一种双行星排多模式液压机械无级变速器

技术领域

本发明属于车辆工程变速传动设备领域，具体涉及一种双行星排多模式液压机械无级变速器。

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双行星排多模式液压机械无级变速器，通过模式切换系统来控制和切换纯机械传动模式、纯液压传动模式、分速汇矩混合传动模式以及分矩汇速混合传动模式，提高变速范围，满足拖拉机等大型工程机械的多种作业。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种双行星排多模式液压机械无级变速器，包括机械变速系统、液压变速系统以及用于控制变速器以不同模式输出的模式切换系统；

所述的机械变速系统包括输入轴、第二轴、第三轴、前行星排、后行星排和定轴齿轮系；输入轴、第二轴、第三轴前后依次设置，第二轴一端与输入轴离合连接，另一端与第三轴离合连接；前行星排的前太阳轮固定连接的输入轴上，前行星架固定连接在第二轴上，前齿圈上固定连接有第一齿轮；后行星排的后太阳轮固定连接在第二轴上，后行星架固定连接在第三轴上，后齿圈上固定连接有第二齿轮；定轴齿轮系包括设置在第三轴上以及与第三轴平行的输出轴上的多个相互啮合的齿轮；

所述的液压变速系统包括通过液压管路相连的变量液压泵和定量液压马达，变量液压泵的变量液压泵轴上离合设有与第一齿轮啮合连接的第十四齿轮，定量液压马达的定量液压马达轴上离合设有与第二齿轮啮合连接的第十三齿轮以及与定轴齿轮系上对应齿轮啮合连接的第十二齿轮；

所述模式切换系统包括用于控制输入轴与第二轴离合连接的第一离合器、控制第二轴与第三轴离合连接的第二离合器、控制第十四齿轮与变量液压泵轴离合连接的第三离合器、控制第十三齿轮与定量液压马达轴离合连接的第四离合器、控制第十二齿轮与定量液压马达轴离合连接的第五离合器、控制第二轴转动的制动器以及设置在输出轴上的同步器。

所述的定轴齿轮系包括与第三轴固定连接的第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮以及设置在输出轴上的第八齿轮、第九齿轮、第十齿轮、第十一齿轮以及设置在倒挡齿轮轴上的倒挡齿轮，其中第四齿轮和第十一齿轮啮合，第五齿轮和第十齿轮啮合，第六齿轮和第九齿轮啮合，倒挡齿轮和第七齿轮及第八齿轮啮合。

所述的同步器包括第一同步器和第二同步器，第一同步器用于控制第十齿轮和第十一齿轮分别与输出轴离合连接，第二同步器用于控制第八齿轮和第九齿轮分别与输出轴离合连接。

所述的输入轴和发动机连接。

本发明的有益效果是：本发明将多种输出模式的优点集中于一体，提供了一种结构简单、可传动大功率的多模式液压机械无级变速器，在工作时通过模式切换系统中的离合器、制动器、同步器的状态来实现分矩汇速液压机械混合动力输出、分速汇矩液压机械混合动力输出、纯机械动力输出和纯液压动力输出，提高了变速范围，很大程度上满足了大型工程机械的多种作业需求。

本发明采用了两个行星排，前行星排在分速汇矩混合输出时起作用，后行星排在分矩汇速混合输出时起作用，前后行星排各司其职，使得整个变速器具有更好的性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明纯机械输出的传动原理图；

图3为本发明纯液压输出的传动原理图；

图4为本发明液压机械分矩汇速混合输出的传动原理图；

图5为本发明液压机械分速汇矩混合输出的传动原理图。

图中标记：1、输入轴，2、第一离合器，3、前行星架，4、前齿圈，5、第一齿轮，6、第二轴，7、制动器，8、第二齿轮，9、后太阳轮，10、后行星轮，11、后行星架，12、第二离合器，13、第三齿轮，14、第四齿轮，15、第五齿轮，16、第六齿轮，17、第七齿轮，18、第三轴，19、倒挡齿轮，20、第二同步器，21、输出轴，22、第八齿轮，23、第九齿轮，24、第十齿轮，25、第一同步器，26、第十一齿轮，27、第十二齿轮，28、第五离合器，29、定量液压马达轴，30、后齿圈，31、第十三齿轮，32、第四离合器，33、定量液压马达，34、变量液压泵，35、第十四齿轮，36、第三离合器，37、变量液压泵轴，38、前行星轮，39、前太阳轮。

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。

本发明所述的一种双行星排多模式液压机械无级变速器包括机械变速系统、液压变速系统以及用于控制变速器以不同模式输出的模式切换系统。

所述的机械变速系统包括输入轴1、第二轴6、第三轴18、前行星排、后行星排和定轴齿轮系。输入轴与发动机连接，第二轴一端通过第一离合器与输入轴1连接，第二轴6另一端通过第二离合器12连接第三轴18。所述前行星排包括前太阳轮39、前行星轮38、前行星架3和前齿圈4，前太阳轮39固定连接在输入轴1上，前行星架3固定连接在第二轴6上。所述后行星排包括后太阳轮9、后行星架11后行星轮10和后齿圈30，后太阳轮9固定连接在第二轴6上，后行星架11固定连接在第三轴18上。定轴齿轮系包括与第三轴18固定连接的第三齿轮13、第四齿轮14、第五齿轮15、第六齿轮16、第七齿轮17以及设置在与第三轴18平行的输出轴21上的第八齿轮22、第九齿轮23、第十齿轮24、第十一齿轮26以及设置在倒挡齿轮轴上的倒挡齿轮19，其中第四齿轮和第十一齿轮啮合，第五齿轮和第十齿轮啮合，第六齿轮和第九齿轮啮合，倒挡齿轮19和第七齿轮及第八齿轮啮合。

机械变速系统还包括第一齿轮5和第二齿轮8，第一齿轮5与前行星排的前齿圈4固定连接，第二齿轮8与后行星排的后齿圈30固定连接，第一齿轮5和第二齿轮8活动套设在第二轴6上。

所述液压变速系统包括通过液压管路相连的变量液压泵34和定量液压马达33以及变量液压泵轴37和定量液压马达轴29，在变量液压泵轴37上离合设有与第一齿轮5啮合连接的第十四齿轮35，在定量液压马达轴29上离合设有与第二齿轮8啮合连接的第十三齿轮31以及与第三齿轮13啮合连接的第十二齿轮27。

所述模式切换系统包括用于控制输入轴1与第二轴6离合连接的第一离合器2、控制第二轴6与第三轴18离合连接的第二离合器12、控制第十四齿轮35与变量液压泵轴37离合连接的第三离合器36、控制第十三齿轮31与定量液压马达轴29离合连接的第四离合器32、控制第十二齿轮27与定量液压马达轴29离合连接的第五离合器28、控制第二轴6转动的制动器7、控制第十齿轮24和第十一齿轮26分别与输出轴21离合连接的第一同步器25以及控制第八齿轮22和第九齿轮23分别与输出轴21离合连接的第二同步器20。

本发明可以通过改变模式切换系统中离合器、制动器、同步器的分离和接合状态，来满足不同的工况。以下分别讨论纯机械传动模式、纯液压传动模式、分矩汇速混合传动模式和分速汇矩混合传动模式。

1、纯机械传动模式

此模式下的模式切换系统工作情况如下表所示

上表中C1、C2、C3、C4、C5分别表示第一离合器2、第二离合器12、第三离合器36、第四离合器32、第五离合器28，B表示制动器7，S1、S2分别表示第一同步器25、第二同步器20，“-”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接合，第二离合器12接合，制动器7、第三离合器36、第四离合器32、第五离合器28分离，发动机的动力通过输入轴1、第二轴6，传递至定轴齿轮系，并通过第一同步器25或第二同步器20将动力传递至输出轴。此模式下，第三离合器36、第四离合器32、第五离合器28分离，动力不会流入液压变速系统。第一同步器25或第二同步器20分别与齿轮啮合，可得到4个不同传动比的挡位。

2、纯液压传动模式

此模式下的模式切换系统工作情况如下表所示

如图3所示，第一离合器2，第二离合器12、第四离合器32分离，第三离合器36、第五离合器28、制动器7接合。发动机的动力通过输入轴1传入前太阳轮39，此模式下由于制动器7接合，使得前行星架转速为零，动力由前太阳轮39、前齿圈4、第一齿轮5、第十四齿轮35、第三离合器36、变量液压泵轴37、变量液压泵34、定量液压马达33、定量液压马达轴29、第五离合器28、第十二齿轮27、第三齿轮13传入定轴齿轮系，并通过第一同步器25或第二同步器20将动力传递至输出轴。此模式下，第一离合器2、第二离合器12、第四离合器32分离，使得动力全部经变量液压泵34、定量液压马达33传递至输出轴。3、分矩汇速混合传动模式

此模式下的模式切换系统工作情况如下表所示

如图4所示，第一离合器2、第三离合器36、第四离合器32接合，第二离合器12、第五离合器28、制动器7分离，使得前太阳轮39与前行星架3速度相同，因此，前齿圈4也将以相同的速度旋转。动力在此分流后，一路经第二轴6传入后太阳轮9，另一路经第一齿轮5、第十四齿轮35、第三离合器36、变量液压泵轴37、变量液压泵34、定量液压马达33、定量液压马达轴29、第四离合器32、第十三齿轮31、第二齿轮8传入后齿圈30，两路动力在后行星排处汇速后，由后行星架11传入定轴齿轮系。

4、分速汇矩混合传动模式

此模式下的模式切换系统工作情况如下表所示

如图5所示，第一离合器2、第四离合器32、制动器7分离，第二离合器12、第三离合器36、第五离合器28接合。发动机的动力经输入轴传入前太阳轮，然后分为两路，一路经第二轴6传至第三齿轮13，另一路动力经前齿圈4、第一齿轮5、第十四齿轮35、第三离合器36、变量液压泵轴37、变量液压泵34、定量液压马达33、定量液压马达轴29、第五离合器28、第十二齿轮27传入第三齿轮13，两路动力在此汇矩后传入定轴齿轮系。

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。