的L段II齿轮29，通过R段离合器30连接有与R段惰轮31啮合的R段II齿轮32。

汇流行星排33的太阳轮轴16上设有与马达轴H-I齿轮11啮合的马达轴H-II齿轮13，以及通过M-L挡离合器15与太阳轮轴16连接且与马达轴L-I齿轮10啮合的马达轴L-II齿轮14。

汇流行星排33的行星架轴19上设有L挡I齿轮18和H挡I齿轮17。

动力输出轴38上通过L挡离合器35连接有与L挡I齿轮18啮合的L挡II齿轮34，通过H挡离合器37连接有与H挡I齿轮17啮合的H挡II齿轮36。

本实施例的R段离合器30、L段离合器28、H段离合器26、M-L挡离合器15、M-H挡离合器12、L挡离合器35和H挡离合器37均为湿式离合器。L段离合器28和H段离合器26在结构上属于同一个双向湿式离合器，L挡离合器35和H挡离合器37在结构上属于同一个双向湿式离合器。

上述拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，包括如下步骤：

1、拖拉机起步工况：

拖拉机起步前的准备：Y段制动器24接合，R段离合器30、L段离合器28、H段离合器26、M-H挡离合器12和H挡离合器37分离，M-L挡离合器15和L挡离合器35接合。

拖拉机起步及Y段无级调速：将泵控液压马达8的泵排量设为0，而后启动发动机，进而驱动动力输入轴1转动。此时，马达轴9和动力输出轴38的转速为0，拖拉机处于静止状态；逐步提高泵控液压马达8的泵排量，马达轴9和动力输出轴38的转速逐步提高，拖拉机开始起步并加速，变速箱工作于不存在功率分流的Y段静液压无级调速模式。

2、液压功率分流段调速工况：

L段无级调速：拖拉机起步后，L段离合器28接合，同时使Y段制动器24分离，并在L段离合器28完全接合前将泵控液压马达8的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴38的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于L段液压功率分流模式，即发动机功率一分为二，一部分通过泵轴I齿轮5、泵轴II齿轮6、泵轴7、泵控液压马达8、马达轴9、马达轴L-I齿轮10，马达轴L-II齿轮14、M-L挡离合器15、太阳轮轴16进入汇流行星排33的太阳轮20，另一部分通过L段I齿轮3、L段II齿轮29、L段离合器28、齿圈轴25进入汇流行星排33的齿圈22，两路发动机功率在汇流行星排33处汇合后，通过行星架轴19向后传递。此时，通过调节泵控液压马达8的泵排量大小和方向，即可实现动力输出轴38的转速在L区段的连续调节。

H段无级调速：L段完成加速后，L段离合器28和M-L挡离合器15分离，同时使H段离合器26和M-H挡离合器12接合，并在H段离合器26完全接合前将泵控液压马达8的泵排量迅速反方向改变直至动力输出轴38的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件。换段结束后，变速箱工作于H段液压功率分流模式，通过调节泵控液压马达8的泵排量大小和方向，即可实现动力输出轴38的转速在H区段的连续调节。

3、调速范围设定：如需使拖拉机获得更高的行驶速度，如道路运输工况，只需在拖拉机起步前使L挡离合器35分离、H挡离合器37接合即可。

4、拖拉机倒退行驶工况：与前述起步工况方法一致，只需使泵控液压马达8反向调节变量泵排量，从而使马达轴9和动力输出轴38反转，进而驱动拖拉机在Y段倒退行驶。完成Y段起步加速后，R段离合器30接合，同时使Y段制动器24分离，并在R段离合器30完全接合前将泵控液压马达8的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴38的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于R段液压功率分流模式，并可通过调节泵控液压马达8的泵排量实现拖拉机倒退行驶时的无级调速。

本实施例通过在马达轴与太阳轮轴之间的齿轮传动中引入两个挡位，可使单汇流行星排液压功率分流无级变速箱实现非等差多区段无级调速；M-L挡离合器与M-H挡离合器分别布置于太阳轮轴和马达轴上，有利于缩短变速箱轴向尺寸；具有L挡和H挡两个变速箱挡位，为拖拉机的作业工况优化带来便利；而且结构简单，有利于成本控制。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，其特征在于：所述拖拉机液压功率分流无级变速箱包括动力输入轴（1）、泵控液压马达（8）、汇流行星排（33）和动力输出轴（38），所述动力输入轴（1）上依次设有R段I齿轮（2）、L段I齿轮（3）、H段I齿轮（4）和泵轴I齿轮（5），所述R段I齿轮（2）啮合连接R段惰轮（31）；

所述泵控液压马达（8）的泵轴（7）上设有与泵轴I齿轮（5）啮合的泵轴II齿轮（6），泵控液压马达（8）的马达轴（9）上设有马达轴L-I齿轮（10）和通过M-H挡离合器（12）与马达轴（9）连接的马达轴H-I齿轮（11）；

所述汇流行星排（33）的齿圈轴（25）上通过H段离合器（26）连接有与H段I齿轮（4）啮合的H段II齿轮（27），通过L段离合器（28）连接有与L段I齿轮（3）啮合的L段II齿轮（29），通过R段离合器（30）连接有与R段惰轮（31）啮合的R段II齿轮（32）；

所述汇流行星排（33）的太阳轮轴（16）上设有与马达轴H-I齿轮（11）啮合的马达轴H-II齿轮（13），以及通过M-L挡离合器（15）与太阳轮轴（16）连接且与马达轴L-I齿轮（10）啮合的马达轴L-II齿轮（14）；

所述汇流行星排（33）的行星架轴（19）上设有L挡I齿轮（18）和H挡I齿轮（17）；

所述汇流行星排（33）的齿圈（22）通过Y段制动器（24）与变速箱箱体连接；

所述动力输出轴（38）上通过L挡离合器（35）连接有与L挡I齿轮（18）啮合的L挡II齿轮（34），通过H挡离合器（37）连接有与H挡I齿轮（17）啮合的H挡II齿轮（36）；

所述使用方法，包括如下步骤：

a、拖拉机起步工况

b、液压功率分流段调速工况

c、调速范围设定：如需使拖拉机获得更高的行驶速度，在拖拉机起步前使L挡离合器分离、H挡离合器接合；

d、拖拉机倒退行驶工况：与前述起步工况方法一致，只需使泵控液压马达反向调节变量泵排量，从而使马达轴和动力输出轴反转，进而驱动拖拉机在Y段倒退行驶；完成Y段起步加速后，R段离合器接合，同时使Y段制动器分离，并在R段离合器完全接合前将泵控液压马达的泵排量迅速反方向改变，直至动力输出轴的转速满足“换段前后传动比相同”的等速换段条件；换段结束后，变速箱工作于R段液压功率分流模式，并可通过调节泵控液压马达的泵排量实现拖拉机倒退行驶时的无级调速。

2.根据权利要求1所述的一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，其特征在于： R段离合器（30）、L段离合器（28）、H段离合器（26）、M-L挡离合器（15）、M-H挡离合器（12）、L挡离合器（35）和H挡离合器（37）均为湿式离合器。

3.根据权利要求1所述的一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，其特征在于：L段离合器（28）和H段离合器（26）在结构上属于同一个双向湿式离合器。

4.根据权利要求1或3所述的一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，其特征在于：L挡离合器（35）和H挡离合器（37）在结构上属于同一个双向湿式离合器。

5.根据权利要求1所述的一种拖拉机液压功率分流无级变速箱的使用方法，其特征在于：泵控液压马达（8）为一体式泵控液压马达。