功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统，是由发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、液压工作系统、行星排、传动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、锁止器、离合器、高压蓄能器、低压蓄能器和液控单向阀组成。本发明采用了结构紧凑、传动平稳的行星轮系作为动力耦合元件，实现了装载机的功率分流式传动；本发明的传动系统采用了复合行星轮系换向机构，并且只有一个离合器和一个锁止器，易于实现自动控制，集成化程度高，能够较好的满足装载机正向行驶和倒向行驶的车速要求；本发明可以实现液压无级变速，使发动机工作在高效区，降低油耗，改善排放。本发明取消了液力变矩器，提高了传动系统效率，降低装载机油耗。
【专利说明】功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合动力装载机的动力系统，特别涉及一种功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对混合动力装载机的研宄多停留在串联式系统和并联式系统上。其中，串联式混合动力装载机存在改装成本高、难以实现产业化的缺点；并联式混合动力装载机对发动机工作点的调整作用较小，并且多数在传动系统中仍然保留了液力变矩器，节能效果有限。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统。
[0004]本发明是由发动机、一号液压泵/马达、二号液压泵/马达、液压工作系统、行星排、传动齿轮、第一传动轴、第二传动轴、锁止器、离合器、高压蓄能器、低压蓄能器和液控单向阀组成。所述行星排包括第一行星排、第二行星排和第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架和第一齿圈；所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架和第二齿圈；所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第四行星轮、第三行星架和第三齿圈；所述传动齿轮包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮和第七齿轮；所述发动机通过第一传动轴与第一行星架连接，第七齿轮与第一传动轴通过花键连接，第一齿轮与第七齿轮啮合，将动力传递到液压工作系统；所述一号液压泵/马达与第六齿轮连接，第三齿轮与第六齿轮啮合，第一太阳轮与第三齿轮固连；所述二号液压泵/马达与第五齿轮连接，第四齿轮与第五齿轮啮合；所述第一齿圈与第二齿圈共用一个齿圈基座，齿圈基座上设有第四齿轮；所述第二太阳轮与第三太阳轮通过第二传动轴进行固连，第二行星架与第三行星架固连；锁止器一端与第三行星架连接，锁止器另一端固连于车架；所述第二齿圈与第三齿圈之间接有离合器，第二齿轮设于第三齿圈的基座上；所述高压蓄能器通过液控单向阀与一号液压泵/马达高压油口液压连接，一号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接；所述高压蓄能器与二号液压泵/马达高压油口液压连接，二号液压泵/马达低压油口与低压蓄能器液压连接。
[0005]与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0006]1.本发明相对于现有混合动力系统，采用了结构紧凑、传动平稳的行星轮系作为动力耦合元件，实现了装载机的功率分流式传动。
[0007]2.本发明的传动系统采用了复合行星轮系换向机构，并且只有一个离合器和一个锁止器，易于实现自动控制，集成化程度高，能够较好的满足装载机正向行驶和倒向行驶的车速要求。
[0008]3.本发明可以实现液压无级变速，使发动机工作在高效区，降低油耗，改善排放。
[0009]4.本发明取消了液力变矩器，提高了传动系统效率，降低装载机油耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的结构组成与工作原理示意图。
[0011]图2是本发明的发动机静止启动模式的动力传递路线图。
[0012]图3是本发明的发动机行车启动模式的动力传递路线图。
[0013]图4是本发明的纯液压驱动的动力传递路线图。
[0014]图5是本发明的功率直接传递模式的动力传递路线图。
[0015]图6是本发明的功率分流模式的动力传递路线图。
[0016]图7是本发明的高负荷工况下的联合驱动模式动力传递路线图。
[0017]图8是本发明的最高速行驶下的联合驱动模式的动力传递路线图。
[0018]图9是本发明的再生制动模式的动力传递路线图。
【具体实施方式】
[0019]请参阅图1所示，为本发明的实施例，该实施例是由发动机1、一号液压泵/马达30、二号液压泵/马达26、液压工作系统3、行星排、传动齿轮、第一传动轴2、第二传动轴18、锁止器19、离合器21、高压蓄能器29、低压蓄能器27和液控单向阀28组成，所述行星排包括第一行星排、第二行星排和第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮5、第一行星轮6、第一行星架8和第一齿圈7 ;所述第二行星排包括第二太阳轮12、第二行星轮10、第二行星架11和第二齿圈9 ;所述第三行星排包括第三太阳轮17、第三行星轮14、第四行星轮15、第三行星架16和第三齿圈13 ;所述传动齿轮包括第一齿轮4、第二齿轮20、第三齿轮22、第四齿轮23、第五齿轮24、第六齿轮25和第七齿轮31 ;所述发动机I通过第一传动轴2与第一行星架8连接，第七齿轮31与第一传动轴2通过花键连接，第一齿轮4与第七齿轮31啮合，将动力传递到液压工作系统；所述一号液压泵/马达30与第六齿轮25连接，第三齿轮22与第六齿轮25啮合，第一太阳轮5与第三齿轮22固连；所述二号液压泵/马达26与第五齿轮24连接，第四齿轮23与第五齿轮24啮合；所述第一齿圈7与第二齿圈9共用一个齿圈基座，齿圈基座上设有第四齿轮23 ;所述第二太阳轮12与第三太阳轮17通过第二传动轴18进行固连，第二行星架11与第三行星架16固连；锁止器19 一端与第三行星架16连接，锁止器19另一端固连于车架；所述第二齿圈9与第三齿圈13之间接有离合器21，第二齿轮20设于第三齿圈13的基座上；所述高压蓄能器29通过液控单向阀28与一号液压泵/马达30高压油口液压连接，一号液压泵/马达30低压油口与低压蓄能器27液压连接；所述高压蓄能器29与二号液压泵/马达26高压油口液压连接，二号液压泵/马达26低压油口与低压蓄能器27液压连接。
[0020]装载机正向行驶时，锁止器19分离，离合器21接合，动力经第一齿圈7、离合器21、第三齿圈13传递到第二齿轮20，最终传递到驱动车轮，第二齿轮20与第一齿圈7转速方向相同。倒向行驶时，锁止器止器19接合，离合器21分离，第二行星架11和第三行星架16固定，动力经第一齿圈7、第二齿圈9、第二行星轮10、第二太阳轮12、第二传动轴18、第三太阳轮17、第四行星轮15、第三行星轮14、第三齿圈13传递到第二齿轮20，最终传递到驱动车轮，第二齿轮20与第一齿圈7转速方向相反。由于装载机正向行驶和倒向行驶过中混合动力系统工作模式类似，因此以正向行驶为例。
[0021]本发明的工作过程和原理如下:
[0022]1.发动机启动模式
[0023]根据整机的运行状况，发动机启动模式分为静止启动和行车启动。这两种启动方式的共同特征是:高压蓄能器29释放能量，一号液压泵/马达30以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第六齿轮25、第三齿轮22、第一太阳轮5、第一行星轮6、第一行星架8、第一传动轴2传递到发动机1，发动机I启动。两种子模式的区别是:静止启动时二号液压泵/马达26不工作，第一齿圈7的转速为零，动力传递路线如图2所示；行车启动时二号液压泵/马达26以马达的形式工作，第一齿圈7的转速不为零，动力传递路线如图3所示。
[0024]2.纯液压驱动模式
[0025]纯液压驱动模式主要用于当高压蓄能器29压力较高时，装载机起步和低速行驶等低负荷工况。此模式下，高压蓄能器29释放能量，二号液压泵/马达26以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，动力经第五齿轮24、第四齿轮23传递到第一齿圈7，最终输出至驱动车轮；发动机I和第一行星架8固定，一号液压泵/马达30、第六齿轮25、第三齿轮22和第一太阳轮5空转。此模式下装载机行驶所需全部能量来自高压蓄能器29，动力传递路线如图4所示。
[0026]3.发动机单独驱动模式
[0027]发动机单独驱动模式主要用于中负荷行驶和高压蓄能器29压力较低时的低负荷行驶，根据整机运行状况，发动机单独驱动模式分为功率直接传递和功率分流两种子模式。当装载机进行中负荷行驶，整机行驶需求功率处于发动机高效区时，为功率直接传递模式；当装载机进行低负荷行驶，整机行驶功率需求低于发动机在高效区提供的最小功率，且高压蓄能器29压力较低时，为功率分流模式。
[0028]这两种子模式的共同特征是:发动机I工作，动力经第一传动轴2、第一行星架8、第一行星轮6和第一齿圈7，最终输出至驱动车轮；装载机行驶所需全部动力均来自于发动机I ;第四齿轮23、第五齿轮24、第二液压泵/马达26空转。两种子模式的区别是:功率直接传递时，一号液压泵/马达30不工作，发动机I输出的动力全部用于驱动装载机行驶，动力传递路线如图5所示；功率分流时，一号液压泵/马达30以泵的形式工作，将机械能转化为液压油的压力能，使发动机I输出的动力一部分用于驱动装载机行驶，另一部分以液压油的压力能的形式充入高压蓄能器29内，此时装载机处于液压无级变速状态，动力传递路线如图6所示。
[0029]4.联合驱动模式
[0030]联合驱动模式主要用于铲掘、举升等高负载工况和转换工作场地过程中的最高速行驶。当装载机处于铲掘、举升等工况时，高压蓄能器29释放能量，一号液压泵/马达30不工作，二号液压泵/马达26以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机I共同驱动装载机，动力传递路线如图7所示。当装载机进行最高速行驶时，高压蓄能器29释放能量，一号液压泵/马达30和二号液压泵/马达26均以马达的形式工作，将液压油的压力能转化为机械能，和发动机I共同驱动装载机，动力传递路线如图8所示；此时，一号液压泵/马达30反转。
[0031]5.再生制动模式
[0032]当高压蓄能器29压力较低且车速高于一定值时，装载机可进行再生制动，二号液压泵/马达26以泵的形式工作，并提供制动力，车辆动能转化为液压油的压力能充入高压蓄能器29，动力传递路线如图9所示。
[0033]需要指出的是，当二号液压泵/马达26不足以提供所需制动力矩时，装载机将采用再生制动、发动机反拖制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。
【权利要求】
1.一种功率分流式液压混合动力装载机动力传动系统，其特征在于:是由发动机(I)、一号液压泵/马达(30)、二号液压泵/马达(26)、液压工作系统(3)、行星排、传动齿轮、第一传动轴(2)、第二传动轴(18)、锁止器(19)、离合器(21)、高压蓄能器(29)、低压蓄能器(27)和液控单向阀(28)组成，所述行星排包括第一行星排、第二行星排和第三行星排；所述第一行星排包括第一太阳轮(5)、第一行星轮(6)、第一行星架8和第一齿圈(7);所述第二行星排包括第二太阳轮(12)、第二行星轮(10)、第二行星架(11)和第二齿圈(9);所述第三行星排包括第三太阳轮(17)、第三行星轮(14)、第四行星轮(15)、第三行星架(16)和第三齿圈(13);所述传动齿轮包括第一齿轮(4)、第二齿轮(20)、第三齿轮(22)、第四齿轮(23)、第五齿轮(24)、第六齿轮(25)和第七齿轮(31);所述发动机(I)通过第一传动轴(2)与第一行星架8连接，第七齿轮(31)与第一传动轴(2)通过花键连接，第一齿轮(4)与第七齿轮(31)啮合，将动力传递到液压工作系统；所述一号液压泵/马达(30)与第六齿轮(25)连接，第三齿轮(22)与第六齿轮(25)啮合，第一太阳轮(5)与第三齿轮(22)固连；所述二号液压泵/马达(26)与第五齿轮(24)连接，第四齿轮(23)与第五齿轮(24)啮合；所述第一齿圈(7)与第二齿圈(9)共用一个齿圈基座，齿圈基座上设有第四齿轮(23);所述第二太阳轮(12)与第三太阳轮(17)通过第二传动轴(18)进行固连，第二行星架(11)与第三行星架(16)固连；锁止器(19) 一端与第三行星架(16)连接，锁止器(19)另一端固连于车架；所述第二齿圈(9)与第三齿圈(13)之间接有离合器(21)，第二齿轮(20)设于第三齿圈(13)的基座上；所述高压蓄能器(29)通过液控单向阀(28)与一号液压泵/马达(30)高压油口液压连接，一号液压泵/马达(30)低压油口与低压蓄能器(27)液压连接；所述高压蓄能器(29)与二号液压泵/马达(26)高压油口液压连接，二号液压泵/马达(26)低压油口与低压蓄能器(27)液压连接； 装载机正向行驶时，锁止器(19)分离，离合器(21)接合，动力经第一齿圈(7)、离合器(21)、第三齿圈(13)传递到第二齿轮(20)，最终传递到驱动车轮，第二齿轮(20)与第一齿圈⑵转速方向相同；装载机倒向行驶时，锁止器止器(19)接合，离合器(21)分离，第二行星架(11)和第三行星架(16)固定，动力经第一齿圈(7)、第二齿圈(9)、第二行星轮(10)、第二太阳轮(12)、第二传动轴(18)、第三太阳轮(17)、第四行星轮(15)、第三行星轮(14)、第三齿圈(13)传递到第二齿轮(20)，最终传递到驱动车轮，第二齿轮(20)与第一齿圈(7)转速方向相反。
【文档编号】B60K6/12GK104442371SQ201410727748
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】柳少康, 张庆洋, 韩云武, 李风, 王继新 申请人:吉林大学