专利名称：用于保护动力系的系统的制作方法
技术领域：
本 发明涉及一种用于保护动力系的系统，并且更特别是本发明涉及一种用于保护 动力系的具有轴间差速器的系统。
背景技术：
许多机器包括用于致动例如轮胎的牵引装置的动力系。动力系通常包括将机器的 动力源连接到多根轮轴的驱动轴。动力源通常产生转动驱动轴的转矩，驱动轴继而将转矩 提供给轮轴和牵引装置。牵引力在牵引装置和地面之间形成，使得机器自身得以推进。可 用牵引力的大小随着机器重量增加而增加。在通过动力源传递到牵引装置的转矩超过可以 形成的可用牵引力时，牵引装置会相对于地面打滑。例如，在例如拖拉机的机器在运土建造过程中用来推动刮板时，刮板的额外重量 会大大增加机器产生的牵引力。机器的动力源和传动装置将过大的转矩传递到轮轴，但是 转矩没有足够高，以造成牵引装置打滑。过大转矩会在牵引装置打滑之前损害机器。在机器中防止过大转矩的一种尝试在授权给Snoy等人的美国专利 No. 3894446 (‘ 446专利)中得到描述。，446专利公开了一种用于车辆的动力传动装置，该 动力传动装置具有用于前车轴和后车轴的轴间差速器。’446专利公开了差速器装备有可打 滑的摩擦离合器，该离合器提供预定量的转矩差，以适应打滑状况。’446专利还公开了摩擦 离合器的转矩偏差通过驱动系的载荷能力来确定。摩擦离合器用来在得到预定转矩值时通 过打滑来保护驱动系不受过大载荷的影响。’446专利公开了摩擦离合器可在高速打滑值可 能造成离合器失效之前完全松开。虽然’446专利的系统可提供一种用于保护动力系而不由于过大转矩损坏的方法， 但是由于高速打滑值，该系统的离合器容易失效。另外，该系统不能减小车辆的牵引，这会 增加动力系损坏的可能性。本发明针对克服上面描述的一个或多个问题。
发明内容
根据一个方面，本发明针对一种用于机器的动力系。该动力系包括动力源和可操 作地连接到动力源的传动装置。动力系还包括可操作地连接到传动装置的差速器。动力系 还包括可操作地连接到差速器的第一轴和第二轴。第一轴和第二轴分别致动多个牵引装 置。动力系还包括与差速器相关联并能够根据动力源产生的转矩通过释放差速器来选择性 地减小机器可用的总牵引的离合器。根据另一方面，本发明涉及一种减小动力系的转矩的方法。该方法包括测量动力 源产生的转矩。该方法还包括在测量转矩小于确定转矩时经由差速器选择性地一起锁定第 一轴和第二轴。该方法还包括在测量转矩超过确定转矩时选择性地解锁第一轴和第二轴， 使得差速器作为开放式差速器操作。
图1是示例性公开的机器的示意图；图2是图1的机器的示例性公开的动力系的示意图；以及图3是图2的动力系的示例性公开的差速器的截面图。
具体实施例方式图1表示示例性机器10。机器10可以是执行与例如采矿、建造、耕作、运输的产业 或任何本领域已知的其它产业相关联的一些类型的操作的固定或机动车辆。例如，机器10 可以是运土机，例如非公路卡车、轮式装载机、机动平路机或任何其它运动机器。替代地，机 器10可以是乘客车辆或任何其它合适的操作执行机器。考虑到机器10可被构造成承载另 外的重型设备，例如运土工作中所使用的刮板。机器10可以包括示例性动力系11。图2所示的动力系11可包括动力源12、转矩转换器14和包括输出传动齿轮18的 传动装置16，输出传动齿轮18可操作地连接到差速器20。动力系11还可包括将差速器20 可操作地连接到前部输出装置26的前轴22和将差速器20可操作地连接到后部输出装置 28的后轴24。前部输出装置26和后部输出装置28可经由轮轴50和轮轴54连接到相应 的牵引装置48。动力系11还可包括控制器30，控制器30电子连接到传感器32，且与动力 源12相关联，并连接到差速器20。动力源12可被构造成产生动力输出，并可包括内燃发动机。例如，动力源12可包 括柴油发动机、汽油发动机、气体燃料驱动发动机或本领域普通技术人员知晓的任何其它 发动机。考虑到动力源12可替代地包括非燃烧源，例如电池、燃料电池、马达或任何其它已 知的非燃烧功率源。考虑到动力源12可致动传动装置16、前轴22和后轴24。转矩转换器14可以是被构造成将传动装置16连接到动力源12的液压装置。转 矩转换器14可使得动力源12基本上独立于传动装置16转动。考虑到转矩转换器14可替 代地体现为非液压装置，例如机械隔膜离合器。传动装置16可包括相互作用以便从动力源12传递动力从而致动机器10的多种 部件，包括输出传动齿轮18。特别是，传动装置16可以是多速双向机械传动装置，具有空档 传动比、多个前进档传动比、倒档传动比和一个或多个离合器。离合器可被选择性地致动， 以接合预定组合的齿轮(即输出传动齿轮18)，从而形成所需的输出传动比。考虑到传动装 置16可以是四轮驱动传动装置。还可考虑到传动装置16可以是根据动力源速度、最大选 择传动比和换档图来换档的自动型传动装置，或者是根据操作者启动在每个档位之间换档 的手动传动装置。传动装置16的输出可被构造成经由输出传动齿轮18和差速器20可转 动地驱动前轴22和后轴24。差速器20可以是轴间开放式差速器，并且可操作，以将转矩从输出传动齿轮18均 等地分配到前轴22和后轴24。具体地，差速器20可作为开放式差速器操作，以确保大致相 同量的转矩传递到轮轴50和轮轴54。虽然差速器传统上用来增加可用牵引，取代的是差动 器20可操作来减小可用牵引，并由此保护动力系11不损坏，如下面描述那样。前轴22可 经由前部输出装置26致动轮轴50和至少一个牵引装置48，并且后轴24可经由后部输出装 置28致动轮轴54和至少一个牵引装置48。考虑到动力系11可包括另外的轮轴，例如中心 轮轴。
如图3所示，差动器20可连接到输出传动齿轮18，并且可包括壳体37，壳体37可 以与齿轮18形成整体或者通过例如焊接的本领域已知的适当方法固定地附接到齿轮18。 壳体37可包括用于接收和座置前轴22的第一端和后轴24的第一端的孔口。机器10的轭 (未示出)可接收前部输出装置26处的前轴22的第二端和后部输出装置28处的后轴24 的第二端，由此在机器10上将前轴22和后轴24固定就位。前轴22的第一端可包括侧齿 轮38，并且后轴24的第一端可包括侧齿轮40。侧齿轮38和侧齿轮40可以相对的构型定 位在壳体37内，如图3所示。壳体37还可固定小齿轮42，小齿轮42被构造成与侧齿轮38 和侧齿轮40啮合。考虑到在前轴22和后轴24以不同速度转动时，小齿轮42可在壳体37 内自由旋转。差速器20可包括锁定离合器44，锁定离合器44可被构造成将壳体37锁定到前 轴22上。锁定离合器44可被构造成从锁定位置运动，将壳体37锁定到前轴22并造成前 轴22、壳体37和输出传动齿轮18 —起作为单个单元转动到解锁位置，使得前轴22自由转 动离开壳体37。在差速器20位于锁定位置时，小齿轮42可保持固定，并且将前轴22连接 到后轴24，使得前轴22和后轴24传递相同的转矩。因此，在锁定离合器44位于锁定位置 时，差速器20不作为开放式差速器操作，并且前轴22和后轴24 —起转动，似乎它们是单根 驱动轴。在锁定离合器44位于解锁位置时，差速器20可有效地作为开放式差速器动作，将 相同量的转矩传递到前轴22和后轴24，其中小齿轮42自由旋转。离合器44可包括致动器46和一个或多个摩擦板45，其中致动器46和摩擦板45 可附接到前轴22。在锁定离合器44位于解锁位置时，在摩擦板45和壳体37之间具有间 隙。致动器46可以是液压致动器，并可操作以便在离合器44位于锁定位置时移动摩擦板 45靠到壳体37。摩擦力可在摩擦板45和壳体37之间形成，造成它们一起转动。考虑到差 速器20可被构造成锁定后轴24，而不是锁定前轴22，并在动力系11上具有大致类似的作 用。考虑到锁定离合器44可被锁定，以防止差速器20作为开放式差速器动作(即似乎具 有单根驱动轴)，或者可以解锁，使得差速器20作为开放式差速器动作，并使得前轴22和后 轴24接收相同量的转矩。机器10可包括控制器30，控制器30被构造成控制差速器20的操作。控制器30 可体现为被构造成实现机器功能控制的单个微型处理器或者多个微型处理器。多种其它已 知的电路可与控制器30相关联，包括电源电路、信号调节电路、螺线圈驱动器电路、通信电 路和其它适当电路。控制器30可以经由通信线路34与传感器32电连通，以便接收指示发 动机速度和/或动力源12的功率或传动装置16的操作档位的数据，这些数据可用来估计 动力源12产生的转矩。控制器30可与转矩估计图31相关联，以便确定在何种情况下动力 源12可产生可能损害动力系11的转矩。转矩估计图31可包括数字数据库和/或包括计算机算法或本领域已知的任何其 它适当配置以便为控制器30提供输入的计算机处理器。在示例性实施方式中，转矩估计图 31可与控制器30相关联，其中控制器30可包括指示转矩的阈值(即安全转矩)的参数， 动力系11在转矩阈值之上会被损坏。安全转矩可以是根据影响动力系11扭转的结构能力 的现有情况确定的数值。考虑到转矩估计图可作为传感器32提供给控制器30的数据(例 如动力源12的速度和/或功率以及传动装置16所操作的每个档位)的函数估计动力源12 正在产生的转矩，并将此数据提供给控制器30。控制器30可运行算法，以便将转矩估计图31提供的估计转矩与安全转矩比较，以便确定动力源12是否能够产生损坏动力系11的足 够转矩。根据转矩计算，控制器30可通过经由通信线路36致动致动器46锁定或解锁差速 器20的离合器44。考虑到控制器30还可与操作者界面(未示出)通信，使得操作者可手 动锁定或解锁差速器20。动力系11内产生的转矩可被限制在机器10可用的牵引。动力源12可产生经由 动力系11去往牵引装置48的增加的转矩，只要具有相反牵引以提供转矩的反作用。在牵 引装置48打滑时，相反牵引力显著减小，实现动力系11内产生的转矩的相应减小。如下所 述，可用牵引可受到机器10的加载和差速器20的操作而限制在安全转矩。因此，差速器20 可用来减小经由动力系11传递的转矩，而不是现有技术那样增加转矩。可用牵引(即在轮胎和地面之间形成的最大力)可以根据机器10的重量来估计。 例如，随着机器10的重量增加，动力系11产生的可用牵引量同样增加。牵引装置48(例如 轮胎)可在传递到牵引装置48的转矩超过可用牵引力时打滑。在离合器44位于锁定位置 (即机器10的整个重量对可用牵引有贡献)时，机器10的前轴和后轴之间的重量分布不会 影响可用牵引。但是在离合器44解锁并且差速器20作为开放式差速器动作时，机器10的加载 (即前轴和后轴之间的重量分布)会影响机器10可用的总牵引。在差速器20解锁时，可用 牵引会被限制在通过牵引系数减小的最轻轴的重量，如现有技术已知的那样。因此，在差速 器20解锁并作为开放式差速器动作时，机器10可用的牵引量可能会小于差速器20锁定的 情况。机器10可用的牵引会随着最轻轴的重量减小而减小。考虑到机器10可被加载以产 生最轻轴重量，这可将可用牵引限制在大致相同的安全转矩。考虑到在控制器30确定动力 源12会产生超过安全转矩的转矩时，控制器30可解锁差速器20，并通过限制可用牵引来限 制可以形成的转矩。工业实用性与增加牵引的传统使用不同，被公开的系统可通过选择性地采用轴间开放式差速 器来减小牵引而有助于保护动力系。该系统可使得牵引装置打滑，由此防止可能具有损坏 作用的转矩被引入动力系。动力系11可在锁定离合器44位于第一锁定位置时操作。离合器44可将差速器 20的壳体37锁定到前轴22，造成前轴22和后轴24 —起作为单根驱动轴转动。在该第一 位置，机器10的整个重量可有助于可用牵引，其中牵引不会受到差速器20限制。控制器30 可监控来自转矩估计图31和传感器32的输入，将估计的转矩数值与安全转矩比较。在传 感器32检测到可能会超过安全转矩的动力源12产生的估计转矩量时，控制器30可影响致 动器46，以便将离合器44运动到解锁位置，造成前轴22从壳体37松开。前轴22和后轴 24可接着彼此自由转动分开，使得差速器20作为开放式差速器动作。在差速器20作为开放式差速器动作时，机器10可用的总牵引可以通过机器10的 最轻轴的加载重量限制。由于机器10的最轻轴可以被加载，以便将可用牵引限制在与安全 转矩相对应的力，牵引装置48可在传递到牵引装置48的转矩超过安全转矩时打滑。随着 牵引装置48打滑，与牵引装置48反作用的可用牵引反作用可显著降低，实现动力系11内 转矩力的相应降低。由于动力系11内的转矩被限制在安全转矩，动力系11不会被损坏。在示例性实施方式中，只为了说明目的并没有限制含义，机器10可被加载，使得前轴支承32520磅，并且后轴支承49480磅。在离合器44位于锁定位置时的可用牵引可以 是通过牵引系数0. 8减小的总重量，造成65600磅的轮缘拉力。因此，在离合器44将前轴 22锁定到壳体37时，机器10可在任何牵引装置48打滑之前施加65600磅的轮缘拉力，以 便推进自身。但是动力源12产生的形成65600磅轮缘拉力的转矩会损坏动力系11。动力 源12在损坏动力系11之前产生的安全转矩与大致52000磅的轮缘拉力相对应。机器10的 最轻轴可以被加载，以便在离合器44位于解锁位置时将可用牵引限制在大约52000磅的轮 缘拉力。如果控制器30检测到动力源12产生与大于52000磅的轮缘拉力相对应的转矩， 离合器44会松开前轴22，并使得差速器20作为开放式差速器操作。牵引装置48可在牵引 装置48传递的力超过52000磅轮缘拉力的可用牵引时打滑，由此将动力系11内的转矩限 制在安全转矩。机器10可包括能够限制可用牵引以保护动力系11的差速器20。在可能具有损 坏作用的转矩可在动力系11内形成时，锁定离合器44被松开，使得差速器20作为开放式 差速器动作。差速器20可使得牵引装置48打滑，防止过大转矩力在动力系11内形成。因 此，可通过使用轴间差速器20来保护动力系11，以便减小机器10可用的总牵引，这与使用 差速器来增加可用牵引的传统作用不同。本领域的普通技术人员将理解到可以对所公开的动力系统进行多种改型和变型。 本领域的普通技术人员将从说明书的考量和所公开的方法和设备的实施中明白其它的实 施方式。所打算的是所述说明书和例子只是示例性的，而真实范围通过权利要求来指明。
权利要求
一种用于机器(10)的动力系(11)，包括动力源(12)；传动装置(16)，所述传动装置(16)可操作地连接到所述动力源；差速器(20)，所述差速器(20)可操作地连接到所述传动装置；第一轴(22)和第二轴(24)，所述第一轴(22)和第二轴(24)可操作地连接到所述差速器，所述第一轴和第二轴分别致动多个牵引装置(48)；以及离合器(44)，所述离合器(44)与所述差速器相关联，并能够根据所述动力源产生的转矩通过释放所述差速器来选择性地减小所述机器可用的总牵引。
2.根据权利要求1所述的动力系，还包括传感器(32)，所述传感器(32)与所述动力源 相关联，并能够产生指示所述动力源产生的转矩的信号。
3.根据权利要求2所述的动力系，还包括控制器(30)，所述控制器能够根据所述信号 选择性地锁定和解锁所述差速器。
4.根据权利要求3所述的动力系，其中，在所述信号指示能够显著损害所述动力系的 转矩时，所述控制器选择性地解锁所述差速器。
5.根据权利要求4所述的动力系，其中，在所述信号指示能够显著损害所述动力系的 转矩时，所述差速器被构造成开放式差速器。
6.一种减小动力系(11)的转矩的方法，包括 测量由动力源(12)产生的转矩；在测量转矩小于确定转矩时，经由差速器(20)选择性地将第一轴(22)和第二轴(24) 锁定在一起；以及在所述测量转矩超过所述确定转矩时，选择性地解锁所述第一轴和所述第二轴，使得 所述差速器作为开放式差速器操作。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括产生指示由所述动力源产生的所述测量转矩的信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述信号指示能够显著损害所述动力系的转 矩时，所述差速器被选择性地解锁。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述信号指示不能显著损害所述动力系的转 矩时，所述差速器被选择性地锁定。
10.一种机器(10)，包括: 动力源(12)；传动装置(16)，所述传动装置(16)经由转矩转换器(14)可操作地连接到所述动力源；输出传动齿轮(18)，所述输出传动齿轮(18)可操作地连接到所述传动装置； 差速器(20)，所述差速器(20)可操作地连接到所述输出传动齿轮； 第一轴(22)和第二轴(24)，所述第一轴(22)和所述第二轴(24)可操作地连接到所述 差速器，所述第一轴致动第一输出装置(26)，并且所述第二轴致动第二输出装置(28)；第一轮轴(50)和第一组牵引装置(48)，所述第一轮轴(50)和第一组牵引装置(48)通 过所述第一输出装置致动；第二轮轴(54)和第二组牵引装置(48)，所述第二轮轴(54)和第二组牵引装置(48)通过所述第二输出装置致动；以及离合器(44)，所述离合器(44)与所述差速器相关联，并能够根据所述动力源产生的转 矩，通过释放所述差速器，使得至少一个牵引装置打滑，来选择性地减小所述机器可用的总牵引。
全文摘要
公开一种用于机器(10)的动力系(11)。该动力系具有动力源(12)和可操作地连接到动力源的传动装置(16)。动力系还具有可操作地连接到传动装置的差速器(20)。动力系还具有可操作地连接到差速器的第一轴(22)和第二轴(24)。第一轴和第二轴分别致动多个牵引装置(48)。动力系还具有离合器(44)，离合器与差速器相关联，并能够根据动力源产生的转矩通过释放差速器来选择性地减小机器可用的总牵引。
文档编号F16H48/06GK101960174SQ200980106775
公开日2011年1月26日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年2月29日
发明者T·A·布鲁斯 申请人:卡特彼勒公司