专利名称：双动力输出齿轮箱和车辆牵引动力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械结构技术，尤其涉及一种双动力输出齿轮箱和车辆牵引动力系统。
背景技术：
近来，随着铁路逐步向高速化及重载化方向发展，对铁路线路养护的效率及精度要求日益提高，因而促进了铁路大型养路机械设备的发展。为了提高作业效率，需要大型养路机械设备以最快的速度到达作业区间，而在作业时，则要求以较低的速度进行作业，而且要保持较高的速度精度。因此，要求作业设备的传动系统必须能够在高速牵引及低恒速作业两种工况下以较大功率工作。而上述传动系统的核心部件就是能够实现工况可靠转换的齿轮箱。现有技术中的用于铁路养路机械设备的齿轮箱通常在高速和低速工况下均采用液压马达驱动。如图1所示，现有技术中的铁路养路机械设备用齿轮箱300设置有两个离合器，即第一离合器100和第二离合器200，其中第一离合器100为液压摩擦片式离合器， 第二离合器200为液压摩擦片式离合器或者牙嵌式机械离合器。当处于高速工况下时，第一离合器100结合，第二离合器200分离，高速液压马达110通过第一离合器100经齿轮箱 300带动车轮400高速旋转。而在低速工况下，第二离合器200结合，第一离合器100分离。 低速液压马达210通过第二离合器200经齿轮箱300带动车轮400低速旋转。如图1所示的现有技术的铁路养路机械设备用齿轮箱通常存在以下缺陷(1)在高速牵引工况下，由于其动力来源为液压马达，单个齿轮箱的传动功率较小，因此无法满足高速工况下的大功率输出需求。(2)当第一离合器100、第二离合器200采用液压摩擦片式离合器时，因液压摩擦片式离合器无法实现可靠自锁，离合器故障可能会导致工况干涉，造成系统不可修复的损坏。(3)当第二离合器200采用液压摩擦片式离合器时，在起动或者负载突变时容易打滑，由于无法实现精确的传动比，因而无法保证低速作业工况时的速度精度和作业质量。(4)当第二离合器200采用牙嵌式机械离合器时，传递功率低，并且无法实现可靠自锁。
发明内容
本发明提供了一种双动力输出齿轮箱和车辆牵引动力系统，以解决现有技术中用于铁路养路机械设备的齿轮箱和车辆牵引动力系统无法实现可靠自锁、无法满足高速工况下的大功率输出需求以及无法保证低速工况时的速度精度和作业质量的技术问题。本发明所提供的一种双动力输出齿轮箱，包括箱体，其中，还包括输入轴、中间轴和输出轴，相互平行，穿设在所述箱体中；所述输入轴的一端用于与低速动力源相连；
所述输出轴的第一端用于输出驱动力，所述输出轴的第二端用于与高速动力源相连；一级传动齿轮系，包括一级主动齿轮件和一级从动齿轮件，所述一级主动齿轮件固定设置在所述输入轴上，所述一级从动齿轮件固定设置在所述中间轴上；二级传动齿轮系，包括二级主动齿轮件和二级从动齿轮件，所述二级主动齿轮件固定设置在所述中间轴上，所述二级从动齿轮件套设在所述输出轴上；离合器，包括第一离合件和第二离合件，所述第一离合件与所述二级从动齿轮件固定设置，所述第二离合件在所述输出轴的转动方向上与所述输出轴固定连接；离合器操纵机构，设置在所述箱体中，且与第二离合件相连，用于驱动所述第二离合件沿所述输出轴的轴向滑动，与所述第一离合件接触啮合或脱离啮合。如上所述的双动力输出齿轮箱中，一个输入轴和对应的一级主动齿轮件为一个输入单元，所述输入单元的数量为一个或者两个。当输入单元的数量为两个时，两个所述输入单元相对于所述中间轴对称设置。如上所述的双动力输出齿轮箱中，所述离合器操纵机构包括电磁阀；驱动气缸， 所述驱动气缸与所述电磁阀相连，在所述电磁阀的控制下，所述驱动气缸的活塞杆作往复运动；作用杆，所述作用杆的一端与所述驱动气缸的活塞杆相连，并在所述活塞杆的带动下往复运动；拨叉，与所述作用杆相连，且与所述第二离合件相连，用于在所述作用杆的带动下驱动所述第二离合件沿所述输出轴的轴向滑动。如上所述的双动力输出齿轮箱中，所述润滑系统包括第一供油齿轮，与所述第二从动齿轮件联动设置；第二供油齿轮，与所述输出轴联动设置；两个齿轮油泵，分别与所述第一供油齿轮和第二供油齿轮相连，在所述第一供油齿轮和第二供油齿轮的驱动下输出润滑油，以进行润滑。另外，本发明所提供的一种车辆牵引动力系统，包括轮对、齿轮箱、低速动力源和高速动力源，其中，所述齿轮箱采用上述本发明所提供的双动力输出齿轮箱；所述齿轮箱的输入轴与所述低速动力源相连；所述齿轮箱的输出轴的第一端与所述轮对的传动轴相连， 所述齿轮箱的输出轴的第二端与所述高速动力源相连。所述低速动力源为变量液压马达； 所述高速动力源为液力传动箱或牵引电机。综上所述，本发明所提供的一种双动力输出齿轮箱和车辆牵引动力系统相对于现有技术具有如下有益效果(1)本发明由于设置有离合器及离合器操纵机构，因此能够实现在高速牵引和低速作业两种工况之间的灵活切换，从而实现双动力输出，即高速牵引工况下，由大功率的高速动力源驱动作业设备高速运动，借以满足高速工况下的大功率输出需求；而在低速作业工况下，由设置在输入轴一端的低速动力源提供动力，并经过两级传动齿轮系减速后驱动作业设备低速运动，从而能够实现精确地传动比，借以保证低速工况时的速度精度和作业质量。(2)由于本发明中的离合器采用能够接触啮合的第一离合件和第二离合件，且特殊设置的齿形能够保证实现可靠的自锁，不会在起动或者负载突变时导致系统损坏。
图1为现有技术中用于铁路养路机械设备的齿轮箱的结构示意图；图2为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的主视图；图3为图2中A-A向剖视图；图4为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的俯视及局部剖视图；图5为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的离合操纵机构的结构示意图。
具体实施例方式下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。实施例一本发明实施例一提供的双动力输出齿轮箱包括箱体、输入轴、中间轴、输出轴、一级传动齿轮系、二级传动齿轮系、离合器和离合器操纵机构。其中，输入轴、中间轴和输出轴相互平行，穿设在箱体中。输入轴的一端用于与低速动力源相连；输出轴的第一端用于输出驱动力，输出轴的第二端用于与高速动力源相连；一级传动齿轮系，包括一级主动齿轮件和一级从动齿轮件，一级主动齿轮件固定设置在输入轴上，一级从动齿轮件固定设置在中间轴上；二级传动齿轮系，包括二级主动齿轮件和二级从动齿轮件，二级主动齿轮件固定设置在中间轴上，二级从动齿轮件套设在输出轴上；离合器，包括第一离合件和第二离合件，第一离合件与二级从动齿轮件固定设置，第二离合件在输出轴的转动方向上与输出轴固定连接；离合器操纵机构，设置在箱体中，且与第二离合件相连，用于驱动第二离合件沿输出轴的轴向滑动，与第一离合件接触啮合或脱离啮合。本实施例一的双动力输出齿轮箱，通过离合器和离合器操纵机构，达到了能够在高速和低速工况之间灵活切换，同时满足高速工况下的大功率输出需求，并保证低速工况时的速度精度和作业质量的有益效果。本实施例一的双动力输出齿轮箱中，一级主动齿轮件优选为齿轮轴，一级从动齿轮件优选为齿轮；二级主动齿轮件优选为齿轮轴，二级从动齿轮件优选为齿轮圈。本实施例一的双动力输出齿轮箱中，第一离合件优选为固定在齿轮圈内侧的内齿离合器，第二离合件优选为外齿离合器，输出轴上沿输出轴的轴向优选地设置有外花键，夕卜齿离合器上优选地设置有与上述外花键相联接的内花键。请参见图2至图5。图2为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的主视图，图3为图2中A-A向剖视图，图4为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的俯视及局部剖视图。图 5为本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的离合操纵机构的结构示意图。如图2、图3和图 4所示，本发明实施例一的双动力输出齿轮箱，包括箱体1、两个相同的输入轴2、输出轴3、 中间轴4、润滑系统5、离合器6、离合器操纵机构7及安装座8。其中，箱体1包括上箱9、中箱10、下箱11、观察孔盖12、通气器13及压盖14。中间轴4包括轴承33，并且沿轴向设置有齿轮轴31和齿轮32。两个输入轴2对称地设置于中间轴4的两侧，并且分别设置有与中间轴4的齿轮 32相啮合的齿轮轴15以及用以支撑齿轮轴15的轴承16和轴承17，齿轮轴15与齿轮32 构成一级传动齿轮系，且齿数比可为D1/Z83，两个输入轴2的一端通过花键联接有用以作为低速动力源提供驱动力的第一驱动马达18和第二驱动马达19，第一驱动马达18和第二驱动马达19可为变量液压马达，例如变量柱塞马达，也可为其它类型的马达，用以在低速作业工况下为作业设备提供驱动力。输出轴3的一端设置有与作业设备的动力转向架相连接的第一法兰21，输出轴3 的另一端设置有与高速牵引动力单元相连接的第二法兰22，输出轴3上还套设有与中间轴 4的齿轮轴31相啮合的齿轮圈26，以及轴承M和轴承套25，齿轮轴31与齿轮圈沈构成二级传动齿轮系，且齿数比可为Z25/Z78。输出轴3能够提供双动力输出，其一端通过第一法兰21连接作业设备的动力转向架，例如轮对的传动轴，另一端通过第二法兰22连接高速牵引动力单元，例如可用作高速动力源的液力传动箱、牵引电机或其它大功率的动力输出单元，借以满足高速牵引工况下的大功率输出需求。离合器6设置于输出轴3上，并且包括内齿离合器27和外齿离合器34，内齿离合器27的内齿39与外齿离合器34的外齿38能够相互啮合。由于齿式离合器的齿具有特殊的结构，因此可以保证内齿离合器27与外齿离合器34啮合顺利，并且能够可靠自锁，进而防止在工作过程中由于状态突然跳变而导致系统损坏。内齿离合器27与齿轮圈沈分别加工有用于相互定位借以保证同轴度的定位面， 并且内齿离合器27与齿轮圈沈通过销轴观、螺母四及螺母锁垫30彼此联接成一体。输出轴3上包括花键轴35，花键轴35上沿轴向设置有外花键37，外齿离合器34上设置有与外花键37相配合联接的内花键36，从而使外齿离合器34能够与输出轴3同步旋转以便将扭矩传递给输出轴3，并且外齿离合器34能够沿着输出轴3轴向滑动。如图5所示，离合器操纵机构7包括电磁阀40、驱动气缸41、一端与驱动气缸41 的活塞杆相连的作用杆42、与作用杆42相连的拨叉43以及用于支撑拨叉43的支撑杆44。 电磁阀40在自动控制系统的控制下使驱动气缸41的活塞杆作往复运动，从而驱动作用杆 42往复运动并带动拨叉43拨动外齿离合器34，以使外齿离合器34与内齿离合器27接触啮合或脱离啮合。另外，作用杆42的另一端部45还连接有手动操纵机构(图中未示出)，用以在自动控制系统发生故障，或者电磁阀40或驱动气缸41失效时，通过手动方式驱动作用杆42往复运动，以便带动拨叉43拨动外齿离合器34与内齿离合器27接触啮合或脱离啮合。由于离合操纵机构7既可在远程自动控制系统的控制下驱动离合器6实现高速牵引工况和低速作业工况之间的转换，也可以通过手动操作的方式驱动离合器6实现工况转换， 因此保证了在自动控制系统发生故障时仍能及时地进行工况转换，从而避免了因作业设备无法高速移动而造成铁路线路的堵塞。如图3所示，当离合器操纵机构7驱动外齿离合器34沿着输出轴3滑动并与内齿离合器27相啮合时，由输入轴2输入的两个驱动马达18、19所提供的驱动力通过齿轮轴15 和齿轮32传递给中间轴4的齿轮轴31，然后经过齿轮圈沈及离合器6传递至输出轴3并通过第一法兰21驱动作业设备在0 15km/h的速度范围内恒速工作(低速作业工况)，由于电液比例控制液压系统能够确保驱动马达18、19工作在需要的转速并保持高的速度精度， 并且上述的传动齿轮系及齿式离合器能够确保精确的传动比，因此最终能够保证作业设备以较高的速度精度工作在低恒速工况；而当离合器操纵机构7驱动外齿离合器34与内齿离合器27相分离时，由第二法兰22输入的高速牵引动力单元所提供的驱动力将通过输出轴 3直接传递给第一法兰21并驱动作业设备以120km/h的速度高速运动(高速牵引工况)， 以便快速到达作业地点，而此时，中间轴4及输入轴2与输出轴3完全脱离开，借以防止动力反驱而造成齿轮箱及驱动马达18、19损坏。因此本发明所提供的双动力输出齿轮箱能够实现在高速牵引和低速作业两种工况之间的灵活切换，从而实现双动力输出，即在高速牵引工况下，由大功率的高速牵引动力单元驱动作业设备高速运动，借以满足高速工况下的大功率输出需求；而在低速作业工况下，则由设置在输入轴2 —端的驱动马达18、19提供动力，并经过输入轴2到中间轴4以及中间轴4到输出轴3的两级传动齿轮系减速后驱动作业设备低速运动，从而能够实现精确地传动比，借以保证低速工况时的速度精度和作业质量。如图3所示，本发明实施例一的双动力输出齿轮箱中的润滑系统5包括与齿轮圈 26联动设置的第一供油齿轮46，与输出轴3联动设置的第二供油齿轮47，分别与第一供油齿轮46和第二供油齿轮47相配合的两个齿轮油泵48，用于过滤润滑油的滤清器50，用于将过滤后的润滑油供给到齿轮油泵48的配油盘49，以及用以将润滑油传输到需要润滑的位置的供油管路51。当外齿离合器34与内齿离合器27相啮合时，第一供油齿轮46和第二供油齿轮47分别驱动各自的齿轮油泵48并通过供油管路51将润滑油输送到需要润滑的位置，其中，第一供油齿轮46驱动的齿轮油泵48工作在额定工况，可提供大流量的润滑油，而另一个由第二供油齿轮47驱动的齿轮油泵48则转速较低，可起到辅助润滑的作用。 当外齿离合器34与内齿离合器27相分离，即齿轮箱工作在高速牵引工况时，第一供油齿轮 46不工作，仅第二供油齿轮47高速旋转并驱动与之配合的齿轮油泵48将充足的润滑油通过供油管路51输送到需要润滑的位置。由于本发明中的润滑系统在高速牵引和低速作业两种工况下均能够提供可靠的润滑，因此确保了齿轮箱的正常工作。另外，对上述本发明实施例一的双动力输出齿轮箱的结构还可作其它变化，例如(1)如果将一个输入轴2和其对应的齿轮轴15 (即一级主动齿轮件)看作一个输入单元，则该输入轴单元的数量还可为一个或多个，当仅有一个输入单元时，该输入单元可设置在中间轴的任意一侧，其具体结构说明可参见上述实施例一中的记载，在此不再赘述。(2)离合器还可以具有多种工况，例如，不但可以实现离合操作，还可以实现换挡操作。(3)离合器操纵机构还可以通过液压驱动，或者通过连杆机构驱动。(4)为了提高润滑效果，还可以设置多组齿轮油泵，此外，齿轮油泵不仅可以通过供油齿轮驱动，也可以直接安装在轴端。另外，上述本发明实施例的双动力输出齿轮箱可应用在一种铁路作业车辆的牵引动力系统中，该车辆牵引动力系统包括轮对、齿轮箱、低速动力源和高速动力源，其中的齿轮箱便可采用如上述本发明实施例一的双动力输出齿轮箱，该齿轮箱的输入轴2与低速动力源，例如第一驱动马达18和第二驱动马达19相连，该齿轮箱的输出轴3的第一法兰21 与所述轮对的传动轴相连，该齿轮箱的输出轴3的第二法兰22与高速动力源相连。该低速动力源可为变量液压马达，例如变量柱塞马达，也可为其它类型的马达，用以在低速作业工况下为作业设备提供驱动力；该高速动力源可为液力传动箱、牵引电机或其它大功率的动力输出单元，借以满足高速牵引工况下的大功率输出需求。该齿轮箱的具体结构及工作原理说明可参见上述实施例一中的记载，在此不再赘述。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种双动力输出齿轮箱，包括箱体，其特征在于，还包括 输入轴、中间轴和输出轴，相互平行，穿设在所述箱体中； 所述输入轴的一端用于与低速动力源相连；所述输出轴的第一端用于输出驱动力，所述输出轴的第二端用于与高速动力源相连； 一级传动齿轮系，包括一级主动齿轮件和一级从动齿轮件，所述一级主动齿轮件固定设置在所述输入轴上，所述一级从动齿轮件固定设置在所述中间轴上；二级传动齿轮系，包括二级主动齿轮件和二级从动齿轮件，所述二级主动齿轮件固定设置在所述中间轴上，所述二级从动齿轮件套设在所述输出轴上；离合器，包括第一离合件和第二离合件，所述第一离合件与所述二级从动齿轮件固定设置，所述第二离合件在所述输出轴的转动方向上与所述输出轴固定连接；离合器操纵机构，设置在所述箱体中，且与第二离合件相连，用于驱动所述第二离合件沿所述输出轴的轴向滑动，与所述第一离合件接触啮合或脱离啮合。
2.根据权利要求1所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于 所述一级主动齿轮件为齿轮轴，所述一级从动齿轮件为齿轮； 所述二级主动齿轮件为齿轮轴，所述二级从动齿轮件为齿轮圈。
3.根据权利要求2所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于所述第一离合件为固定在所述齿轮圈内侧的内齿离合器，所述第二离合件为外齿离合器，所述输出轴上沿输出轴的轴向设置有外花键，所述外齿离合器上设置有与所述外花键相联接的内花键。
4.根据权利要求3所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于所述齿轮圈与所述内齿离合器分别加工有用于相互定位的定位面，并通过销轴、螺母及螺母锁垫彼此联接成一体。
5.根据权利要求1-4任一所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于一个输入轴和对应的一级主动齿轮件为一个输入单元，所述输入单元的数量为一个或者两个。
6.根据权利要求5所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于两个所述输入单元相对于所述中间轴对称设置。
7.根据权利要求1-4任一所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于，所述离合器操纵机构包括电磁阀；驱动气缸，所述驱动气缸与所述电磁阀相连，在所述电磁阀的控制下，所述驱动气缸的活塞杆作往复运动；作用杆，所述作用杆的一端与所述驱动气缸的活塞杆相连，并在所述活塞杆的带动下往复运动；拨叉，与所述作用杆相连，且与所述第二离合件相连，用于在所述作用杆的带动下驱动所述第二离合件沿所述输出轴的轴向滑动。
8.根据权利要求7所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于所述作用杆的另一端还连接有手动操纵机构，用于通过手动方式驱动所述作用杆往复运动。
9.根据权利要求1所述的双动力输出齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱中还包括润滑系统，所述润滑系统包括第一供油齿轮，与所述第二从动齿轮件联动设置； 第二供油齿轮，与所述输出轴联动设置；两个齿轮油泵，分别与所述第一供油齿轮和第二供油齿轮相连，在所述第一供油齿轮和第二供油齿轮的驱动下输出润滑油，以进行润滑。
10.一种车辆牵引动力系统，包括轮对、齿轮箱、低速动力源和高速动力源，其特征在于采用权利要求1-9任一所述的双动力输出齿轮箱作为所述齿轮箱；所述齿轮箱的输入轴与所述低速动力源相连；所述齿轮箱的输出轴的第一端与所述轮对的传动轴相连，所述齿轮箱的输出轴的第二端与所述高速动力源相连。
11.根据权利要求10所述的车辆牵引动力系统，其特征在于所述低速动力源为变量液压马达；所述高速动力源为液力传动箱或牵引电机。
全文摘要
本发明提供一种用于铁路养路设备的双动力输出齿轮箱和车辆牵引动力系统，该齿轮箱中输入轴一端与低速动力源相连；输出轴的第一端用于输出驱动力，输出轴的第二端与高速动力源相连；一级主动齿轮件固定在输入轴上，一级从动齿轮件固定在中间轴上；二级主动齿轮件固定在中间轴上，二级从动齿轮件套设在输出轴上；第一离合件与二级从动齿轮件固定，第二离合件在输出轴的转动方向上与输出轴固定连接；离合器操纵机构与第二离合件相连，用于驱动第二离合件沿输出轴的轴向滑动，与第一离合件接触啮合或脱离啮合。本发明能够实现在高速和低速工况之间的灵活切换，同时满足高速工况下的大功率输出需求，并保证低速工况时的速度精度和作业质量。
文档编号B60K17/10GK102537261SQ20121000222
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者曹万红, 李海滨, 钱兆勇, 龙时丹 申请人:北京二七轨道交通装备有限责任公司