CN114001139A - 一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置 - Google Patents

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CN114001139A CN202111257263.7A CN202111257263A CN114001139A CN 114001139 A CN114001139 A CN 114001139A CN 202111257263 A CN202111257263 A CN 202111257263A CN 114001139 A CN114001139 A CN 114001139A
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Abstract

本发明提供了一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，包括输入构件、功率分流机构、机械传动机构、功率汇流机构、液压传动机构、输出构件、制动器和离合器组件，输入构件与功率分流机构连接；离合器组件将功率分流机构的输出端分别连接到机械传动机构的输入端、功率汇流机构的输入端和液压传动机构的输入端，将液压传动机构的输出端和机械传动机构的输出端分别连接到功率汇流机构，将功率汇流机构的输出端连接到输出构件；制动器、离合器组件和控制阀组件提供输入构件与输出构件之间连续的传动比。本发明可充分利用机械传动的变速和液压传动的无级调速，有利于提高车辆的动力性和燃油经济性。

Description

一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置
技术领域
本发明涉及变速传动装置领域，特别涉及一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置。
背景技术
工程机械行走系统在起步时要求传动装置能够提供低转速高转矩的传动比，而在作业时要求传动装置能够提供高转速低转矩的传动比。因此工程机械行走系统使用工况的复杂性决定了其传动装置比普通车辆传动装置的要求更高，结构更复杂。
机液复合传动兼具液压传动无级调速和机械传动高效变速的特征，改善了传动装置的性能。机液复合传动装置可通过改进分流机构、汇流机构、机械传动机构和液压传动机构的设计方案和设计参数来实现高效无级变速，集多种传动方式为一体并具有多种模式的机液复合传动装置是提高传动装置性能的可行方案。
静液压传动技术常应用于工程机械行走系统中，但受作用环境的影响较大，采用单泵多马达系统可大大提高液压系统调节的自由度，进一步提高机液复合传动装置的性能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，根据复杂的作业工况提供多种作业模式，可通过切换离合器、制动器和调节液压传动机构的排量比，充分利用机械传动的高效变速性能和液压传动的无级调速性能，有利于提高车辆的动力性和燃油经济性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，包括输入构件、功率分流机构、机械传动机构、功率汇流机构、液压传动机构、输出构件、制动器和离合器组件，所述液压传动机构包括液压泵、外马达、内马达和控制阀组件；所述外马达和内马达共用一个输出轴；所述输出轴为液压传动机构的输出端；通过控制阀组件控制外马达或/和内马达与液压泵连通；外马达排量大于内马达；
所述输入构件与功率分流机构连接；所述离合器组件将所述功率分流机构的输出端分别连接到机械传动机构的输入端、功率汇流机构的输入端和液压传动机构的输入端，所述离合器组件将液压传动机构的输出端和机械传动机构的输出端分别连接到功率汇流机构，所述离合器组件将功率汇流机构的输出端连接到输出构件；所述制动器、离合器组件和控制阀组件提供输入构件与输出构件之间连续的传动比。
进一步，所述功率分流机构包括功率分流机构太阳轮、功率分流机构行星架和功率分流机构齿圈；所述功率分流机构齿圈与输入构件连接；所述功率分流机构行星架与液压传动机构输入端和机械传动机构的输入端连接；所述功率汇流机构包括功率汇流机构太阳轮、功率汇流机构行星架和功率汇流机构齿圈；功率汇流机构行星架与输出构件连接；所述机械传动机构包括中心轮和定轴齿轮；中心轮与定轴齿轮外啮合；
所述制动器用于选择性的将功率汇流机构太阳轮连接到固定件；所述离合器组件包括第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第四离合器C4、第五离合器C5、第六离合器C6和第七离合器C7；所述第一离合器C1用于选择性的将功率分流机构太阳轮连接到功率分流机构行星架以共同旋转；所述第二离合器C2用于选择性的将功率分流机构行星架连接到中心轮以共同旋转；所述第三离合器C3用于选择性的将定轴齿轮连接到功率汇流机构太阳轮以共同旋转；所述第四离合器C4用于选择性的将功率汇流机构行星架连接到功率汇流机构行星架以共同旋转；所述第五离合器C5用于选择性的将功率汇流机构齿圈连接到输出构件以共同旋转；所述第六离合器C6用于选择性的将功率分流机构行星架连接到液压传动机构输入端以共同旋转；所述第七离合器C7用于选择性地将液压传动机构输出端连接到功率汇流机构齿圈以共同旋转；
所述控制阀组件包括第一换向阀S1和第二换向阀S2，所述液压泵与外马达之间设有第一换向阀S1、所述液压泵与内马达之间设有第二换向阀S2。
进一步，所述液压传动机构为单泵多马达系统，设所述内马达排量为V1，所述外马达排量为CV1，其中C为排量系数，C>1；所述液压传动机构内液压马达的总排量Vm＝V1+CV1；Vpmax表示液压泵排量Vp的最大值；液压泵的排量比：
Figure BDA0003324286830000021
所述液压马达上端为进口，下端为出口；当排量比e在[0，1]范围内时，液压泵53上端为出口，下端为进口；当排量比e在[-1，0)范围内时，液压泵53下端为出口，上端为进口；
当所述第一换向阀S1为右位通电，且所述第二换向阀S2为右位通电时，所述液压泵进口分别与外马达进口和内马达进口连通，所述液压泵出口分别与外马达出口和内马达出口连通；
当所述第一换向阀S1为右位通电，且所述第二换向阀S2为中位通电时，所述液压泵与外马达连通，所述内马达进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1为中位通电，且所述第二换向阀S2为右位通电时，所述液压泵与内马达连通，所述外马达进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1为右位通电，且所述第二换向阀S2为左位通电时，所述液压泵进口分别与外马达进口和内马达出口连通，所述液压泵出口分别与外马达出口和内马达进口连通；
通过控制第一换向阀S1和第二换向阀S2的状态，使液压传动机构输出四种不同的转速范围：
Figure BDA0003324286830000031
式中：np为输入液压泵的转速，nm为液压马达输出的转速。
进一步，通过调节液压传动机构的排量比和选择性控制所述制动器、离合器组件和控制阀组件的接合，提供输入构件与输出构件之间的传动方式包括：液压传动、功率分流机液传动、功率汇流机液传动和机械传动。
进一步，通过调节液压传动机构的排量比，选择性控制所述第一离合器C1、第二离合器C2、第五离合器C5、第六离合器C6、第七离合器C7和制动器B的接合，以及选择性控制第一换向阀S1和第二换向阀S2，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的液压传动方式。
进一步，通过调节液压传动机构的排量比，选择性控制所述第二离合器C2、第四离合器C4、第六离合器C6、第七离合器C7和制动器B的接合，以及选择性控制第一换向阀S1和第二换向阀S2，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的功率分流机液传动方式。
进一步，通过调节液压传动机构的排量比，选择性控制所述第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第六离合器C6和第七离合器C7的接合，以及选择性控制第一换向阀S1和第二换向阀S2，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的功率汇流机液传动方式。
进一步，通过选择性控制所述第一离合器C1、第二离合器C2、第三离合器C3、第四离合器C4和制动器B，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的机械传动方式。
进一步，在正向无级调速时，通过调节液压传动机构的排量比，使液压传动无动力中断切换到功率分流机液传动；通过调节液压传动机构的排量比，使功率分流机液传动无动力中断切换到功率汇流机液传动；
在负向无级调速时，通过调节液压传动机构的排量比，使液压传动无动力中断切换到功率分流机液传动。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，单泵多马达系统是在变量泵－定量马达液压系统的基础上，利用多个液压马达形成的新型单泵多马达系统，可显著提高液压系统调节的自由度，同时提高机液复合传动装置的性能。
2.本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，采用变量泵、定量马达和控制阀相结合，通过改变变量泵排量方向或控制换向阀位置，可实现多种不同方向和不同档位的液压机构传动方式，具有一定的容错性。
3.本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，可在液压传动、功率分流机液传动模式、功率汇流机液传动模式和机械传动四种模式间进行切换，且各传动模式有多个档位可供选择，能够根据复杂的作业工况提供多种作业模式，有利于提高车辆的动力性和燃油经济性。
4.本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置各模式中，液压传动起步快、工作平稳，易于实现快速的变速与换向，机液传动有效拓宽了调速范围，提高了系统传动效率，能够满足区域内高效无级调速的要求。功率分流机液复合传动模式采用行星齿轮在输入端进行功率分流，调速范围较宽；功率汇流机液复合传动模式采用行星齿轮在输出端进行功率汇流，可控性较好。
附图说明
图1为本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置的结构原理图；
图2为本发明所述的液压传动H1档功率流向示意图；
图3为本发明所述的液压传动H2档功率流向示意图；
图4为本发明所述的液压传动H3档功率流向示意图；
图5为本发明所述的液压传动H4档功率流向示意图；
图6为本发明所述的液压传动R1档负向功率流向示意图；
图7为本发明所述的液压传动R2档负向功率流向示意图；
图8为本发明所述的液压传动R3档负向功率流向示意图；
图9为本发明所述的液压传动R4档负向功率流向示意图；
图10为本发明所述的功率分流机液传动HMs1档功率流向示意图；
图11为本发明所述的功率分流机液传动HMs2档功率流向示意图；
图12为本发明所述的功率分流机液传动HMs3档功率流向示意图；
图13为本发明所述的功率分流机液传动HMs4档功率流向示意图；
图14为本发明所述的功率汇流机液传动HMv1档功率流向示意图；
图15为本发明所述的功率汇流机液传动HMv2档功率流向示意图；
图16为本发明所述的功率汇流机液传动HMv3档功率流向示意图；
图17为本发明所述的功率汇流机液传动HMv4档功率流向示意图；
图18为本发明所述的机械传动M1档功率流向示意图；
图19为本发明所述的机械传动M2档功率流向示意图；
图20为本发明液压传动调速特性曲线图；
图21为本发明正向调速特性曲线图；
图22为本发明负向调速特性曲线图。
图中：
1－输入轴；2－功率分流机构；21－第一离合器C1；22－第二离合器C2；23－功率分流机构太阳轮；24－功率分流机构行星架；25－功率分流机构齿圈；3－机械传动机构；31－中心轮；32－定轴齿轮；33－中间轴；34－第三离合器C3；35－制动器B；4－功率汇流机构；41－功率汇流机构太阳轮；42－功率汇流机构行星架；43－功率汇流机构齿圈；44－第四离合器C4；45－第五离合器C5；5－液压传动机构；51－第六离合器C6；52－液压传动输入齿轮副；53－液压泵；54－补油泵；55－安全阀；56－溢流阀；57－第一换向阀S1；58－外马达；59－第二换向阀S2；510－内马达；511－第七离合器C7；512－液压传动输出齿轮副；6－输出轴。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，包括输入轴1、功率分流机构2、机械传动机构3、功率汇流机构4、液压传动机构5、输出轴6、制动器和离合器组件，
所述功率分流机构2包括第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、功率分流机构太阳轮23、功率分流机构行星架24和功率分流机构齿圈25；所述功率分流机构太阳轮23、功率分流机构行星架24和功率分流机构齿圈25构成行星轮系；所述输入轴1与功率分流机构齿圈25连接，所述第一离合器C1 21用于选择性的将功率分流机构太阳轮23连接到功率分流机构行星架24以共同旋转；所述第二离合器C2 22用于选择性的将功率分流机构行星架24连接到中心轮31以共同旋转；
所述机械传动机构3包括中心轮31、定轴齿轮32、中间轴33、第三离合器C3 34和制动器B 35；所述中心轮31与定轴齿轮32外啮合；所述中间轴33与功率分流机构太阳轮23固连，同时与功率汇流机构行星架42连接；所述制动器B 35用于选择性的将功率汇流机构太阳轮41连接到固定件；所述第三离合器C3 34用于选择性的将定轴齿轮32连接到功率汇流机构太阳轮41以共同旋转；所述中心轮31与液压传动机构5输入端连接。
所述功率汇流机构4包括功率汇流机构太阳轮41，功率汇流机构行星架42、功率汇流机构齿圈43、第四离合器C4 44和第五离合器C5 45；所述功率汇流机构太阳轮41，功率汇流机构行星架42和功率汇流机构齿圈43构成行星轮系，功率汇流机构行星架42与输出轴6连接；所述第四离合器C4 44用于选择性的将功率分流机构太阳轮23通过中间轴33连接到功率汇流机构行星架42以共同旋转；所述第五离合器C5 45用于选择性的将功率汇流机构齿圈43连接到输出轴6以共同旋转；
液压传动机构5包括第六离合器C6 51、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、补油泵54、安全阀55、溢流阀56、第一换向阀S1 57、外马达58、第二换向阀S2 59、内马达510、第七离合器C7 511和液压传动输出齿轮副512；
所述第六离合器C6 51用于选择性的将功率分流机构行星架24通过液压传动输入齿轮副52连接到液压泵53的输入轴以共同旋转；所述外马达58与内马达510并联；所述外马达58和内马达510共用一个输出轴；所述共用的输出轴为液压传动机构5的输出端；通过第一换向阀S1 57和第二换向阀S2 59控制外马达58或/和内马达510与液压泵53连通；外马达58排量大于内马达510；液压泵53的进出口并联安全阀55，所述补油泵54出口与液压泵53进口连接，所述液压泵53的出口回路上安装溢流阀56。所述第七离合器C7 511用于选择性地将液压传动机构5输出端连接到功率汇流机构齿圈43以共同旋转。
所述液压传动机构5为单泵多马达系统，液压马达包括外马达58和内马达510，设所述内马达510排量为V1，所述外马达58排量为CV1，其中C为排量系数，C>1；所述液压传动机构5内液压马达的总排量Vm＝V1+CV1；Vpmax表示液压泵53排量Vp的最大值，则液压泵53的排量比：
Figure BDA0003324286830000071
所述液压马达上端为进口，下端为出口；当排量比e在[0，1]范围内时，液压泵53上端为出口，下端为进口；当排量比e在[-1，0)范围内时，液压泵53下端为出口，上端为进口。
当所述第一换向阀S1 57为右位通电，且所述第二换向阀S2 59为右位通电时，所述液压泵53进口分别与外马达58进口和内马达510进口连通，所述液压泵53出口分别与外马达58出口和内马达510出口连通；
当所述第一换向阀S1 57为右位通电，且所述第二换向阀S2 59为中位通电时，所述液压泵53与外马达58连通，所述内马达510进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1 57为中位通电，且所述第二换向阀S2 59为右位通电时，所述液压泵53与内马达510连通，所述外马达58进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1 57为右位通电，且所述第二换向阀S2 59为左位通电时，所述液压泵53进口分别与外马达58进口和内马达510出口连通，所述液压泵53出口分别与外马达58出口和内马达510进口连通；
通过控制第一换向阀S1 57和第二换向阀S2 59的状态，使液压传动机构5输出四种不同的转速范围：
Figure BDA0003324286830000072
式中：np为输入液压泵的转速，nm为液压马达输出的转速。
如图1所示，单泵多马达系统有内、外两个马达且共用一个转轴，外马达58排量大于内马达510。当液压泵53向外马达58的进油口和内马达510的进油口同时供油时，液压马达的总排量为外马达58和内马达510的排量之和，输出转速较小，实现了液压马达的低速工作。当液压泵53向外马达58的进油口和内马达510的出油口同时供油时，由于外马达58的排量大于内马达510的排量，所以液压马达的总排量为外马达58和内马达510的排量之差，输出转速较大，实现了液压马达的高速工作。
通过调节液压传动机构5的排量比和选择性控制所述制动器、离合器组件和控制阀组件的接合，提供输入构件与输出构件之间的传动方式包括：液压传动、功率分流机液传动、功率汇流机液传动和机械传动。
如表1所示，通过制动器、离合器和换向阀之间的组合切换实现液压传动、功率分流机液传动、功率汇流机液传动和机械传动四种类型的传动，具体传动类型如下：
表1传动档位与换挡元件关系表
Figure BDA0003324286830000091
Figure BDA0003324286830000101
注：“▲”代表元件处于接合状态，“左”表示换向阀左位通电，“中”表示换向阀处于中位，“右”表示换向阀右位通电。
注：B为制动器、C1为第一离合器、C2为第二离合器、C3为第三离合器、C4为第四离合器、C5为第五离合器、C6为第六离合器、C7为第七离合器、S1为第一换向阀、S2为第二换向阀。
主要参数：nI为输入转速，no为输出转速，e为液压传动机构排量比，C为排量系数，Vpmax为变量泵排量最大值，V1为液压马达的内马达排量，CV1为液压马达的外马达排量，k1为功率分流机构行星齿轮特性参数，k2为功率汇流机构行星齿轮特性参数；i1为液压传动输入齿轮副传动比，i2为液压传动输出齿轮副传动比，i3为中心轮31与定轴齿轮32之间的传动比，C＝1.5，i1＝0.6，i2＝1.8，i3＝5.4，Vpmax＝90ml/r，V1＝56ml/r，k1＝2.8，k2＝1.5。
如图2、3、4和5所示，当e的范围为[0，1]时，液压传动正向模式：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，通过换向阀的切换来实现液压传动正向模式中不同传动比的挡位之间切换，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52和第六离合器C6 51驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经第七离合器C7 511和液压传动输出齿轮副512传递到功率汇流机构齿圈43，再经第五离合器C5 45传递到输出轴6输出。
通过调节液压传动机构5，改变e的范围为[-1，0)，也能达到负向输出转速的功能。
如图6、7、8和9所示，当e的范围为[0，1]时，液压传动负向模式：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，通过换向阀的切换来实现液压传动模式中不同传动比的挡位之间切换，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52和第六离合器C6 51驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经第七离合器C7 511和液压传动输出齿轮副512传递到功率汇流机构齿圈43，再经第五离合器C5 45传递到输出轴6输出。通过调节液压传动机构5，改变e的范围为[-1，0)，也能达到正向输出转速的功能。
如图10、11、12和13所示，功率分流机液传动模式：第二离合器C2 22、第四离合器C444、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，通过换向阀的切换来实现功率分流机液传动模式中不同传动比的挡位之间切换，动力经输入轴1传递到功率分流机构齿圈25处分流，液压路动力经功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52和第六离合器C6 51驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经第七离合器C7 511、液压传动输出齿轮副512和功率汇流机构齿圈43传递到功率汇流机构行星架42，机械路动力经功率分流机构太阳轮23、机械传动机构3传递到功率汇流机构行星架42，最后汇合至输出轴6输出。
如图14、15、16和17所示，功率汇流机液传动模式：第一离合器C1 21、第二离合器C222、第三离合器C3 34、第六离合器C6 51和第七离合器C7 511接合，通过换向阀的切换来实现功率汇流机液传动模式中不同传动比的挡位之间切换，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构行星架24处分流，液压路动力经液压传动输入齿轮副52和第六离合器C6 51驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经第七离合器C7 511和液压传动输出齿轮副512传递到功率汇流机构齿圈43，机械路动力经机械传动机构3传递到功率汇流机构太阳轮41，最后与液压路动力在功率汇流机构行星架42汇合至输出轴6输出。
如图18、19所示，机械传动模式：通过选择性控制所述第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34、第四离合器C4 44和制动器B 35，动力经输入轴1传递到功率分流机构2，再经机械传动机构3和功率汇流机构4传递到输出轴6输出。
所述液压传动模式包括液压传动H1档、液压传动H2档、液压传动H3档和液压传动H4档，具体实现方法如下：
液压传动H1档如图2所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达外马达58和内马达510低速工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、并联的外马达58和内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝0.6enI
式中，no为输入转速，nI为输出转速，e为液压传动机构5的排量比。
液压传动H2档如图3所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59处于中位，此时液压马达外马达58单独工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、外马达58、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝enI。
液压传动H3档如图4所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57处于中位，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达内马达510单独工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝1.5enI。
液压传动H4档如图5所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59左位通电，此时液压马达外马达58和内马达510高速工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、并联的外马达58和内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝3enI。
所述液压传动负向模式包括液压传动R1档、液压传动R2档、液压传动R3档和液压传动R4档，具体实现方法如下：
液压传动R1档如图6所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57左位通电，第二换向阀S2 59左位通电，此时液压马达外马达58和内马达510低速工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、并联的外马达58和内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝-0.6enI
式中，no为输入转速，nI为输出转速，e为液压传动机构5的排量比。
液压传动R2档如图7所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57左位通电，第二换向阀S2 59处于中位，此时液压马达外马达58单独工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、外马达58、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝-enI。
液压传动R3档如图8所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57处于中位，第二换向阀S2 59左位通电，此时液压马达内马达510单独工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝-1.5enI。
液压传动R4档如图9所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第五离合器C5 45、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57左位通电，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达外马达58和内马达510高速工作，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、液压传动输入齿轮副52、液压泵53、并联的外马达58和内马达510、液压传动输出齿轮副512、功率汇流机构齿圈43和第五离合器C5 45，从输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝-3enI。
所述功率分流机液传动模式包括功率分流机液传动HMs1档、功率分流机液传动HMs2档、功率分流机液传动HMs3档和功率分流机液传动HMs4档，具体实现方法如下：
功率分流机液传动HMs1档如图10所示：第二离合器C2 22、第四离合器C4 44、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达外马达58与内马达510低速工作，动力经输入轴1传递到功率分流机构齿圈25处分流，液压路动力经功率分流机构行星架24和液压传动输入齿轮副52驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经液压传动输出齿轮副512和功率汇流机构齿圈43传递到功率汇流机构行星架42，机械路动力经功率分流机构太阳轮23、机械传动机构3传递到功率汇流机构行星架42，最后汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
Figure BDA0003324286830000141
功率分流机液传动HMs2档如图11所示：第二离合器C2 22、第四离合器C4 44、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59处于中位，此时液压马达外马达58单独工作，动力经输入轴1传递到功率分流机构齿圈25处分流，液压路动力经功率分流机构行星架24和液压传动输入齿轮副52驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经液压传动输出齿轮副512和功率汇流机构齿圈43传递到功率汇流机构行星架42，机械路动力经功率分流机构太阳轮23、机械传动机构3传递到功率汇流机构行星架42，最后汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
Figure BDA0003324286830000151
功率分流机液传动HMs3档如图12所示：第二离合器C2 22、第四离合器C4 44、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57处于中位，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达内马达510单独工作，动力经输入轴1传递到功率分流机构齿圈25处分流，液压路动力经功率分流机构行星架24和液压传动输入齿轮副52驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经液压传动输出齿轮副512和功率汇流机构齿圈43传递到功率汇流机构行星架42，机械路动力经功率分流机构太阳轮23、机械传动机构3传递到功率汇流机构行星架42，最后汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
Figure BDA0003324286830000152
功率分流机液传动HMs4档如图13所示：第二离合器C2 22、第四离合器C4 44、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511和制动器B 35接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59左位通电，此时液压马达外马达58与内马达510高速工作，动力经输入轴1传递到功率分流机构齿圈25处分流，液压路动力经功率分流机构行星架24和液压传动输入齿轮副52驱动液压泵53工作，所述液压泵53驱动液压马达工作，液压马达输出的动力经液压传动输出齿轮副512和功率汇流机构齿圈43传递到功率汇流机构行星架42，机械路动力经功率分流机构太阳轮23、机械传动机构3传递到功率汇流机构行星架42，最后汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
Figure BDA0003324286830000153
所述功率汇流机液传动模式包括功率汇流机液传动HMv1档、功率汇流机液传动HMv2档、功率汇流机液传动HMv3档和功率汇流机液传动HMv4档，具体实现方法如下：
功率汇流机液传动HMv1档如图14所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34、第六离合器C6 51和第七离合器C7 511接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达外马达58与内马达510低速工作，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构行星架24处分流，机械路动力经机械传动机构3传递到功率汇流机构太阳轮23，液压路动力经液压传动机构5流向功率汇流机构齿圈43，最后与机械路动力在功率汇流机构行星架42汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝(0.36e-0.07)nI。
功率汇流机液传动HMv2档如图15所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34、第六离合器C6 51和第七离合器C7 511接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59处于中位，此时液压马达外马达58单独工作，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构行星架24处分流，机械路动力经机械传动机构3传递到功率汇流机构太阳轮23，液压路动力经液压传动机构5流向功率汇流机构齿圈43，最后与机械路动力在功率汇流机构行星架42汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝(0.6e-0.07)nI。
功率汇流机液传动HMv3档如图16所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34、第六离合器C6 51和第七离合器C7 511接合，第一换向阀S1 57处于中位，第二换向阀S2 59右位通电，此时液压马达内马达510单独工作，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构行星架24处分流，机械路动力经机械传动机构3传递到功率汇流机构太阳轮23，液压路动力经液压传动机构5流向功率汇流机构齿圈43，最后与机械路动力在功率汇流机构行星架42汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝(0.9e-0.07)nI。
功率汇流机液传动HMv4档如图17所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34、第六离合器C6 51、第七离合器C7 511接合，第一换向阀S1 57右位通电，第二换向阀S2 59左位通电，此时液压马达外马达58与内马达510高速工作，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构行星架24处分流，机械路动力经机械传动机构3传递到功率汇流机构太阳轮23，液压路动力经液压传动机构5流向功率汇流机构齿圈43，最后与机械路动力在功率汇流机构行星架42汇合至输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝(1.8e-0.07)nI。
所述机械传动模式包括机械传动M1档和机械传动M2档，具体实现方法如下：
机械传动M1档如图18所示：第一离合器C1 21和第四离合器C4 44接合，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，动力经输入轴1传递到功率分流机构太阳轮23，再经中间轴33传递到输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝nI。
机械传动M2档如图19所示：第一离合器C1 21、第二离合器C2 22、第三离合器C3 34和第五离合器C5 45接合，功率分流机构行星架24与功率分流机构太阳轮23固连为一体，功率汇流机构行星架42与功率汇流机构齿圈43固连为一体，动力经输入轴1、功率分流机构齿圈25、功率分流机构行星架24、机械传动机构3、功率汇流机构太阳轮41和功率汇流机构行星架42传递到输出轴6输出。此时，输出转速与输入转速关系为：
no＝-0.19nI。
本发明的液压调速特性曲线如图20所示。通过改变变量泵排量方向或控制换向阀位置，可实现多种不同方向和不同挡位的液压机构传动方式，液压传动正向模式可以在排量比变化范围内线性调速并满足低速大转矩的作业要求，同时液压传动负向模式也能实现正向输出转速的功能。液压传动负向模式可以在排量比变化范围内线性调速并满足低速大转矩的作业要求，同时液压传动正向模式也能实现负向输出转速的功能。当e∈[0，1.00]范围内，液压传动H1档的调速范围为no∈[0，0.60]nI，液压传动H2档的调速范围为no∈[0，1.00]nI，液压传动H3档的调速范围为no∈[0，1.50]nI，液压传动H4档的调速范围为no∈[0，3.00]nI；当e∈[-1.00，0)范围内，液压传动R1档的调速范围为no∈[-0.60，0)nI，液压传动R2档的调速范围为no∈[-1.00，0)nI，液压传动R3档的调速范围为no∈[-1.50，0)nI，液压传动R4档的调速范围为no∈[-3.00，0)nI。
本发明的正向调速特性曲线如图21所示。当e∈[0，1.00]范围内，只利用液压传动档位起步，随即可无动力中断切换到对应功率分流机液传动模式的四个档位，功率分流机液传动模式主要采用低速大转矩满足动力性要求较高的工况，此时非线性调速；功率分流机液传动HMs1档的调速范围为no∈[0，0.28]nI，当e＝0.97时，功率分流机液传动HMs1档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv1档，此时线性调速，调速范围为no∈[0.28，0.29]nI；功率分流机液传动HMs2档的调速范围为no∈[0，0.29]nI，当e＝0.6时，功率分流机液传动HMs2档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv2档，此时线性调速，调速范围为no∈[0.29，0.53]nI；功率分流机液传动HMs3档的调速范围为no∈[0，0.3]nI，当e＝0.41时，功率分流机液传动HMs3档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv3档，此时线性调速，调速范围为no∈[0.3，0.83]nI；功率分流机液传动HMs4档的调速范围为no∈[0，0.35]nI，当e＝0.23时，功率分流机液传动HMs4档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv4档，此时线性调速，调速范围为no∈[0.35，1.73]nI，切换后的功率汇流机液传动模式和功率分流机液传动模式相比，在同样排量比的情况下提供的转矩较高，动力性较好，实现无级调速。
本发明的负向调速特性曲线如图22所示。当e∈[-1.00，0)范围内，利用液压传动负向模式四个挡位起步，之后可无动力中断切换到对应的功率汇流机液传动模式的四个挡位，负向全程为线性调速；液压传动R1档的调速范围为no∈[-0.18，0)nI，当e＝-0.29时，液压传动R1档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv1档，调速范围为no∈[-0.43，-0.18]nI；液压传动R2档的调速范围为no∈[-0.18，0)nI，当e＝-0.18时，液压传动R2档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv2档，调速范围为no∈[-0.67，-0.18]nI；液压传动R3档的调速范围为no∈[-0.18，0)nI，当e＝-0.12时，液压传动R3档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv3档，调速范围为no∈[-0.97，-0.18]nI；液压传动R4档的调速范围为no∈[-0.18，0)nI，当e＝-0.06时，液压传动R4档可无动力中断切换到功率汇流机液传动HMv4档，调速范围为no∈[-1.87，-0.18]nI。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，包括输入构件、功率分流机构(2)、机械传动机构(3)、功率汇流机构(4)、液压传动机构(5)、输出构件、制动器和离合器组件，所述液压传动机构(5)包括液压泵(53)、外马达(58)、内马达(510)和控制阀组件；所述外马达(58)和内马达(510)共用一个输出轴；所述输出轴为液压传动机构(5)的输出端；通过控制阀组件控制外马达(58)或/和内马达(510)与液压泵(53)连通；外马达(58)排量大于内马达(510)；
所述输入构件与功率分流机构(2)连接；所述离合器组件将所述功率分流机构(2)的输出端分别连接到机械传动机构(3)的输入端、功率汇流机构(4)的输入端和液压传动机构(5)的输入端，所述离合器组件将液压传动机构(5)的输出端和机械传动机构(3)的输出端分别连接到功率汇流机构(4)，所述离合器组件将功率汇流机构(4)的输出端连接到输出构件；所述制动器、离合器组件和控制阀组件提供输入构件与输出构件之间连续的传动比。
2.根据权利要求1所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，所述功率分流机构(2)包括功率分流机构太阳轮(23)、功率分流机构行星架(24)和功率分流机构齿圈(25)；所述功率分流机构齿圈(25)与输入构件连接；所述功率分流机构行星架(24)与液压传动机构(5)输入端和机械传动机构(3)的输入端连接；所述功率汇流机构(4)包括功率汇流机构太阳轮(41)、功率汇流机构行星架(42)和功率汇流机构齿圈(43)；功率汇流机构行星架(42)与输出构件连接；所述机械传动机构(3)包括中心轮(31)和定轴齿轮(32)；中心轮(31)与定轴齿轮(32)外啮合；
所述制动器用于选择性的将功率汇流机构太阳轮(41)连接到固定件；所述离合器组件包括第一离合器C1(21)、第二离合器C2(22)、第三离合器C3(34)、第四离合器C4(44)、第五离合器C5(45)、第六离合器C6(51)和第七离合器C7(511)；所述第一离合器C1(21)用于选择性的将功率分流机构太阳轮(23)连接到功率分流机构行星架(24)以共同旋转；所述第二离合器C2(22)用于选择性的将功率分流机构行星架(24)连接到中心轮(31)以共同旋转；所述第三离合器C3(34)用于选择性的将定轴齿轮(32)连接到功率汇流机构太阳轮(41)以共同旋转；所述第四离合器C4(44)用于选择性的将功率分流机构太阳轮(23)连接到功率汇流机构行星架(42)以共同旋转；所述第五离合器C5(45)用于选择性的将功率汇流机构齿圈(43)连接到输出构件以共同旋转；所述第六离合器C6(51)用于选择性的将功率分流机构行星架(24)连接到液压传动机构(5)输入端以共同旋转；所述第七离合器C7(511)用于选择性的将液压传动机构(5)输出端连接到功率汇流机构齿圈(43)以共同旋转；
所述控制阀组件包括第一换向阀S1(57)和第二换向阀S2(59)，所述液压泵(53)与外马达(58)之间设有第一换向阀S1(57)、所述液压泵(53)与内马达(510)之间设有第二换向阀S2(59)。
3.根据权利要求2所述地包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，所述液压传动机构(5)为单泵多马达系统，设所述内马达(510)排量为V1，所述外马达(58)排量为CV1，其中C为排量系数，C>1；所述液压传动机构(5)内液压马达的总排量Vm＝V1+CV1；Vpmax表示液压泵(53)排量Vp的最大值；液压泵(53)的排量比：
Figure FDA0003324286820000021
当所述第一换向阀S1(57)为右位通电，且所述第二换向阀S2(59)为右位通电时，所述液压泵(53)进口分别与外马达(58)进口和内马达(510)进口连通，所述液压泵(53)出口分别与外马达(58)出口和内马达(510)出口连通；
当所述第一换向阀S1(57)为右位通电，且所述第二换向阀S2(59)为中位通电时，所述液压泵(53)与外马达(58)连通，所述内马达(510)进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1(57)为中位通电，且所述第二换向阀S2(59)为右位通电时，所述液压泵(53)与内马达(510)连通，所述外马达(58)进口与出口连通；
当所述第一换向阀S1(57)为右位通电，且所述第二换向阀S2(59)为左位通电时，所述液压泵(53)进口分别与外马达(58)进口和内马达(510)出口连通，所述液压泵(53)出口分别与外马达(58)出口和内马达(510)进口连通；
通过控制第一换向阀S1(57)和第二换向阀S2(59)的状态，使液压传动机构(5)输出四种不同的转速范围：
Figure FDA0003324286820000022
式中：np为输入液压泵的转速，nm为液压马达输出的转速。
4.根据权利要求3所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，通过调节液压传动机构(5)的排量比和选择性控制所述制动器、离合器组件和控制阀组件的接合，提供输入构件与输出构件之间的传动方式包括：液压传动、功率分流机液传动、功率汇流机液传动和机械传动。
5.根据权利要求4所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，通过调节液压传动机构(5)的排量比，选择性控制所述第一离合器C1(21)、第二离合器C2(22)、第五离合器C5(45)、第六离合器C6(51)、第七离合器C7(511)和制动器B(35)的接合，选择性控制第一换向阀S1(57)和第二换向阀S2(59)，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的液压传动方式。
6.根据权利要求4所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，通过调节液压传动机构(5)的排量比，选择性控制所述第二离合器C2(22)、第四离合器C4(44)、第六离合器C6(51)、第七离合器C7(511)和制动器B(35)的接合，选择性控制第一换向阀S1(57)和第二换向阀S2(59)，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的功率分流机液传动方式。
7.根据权利要求4所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，通过调节液压传动机构(5)的排量比，选择性控制所述第一离合器C1(21)、第二离合器C2(22)、第三离合器C3(34)、第六离合器C6(51)和第七离合器C7(511)，选择性控制第一换向阀S1(57)和第二换向阀S2(59)，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的功率汇流机液传动方式。
8.根据权利要求4所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，通过选择性控制所述第一离合器C1(21)、第二离合器C2(22)、第三离合器C3(34)、第四离合器C4(44)和制动器B(35)，提供输入构件与输出构件之间的多种传动方式的机械传动方式。
9.根据权利要求4所述的包含单泵多马达系统的机液复合传动装置，其特征在于，在正向无级调速时，通过调节液压传动机构(5)的排量比，在正向排量比变化范围内线性调速；通过调节液压传动机构(5)的排量比，使功率分流机液传动无动力中断切换到功率汇流机液传动；
在负向无级调速时，通过调节液压传动机构(5)的排量比，使液压传动无动力中断切换到功率分流机液传动。
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