CN115320708A - 一种农用履带车辆转向机构及其转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农用履带车辆转向机构，包括第一转轴和第二转轴，第一转轴上设有输入齿轮、牙嵌齿套、左过渡齿轮、离合器齿轮、右过渡齿轮、牙嵌齿轮和离合器A、B，其中左过渡齿轮与左输出齿轮常啮合，右过渡齿轮与右输出齿轮常啮合；第二转轴上设有制动盘、第二齿轮、第三齿轮、离合器C和离合器D，通过电控阀控制四套离合器不同组合，实现不同给齿轮相互啮合，进而实现不同的转弯方向和转弯半径。上述结构采用电业自动化控制，转向精度高，操控舒适。本发明还涉及使用上述结构的转向控制方法，同样具有以上优点。

Description

一种农用履带车辆转向机构及其转向控制方法

技术领域

本发明涉及转向机构技术领域，尤其涉及一种农用履带车辆转向机构及其转向控制方法。

背景技术

履带车辆相比轮式车辆具有越野性能强，载重大，能适应恶劣的工作环境等优点，因而在军事、工业、农业等领域得到了广泛的应用。履带车辆通过改变两侧履带驱动力实现转向,转向机构性能的优劣直接影响履带车辆性能。目前多数农用履带车辆操控比较粗放，通过操纵机械连杆手柄，控制变速箱内部拨叉分离相关啮合齿轮，并依靠摩擦片完成单侧制动实现转向。转向瞬间冲击大，效率低，转向机构使用寿命短，操控舒适性很差，无法较为精确获得理想的转弯半径。整套转向机构精度低，误差大，非常依赖操纵者的实际经验。

发明内容

为了解决上述问题，本申请的目的在于提供一种农用履带车辆转向机构，能够通过离合器和齿轮配合实现转向控制，转向精度高，操控方便。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种农用履带车辆转向机构，包括第一转轴和第二转轴；

第一转轴为动力输入轴，第一转轴设有牙嵌齿套、左过渡齿轮、离合器齿轮、右过渡齿轮和牙嵌齿轮，牙嵌齿套和牙嵌齿轮通过花键连接在第一转轴上并可沿第一转轴轴向移动，左过渡齿轮、右过渡齿轮和离合器齿轮空套在第一转轴上；牙嵌齿套在第一位置与左过渡齿轮啮合，在第二位置与左过渡齿轮分离；牙嵌齿轮在第三位置与右过渡齿轮啮合，在第四位置与右过渡齿轮分离；离合器A和离合器B分别设置在离合器齿轮的左右两侧，通过控制离合器A的接合或分离状态可以实现离合器齿轮与左过渡齿轮的接合与分离，通过控制离合器B的接合或分离状态可以实现离合器齿轮与右过渡齿轮的接合与分离；

左过渡齿轮与左输出齿轮常啮合，左输出齿轮通过花键连接在左输出轴上；右过渡齿轮与右输出齿轮常啮合，右输出齿轮通过花键连接在右输出轴上；

第二转轴上设有制动盘、第二齿轮、第三齿轮、离合器C和离合器D，其中制动盘和第二齿轮空套在第二转轴上，制动盘与制动块常啮合，制动块的位置固定，通过控制离合器C的接合或分离状态可实现制动盘与第二转轴的接合与分离；第三齿轮通过花键连接在第二转轴上，第三齿轮与离合器齿轮常啮合；第二齿轮空套在第二转轴上，第二齿轮与牙嵌齿轮常啮合，通过控制离合器D的接合或分离状态可实现第二齿轮和第二转轴的接合或分离。

本申请的目的还在于提供一种应用上述农用履带车辆转向机构的转向控制方法。

本申请采用上述技术方案，通过电控阀控制四套离合器的工作情况，实现不同给齿轮相互啮合，进而实现不同的转弯方向和转弯半径。整体转向机构采用电液自动化控制，整个转向过程平顺舒适，冲击小，转向精度较高，适用于各种复杂恶劣的作业环境。并且用机械结构简化控制逻辑，提高了系统安全性和可靠性。

附图说明

图1为直行状态下转向机构的示意图；

图2为急左转状态转向结构的示意图；

图3为急右转状态转向结构的示意图；

图4为缓左转状态转向结构的示意图；

图5为缓右转状态转向结构的示意图；

图6为本实施例中液压控制的一种实施方式；

图7为本实施例中液压控制的另一种实施方式。

附图标记：第一转轴1，输入齿轮2，第一弹簧3，牙嵌齿套4，左过渡齿轮5，离合器齿轮6，右过渡齿轮7，牙嵌齿轮8，离合器A9，离合器B10，离合器C11，离合器D12，第二齿轮13，第三齿轮14，第二转轴15，制动盘16，制动块17，第二弹簧18，左输出轴19，左输出齿轮20，右输出轴21，右输出齿轮22，第一活塞23，第二活塞24，左转油路25，过渡油路26，右转油路27，急转油路28，缓转油路29。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。

实施例1：

本实施例公开一种农用履带车辆转向机构，如图1所示，所述转向机构包括第一转轴1和第二转轴15，其中第一转轴1的端部作为动力输入端，第一转轴1上设有离合器A9和离合器B10，第二转轴15上设有离合器C11和离合器D12，第一转轴1和第二转轴15通过齿轮传动，通过控制离合器A9、离合器B10、离合器C11和离合器D12的不同组合可以实现第一转轴1和第二转轴15上不同齿轮相互啮合，实现不同的转弯半径。

以第一转轴1的动力输入端为左侧进行描述，第一转轴1上从左往右依次设有输入齿轮2、牙嵌齿套4、左过渡齿轮5、离合器齿轮6、右过渡齿轮7和牙嵌齿轮8。其中，输入齿轮2、牙嵌齿套4和牙嵌齿轮8通过花键连接在第一转轴1上，与第一转轴1同步运动；左过渡齿轮5、右过渡齿轮7和离合器齿轮6空套在第一转轴1上，需要说明的是，本领域中齿轮空套是指齿轮与轴之间是通过滚针轴承或滑动轴承连接，没有键连接，齿轮相对于轴是空转的。作为可选实施方式，本实施例中的离合器A9和离合器B10选用湿式离合器，有利于延长离合器的使用寿命。离合器A9和离合器B10分别设置在离合器齿轮6的左右两侧，通过控制离合器A9的接合或分离状态可以实现离合器齿轮6与左过渡齿轮5的接合与分离；通过控制离合器B10的接合或分离状态可以实现离合器齿轮6与右过渡齿轮7的接合与分离。

输入齿轮2和牙嵌齿套4之间设有第一弹簧3，在离合器A9脱开状态下，在第一弹簧3的挤压下牙嵌齿套4与左过渡齿轮5接合。牙嵌齿套4和左过渡齿轮5之间设有第一活塞23，通过第一转轴1内部油路可以调整第一活塞23的位置，在充油后，第一活塞23在液压油的作用下抵抗第一弹簧3的弹力向左推动牙嵌齿套4，使得牙嵌齿套4与左过渡轮脱开连接。牙嵌齿轮8右侧设有限位套，所述限位套在第一转轴1上的位置固定，牙嵌齿套4和限位套之间设有第二弹簧18，在离合器B10脱开状态下，在第二弹簧18的挤压下牙嵌齿轮8与右过渡齿轮7接合。牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7之间设有第二活塞24，通过第一转轴1内部油路可以调整第二活塞24的位置，在充油后，第二活塞24在液压油的作用下抵抗第二弹簧18的弹力向右推动牙嵌齿轮8，使得牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7脱开连接。

左过渡齿轮5与左输出齿轮20常啮合，左输出齿轮20通过花键连接在左输出轴19上；右过渡齿轮7与右输出齿轮22常啮合，右输出齿轮22通过花键连接在右输出轴21上。由于可以通过第一活塞23的位置调整左过渡齿轮5的连接关系，可以通过第二活塞24的位置调整右过渡齿轮7的连接关系，从而可以左输出轴19和右输出轴21的输出情况，实现多种情况的转向控制。

第二转轴15与第一转轴1平行设置，第二转轴15上设有制动盘16、第二齿轮13、第三齿轮14、离合器C11和离合器D12，其中制动盘16和第二齿轮13空套在第二转轴15上，第三齿轮14通过花键连接在第二转轴15上，随第二转轴15同步转动；离合器C11和制动盘16位于第二转轴15左半部分，离合器D12和第二齿轮13位于第二转轴15右半部分。制动盘16与制动块17常啮合，制动块17固定在箱体上，不能移动和旋转。通过控制离合器C11的接合或分离状态可实现制动盘16与第二转轴15的接合与分离。从而，在离合器C11接合的状态下，制动盘16与第二转轴15接合，通过制动块17实现对第二转轴15的制动。第二齿轮13与第一转轴1上的牙嵌齿轮8常啮合，第三齿轮14与第一转轴1上的离合器齿轮6常啮合。通过控制离合器D12的接合或分离状态可实现第二齿轮13和第二转轴15的接合或分离，从而，在离合器D12接合的状态下，通过第二齿轮13与第一转轴1上的牙嵌齿轮8的配合可以实现第一转轴1与第二转轴15之间的运动传递，然后经过第三齿轮14与离合器齿轮6的运动传递实现减速，使得左右两侧产生速差，车辆缓慢转向。

上述结构的齿轮箱，通过离合器A9和离合器B10实现左转和右转控制，配合离合器C11实现急转向控制，配合离合器D12实现缓转向控制，从而可以实现对车辆的多种转向控制，且转向机构的精度高，操作方便。

本申请中，通过电控系统和液压系统配合控制离合器A9、离合器B10、离合器C11和离合器D12。以下详细说明转向机构的多种方向的控制方式。

如图1所示，车辆正常直线行驶时，离合器A9、离合器B10、离合器C11和离合器D12不工作，均处于分离状态。此时动力通过输入齿轮2传递输入第一转轴1，第一转轴1分别传递输入牙嵌齿套4和牙嵌齿轮8。在左右两侧第一弹簧3和第二弹簧18压力作用下，牙嵌齿套4和左过渡齿轮5结合，牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7结合。然后动力通过左输出齿轮20和右输出齿轮22传递，最终实现左输出轴19和右输出轴21输出，车辆直线行驶。

当车辆需要急左转(小转弯半径)时，如图2所示，通过操控电控阀，打开左转油路25和急转油路28。液压油从左转油路25进入，液压油进入第一活塞23腔推动第一活塞23使牙嵌齿套4与左过渡齿轮5逐渐分离，同时离合器A9逐渐结合。最终牙嵌齿套4与左过渡齿轮5完全分离，离合器齿轮6和左过渡齿轮5结合。此时孔A打开，液压油从孔A流出，所述孔A与第二转轴15内部的急转油路28连通，从孔A流出的液压油进入第二转轴15。离合器C11结合，制动盘16与第二转轴15结合。由于离合器B10处于脱开状态，此时左侧实现啮合关系：制动块17→制动盘16→离合器C11→第二转轴15→第三齿轮14→离合器齿轮6→离合器A9→左过渡齿轮5→左输出齿轮20。由于制动块17固定在箱体上，不能移动和旋转，最终左输出轴19制动，左侧动力切断，左右两侧产生较大速差，车辆急左转。

如图1所示，第一活塞23朝向左过渡齿轮5的一端形成朝向左侧凹陷的缺口，在该缺口处形成第一活塞23腔的进油端。结合图1和图2，第一转轴1的内部油路包括左转油路25和过渡油路26，图2中虚线指示液压油流向。左转油路25的进油端与第一转轴1外部的左转进油口连通，左转油路25的一个出油端与第一活塞23腔进油端连通，左转油路25的另一个出油端与离合器A9连通，离合器A9进油接合。在左转油路25打开后，液压油通过左转油路25进入第一活塞23腔推动第一活塞23向左移动。第一活塞23腔内设有孔A，所述孔A与过渡油路26连通，过渡油路26的一端与第一转轴1外部的出油口连通。第二转轴15的内部油路包括急转油路28，所述第一转轴1外部的出油口与第二转轴15内部的急转油路28连通，因此，从孔A流出的液压油能流入第二转轴15内。急转油路28与离合器C11连通，从孔A流出的液压油进入急转油路28中，控制离合器C11结合。

本申请巧妙设计液压油路，只有当牙嵌齿套4与左过渡齿轮5完全分离时，孔A才能打开，液压油从孔A流出，并进入第二转轴15，使离合器C11结合。这样设置能够防止因牙嵌齿套4与左过渡齿轮5还未完全分离时，离合器A9和离合器C11已经结合造成并车事故，导致变速箱损坏。用机械结构简化控制逻辑，提高了系统安全性和可靠性。

当车辆需要急右转(小转弯半径)时，如图3所示，通过操控电控阀，打开右转油路27和急转油路28。液压油推动第二活塞24，使牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7逐渐分离，同时离合器B10逐渐结合。最终牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7完全分离，离合器齿轮6和右过渡齿轮7结合。此时孔B打开，液压油从孔B流出，并进入第二转轴15。离合器C11结合，制动盘16第二转轴15结合。由于离合器A9处于脱开状态，此时右侧实现啮合关系：制动块17→制动盘16→离合器C11→第二转轴15→第三齿轮14→离合器齿轮6→离合器B10→右过渡齿轮7→右输出齿轮22。由于制动块17固定在箱体上，不能移动和旋转，最终右输出轴21制动，右侧动力切断，左右两侧产生较大速差，车辆急右转。

如图1所示，第二活塞24朝向右过渡齿轮7的一端形成朝向右侧凹陷的缺口，在该缺口处形成第二活塞24腔的进油端。结合图1和图3，第一转轴1的内部油路包括右转油路27和过渡油路26，图3中虚线指示液压油流向。右转油路27的进油端与第一转轴1外部的右转进油口连通，右转油路27的一个出油端与第二活塞24腔进油端连通，右转油路27的另一个出油端与离合器B10连通，离合器B10进油接合。在右转油路27打开后，液压油通过右转油路27进入第二活塞24腔推动第一活塞23向左移动。第二活塞24腔内设有孔B，所述孔B与过渡油路26连通，过渡油路26的一端与第一转轴1外部的出油口连通。第二转轴15的内部油路包括急转油路28，所述第一转轴1外部的出油口与第二转轴15内部的急转油路28连通，因此，从孔B流出的液压油能流入第二转轴15内。急转油路28与离合器C11连通，从孔B流出的液压油进入急转油路28中，控制离合器C11结合。

当车辆需要缓左转(大转弯半径)时，如图4所示，通过操控电控阀，打开左转油路25和缓转油路29。液压油推动第一活塞23，使牙嵌齿套4与左过渡齿轮5逐渐分离，同时离合器A9逐渐结合。最终牙嵌齿套4与左过渡齿轮5完全分离，离合器齿轮6和左过渡齿轮5结合。此时孔A打开，液压油从孔A流出，并进入第二转轴15。离合器D12结合。由于离合器B10处于脱开状态，此时左侧实现啮合关系：牙嵌齿轮8→离合器D12→第二转轴15→第三齿轮14→离合器齿轮6→离合器A9→左过渡齿轮5→左输出齿轮20。左侧经过2级减速后，左输出轴19与右输出轴21产生速差，车辆缓左转。

图4中虚线指示液压油流向。第二转轴15的内部油路包括缓转油路29，缓转油路29的进油端与第一转轴1外部的出油口连通，缓转油路29的出油端与离合器D12连通，从孔A流出的液压油进入缓转油路29中，控制离合器D12结合。

当车辆需要缓右转(大转弯半径)时，如图5所示，通过操控电控阀，打开右转油路27和缓转油路29。液压油推动第二活塞24，使牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7逐渐分离，同时离合器B10逐渐结合。最终牙嵌齿轮8和右过渡齿轮7完全分离，离合器齿轮6和右过渡齿轮7结合。此时孔B打开，液压油从孔B流出，并进入第二转轴15。离合器D12结合。由于离合器A9处于脱开状态，此时右侧实现啮合关系：牙嵌齿轮8→离合器D12→第二转轴15→第二齿轮13→离合器齿轮6→离合器B10→右过渡齿轮7→右输出齿轮22。右侧经过2级减速后，左输出轴19与右输出轴21产生速差，车辆缓右转。

图5中虚线指示液压油流向。第一转轴1内从孔B流出的液压油经过过渡油路26流出后进入第二转轴15的缓转油路29，控制离合器D12结合。

上述方案中，通过电控阀控制第一转轴1和第二转轴15内部油路的开关以控制进油离合器，离合器进油后转换为接合状态。图6为整套机构液压原理图。电控阀上五个比例阀YV1、YV2、YV3、YV4和YV5控制四套湿式离合器。表1为整套系统控制逻辑图。当YV3工作时，整个液压系统泄压，车辆回到直行状态。其中YV1、YV2、YV3、YV4和YV5均为开关阀。通过控制器操控电控阀，整个转向过程平顺舒适，冲击小，转向精度较高。

表1

如图7所示，也可以使离合器C11和离合器D12分别单独连接比例阀YV1和YV2，根据实际需要通过控制器精确控制比例阀，使离合器C11产生滑差，从而获得更高的转向精度。此种结构需要通过控制器控制YV1和YV2不得同时工作，才能保证系统正常工作。

上述方案，通过电控阀控制四套离合器的工作情况，通过各个离合器的结合或脱开配合实现转向控制，通过控制器操控电控阀，整个转向过程平顺舒适，冲击小，转向精度较高。并且用机械结构简化控制逻辑，提高了系统安全性和可靠性。

实施例2：

该实施例提供一种农用履带车辆转向机构的转向控制方法，包括实施例1中的农用履带车辆转向机构，应用于控制器中，所述控制器接收转向控制信号，根据接收到的转向控制信号控制离合器A、B、C、D的工作情况。具体参见实施例1中车辆急转向和缓转向时的控制方式。

Claims (10)

1.一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，包括第一转轴(1)和第二转轴(15)；

第一转轴(1)为动力输入轴，第一转轴(1)设有牙嵌齿套(4)、左过渡齿轮(5)、离合器齿轮(6)、右过渡齿轮(7)和牙嵌齿轮(8)，牙嵌齿套(4)和牙嵌齿轮(8)通过花键连接在第一转轴(1)上并可沿第一转轴(1)轴向移动，左过渡齿轮(5)、右过渡齿轮(7)和离合器齿轮(6)空套在第一转轴(1)上；牙嵌齿套(4)在第一位置与左过渡齿轮(5)啮合，在第二位置与左过渡齿轮(5)分离；牙嵌齿轮(8)在第三位置与右过渡齿轮(7)啮合，在第四位置与右过渡齿轮(7)分离；离合器A(9)和离合器B(10)分别设置在离合器齿轮(6)的左右两侧，通过控制离合器A(9)的接合或分离状态可以实现离合器齿轮(6)与左过渡齿轮(5)的接合与分离，通过控制离合器B(10)的接合或分离状态可以实现离合器齿轮(6)与右过渡齿轮(7)的接合与分离；

左过渡齿轮(5)与左输出齿轮(20)常啮合，左输出齿轮(20)通过花键连接在左输出轴(19)上；

右过渡齿轮(7)与右输出齿轮(22)常啮合，右输出齿轮(22)通过花键连接在右输出轴(21)上；

第二转轴(15)上设有制动盘(16)、第二齿轮(13)、第三齿轮(14)、离合器C(11)和离合器D(12)，其中制动盘(16)和第二齿轮(13)空套在第二转轴(15)上，制动盘(16)与制动块(17)常啮合，制动块(17)的位置固定，通过控制离合器C(11)的接合或分离状态可实现制动盘(16)与第二转轴(15)的接合与分离；第三齿轮(14)通过花键连接在第二转轴(15)上，第三齿轮(14)与离合器齿轮(6)常啮合；第二齿轮(13)空套在第二转轴(15)上，第二齿轮(13)与牙嵌齿轮(8)常啮合，通过控制离合器D(12)的接合或分离状态可实现第二齿轮(13)和第二转轴(15)的接合或分离。

2.根据权利要求1所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，第一转轴(1)上设有输入齿轮(2)，所述输入齿轮(2)通过花键与第一转轴(1)连接。

3.根据权利要求2所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，输入齿轮(2)在第一转轴(1)上的位置固定，牙嵌齿套(4)位于输入齿轮(2)的右侧，输入齿轮(2)和牙嵌齿套(4)之间设有第一弹簧(3)，牙嵌齿套(4)在第一弹簧(3)的作用下移动至第一位置与左过渡齿轮(5)啮合；牙嵌齿套(4)和左过渡齿轮(5)之间设有第一活塞(23)，第一活塞(23)在液压油的作用下推动牙嵌齿套(4)移动至第二位置；第一转轴(1)上牙嵌齿轮(8)右侧设有位置固定的限位套，牙嵌齿轮(8)与限位套之间设有第二弹簧(18)，牙嵌齿轮(8)在第二弹簧(18)的作用下移动至第三位置与右过渡齿轮(7)啮合；牙嵌齿轮(8)和右过渡齿轮(7)之间设有第二活塞(24)，第二活塞(24)在液压油的作用下推动牙嵌齿轮(8)移动至第四位置。

4.根据权利要求3所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，牙嵌齿套(4)和左过渡齿轮(5)之间形成第一活塞(23)腔，第一活塞(23)位于所述第一活塞(23)腔内，第一转轴(1)的内部油路包括左转油路(25)和过渡油路(26)，左转油路(25)的进油端与第一转轴(1)外部的左转进油口连通，左转油路(25)的其中一个出油端与第一活塞(23)腔连通，左转油路(25)的另一个出油端与离合器A(9)连通；在左转油路(25)打开后，液压由左转油路(25)进入第一活塞(23)腔推动第一活塞(23)向左移动；第一活塞(23)腔内设有孔A，在第一活塞(23)将牙嵌齿套(4)推动至第二位置后露出孔A，所述孔A与过渡油路(26)连通，过渡油路(26)的一端与第一转轴(1)外部的出油口连通。

5.根据权利要求3所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，牙嵌齿轮(8)和右过渡齿轮(7)之间形成第二活塞(24)腔，第二活塞(24)位于第二活塞(24)腔内，第一转轴(1)的内部油路包括右转油路(27)和过渡油路(26)，右转油路(27)的进油端与第一转轴(1)外部的右转进油口连通，右转油路(27)的其中一个出油端与第二活塞(24)腔连通，右转油路(27)的另一个出油端与离合器B(10)连通；在右转油路(27)打开后，液压油由右转油路(27)进入第二活塞(24)腔推动第二活塞(24)向右移动；第二活塞(24)腔内设有孔B，在第二活塞(24)将牙嵌齿轮(8)推动到第四位置后露出孔B，所述孔B与过渡油路(26)连通，过渡油路(26)的一端与第一转轴(1)外部的出油口连通。

6.根据权利要求4或5所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，第二转轴(15)的内部油路包括急转油路(28)，所述第一转轴(1)外部的出油口与第二转轴(15)内部的急转油路(28)连通，所述急转油路(28)与离合器C(11)连通。

7.根据权利要求4或5所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，第二转轴(15)的内部油路包括缓转油路(29)，所述第一转轴(1)外部的出油口与第二转轴(15)内部的缓转油路(29)连通，所述缓转油路(29)与离合器D(12)连通。

8.根据权利要求1所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，包括电控阀，用于控制离合器A(9)、离合器B(10)、离合器C(11)、离合器D(12)的接合或脱开状态。

9.根据权利要求8所述的一种农用履带车辆转向机构，其特征在于，所述电控阀通过控制第一转轴(1)和第二转轴(15)内部油路的开关控制离合器的接合或脱开状态。

10.一种农用履带车辆转向机构的转向控制方法，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的农用履带车辆转向机构，所述方法应用于控制器中，所述控制器接收转向控制信号，根据所述转向控制信号控制离合器A、B、C、D的工作情况。

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