CN109519513B - 一种工程机械及其液压机械复合变速箱 - Google Patents

一种工程机械及其液压机械复合变速箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工程机械及其液压机械复合变速箱，包括箱体和均与箱体转动连接的输入轴、液压泵轴、第一中间轴、第二中间轴和输出轴，输入轴与液压泵轴传动连接，液压泵轴的一端连接有液压泵，第二中间轴的一端连接有液压马达，液压泵能够驱动液压马达正转或反转；输入轴能够通过第一前进离合器、第二前进离合器或后退离合器与第一中间轴传动连接，第一中间轴和第二中间轴的运动能够通过第一行星齿轮合成后通过输出轴输出；第二中间轴与输出轴通过第二行星齿轮传动连接，第二行星齿轮设有一制动器。本发明可以提高传动装置的传动效率，并可使发动机常工作于经济转速区间，降低工程机械的油耗和噪音。

Description

一种工程机械及其液压机械复合变速箱
技术领域
本发明涉及变速箱技术领域，特别是涉及一种工程机械及其液压机械复合变速箱。
背景技术
工程机械装载机普遍采用液力机械动力换挡变速箱，如公开号CN103161887A，公开日为2013年6月19日的中国发明专利公开了一种适用于工程机械的动力换档变速箱，通常均需要匹配液力变矩器，其通过设置多个前进挡和后退挡以达到提高发动机功率利用率的目的，但由于负荷变化剧烈，液力变矩器效率偏低，导致工程机械整机的油耗不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种工程机械及其液压机械复合变速箱，以解决上述现有技术存在的问题，提高传动装置的传动效率，并可使发动机常工作于经济转速区间，降低工程机械的油耗和噪音。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种工程机械用液压机械复合变速箱，包括箱体和均与所述箱体转动连接的输入轴、液压泵轴、第一中间轴、第二中间轴和输出轴，所述输入轴与所述液压泵轴传动连接，所述液压泵轴的一端连接有液压泵，所述第二中间轴的一端连接有液压马达，所述液压泵能够驱动所述液压马达正转或反转；所述输入轴能够通过第一前进离合器、第二前进离合器或后退离合器与所述第一中间轴传动连接，所述第一中间轴和所述第二中间轴的运动能够通过第一行星齿轮合成后通过所述输出轴输出；所述第二中间轴与所述输出轴通过第二行星齿轮传动连接，所述第二行星齿轮设有一制动器。
优选地，所述输入轴固定连接有第一输入齿轮，所述第一输入齿轮固定连接所述第一前进离合器的输入端，所述第一前进离合器的输出端与第二输入齿轮固定连接，所述第二输入齿轮啮合有第一中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第一中间轴固定连接。
优选地，所述输入齿轮啮合有第二中间齿轮，所述第二中间齿轮固定连接所述第二前进离合器的输入端，所述第二前进离合器的输出端与所述第一中间齿轮固定连接；所述第一输入齿轮与所述第二中间齿轮的减速比小于所述第二输入齿轮与所述第一中间齿轮的减速比。
优选地，所述第一输入齿轮固定连接所述后退离合器的输入端，所述后退离合器的输出端固定连接有第三输入齿轮，所述第三输入齿轮啮合有换向齿轮，所述换向齿轮啮合有第三中间齿轮，所述第三中间齿轮与所述第一中间轴固定连接。
优选地，液压泵轴固定连接有与所述输入齿轮相啮合的液压泵齿轮；所述液压泵为双向变量泵，所述液压马达为变量马达。
优选地，所述第一输入齿轮的一端用于与发动机传动连接，所述第一输入齿轮的另一端设有第一取力口；所述第一输入齿轮啮合有取力齿轮，所述取力齿轮固定连接取力轴的一端，所述取力轴与所述箱体转动连接，所述取力轴的另一端设有第二取力口。
优选地，所述第一行星齿轮包括与所述第一中间轴固定连接的第一齿圈、与所述第二中间轴固定连接的第一太阳轮以及固定连接有第四中间齿轮的第一行星架，与所述第一行星架转动连接的第一行星轮与所述第一齿圈和所述第一太阳轮均啮合，所述第四中间齿轮啮合有第一输出齿轮，所述第一输出齿轮与所述输出轴固定连接。
优选地，所述第二中间轴固定连接有第五中间齿轮，所述第五中间齿轮啮合有过渡齿轮，所述过渡齿轮啮合有第二输出齿轮，所述第二输出齿轮与所述第二行星齿轮的第二太阳轮固定连接，所述第二行星齿轮的第二齿圈能够被所述制动器锁死和释放，所述第二行星齿轮的第二行星架与所述输出轴固定连接，与所述第二行星架转动连接的第二行星轮与所述第二齿圈和所述第二太阳轮均啮合。
优选地，前进挡包括三段：第一段为纯液压段，此时仅有所述制动器接合，第二段为液压机械Ⅰ段，此时仅有所述第一前进离合器接合，第三段为液压机械Ⅱ段，此时仅有所述第二前进离合器接合；后退挡包括两段：第一段为纯液压段，此时仅有所述制动器接合，第二段为液压机械段，此时仅有所述后退离合器接合；在空挡时，所述制动器、所述第一前进离合器、所述第二前进离合器和所述后退离合器均不接合。
本发明还提供了一种工程机械，包括如上述技术方案中任一项所述的工程机械用液压机械复合变速箱。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的工程机械用液压机械复合变速箱，前进挡包含纯液压段、液压机械Ⅰ段和液压机械Ⅱ段三段，分别用于前进起步、低速作业和高速行走；倒车挡包含纯液压段和液压机械段，分别用于后退起步和后退作业；纯液压段可实现零速起步，减少离合器起步的滑摩过程，提高了零部件的可靠性；同时纯液压段输出转速精确可控，有利于低速作业过程中的位置和速度的精确控制。
本发明液压泵和液压马达传递部分的发动机功率，齿轮传递部分的发动机功率，通过机械功率和液压功率的复合，利用可提高变速箱的传动效率，此外，本发明通过调整双向变量泵和变量马达的转速还能够实现段内的无级变速。
本发明的第一行星齿轮和第二行星齿轮均为单行星排结构，且仅设有四个操作元件，简化了变速箱的机械结构，减少了变速箱的发热，提高了变速箱的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明工程机械用液压机械复合变速箱的传动简图；
其中：1-箱体，2-输入轴，3-第二输入齿轮，4-第一输入齿轮，5-第三输入齿轮，6-第一前进离合器，7-后退离合器，8-第一中间齿轮，9-第二前进离合器，10-第二中间齿轮，11-换向齿轮，12-第三中间齿轮，13-第一中间轴，14-第一齿圈，15-第一行星架，16-第一太阳轮，17-第四中间齿轮，18-第五中间齿轮，19-第二中间轴，20-过渡齿轮，21-液压马达，22-第二输出齿轮，23-第一输出齿轮，24-第二太阳轮，25-第二齿圈，26-第二行星架，27-制动器，28-输出轴，29-取力齿轮，30-第二取力口，31-取力轴，32-液压泵齿轮，33-液压泵轴，34-第一取力口，35-液压泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本实施例提供了一种工程机械用液压机械复合变速箱，包括箱体1和均与箱体1转动连接的输入轴2、液压泵轴33、第一中间轴13、第二中间轴19和输出轴28，输入轴2与液压泵轴33传动连接，液压泵轴33的一端连接有液压泵35，第二中间轴19的一端连接有液压马达21，液压泵35能够驱动液压马达21正转或反转；输入轴2能够通过第一前进离合器6、第二前进离合器9或后退离合器7与第一中间轴13传动连接，第一中间轴13和第二中间轴19的运动能够通过第一行星齿轮合成后通过输出轴28输出；第二中间轴19与输出轴28通过第二行星齿轮传动连接，第二行星齿轮设有一制动器27。
具体地，输入轴2固定连接有第一输入齿轮4，第一输入齿轮4固定连接第一前进离合器6的输入端，第一前进离合器6的输出端与第二输入齿轮3固定连接，第二输入齿轮3啮合有第一中间齿轮8，第一中间齿轮8与第一中间轴13固定连接。
输入齿轮啮合有第二中间齿轮10，第二中间齿轮10固定连接第二前进离合器9的输入端，第二前进离合器9的输出端与第一中间齿轮8固定连接；第一输入齿轮4与第二中间齿轮10的减速比小于第二输入齿轮3与第一中间齿轮8的减速比，以便从低速作业切换至高速行走时发动机处于经济转速区间内。
第一输入齿轮4固定连接有后退离合器7的输入端，后退离合器7的输出端固定连接有第三输入齿轮5，第三输入齿轮5啮合有换向齿轮11，换向齿轮11的轮轴与箱体1转动连接，换向齿轮11啮合有第三中间齿轮12，第三中间齿轮12与第一中间轴13固定连接。
液压泵轴33固定连接有与输入齿轮相啮合的液压泵齿轮32；液压泵35优选为双向变量泵，液压马达21优选为变量马达，以便于改变输送的功率，液压泵35通过改变变量方向可驱动液压马达21正转或反转，此外，液压泵35也可通过设置换向回路控制液压马达21正转或反转，此时液压泵35优选为变量泵。
第一输入齿轮4的两端均穿出箱体1，第一输入齿轮4的一端用于与发动机传动连接，第一输入齿轮4的另一端设有第一取力口34。第一输入齿轮4还啮合有取力齿轮29，取力齿轮29固定连接取力轴31的一端，取力轴31与箱体1转动连接，取力轴31的另一端穿出箱体1且设有第二取力口30。第一取力口34和第二取力口30均优选为液压泵35，以便于给工程机械的其他设备提供动力。
第一行星齿轮包括与第一中间轴13固定连接的第一齿圈14、与第二中间轴19固定连接的第一太阳轮16以及固定连接有第四中间齿轮17的第一行星架15，与第一行星架15转动连接的第一行星轮与第一齿圈14和第一太阳轮16均啮合，第四中间齿轮17啮合有第一输出齿轮23，第一输出齿轮23与输出轴28固定连接。本实施例利用了行星齿轮能够汇流功率的特性，将液压功率和机械功率汇流并减速后由输出轴28输出，使发动机的特性与工程机械的动力轮更加匹配，能够使发动机保持经济转速并降低噪声。
第二中间轴19固定连接有第五中间齿轮18，第五中间齿轮18啮合有过渡齿轮20，过渡齿轮20的轮轴可与箱体1转动连接，过渡齿轮20啮合有第二输出齿轮22，第二输出齿轮22与第二行星齿轮的第二太阳轮24固定连接，第二行星齿轮的第二齿圈25能够被制动器27锁死和释放，制动器27可与箱体1固定连接，第二行星齿轮的第二行星架26与输出轴28固定连接，与第二行星架26转动连接的第二行星轮与第二齿圈25和第二太阳轮24均啮合。第二行星齿轮具有减速比大的优点，适合于零速起步，且可显著减小变速箱的体积。
本实施例工程机械用液压机械复合变速箱的前进挡包括三段：第一段为纯液压段，此时仅有制动器27接合，第二段为液压机械Ⅰ段，此时仅有第一前进离合器6接合，第三段为液压机械Ⅱ段，此时仅有第二前进离合器9接合；后退挡包括两段：第一段为纯液压段，此时仅有制动器27接合，第二段为液压机械段，此时仅有后退离合器7接合；在空挡时，制动器27、第一前进离合器6、第二前进离合器9和后退离合器7均不接合。详见下表。
Figure BDA0001964603230000061
下面对本实施例在各段的功率传输路径作简要说明。
前进纯液压段：发动机的功率经过输入轴2、第一输入齿轮4、液压泵齿轮32、液压泵轴33传递到液压泵35，液压泵35的功率经过液压马达21传递到第二中间轴19、过渡齿轮20、第二输出齿轮22然后传递到第二太阳轮24，第二太阳轮24通过第二行星架26将功率传递到输出轴28。
前进液压机械Ⅰ段：发动机的功率分为两路，机械路经过输入轴2、第一输入齿轮4、第一前进离合器6、第二输入齿轮3、第一中间齿轮8传递给第一齿圈14；液压路经过输入轴2、第一输入齿轮4、液压泵齿轮32、液压泵轴33传递到液压泵35，液压泵35的功率经过液压马达21传递到第二中间轴19然后传递给第一太阳轮16，第一齿圈14和第一太阳轮16的两路功率汇合后，经过第一行星架15、第四中间齿轮17、第一输出齿轮23将功率传递到输出轴28。
前进液压机械Ⅱ段：发动机的功率分为两路，机械路经过输入轴2、第一输入齿轮4、第二中间齿轮10、第二前进离合器9、第一中间齿轮8传递给第一齿圈14；液压路经过输入轴2、第一输入齿轮4、液压泵齿轮32、液压泵轴33传递到液压泵35，液压泵35的功率经过液压马达21传递到第二中间轴19然后传递给第一太阳轮16，第一齿圈14和第一太阳轮16的两路功率汇合后，经过第一行星架15、第四中间齿轮17、第一输出齿轮23将功率传递到输出轴28。需要说明的是：液压机械Ⅰ段和液压机械Ⅱ段之间的换段，液压马达21转速不连续，需要通过调整液压马达21的转速，并使第一前进离合器6释放、第二前进离合器9接合，减小变速箱功率传递的机械路径的减速比，才能进行换段升速。由于液压机械Ⅰ段和液压机械Ⅱ段之间的切换通常在车速20km/h左右，高于常用作业车速，属于高速行走工况，本实施例的调整速差换段的方式普遍可以接受。
后退纯液压段：与前进纯液压段的功率路径相同，区别仅为通过调整液压泵35的变量方向，实现液压马达21的转向改变，进而实现倒车的零速起步。
后退液压机械段：发动机的功率分为两路，机械路经过输入轴2、第一输入齿轮4、后退离合器7、第三输入齿轮5、换向齿轮11、第三中间齿轮12传递给第一齿圈14，第一齿圈14相对于前进时反转；液压路经过输入轴2、第一输入齿轮4、液压泵齿轮32、液压泵轴33传递到液压泵35，液压泵35的功率经过液压马达21传递到第二中间轴19然后传递给第一太阳轮16，第一太阳轮16相对于前进时反转；第一齿圈14和第一太阳轮16的两路功率汇合后，经过第一行星架15、第四中间齿轮17、第一输出齿轮23将功率传递到输出轴28，输出轴28相对于前进时亦反转。
本实施例还提供了一种工程机械，包括上述的工程机械用液压机械复合变速箱。本实施的工程机械具有上述工程机械用液压机械复合变速箱的全部的技术特征和有益技术效果，在此不再赘述。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：包括箱体和均与所述箱体转动连接的输入轴、液压泵轴、第一中间轴、第二中间轴和输出轴，所述输入轴与所述液压泵轴传动连接，所述液压泵轴的一端连接有液压泵，所述第二中间轴的一端连接有液压马达，所述液压泵能够驱动所述液压马达正转或反转；所述输入轴能够通过第一前进离合器、第二前进离合器或后退离合器与所述第一中间轴传动连接，所述第一中间轴和所述第二中间轴的运动能够通过第一行星齿轮合成后通过所述输出轴输出；所述第二中间轴与所述输出轴通过第二行星齿轮传动连接，所述第二行星齿轮设有一制动器，所述第二中间轴固定连接有第五中间齿轮，所述第五中间齿轮啮合有过渡齿轮，所述过渡齿轮啮合有第二输出齿轮，所述第二输出齿轮与所述第二行星齿轮的第二太阳轮固定连接，所述第二行星齿轮的第二齿圈能够被所述制动器锁死和释放，所述第二行星齿轮的第二行星架与所述输出轴固定连接，与所述第二行星架转动连接的第二行星轮与所述第二齿圈和所述第二太阳轮均啮合。
2.根据权利要求1所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：所述输入轴固定连接有第一输入齿轮，所述第一输入齿轮固定连接所述第一前进离合器的输入端，所述第一前进离合器的输出端与第二输入齿轮固定连接，所述第二输入齿轮啮合有第一中间齿轮，所述第一中间齿轮与所述第一中间轴固定连接。
3.根据权利要求2所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：所述第一输入齿轮啮合有第二中间齿轮，所述第二中间齿轮固定连接所述第二前进离合器的输入端，所述第二前进离合器的输出端与所述第一中间齿轮固定连接；所述第一输入齿轮与所述第二中间齿轮的减速比小于所述第二输入齿轮与所述第一中间齿轮的减速比。
4.根据权利要求2所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：所述第一输入齿轮固定连接所述后退离合器的输入端，所述后退离合器的输出端固定连接有第三输入齿轮，所述第三输入齿轮啮合有换向齿轮，所述换向齿轮啮合有第三中间齿轮，所述第三中间齿轮与所述第一中间轴固定连接。
5.根据权利要求2所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：液压泵轴固定连接有与所述第一输入齿轮相啮合的液压泵齿轮；所述液压泵为双向变量泵，所述液压马达为变量马达。
6.根据权利要求2所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：所述第一输入齿轮的一端用于与发动机传动连接，所述第一输入齿轮的另一端设有第一取力口；所述第一输入齿轮啮合有取力齿轮，所述取力齿轮固定连接取力轴的一端，所述取力轴与所述箱体转动连接，所述取力轴的另一端设有第二取力口。
7.根据权利要求1所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：所述第一行星齿轮包括与所述第一中间轴固定连接的第一齿圈、与所述第二中间轴固定连接的第一太阳轮以及固定连接有第四中间齿轮的第一行星架，与所述第一行星架转动连接的第一行星轮与所述第一齿圈和所述第一太阳轮均啮合，所述第四中间齿轮啮合有第一输出齿轮，所述第一输出齿轮与所述输出轴固定连接。
8.根据权利要求1所述的工程机械用液压机械复合变速箱，其特征在于：前进挡包括三段：第一段为纯液压段，此时仅有所述制动器接合，第二段为液压机械Ⅰ段，此时仅有所述第一前进离合器接合，第三段为液压机械Ⅱ段，此时仅有所述第二前进离合器接合；后退挡包括两段：第一段为纯液压段，此时仅有所述制动器接合，第二段为液压机械段，此时仅有所述后退离合器接合；在空挡时，所述制动器、所述第一前进离合器、所述第二前进离合器和所述后退离合器均不接合。
9.一种工程机械，其特征在于：包括如权利要求1-8中任一项所述的工程机械用液压机械复合变速箱。
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