用于变速器的液压控制系统和包括该液压控制系统的机器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于变速器的液压控制系统，包括：加压流体源；储液器；换挡执行装置，其包括前进离合器、后退离合器和高挡离合器；设置在换挡执行装置与加压流体源之间的换挡阀，用于将来自加压流体源的液压流体选择性地引导到前进离合器、后退离合器或高挡离合器；其中，该液压控制系统包括蓄能器组件，其包括压力控制阀、先导阀和设置在压力控制阀与先导阀之间的转换构件，压力控制阀能够在其第一端口和第二端口之间的流通面积全开的第一位置与其第一端口和第二端口经由节流孔流体连通的第二位置之间移动，先导阀能够在高挡离合器的进油压力的促动下通过转换构件将加压流体源的输出压力作用到压力控制阀的弹簧上，以提高弹簧的预紧力。
【专利说明】
用于变速器的液压控制系统和包括该液压控制系统的机器
技术领域
[0001]本实用新型涉及用于变速器的液压控制系统和包括该液压控制系统的机器。
【背景技术】
[0002]诸如装载机、挖掘机、推土机、拖拉机、起重机之类的机器的变速器具有较多挡位并且借助于液压控制系统进行换挡操作，通过液压控制系统使变速器中不同的齿轮啮合或脱开，从而实现不同的挡位。无论工程机械或农业机械的变速器都存在多个挡位，例如，前4后2、前4后4、或者更多挡位。操作员在操纵机器时将根据不同的工况、路况使用不同的挡位。以前4后2为例，机器能够实现前进一挡至四挡、后退一挡和后退二挡，当车辆起步或者进行铲料作业时使用前进一挡，而在空车转场或者长距离运输时一般使用前进二挡甚至更高挡位。
[0003]在机器操作过程中，不同的阻力对应不同挡位，挡位切换模式决定了不同的操纵舒适度和燃油经济性。当阻力大时期望机器起步慢，或者车速变换慢，以防止冲击严重和撒料，这时需要比较缓慢的挡位切换模式；当阻力小时期望车速变换快，以便提高效率，这时需要比较快的挡位切换模式。
[0004]在用于变速器的液压控制系统中，蓄能器决定换挡曲线和操纵舒适性。但是，目前市场上的变速阀(换挡阀)没有蓄能器，或者是包括单一的固定不变的蓄能器，或者是包括通过手动调节的蓄能器。这种变速阀难以智能地根据不同的阻力选择不同的换挡曲线，无论低挡位还是高挡位都采用统一的挡位切换模式，因而很难同时满足低挡位慢切换、高挡位快切换的要求。
[0005]本实用新型旨在解决上述问题和/或现有技术中的其它问题。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的一个方面涉及一种用于变速器的液压控制系统，其包括:加压流体源;储液器;换挡执行装置，所述换挡执行装置包括前进离合器、后退离合器和高挡离合器；设置在换挡执行装置与加压流体源之间的换挡阀，其用于将来自加压流体源的液压流体选择性地引导到前进离合器、后退离合器或高挡离合器；
[0007]其特征在于，所述液压控制系统包括蓄能器组件，所述蓄能器组件包括压力控制阀、先导阀和设置在压力控制阀与先导阀之间的转换构件，其中，
[0008]所述压力控制阀包括与所述加压流体源流体连接的第一端口和与所述换挡阀的进油口流体连接的第二端口，所述压力控制阀的一端设置有弹簧，在另一端处能够接收从所述第二端口反馈的液压压力，当弹簧力大于液压力时，所述压力控制阀处于第一位置，在该第一位置，第一端口和第二端口之间的流通面积全开，当液压力大于弹簧力时，所述压力控制阀从第一位置移动到第二位置，在该第二位置，第一端口和第二端口经由节流孔流体连通；
[0009]所述先导阀的先导端与高挡离合器的进油管路流体连接，以接收从所述高挡离合器的进油管路反馈的先导压力，当不存在所述先导压力时，所述先导阀处于第一位置，其中所述转换构件与所述储液器流体连通，当存在所述先导压力时，所述先导阀处于第二位置，其中来自加压流体源的液压流体经由所述先导阀到达所述转换构件，所述转换构件将液压压力转换成作用在所述压力控制阀的弹簧上的机械力。
[0010]根据一个有利的方面，所述换挡阀构造成四位五通阀，其中，
[0011]当所述换挡阀处于第一位置时，所述前进离合器、后退离合器和高挡离合器均与所述储液器流体连通；
[0012]当所述换挡阀处于第二位置时，所述前进离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述后退离合器和高挡离合器与所述储液器流体连通；
[0013]当所述换挡阀处于第三位置时，所述后退离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述前进离合器和高挡离合器与所述储液器流体连通；
[0014]当所述换挡阀处于第四位置时，所述高挡离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述前进离合器和后退离合器与所述储液器流体连通。
[0015]根据另一个有利的方面，所述加压流体源包括由发动机驱动的栗，所述栗能够从储液器抽取液压流体和对液压流体加压，并向所述换挡阀输送加压后的液压流体。
[0016]本实用新型的另一方面涉及一种机器，所述机器包括变速器和根据本实用新型的液压控制系统。
【附图说明】
[0017]下面将参照示意性的附图更详细地描述本实用新型。附图及相应的实施例仅是为了说明的目的，而非用于限制本实用新型。在附图中:
[0018]图1是根据本实用新型的用于变速器的液压控制系统的示意性原理图；以及
[0019]图2是图1的液压控制系统的局部放大图。
【具体实施方式】
[0020]图1示出了根据本实用新型的用于变速器的液压控制系统的一个实施例。图2是图1的液压控制系统的局部放大图。液压控制系统100可包括加压流体源和换挡执行装置。加压流体源可包括油箱22和栗4。油箱22用于储存例如处于大气压力下的液压流体，该液压流体例如可以是专用液压油、发动机润滑油、变速器润滑油或本领域公知的其它流体。栗4能够从油箱22抽取液压流体并对液压流体加压，从而产生加压流体。在图1所示的实施例中，栗4由发动机2驱动。可以理解的是，栗4也可以用其它方式驱动。例如，栗4可以是由来自蓄电池的电力驱动的电动栗。
[0021]换挡执行装置可包括用于使变速器中的相应齿轮组接合或脱开以实现挡位变换的多个离合器。在图1所示的实施例中，换挡执行装置包括后退离合器10、前进离合器12和高挡离合器14。在该实施例中，后退离合器10和前进离合器12属于低挡位离合器，分别能够使机器以较低的速度后退和前进，而高挡离合器14是能够使机器以较高速度前进的高挡位离合器。可以理解的是，换挡执行装置可以包括其他适当的结构，例如后退离合器10可具有多于一个的接合位置，以用于实现多个后退挡位。
[0022]如图1和2所示，在换挡执行装置和栗4之间设置有换挡阀6。换挡阀6构造成用于将来自栗4的加压液压流体选择性地引导到后退离合器10、前进离合器12或高挡离合器14，从而使机器在不同的挡位下操作。
[0023]在附图所示的实施例中，换挡阀6构造成四位五通阀。具体而言，换挡阀6包括五个端口，第一端口(进油口)61用于与栗4流体连接，第二端口(回油口)62用于与油箱22流体连接，第三端口 63用于与后退离合器10流体连接，第四端口 64用于与前进离合器12流体连接，第五端口 65用于与高挡离合器14流体连接。
[0024]换挡阀6具有四个工作位置。当换挡阀6处于中位(第一位置)时，来自栗4的液压流体在换挡阀6的第一端口 61处被截止，而第二、第三、第四和第五端口彼此流体连通。当换挡阀6处于图1中的F位置(第二位置)时，换挡阀6的第一端口和第四端口流体连通，且第二端口、第三端口和第五端口流体连通。当换挡阀6处于图1中的R位置(第三位置)时，换挡阀6的第一端口和第三端口流体连通，且第二端口、第四端口和第五端口流体连通。当换挡阀6处于图1中的H位置(第四位置)时，换挡阀6的第一端口和第五端口流体连通，且第二端口、第三端口和第四端口流体连通。换挡阀6在上述四个位置之间的切换可以通过本领域公知的任何方式来实现。
[0025]在本实施例中，换挡阀6能够实现换向和变速两个功能。可以理解的是，换挡阀6可以用其它适当的阀组代替，只要能够实现如上所述的换向和变速功能即可。例如，在一个实施例中，换挡阀6可以用一个换向控制阀和一个变速控制阀代替，其中换向控制阀与前进离合器12和后退离合器10流体连接，变速控制阀与高挡离合器14流体连接。
[0026]可选地，在换挡阀6与栗4之间设置有压力切断阀8。压力切断阀8构造成二位三通阀。具体而言，压力切断阀8包括三个端口，其中，压力切断阀8的第一端口81与栗4流体连接，第二端口 82与换挡阀6的第一端口 61 (进油口)流体连接，第三端口 83与油箱22流体连接。当压力切断阀8如图1所示处于右位(第一位置)时，其第一端口和第二端口流体连通，第三端口截止。当压力切断阀8处于左位(第二位置)时，其第二和第三端口流体连通，第一端口截止。
[0027]在机器正常运行状态下，压力切断阀8处于如图1和2所示的右位、即接通位置，使得来自栗4的液压流体能够到达换挡阀6，进而通过换挡阀6被选择性地供应到后退离合器10、前进离合器12或高挡离合器14。当施加了刹车(制动)操作时，压力切断阀8切换到左位、即断开位置，此时来自栗4的液压流体不能到达换挡阀6。
[0028]可以理解的是，压力切断阀8也可以设置在换挡阀6与换挡执行装置之间。
[0029]在本实用新型的液压控制系统100中，在换挡阀6与栗4之间设置有蓄能器组件。在图1和2所示的实施例中，该蓄能器组件更具体地设置在压力切断阀8与栗4之间。该蓄能器组件包括蓄能器16和先导阀18。
[0030]蓄能器16可以是压力控制阀。压力控制阀16可以构造成二位二通阀，该阀的阀芯上设置有节流孔。压力控制阀16包括与栗4流体连接的第一端口 161和与压力切断阀8的第一端口 81 (或者换挡阀6的第一端口 61)流体连接的第二端口 162。压力控制阀16左端的压力控制口 163与其第二端口 162流体连接，右端设置有弹簧164。因此，压力控制阀16的阀芯一方面受到弹簧164的弹簧力的作用，另一方面受到压力控制口 163处的液压流体产生的液压力的作用。压力控制阀16具有两个工作位置。当弹簧力大于液压力时，压力控制阀16处于第一位置(如图1和2所示)，此时，第一端口 161和第二端口 162直接流体连通，流通面积全开以便实现快速充油。当第二端口 162处的压力增大使得液压力大于弹簧力时，压力控制阀16移动至第二位置，此时第一端口 161经由节流孔与第二端口 162流体连通，流通面积从全开转换成节流孔。液压系统压力升高的速度由节流孔工作的时间长短决定，节流孔开启得越晚，其工作时间越短，则整个换挡过程越快。节流孔的开启时机取决于弹簧164的弹簧预紧力。弹簧预紧力越大，节流孔开启得越晚，则全流通面积(即全流量)充油的时间越长，整个换档过程越快。因此，液压控制系统100的换挡速度取决于弹簧164的弹簧预紧力，预紧力大则换挡快，否则换挡慢。
[0031]先导阀18可以构造成二位三通阀，其包括与栗4的输出端流体连接的第一端口181、与压力控制阀16的弹簧164相关联的第二端口 182、以及与油箱22流体连接的第三端口183。先导阀18的左端设置有弹簧184，右端的压力控制口 185(即先导端)与高挡离合器14的进油管路流体连接，以接收从高挡离合器14的进油管路反馈的先导压力。换句话说，压力控制口 185与换挡阀6的第五端口 65流体连接。因此，先导阀18的阀芯一方面受到弹簧184的弹簧力的作用，另一方面受到压力控制口 185处的液压流体产生的液压力的作用。在第二端口182与弹簧164之间设置有适当的转换构件20，转换构件20适于将第二端口 182处的液压压力转换成机械力作用到弹簧164上，以便增加弹簧164的预紧力。
[0032]先导阀18具有两个工作位置。当不存在先导压力时，先导阀18处于如图1和2所示的第一位置，此时，第二端口 182和第三端口 183流体连通。当存在先导压力时，先导阀18移动至第二位置，此时第一端口 181和第二端口 182流体连通。
[0033]如图1所示，液压控制系统100还可以包括控制压力阀5、吸油滤、精滤器、溢流阀、变矩器、冷却器、超越离合器、润滑压力阀等部件。这些部件的结构和作用是本领域技术人员所公知的，在此省略其描述。
[0034]工业适用性
[0035]本实用新型的液压控制系统尤其适用于装载机、挖掘机、推土机、拖拉机或起重机等工程机械的变速器。下面分别从升挡和降挡两个方面来说明本实用新型的液压控制系统能够实现的效果。
[0036]如上所述，换挡阀6具有四个工作位置。当换挡阀6处于第一位置(中位)时，前进离合器12、后退离合器10和高挡离合器14均与油箱22流体连通；当换挡阀6处于第二位置(F)时，前进离合器12能够与加压流体源流体连通，后退离合器10和高挡离合器14与油箱22流体连通；当换挡阀6处于第三位置(R)时，后退离合器10能够与加压流体源流体连通，前进离合器12和高挡离合器14与油箱22流体连通；当换挡阀6处于第四位置(H)时，高挡离合器14能够与加压流体源流体连通，前进离合器12和后退离合器10与油箱22流体连通。
[0037]当机器静止不动时，换挡阀6处于第一位置(中位)。压力控制阀16在弹簧164的偏压下处于第一位置，其第一端口 161和第二端口 162直接流体连通。压力切断阀8处于第一位置(右位)，其第一端口 81和第二端口 82流体连通。先导阀18在弹簧184的偏压下处于第一位置，其第二端口 182经由第三端口 183与油箱22流体连通，此时没有液压力通过转换构件20作用在弹簧164上，弹簧164保持初始预紧力/预压缩力。
[0038]当机器起步并向前行驶时，换挡阀6从其第一位置(中位)移动到第二位置(F)。由栗4栗送的液压流体经由压力控制阀16和压力切断阀8到达换挡阀6，并且通过换挡阀6的第一端口 61和第四端口 64被供应到前进离合器12，使得前进离合器12接合，由此建立前进一挡。在此过程中，初始时压力控制阀16的第一端口 161和第二端口 162之间的流通面积全开，以便给前进离合器12快速充油。当相关的液压流体通道充满油后进入压力升高阶段。当压力控制阀16的压力控制口 163处的压力、亦即第二端口 162处的压力达到一阈值压力，使得作用于压力控制阀16的阀芯上的液压力大于弹簧164的弹簧力时，压力控制阀16从第一位置移动到第二位置，第一端口 161经由节流孔与第二端口 162流体连通，压力控制阀16从流通面积全开转换成节流孔充油。
[0039]当需要从前进一挡切换到前进二挡或者更高的挡位时，换挡阀6从其第二位置(F)移动到第四位置(H)。由栗4栗送的液压流体经由压力控制阀16和压力切断阀8到达换挡阀6，并且通过换挡阀6的第一端口 61和第五端口 65被供应到高挡离合器14，使得高挡离合器14接合，由此建立前进二挡(或更高挡位)。同时，与前进离合器12相关联的液压流体通道中的液压流体经由换挡阀6的第四端口 64、第二端口 62被泄放到油箱22。在此过程中，高挡离合器14的进油压力被反馈到先导阀18的压力控制口 185，使得先导阀18移动至第二位置，此时第一端口 181和第二端口 182流体连通。来自栗4的液压流体经由先导阀18的第一端口 181到达第二端口 182，转换构件20将第二端口 182处的液压压力转换成机械力作用到弹簧164上，从而将弹簧164的预紧力提高到第二预紧力。结果是，压力控制阀16从第一位置移动到第二位置、亦即从流通面积全开转换成节流孔充油的时刻向后推迟，导致全流量充油的时间增加，整个换挡变快，从而缩短了换挡时间，达到高挡快换的目的。
[0040]当需要从高挡位切换到低挡位、例如前进一挡时，换挡阀6从其第四位置(H)移动到第二位置(F)。由栗4栗送的液压流体经由压力控制阀16和压力切断阀8到达换挡阀6，并且通过换挡阀6的第一端口 61和第四端口 64被供应到前进离合器12，使得前进离合器12接合，由此再次建立前进一挡。同时，与高挡离合器14相关联的液压流体通道中的液压流体经由换挡阀6的第五端口 65、第二端口 62被泄放到油箱22，使得通道中的压力降低。因此，被反馈到先导阀18的压力控制口 185的先导压力变为零，先导阀18在弹簧184的作用下返回其第一位置，弹簧164的预紧力恢复到其初始预紧力。相应地，压力控制阀16从第一位置移动到第二位置、亦即从流通面积全开转换成节流孔充油的时刻恢复到初始的转换时刻，换挡时间也恢复到初始设定值，达到低挡慢换的目的。
[0041 ]与常规的液压控制系统不同，在根据本实用新型的液压控制系统100中，由于包括压力控制阀16、先导阀18和转换构件20的蓄能器组件的存在，能够自动地根据阻力实现不同的换挡模式。在升挡时低挡离合器卸压，高挡离合器升压，高挡离合器的压力油推动先导阀将换挡阀的进口油压(或者说栗的输出压力)反馈到压力控制阀的弹簧上，压缩弹簧以提尚弹貪预紧力，进而提尚蓄能器缓冲起始压力，缩短换挡时间，达到尚挡快换的目的；在降挡时高挡离合器卸压，低挡离合器升压，高挡离合器的压力油不再推动先导阀，压力控制阀的弹簧恢复至初始压力，弹簧预紧力和换挡时间恢复到初设值，达到低挡慢换的目的。
[0042]上面借助具体实施例对本实用新型的液压控制系统进行了描述。对本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不脱离本实用新型的发明思想的情况下对本实用新型的液压控制系统做出多种改变和变形。结合对说明书的考虑及所公开的液压控制系统的实践，其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例仅被视为示例性的，真正的范围由所附权利要求及它们的等同方案表示。
【主权项】
1.一种用于变速器的液压控制系统，包括: 加压流体源(4); 储液器(22); 换挡执行装置，所述换挡执行装置包括前进离合器(12)、后退离合器(10)和高挡离合器(14)； 设置在换挡执行装置与加压流体源之间的换挡阀(6)，其用于将来自加压流体源的液压流体选择性地引导到前进离合器、后退离合器或高挡离合器； 其特征在于，所述液压控制系统包括蓄能器组件，所述蓄能器组件包括压力控制阀(16)、先导阀(18)和设置在压力控制阀与先导阀之间的转换构件(20)，其中， 所述压力控制阀(16)包括与所述加压流体源流体连接的第一端口(161)和与所述换挡阀的进油口流体连接的第二端口(162)，所述压力控制阀的一端设置有弹簧(164)，在另一端处能够接收从所述第二端口反馈的液压压力，当弹簧力大于液压力时，所述压力控制阀处于第一位置，在该第一位置，第一端口和第二端口之间的流通面积全开，当液压力大于弹簧力时，所述压力控制阀从第一位置移动到第二位置，在该第二位置，第一端口和第二端口经由节流孔流体连通； 所述先导阀(18)的先导端与高挡离合器的进油管路流体连接，以接收从所述高挡离合器的进油管路反馈的先导压力，当不存在所述先导压力时，所述先导阀处于第一位置，其中所述转换构件与所述储液器流体连通，当存在所述先导压力时，所述先导阀处于第二位置，其中来自加压流体源的液压流体经由所述先导阀到达所述转换构件，所述转换构件将液压压力转换成作用在所述压力控制阀的弹簧上的机械力。2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其特征在于，所述换挡阀构造成四位五通阀，其中， 当所述换挡阀处于第一位置时，所述前进离合器、后退离合器和高挡离合器均与所述储液器流体连通； 当所述换挡阀处于第二位置时，所述前进离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述后退离合器和高挡离合器与所述储液器流体连通； 当所述换挡阀处于第三位置时，所述后退离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述前进离合器和高挡离合器与所述储液器流体连通； 当所述换挡阀处于第四位置时，所述高挡离合器能够与所述加压流体源流体连通，所述前进离合器和后退离合器与所述储液器流体连通。3.根据权利要求1或2所述的液压控制系统，其特征在于，所述加压流体源包括由发动机驱动的栗，所述栗能够从储液器抽取液压流体和对液压流体加压，并向所述换挡阀输送加压后的液压流体。4.一种机器，所述机器包括变速器和根据权利要求1至3中任一项所述的液压控制系统。5.根据权利要求4所述的机器，其特征在于，所述机器为装载机、挖掘机、推土机、拖拉机或起重机。
【文档编号】F16H61/4096GK205689746SQ201620467811
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月20日 公开号201620467811.7, CN 201620467811, CN 205689746 U, CN 205689746U, CN-U-205689746, CN201620467811, CN201620467811.7, CN205689746 U, CN205689746U
【发明人】陈先磊, 杨春永, 王文辉, 仲海民, 成韶华
【申请人】卡特彼勒（青州）有限公司