CN116674373A - 一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，包括输入系统、液压系统、变速系统、差速系统、输出系统和段位切换系统。本发明将液压传动和机械传动的优点结合为一体，提供了一种结构紧凑、可实现较大传动比、传动功率大效率高且可以无极调速的履带车辆传动与转向系统；在原地转向工况中，本发明可实现液压转向、机械转向、液压机械双流转向等多种模式。

Description

一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置。

背景技术

液压传动具有布置方便、功率密度大、容易实现无级调速及自动控制等优点，但同时存在传动效率低等不足之处，尤其在高速和低速传动工况，传动效率低这一不足更加突出。齿轮机械传动具有传递运动准确可靠、结构紧凑、可实现较大传动比、传动功率大及传动效率高等优点，但不易实现自动变速，更无法实现无级变速。履带车辆在行走和转向时需要的功率大，且要求根据情况对动力源进行高效的速度和扭矩变换。单一使用机械传动或液压传动都难以完美满足履带车辆对传动与转向系统的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，该装置可以使履带车辆直驶和转向有多个段位，以满足不同的工况要求，尤其是在原地转向工况中，本发明可以实现液压转向、机械转向、液压机械双流转向等多种模式。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，包括输入系统，输入系统包括与设置在输入轴上的输入齿轮以及与输入齿轮并联啮合连接的差速输入齿轮和变速输入齿轮；

液压系统，分为两路，每一路包括液压泵和液压马达，其中一路的液压泵与差速输入齿轮连接，液压马达通过第一齿轮与差速系统相接，另一路的液压泵与变速输入齿轮连接，液压马达通过第二齿轮与变速系统相接；

所述的变速系统包括前行星排和定轴齿轮系，前行星排太阳轮与输入轴传动连接，前行星排齿圈上同轴设置有第三齿轮，第三齿轮与第二齿轮啮合，前行星排行星架与定轴齿轮系的轴连接，定轴齿轮系的轴上安装有多个传动齿轮，定轴齿轮系还包括第二输入轴，第二输入轴上设置有与所述多个传动齿轮一对一啮合的第二输入齿轮，第二输入轴上还设有能够连接差速系统的锥齿轮以及能够连接输出系统的齿轮组；

所述的差速系统包括与输出系统的左输出齿轮连接的左齿轮系以及与输出系统的右输出齿轮连接的右齿轮系；左齿轮系一端与第二输入轴上的第三锥齿轮啮合，另一端与左输出齿轮啮合，左齿轮系的轴上设有能够与第一齿轮啮合的齿轮；右齿轮系的一端与第二输入轴上的第三锥齿轮啮合，另一端与右输出齿轮啮合；

所述输出系统包括左行星排和右行星排，两个行星排的齿圈通过传动轴连接；所述左输出齿轮通过空心轴与左行星排太阳轮连接，左输出轴与左行星排行星架连接，并伸出空心轴；所述右输出齿轮通过空心轴与右行星排太阳轮连接，右输出轴与右行星排行星架连接，并伸出空心轴；

段位切换系统，包括离合器、同步器和制动器，离合器设置多个，分别位于差速输入齿轮和对应液压泵之间、变速输入齿轮和对应液压泵之间、第三锥齿轮和第二输入轴之间以及左齿轮系的轴与轴上的齿轮之间；同步器设置多个，均位于第二输入轴上，用于控制第二输入齿轮和第二输入轴的离合连接以及控制所述齿轮组与第二输入轴的离合连接；制动器设置多个，分别用于控制前行星排齿圈、传动轴、左行星排太阳轮和右行星排太阳轮的转动。

所述差速输入齿轮连接的液压泵为差速变量液压泵，对应的液压马达为差速定量液压马达；所述变速输入齿轮连接的液压泵为变速变量液压泵，对应的液压马达为变速定量液压马达。

所述定轴轮系的轴上依次设置第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮；第二输入齿轮包括第十二齿轮、第十三齿轮、第十四齿轮、第十五齿轮。

所述第二输入轴上的齿轮组包括第十齿轮、第十一齿轮以及分别与第十齿轮、第十一齿轮啮合的第八齿轮、第九齿轮；与第八齿轮及第九齿轮同轴设置第一锥齿轮以及与第一锥齿轮啮合连接的第二锥齿轮，第二锥齿轮安装在输出系统的传动轴上。

所述差速系统的左齿轮系上设置用于和第三锥齿轮啮合的第四锥齿轮、用于和左输出齿轮啮合的第十六齿轮以及用于和第一齿轮啮合的第十七齿轮；右齿轮系上设置有用于和第三锥齿轮啮合的第五锥齿轮、用于和右输出齿轮啮合的第十六齿轮。

所述第三锥齿轮、第四锥齿轮、第五锥齿轮的齿数、模数完全相同。

差速输入齿轮和对应液压泵之间设置第一离合器，变速输入齿轮和对应液压泵之间设置第二离合器，第三锥齿轮和第二输入轴之间设置第三离合器，左齿轮系的轴与轴上的第十七齿轮之间设置第四离合器。

所述同步器包括控制第十四齿轮和第十五齿轮分别与第二输入轴离合连接的第一同步器、控制第十二齿轮和第十三齿轮分别与第二输入轴离合连接的第二同步器、控制第十齿轮和第十一齿轮分别与第二输入轴离合连接的第三同步器。

所述制动器包括第一制动器、第二制动器、第三制动器和第四制动器，第一制动器设置在前行星排齿圈的一侧，第二制动器设置在左空心轴的一侧，第三制动器设置在右空心轴的一侧，第四制动器设置在传动轴的一侧。

本发明的有益效果是：本发明所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，使履带车辆传动系统和转向系统结合为一体，结构更为紧凑；履带车辆在直驶，非原地转向和原地转向工况中，都可以通过本发明的段位切换系统，将动力以纯液压、纯机械或液压机械混合动力的形式输出，可适用于各种工况。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明直驶模式纯机械动力传递路线图；

图3为本发明直驶模式液压机械双流动力传递路线图；

图4为本发明纯机械原地转向模式的动力传递路线图；

图5为本发明纯液压机械双流原地转向模式的动力传递路线图；

图6为本发明纯液压原地转向模式的动力传递路线图；

图7为本发明非原地转向模式的第一种动力传递路线图；

图8为本发明非原地转向模式的第二种动力传递路线图；

图中标记：1、输入齿轮，2、第一离合器，3、差速输入齿轮，4、差速变量液压泵，5、第三齿轮，6、前行星排齿圈，7、前行星排太阳轮，8、前行星排行星架，9、第四齿轮，10、第五齿轮，11、第一齿轮，12、差速定量液压马达，13、第六齿轮，14、第七齿轮，15、第十六齿轮，16、第四离合器，17第十七齿轮，18、左输出轴，19、左输出齿轮，20、第二制动器，21、左行星排太阳轮，22、左行星排齿圈，23、左行星排行星架，24、第四制动器，25、第八齿轮，26、第九齿轮，27、第二锥齿轮，28、第一锥齿轮，29、倒挡齿轮，30、第四锥齿轮，31、第十齿轮，32、第十一齿轮，33、右行星排齿圈，34、右行星排行星架，35、右输出齿轮，36、第三制动器，37、右行星排太阳轮，38、第三同步器，39、第五锥齿轮，40、第二输入轴，41、第三锥齿轮，42、第三离合器，43、第十二齿轮，44、第二同步器， 45、第十三齿轮，46、第十四齿轮，47、第一同步器，48、第十五齿轮，49、第一制动器，50、第二齿轮，51、变速定量液压马达，52、变速变量液压泵，53、变速输入齿轮，54、第二离合器， 55、第一输入轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，包括输入系统、液压系统、变速系统、差速系统、输出系统和段位切换系统。

所述输入系统包括与发动机输出轴直接相连的输入齿轮1，以及与输入齿轮1并联啮合连接的差速输入齿轮3和变速输入齿轮53。

所述液压系统包括与差速输入齿轮3串联相接的差速变量液压泵4，与差速变量液压泵4通过液压管路连接的差速定量液压马达12、与变速输入齿轮53串联相接的变速变量液压泵52、与变速变量液压泵52通过液压管路连接的变速定量液压马达51以及与差速定量液压马达12连接的第一齿轮11和与变速定量液压马达51连接的第二齿轮50。

所述变速系统包括前行星排和定轴齿轮系。所述前行星排包括前太阳轮7、前齿圈6和前行星架8。前太阳轮7与第一输入轴55传动连接，在前齿圈6上同轴固定有第三齿轮5，第三齿轮5与液压系统中的第二齿轮50啮合连接。所述定轴齿轮系包括与前行星架8同轴固定的第四齿轮9、第五齿轮10、第六齿轮13、第七齿轮14以及第二输入轴40上的第十二齿轮43、第十三齿轮45、第十四齿轮46、第十五齿轮48，第二输入轴40与第一输入轴平行设置，且第四齿轮9和第十五齿轮48啮合、第五齿轮10和第十四齿轮46啮合、第六齿轮13和第十三齿轮45啮合、第七齿轮14和第十二齿轮43啮合。第二输入轴40上还设置有第十齿轮31、第十一齿轮32以及与此平行设置啮合连接的第八齿轮25、第九齿轮26。定轴齿轮系还包括与第九齿轮26同轴连接的第一锥齿轮28以及与第一锥齿轮28啮合连接的第二锥齿轮27。

所述差速系统包括与第一齿轮11啮合连接的第十七齿轮17、与第二输入轴40离合连接的第三锥齿轮41以及与第三锥齿轮41啮合连接的第四锥齿轮30和第五锥齿轮39。差速系统还包括第十六齿轮15，第十六齿轮15设置有两个，分别连接在第四锥齿轮30和第五锥齿轮39的齿轮轴上，第十六齿轮15用于和输出系统连接。所述第三锥齿轮41、第四锥齿轮30、第五锥齿轮39的齿数、模数完全相同。

所述输出系统包括左行星排和右行星排。左行星排太阳轮通过空心轴连接左输出齿轮19，左输出齿轮19和左侧的第十六齿轮15啮合连接；左行星排行星架23连接左输出轴18，左输出轴18从所述空心轴伸出；左行星排齿圈22连接在传动轴的左端，所述第二锥齿轮27安装在传动轴上。传动轴的右端与右行星排连接，右行星排的设置方式与左行星排相同。

所述段位切换系统包括控制差速输入齿轮3和差速变量液压泵4离合连接的第一离合器2、控制变速输入齿轮53和变速变量液压泵52离合连接的第二离合器54、控制第三锥齿轮41与第二输入轴40离合连接的第三离合器42、控制第十七齿轮17与第十七齿轮轴离合连接的第四离合器16、控制第十四齿轮46和第十五齿轮48分别与第二输入轴40离合连接的第一同步器47、控制第十二齿轮43和第十三齿轮45分别与第二输入轴40离合连接的第二同步器44、控制第十齿轮31和第十一齿轮32分别与第二输入轴40离合连接的第三同步器38、控制前行星排齿圈6转动的第一制动器49、控制左、右行星排太阳轮转动的第二、第三制动器20、36和控制所述传动轴转动的第四制动器24。

本发明的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置可以通过改变段位切换系统中离合器、制动器、同步器的分离和接合状态，来满足不同的工况。以下分别讨论直驶模式、原地转向模式和非原地转向模式离合器、制动器、同步器的工作情况。

1、直驶模式纯机械传动

此档位下的段位切换系统工作情况为

（注：表中C1、C2、C3、C4分别表示第一离合器2、第二离合器54、第三离合器42、第四离合器16，S1、S2、S3分别表示第一同步器47、第二同步器44、第三同步器38，B1、B2、B3、B4分别表示第一制动器49、第二制动器20、第三制动器36、第四制动器24。“-”表示分离，“+”表示接合。以下表格与此相同，不在赘述）。

如图2所示，第一离合器2分离、第二离合器54分离、第三离合器42分离、第四离合器16分离，发动机的动力通过第一输入轴55、前行星排、定轴轮系、第一锥齿轮28、第二锥齿轮27传递至左右行星排齿圈，并从左右行星排的行星架输出。此模式下，第一同步器、第二同步器、第三同步器与不同的齿轮啮合，可得到6个不同传动比的挡位。

2、直驶模式液压机械双流传动

此档位下的段位切换系统工作情况为：

如图3所示，第一离合器2断开、第二离合器54闭合、第三离合器42分离、第四离合器16分离，发动机的动力经输入齿轮1分矩后，一路功率由第一输入轴55进入前行星排太阳轮7，另一路经液压系统进入前行星排齿圈6，两路功率汇流后由前行星排行星架8输出，经定轴轮系、第一锥齿轮28、第二锥齿轮27传递至左右行星行星排齿圈，并从左右行星排的行星架输出。

3、纯机械原地转向模式

此档位下的段位切换系统工作情况为：

如图4所示，第一离合器2分离、第二离合器54分离，发动机的动力通过第一输入轴55、前行星排、定轴轮系传递至第二输入轴40，此时由于第三离合器42闭合，第三同步器38分离，动力由第三锥齿轮41传递至第四锥齿轮30、第五锥齿轮39，且第四锥齿轮30与第五锥齿轮39的转向相反，转速和转矩的大小相同。两股转向相反的动力分别传递至左、右行星排，使车辆原地转向。

4、液压机械双流原地转向模式

此档位下的段位切换系统工作情况为：

如图5所示，第一离合器2断开，第二离合器54闭合，发动机的动力经输入齿轮1分矩后，一路功率由第一输入轴55进入前行星排太阳轮7，另一路经液压系统进入前行星排齿圈6，两路功率汇流后由前行星排行星架8输出，经定轴轮系，动力传递至第二输入轴40，此时由于第三离合器42闭合，第三同步器38分离，动力由第三锥齿轮41传递至第四锥齿轮30、第五锥齿轮39，且第四锥齿轮30与第五锥齿轮39的转向相反，转速和转矩的大小相同。两股转向相反的动力分别传递至左右行星排，使车辆原地转向。

5、纯液压原地转向模式

此档位下的段位切换系统工作情况为：

如图6所示，第一离合器2闭合，第二离合器54断开，第四离合器16闭合，第一制动器49断开，发动机的动力直接由差速液压系统传递至第十七齿轮17，此时一路动力由第四锥齿轮30、第三锥齿轮41，第五锥齿轮39传递至右行星排。另一路动力由第十六齿轮15传入左行星排。且两股动力转向相反，转速和转矩的大小相同，使车辆原地转向。

6、非原地转向模式1

如图7所示，发动机输出的动力由输入齿轮1分矩后，一路动力由前行星排、定轴轮系传递至左、右行星排齿圈，且传递至左、右行星排齿圈的动力转矩和转速大小相等，方向相同。另一路动力由差速液压系统传递至第十七齿轮17，再由第十七齿轮17传递至左、右行星排太阳轮，且传递至左、右行星排太阳轮的动力转矩和转速大小相等，方向相反。左、右行星排把两路动力汇流后，得到不同的输出功率，使车辆在行驶中转向。

7、非原地转向模式2

如图8所示，发动力的动力由输入齿轮1分矩后，成三路动力，前两路由前行星排汇流后经定轴轮系传递至左、右行星排齿圈，且传递至左、右行星排齿圈的动力转矩和转速大小相等，方向相同。另一路动力由差速液压系统传递至第十七齿轮17，再由第十七齿轮17传递至左、右行星排太阳轮，且传递至左、右行星排太阳轮的动力转矩和转速大小相等，方向相反。左、右行星排把两路动力汇流后，得到不同的输出功率，使车辆在行驶中转向。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：包括输入系统，输入系统包括与设置在输入轴上的输入齿轮（1）以及与输入齿轮（1）并联啮合连接的差速输入齿轮（3）和变速输入齿轮（53）；

液压系统，分为两路，每一路包括液压泵和液压马达，其中一路的液压泵与差速输入齿轮（3）连接，液压马达通过第一齿轮（11）与差速系统相接，另一路的液压泵与变速输入齿轮（53）连接，液压马达通过第二齿轮（50）与变速系统相接；

所述的变速系统包括前行星排和定轴齿轮系，前行星排太阳轮（7）与输入轴传动连接，前行星排齿圈（6）上同轴设置有第三齿轮（5），第三齿轮（5）与第二齿轮（50）啮合，前行星排行星架（8）与定轴齿轮系的轴连接，定轴齿轮系的轴上安装有多个传动齿轮，定轴齿轮系还包括第二输入轴（40），第二输入轴（40）上设置有与所述多个传动齿轮一对一啮合的第二输入齿轮，第二输入轴（40）上还设有能够连接差速系统的第三锥齿轮（41）以及能够连接输出系统的齿轮组；

所述的差速系统包括与输出系统的左输出齿轮（19）连接的左齿轮系以及与输出系统的右输出齿轮（35）连接的右齿轮系；左齿轮系一端与第二输入轴（40）上的第三锥齿轮（41）啮合，另一端与左输出齿轮（19）啮合，左齿轮系的轴上设有能够与第一齿轮（11）啮合的齿轮；右齿轮系的一端与第二输入轴（40）上的第三锥齿轮（41）啮合，另一端与右输出齿轮（35）啮合；

所述输出系统包括左行星排和右行星排，两个行星排的齿圈通过传动轴连接；所述左输出齿轮（19）通过空心轴与左行星排太阳轮（21）连接，左输出轴（18）与左行星排行星架（23）连接，并伸出空心轴；所述右输出齿轮（35）通过空心轴与右行星排太阳轮（37）连接，右输出轴与右行星排行星架（34）连接，并伸出空心轴；

段位切换系统，包括离合器、同步器和制动器，离合器设置多个，分别位于差速输入齿轮（3）和对应液压泵之间、变速输入齿轮（53）和对应液压泵之间、第三锥齿轮（41）和第二输入轴（40）之间以及左齿轮系的轴与轴上的齿轮之间；同步器设置多个，均位于第二输入轴（40）上，用于控制第二输入齿轮和第二输入轴（40）的离合连接以及控制所述齿轮组与第二输入轴（40）的离合连接；制动器设置多个，分别用于控制前行星排齿圈（6）、传动轴、左行星排太阳轮（21）和右行星排太阳轮（37）的转动。

2.根据权利要求1所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：差速输入齿轮（3）连接的液压泵为差速变量液压泵（4），对应的液压马达为差速定量液压马达（12）；变速输入齿轮（53）连接的液压泵为变速变量液压泵（52），对应的液压马达为变速定量液压马达（51）。

3.根据权利要求1所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述定轴轮系的轴上依次设置第四齿轮（9）、第五齿轮（10）、第六齿轮（13）、第七齿轮（14）；第二输入齿轮包括第十二齿轮（43）、第十三齿轮（45）、第十四齿轮（46）、第十五齿轮（48）。

4.根据权利要求3所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述第二输入轴（40）上的齿轮组包括第十齿轮（31）、第十一齿轮（32）以及分别与第十齿轮（31）、第十一齿轮（32）啮合的第八齿轮（25）、第九齿轮（26）；与第八齿轮（25）及第九齿轮（26）同轴设置第一锥齿轮（28）以及与第一锥齿轮（28）啮合连接的第二锥齿轮（27），第二锥齿轮（27）安装在输出系统的传动轴上。

5.根据权利要求4所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述差速系统的左齿轮系上设置用于和第三锥齿轮（41）啮合的第四锥齿轮（30）、用于和左输出齿轮（19）啮合的第十六齿轮（15）以及用于和第一齿轮（11）啮合的第十七齿轮（17）；右齿轮系上设置有用于和第三锥齿轮（41）啮合的第五锥齿轮（39）、用于和右输出齿轮（35）啮合的第十六齿轮（15）。

6.根据权利要求5所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述第三锥齿轮（41）、第四锥齿轮（30）、第五锥齿轮（39）的齿数、模数完全相同。

7.根据权利要求5所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：差速输入齿轮（3）和对应液压泵之间设置第一离合器（2），变速输入齿轮（53）和对应液压泵之间设置第二离合器（54），第三锥齿轮（41）和第二输入轴（40）之间设置第三离合器（42），左齿轮系的轴与轴上的第十七齿轮（17）之间设置第四离合器（16）。

8.根据权利要求5所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述同步器包括控制第十四齿轮（46）和第十五齿轮（48）分别与第二输入轴（40）离合连接的第一同步器（47）、控制第十二齿轮（43）和第十三齿轮（45）分别与第二输入轴（40）离合连接的第二同步器（44）、控制第十齿轮（31）和第十一齿轮（32）分别与第二输入轴（40）离合连接的第三同步器（38）。

9.根据权利要求5所述的一种多段式履带车辆液压机械无级传动与转向装置，其特征在于：所述制动器包括第一制动器（49）、第二制动器（20）、第三制动器（36）和第四制动器（24），第一制动器（49）设置在前行星排齿圈（6）的一侧，第二制动器（20）设置在左空心轴的一侧，第三制动器（36）设置在右空心轴的一侧，第四制动器（24）设置在传动轴的一侧。