CN112360949B - 一种四段式液压机械复合无级传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种四段式液压机械复合无级传动装置，涉及动力传动技术领域；包括液压调速回路、正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星传动机构、PTO机构和输出机构。采用行星机构进行液压功率和机械功率的分汇流，4个工作段均为液压机械复合，可获得较高的传动效率。4个液压机械复合工作段，可有效降低液压泵马达的排量，有利于降低液压元件的成本和体积。通过正倒机构，实现倒车功能，因此倒车也具备与前进方向相同的4个液压机械工作段。本发明4个工作段连续无级变速，液压元件的速度连续变化，离合器无速差切换，操纵简单，传动效率高，所需液压元件的功率较小。

Description

一种四段式液压机械复合无级传动装置

技术领域

本发明涉及动力传动技术领域，特别是涉及一种四段式液压机械复合无级传动装置。

背景技术

目前，工程机械装载机普遍采用液力机械动力换挡变速箱，由于装载作业的需要，车速及发动机负荷变化剧烈，液压变矩器效率较低，导致传动系统最高传动效率约为75％。

液压机械复合无级传动通过机械功率和液压功率的复合，可实现高效的无级传动，使发动机维持稳定的负荷，能够提高燃油经济性、节能减排，成为非道路车辆传动系统的发展方向之一。

非道路车辆例如拖拉机、工程机械等由于使用环境的要求，道路工况变化较大，往往需要较宽的传动比范围，这就需要多段复合的无级传动装置。多段复合的无级传动装置能有效降低液压元件的功率等级，并获得较高的传动效率。然而目前液压机械复合传动系统操作复杂，所需液压元件功率大。

发明内容

本发明的目的是提供一种四段式液压机械复合无级传动装置，以解决上述现有技术存在的问题，4个工作段连续无级变速，液压元件的速度连续变化，离合器无速差切换，操纵简单，传动效率高，所需液压元件的功率较小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种四段式液压机械复合无级传动装置，包括液压调速回路、正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星传动机构、PTO机构和输出机构；所述正倒机构的输入轴与离合器CV的被动端、第一齿轮、第二齿轮和第一轴依次传动连接；第二齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮和第四齿轮啮合，离合器CV的主动端和第五齿轮连接，第五齿轮和第六齿轮啮合，第四齿轮和离合器CR的主动端连接，第六齿轮分别和离合器CR的被动端、第二轴固连；所述液压调速回路的第九齿轮与第一轴连接，第九齿轮和第八齿轮啮合，第八齿轮和双向变量泵连接，双向变量泵和定量马达组成液压闭式传动回路，定量马达和第七齿轮啮合；第七齿轮与第十齿轮啮合，第十齿轮与第十一齿轮啮合；第十五齿轮与第一轴连接，第十五齿轮与第十四齿轮啮合，第十四齿轮与补油泵连接；行星分汇流机构包括复式行星机构k1和k2，复式行星机构k1和k2的第一齿圈与第十一齿轮连接，第一太阳轮与第二轴连接，第一太阳轮连接有第一行星轮，第四太阳轮与第三轴连接，第四太阳轮连接有第二行星轮，第一行星架分别与离合器C3的主动端、第二太阳轮连接；4挡行星传动机构的行星排k3的第二太阳轮分别连接行星分汇流机构的行星架和离合器C3的主动端，离合器C3的被动端连接第二行星架30；k3行星排的第二齿圈连接制动器C1，k4行星排的第三太阳轮连接行星分汇流机构的第四太阳轮和离合器C4的主动端，k4行星排的第三齿圈连接制动器C2，k4行星排的第二行星架连接C4的被动端；PTO机构的第一轴分别连接第九齿轮、第十五齿轮和第十六齿轮和第十七齿轮；第十五齿轮与第十四齿轮啮合，第十六齿轮与第十七齿轮啮合；PTO机构可对外输出发动机的动力；输出部分的后输出轴分别连接第二行星架、第十二齿轮，第十二齿轮与第十三齿轮啮合，第十三齿轮与离合器的主动端连接，离合器的被动端连接前输出轴；离合器用来结合或者切断前桥的动力；发动机的动力经过正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星机构后，输出到车辆的前桥和后桥。

本发明采用行星机构进行液压功率和机械功率的分汇流，4个工作段均为液压机械复合，可获得较高的传动效率。由于配置了4个连续无级变速的工作段，有利于降低各个工作段的车速范围，离合器的速差较小，有利于降低空载功率损失；4个液压机械复合工作段，可有效降低液压泵马达的排量，有利于降低液压元件的成本和体积。通过正倒机构，实现倒车功能，因此倒车也具备与前进方向相同的4个液压机械工作段。

本发明可实现动力换段，段间衔接时，可先接合下一段的离合器，再分离上一段的离合器，实现动力的不中断传递，保证动力传输的不中断，提高非道路车辆的作业效率，并保证了换挡的舒适性。液压调速回路的液压泵为双向变量泵，与定量马达组成闭式液压回路，补油泵维持闭式回路的低压压力，并为变量液压泵和定量马达提供控制油压。行星分汇流机构的行星排k1和k2组成复式行星机构，机械路动力从第一太阳轮输入，液压路功率通过第十一齿轮从第一齿圈输入，第一行星架、第四太阳轮分别为液压机械Ⅰ段/液压机械Ⅲ段、液压机械Ⅱ段/液压机械Ⅳ段的输出。

可选的，所述正倒机构处于前进挡时，离合器CV结合，离合器CR分离，来自于发动机的功率通过输入轴输入，经过离合器CV、第五齿轮和第六齿轮，传递到第二轴；所述正倒机构处于倒挡时，离合器CV结合，离合器CR分离，来自于发动机的功率通过输入轴输入，经过第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、离合器CR，传递到第二轴。

可选的，所述补油泵维持闭式回路的低压压力，并为双向变量液压泵和定量马达提供控制油压。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明包含四个液压机械段，通过正倒机构切换，实现正倒车工况车速相同，满足非道路车辆不同的作业车速要求。利用液压调速回路和机械回路的功率复合，液压路只传递部分的功率，实现了高传动效率的无级调速。相比于非道路车辆的动力换挡变速箱，本发明可大幅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，降低非道路车辆的油耗和噪音水平，达到节能减排的效果。采用液压与机械的功率复合，液压路只传递部分功率，大部分功率通过机械路传递，实现高传动效率及无级变速，可提高作业效率和降低发动机的油耗。采用四段连续式，四段均为液压机械复合，可获得较高的传动效率，所需的液压泵马达排量较小，降低了液压元件的成本和体积。全程无级调速，可使发动机常工作于经济转速，提高了燃油经济性，降低了发动机的噪声。可实现段间离合器的零速差切换，提高了离合器摩擦片的寿命；段间切换只操纵1个离合器，简化了换挡逻辑和操纵系统的设计。由于液压调速系统的存在，可实现动力换挡，先接合下一段的离合器，再松开上一段的离合器，保证动力的不中断输出，提高了作业效率。采用4个液压机械段，有利于降低各个工作段的车速范围，离合器的速差较小，降低空载功率损失。

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为本发明实施例一中四段式液压机械复合无级传动装置结构简图；

图2为本发明实施例二中四段式液压机械复合无级传动装置结构简图；

附图标记说明：1-输入轴，2-第一齿轮，3-第二齿轮，4-第三齿轮，5-第四齿轮，6-离合器CV，7-离合器CR，8-第五齿轮，9-第六齿轮，10-第一轴、11-第二轴，12-第七齿轮，13-定量马达，14-变量泵，15-第八齿轮，16-第九齿轮，17-第十齿轮，18-第十一齿轮，19-第一齿圈，20-第一太阳轮，21-第一行星轮，22-第二行星轮，23-第一行星架，24-制动器C1，25-制动器C2，26-离合器C3，27-第二太阳轮，28-第三太阳轮，29-第四太阳轮，30-第二行星架，31-离合器C4，32-第二齿圈，33-第三齿圈，34-第三轴，35-后输出轴，36-第十二齿轮，37-第十三齿轮，38-前输出轴，39-离合器，40-第十四齿轮，41-第十五齿轮，42-第十六齿轮，43-第十七齿轮，44-PTO轴，45-补油泵，46-第三行星架，47-第四齿圈，48-第五太阳轮，49-第四轴。

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。

本发明的目的是提供一种四段式液压机械复合无级传动装置，以解决上述现有技术存在的问题，4个工作段连续无级变速，液压元件的速度连续变化，离合器无速差切换，操纵简单，传动效率高，所需液压元件的功率较小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种四段式液压机械复合无级传动装置，包括液压调速回路、正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星传动机构、PTO机构和输出机构；如图1所示，正倒机构包括输入轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5、第五齿轮8、第六齿轮9、离合器CV6、离合器CR7。输入轴1与第一齿轮2，第二齿轮3、第一轴10和离合器CV6的被动端连接。第二齿轮3与第三齿轮4啮合，第三齿轮4和第四齿轮5啮合，离合器CV6的主动端和第五齿轮8连接，第五齿轮8和第六齿轮9啮合，第四齿轮5和离合器CR7的主动端连接，第六齿轮9和离合器CR7的被动端、第二轴11固连。前进挡：CV6结合，CR7分离，来自于发动机的功率通过输入轴1输入，经过离合器CV6、第五齿轮8和第六齿轮9，传递到第二轴11。前进挡工况：CV6结合，CR7分离，来自于发动机的功率通过输入轴1输入，经过离合器CV6、第五齿轮8和第六齿轮9，传递到第二轴11。倒挡工况：CV7结合，CR6分离，来自于发动机的功率通过输入轴1输入，经过第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5，离合器CR7，传递到第二轴11。

液压调速回路包括第九齿轮16、第八齿轮15、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17和第十一齿轮18；变量泵14为双向变量泵。第九齿轮16与第一轴10连接，第九齿轮16和第八齿轮15啮合，第八齿轮15和变量泵14连接，变量泵14和定量马达13组成液压闭式传动回路，定量马达13和第七齿轮12啮合。第七齿轮12与第十齿轮17，第十齿轮17与第十一齿轮18啮合。液压路功率经过第一轴10、第九齿轮16、第八齿轮15、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17、第十一齿轮18传递到行星分汇流机构的第一齿圈19。补油泵45维持闭式回路的低压压力，并为双向变量液压泵14和定量马达13提供控制油压。第十五齿轮41与第一轴10连接，第十五齿轮41与第十四齿轮40啮合，第十四齿轮40与补油泵45连接。

行星分汇流机构包括复式行星机构k1和k2，第一齿圈19与第十一齿轮18连接，第一太阳轮20与第二轴11连接，第一太阳轮20连接有第一行星轮21，第四太阳轮29与第三轴34连接，第四太阳轮29连接有第二行星轮22，第一行星架23与离合器C326的主动端、第二太阳轮27连接。来自发动机的机械功率从第一太阳轮20输入，来自定量马达13的液压功率从第一齿圈19输入，两路功率通过行星分汇流机构汇合后，从第一行星架23或者第四太阳轮29输出。行星分汇流机构是无级传动的关键元件，通过变量泵14、定量马达12的无级调速，可实现第一行星架23或者第四太阳轮29的输出转速的无级调节。

4挡行星传动机构包括行星排k3、行星排k4、制动器C124、制动器C225、离合器C326和离合器C431。行星排k3的第二太阳轮27连接行星分汇流机构的行星架27和离合器C326的主动端，离合器C326的被动端连接第二行星架30。k3行星排的第二齿圈32连接制动器C124，k4行星排的第三太阳轮28连接行星分汇流机构的第四太阳轮29和离合器C431的主动端，k4行星排的第三齿圈33连接制动器C225，k4行星排的第二行星架30连接C431的被动端。制动器C124结合，可获得一个减速挡位；制动器C225结合，可获得另一个减速挡位。离合器C326结合或者离合器C431结合，分别可获得一个直接挡位。

PTO机构包括第一轴10、第十五齿轮41、第十四齿轮40、第十六齿轮42、第十七齿轮43和PTO轴44，可对外输出发动机的动力。第一轴10连接第九齿轮16、第十五齿轮41和第十六齿轮42和第十七齿轮43。第十五齿轮41与第十四齿轮40啮合，第十六齿轮42与第十七齿轮43啮合。发动机的动力经过第一齿轮2、第二齿轮3、第一轴10、第十五齿轮41传递到补油泵45。同样发动机的动力可以通过第一轴10、第十六齿轮42、第十七齿轮43传递到PTO的输出轴，即PTO轴44。

输出部分包括第十二齿轮36、第十三齿轮37、离合器39、前输出轴38和后输出轴35。后输出轴35连接第二行星架30、第十二齿轮36，第十二齿轮36与第十三齿轮37啮合，第十三齿轮37与离合器39的主动端连接，离合器39的被动端连接前输出轴38。离合器39用来结合或者切断前桥的动力。发动机的动力经过正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星机构后，输出到车辆的前桥和后桥。

本发明各段的工作原理如下：

第一段为液压机械Ⅰ段，离合器CV结合，离合器CR松开，发动机一部分输入功率经过输入轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、离合器CV6、第五齿轮8、第六齿轮9传递到行星分汇流机构的第一太阳轮20；发动机的另一部分功率通过第一轴10、第九齿轮16、第四齿轮5、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17、第十一齿轮18，传递到行星分汇流机构的齿圈第六齿轮9。制动器C1结合，制动器C2松开，离合器C3松开、离合器C4松开，两路功率经过行星分汇流机构汇合后，通过第一行星架23、第二太阳轮27、第二行星架30，传递到输出轴35。通过离合器39，可把动力通过第十二齿轮36、第十三齿轮37、离合器39，输出到前输出轴38。

第二段为液压机械Ⅱ段，离合器CV结合，离合器CR松开，发动机一部分输入功率经过输入轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、离合器CV6、第五齿轮8、第六齿轮9传递到行星分汇流机构的第一太阳轮20；发动机的另一部分功率通过第一轴10、第九齿轮16、第四齿轮5、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17、第十一齿轮18，传递到行星分汇流机构的齿圈第六齿轮9。制动器C2结合，制动器C1松开，离合器C3松开、离合器C4松开，两路功率经过行星分汇流机构汇合后，通过第四太阳轮29、第三太阳轮28、第二行星架30，传递到输出轴35。通过离合器39，可把动力通过第十二齿轮36、第十三齿轮37、离合器39，输出到前输出轴38。

第三段为液压机械Ⅲ段，离合器CV结合，离合器CR松开，发动机一部分输入功率经过输入轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、离合器CV6、第五齿轮8、第六齿轮9传递到行星分汇流机构的第一太阳轮20；发动机的另一部分功率通过第一轴10、第九齿轮16、第四齿轮5、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17、第十一齿轮18，传递到行星分汇流机构的齿圈第六齿轮9。制动器C1松开，制动器C2松开，离合器C3结合、离合器C4松开，两路功率经过行星分汇流机构汇合后，通过第一行星架23、离合器C3、第二行星架30，传递到输出轴35。通过离合器39，可把动力通过第十二齿轮36、第十三齿轮37、离合器39，输出到前输出轴38。

第四段为液压机械Ⅳ段，离合器CV结合，离合器CR松开，发动机一部分输入功率经过输入轴1、第一齿轮2、第二齿轮3、离合器CV6、第五齿轮8、第六齿轮9传递到行星分汇流机构的第一太阳轮20；发动机的另一部分功率通过第一轴10、第九齿轮16、第四齿轮5、变量泵14、定量马达13、第七齿轮12、第十齿轮17、第十一齿轮18，传递到行星分汇流机构的齿圈第六齿轮9。制动器C1松开，制动器C2松开，离合器C3松开、离合器C4结合，两路功率经过行星分汇流机构汇合后，通过第四太阳轮29、离合器31、第二行星架30，传递到输出轴35。通过离合器39，可把动力通过第十二齿轮36、第十三齿轮37、离合器39，输出到前输出轴38。

倒挡工况的传动路线与前进挡的相同，只是通过结合离合器CR7，发动机的动力输入经过第一齿轮2、第二齿轮3、第三齿轮4、第四齿轮5、离合器CR7，传递到第二轴11。本发明的换段逻辑如表1所示。

表1本发明的换段逻辑

实施例二

本实施例是在实施例一的基础上所做出的的改进，本实施例提供的方案与实施例一的方案相比，差别在于正倒结构的实现方式和布置位置不同。

如图2所示，本实施例中，行星排k5、离合器CR7、离合器CV6组成正倒机构，该正倒机构布置在4挡行星机构的后面。行星排k5为内外啮合双星排。离合器CR7结合，离合器CV6分离，为倒挡；离合器CR7分离，离合器CV6结合，为前进挡。行星排k5的第五太阳轮48连接第四轴49、离合器CV6的主动端，离合器CV6的被动端连接第三行星架46，离合器CR7连接第四齿圈47。正倒机构布置在4挡行星机构的后面，前进和倒挡的切换只需切换离合器CV6和离合器CR7，不需要调节变量泵14的排量，正倒工况切换控制方便。但离合器CV6和离合器CR7需要传递较大的转矩，体积较大。

本发明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 (3)

1.一种四段式液压机械复合无级传动装置，其特征在于：包括液压调速回路、正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星传动机构、PTO机构和输出机构；所述正倒机构的输入轴与离合器CV的被动端、第一齿轮、第二齿轮和第一轴依次传动连接；第二齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮和第四齿轮啮合，离合器CV的主动端和第五齿轮连接，第五齿轮和第六齿轮啮合，第四齿轮和离合器CR的主动端连接，第六齿轮分别和离合器CR的被动端、第二轴固连；所述液压调速回路的第九齿轮与第一轴连接，第九齿轮和第八齿轮啮合，第八齿轮和双向变量泵连接，双向变量泵和定量马达组成液压闭式传动回路，定量马达和第七齿轮啮合；第七齿轮与第十齿轮啮合，第十齿轮与第十一齿轮啮合；第十五齿轮与第一轴连接，第十五齿轮与第十四齿轮啮合，第十四齿轮与补油泵连接；行星分汇流机构包括复式行星机构k1和k2，复式行星机构k1和k2的第一齿圈与第十一齿轮连接，第一太阳轮与第二轴连接，第一太阳轮连接有第一行星轮，第四太阳轮与第三轴连接，第四太阳轮连接有第二行星轮，第一行星架分别与离合器C3的主动端、第二太阳轮连接；4挡行星传动机构的行星排k3的第二太阳轮分别连接行星分汇流机构的行星架和离合器C3的主动端，离合器C3的被动端连接第二行星架30；k3行星排的第二齿圈连接制动器C1，k4行星排的第三太阳轮连接行星分汇流机构的第四太阳轮和离合器C4的主动端，k4行星排的第三齿圈连接制动器C2，k4行星排的第二行星架连接C4的被动端；PTO机构的第一轴分别连接第九齿轮、第十五齿轮和第十六齿轮和第十七齿轮；第十五齿轮与第十四齿轮啮合，第十六齿轮与第十七齿轮啮合；输出部分的后输出轴分别连接第二行星架、第十二齿轮，第十二齿轮与第十三齿轮啮合，第十三齿轮与离合器的主动端连接，离合器的被动端连接前输出轴；离合器用来结合或者切断前桥的动力；发动机的动力经过正倒机构、行星分汇流机构、4挡行星机构后，输出到车辆的前桥和后桥。

2.根据权利要求1所述的四段式液压机械复合无级传动装置，其特征在于：所述正倒机构处于前进挡时，离合器CV结合，离合器CR分离，来自于发动机的功率通过输入轴输入，经过离合器CV、第五齿轮和第六齿轮，传递到第二轴；所述正倒机构处于倒挡时，离合器CV结合，离合器CR分离，来自于发动机的功率通过输入轴输入，经过第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、离合器CR，传递到第二轴。

3.根据权利要求1所述的四段式液压机械复合无级传动装置，其特征在于：所述补油泵维持闭式回路的低压压力，并为双向变量液压泵和定量马达提供控制油压。

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