CN118959540A - 100马力液压机械复合无级传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种100马力液压机械复合无级传动装置，该无级传动装置包含一个液压机械倒挡段/作业段和一个液压机械行车段，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，实现了高传动效率及无级变速，可实现全程无级调速，相比于拖拉机的手动变速箱，可大幅提升作业效率，并可使发动机常工作于经济转速区间，结构简单，能大幅降低成本，提高了燃油经济性，降低了拖拉机的油耗和噪音水平。

Description

100马力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，具体涉及一种100马力液压机械复合无级传动装置。

背景技术

由于作业的需要，拖拉机的车速及发动机负荷变化范围较大，需要频繁切换挡位，才能满足不同的作业车速以及牵引力的需求；拖拉机作业时，需要牵引较大的负荷，手动变速箱换挡过程中容易导致动力中断，影响作业效率。

液压机械复合无级传动技术通过机械功率和液压功率的复合，可实现高效的无级传动，使发动机工作在经济区间，提高燃油经济性，并且具备动力换段的功能，成为拖拉机传动系统的发展方向之一，国内外农业机械厂家积极开展该传动系统的研究。

目前，液压机械复合无级传动技术由于成本较高，多用于200马力以上拖拉机，主要原因是液压泵马达的成本较高，内部机械系统较为复杂。因此成本是CVT技术在拖拉机上推广的重要屏障，发展低成本的CVT传动装置对其推广应用具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种100马力液压机械复合无级传动装置，该无级传动装置只有2个液压机械复合段，2个液压机械复合段通过离合器切换，满足低速作业和高速道路运输的使用要求，可有效降低结构复杂度，操纵简单，传动效率高，且所需液压元件的功率较小，有利于控制成本。

本发明采用以下具体技术方案：

100马力液压机械复合无级传动装置，该无级传动装置包括：

液压调速回路，为由液压泵和液压马达组成的闭式液压回路；所述液压泵由发动机驱动；

分汇流行星机构，由单个行星排组成，用于实现液压功率和机械功率的分流或汇流；所述行星排包括太阳轮、行星架、行星轮以及齿圈；所述太阳轮与所述液压马达连接；机械路动力从所述行星架输入，液压路功率从所述太阳轮输入；所述齿圈为动力输出端，所述齿圈与中间轴同轴连接；

定轴齿轮传动机构，由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮组成；所述第一齿轮与所述第二齿轮和所述第三齿轮啮合；所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合；所述第二齿轮与所述行星架固定连接；

高低挡机构，由第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮组成；所述第五齿轮和所述第七齿轮安装于所述中间轴上；所述第五齿轮与所述第六齿轮啮合构成第一段传动齿轮对，所述第七齿轮与所述第八齿轮啮合构成第二段传动齿轮对；

换段机构，由第一离合器和第二离合器组成，用于实现段间的切换；所述第一离合器为第一段离合器；所述第二离合器为第二段离合器；所述第一离合器的主动部分安装有同轴的所述第六齿轮；所述第二离合器的主动部分安装有所述第八齿轮；所述第一离合器和所述第二离合器的被动部分与第九齿轮连接；所述第九齿轮与安装于第一输出轴的第十齿轮啮合；

辅助系统，与所述第四齿轮连接，用于维持闭式液压回路的压力、为所述液压泵提供排量控制，并向所述第一离合器和所述第二离合器提供控制油压和润滑油；

发动机的动力经过所述第一齿轮和所述第二齿轮输入到所述行星架，一部分动力经过所述第一齿轮、所述第三齿轮与所述第四齿轮输入到所述辅助系统中；该无级传动装置具有均为液压机械功率复合段的第一段和第二段；当所述第一离合器接合且所述第二离合器分离时，无级传动装置工作在第一段，用于倒挡和低速作业；当所述第一离合器分离且所述第二离合器接合时，无级传动装置工作在第二段，用于高速行车工况。

更进一步地，还包括与发动机连接的输入轴；

所述输入轴与所述第一齿轮和PTO离合器的主动部分同轴连接；

所述PTO离合器的被动部分与PTO轴连接花键套连接；

所述第一输出轴与输出轴连接花键套连接。

更进一步地，所述液压泵与所述输入轴共轴。

更进一步地，所述液压泵与所述第三齿轮共轴。

更进一步地，还包括连接于所述发动机和所述输入轴之间的联轴器。

更进一步地，所述辅助系统由与所述第四齿轮连接的双联齿轮泵组成。

更进一步地，所述第一离合器和所述第二离合器为湿式离合器。

更进一步地，所述液压泵为双向变量泵；

所述液压马达为定量马达。

更进一步地，所述液压泵和所述液压马达布置在变速箱的前端，并安装于发动机的飞轮壳内部。

更进一步地，还包括用于测量所述第四齿轮转速的第一转速传感器、用于所述第六齿轮转速的第二转速传感器以及用于测量所述第一离合器转速的第三转速传感器。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、上述无级传动装置包含一个液压机械倒挡段/作业段和一个液压机械行车段，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，实现了高传动效率及无级变速，可实现全程无级调速，相比于拖拉机的手动变速箱，可大幅提升作业效率，并可使发动机常工作于经济转速区间，结构简单，能大幅降低成本，提高了燃油经济性，降低了拖拉机的油耗和噪音水平。

2、采用二段式工作模式，第一段实现倒车和低速作业，省去了倒挡离合器以及相应的齿轮，简化了机械结构，降低了成本；第二段为液压机械复合段，用于道路运输工况；全程自动无级调速，较传统手动变速箱，大大降低了换挡操作的劳动强度。

4、由于液压调速回路的存在，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，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，提高了作业效率；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。

5、泵马达布置在飞轮壳内部，分汇流行星机构、定轴齿轮传动机构、高低挡机构、换段机构组成两轴式的布置形式，非常适合于拖拉机变速箱的布置。

附图说明

图1为采用本发明一种100马力液压机械复合无级传动装置的拖拉机动力系统结构示意图；

图2为采用本发明另一种100马力液压机械复合无级传动装置的拖拉机动力系统结构示意图；

图3为本发明100马力液压机械复合无级传动装置的方案图；

图4为本发明100马力液压机械复合无级传动装置的详细结构图；

图5为泵马达调速特性图；

图6为本发明泵马达工作压差特性图；

图7为本发明输出转矩特性图；

图8为本发明输出牵引力特性图；

图9为本发明传动效率特性图；

图10为本发明行星元件转速特性图；

图11为本发明离合器速差特性图；

图12为本发明液压元件功率特性图。

其中，1-发动机，2-联轴器，3-变速器，4-双联齿轮泵，5-后桥，6-车轮，51-PTO轴连接花键套，52-输出轴连接花键套，53-前输出分动器齿轮，54-前输出啮合套，55-前输出轴，56-输入小齿轮，57-后桥差速器总成，58-制动器总成，59-2挡PTO总成，201-输入轴，202-液压泵，203-液压马达，204-第一齿轮，205-太阳轮，206-行星架，207-行星轮，208-齿圈，209-第五齿轮，210-中间轴，211-第七齿轮，212-第六齿轮，213-第二齿轮，214-第一离合器C0，215-第二离合器C1，216-第三齿轮，217-第四齿轮，218-第九齿轮，219-第十齿轮，220-第一输出轴，221-PTO离合器，222-第二输出轴，223-第一转速传感器，224-第二转速传感器，225-第三转速传感器，226-第四转速传感器，227-第八齿轮，510-轮边行星减速器总成，511-PTO输出轴。

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。

本发明实施例的100马力液压机械复合无级传动装置适用于拖拉机，图1为装备有一种本发明实施例的无级传动装置的拖拉机的动力系统结构示意图，图2为装备有另一种本发明实施例的无级传动装置的拖拉机的动力系统结构示意图，拖拉机包括发动机1、联轴器2、变速器3、双联齿轮泵4、后桥5以及车轮6；发动机1产生的动力经过联轴器2输入到变速器3和双联齿轮泵4。变速器3采用本发明实施例的无级传动装置，具备两个输出轴，分别为第一输出轴220和第二输出轴222，第一输出轴220经输出轴连接花键套52接后桥5的输入小齿轮56，第二输出轴222经PTO轴连接花键套51接后桥5的2挡PTO总成59；2挡PTO总成59设置有PTO输出轴511；输入小齿轮56与后桥差速器总成57的斜齿轮啮合；后桥差速器总成57的两侧通过制动器总成58连接轮边行星减速器总成510，轮边行星减速器总成510的外侧同轴安装有车轮6；在输入小齿轮56与前输出轴55之间安装有前输出分动器齿轮53，将动力从输入小齿轮56的转轴传递至前输出轴55；前输出轴55的一端安装有前输出啮合套54。

图2中变速器采用了另一种无级传动装置的方案，与图1不同的是：液压泵202的输入与发动机的输出不共轴，而是通过一对齿轮将发动机的输入功率传递到液压泵202中，这样的好处是可以提高液压泵202的转速，从而提高液压泵202的功率利用率。

如图1、图2和图3结构所示，本实施例提供了一种100马力液压机械复合无级传动装置，该无级传动装置包括液压调速回路、分汇流行星机构、定轴齿轮传动机构、高低挡机构、换段机构、辅助系统、输入轴201和输出轴；其中：

如图3所示，液压调速回路为由液压泵202和液压马达203组成的闭式液压回路；液压泵202由发动机驱动；液压泵202由发动机；如图1和图3所示，液压泵202与输入轴201共轴；如图2所示，液压泵202与输入轴201不共轴，而是与第三齿轮216共轴；液压泵202为双向变量泵；液压马达203为定量马达；液压泵202和液压马达203布置在变速箱的前端，并安装于发动机的飞轮壳内部；泵马达布置在飞轮壳内部，分汇流行星机构、定轴齿轮传动机构、高低挡机构和换段机构组成两轴式的布置形式，适合于拖拉机变速箱的布置；

分汇流行星机构由单个行星排组成，用于实现液压功率和机械功率的分流或汇流；行星排包括太阳轮205、行星架206、行星轮207以及齿圈208；太阳轮205与液压马达203连接；机械路动力从行星架206输入，液压路功率从太阳轮205输入；齿圈208为动力输出端，齿圈208与中间轴210同轴连接；

定轴齿轮传动机构由第一齿轮204、第二齿轮213、第三齿轮216和第四齿轮217组成；第一齿轮204同时与第二齿轮213和第三齿轮216啮合；第三齿轮216与第四齿轮217啮合；第二齿轮213与行星架206固定连接，通过第二齿轮213带动行星架206转动；第四齿轮217与构成辅助系统的双联齿轮泵连接；

高低挡机构由第五齿轮209、第六齿轮212、第七齿轮211和第八齿轮227组成；第五齿轮209和第七齿轮211安装于中间轴210上；第五齿轮209与第六齿轮212啮合构成第一段传动齿轮对，第七齿轮211与第八齿轮227啮合构成第二段传动齿轮对；

换段机构由第一离合器C0214和第二离合器C1215组成，用于实现段间的切换；第一离合器C0214为第一段离合器；第二离合器C1215为第二段离合器；第一离合器C0214的主动部分安装有同轴的第六齿轮212；第二离合器C1215的主动部分安装有第八齿轮227；第一离合器C0214和第二离合器C1215的被动部分与第九齿轮218连接；第九齿轮218与安装于第一输出轴220的第十齿轮219啮合；第一离合器C0214和第二离合器C1215均可以为湿式离合器；

辅助系统由与第四齿轮217连接的双联齿轮泵组成；辅助系统用于维持闭式液压回路的压力、为液压泵202提供排量控制，并向第一离合器C0214和第二离合器C1215提供控制油压和润滑油；

发动机的动力经过第一齿轮204和第二齿轮213输入到行星架206，一部分动力经过第一齿轮204、第三齿轮216与第四齿轮217输入到辅助系统中；该无级传动装置具有均为液压机械功率复合段的第一段和第二段；当第一离合器C0214接合且第二离合器C1215分离时，无级传动装置工作在第一段，用于倒挡和低速作业；当第一离合器C0214分离且第二离合器C1215接合时，无级传动装置工作在第二段，用于高速行车工况。

上述无级传动装置还包括与发动机连接的输入轴201、连接于发动机和输入轴201之间的联轴器、用于测量第四齿轮217转速的第一转速传感器223、用于第六齿轮212转速的第二转速传感器224、用于测量第一离合器转速的第三转速传感器225、以及用于测量PTO离合器221转速的第四转速传感器226；通过各个转速传感器可以对无级传动装置的转速进行测量并作为自动化控制的重要输入信号；

输入轴201与第一齿轮204和PTO离合器221的主动部分同轴连接；输出轴包括第一输出轴220和第二输出轴222；第一输出轴220与输出轴连接花键套连接；第二输出轴222设置于PTO离合器221的被动部分，并与PTO轴连接花键套连接。

图4为本发明变速部分的详细结构图，本发明的无级传动装置匹配100马力发动机，液压泵202和液压马达203的排量均为55ml/rev，相关的性能计算如图5-图12所示。

上述无级传动装置的第一段、第二段均为液压机械段。第一段用于倒挡和低速作业；第二段用于高速行车工况，可保证拖拉机在不同车速工况下的作业需求。由于采用液压功率和机械功率无级复合技术，发动机可工作在最优经济区间，提高了燃油经济性。本发明应用于100马力拖拉机，只需两个液压机械段就可以满足车辆的作业和行驶的要求，本发明采用两个液压机械段，取消了低效率的纯液压段，可以提高整车的能耗水平。

上述无级传动装置中2个工作段的工作原理如下：

第一段为液压机械功率复合段，第一离合器C0214接合、第二离合器C1215分离，输入轴201和液压泵202共轴，发动机的输入功率经过输入轴201，一部分直接传递到液压泵202，另一部分经过第一齿轮204、第二齿轮213传递到分汇流行星机构的行星架206；液压泵202的功率经过液压马达203后，传递到太阳轮205；两部分功率经过行星排的汇合后，通过齿圈208输出。齿圈208的输出功率经过第五齿轮209、第六齿轮212，再经过第一离合器C0传递到第九齿轮218，通过第十齿轮219传递到第一输出轴220。第一段可通过调节马达的速度，使可实现倒挡，零速起步，减少离合器起步的滑摩过程，提高了零部件的可靠性；同时液压段输出转速可精确可控，有利于超低速作业工况的速度控制，例如开沟等。

第二段为液压机械功率复合段，第一离合器C1接合、第二离合器C0分离，输入轴201和液压泵202共轴，发动机的输入功率经过输入轴201，一部分直接传递到液压泵202，另一部分经过第一齿轮204、第二齿轮213传递到分汇流行星机构的行星架206；液压泵202的功率经过液压马达203后，传递到太阳轮205。两部分功率经过行星排的汇合后，通过齿圈208输出。齿圈208的输出功率经过第七齿轮211、第二齿轮213，再经过第二离合器C1传递到第九齿轮218，通过第十齿轮219传递到第一输出轴220。第二段可通过调节马达的速度，使可实现高速行车，用于道路运输。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.100马力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，为由液压泵和液压马达组成的闭式液压回路；所述液压泵由发动机驱动；

分汇流行星机构，由单个行星排组成，用于实现液压功率和机械功率的分流或汇流；所述行星排包括太阳轮、行星架、行星轮以及齿圈；所述太阳轮与所述液压马达连接；机械路动力从所述行星架输入，液压路功率从所述太阳轮输入；所述齿圈为动力输出端，所述齿圈与中间轴同轴连接；

定轴齿轮传动机构，由第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮组成；所述第一齿轮与所述第二齿轮和所述第三齿轮啮合；所述第三齿轮与所述第四齿轮啮合；所述第二齿轮与所述行星架固定连接；

高低挡机构，由第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮组成；所述第五齿轮和所述第七齿轮安装于所述中间轴上；所述第五齿轮与所述第六齿轮啮合构成第一段传动齿轮对，所述第七齿轮与所述第八齿轮啮合构成第二段传动齿轮对；

换段机构，由第一离合器和第二离合器组成，用于实现段间的切换；所述第一离合器为第一段离合器；所述第二离合器为第二段离合器；所述第一离合器的主动部分安装有同轴的所述第六齿轮；所述第二离合器的主动部分安装有所述第八齿轮；所述第一离合器和所述第二离合器的被动部分与第九齿轮连接；所述第九齿轮与安装于第一输出轴的第十齿轮啮合；

辅助系统，与所述第四齿轮连接，用于维持闭式液压回路的压力、为所述液压泵提供排量控制，并向所述第一离合器和所述第二离合器提供控制油压和润滑油；

发动机的动力经过所述第一齿轮和所述第二齿轮输入到所述行星架，一部分动力经过所述第一齿轮、所述第三齿轮与所述第四齿轮输入到所述辅助系统中；该无级传动装置具有均为液压机械功率复合段的第一段和第二段；当所述第一离合器接合且所述第二离合器分离时，无级传动装置工作在第一段，用于倒挡和低速作业；当所述第一离合器分离且所述第二离合器接合时，无级传动装置工作在第二段，用于高速行车工况。

2.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，还包括与发动机连接的输入轴；

所述输入轴与所述第一齿轮和PTO离合器的主动部分同轴连接；

所述PTO离合器的被动部分与PTO轴连接花键套连接；

所述第一输出轴与输出轴连接花键套连接。

3.如权利要求2所述的传动装置，其特征在于，所述液压泵与所述输入轴共轴。

4.如权利要求2所述的传动装置，其特征在于，所述液压泵与所述第三齿轮共轴。

5.如权利要求2所述的传动装置，其特征在于，还包括连接于所述发动机和所述输入轴之间的联轴器。

6.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述辅助系统由与所述第四齿轮连接的双联齿轮泵组成。

7.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述第一离合器和所述第二离合器为湿式离合器。

8.如权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述液压泵为双向变量泵；

所述液压马达为定量马达。

9.如权利要求1-8任一项所述的传动装置，其特征在于，所述液压泵和所述液压马达布置在变速箱的前端，并安装于发动机的飞轮壳内部。

10.如权利要求1-8任一项所述的传动装置，其特征在于，还包括用于测量所述第四齿轮转速的第一转速传感器、用于所述第六齿轮转速的第二转速传感器以及用于测量所述第一离合器转速的第三转速传感器。