CN212899609U

CN212899609U - 一种液压机械无级变速驱动系统及农用车辆

Info

Publication number: CN212899609U
Application number: CN202020415209.5U
Authority: CN
Inventors: 韩涛; 徐祥谦; 徐恒民
Original assignee: Shandong Golddafeng Machinery Co ltd
Current assignee: Shandong Golddafeng Machinery Co ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-04-06
Anticipated expiration: 2030-03-27

Abstract

本新型涉及农业收获机械技术领域，具体涉及一种液压机械无级变速驱动系统及农用车辆。包括液压机械传动系统、液压系统、电控卸荷系统和操纵系统，所述液压机械传动系统包括前桥总成和发动机，所述发动机与前桥总成之间设置有过渡轮总成，所述前桥总成包括前桥管梁组合和变速箱，所述变速箱两侧分别连接有驱动箱和行星轮减速器，所述行星减速器连接有HST液压变速器，所述液压系统、电控卸荷系统和操作系统均与HST液压变速器连接，所述操作系统还与变速箱连接。驾驶员的操作手感及舒适性大大提升；具有传动平稳、油耗低、振动小、噪音低等特点；降低了驾驶员的劳动强度，提升了驾驶员操作的精准度，传动系统更平稳，效率更高，噪音更低。

Description

一种液压机械无级变速驱动系统及农用车辆

技术领域

本新型涉及农业收获机械技术领域，具体涉及一种液压机械无级变速驱动系统及农用车辆。

背景技术

目前通用型收获机有谷物联合收获机、玉米机、花生机、水稻机等诸多类型，传统的行走驱动模式都是发动机通过行走输出三角带轮及三角带来驱动机械变速箱，变速箱再通过左右半轴将动力传递到左右边减，左右边减再带动轮胎转动。

然而，这种模式存在行走离合器摩擦片易磨损，频繁踩离合踏板使驾驶员劳动强度大，不能精准调节无级变速，换挡和调速时操纵舒适性差，噪音大等缺陷。

实用新型内容

针对上述的不足，本新型提供了一种液压机械无级变速驱动系统。

本新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种液压机械无级变速驱动系统，包括液压机械传动系统、液压系统、电控卸荷系统和操纵系统，所述液压机械传动系统包括前桥总成和发动机，所述发动机与前桥总成之间设置有过渡轮总成，所述前桥总成包括前桥管梁组合和变速箱，所述变速箱两侧分别连接有驱动箱和行星轮减速器，所述行星轮减速器连接有 HST液压变速器，所述液压系统、电控卸荷系统和操作系统均与HST液压变速器连接，所述操作系统还与变速箱连接。

进一步地，所述液压系统包括冷却器、液压油箱和若干油管，所述冷却器、液压油箱和 HST液压变速器通过油管依次串联，所述HST液压变速器的内部设置有变量泵、补油泵、斜盘、斜盘驱动臂、补油泵溢流阀、卸荷阀、电磁溢流阀、定量马达、输入轴和输出轴，所述补油泵的出油口设置有指示灯过滤器，其作用是给HST液压变速器提供清洁的液压油并持续散热，与HST液压变速器组成一个闭式循环系统，补油泵溢流阀的目的是防止补油泵溢流。

进一步地，所述电控卸荷系统包括离合开关和电磁阀线圈，所述离合开关两端分别设置有制动踏板装置和继电器，所述电磁阀线圈与HST液压变速器连接，所述电源、离合开关、继电器和电磁线圈通过导线连接，且导线上设置有总开关，电控卸荷系统是在过载或刹车时使液压系统卸荷，避免系统零部件受损，起到安全保护的作用，同时也是的整个系统运行更加平稳。

进一步地，所述操纵系统包括一杆操纵系统和换挡系统，所述一杆操纵系统包括一杆操纵器，所述一杆操纵器上设置有操纵杆和操纵器拉线，所述操纵杆顶部设置有操纵手柄，所述HST液压变速器上设置有斜盘驱动臂，所述操纵器拉线一端与斜盘驱动臂连接；换挡系统包括换挡器、换挡器拉线和换挡拨叉驱动臂，换挡器拉线两端分别与换挡器和换挡拔叉驱动臂连接，所述换挡拔叉驱动臂设置在变速箱上。

进一步地，所述行星轮减速器包括大齿圈、行星架、组星轮、太阳轮和行星轮减速器壳体，大齿圈外齿轮与主动齿轮啮合，大齿圈内齿轮与六组星轮内啮合，太阳轮内齿轮与六组行星轮外啮合，大齿圈与行星架之间设置有轴承。

进一步地，所述驱动箱包括驱动轮、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ、第一驱动轴和驱动箱壳体，所述变速箱包括第二驱动轴、差速器、左输出轴、右输出轴和变速箱壳体，所述第一驱动轴通过花键套与第二驱动轴连接，第二驱动轴通过花键套与输入轴连接，输出轴与太阳轮通过花键套连接。

进一步地，所述输入轴转速等于驱动轮转速，所述太阳轮转速的最大值等于驱动轮转速，太阳轮转速等于输出轴转速，中间轴Ⅰ与行星架通过花键套连接，行星架转速等于中间轴Ⅰ转速。

进一步地，所述发动机前端设置有行走输出皮带轮，所述过渡轮总成包括过渡轮轴、被动轮和主动轮，所述被动轮与行走输出皮带轮通过三角带连接。

进一步地，所述前桥管梁组合的左右两侧设置有连接板，所述连接板与整机底盘连接。

进一步地，本新型还公开了一种农用车辆，包括前述任意一项所述的的液压机械无级变速驱动系统。

本新型的有益效果是：

1、本新型去掉了行走离合器，从而避免了摩擦片模式而造成的故障；去掉了行走离合踏板及其传动机构，大大降低了驾驶员的劳动强度；驾驶员可以精准调节行车速度；驾驶员的操作手感及舒适性大大提升。

2、液压机械无级变速驱动系统是一种以行星轮减速器和HST液压变速器为核心驱动力的能够精准调节无级变速的行走驱动系统，具有传动平稳、油耗低、振动小、噪音低等特点。

3、降低了驾驶员的劳动强度，提升了驾驶员操作的舒适性和精准度，传动系统更平稳，效率更高，噪音更低。

附图说明

图1为本新型的液压机械无级变速驱动系统示意图；

图2为本新型的中心传动系示意图；

图3为本新型的驱动箱剖面示意图；

图4为本新型的行星轮减速器剖面示意图；

图5为本新型的行星轮减速器速度分布示意图；

图6为本新型的HST液压变速器示意图；

图7为本新型的液压系统连接示意图；

图8为本新型的冷却器原理图；

图9为本新型的斜盘驱动臂示意图；

图10为本新型的液压系统原理图；

图11为本新型的斜盘摆角与泵变量排量曲线图；

图12为本新型的电控卸荷系统原理示意图；

图13为本新型的一杆操纵系统连接示意图；

图14为本新型的换挡系统连接示意图。

其中，1、发动机，2、前桥总成，3、过渡轮总成，4、三角带，5、液压系统，6、电控卸荷系统，7、一杆操纵系统，8、操纵系统，101、行走输出皮带轮，201、前桥管梁组合， 202、变速箱，203、驱动箱，204、驱动轮，205、行星轮减速器，206、HST液压变速器，209、左轮边减速器，210、右轮边减速器，211、连接板，212、第一驱动轴，213、花键套，214、第二驱动轴，215、驱动齿轮，217、差速器，218、右输出轴，219、左输出轴，220、太阳轮， 221、星轮，222、行星架，223、大齿圈，224、输出轴，225、输入轴，226、斜盘驱动臂， 301、被动轮，302、过渡轮轴，303、主动轮，304、带座轴承，501、液压油箱，502、带指示灯过滤器，503、冷却器，504、变量泵，505、定量马达，506、补油泵溢流阀，507、卸荷阀，508、补油泵，509、电磁溢流阀，510、油管，601、制动踏板装置，602、离合开关，603、继电器，604、电源，605、总开关，606、电磁阀线圈，801、换挡拔叉驱动臂，802、换挡器拉线802，803、换挡器。

具体实施方式

为了使本新型实现的技术手段、技术特征、新型目的与技术效果易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本新型。

在本实施例中，如图1—14所示的液压机械无级变速驱动系统，包括液压机械无级变速驱动系统由液压机械传动系统、液压系统5、电控卸荷系统6和操纵系统8四部分组成。

第一部分：液压机械传动系统

液压机械传动系统包括前桥总成2组成、发动机1、过渡轮总成3和三角带4，发动机1 是动力源，过渡轮总成3和三角带4是动力传递装置，前桥总成2是动力转换装置。

选用发动机1功率范围是88～180kW，转速范围是750～2400r/min，前端装有行走输出皮带轮101，见图1，行走输出皮带轮101槽型为3-SPC型，最大输出功率为80kW。

过渡轮总成3包括过渡轮轴302、被动轮301、主动轮303和轴承(UELP208)，见图1。驱动箱203包括驱动轮204、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ、第一驱动轴212和驱动箱203壳体，见图3。被动轮301槽型为3-SPC型，与行走输出皮带轮101和三条SPC-2650型三角带4组成驱动轮204系一；主动轮303槽型为4-15J，与驱动轮204和联组带15J-4-2000组成驱动轮 204系二。

行走输出皮带轮101分度圆直径D0＝φ214.4mm，行走输出皮带轮101转速n0的转速范围是750～2400r/min，被动轮301分度圆直径D1＝φ215.4mm，主动轮303直径D2＝230mm，驱动轮204直径D3＝φ190mm，驱动轮204转速n3与n0的关系为：

n3＝1.216*n0

驱动轮204的转速n3的范围是900～2900r/min。

变速箱202包括第二驱动轴214、差速器217、左输出轴219、右输出轴218和变速箱202 壳体，见图2。第二驱动轴214配齿轮Z5(17齿)，中间轴Ⅰ配低挡主动齿轮Z6(25齿)和高挡主动齿轮Z7(39齿)，中间轴Ⅱ配高挡被动齿轮Z8(24齿)和低挡被动齿轮Z9(37齿)，齿轮Z6驱动齿轮215Z9，齿轮Z7驱动齿轮215Z8，齿轮Z8和齿轮Z9之间装有滑套，滑套向右滑动时齿轮Z9驱动中间轴Ⅱ转动，滑套向左滑动时齿轮Z8驱动中间轴Ⅱ转动，齿轮Z10 (15齿)驱动差速器217齿轮Z11(58齿)，差速器217带动左输出轴219和右输出轴218 旋转。

左边减、右边减内部轮系相同，输入轴齿轮Z12(13齿)，输入轴过渡齿轮Z13(25齿)，轮毂过渡齿轮Z14(25齿)，轮毂齿轮Z15(57齿)。轮毂驱动轮204胎，轮胎直径d＝1250mm。设输出轴转速为n15，中间轴Ⅰ转速为n5，车辆行驶速度为v，

低挡时边减输出轴与中间轴Ⅰ的传动比iL为

低挡时边减输出轴与中间轴Ⅰ的传动比iH为

行星轮减速器205和HST液压变速器206的组合称为HMT，行星轮减速器205由大齿圈、行星架、组星轮、太阳轮、行星轮减速器205壳体以及轴承等其他连接件组成，见图4。大齿圈外齿轮Z32(52齿)与主动齿轮Z6(25齿)啮合，大齿圈内齿轮Z31(51齿)与六组星轮Z2(11齿)内啮合，太阳轮内齿轮Z1(27齿)与六组行星轮Z2(11齿)外啮合，大齿圈与行星架之间装有轴承作为支撑，HST液压变速器206采用HST50B，内含输入轴、输出轴等，见图5。

第一驱动轴212通过花键套213一与第二驱动轴214连接，第二驱动轴214通过花键套 213二与HST输入轴连接，HST输入轴转速等于驱动轮204转速n3，同时太阳轮转速的最大值等于驱动轮204转速。当驱动轮204转动时，带动HST输入轴转动，通过调节斜盘角度控制变量泵504输出油量，机械能转化为液压能；在变量泵504的作用下定量马达505开始工作，带动HST输出轴转动，液压能转化为机械能。HST输出轴与太阳轮通过花键连接，太阳轮转速n4等于输出轴转速n4；中间轴Ⅰ与行星架通过花键连接，行星架转速n5等于中间轴Ⅰ转速n5。

大齿圈的转速n6的范围是290～940r/min。太阳轮转速n4的范围是-2900～2900r/min(由 HST内部决定，下面液压系统5部分有详细介绍)，行星架转速n5，大齿圈转速n6之间的关系，见图6行星轮减速器205速度分布图。从图中可以得出以下结论,

行星轮减速器205转速状态表单位：r/min

转速类型	车辆静止	车辆前进	车辆后退
				发动机n0	750～2400	750～2400	750～2400
大齿圈n6	290～940	290～940	290～940
				行星架n5	0	0～1618.5	0～-389
太阳轮n4	-548～-1775.5	～1775.5～2900	-548～-2900

根据公式n15＝iL*n5得出：

低挡前进时边减输出轴转速范围是0～64.74r/min；

低挡后退时边减输出轴转速范围是0～15.56r/min；

根据公式n15＝iH*n5得出：

高挡前进时边减输出轴转速范围是0～155.376r/min；

低挡后退时边减输出轴转速范围是0～37.344r/min；

根据公式

轮胎直径d＝1.25m，系统总效率η＝0.9，

低挡前进时车辆速度为0～14km/h；

低挡后退时车辆速度为0～4km/h；

高挡前进时车辆速度为0～32km/h；

高挡后退时车辆速度为0～8km/h

第二部分：液压系统5

所述液压系统5包括冷却器503、液压油箱501和若干油管510，见图7。HST液压变速器206内部设置有0～50ml/r变量泵504、50ml/r定量马达505、补油泵508、斜盘、斜盘驱动臂226、补油泵508溢流阀、卸荷阀507、电磁溢流阀509、输入轴和输出轴，S口为补油泵 508进油口，B2口为补油泵508出油口，B1口为补油口，T1口为回油口，见液压系统5原理图。S口接液压油箱501出油口(液压油箱501出油口处装有过滤器，过滤精度80～100μ m)，B2口接带指示灯过滤器502，带指示灯过滤器502另一端接B1口，T1口接冷却器503 下端口，冷却器503下端口接液压油箱501回油口(液压油箱501回油口处装有过滤器，过滤精度10～15μm)。

变量泵504的流量控制，见图9液压系统5原理图、图10斜盘摆角与泵排量变量曲线图和图11斜盘驱动臂226外观图。当斜盘驱动臂226处于水平位置时，如图所示，斜盘角度为0°，此时变量泵504的输出流量为0，定量马达505转速为0；当斜盘驱动臂226顺时针旋转α角度时，斜盘随之旋转α角，0°＜α≤40°，α角与变量泵504输出流量呈正线性关系，在液压油的作用下推动定量马达505正向旋转，带动输出轴正向旋转，输出轴转速等于马达转速，变量泵504每输出50ml油量马达正向转一圈(理想状态，不考虑容积效率)；当斜盘驱动臂226逆时针旋转β角度时，斜盘随之旋转β角，-40°≤β＜0°，β角与变量泵504 输出流量呈负线性关系，在液压油的作用下推动定量马达505反向旋转，带动输出轴反向旋转，输出轴转速等于马达转速，变量泵504每输出50ml油量马达反向转一圈(理想状态，不考虑容积效率)。

变量泵504和定量马达505形成了一个闭式循环系统，在工作过程中会产生内泄，需要补油泵508源源不断的补充液压油，补油泵508供给多余的液压油通过补油泵508溢流阀流回油箱。带指示灯过滤器502的过滤精度为10～20μm，保证HST液压变速器206内部液压油的清洁。冷却器503的工作原理是借用发动机1风扇叶的风力对经过冷却器503的液压油进行冷却，确保液压油温度不超过70℃，见图8。当驾驶员踩下刹车踏板时，电磁溢流阀509线圈通电，电磁溢流阀509打开，变量泵504输出的油液直接回液压油箱501。卸荷阀507 的开启压力为34.3MPa，当整机负载较大，HST输出功率无法满足时，卸荷阀507打开，用于保护整体液压机械无级变速驱动系统的稳定性。根据公式：

其中N为最大输出功率，P为最大压力，Q为变量泵504最大输出流量，η为容积效率，得出HST液压驱动器的最大输出功率为75kw。

第三部分：电控卸荷系统6

所述电控卸荷系统6包括离合开关602和电磁阀线圈606，其中电磁线圈与HST液压变速器206壳体连接，控制电磁溢流阀509，见图12电控卸荷系统6原理图。

当驾驶员踩下制动踏板时，制动踏板装置601推动离合开关602旋转，旋转大于等于5 °后离合开关602导通，此时继电器603通电，进而电磁阀线圈606通电，电磁溢流阀509打开，液压系统5卸荷，定量马达505输出转速逐渐减小，整个系统输出动力逐渐减小，整机行走速度减小直至停止，整机制动过程执行完成；当驾驶员松开制动踏板时，制动踏板装置601在回位弹簧的作用下回位，同时离合开关602回位并断路，电磁阀线圈606断电，电磁溢流阀509关闭，定量马达505输出转速逐渐增大，整机起步到行走动作执行完成。

第四部分：操纵系统8

操纵系统8包括一杆操纵系统7和换挡系统两部分，见图13和图14。

一杆操纵系统7包括一杆操纵器、操纵手柄、操纵杆和操纵器拉线，见图13。操纵器拉线一端连接一杆操纵器，另一端连接斜盘驱动臂226。操纵杆有两个零界位置，中心位和空挡位。当操纵杆处于中心位(竖直)时，斜盘驱动臂226处于水平位，斜盘角度为0°，HST 输出轴转速为0,；当操纵杆向前推动α角时，斜盘驱动臂226顺时针旋转α角，0°＜α≤40 °，HST输出轴正向输出转速，α角与输出轴转速成正比；当操纵杆向后推动β角时，斜盘驱动臂226逆时针旋转β角，0°＜β≤40°，HST输出轴反向输出转速，β角与HST输出轴转速成正比。当操纵杆处于空挡位(操纵杆从中心位向后推动16°)时，斜盘驱动臂226 逆时针旋转16°，此时HST输出轴反向输出转速，行星架转速为0，变速箱202输出轴转速为0；当操纵杆向前推动A角时，A＝α+16°，斜盘驱动臂226顺时针旋转A角，行星架相对于HST输出轴开始逆向旋转，带动中间轴Ⅰ旋转，此时车辆为前进，A角越大，车辆前进速度越快；当操纵杆向后推动B角时，B＝β-16°，斜盘驱动臂226逆时针旋转B角，行星架相对于HST输出轴开始逆向旋转(与A角区域旋向相反)，带动中间轴Ⅰ旋转，此时车辆为后退，B角越大，车辆后退速度越快。

换挡系统包括换挡器803、换挡器拉线802和换挡拨叉驱动臂，换挡器拉线两端分别与换挡器803和换挡拔叉驱动臂801连接，所述换挡拔叉驱动臂801设置在变速箱202上，见图14。换挡驱动臂中立位置为空挡向左旋转为低挡，向右旋转为高挡。在拉线的作用下，换挡器803中立位置为空挡，向前推动操纵杆至低挡位，向后推动操纵杆至高挡位。低挡为收割模式，高挡为转场模式。

使用方法：车辆起动前使一杆操纵器操纵杆位于空挡位，换挡器操纵杆位于空挡位。起动后，向前推动换挡器至低挡位，进入收割模式，向前推动一杆操纵器操纵杆A角，车辆前进，前进速度在0～14km/h之间，向后推动一杆操纵器操纵杆B角，车辆后退，后退速度在 0～4km/h之间；向后推动换挡器至高挡位，进入转场模式，向前推动一杆操纵器操纵杆A角，车辆前进，前进速度在0～32km/h之间，向后推动一杆操纵器操纵杆B角，车辆后退，后退速度在0～8km/h之间，驾驶员可通过显示器中的时速表精准调速。

本新型还公开了一种农用车辆，包括前述的液压机械无级变速驱动系统，本新型中的农用车辆包括但不限于谷物联合收获机、玉米机、花生机、水稻机等用于农业的车辆。

上述具体实施方式仅是本新型的具体个案，本新型的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本新型权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本新型的专利保护范围。

Claims

1.一种液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：包括液压机械传动系统、液压系统、电控卸荷系统和操纵系统，所述液压机械传动系统包括前桥总成和发动机，所述发动机与前桥总成之间设置有过渡轮总成，所述前桥总成包括前桥管梁组合和变速箱，所述变速箱两侧分别连接有驱动箱和行星轮减速器，所述行星轮减速器连接有HST液压变速器，所述液压系统、电控卸荷系统和操作系统均与HST液压变速器连接，所述操作系统还与变速箱连接。

2.根据权利要求1所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述液压系统包括冷却器、液压油箱和若干油管，所述冷却器、液压油箱和HST液压变速器通过油管依次串联，所述HST液压变速器的内部设置有变量泵、补油泵、斜盘、斜盘驱动臂、补油泵溢流阀、卸荷阀、电磁溢流阀、定量马达、输入轴和输出轴，所述补油泵的出油口设置有指示灯过滤器。

3.根据权利要求2所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述电控卸荷系统包括离合开关和电磁阀线圈，所述离合开关两端分别设置有制动踏板装置和继电器，所述电磁阀线圈与HST液压变速器连接，所述离合开关、继电器和电磁线圈通过导线连接，且导线上设置有总开关。

4.根据权利要求3所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述操纵系统包括一杆操纵系统和换挡系统，所述一杆操纵系统包括一杆操纵器，所述一杆操纵器上设置有操纵杆和操纵器拉线，所述操纵杆顶部设置有操纵手柄，所述HST液压变速器上设置有斜盘驱动臂，所述操纵器拉线一端与斜盘驱动臂连接；换挡系统包括换挡器、换挡器拉线和换挡拨叉驱动臂，换挡器拉线两端分别与换挡器和换挡拔叉驱动臂连接，所述换挡拔叉驱动臂设置在变速箱上。

5.根据权利要求4所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述行星轮减速器包括大齿圈、行星架、组星轮、太阳轮和行星轮减速器壳体，大齿圈外齿轮与主动齿轮啮合，大齿圈内齿轮与六组星轮内啮合，太阳轮内齿轮与六组行星轮外啮合，大齿圈与行星架之间设置有轴承。

6.根据权利要求5所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述驱动箱包括驱动轮、中间轴Ⅰ、中间轴Ⅱ、第一驱动轴和驱动箱壳体，所述变速箱包括第二驱动轴、差速器、左输出轴、右输出轴和变速箱壳体，所述第一驱动轴通过花键套与第二驱动轴连接，第二驱动轴通过花键套与输入轴连接，输出轴与太阳轮通过花键套连接。

7.根据权利要求6所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述输入轴转速等于驱动轮转速，所述太阳轮转速的最大值等于驱动轮转速，太阳轮转速等于输出轴转速，中间轴Ⅰ与行星架通过花键套连接，行星架转速等于中间轴Ⅰ转速。

8.根据权利要求7所述的液压机械无级变速驱动系统，其特征在于：所述发动机前端设置有行走输出皮带轮，所述过渡轮总成包括过渡轮轴、被动轮和主动轮，所述被动轮与行走输出皮带轮通过三角带连接。

9.一种农用车辆，其特征在于，包括权利要求1至8任意一项所述的液压机械无级变速驱动系统。