CN109826840B - 一种动力换挡变速箱压力缓冲阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，包括设置在缓冲阀壳体内的阀套、缓冲弹簧座和阀芯；缓冲弹簧座和阀芯被阀套上的定位部隔开分别位于阀套的两端；阀套一端端部与缓冲弹簧座之间设置多级缓冲弹簧；阀芯与定位部之间设置调节弹簧；阀套另一端端部由一螺塞封堵；螺塞与阀芯的接触面间形成作用面油腔；阀芯与阀套之间的空间形成具有工作泄油口的进油腔，阀芯与缓冲弹簧座之间包围有调节弹簧的空间形成具有缓冲油腔泄油口的缓冲油腔。本方案可以实现湿式离合器包快速充油的同时，降低Kiss Point段的主、从动片结合压力，有效减少变速箱换挡等挡时间，降低结合冲击转矩，提升了变速箱的换挡平顺性及可靠性，安装、维修方便。

Description

一种动力换挡变速箱压力缓冲阀

技术领域

本发明属于液压技术领域，具体涉及到一种动力换挡变速箱用压力缓冲阀。

背景技术

动力换挡变速箱可以实现换挡过程动力不中断，因此被广泛应用于非道路工程机械上，如装载机、平地机、越野轮胎吊等。压力缓冲阀作为变速箱换挡执行机构的重要元件，在换挡过程中可以实现湿式离合器包的油压上升曲线控制，通过油压控制离合器主、从动摩擦片滑摩过程，使车辆平稳加速，减小换挡冲击转矩。

理想的油压上升曲线如图3所示，整个结合过程可以分为四个阶段：空行程段S1、半接合Kiss point段S2、滑摩段S3、快速压紧段S4。空行程段希望离合器包快速充油，减小等挡时间，Kiss point段的结合油压要尽量低，减小主、从动摩擦片结合瞬间的换挡冲击，滑摩段油压要缓慢上升，使主、从动摩擦片平稳滑摩，实现转速同步，压紧段油压要快速上升，使离合器满足大扭矩传递需求。

压力缓冲阀的压力曲线调节难点在于：如果要保证空行程段快速大流量充油，降低等挡时间，则很难控制Kiss point段的低结合油压，造成主、从动摩擦片结合瞬间换挡冲击。如果优先保证Kiss point段低结合油压，则需要减小空行程段的充油流量，造成等挡时间增加，给操作员带来较差的驾驶体验。现有压力缓冲阀技术方案很难同时满足等挡时间、换挡冲击两个矛盾的技术指标。

为了减小湿式离合器包结合时的压力冲击，比较常见的解决方案是在离合器包的充油油路上增加节流塞，节流塞的直径一般在φ2.5mm左右，通过节流塞减少离合器包的充油流量，基本可以达到减缓冲击的目的。如在专利CN201520892183.2中，增加了节流塞81，以减少马达制动器离合器油腔中的冲击压力过大问题。该技术方案虽然可以减小变速箱离合器充油过程换挡冲击，但由于充油流量减小，会显著增加离合器消除空行程的时间，造成动力中断时间延长，同时驾驶员会明显感觉到“等挡”时间增加，带来较差的驾驶体验，且在传动油温度较低的条件下，油液粘度增大，该影响会更加明显。

在文献《自动变速器平稳结合阀动态特性仿真研究》文献中，公开了一种工程机械用液力变速箱平稳结合阀，它属于减压型调节阀，调压阀阀芯的一端与蓄压器弹簧相连，当离合器包充满油后，通过节流口O1进入蓄压器背腔的压力油推动蓄压器柱塞逐渐左移并压缩弹簧，使调压阀控制的系统油压逐渐上升，实现调压目标。虽然该平稳结合阀可以起到一定的压力缓冲效果，但其为整体式结构，必须集成在换挡阀块中，无法灵活进行布置，且其结构较复杂，生产、制造成本均较高，不利于维修。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：

本发明将公开一种全新动力换挡变速箱用压力缓冲阀，可以实现湿式离合器包快速充油的同时，降低Kiss Point段的主、从动片结合压力，有效减少变速箱换挡等挡时间，降低结合冲击转矩，提升了变速箱的换挡平顺性及可靠性。

该新型压力缓冲阀采用整体插装连接方式，可实现在变速箱上的灵活布置，可安装在尽可能靠近湿式离合器包的位置，保证压力调节的精准性，安装、维修均比较方便。阀芯缓冲孔径采用模块化设计，可实现不同空行程离合器包的匹配。

本发明提供的技术方案：

一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，包括设置在缓冲阀壳体内阀套和可相对阀套运动的缓冲弹簧座和阀芯；

阀套上设置一位置固定的定位部，缓冲弹簧座和阀芯被定位部隔开分别位于阀套的两端；

阀套一端端部与缓冲弹簧座之间设置多级缓冲弹簧；

阀芯与定位部之间设置调节弹簧；

阀套另一端端部由一螺塞封堵；螺塞与阀芯的接触面间形成作用面油腔；

阀芯与阀套之间的空间形成进油腔，阀芯与缓冲弹簧座之间包围有调节弹簧的空间形成缓冲油腔；

进油腔设置用于泄油的工作泄油口，缓冲油腔设置用于泄油的缓冲油腔泄油口；工作泄油口、缓冲油腔泄油口通过泄油腔相连至变速箱润滑油道；

进油腔通过作用面腔阻尼孔与作用面油腔相连通；进油腔通过缓冲腔阻尼孔与缓冲油腔相连通；

进油腔上还设置与外部连通的进油口和出油口；

阀芯相对阀套处于第一区间位置时，阀芯使工作泄油口关闭、缓冲油腔泄油口开启；

阀芯相对阀套处于第二区间位置时，阀芯使工作泄油口保持关闭、缓冲油腔泄油口逐渐关闭；

阀芯相对阀套处于第三区间位置时，阀芯使工作泄油口逐渐开启、缓冲油腔泄油口保持关闭；

阀芯相对阀套处于第四区间位置时，阀芯使工作泄油口逐渐关闭、缓冲油腔泄油口保持关闭。

进一步地，在缓冲弹簧座内设置一缓冲位移限制销，所述缓冲位移限制销与缓冲弹簧座可由缓冲油腔推动压缩多级缓冲弹簧运动，并由缓冲位移限制销限定最大运动距离。

进一步地，所述多级缓冲弹簧包括由内而外依次套设的内缓冲弹簧、中间缓冲弹簧和外缓冲弹簧。

进一步地，所述多级缓冲弹簧中，内缓冲弹簧刚度最小，长度最长；外缓冲弹簧刚度最大，长度最小。

进一步地，内缓冲弹簧始终处于压缩状态。

进一步地，缓冲弹簧座与阀套、缓冲阀壳体之间包围多级缓冲弹簧的空间为弹簧油腔；弹簧油腔上设置与变速箱润滑油道连通的弹簧腔泄油口。

进一步地，压力缓冲阀整体密封设置在进油端盖上的孔中。

进一步地，缓冲阀壳体的开口端螺纹连接在进油端盖上，将阀套一端压紧在进油端盖上的孔中，通过缓冲阀壳体的封闭端限定缓冲位移限制销的最大运动距离。

进一步地，所述缓冲腔阻尼孔采用标准的孔径可调的阻尼孔。

进一步地，所述缓冲腔阻尼孔、作用面腔阻尼孔均通过螺纹连接方式固定在阀芯内的油道两端。

本发明所达到的有益效果：

1）当动力换挡变速箱在进行换挡操作时，希望等挡时间尽量短，同时换挡冲击尽量小。通过本发明的压力缓冲阀，可显著降低湿式离合器包的充油时间，同时降低KissPoint段的结合压力，降低湿式离合器结合冲击，提升了变速箱的可靠性及整车换挡舒适性。

2）缓冲腔阻尼孔14、作用面腔阻尼孔16采用了模块化设计理念，可以方便进行孔径的更换，同时满足不同行程离合器包、不同吨位车辆的需求。

3）压力缓冲阀采用插装式安装方法，结构相比现有技术方法大大简化，可以在满足性能要求的前提下，降低制造加工成本及安装维修难度。压力缓冲阀可灵活布置在变速箱最接近湿式离合器包的位置，显著提高油压控制的精确性。

附图说明

图1 压力缓冲阀结构图。

图2 压力缓冲阀油口及油腔图。

图3理想离合器包油压结合曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的其中一种形式的压力缓冲阀采用图1所示的结构。压力缓冲阀通过螺纹连接方式插装在变速箱进油端盖1上的孔中。压力缓冲阀主要由缓冲阀壳体2、阀套3、外缓冲弹簧4、中间缓冲弹簧5、内缓冲弹簧6、缓冲位移限制销7、缓冲弹簧座8、定位销9、壳体密封圈10、调节弹簧座11、调节弹簧12、阀芯13、缓冲腔阻尼孔14、阀套密封圈15、作用面腔阻尼孔16、螺塞密封圈17、螺塞18组成。

压力缓冲阀通过螺纹连接方式旋入进油端盖1中，壳体密封圈10放置在缓冲阀壳体2侧面朝向端盖1孔壁的凹槽中，通过与进油端盖1上的锥面配合，实现密封。

阀套3上端通过旋紧在端盖1上的缓冲阀壳体2压紧在端盖1上的孔中，阀套3中部通过一个设在其外表面上的凸台将阀套密封圈15压紧在端盖1孔壁上的凸台上，实现进油腔与泄油腔之间的密封。

通过在阀套3上开一对通孔，将定位销9沿阀套3的径向插入阀套3中。缓冲弹簧座8放置于阀套3内定位销9的上方，缓冲弹簧座8通过定位销9对位移的下限进行限制。阀芯13设置于阀套3内定位销9的下方，阀芯13与定位销9之间设置调节弹簧12，为更好地保持调节弹簧12的运动方向，可以在定位销9的下方设定一可容纳调节弹簧12的调节弹簧座11，使调节弹簧12由阀芯13的一端和调节弹簧座11夹持。阀芯13另一端由阀套3底部的螺塞18封堵在阀套3中。

在其他实施方式，定位销9可以采用其他结构形式的设在阀套3上位置固定的定位部，由定位部将缓冲弹簧座8和阀芯13在阀套内隔开，用来限定缓冲弹簧座8位移的下限和限定阀芯13对调节弹簧12压缩时的固定。在其他实施方式中，调节弹簧座11也可以省略或由定位部上设置的容纳座代替。

在缓冲弹簧座8内设置一缓冲位移限制销7，缓冲位移限制销7外部与缓冲弹簧座8之间的空间依次套设内缓冲弹簧6和中间缓冲弹簧5，中间缓冲弹簧5外部位于缓冲弹簧座8顶沿、中间缓冲弹簧5与阀套3之间的空间中套设外缓冲弹簧4。三根弹簧中，内缓冲弹簧6刚度最小，长度最长；外缓冲弹簧4刚度最大，长度最小。

初始状态，外缓冲弹簧4装配在缓冲弹簧座8的凸台上，处于自由状态。中间缓冲弹簧5装配在缓冲弹簧座8孔底部，处于自由状态。内缓冲弹簧6装配在缓冲弹簧座8孔底部，处于压紧状态。缓冲位移限制销7装配在缓冲弹簧座8孔底部。

螺塞18通过螺纹旋入阀套3底部螺纹中，螺塞密封圈17压紧在两者之间实现密封。

初始状态，阀芯13通过调节弹簧12向下压紧在螺塞18上，调节弹簧座11通过调节弹簧12向上压紧固定在定位销9上。

缓冲腔阻尼孔14、作用面腔阻尼孔16均通过螺纹连接方式，固定在阀芯13内的油道两端上。

油口及油腔说明：

1）如图2所示，基于各部件的连接关系，共形成4个油腔，作用面油腔Q1、进油腔Q2、缓冲油腔Q3、弹簧油腔Q4；

阀芯13与螺塞18的接触面间形成作用面油腔Q1；

阀芯13与阀套3之间的空间形成进油腔Q2，阀芯13与缓冲弹簧座8之间包围有调节弹簧12的空间形成缓冲油腔Q3；

缓冲位移限制销7外部、缓冲弹簧座8与阀套3、缓冲阀壳体2之间的空间为弹簧油腔Q4。

2）作用面油腔Q1通过作用面腔阻尼孔16与进油腔Q2相连；缓冲油腔Q3通过缓冲腔阻尼孔14与进油腔Q2相连。

3）压力缓冲阀共有5个油口，P口连接从换挡阀过来的高压油至进油腔Q2，A口连接进油腔Q2至湿式离合器包进油油道，T1为阀芯13工作泄油口，T2为缓冲油腔泄油口，T3为弹簧腔泄油口。泄油口T1可以与进油腔Q2连通，泄油口T2可以与缓冲油腔Q3连通，泄油口T3始终与弹簧油腔Q4连通。

4）初始状态，阀芯13在调节弹簧12力作用下，压紧在螺塞18上。阀芯13最下端设计一个小凸台131，能保证作用面油腔Q1有一个较小的死区体积，进而提高进油响应速度。

5）初始状态，泄油口T1与阀芯13之间存在负遮盖量，因此初始状态，泄油口T1处于封闭状态；

6）初始状态，泄油口T2与阀芯13之间存在正遮盖量，因此初始状态，泄油口T2处于开启状态；

7）泄油口T3一直处于开启状态，可以保证弹簧油腔Q4一直充满油，为三个缓冲弹簧提供润滑油液，并保证一定的阻尼，使弹簧运动更平稳。

8）泄油口T1、泄油口T2、泄油口T3通过缓冲阀壳体2、阀套3之间的泄油腔相连在一起，并通过端盖1上的总泄油口，汇流至变速箱润滑油道。

工作原理及主要发明点说明：

1）泄油口T1与阀芯13之间设计为负遮盖，在初始状态，泄油口T1处于封闭状态，换挡瞬间，当油液从P口进入进油腔Q2时，油液不会从泄油口T1泄露，绝大部分的油均从进油腔Q2通过A口进入湿式离合器包，保证离合器包快速充油，迅速消除空行程，降低等挡时间。

2）在A口迅速充油的同时，进油腔Q2中小部分油液通过作用面腔阻尼孔16进入作用面油腔Q1，通过缓冲腔阻尼孔14进入缓冲油腔Q3，此时进入作用面油腔Q1的油液开始克服调节弹簧12的预紧力，推动阀芯13向上运动，泄油口T2与阀芯13正遮盖量首先消失，此时缓冲油腔Q3变为密闭容腔，为下一步油压缓冲做好准备。

3）泄油口T2关闭后，阀芯13继续向上运动，直至泄油口T1负遮盖量消失，此时进油腔Q2的油开始从泄油口T1泄掉，进入湿式离合器包的油液迅速减少，油压降低，保证湿式离合器包的主、从动摩擦片在Kiss Point段处于较低的压力下,减少结合瞬间的换挡冲击。

4）新型压力缓冲阀的创新之处在于，缓冲油腔Q3与进油腔Q2之间采用一个标准的孔径可调的缓冲腔阻尼孔14。针对不同空行程的离合器包，可以方便的更换不同孔径的缓冲腔阻尼孔14，保证在主、从动摩擦片在Kiss Point点之前，打开泄油口T1，在实现离合器包快速充油的同时，降低Kiss Point段的结合压力。

5）主、从动摩擦片结合后，油液不再进入湿式离合器包。油液继续通过缓冲腔阻尼孔14进入缓冲油腔Q3，由于缓冲油腔Q3已经是密闭空间，此时油液开始推动缓冲弹簧座8及缓冲位移限制销7向上运动，同时泄油口T1正遮盖量开始缓慢减小，使进油腔油压逐渐上升，并推动缓冲弹簧座8及缓冲位移限制销7继续向上运动，中间缓冲弹簧5首先被压缩，然后外缓冲弹簧4也开始被压缩，当缓冲位移限制销7接触到最上端的缓冲阀壳体2时，整个油压缓冲过程结束。由于不再有油液流过缓冲腔阻尼孔14，作用面油腔Q1与缓冲油腔Q3的压力达到平衡，阀芯13在调节弹簧12的作用下，向下运动至泄油口T1正遮盖量为0的位置，此时泄油口T1关闭不再泄油，进油腔油压迅速跃升至变速箱系统油压，保证湿式离合器包的大扭矩传递。

6）新型压力缓冲阀的创新之处在于，同时采用3根缓冲弹簧：外缓冲弹簧4、中间缓冲弹簧5、内缓冲弹簧6，内缓冲弹簧6刚度最小，且初始处于压缩状态，实现Kiss Point段较小的结合压力。中间缓冲弹簧5刚度大于内缓冲弹簧6，两个弹簧刚度之和决定了湿式离合器主、从动摩擦片滑摩段的油压上升斜率，保证滑摩平稳。外缓冲弹簧4的刚度最大，且在缓冲后期才起作用，可以保证主、从动摩擦片滑摩结束后，获得具有较大油压上升斜率的快速压紧段，此时油压相对快速上升，满足湿式离合器大转矩传递需求。

7）新型压力缓冲阀的创新之处在于，缓冲油腔与进油腔之间采用一个标准的孔径可调的阻尼孔，可以对滑摩段、快速压紧段油压上升时间进行调整，对于大吨位重载车辆，离合器滑摩时间较长，可以采用小孔径阻尼孔，增大滑摩时间。对于小吨位重载车辆，离合器滑摩时间较短，可以采用大孔径阻尼孔，减小滑摩时间。

在其他实施方式中，针对缓冲腔阻尼孔14、作用面腔阻尼孔16，为降低阻尼孔采购成本，在确定孔径后，也可直接加工成相应直径的短节流孔口，可实现同样的压力缓冲目标。

本发明可应用于动力换挡变速箱，也可拓展应用到采用湿式离合器包的减速机、驱动桥制动装置或变速箱闭锁离合器等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，包括设置在缓冲阀壳体内阀套和可相对阀套运动的缓冲弹簧座和阀芯；

阀套上设置一位置固定的定位销，缓冲弹簧座和阀芯被定位销隔开分别位于阀套的两端；

阀套一端端部与缓冲弹簧座之间设置多级缓冲弹簧；

阀芯与定位销之间设置调节弹簧；

阀套另一端端部由一螺塞封堵；螺塞与阀芯的接触面间形成作用面油腔；

阀芯与阀套之间的空间形成进油腔，阀芯与缓冲弹簧座之间包围有调节弹簧的空间形成缓冲油腔；

进油腔设置用于泄油的工作泄油口，缓冲油腔设置用于泄油的缓冲油腔泄油口；工作泄油口、缓冲油腔泄油口通过泄油腔相连至变速箱润滑油道；

进油腔通过作用面腔阻尼孔与作用面油腔相连通；进油腔通过缓冲腔阻尼孔与缓冲油腔相连通；

进油腔上还设置与外部连通的进油口和出油口；

阀芯相对阀套处于第一区间位置时，阀芯使工作泄油口关闭、缓冲油腔泄油口开启；

阀芯相对阀套处于第二区间位置时，阀芯使工作泄油口保持关闭、缓冲油腔泄油口逐渐关闭；

阀芯相对阀套处于第三区间位置时，阀芯使工作泄油口逐渐开启、缓冲油腔泄油口保持关闭；

阀芯相对阀套处于第四区间位置时，阀芯使工作泄油口逐渐关闭、缓冲油腔泄油口保持关闭。

2.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，在缓冲弹簧座内设置一缓冲位移限制销，所述缓冲位移限制销与缓冲弹簧座可由缓冲油腔推动压缩多级缓冲弹簧运动，并由缓冲位移限制销限定最大运动距离。

3.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，所述多级缓冲弹簧包括由内而外依次套设的内缓冲弹簧、中间缓冲弹簧和外缓冲弹簧。

4.根据权利要求3所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，所述多级缓冲弹簧中，内缓冲弹簧刚度最小，长度最长；外缓冲弹簧刚度最大，长度最小。

5.根据权利要求3所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，内缓冲弹簧始终处于压缩状态。

6.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，缓冲弹簧座与阀套、缓冲阀壳体之间包围多级缓冲弹簧的空间为弹簧油腔；弹簧油腔上设置与变速箱润滑油道连通的弹簧腔泄油口。

7.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，压力缓冲阀整体密封设置在进油端盖上的孔中。

8.根据权利要求2所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，缓冲阀壳体的开口端螺纹连接在进油端盖上，将阀套一端压紧在进油端盖上的孔中，通过缓冲阀壳体的封闭端限定缓冲位移限制销的最大运动距离。

9.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，所述缓冲腔阻尼孔采用标准的孔径可调的阻尼孔。

10.根据权利要求1所述的一种动力换挡变速箱压力缓冲阀，其特征是，所述缓冲腔阻尼孔、作用面腔阻尼孔均通过螺纹连接方式固定在阀芯内的油道两端。