专利名称：用于换挡控制的蓄能器装置及具有该蓄能器装置的机器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于换挡控制的蓄能器装置，本实用新型进一步涉及一种具有该蓄能器装置的机器。
背景技术：
机器，例如轮式装载机、公路汽车和越野汽车、自动平地机以及其它重型建筑机器和采矿机器用于执行许多作业。为了有效地执行这些作业，这些机器需要能通过变速器向一个或多个地面接合装置提供动力的动力源。变速器必须设有一系列齿轮，以允许机器以不同的速度作业，同时保持发动机在期望的运转范围内运转。为此，机器通常包括通过变矩器与发动机相连的多级变速器。为了产生机械所需的宽范围的变速比，多级变速器包括多个相互啮合的齿轮和相 应的通常公知为换挡拨叉或换挡杆的换挡机构。各齿轮具有不同的齿数，并且变速器的输出齿轮速比或速度取决于所接合的齿轮组。换挡机构用来选择性地使预定的齿轮组接合，这会产生期望的输出齿轮速比。例如，换挡机构通常可在三个位置之间运动，即从选择第一齿轮组以形成第一输出齿轮速比(例如高速)的第一位置，到没有任何齿轮接合的第二位置(例如空挡)，再到选择第二齿轮组以形成第二输出齿轮速比(例如低速)的第三位置。上述类型的换挡机构通常由液压式的传动控制系统来控制。在这种控制系统中，由于机器的工作环境及其传动控制系统的设计，往往容易在换挡过程中出现冲击的现象。为实现无间断的换挡并且在换挡期间提供快速、舒适的换挡过程，往往需要构造复杂且昂贵的机构。这种复杂且昂贵的机构不仅增加了机器的制造成本，而且使机器的传动控制可靠性降低、容错能力差、部件使用寿命降低、维护周期变短。本实用新型旨在克服上述问题中的一个或多个。
实用新型内容根据本实用新型的一方面，一种用于换挡控制的蓄能器装置包括用于存储液压介质的传动介质箱；通过第一介质线路与所述传动介质箱相连接的传输泵；通过第二介质线路与所述传输泵的输出端依次连接的方向速度控制阀和离合器；通过第三介质线路与所述传输泵的输出端连接的蓄能器，其特征在于所述蓄能器包括限定一内腔的外壳、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件，所述活塞在背离所述弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。根据本实用新型的另一方面，一种机器包括用于存储液压介质的传动介质箱；通过第一介质线路与所述传动介质箱相连接的传输泵；[0015]通过第二介质线路与所述传输泵的输出端依次连接的方向速度控制阀和离合器；通过第三介质线路与所述传输泵的输出端连接的蓄能器，其中，所述蓄能器包括限定一内腔的外壳、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件，所述活塞在背离所述弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。有利地，第三介质线路的起始端与第二介质线路在靠近所述方向速度控制阀的输入端的位置P相连接，在第二介质线路中在所述位置P的上游设置有第二节流孔。有利地，该蓄能器装置包括通过第四介质线路与所述传输泵的输出端连接的压力调节阀，第四介质线路的起始端位于所述第二节流孔的上游。
根据本实用新型的蓄能器装置的优点在于，通过蓄能器能在换挡过程中实现换挡初期的快充和换挡后期的缓冲，从而在快速换挡的情况下避免换挡冲击，改善换挡操作的舒适性。该蓄能器装置不仅能实现快速、舒适的换挡过程，而且结构简单、适用性强、容错能力高并且易于维护。
图I是所公开的机械的示例性示意图；图2是根据本实用新型的蓄能器装置的一实施例的液压线路图；和图3是根据本实用新型的蓄能器的一实施例的剖视图。
具体实施方式
图I示出示例性机械I。机械I可以是执行与诸如采矿、建筑、耕作、运输之类的行业或其它现有技术中公知的行业有关的某些作业的移动式机械。例如，机械I可以是土方机械，例如轮式装载机、越野货车、自动平地机，或任何其它土方机械。机械I也可以是船舶、客运车辆或任何其它合适的作业执行机械。机械I可包括动力源2、变矩器4和操作性地连接至牵引装置8的变速器6。机械I还可包括操作站3和一个或多个用于手动控制机械I的操作者界面装置5。动力源2可产生动力输出，并且可具体为内燃机，例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料发动机，或本领域技术人员公知的任何其它类型的发动机。动力源2也可以实施为非内燃型的动力源，例如炉子、电池、燃料电池、电机或任何其它合适的动力源。变矩器4可以是构造成将动力源2连接至变速器6的液力装置。变矩器4可以允许动力源2在某种程度上独立于变速器6旋转。牵引装置8 (参见图I)可以包括位于机械I两侧的车轮(仅示出了一个)。或者，牵引装置8可包括履带、皮带或其它从动牵引装置。牵引装置8可由变速器6驱动，以根据动力源2的旋转输出而旋转。操作站3可接收来自机械操作员的输入。具体地说，位于操作站3内的操作者界面装置5可以实施为齿轮选择器，以用于对操作员指示期望的变速器齿轮速比和/或行进方向。例如，操作者界面装置5可以具有空挡位置、多个前进挡位置和一倒挡位置。当操作员使界面装置5在可用位置之间移动时，可以产生期望的齿轮速比信号并且将该齿轮速比信号提供给传动控制系统。图2示出用于换挡控制的蓄能器装置10的实施例。该示出的蓄能器装置10例如包括三个离合器，即前进一挡FI离合器、前进二挡FII离合器和倒车挡RI离合器。由蓄能器装置10控制这三个离合器的接合与分离，从而实现机器的三个运行挡位。蓄能器装置10还包括用于存储传动介质的传动介质箱11 ;通过第一介质线路21的一部分与传动介质箱11连接的传输泵12 ;通过第二介质线路与传输泵12的输出端连接的方向速度控制阀16，该方向速度控制阀16的三个输出口分别经第二介质线路23的支路231、232和233与相应的离合器活塞17相连接，从而使液压介质能分别作用于相应的离合器摩擦片15 ;通过第三介质线路与传输泵12的输出端连接的蓄能器18 ;以及通过第四介质线路与传输泵的输出端依次连接的压力调节阀13、变矩器4和变速箱离合器摩擦片15。第一介质线路的末端与第二介质线路的起始端和第四介质线路的起始端在汇合点O汇合，第三介质线路的起始端与第二介质线路在靠近方向速度控制阀16输入端的位置P相连接。在该蓄能器装置10中，方向速度控制阀16被操纵装置29控制。该操纵装置29例如实施成一般的操纵杆并由机器操作人员来操纵。在这种情况下，操纵装置可通过一控制线路连接到方向速度控制阀16。离合器摩擦片15各自设有一单向阀30用于在离合器分离时卸载。在一种实施方式中，在方向速度控制阀16处另外设置用于在切换挡位时对前一挡位的离合器摩擦片15卸油的卸载装置31，例如油底壳，以利于对离合器摩擦片15的快速卸载、进而实现离合器的快速分离。具体而言，在操作该蓄能器装置使一挡位分离时，方向控制阀16使该挡位的离合器活塞17与该卸载装置31连通。因此，在进行换挡操作时，可通过单向阀30和卸载装置31同时对离合器摩擦片15进行卸载。如图2所示，该压力调节阀13的下游端一方面通过第四介质线路22连接到变矩器4和变速箱离合器的摩擦片15，另一方面通过另一卸压阀28连接到介质箱。通过设置压力调节阀13可有效地避免在第一介质线路中的介质压力过大，从而能保护传输泵12等部件。本领域技术人员容易想到，该传输泵12可以由动力源2例如发动机驱动。该由传输泵12从传动介质箱11泵送的液压介质的一部分经第四介质线路22被供给到变速箱离合器摩擦片15，从而持续地对离合器摩擦片15进行润滑。这一部分液压介质在润滑摩擦片15后又经第四介质线路22的一部分返回介质箱11。通过第四介质线路22实现的对离合器摩擦片15的润滑降低了离合器摩擦片15的摩损并能控制其工作温度，从而提高了离合器摩擦片15的使用寿命。在一实施例中，在该第三介质线路24中设有第一节流孔25以用于调节/控制流入或流出蓄能器18的介质的流量。有利地，所述第一节流孔25设置在所述蓄能器18的与所述第三介质线路流体连通的入口处。这种实施方式进一步简化了系统结构。在第二介质线路23中在汇合点O和所述位置P之间设置有第二节流孔26。在蓄能器装置10的一有利实施例中，通过调节第一节流孔25和第二节流孔26之间的比例，能够控制第一节流孔25和第二节流孔26的流量，从而能在换挡过程中使换挡初期流量快速增加，而在换挡后期使油压平缓增加至换挡成功，避免换挡冲击，改善换挡操作的舒适性。[0037]在图3中示出蓄能器18的一示例性实施例。在该实施例中，该蓄能器包括限定一内腔的外壳181、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞182以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件，所述活塞在背离弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。在该示例蓄能器中，通过弹性部件183和来自第三介质线路的传动介质分别在活塞的相对侧上施加作用力，从而使得活塞相应地在外壳181的内腔中滑动。本领域技术人员容易想到，该弹性部件183可以由任何具有回弹性的材料制成或者构造成整体具有弹性的几何形状。有利地，所述弹性部件为弹簧。优选地，所述弹簧为螺
旋弹黃。优选地，在活塞182的外周面上设置有储油槽1821，从而使得可以利用传动介质例如油对外壳181与活塞182之间的接触面进行润滑,从而实现较长的使用寿命和良好的运行性能。另一方面，由于外壳181的内壁与活塞182外周面之间的极小间隙的存在，传动介质不可避免地流入到弹性部件183所在的腔室，从而造成传动介质的积聚。为了将所积 聚的传动介质排空，在外壳181的合适位置设有一排泄孔184。通过本实用新型的蓄能器装置，结合调节第一节流孔25和第二节流孔26之间的比例，调节蓄能器的参数，能够优化控制第一节流孔和第二节流孔的流量，充分地根据需要控制换挡过程。因而，根据本实用新型的蓄能器装置的适应性非常强。下面以从第一前进挡FI变换到倒车挡RI为例，说明该蓄能器装置10的工作方式。当机器以第一前进挡FI运行时，第一前进挡FI的离合器摩擦片15处于接合状态，系统处于一稳定的状态。在第一前进挡FI的离合器摩擦片15所在的第二介质线路23中都存在高压Pl，例如1.4MPa。在第三介质线路24和蓄能器18中同样存在高压Pl。而当希望从第一前进挡FI变换到倒车挡RI时,操作人员操作操纵装置29。操纵装置29使方向速度控制阀16从使支路232连通的状态变换到使支路233连通的状态。在变换的过程中通过单向阀30和卸载装置31对FI的离合器摩擦片15进行卸压。该卸压使得从第一前进挡FI的离合器摩擦片15到第二节流孔26的第二介质线路23中的压力急剧下降。而由于第二节流孔26和第一节流孔25的作用并且由于这段时间相当短，该压力下降对第二介质线路23位于第二节流孔26上游的部分以及对蓄能器18的影响很小。当方向速度控制阀16完成切换时，倒车挡RI的离合器摩擦片15处于分离状态，此时第二介质线路23的支路233中存在低压P2。该低压例如为O. 2^0. 4MPa。此时，由于第二节流孔26的作用，在第二节流孔26上游的第二介质线路23中的压力高于该低压P2。这时，由于传输泵12的泵送作用对第二介质线路23进行加压。由于蓄能器18中同样存在高压Pl，蓄能器18经第一节流孔25附加地对第二介质线路23进行加压。由此形成快速充油阶段。这样，便在换挡初期实现了倒车挡RI的离合器快速接合。随着传输泵12的持续泵送，高压流体充满倒车挡RI的离合器活塞腔体以及蓄能器18的弹性势能的释放，第二介质线路23位于第二节流孔26下游的部分的压力会超过蓄能器18中的压力。此时第二介质线路23中的压力例如为0.5、· 6MPa。在这种情况下，蓄能器18的弹性部件受压收缩，来自第二介质线路23的流体经第三介质线路24中的第一节流孔25对蓄能器18加载，直至最终使换挡完成。在这一阶段中，蓄能器18通过弹性部件183的变形来吸收并储存能量，而第二介质线路23中的压力增加放缓，由此实现缓冲调制阶段。这样，便在换挡后期实现了离合器接合压力的缓慢上升，从而实现平顺的离合器接合，进而实现舒适的操作体验。换挡完成后，系统稳定运行，此时，第二介质线路23、第三介质线路24中的介质压力为约I. 4MPa的高压Pl。当意欲从该倒车挡RI挡位换成其他挡位时，则第二、第三介质线路中的压力则会重复上述变化周期。在其它换挡过程中，蓄能器装置10的工作过程与上述过程类似，在此不再详细说明。工业实用性本实用新型的蓄能器装置10可应用于各种机器，例如履带式推土机，也可以用于其他机器，例如挖掘机、反铲挖土机、平地机等。当需要切换挡位时，操作人员通过操作操纵装置29，切断方向速度控制阀的例如与FI相对应的第二介质线路的支路232，此时，第二介质线路的与第三介质线路相连通的部分仍处于高压状态，并且蓄能器18中的弹性部件183处于被压缩的状态，液压油充满蓄能器18中的位于活塞182与蓄能器入口之间的空间。一旦方向速度控制阀16切换成例如使第二介质线路支路233连通，除了传输泵12的泵送作用对第二介质线路23进行加压外，第三介质线路和蓄能器中的高压流体会快速充给第二介质线路支路233，由此实现快速升压的充油阶段。由于传输泵12的持续泵送以及蓄能器18的持续释放弹性势能，会出现第二介质线路23位于第二节流孔26下游的部分的压力会超过蓄能器18中的压力。此外，来自第二介质线路的高压流体经过第三介质线路对蓄能器18中的活塞182施加压力，迫使活塞182向蓄能器18外壳的封闭端移动，从而向夹置在活塞182与所述封闭端之间的弹性部件施压，弹性部件进而将该液压能转换成弹性势能加以储存。此时，由于蓄能器18的蓄能过程的存在，第二介质线路23中的压力增加放缓，从而实现缓冲调制阶段。由此，使得在换挡后期离合器接合压力缓慢上升，离合器平顺接合，进而得到舒适性提高的换挡操作。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对本领域的技术人员而言，可以在不偏离本实用新型的范围的情况下对本实用新型的装置做出多种改良和变型。本领域的技术人员通过考虑本说明书中公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被视为示例性的，本实用新型的真实范围由所附权利要求以及等同方案限定。
权利要求1.一种用于换挡控制的蓄能器装置，包括 用于存储液压介质的传动介质箱(11); 通过第一介质线路(21)与所述传动介质箱(11)相连接的传输泵(12)； 通过第二介质线路(23)与所述传输泵(12)的输出端连接的方向速度控制阀(16)和离合器； 通过第三介质线路(24)与所述传输泵(12)的输出端连接的蓄能器(18)，其特征在于 所述蓄能器(18)包括限定一内腔的外壳(181)、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞(182)以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件(183)，所述活塞(182)在背离所述弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。
2.根据权利要求I所述的用于换挡控制的蓄能器装置，其特征在于，所述弹性部件为弹黃。
3.根据权利要求I所述的用于换挡控制的蓄能器装置，其特征在于，在所述蓄能器(18)的入口处设置有与该第三介质线路(24)流体连通的第一节流孔(25)。
4.根据权利要求1-3之一所述的用于换挡控制的蓄能器装置，其特征在于，第三介质线路的起始端与第二介质线路在靠近所述方向速度控制阀的输入端的位置P相连接，在第二介质线路中在所述位置P的上游设置有第二节流孔(26)。
5.根据权利要求4所述的用于换挡控制的蓄能器装置，其特征在于，该蓄能器装置包括通过第四介质线路(22)与所述传输泵(12)的输出端连接的压力调节阀(13)，第四介质线路的起始端位于所述第二节流孔的上游。
6.—种机器,具有 用于存储液压介质的传动介质箱(11); 通过第一介质线路(21)与所述传动介质箱(11)相连接的传输泵(12)； 通过第二介质线路(23)与所述传输泵(12)的输出端连接的方向速度控制阀(16)和离合器； 通过第三介质线路(24)与所述传输泵(12)的输出端连接的蓄能器(18)， 其中，所述蓄能器(18)包括限定一内腔的外壳(181)、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞(182)以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件(183)，所述活塞(182)在背离所述弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。
7.根据权利要求6所述的机器，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。
8.根据权利要求6所述的机器，其特征在于，在所述蓄能器(18)的入口处设置有与该第三介质线路(24)流体连通的第一节流孔(25)。
9.根据权利要求6-8之一所述的机器，其特征在于，第三介质线路的起始端与第二介质线路在靠近所述方向速度控制阀的输入端的位置P相连接，在第二介质线路中在所述位置P的上游设置有第二节流孔(26)。
10.根据权利要求9所述的机器，其特征在于，该机器包括通过第四介质线路(22)与所述传输泵(12)的输出端连接的压力调节阀(13)，第四介质线路的起始端位于所述第二节流孔的上游 。
专利摘要本实用新型涉及一种用于换挡控制的蓄能器装置，包括用于存储液压介质的传动介质箱；通过第一介质线路与所述传动介质箱相连接的传输泵；通过第二介质线路与所述传输泵连接的方向速度控制阀和离合器；通过第三介质线路与所述传输泵连接的蓄能器，其中，所述蓄能器包括限定一内腔的外壳、布置在所述内腔中能够沿外壳纵向移动的活塞以及夹置在所述外壳的封闭端部与所述活塞之间的能够沿外壳纵向弹性变形的弹性部件，所述活塞在背离所述弹性部件的一侧与第三介质线路流体连通。本实用新型还涉及一种包括上述蓄能装置的机器。
文档编号F15B1/02GK202545722SQ20112053743
公开日2012年11月21日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者南新双, 张迎军, 谢发祥, 邸桂玲, 郭金海, 魏延军 申请人:卡特彼勒公司