CN110469560A - 一种可换段的汇流装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可换段的汇流装置及其应用，包括箱体、输入轴Ⅰ，输入轴Ⅱ和输出轴，输入轴Ⅱ上设置有第三齿轮、第四齿轮，且第三齿轮、第四齿轮分别通过离合器A、离合器B安装在输入轴Ⅱ上；输入轴Ⅰ上设置有第一齿轮和行星轮系Ⅰ，且第一齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架连接；输出轴上设置有第二齿轮和行星轮系Ⅱ，且第二齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈连接；本发明可实现液压机械复合传动系统性能测试过程中液压功率流和机械功率流的汇流输出，并且可实现三个段位的变化，从而实现机械和液压功率流的比例测试与分配及换段动态性能的测试，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试。

Description

一种可换段的汇流装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种可换段的汇流装置及其应用，适用于液压机械功率流复合传动系统性能测试的汇流装置，属于液压机械复合传动系统的性能试验技术领域。

背景技术

工程机械、拖拉机等传动功率大、速度变化范围宽、作业条件复杂，随着社会经济和技术的发展，对其动力性、燃油经济性、地面适应性、生产率、以及操作自动化水平要求越来越高，因此发动机的性能得不到充分的发挥利用。节能减排己成为当今全球的主题，车辆的变速传动系统对车辆性能的提高起着核心作用，液压机械无级变速传动是一类由液压功率流与机械功率流组合传递动力的功率分流液压机械复合传动形式，能够通过机械传动实现高效率的大功率动力传动，通过液压传动实现无级变速，在大功率车辆上表现出良好的应用前景。液压机械无级变速器是将静液压传动良好的无级调速性能和机械传动较高的稳态效率这两者的优点结合起来，从而得到一个既有无级变速性能，又有较高效率和高效区的分布有利的变速传动装置。因此设计开发高性能液压机械无级变速器是液压机械复合传动系统成为大功率车辆技术研究和应用的关键所在。

液压机械无级变速器由机械传动单元、泵一马达液压无级变速传动单元、将动力进行分流或汇流的行星齿轮机构、自动变速电子控制装置与驱动系统等部分构成。当机械变速机构传动比确定时，调节液压无级变速单元的传动比，能够使液压机械复合传动系统的传动比在一定范围内实现无级变化，从而使动力经分流、无级变速和汇流后输出，实现大功率高效无级变速传动，因此这种功率分流液压机械复合传动系统兼具了纯机械传动系统的高传动效率和纯液压传动系统的无级变速的优点。目前设计开发液压机械无级变速器并进行性能测试都是在产品进行样机试制，然后在专门的试验台架或装置进行测试试验，并且通过一些列的测试试验，试制样机产品的液压传动单元和机械传动单元往往不是最佳的设计匹配方案，甚至可能出现重新试制产品，导致了产品设计开发的成本比较高和周期比较长，耗费了大量的人力物力。虽然目前的计算机仿真及虚拟样机技术发展大大缩短了产品的设计周期和成本，但由于仿真条件和真实工况条件的不符合性，也会导致产品开发的不确定性。液压机械复合传动系统的综合性能是由液压和机械功率流各自的性能及它们的共同作用所决定，机械传动单元的传动效率特性比较稳定，但静液压传动单元的传动效率相对于机械传动比较低，组成静液压传动单元的液压泵、液压马达、控制阀组及连接管路等部件在整个系统单元中都存在效率的问题，而且影响单元整体传动效率的泵和马达的容积效率和机械效率随速度的变化而不断变化，传动效率不稳定。因此保持液压传动单元的无级变速能力的前提下，提高其效率峰值并扩大常用工况下的高效区，目的是为了保证液压机械复合传动系统传动效率和使用性能。

功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台将动力源输入功率经分流机构分成液压功率流和机械功率流然后经汇流后输出到加载系统中，因此汇流装置对传动系统的性能测试起到至关重要的作用，目前的复合传动系统的汇流装置都是采用的行星齿轮机构，传动特性功能单一，无法满足复合传动系统针对多种工况的汇流装置的性能测试，如果改变汇流装置参数就要重新设计安装汇流装置进行传动系统的性能测试试验，提高了测试时间和成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种可换段的汇流装置，该装置可实现液压机械复合传动系统性能测试过程中液压功率流和机械功率流的汇流输出，并且汇流装置可实现三个段位的变化、机械和液压功率流的比例测试与分配及换段动态性能的测试，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试，最终实现机械和液压功率流的最优组合复合传动系统方案。

本发明还提供了上述一种可换段的汇流装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种可换段的汇流装置，包括箱体、输入轴Ⅰ，输入轴Ⅱ和输出轴，输入轴Ⅰ和输入轴Ⅱ外伸箱体同一侧，输出轴外伸箱体另一侧；

在箱体内部，输入轴Ⅱ上设置有第三齿轮、第四齿轮，且第三齿轮、第四齿轮分别通过离合器A、离合器B安装在输入轴Ⅱ上；输入轴Ⅰ上设置有第一齿轮和行星轮系Ⅰ，且第一齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架连接；输出轴上设置有第二齿轮和行星轮系Ⅱ，且第二齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈连接；

输入轴Ⅰ与行星轮系Ⅰ、行星轮系Ⅱ的太阳轮连接，输出轴与行星轮系Ⅱ的行星架连接，行星轮系Ⅱ的行星架与行星轮系Ⅰ的齿圈连接；第一齿轮与第四齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合。

优选的，所述箱体包括上箱体和下箱体，上箱体和下箱体通过螺栓连接。此设计的好处是，采用上、下箱体可拆卸式连接，方便零部件组装，同时便于后期的维护保养。

优选的，所述输入轴Ⅱ的两端与箱体之间通过轴承连接。

优选的，所述输入轴Ⅰ的一端、输出轴的一端与箱体之间分别通过轴承连接。

优选的，所述输出轴上设置有制动器，制动器一端与第二齿轮联接，另一端与箱体联接。

一种可换段的汇流装置的工作方法，将该汇流装置应用到液压机械复合系统测试试验台，液压机械复合系统测试试验台的系统方案主要由交流伺服电动机、分流装置、液压传动单元、汇流装置和液压加载系统组成，利用组成的试验台进行液压传动单元的性能测试，该汇流装置的工作方法包括以下步骤：

通过离合器A、离合器B不同的接合状态实现汇流装置不同的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器A接合时，输入轴Ⅱ外伸联接机械传动单元，第二齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈联接，第二齿轮与第三齿轮构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅱ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，输入轴Ⅰ外伸联接液压传动单元输出轴，汇流装置输出轴与行星轮系Ⅱ的行星架联接，此时汇流装置输出轴的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ转速的增大而增大，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动；

(2)液压传动单元反向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器B接合时，输入轴Ⅱ外伸联接机械传动单元，第一齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架联接,第四齿轮与第一齿轮构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅰ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，输入轴Ⅰ外伸联接液压传动单元输出轴，汇流装置输出轴与行星轮系Ⅰ的齿圈联接，此时汇流装置输出轴的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ转速的增大而减小，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动；

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器A和离合器B断开，制动器闭合时，行星轮系Ⅱ的齿圈被制动，行星轮系Ⅱ由两个自由度变成一个自由度，机械传动单元联接的输入轴Ⅱ不进行功率传递，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ功率输入，汇流装置输出轴功率输出；

当离合器A和离合器B都接合，同时分流装置中离合器L1和离合器L2都断开，行星轮系Ⅰ和行星轮系Ⅱ三元件速度相同，构成传动比为1的直接挡传动，同时机械传动单元联接的输入轴Ⅱ没有功率的输入，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ功率输入，汇流装置输出轴功率输出。

本发明的有益效果在于：

1)本发明可换段的汇流装置，可实现液压机械复合传动系统性能测试过程中液压功率流和机械功率流的汇流输出，并且汇流装置可实现三个段位的变化，使液压机械复合传动系统性能测试试验范围扩大，可实现机械和液压功率流的比例测试与分配及换段动态性能的测试，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试，最终实现机械和液压功率流的最优组合复合传动系统方案。并为日后投产应用液压机械复合传动系统的车辆提供动力性能优化。本发明汇流装置还可为电力和机械复合传动系统提供功率的汇流输出。

2)本发明汇流装置采用行星轮系传动和斜齿轮传动，使汇流装置结构紧凑简单可靠，测试试验稳定性良好，结构设计合理、可实现三个段位的变化，不需要单独更换汇流装置、节约试验时间和成本。

附图说明

图1为本发明可换段的汇流装置结构装配图；

图2为本发明可换段的汇流装置输入轴Ⅱ总成结构图；

图3为本发明可换段的汇流装置输出轴总成结构图；

图4为本发明可换段的汇流装置输入轴Ⅰ总成结构图；

图5为本发明可换段的汇流装置传动原理图；

图6为本发明可换段的汇流装置应用方案原理图；

其中：1-输入轴Ⅱ总成；2-法兰盘Ⅱ；3-输出轴总成；4-法兰盘Ⅰ；5-下箱体；6-输入轴Ⅰ总成；7-上箱体；8-交流伺服电动机；9-分流装置；10-液压传动单元；11-汇流装置；12-液压加载系统；

101-轴承；102-第三齿轮；103-离合器A；104-第四齿轮；105-离合器B；106-输入轴Ⅱ；

301-行星轮系Ⅱ；302-第二齿轮；303-制动器；304-轴承；305-输出轴；

601-输入轴Ⅰ；602-轴承；603-第一齿轮；604-行星轮系Ⅰ。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种可换段的汇流装置，该汇流装置包括输入轴Ⅱ总成1、法兰盘Ⅱ2、输出轴总成3、法兰盘Ⅰ4、下箱体5、输入轴Ⅰ总成6和上箱体7；通过轴承、法兰盘Ⅰ、法兰盘Ⅱ、密封圈、密封垫和螺栓安装于上箱体7和下箱体5组成的密封空间中，形成了有三个外伸连接轴的2个自由度的汇流装置；汇流装置输入轴Ⅰ总成6外伸轴联接液压传动单元输出轴，输入轴Ⅱ总成1外伸轴联接机械传动单元，输出轴总成3外伸轴联接液压加载系统。

如图2所示，输入轴Ⅱ总成1包括两个轴承101、第三齿轮102、离合器A103、第四齿轮104、离合器B105和输入轴Ⅱ106；第四齿轮104通过离合器B105安装于输入轴Ⅱ106上，第三齿轮102通过离合器A103安装于输入轴Ⅱ106上；离合器A和离合器B的作用是实现汇流装置内部的换段传动输出。两个轴承101安装在箱体侧壁开设的弧形槽内，外侧通过法兰盘封装。

如图3所示，输出轴总成3包括行星轮系Ⅱ301、第二齿轮302、制动器303、轴承304和输出轴305；行星轮系Ⅱ301的行星架一端与输出轴305联接，行星轮系Ⅱ301的行星架另一端留有安装孔与输入轴Ⅰ总成6的行星轮系Ⅰ604的齿圈连接，行星轮系Ⅱ301的太阳轮预留安装孔安装于输入轴Ⅰ总成6的输入轴Ⅰ601上；第二齿轮302与行星轮系Ⅱ301的齿圈联接，制动器303一端与第二齿轮302联接，另一端与箱体联接。输出轴305穿过轴承304外伸出箱体，轴承304安装在箱体侧壁开设的弧形槽内。

如图4所示，输入轴Ⅰ总成6包括输入轴Ⅰ601、轴承602、第一齿轮603和行星轮系Ⅰ604；行星轮系Ⅰ604的太阳轮安装于输入轴Ⅰ601上，行星轮系Ⅰ604的齿圈留有安装孔与行星轮系Ⅱ301的行星架一端联接，第一齿轮603与行星轮系Ⅰ604的行星架连接。

如图5所示，输入轴Ⅰ601外伸联接液压传动单元输出轴，输入轴Ⅱ106外伸联接机械传动单元，输出轴305外伸联接液压加载系统；箱体内部第四齿轮104通过离合器B105安装于输入轴Ⅱ106上，第三齿轮102通过离合器A103安装于输入轴Ⅱ106上，行星轮系Ⅰ604和行星轮系Ⅱ301的太阳轮安装于输入轴Ⅰ601上，第一齿轮603与行星轮系Ⅰ604的行星架联接，第二齿轮302与行星轮系Ⅱ301的齿圈联接，行星轮系Ⅰ604的齿圈与行星轮系Ⅱ301的行星架联接，行星轮系Ⅱ301的行星架还与输出轴305联接；第四齿轮104与第一齿轮603啮合构成固定轴齿轮副，第二齿轮302与第三齿轮102啮合构成固定轴齿轮副。

离合器A、离合器B的不同接合可实现液压功率流和机械功率流不同的汇流方式，从而实现液压机械复合传动系统液压传动单元的不同配置方案的性能测试。

实施例2：

如实施例1所述的一种可换段的汇流装置的工作方法，将该汇流装置应用到液压机械复合系统测试试验台。如图6所示，汇流装置应用的液压机械复合系统测试试验台的系统方案主要由交流伺服电动机8、分流装置9、(被测试的)液压传动单元10、该汇流装置11和液压加载系统12组成，并由工业控制计算机和PLC等组成的控制系统对测试试验台进行自动化操作。

其中，分流装置9的输入轴一端连接交流伺服电动机8，输入轴的另一端连接被测试的液压传动单元10的输入端，分流装置9的输出轴连接该汇流装置11的输入轴Ⅱ106，被测试的液压传动单元10的输出端连接汇流装置11的输入轴Ⅰ601，汇流装置11的输出轴305连接液压加载系统12，组成功率分流式液压机械复合传动系统多功能测试试验台，进行液压传动单元10的性能测试，该汇流装置11的工作方法包括以下步骤：

通过调速控制器(控制系统的一部分)控制汇流装置11中两个离合器(离合器A103、离合器B105)接合状态的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器A103接合时，输入轴Ⅱ106外伸联接机械传动单元，第二齿轮302与行星轮系Ⅱ301的齿圈联接，第二齿轮302与第三齿轮102构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅱ301的太阳轮安装于输入轴Ⅰ601上，输入轴Ⅰ601外伸联接液压传动单元10输出轴，汇流装置输出轴305与行星轮系Ⅱ301的行星架联接，此时汇流装置输出轴305的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ601转速的增大而增大，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动；

(2)液压传动单元反向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器B105接合时，输入轴Ⅱ106外伸联接机械传动单元，第一齿轮603与行星轮系Ⅰ604的行星架联接，第四齿轮104与第一齿轮603构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅰ604的太阳轮安装于输入轴Ⅰ601上，输入轴Ⅰ601外伸联接液压传动单元10输出轴，汇流装置输出轴305与行星轮系Ⅰ604的齿圈联接，此时汇流装置输出轴305的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ601转速的增大而减小，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动；

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器A103和离合器B105断开，制动器303闭合时，行星轮系Ⅱ301的齿圈被制动，行星轮系Ⅱ301由两个自由度变成一个自由度，机械传动单元联接的输入轴Ⅱ106不进行功率传递，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ601功率输入，汇流装置输出轴305功率输出；

当离合器A103和离合器B105都接合，同时图6中的分流装置9中离合器L1和离合器L2都断开，行星轮系Ⅰ604和行星轮系Ⅱ301三元件速度相同，构成传动比为1的直接挡传动，同时机械传动单元联接的输入轴Ⅱ106没有功率的输入，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ601功率输入，汇流装置输出轴305功率输出。

在进行液压机械复合传动系统性能测试试验时，可以实现3个段位的控制或者在此方案的基础上设计更多段位的组合控制，不需要重新安装设备，节约了试验测试时间和成本，而且完全满足测试要求。

Claims (6)

1.一种可换段的汇流装置，其特征在于，包括箱体、输入轴Ⅰ，输入轴Ⅱ和输出轴，输入轴Ⅰ和输入轴Ⅱ外伸箱体同一侧，输出轴外伸箱体另一侧；

在箱体内部，输入轴Ⅱ上设置有第三齿轮、第四齿轮，且第三齿轮、第四齿轮分别通过离合器A、离合器B安装在输入轴Ⅱ上；输入轴Ⅰ上设置有第一齿轮和行星轮系Ⅰ，且第一齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架连接；输出轴上设置有第二齿轮和行星轮系Ⅱ，且第二齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈连接；

输入轴Ⅰ与行星轮系Ⅰ、行星轮系Ⅱ的太阳轮连接，输出轴与行星轮系Ⅱ的行星架连接，行星轮系Ⅱ的行星架与行星轮系Ⅰ的齿圈连接；第一齿轮与第四齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合。

2.如权利要求1所述的可换段的汇流装置，其特征在于，所述箱体包括上箱体和下箱体，上箱体和下箱体通过螺栓连接。

3.如权利要求1所述的可换段的汇流装置，其特征在于，所述输入轴Ⅱ的两端与箱体之间通过轴承连接。

4.如权利要求1所述的可换段的汇流装置，其特征在于，所述输入轴Ⅰ的一端、输出轴的一端与箱体之间分别通过轴承连接。

5.如权利要求1所述的可换段的汇流装置，其特征在于，所述输出轴上设置有制动器，制动器一端与第二齿轮联接，另一端与箱体联接。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的可换段的汇流装置的工作方法，将该汇流装置应用到液压机械复合系统测试试验台，液压机械复合系统测试试验台的系统方案主要由交流伺服电动机、分流装置、液压传动单元、汇流装置和液压加载系统组成，利用组成的试验台进行液压传动单元的性能测试，其特征在于，该汇流装置的工作方法包括以下步骤：

通过离合器A、离合器B不同的接合状态实现汇流装置不同的工作模式：

(1)液压传动单元正向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器A接合时，输入轴Ⅱ外伸联接机械传动单元，第二齿轮与行星轮系Ⅱ的齿圈联接，第二齿轮与第三齿轮构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅱ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，输入轴Ⅰ外伸联接液压传动单元输出轴，汇流装置输出轴与行星轮系Ⅱ的行星架联接，此时汇流装置输出轴的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ转速的增大而增大，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而增大的正向汇流传动；

(2)液压传动单元反向汇流传递功率液压机械复合传动模式

当离合器B接合时，输入轴Ⅱ外伸联接机械传动单元，第一齿轮与行星轮系Ⅰ的行星架联接,第四齿轮与第一齿轮构成固定轴齿轮副传动，行星轮系Ⅰ的太阳轮安装于输入轴Ⅰ上，输入轴Ⅰ外伸联接液压传动单元输出轴，汇流装置输出轴与行星轮系Ⅰ的齿圈联接，此时汇流装置输出轴的转速随液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ转速的增大而减小，构成了输出转速随液压传动单元液压马达输出转速的增大而减小的反向汇流传动；

(3)液压传动单元单一传递功率模式

当离合器A和离合器B断开，制动器闭合时，行星轮系Ⅱ的齿圈被制动，行星轮系Ⅱ由两个自由度变成一个自由度，机械传动单元联接的输入轴Ⅱ不进行功率传递，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ功率输入，汇流装置输出轴功率输出；

当离合器A和离合器B都接合，同时分流装置中离合器L1和离合器L2都断开，行星轮系Ⅰ和行星轮系Ⅱ三元件速度相同，构成传动比为1的直接挡传动，同时机械传动单元联接的输入轴Ⅱ没有功率的输入，液压传动单元联接轴的输入轴Ⅰ功率输入，汇流装置输出轴功率输出。