混合式静液压直接驱动传动装置及机器的制作方法

本实用新型大体上涉及传动装置，并且更具体地说，涉及相比于纯静液压传动装置具有改进的效率的混合式静液压直接驱动传动装置。

背景技术：

静液压传动装置使用流体压力将来自动力源的动力传递至动力输出装置。静液压传动装置可用于各种重载应用，比如起重设备和农业机器或运土机。静液压传动装置的基本单元是静液压泵和静液压马达，它们可通过在静液压泵和静液压马达之间运载高压流体的封闭液压回路来相互连接。静液压泵可连接至发动机曲轴，也可将发动机的机械旋转动力转化为液压动力被传送至静液压马达。随后静液压马达可将液压动力转化为机械旋转动力来将该机械旋转动力传送到车轮/履带或机器的其他动力输出装置。

流经静液压传动装置的流体量可通过调整旋转斜盘倾斜角度控制，斜盘或与静液压泵和静液压马达相关联，或与两者之一相关联。旋转斜盘倾斜角度可控制流经系统的流体流量和流动方向，从而控制传动装置的速度和方向(向前或向后)。具体地，当旋转斜盘为竖直(或者倾斜角度为零值)时，流体不在系统中流动，并且传动装置处于中立位置。当旋转斜盘向前倾斜时，提供了传动装置的向前方向，当旋转斜盘向后倾斜时，提供了传动装置的向后方向。随着旋转斜盘的前倾(或者后倾)角度变大，传动装置的前进(或后退)速度也随之增加。

因此，通过调节旋转斜盘倾斜角度而不需要齿轮变速，静液压传动装置是提供从完全向前到完全向后的无限速度和转矩变化的无级传动装置。此外，即使当机器负载或机器速度正处于变化中，静液压传动装置也允许发动机以恒定速度运行。然而，静液压传动装置的一个缺点是它们可能在高运行速度下具有较低的效率。具体地，在高速条件下，静液压马达在高速下运行并使用更大的发动机功率。这与直接驱动传动装置(该传动装置中来自发动机的动力通过各种齿轮传递到输出车轴)形成对比，该直接驱动传动装置在高运行速度下比纯液压传动装置的效率高15-20％。

在为提高依靠静液压传动装置的机器的效率所做的努力中，描述了从在低速条件下的静液压传动装置切换到在高速条件下的直接驱动传动装置的系统(参见，例如，US6,139,458和WO2014/122322A1)。尽管有效，适应变化的机器运行条件和动力或者其它需求的可替代的传动装置装置仍然是人们希望的。本实用新型提出现有技术的这些和其他问题。

技术实现要素：

根据本实用新型的一个方面，公开了一种混合式静液压直接驱动传动装置。混合式静液压直接驱动传动装置可配置成将来自动力源的动力传递至在低速范围、中速范围和高速范围下运行的机器的动力输出。混合式静液压直接驱动传动装置可包括静液压传动装置部分，该静液压传动装置部分包含具有第一静液压马达的第一静液压传动系和具有第二静液压马达的第二静液压传动系。混合式静液压直接驱动传动装置可以进一步包括直接驱动传动装置部分。静液压传动装置部分可单独运行，以在低速范围下将来自动力源的动力传递给动力输出，并且直接驱动传动装置部分可单独运行，以在高速范围下将来自动力源的动力传递给动力输出。

所述静液压传动装置部分进一步包括静液压泵，所述静液压泵配置成驱动所述第一静液压马达和所述第二静液压马达两个。

所述第一静液压传动系包括第一齿轮比，且所述第二静液压传动系包括第二齿轮比，且其中所述第二齿轮比高于所述第一齿轮比。

所述第一静液压传动系能单独运行，以在所述中速范围下将来自所述动力源的动力传递给所述动力输出。

所述第一静液压传动系包括第一离合器，在所述低速范围和所述中速范围下接合所述第一离合器以选择所述第一齿轮比，并且在所述高速范围下分离所述第一离合器。

所述第二静液压传动系包括第二离合器，在所述低速范围下接合所述第二离合器以选择所述第二齿轮比，并且在所述中速范围和所述高速范围下分离所述第二离合器。

所述直接驱动传动装置部分包括第三齿轮比和第三离合器，在所述高速范围下接合所述第三离合器以选择所述第三齿轮比，并且在所述低速和中速范围下分离所述第三离合器。

所述直接驱动传动装置部分进一步包括第四离合器和低于所述第三齿轮比的第四齿轮比，在所述高速范围的较低范围下接合所述第三离合器且分离所述第四离合器。

在所述高速范围的较高范围下接合所述第四离合器(80)且分离所述第三离合器。

根据本实用新型的另一方面，公开了一种机器。该机器可包括发动机、车轮或者履带，以及配置成在低运行速度、中运行速度和高运行速度下驱动该车轮或者履带的车轴。该机器可进一步包括混合式静液压直接驱动传动装置，该混合式静液压直接驱动传动装置包括静液压传动装置部分和直接驱动传动装置部分。静液压传动装置部分可包括具有第一静液压马达的第一静液压传动系和具有第二静液压马达的第二静液压传动系。第一静液压马达和第二静液压马达可由共同的静液压泵驱动。该机器可进一步包括电子控制系统，电子控制系统配置成在静液压传动装置部分和直接驱动传动装置部分之间选择其中的一者，以将来自发动机的动力传递给车轴。电子控制系统可在低运行速度下选择静液压传动装置部分，以及在高运行速度下选择直接驱动传动装置部分。

根据本实用新型的另一个方面，公开了一种使用混合式静液压直接驱动传动装置将来自发动机的动力传递至机器的输出车轴的方法。混合式静液压直接驱动传动装置可包括具有第一离合器以选择第一齿轮比的第一静液压传动系，具有第二离合器以选择第二齿轮比的第二静液压传动系，以及具有第三离合器以选择第三齿轮比的直接驱动传动装置部分。该方法可包括：1)在机器的低运行速度下，分离第三离合器并且接合第一离合器和第二离合器，从而仅通过第一和第二静液压传动系以第一和第二齿轮比将动力传递到输出车轴，2)在机器的中间运行速度下，分离第二离合器和第三离合器并接合第一离合器，从而仅通过第一静液压驱动系以第一齿轮比将动力传递到输出车轴，以及3)在机器的高运行速度下，分离第一离合器和第二离合器并接合第三离合器，从而仅通过直接驱动传动装置部分以第三齿轮比将动力传递到输出车轴。本实用新型所公开的混合式静液压直接驱动传动装置将从静液压模式切换到直接驱动模式，在静液压模式下，仅通过传动装置的静液压部分将动力传递给输出车轴，在直接驱动模式下，仅通过传动装置的直接驱动部分将动力传递给输出车轴。可以通过选择性地接合和分离与混合式传动装置的静液压部分和直接驱动部分相关联的离合器来实现从静液压模式切换到直接驱动模式。因此，有效地避免了与高速度下的静液压传动装置相关联的低效率。另外，所公开的混合式传动装置的静液压部分可包括一个或多个静液压马达以满足低速以及不同的齿轮比下机器的拉杆需求，所述不同的齿轮比可以根据机器的运行速度单独选择。

当结合附图阅读时，将会更容易地理解本实用新型的这些和其它的方面和特征。

附图说明

图1是根据本实用新型构造的机器的侧面图。

图2是根据本实用新型构造的用于将来自动力源的动力传递至图1的机器的动力输出的混合式静液压直接驱动传动装置的示意图。

图3是根据本实用新型构造的用于将来自动力源的动力传递至动力输出的另一种混合式静液压直接驱动传动装置的示意图。

图4是根据本实用新型的方法的可用于控制图2的混合式静液压直接驱动传动装置的一系列步骤的流程图。

图5是根据本实用新型的方法的可用于控制图3的混合式静液压直接驱动传动装置的一系列步骤的流程图。

具体实施方式

现在参考附图，并具体参考图1，示出了根据本实用新型的机器10。一般来说，机器10可包括用于驱动动力输出的动力源12，例如内燃机14。在一种布置中，机器10可以是自动平地机16，在这种情况下，它可以进一步包括多个对本领域技术人员熟知的其它的特征，例如操作员站18、配置成使地面变平的平地机刮板20、用于定位刮板20的控制连杆22以及车轮24或者履带。然而，应当理解，这里公开的机器10还可以是各种其它类型的机器，例如但是不限于，轮式装载机或者各种其它类型的运土机、建筑用机器或者农业机器。

现在转到图2，示出了配置成将来自动力源12的动力传递给机器10的动力输出28的混合式静液压直接驱动传动装置26。例如，如果机器10为自动平地机16，则动力源12可以为发动机14，且动力输出28可以为配置成例如通过差速器齿轮驱动机器的车轮24或履带的输出车轴30。混合式静液压直接驱动传动装置26通常可包括静液压传动装置部分32和直接驱动传动装置部分34，静液压传动装置部分32和直接驱动传动装置部分34中的每一个配置成将来自发动机14的动力独立传递给输出车轴30。混合式静液压直接驱动传动装置26可以进一步包括齿轮箱36，所述齿轮箱36包含各种齿轮组以为传动装置部分32和34提供不同的齿轮比(或输入/输出速度比)。具体地，混合式静液压直接驱动传动装置26可以以静液压模式或者以直接驱动模式运行，在静液压模式下，静液压传动装置部分32可以单独运行以将来自发动机14的动力传递给输出车轴30，在直接驱动模式下，直接驱动传动装置部分34可以单独运行以将来自发动机14的动力传递给输出车轴30。如本文所使用的，静液压传动装置为使用流体压力将来自动力源的动力传递给动力输出的传动装置，并且包括至少一个静液压泵和至少一个静液压马达。如本文所使用的直接驱动传动装置为通过一个或多个齿轮组和/或互连轴将直接来自动力源的动力传递给动力输出的传动装置。

混合式传动装置26在机器10的低运行速度范围和中间运行速度范围下可以以静液压模式运行且在机器10的高运行速度范围下可以以直接驱动模式运行。因此，如本文所公开的混合式传动装置26可以通过在高速度下切换到直接驱动模式来避免在高运行速度下与纯静液压传动装置相关联的低效率。混合式传动装置26可以与电子控制系统38电连通，该电子控制系统38可以配置成向混合式传动装置26发送各种命令以根据机器10的运行速度在静液压模式和直接驱动模式之间进行选择(参见图4-图5以及下文的进一步细节)。本领域的技术人员将理解的是，机器10的低速范围、中速范围和高速范围(其确定机器是以静液压模式运行还是以直接驱动模式运行)在实际中根据机器尺寸和其他设计考虑可以变化很大。

仍然参照图2，静液压传动装置部分32可包括与发动机曲轴42驱动接合的静液压泵40，以及第一静液压马达44和第二静液压马达46，第一静液压马达44和第二静液压马达46中的每一个通过流体连通管路48连接到静液压泵40并由静液压泵40驱动，在闭环构造中所述流体连通管路48在泵40与马达44和46中的一个或两个之间输送高压流体。两个静液压马达44和46可包括在静液压传动装置部分32中以满足低速度下机器10的拉杆(或推/拉能力)需求。然而，将理解的是，在一些情况下单个静液压马达可能是合适的。任选地，混合式传动装置26还可以包含辅助静液压泵50，当机器10以全轮驱动运行时，该辅助静液压泵50可以参与为机器10的前车轮提供动力。

静液压泵40可以将曲轴42的旋转动力转化为液压动力，该液压动力经由流体连通管路48传递给静液压马达44和/或46中的一个或两个。然后，静液压马达44和/或46进而可以将液压动力转化成旋转运动，该旋转运动可以经由齿轮箱36在选定齿轮传动比下传递给输出车轴30。这里还应当注意，静液压泵40可以为可变排量泵，其中通过调节泵40的旋转斜盘倾斜角度改变通过泵40的流体流动量和流体流动方向以提供不同的速度和正向或反向方向，如本领域普通技术人员将理解的。在一些情况下，静液压马达44和46中的一个或两个可以为可变排量马达，其中与每个马达相关联的旋转斜盘倾斜角度可以控制通过其中的流体流动方向和流体流动量。电子控制系统38可以通过向静液压泵40以及静液压马达44和46发送电流信号而控制它们的旋转斜盘倾斜角度。如本领域所理解的，可以将一个或多个液压致动器接合到旋转斜盘的端部且一个或多个液压致动器可以接收用于相对运动的控制压力流体以便调节旋转斜盘角度。可以通过电磁阀的命令排量控制传送到一个或多个液压致动器的控制流体的量，所述电磁阀与控制器连通。然而，使用固定排量的静液压泵和/或固定排量的静液压马达的其他可选设置同样可包含在本实用新型的范围内。

静液压传动装置部分32可包括第一静液压传动系52和第二静液压传动系54，如图2所示。如本文所使用的，静液压传动系为静液压传动装置内的动力源与动力输出之间的链路。第一静液压传动系52可以包括发动机曲轴42、静液压泵40，以及第一静液压马达44。另外，第一静液压传动系52可以具有由齿轮箱36中的一个或多个齿轮组限定的第一齿轮传动比56。根据来自电子控制系统38的命令，在第一静液压传动系52中的第一离合器58可以被接合以选择(或者分离以不选择)第一静液压传动系52(和第一齿轮比56)。同样地，第二静液压传动系54可包括发动机曲轴42、静液压泵40，以及第二静液压马达46，并且可以具有由齿轮箱36中的一个或多个齿轮组限定的第二齿轮传动比60。根据来自电子控制系统38的命令，第二离合器62可以被接合以选择(或者分离以不选择)第二静液压传动系54(和第二齿轮比60)。第二静液压传动系54的第二齿轮比60可以高于第一静液压传动系52的第一齿轮比56，使得在机器10的高运行速度和中间运行速度下第二离合器62分离(参见下文)。应当注意的是，提供第一齿轮比56和第二齿轮比60的齿轮组可包括各种类型的齿轮，例如但不限于正齿轮、螺旋齿轮、锥齿轮以及行星齿轮。如本文所使用的，可以通过以液压方式由螺线管受控阀选择性地控制加压流，或者通过以电磁方式改变发送到电磁阀或致动器的电流，经由电子致动器运行的机械或缆线联动装置实现离合器接合或分离。

在混合式传动装置26的直接驱动传动装置部分34中，可以使用齿轮箱36中的一个或多个齿轮组在第三齿轮传动比66下将动力从发动机曲轴42传递给输出轴64，且然后传递给输出车轴30。提供第三齿轮比66的齿轮组可包括各种类型的齿轮，例如但不限于正齿轮、螺旋齿轮、锥齿轮以及行星齿轮。根据来自电子控制系统38的命令，与直接驱动传动装置部分34相关联的第三离合器68可以接合以选择(或者分离以不选择)直接驱动传动装置部分34(和第三齿轮比66)。即，第三齿轮比66可以低于静液压传动装置部分32的第一齿轮比56和第二齿轮比60，从而使得在机器10的较高运行速度下可以选择第三齿轮比66(参见下文的进一步细节)。

下文表1中描述了根据机器10的运行速度范围所述的混合式静液压直接驱动传动装置26的控制。

表1：根据机器运行速度对混合式静液压直接驱动传动装置26的控制

以低运行速度范围开始，通过接合第一离合器58和第二离合器62可以选择传动装置26的静液压模式(参见表1)。另外，静液压泵40以及第一静液压马达44和第二静液压马达46可以通过将与它们每一个相关联的旋转斜盘倾斜角度调整为非零值而接合以使得通过它们传递动力。在这种情况下，来自发动机14的动力在第一齿轮比56和第二齿轮比60下通过第一静液压传动系52和第二静液压传动系54传递给输出车轴30。

在第一静液压传动系52中，从曲轴42传递至静液压泵40的动力可以通过流体连通管路48传递至第一静液压马达44。由于第一离合器58与第一静液压马达44接合，呈旋转运动的形式的动力接着可以第一齿轮比56从与第一静液压马达44相关联的输出轴70传递至输出车轴30。在第二静液压传动系54中，从曲轴42传递至静液压泵40的动力可以通过流体连通管路48传递至第二静液压马达46。动力接着可以第二齿轮比60从与第二静液压马达46相关联的输出轴72传递至输出车轴30。虽然可以应用替代性装置，但是第二静液压传动系54可以包括轴72与输出车轴30之间的中间轴74以容置另外的齿轮装置以提供较高的第二齿轮比60。此处再次注意，两个静液压马达44和46可以一起在低速中使用以满足机器10在低速下的牵引杆需求。然而，单个静液压马达和静液压传递部分32中的离合器对于具有不同牵引杆需求的某些机器来说可以是充足的。

在机器10的中速范围内，混合式传动装置26可以保持在静液压模式下，但是第二离合器62(和可选地第二静液压马达46)分离以不选择第二静液压传动系54。第二静液压马达46可以通过将旋转斜盘倾斜角度调整为零值而分离，使得动力不通过马达46传递。在此情况下，第一离合器58和第一静液压马达44可以接合使得动力仅通过第一静液压传动系52以第一齿轮比56从发动机14传递至输出车轴30。第一齿轮比56可以介于较高第二齿轮比60与较低第三齿轮比66之间，并且因此可以适用于机器10的中间运行速度。

在机器10的高运行速度范围内，混合式传动装置26可以以直接驱动模式运行使得动力仅通过直接驱动传动装置部分34从发动机14传递至输出车轴30。具体地，第一离合器58和第二离合器62可以分离以完全不选择静液压传动装置部分32。另外，静液压泵40和可选地第一静液压马达44和第二静液压马达46还可以通过将各自相关联的旋转斜盘倾斜角度设置为零值而分离来使得动力无法通过其中传递。另外，第三离合器68可以接合以允许动力以第三齿轮比66通过直接驱动传动装置部分34传递至输出车轴30。在此情况下，动力经由输出轴64和齿轮箱36中的齿轮装置从曲轴42传递至输出车轴30。

现在参考图3，示出了根据本实用新型的替代性混合静液压-直接驱动传动装置76。在图3中，以相同数字标记混合式传动装置26和混合式传动装置76的相似元件。图3的混合式传动装置76类似于图2的混合式传动装置26，主要区别在于直接驱动传动装置部分34包括第四齿轮传动比78，第四齿轮比78低于第三齿轮比66并且可以利用第四离合器80选择(或不选择)。具体地，当机器在高速范围的较高范围内运行时，第三离合器68可以分离且第四离合器80可以以直接驱动模式接合。

表2概述了根据机器10的运行速度范围的混合式静液压直接驱动传动装置76的控制。

表2：根据机器10运行速度对混合式静液压直接驱动传动装置76的控制。

如表2中可见，除了在机器10的高运行速度下的直接驱动模式下之外，混合式传动装置76的控制类似于混合式传动装置26的控制，动力可以以第三齿轮比66或第四齿轮比78传递至输出车轴30。具体地，在高运行速度范围的较低范围下，第三离合器68可以接合且第四离合器80可以分离使得动力以第三齿轮比66传递至输出车轴30。在高运行速度范围的更高范围下，第三离合器68可以分离且第四离合器80可以接合使得动力以第四齿轮比78传递至输出车轴30。例如，如果高运行速度范围是每小时30至40千米(kph)，那么第三离合器68可以以30至35kph的较低范围接合，并且第四离合器80可以以36至40kph的较高范围接合。将理解的是，这些速度范围仅是示例性的并且可以实际上取决于数值考虑而改变。

工业实用性

图4中示出了根据机器10的运行速度控制混合静液压直接驱动传动装置26可能涉及的步骤的流程图。混合式传动装置26的控制可以由电子控制系统38管理，所述电子控制系统38可以发送电子命令和信号至混合式传动装置26的各个部件。指定机器10的运行速度的输入可以首先由电子控制系统38根据方框82接收。例如，电子控制系统38可以与指定机器速度的驾驶员命令(例如，油门踏板等)进行电子通信。机器10的具体的低、中间和高运行速度范围可以编程至电子控制系统38中，并且可以根据对于诸如应用和机器大小的考虑而在实践中进行较大地改变。如果运行速度处于低速范围内，那么电子控制系统38可以通过发送接合第一离合器58和第二离合器62以及分离第三离合器68的命令来命令混合式传动装置26在静液压模式下运行(方框84)。另外，电子控制系统38可以通过发送电流信号来发送接合静液压泵40以及第一静液压马达44和第二静液压马达46的命令，所述电流信号调整与各自相关联的旋转斜盘的斜角至非零值(方框86)。因此，动力可以第一齿轮比56和第二齿轮比60二者经由第一静液压传动系52和第二静液压传动系54从发动机14传递至输出车轴30(参照图2)。

如果机器10运行速度是在中间范围内，那么电子控制系统38可以发送接合第一离合器58并且分离第二离合器62和第二离合器68的命令(方框88)。因此，混合式传动装置26可以以静液压模式按照中间速度运行，但是第二离合器62分离使得动力传递仅经由第一静液压传动系52以较低的第一齿轮比56传递运行(还参照图2)。根据方框90，电子控制系统38可以通过传递电流信号来将各自的旋转斜盘倾斜角度调整至非零值来进一步发送接合静液压泵40和第一静液压马达44的电子命令。可选地，电子控制系统38还可以通过将与其相关联的旋转斜盘的斜角调整至零值来发送分离第二静液压马达46的命令(方框90)。

根据方框92，如果机器运行速度是在高范围内，那么电子控制系统38可以通过发送分离第一离合器58和第二离合器62以及接合第三离合器68的命令来选择直接驱动模式。根据方框94，电子控制系统38还可以发送分离静液压泵40和可选地第一静液压马达44和第二静液压马达46的命令来防止动力传递通过静液压传动装置部分32。因此，直接驱动传动装置部分34可以单独运行以便以第三齿轮比66将动力从发动机14传递至输出车轴30。

图5是在使用电子控制系统38控制混合式静液压直接驱动传动装置76方面可能涉及到的步骤的流程图。对混合式传动装置76的控制可以与针对混合式传动装置26在图4所示且在上文所描述的类似，并且用与图4相同的参考标记所表示的方框相同。然而，如将在下文所描述的，可能存在一些变型。首先，在低运行速度和中间运行速度下，电子控制系统38还可以发送分离第四离合器80的命令以防止在第四齿轮比78下通过直接驱动传动装置部分34的动力传递(方框96和98)。其次，在高运行速度下，电子控制系统38可以根据运行速度在高速范围的较低范围还是较高范围内而发送不同的命令。如果速度在较低范围内，则电子控制系统38可以发送接合第三离合器68且分离第一离合器58、第二离合器62和第四离合器80的命令，从而使得仅在第三齿轮比66下将动力传递给输出车轴30(方框99)。然而，如果速度在高速范围的较高范围内，则电子控制系统38可以发送接合第四离合器80且分离第一离合器58、第二离合器62和第三离合器68的命令，从而使得在较低的第四齿轮比78下将动力传递给输出车轴30(方框100)。

从上文可以看出，本实用新型的教导在各种环境中可以具有广泛的工业实用性，包括使用依靠于静液压传动装置的机器的工业应用。在机器高运行速度下，本文所公开的混合式静液压直接驱动传动装置将从静液压模式切换到直接驱动模式，在静液压模式下，仅通过传动装置的静液压部分将动力传递给输出车轴，在直接驱动模式下，仅通过传动装置的直接驱动部分将动力传递给输出车轴。可以通过选择性地接合和分离与混合式传动装置的静液压部分和直接驱动部分相关联的离合器来实现从静液压模式切换到直接驱动模式。因此，有效地避免了与高速度下的静液压传动装置相关联的低效率。另外，本文所公开的混合式传动装置的静液压部分可包括一个或多个静液压马达以满足低运行速度以及不同的齿轮比下机器的拉杆需求，所述不同的齿轮比可以根据机器的运行速度单独选择。可以预期，本实用新型所公开的技术方案可以在大范围领域包括但不限于建筑、农业和矿业应用，具有工业实用性。