CN102537269B

CN102537269B - 三段式液压机械连续无级传动装置

Info

Publication number: CN102537269B
Application number: CN 201210025921
Authority: CN
Inventors: 胡纪滨; 彭增雄; 李雪原; 荆崇波; 魏超; 刘洪�
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: CN102537269A

Abstract

本发明公开一种三段式液压机械连续无级传动装置，包括行星传动部件、液压调速部件和换段操纵部件。本发明的整个装置以两个行星排为基础，通过合理控制换段操纵部件的结合或分离，平滑衔接分速汇矩分流模式，分速汇速分流模式与分矩汇速分流模式，并能充分发挥各分流模式的性能优点。此外该传动装置还可以实现倒挡纯液压工况和两个固定挡的纯机械传动工况。本发明的传动装置结构简单，具有连续无级变速与良好的起步特性，***体积小、质量小等优点。

Description

三段式液压机械连续无级传动装置

技术领域

本发明涉及一种无级传动装置，具体涉及一种三段式液压机械连续无级传动装置，属动力传动领域。

背景技术

车辆传动***是车辆推进***的重要组成部分，其性能对整个车辆的动力性、燃油经济性、排放以及可靠性都有极大的影响。多段液压机械连续无级传动***具有较宽的无级调速范围、良好的起步特性和较高的传动效率等优点，可以根据路面状况，优化发动机工作状态，使车辆获得最佳的行驶性能，能够适应车辆经济性、动力性和舒适性的要求，是一种理想的传动形式。这在能源短缺，环境污染日益加剧的21世纪具有重要意义。

目前国外关于多段液压机械连续无级传动***的研究主要是以两段模式为主，关于三段模式的发明较少，而且关于三段模式的方案至少以三个行星排为基础来构造，导致整个***结构较为复杂，这对于提高***效率，减轻***的体积与重量较为不利。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种三段式液压机械连续无级传动装置，该装置以两个行星排为基础，合理衔接分速汇矩、分速汇速、分矩汇速三种分流模式，形成三段式连续无级变速传动结构，具有结构简单、体积小等优点。

本发明的三段式液压机械连续无级传动装置，包括行星传动部件、液压调速部件和换段操纵部件。其中行星传动部件包括行星排k1和行星排k2；换段操纵部件包括离合器C1、离合器C2、制动器B1和制动器B2；液压调速部件包括调速元件H1和调速元件H2，调速元件H1和调速元件H2采用闭式液压传动回路和双向变量控制。

其连接关系为：传动装置的输入轴一端与发动机连接，从而为整个装置提供动力，另一端通过固定轴齿轮A与k1行星排行星架相连；k1行星排齿圈与离合器C1的主动部分相连，同时通过固定轴齿轮B与调速元件H1相连；k1行星排太阳轮通过其中心轴与离合器C2的主动部分相连，制动器B2制动k1行星排太阳轮的中心轴；k2行星排太阳轮的中心轴一端与调速元件H2连接，另一端与离合器C2的被动部分相连；k2行星排齿圈与离合器C1的被动部分相连，制动器B1制动k2行星排齿圈；k2行星排行星架通过固定轴齿轮C与传动装置的输出轴相连。

本发明的工作原理为：首先依据车辆的行驶情况确定调速元件H1和调速元件H2的排量比，依据所确定的排量比合理控制换段操纵部件的结合或分离，便可实现三段式连续分流工况，分别为分速汇矩、分速汇速和分速汇矩。此外该传动装置还可以实现倒挡纯液压工况和两个固定挡的纯机械传动工况。

第一种分流模式——分速汇矩：制动器B1制动，离合器C2结合，制动器B2与离合器C1不工作。此时k1行星排齿圈与调速元件H1相连，k1行星排太阳轮通过k2行星排太阳轮与调速元件H2相连。

第二种分流模式——分速汇速：此时离合器C1和离合器C2均结合，制动器B2和制动器B1不工作。此时k1行星排齿圈分别与调速元件H1和k2行星排齿圈相连，k1行星排太阳轮通过行星排k2的太阳轮与调速元件H2相连。

第三种分流模式——分矩汇速：制动器B2制动，离合器C1结合，离合器C2和制动器B1不工作。此时k1行星排齿圈分别与调速元件H1和k2行星排齿圈相连，k1行星排整体回转。调速元件H2与k2行星排太阳轮相连。

当制动器B1和制动器B2同时制动，离合器C1和离合器C2不工作时，***实现纯液压倒驶工况。***的两个纯机械挡工况分别为固定档1和固定档2，固定档1时离合器C1和离合器C2同时结合，制动器B1制动，制动器B2不工作。固定档2时离合器C1和离合器C2同时结合，制动器B2制动，制动器B1不工作。

有益效果：

(1)利用两个行星排构造具有三分流模式的三段式液压机械连续无级传动装置，能够实现较大范围的无级变速，且结构简单。

(2)本发明的传动装置具有分速汇矩、分速汇速、分矩汇速三种分流模式，在车辆的起步阶段采用分速汇矩分流模式，具有较好的起步特性，且整个装置中无需设计起步离合器，使车辆具有较好的牵引能力。

(3)通过合理匹配后传动比，分速汇矩模式与分速汇速模式在中低车速区间可以获得较高的传动效率；在高速区，***处于分矩汇速模式，即使***的调速路功率分流比随车速增加有所提高，但可保持在合理的范围内，***仍然能获得可观的传动效率。

(4)各段分流模式的衔接转换可以不切断动力衔接，车辆动力性提高。

(5)换段时，换段操纵部件基本无滑摩地结合与分离，摩擦副可选取静摩擦系数，结构设计大大减小体积和重量，使用过程中，可靠性也可大幅提高。

(6)该传动装置可以根据路面状况和发动机工作状态使车辆处于最佳的行驶状态，使发动机在最佳动力性曲线或最佳经济特性曲线附近工作，改善车辆的燃油经济性，降低噪音。

附图说明

图1为三段式液压机械连续无级传动装置传动简图；

图2为第一段分速汇矩分流模式连接结构及功率流示意图；

图3为第二段分速汇速分流模式连接结构及功率流示意图；

图4为第三段分矩汇速分流模式连接结构及功率流示意图；

图5为发动机、调速元件H1、调速元件H2及***输出轴转速曲线；

图6为k1行星排各构件的转速曲线；

图7为k2行星排各构件的转速曲线；

图8为调速元件H1，H2的排量比与***输出速比的变化关系曲线；

图9为三段式液压机械连续无级传动装置牵引特性曲线.

其中：1-发动机，2-固定轴齿轮A，3-k1行星排太阳轮中心轴，7-固定轴齿轮B，8-k1行星排齿圈，12-k2行星排齿圈，13-传动装置输出轴，14-固定轴齿轮C，17-k2行星排太阳轮，18-k2行星排行星架，21-k1行星排行星架，22-k1行星排太阳轮，23-传动装置输入轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例中将三段式液压机械连续无级传动装置运用在城市公交车上，如图1所示，该装置包括行星传动部件(k1行星排和k2行星排)、液压调速部件(调速元件H1和调速元件H2)、换段操纵部件(离合器C1、离合器C2、制动器B1和制动器B2)。在本实施例中，调速元件H1和调速元件H2均采用液压变量泵，并通过闭式液压传动回路和双向变量控制的方式实现该传动装置的液压无级调速。

其连接关系为：传动装置输入轴23的一端与发动机1连接，为整个装置提供动力，另一端通过固定轴齿轮A2与k1行星排行星架21相连；k1行星排齿圈12与离合器C1的主动部分相连，同时通过固定轴齿轮B7与调速元件H1相连；k1行星排太阳轮中心轴3与离合器C2的主动部分相连，制动器B2制动k1行星排太阳轮中心轴3；k2行星排太阳轮17的中心轴一端与调速元件H2连接，另一端与离合器C2的被动部分相连；k2行星排齿圈12与离合器C1的被动部分相连，制动器B1制动k2行星排齿圈；k2行星排行星架18通过固定轴齿轮C14与传动装置输出轴13相连。

该传动装置能够实现的三段式连续分流工况分别为：第一段——分速汇矩段；第二段——分速汇速段；第三段——分矩汇速段。另外***还可以实现倒挡纯液压工况与两个固定挡的纯机械传动工况。

分速汇矩段时，B1制动器制动，C2离合器结合，B2制动器与C1离合器不工作，该段***的结构及功率流如图2所示。为实现传动装置输出轴13转速的增加，即实现***输出速比的增加，调速元件H1与调速元件H2排量比按照图8中第一段范围内所示变化。在该段末端，***达到第一个纯机械点，调速元件 H1的转速为0，此时C1离合器结合，B1制动器释放，C2离合器仍然处于结合状态，B2制动器不工作。***进入第二段——分速汇速段，实现的结构连接形式及功率流如图3所示。调速元件H1与调速元件H2排量比按照图8中第二段范围内所示继续连续变化，即可实现***输出速比的继续增加，从而实现了输出轴转速的继续增加。第二段末端，***达到第二个纯机械点，调速元件H2的转速为0，此时C2离合器释放，B2制动器制动，C1离合器仍然处于结合状态，B1制动器不工作。***进入第三段——分速汇矩段，实现的结构连接形式及功率流如图4所示。为实现输出轴转速的继续增加，调速元件H1与调速元件H2排量比可按照图8中第三段范围内所示继续连续变化，直至该段末端，车辆达到最高行驶车速。

当B1、B2制动器同时制动，C1、C2离合器不工作时，***可实现纯液压倒驶工况。调速元件H2的排量比保持为正向最大，调速元件H1的排量比连续往反方向调节至最大，可实现***输出转速连续负向增加。

另外***两个纯机械挡工况的实现分别为：

固定档1：C1、C2离合器同时结合，B1制动器制动，B2制动器不工作。

固定档2：C1、C2离合器同时结合，B2制动器制动，B1制动器不工作。

表1为以上各工况操作元件操纵简表。

表1

行驶工况	分流模式	离合器C1	离合器C2	制动器B1	制动器B2
						液压机械段I	分速汇矩		●	●
液压机械段II	分速汇速	●	●
						液压机械段III	分矩汇速	●			●
倒驶	纯液压			●	●
						固定档1	纯机械	●	●	●
固定档2	纯机械	●	●		●

表1中， ●——表示该构件结合。

另外按照以上方案，本发明的传动装置各段转速关系式为：

传动装置处于液压机械段I段时的转速关系式：

n_{o} = \frac{1}{i_{h} (1 + k_{2})} n_{2} = \frac{1}{i_{h} (1 + k_{2})} n_{1} i_{v} = \frac{i_{p} i_{v} (1 + k_{1}) n_{in}}{i_{1} (1 + k_{2}) i_{h} (i_{p} i_{v} + k_{1})} - - - (1)

式中：n₀为液压机械段I段时装置输出轴的转速；

n₁为调速元件H1的转速；

n₂为调速元件H2的转速；

i₁为传动装置输入轴到k1行星排的行星架的传动比；

i_h为行星排2的行星架到车轮半轴的传动比；

k₁为k1行星排特性参数；

k₂为k2行星排特性参数；

n_in为传动装置输入轴转速；

i_P调速元件H1到k1行星排齿圈的传动比；

i_v为调速元件速比

传动装置处于液压机械II段时的转速关系式：

n_{o} = \frac{(k_{2} + i_{p} i_{v}) (1 + k_{1}) n_{in}}{i_{1} (1 + k_{2}) i_{h} (i_{p} i_{v} + k_{1})} - - - (2)

传动装置处于液压机械III段时的转速关系式：

n_{o} = \frac{(k_{2} + i_{p} i_{v}) (1 + k_{1}) n_{in}}{i_{1} k_{1} (1 + k_{2}) i_{h}} - - - (3)

传动装置处于倒驶工况时的转速关系式：

n_{o} = \frac{i_{p} i_{v} (1 + k_{1}) n_{in}}{i_{1} k_{1} (1 + k_{2}) i_{h}} - - - (4)

传动装置处于固定档1时的转速关系式：

n_{o} = \frac{(1 + k_{1}) n_{in}}{k_{1} (1 + k_{2}) i_{h} i_{1}} - - - (5)

传动装置处于固定档2时的转速关系式：

n_{o} = \frac{k_{2} (1 + k_{1}) n_{in}}{k_{1} (1 + k_{2}) i_{h} i_{1}} - - - (5)

图5给出了连续工况下发动机、调速元件H1，H2及输出轴转速随车速的变化曲线，纵坐标为各部件转速，横坐标为车速与传动装置所处的工作段。

从图6和7中可以看出，各行星排构件的转速范围正常，未出现超高转速情况。

本实施例中整车参数及主要性能指标的选取如下：

整车性能指标：

发动机功率P_f：132kW/2300r/min；

怠速转速：800r/min；

满载重量：8t；

最大速度：90km/h；

最大爬坡度(满载)：17°；

0～32km/h加速时间＜10s；

整车结构参数：

驱动轮半径r_z：0.59m；

汽车迎风面积为：A＝6m²；

空气阻力系数：C_d＝0.6

前传动比i₁＝2.3

调速元件H1到k1行星排齿圈的传动比i_p＝2

k1行星排特性参数k₁：1.58；

k2行星排特性参数k₂：2.78；

后传动比：i_h＝5.1；

液压调速元件主要参数：

额定输入转速n_max：3300r/min；

额定工作压力P_max：40MPa；

泵变量范围：0～V_gmax连续可调

泵、马达排量V_gmax：71cm³/r；额定转矩：T_M＝451Nm；

额定功率：P_M＝155kW。

图8给出了调速元件H1，调速元件H2的排量比与***输出速比的变化关系曲线。***输出速比为输出轴转速与发动机转速之比。

本实施例的牵引特性曲线如图9所示。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于：包括行星传动部件、液压调速部件和换段操纵部件；其中行星传动部件包括k1行星排和k2行星排；换段操纵部件包括离合器C1、离合器C2、制动器B1和制动器B2；液压调速部件包括调速元件H1和调速元件H2，调速元件H1和调速元件H2采用封闭式液压传动回路和双向变量控制；该装置能够实现三段式连续分流工况，分别为分速汇矩、分速汇速和分矩汇速；

其连接关系为：传动装置输入轴(23)的一端与发动机(1)连接，另一端通过固定轴齿轮A(2)与k1行星排行星架(21)相连；k1行星排齿圈(8)与离合器C1的主动部分相连，同时通过固定轴齿轮B(7)与调速元件H1相连；k1行星排太阳轮中心轴(3)与离合器C2的主动部分相连，制动器B2制动k1行星排太阳轮中心轴(3)；k2行星排太阳轮(17)的中心轴一端与调速元件H2连接，另一端与离合器C2的被动部分相连；k2行星排齿圈(12)与离合器C1的被动部分相连，制动器B1制动k2行星排齿圈(12)；k2行星排行星架(18)通过固定轴齿轮C(14)与传动装置的输出轴(13)相连。

2.如权利要求1所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于：所述调速元件H1和调速元件H2均采用液压变量泵。

3.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，所述分速汇矩工况为：制动器B1制动，离合器C2结合，制动器B2与离合器C1不工作，此时k1行星排齿圈(8)与调速元件H1相连，k1行星排太阳轮(22)通过k2行星排太阳轮(17)与调速元件H2相连。

4.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，所述分速汇速工况为：离合器C1和离合器C2均结合，制动器B2和制动器B1不工作，此时k1行星排齿圈(8)分别与调速元件H1和k2行星排齿圈(12)相连，k1行星排太阳轮(22)通过k2行星排太阳轮(17)与调速元件H2相连。

5.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，所述分矩汇速工况为：制动器B2制动，离合器C1结合，离合器C2和制动器B1不工作，此时k1行星排齿圈(8)分别与调速元件H1和k2行星排齿圈(12)相连，k1行星排整体回转，调速元件H2与k2行星排太阳轮(17)相连。

6.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，当制动器B1和制动器B2同时制动，离合器C1和离合器C2不工作时装置实现纯液压倒驶工况。

7.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，当离合器C1和离合器C2同时结合，制动器B1制动，制动器B2不工作时该传动装置实现纯机械挡工况。

8.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，离合器C1和离合器C2同时结合，制动器B2制动，制动器B1不工作时该传动装置实现纯机械挡工况。

9.如权利要求1或2所述的一种三段式液压机械无级传动装置，其特征在于，所述k1行星排的特性参数为1.58，k2行星排的特性参数为2.78。