一种40F+40R动力换挡拖拉机变速箱

技术领域

本发明属于拖拉机领域，具体涉及一种40F+40R动力换挡拖拉机变速箱。

背景技术

目前国产大功率轮式拖拉机变速箱多采用啮合套、同步器等机械换挡方式，拖拉机换挡时需先分离主离合器，切断发动机动力，然后再换到需要的挡位，换挡较慢，影响作业效率。

动力换挡技术，是通过液压控制系统及湿式离合器控制变速箱换挡，实现变速箱在不间断动力情况下换挡、换向操作。动力换挡技术相对于传统的机械换挡，可以实现换挡过程不中断动力，简化操作过程，大大降低操作难度和劳动强度，提高作业质量，从而实现作业效率的提升。

当前拖拉机动力换挡技术主要针对的是全动力换挡结构，该结构对加工精度要求高，制造难度较大，现阶段很难满足国内制造企业需求，因此有必要开发一种适应中国市场，且结构相对简单，可靠耐用的大马力动力换挡拖拉机变速箱。

发明内容

本发明的目的是提供一种40F+40R动力换挡拖拉机变速箱，该变速箱结构简单、功能齐全、传动效率高、制造成本低，可实现动力换挡、动力换向、爬行挡的功能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种40F+40R动力换挡拖拉机变速箱，包括动力换挡传动装置、爬行挡传动装置、动力换向传动装置和区段换挡传动装置；所述动力换挡传动装置内设有平行的一轴和二轴，一轴的一端与拖拉机发动机相连，另一端与拖拉机PTO相连，一轴上从前向后依次设有Ⅴ挡主动齿轮、Ⅱ挡离合器、Ⅱ挡主动齿轮、Ⅰ挡主动齿轮、Ⅰ挡离合器、Ⅳ挡主动齿轮和Ⅲ挡主动齿轮，二轴上从前向后依次设有Ⅴ挡从动齿轮、Ⅴ挡离合器、Ⅱ挡从动齿轮、Ⅰ挡从动齿轮、Ⅳ挡离合器、Ⅳ挡从动齿轮、Ⅲ挡从动齿轮和Ⅲ挡离合器，一轴和二轴上的齿轮一对一啮合传动；所述动力换向传动装置内设有平行的三轴和六轴，三轴上从前向后依次设有前进挡齿轮、前进离合器、倒退离合器和倒退挡从动齿轮，其中前进挡齿轮和Ⅰ挡从动齿轮常啮合，六轴上从前向后设置倒挡一级惰轮和倒挡二级惰轮，倒挡一级惰轮和所述Ⅱ挡从动齿轮常啮合，倒挡二级惰轮和所述倒退挡从动齿轮常啮合；所述爬行挡传动装置内设有双级外啮合机构，包含爬行挡一级主动齿轮、爬行挡双联齿轮、爬行挡惰轮轴、爬行挡二级从动齿轮、爬行挡输出轴和爬行挡换挡机构，爬行挡惰轮轴和爬行挡输出轴平行设置，爬行挡双联齿轮安装在爬行挡惰轮轴上，所述爬行挡一级主动齿轮固定安装在所述六轴的输出端，所述爬行挡换挡机构、爬行挡二级从动齿轮安装在爬行挡输出轴上，爬行挡一级主动齿轮和爬行挡二级从动齿轮分别和爬行挡双联齿轮中的两个齿轮啮合；所述区段换挡传动装置内设有四轴和五轴，四轴的输出端和后桥相连，五轴的输入端和爬行挡输出轴的输出端相连，四轴上从前向后设有V挡从动齿轮、M挡从动齿轮、L挡从动齿轮、LL-L挡同步器和LL挡从动齿轮，五轴上从前向后设有V挡主动齿轮、M-V挡同步器、M挡主动齿轮、L挡主动齿轮和LL挡主动齿轮，四轴和五轴上对应的齿轮啮合；所述一轴和四轴分布于拖拉机纵向中心平面内，二轴和三轴分别位于拖拉机纵向中心平面的两侧，五轴和三轴布置在同一直线上。

在动力换挡传动装置中，Ⅴ挡主动齿轮、Ⅳ挡主动齿轮和Ⅲ挡主动齿轮固接在一轴上，Ⅱ挡主动齿轮和Ⅰ挡主动齿轮套接在一轴上；Ⅱ挡从动齿轮和Ⅰ挡从动齿轮固接在二轴上，Ⅴ挡从动齿轮、Ⅳ挡从动齿轮和Ⅲ挡从动齿轮套接在二轴上。

Ⅱ挡离合器的壳体和Ⅰ挡离合器的壳体均固接在一轴上，Ⅴ挡离合器的壳体和Ⅳ挡离合器的壳体均固接在二轴上，Ⅱ挡从动齿轮和Ⅴ挡离合器的壳体相邻，Ⅰ挡从动齿轮和Ⅳ挡离合器的壳体相邻。

在动力换向传动装置中，前进挡齿轮和倒退挡从动齿轮套接在三轴上，前进离合器的壳体焊接在前进挡齿轮上，倒退离合器的壳体焊接在倒退挡从动齿轮上；倒挡一级惰轮和倒挡二级惰轮固接在六轴上。

所述爬行挡输出轴和五轴的输入端之间通过连接套实现固定连接。

爬行挡双联齿轮固接在爬行挡惰轮轴上，爬行挡双联齿轮包括爬行挡一级从动齿轮和爬行挡二级主动齿轮，爬行挡二级从动齿轮套接在爬行挡输出轴上，爬行挡换挡机构通过花键连接在爬行挡输出轴上。

在区段换挡传动装置中，LL挡主动齿轮、L挡主动齿轮和M-V挡同步器固接在五轴上，M挡主动齿轮和V挡主动齿轮套接在五轴上，LL挡从动齿轮和L挡从动齿轮套接在四轴上，LL-L挡同步器、M挡从动齿轮和V挡从动齿轮固接在四轴上。

所述六轴和七轴与三轴同侧设置。

所述的Ⅰ挡离合器、Ⅱ挡离合器、Ⅲ挡离合器、Ⅳ挡离合器、Ⅴ挡离合器、前进离合器和倒退离合器均为常分离式电液控制湿式多片离合器。

本发明的有益效果是：本发明的变速箱中，轴系主体采用三轴布局，一轴、二轴和三轴呈空间三角形布置，空间布局结构紧凑，简单方便，有效节省空间，减小了变速箱的体积，同时也便于变速箱外围管路零件的布置。

在动力换挡传动装置中，五个离合器可以形成五个动力挡位，每个离合器控制一个挡位，结构简单，方便控制，每个动力挡位仅有一对齿轮副参与工作，传动效率高，逻辑控制简单。

在动力换向传动装置中，布置有前进和倒退两个离合器，一方面可根据控制指令控制其结合与分离时机，实现动力换向；另一方面在进行区段换挡操作时，前进挡离合器与倒退挡离合器均可作为主离合器使用，即在区段间进行换挡操作时，首先断开前进或倒退挡离合器，发动机动力在此处切断，然后进行同步器换挡操作，使得前面的动力换挡传动装置的转动惯量不能全部加到同步器上，无形中减少了同步器的负荷，提高了同步器的使用寿命。

在动力换向传动装置中，Ⅰ挡从动齿轮和前进挡齿轮构成前进挡常啮合齿轮副，Ⅱ挡从动齿轮和倒挡一级惰轮构成倒退挡常啮合齿轮副。Ⅰ挡从动齿轮和Ⅱ挡从动齿轮在动力换挡传动装置中充当从动齿轮，在动力换向传动装置中，充当换向主动齿轮，这样在空间结构上可以省去两个齿轮，有效缩小了空间结构，同时能够缩小后箱壳体的尺寸。

在区段换挡传动装置中，可形成四个区段挡位。40F+40R动力换挡拖拉机变速箱采用这种布置方式，传动路线清楚，结构简单，布置紧凑，同时能够获得较多的挡位数，还可将动力向后桥、PTO（动力输出）传递。通过动力换挡传动装置、爬行挡传动装置、动力换向传动装置、区段换挡传动装置，整个变速箱可实现40个前进挡及40个倒退挡。前进挡、倒退挡速度覆盖广，倒退挡位数可根据整机工作需要进行屏蔽部分工作挡。该传动装置满足国内外各种拖拉机作业工况对速度的要求，同时由于采用了动力换挡及动力换向技术，可在不切断拖拉机功率传递的条件下进行挡位和行驶方向变换。换挡方式采用按钮操作，轻松快捷，极大地提高了拖拉机作业效率，降低驾驶员劳动强度。

附图说明

图1为本发明40F+40R动力换挡拖拉机变速箱结构原理图。

图2为本发明40F+40R动力换挡拖拉机变速箱的轴系空间布置图。

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40F+40R动力换挡拖拉机变速箱主要包括动力换挡传动装置1、爬行挡传动装置2、动力换向传动装置3、区段换挡传动装置4。其中动力换挡传动装置1输入端与拖拉机发动机相连，动力换挡传动装置1输出端与拖拉机PTO相连；区段换挡传动装置4输出端与拖拉机后桥相连。动力换挡传动装置1内安装一轴S1和二轴S2，爬行挡传动装置2内设置七轴S7和爬行挡输出轴23，动力换向传动装置3内安装三轴S3和六轴S6，区段换挡传动装置4内安装四轴S4和五轴S5。所述一轴S1、二轴S2、三轴S3、四轴S4、五轴S5、六轴S6、七轴S7和爬行挡输出轴23采用平行空间布置，其中一轴S1和四轴S4分布于拖拉机纵向中心平面内，二轴S2和三轴S3分别位于拖拉机纵向中心平面的两侧，五轴S5和三轴S3布置在同一直线上，从拖拉机后部向前看，如图2所示，二轴S2和三轴S3分别位于拖拉机纵向中心平面的左侧和右侧，六轴S6和七轴S7均位于拖拉机纵向中心平面的右侧。

在动力换挡传动装置1中，一轴S1的一端和拖拉机发动机相连，另一端和拖拉机PTO相连，一轴S1上从前向后依次设置Ⅴ挡主动齿轮5、Ⅱ挡离合器200、Ⅱ挡主动齿轮6、Ⅰ挡主动齿轮7、Ⅰ挡离合器100、Ⅳ挡主动齿轮8，Ⅲ挡主动齿轮9；其中Ⅴ挡主动齿轮5、Ⅳ挡主动齿轮8、Ⅲ挡主动齿轮9固接在一轴S1上，Ⅱ挡主动齿轮6、Ⅰ挡主动齿轮7套接在一轴S1上；Ⅱ挡离合器200的壳体固接在一轴S1上，Ⅰ挡离合器100的壳体固接在一轴S1上。所述Ⅴ挡主动齿轮5可以和Ⅱ挡离合器200的壳体设置成一体结构后固接在一轴S1上，所述Ⅳ挡主动齿轮8可以和Ⅰ挡离合器100的壳体设置为一体结构后固接在一轴S1上，所述Ⅱ挡主动齿轮6和Ⅰ挡主动齿轮7相邻，且Ⅰ挡主动齿轮7可以和Ⅰ挡离合器100的花键毂设置成一体结构后套装在一轴S1上，同样的Ⅱ挡主动齿轮6也可以和Ⅱ挡离合器200的花键毂设置成一体结构后套装在一轴S1上。

在二轴S2上，从前向后依次设有Ⅴ挡从动齿轮10、Ⅴ挡离合器500、Ⅱ挡从动齿轮11、Ⅰ挡从动齿轮12、Ⅳ挡离合器400、Ⅳ挡从动齿轮13、Ⅲ挡从动齿轮14和Ⅲ挡离合器300。Ⅱ挡从动齿轮11和Ⅰ挡从动齿轮12固接在二轴S2上，Ⅴ挡从动齿轮10、Ⅳ挡从动齿轮13和Ⅲ挡从动齿轮14套接在二轴S2上。Ⅴ挡离合器500的壳体、Ⅳ挡离合器400的壳体和Ⅲ挡离合器300分别固接在二轴S2上。所述Ⅱ挡从动齿轮11和Ⅰ挡从动齿轮12设置在Ⅴ挡离合器500和Ⅳ挡离合器400之间，且Ⅱ挡从动齿轮11和Ⅴ挡离合器500的壳体相邻，Ⅰ挡从动齿轮12和Ⅳ挡离合器400的壳体相邻，还可以将Ⅱ挡从动齿轮11、Ⅰ挡从动齿轮12设置成双联齿轮。

进一步的，Ⅱ挡从动齿轮11和Ⅴ挡离合器500的壳体可以设置成一体结构后固接在二轴S2上，Ⅰ挡从动齿轮12和Ⅳ挡离合器400的壳体设置成一体结构后固接在二轴S2上，Ⅴ挡从动齿轮10和Ⅴ挡离合器500的花键毂设置成一体结构后套装在二轴S2上，Ⅳ挡从动齿轮13和Ⅳ挡离合器400的花键毂设置成一体结构后套装在二轴S2上，Ⅲ挡从动齿轮14和Ⅲ挡离合器300的花键毂设置成一体结构后套装在二轴S2上。一轴S1和二轴S2上的主动齿轮和从动齿轮对应啮合。

在动力换向传动装置3中，在三轴S3上从前向后依次设有前进挡齿轮16、前进离合器F、倒退离合器R和倒退挡从动齿轮17，其中前进挡齿轮16和倒退挡从动齿轮17套接在三轴S3上，前进离合器F的壳体焊接在前进挡齿轮16上，倒退离合器R的壳体焊接在倒退挡从动齿轮17上，前进挡齿轮16和Ⅰ挡从动齿轮12常啮合；在六轴S6上从前向后固接倒挡一级惰轮15和倒挡二级惰轮18，倒挡一级惰轮15和所述Ⅱ挡从动齿轮11常啮合，倒挡二级惰轮18和所述倒退挡从动齿轮17常啮合。

在爬行挡传动装置2中，设有双级外啮合机构，包含爬行挡一级主动齿轮20、爬行挡双联齿轮19、爬行挡惰轮轴S7、爬行挡二级从动齿轮22、爬行挡输出轴23和爬行挡换挡机构21，爬行挡惰轮轴S7和爬行挡输出轴23平行设置，爬行挡双联齿轮19安装在爬行挡惰轮轴S7上，所述爬行挡一级主动齿轮20固定安装在所述六轴S6的输出端，作为爬行挡的输入端；所述爬行挡换挡机构21通过花键连接在爬行挡输出轴23上，爬行挡二级从动齿轮22套接在爬行挡输出轴23上，爬行挡一级主动齿轮20和爬行挡二级从动齿轮22分别和爬行挡双联齿轮19中的爬行挡一级从动齿轮19a、爬行挡二级主动齿轮19b啮合；所述爬行挡输出轴23的末端安装连接套24，作为爬行挡的输出端，可形成两个挡位，一个为直接挡，一个为爬行挡，结构简单，布局紧凑，同时位于箱体内部，可作为独立的模块进行选装。在标准配置中，也可以不装该爬行挡传动装置。

在区段换挡传动装置4中，四轴S4的输出端和后桥相连，五轴S5的输入端和爬行挡输出轴23上的连接套24连接，四轴S4上从前向后设有V挡从动齿轮30、M挡从动齿轮31、L挡从动齿轮32、LL-L挡同步器33和LL挡从动齿轮34，五轴S5上从前向后设有V挡主动齿轮25、M-V挡同步器26、M挡主动齿轮27、L挡主动齿轮28和LL挡主动齿轮29，四轴S4和五轴S5上对应的齿轮啮合。V挡从动齿轮30、M挡从动齿轮31、LL-L挡同步器33固接在四轴S4上，LL挡从动齿轮34和L挡从动齿轮32套接在四轴S4上。LL挡主动齿轮29、L挡主动齿轮28和M-V挡同步器26固接在五轴S5上，M挡主动齿轮27和V挡主动齿轮25套接在五轴S5上。

以上结构中，所述“套接”、“套装”均是指可转动的连接，以区别于“固接”。

在本发明中，Ⅰ挡离合器100、Ⅱ挡离合器200、Ⅲ挡离合器300、Ⅳ挡离合器400、Ⅴ挡离合器500、前进离合器F和倒退离合器R均为常分离式电液控制湿式多片离合器，各个离合器可根据指令实现离合器的结合。

Ⅰ挡离合器100可根据控制指令同Ⅰ挡主动齿轮7固接在一起，此时一轴S1、Ⅰ挡主动齿轮7、Ⅰ挡离合器100、Ⅳ挡主动齿轮8等零件没有相对转动。

Ⅱ挡离合器200可根据控制指令同Ⅱ挡主动齿轮6固接在一起，此时一轴S1、Ⅴ挡主动齿轮5、Ⅱ挡离合器200、Ⅱ挡主动齿轮6等零件没有相对转动。

Ⅲ挡离合器300可根据控制指令同Ⅲ挡从动齿轮14固接在一起，此时二轴S2、Ⅲ挡从动齿轮14、Ⅲ挡离合器300等零件没有相对转动。

Ⅳ挡离合器400可根据控制指令同Ⅳ挡从动齿轮13固接在一起，此时二轴S2、Ⅰ挡从动齿轮12、Ⅳ挡离合器400、Ⅳ挡从动齿轮13等零件没有相对转动。

Ⅴ挡离合器500可根据控制指令同Ⅴ挡从动齿轮10固接在一起，此时二轴S2、Ⅴ挡从动齿轮10、Ⅴ挡离合器500、Ⅱ挡从动齿轮11等零件没有相对转动。

在动力换挡传动装置1中，Ⅰ挡离合器100、Ⅱ挡离合器200、Ⅲ挡离合器300、Ⅳ挡离合器400、Ⅴ挡离合器500可形成五个动力挡位，分别为Ⅰ挡、Ⅱ挡、Ⅲ挡、Ⅳ挡、Ⅴ挡，每个离合器单独控制一个挡位。下面对每个挡位的动力传递路线进行说明。

Ⅰ挡：一轴S1上的Ⅰ挡离合器100结合，一轴S1上的Ⅱ挡离合器200、二轴S2上的Ⅲ挡离合器300、Ⅳ挡离合器400、Ⅴ挡离合器500分离，发动机动力沿一轴S1→Ⅰ挡主动齿轮7→Ⅰ挡离合器100→Ⅰ挡从动齿轮12→二轴S2传递。

Ⅱ挡：一轴S1上的Ⅱ挡离合器200结合，Ⅰ挡离合器100分离，二轴S2上Ⅲ挡离合器300、Ⅳ挡离合器400、Ⅴ挡离合器500分离，发动机动力沿一轴S1→Ⅱ挡主动齿轮6→Ⅱ挡离合器200→Ⅱ挡从动齿轮11→二轴S2传递。

Ⅲ挡：二轴S2上的Ⅲ挡离合器300结合，一轴S1上的Ⅰ挡离合器100、Ⅱ挡离合器200分离，二轴S2上的Ⅳ挡离合器400、Ⅴ挡离合器500分离，发动机动力沿一轴S1→Ⅲ挡主动齿轮9→Ⅲ挡离合器300→Ⅲ挡主动齿轮14→二轴S2传递。

Ⅳ挡：二轴S2上的Ⅳ挡离合器400结合，一轴S1上的Ⅰ挡离合器100、Ⅱ挡离合器200分离，二轴S2上的Ⅲ挡离合器300、Ⅴ挡离合器500分离，发动机动力沿一轴S1→Ⅳ挡主动齿轮8→Ⅳ挡从动齿轮13→Ⅳ挡离合器400→二轴S2传递。

Ⅴ挡：二轴S2上的Ⅴ挡离合器500结合，一轴S1上的Ⅰ挡离合器100、Ⅱ挡离合器200分离，二轴S2上的Ⅲ挡离合器300、Ⅳ挡离合器400分离，发动机动力沿一轴S1→Ⅴ挡主动齿轮5→Ⅴ挡从动齿轮10→Ⅴ挡离合器500→二轴S2传递。

前进挡：前进离合器F结合而倒退离合器R分离，动力挡位挂接动力Ⅰ挡或Ⅱ挡或Ⅲ挡或Ⅳ挡或Ⅴ挡，到后桥的动力都是经过二轴S2上Ⅰ挡从动齿轮12开始传输，沿Ⅰ挡从动齿轮12→前进挡齿轮16→前进离合器F→三轴S3传递。

倒退挡：前进离合器F分离而倒退离合器R结合，动力挡位挂接动力Ⅰ挡或Ⅱ挡或Ⅲ挡或Ⅳ挡或Ⅴ挡，到后桥的动力都是经过二轴S2上Ⅱ挡从动齿轮11开始传输，沿Ⅱ挡从动齿轮11→倒挡一级惰轮15→六轴S6→倒挡二级惰轮18→倒退挡从动齿轮17→倒退离合器R→三轴S3传递。

爬行挡：爬行挡换挡机构21向后桥所在方向滑动，挂接爬行挡。动力经过三轴S3→爬行挡一级主动齿轮20→爬行挡双联齿轮19→爬行挡二级从动齿轮22→爬行挡输出轴23传递。

直接挡：和爬行挡相对应，爬行挡换挡机构21向发动机所在方向滑动，爬行挡一级主动齿轮20和爬行挡换挡机构21刚性连接，动力经过三轴S3→爬行挡一级主动齿轮20→爬行挡换挡机构21→爬行挡输出轴23传递。

爬行挡传动装置2可作为选装机构存在，当变速箱不选装爬行挡时，可通过连接套24和三轴S3相连，将动力输入到区段换挡装置4，但此时能够实现的挡位是20F+20R，因此需要根据实际情况加以选择。

动力经过爬行挡传动装置2输出，通过连接套24输入到区段换挡装置4中，根据LL-L挡同步器33、M-V挡同步器26的位置可形成四个区段挡位，即LL挡，L挡，M挡，V挡，且转速依次升高。

LL挡：LL-L挡同步器33向右滑动，同LL挡从动齿轮34上的连接齿啮合，动力由五轴S5→LL挡主动齿轮29→LL挡从动齿轮34→LL-L挡同步器33→四轴S4。

L挡：LL-L挡同步器34向左滑动，同L挡从动齿轮32上的连接齿啮合，动力由五轴S5→L挡主动齿轮28→L挡从动齿轮32→LL-L挡同步器33→四轴S4。

M挡：M-V挡同步器26向右滑动，同M挡主动齿轮27上的连接齿啮合，动力由五轴S5→M-V挡同步器26→M挡主动齿轮27→M挡从动齿轮31→四轴S4。

V挡：M-V挡同步器26向左滑动，同V挡主动齿轮25上的连接齿啮合，动力由五轴S5→M-V挡同步器26→V挡主动齿轮25→V挡从动齿轮30→四轴S4。

动力传递到四轴S4后，最后到达后桥。

在爬行挡传动装置2位于直接挡位时，前进挡有20个挡位，倒退挡理论上也有20个挡位，在爬行挡传动装置2位于爬行挡位时，前进挡有20个挡位，倒退挡理论上也有20个挡位，理论上可以形成40个前进挡，40个倒退挡。但考虑到安全因素，倒退挡位速度不能太高，因此可采用电控程序，对部分挡位进行屏蔽。

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。