专利名称：一种工程机械的变速系统及变速方法
技术领域：
本发明涉及工程机械，特别是涉及一种工程机械的变速系统及变速方法。
背景技术：
工程机械，例如装载机、挖掘机等等，广泛用于建筑、道路、矿山、港口等工程领域， 其工作条件一般比较恶劣。其中，装载机的主要作用是进行装载作业，装载作业是将沙土、 岩石、矿石等物，倒入卡车、货车、集装箱的作业，当然，装载机也可以实现挖掘作业、卸载作业、整地作业、填平作业等等很多其它功用。图1为现有工程机械中的装载机的结构图，如图所示，装载机主要通过发动机101 产生动力，动力通过传动系统传动给工作装置部分和行走装置部分，从而推动装载机工作和行走，其中工作装置部分的主要工作部件为铲斗102。传动系统中需要有变速系统，现有工程机械中的变速系统主要有两种形式机械式和电控式。图2为现有机械式变速系统的结构图，如图2所示，其包括顺序连接的操纵手柄201、控制软轴202和变速控制阀203。该机械式变速系统的基本原理较简单，司机通过操纵手柄201，使控制软轴202推拉变速控制阀203的控制阀杆，从而实现不同档位的更换，该机械式控制的主要缺点是需要足够的力来拉动操纵手柄，劳动强度大，因此操作舒适性较低，高端机型很少采用。图3为现有电控式变速系统的结构图，如图3所示，其包括档位选择器301、控制器302、电液阀303。电控式变速系统基本工作原理是控制器302将档位选择器301和电控盒以及主线束传递的信号进行处理后，控制电液阀303的三个电磁铁，从而控制油路通断， 实现前二后一的换挡功能。该控制方式的典型缺点是，电液阀和控制器的可靠性较低，且价
格昂贵。因此，现有工程机械的变速系统，存在着上述的众多缺陷，需要进一步的改进完
業
口 ο
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种工程机械的变速系统及变速方法，能够实现电控手柄与手动式变速控制阀的结合，增加舒适度，降低成本。为了实现上述目的，本发明提供了一种工程机械的变速系统，包括电控手柄，用于产生换档信号；控制器，用于输入所述换档信号，并产生与所述换档信号对应的控制信号；电动执行器，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩；控制板，用于在所述第一软轴和第二软轴的作用下产生转动；手动式变速控制阀，具有与所述控制板相连接的阀芯，用于通过所述控制板的转动带动所述阀芯的移动，通过所述阀芯的移动产生换档操作。
优选的，上述的变速系统中，所述控制板一侧面的上端连接所述第一软轴，下端连接所述第二软轴；所述控制板另一侧面的中间铰接在一固定支点，所述控制板另一侧面的上端连接所述阀芯。优选的，上述的变速系统中，所述电动执行器还用于将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器；所述控制器还用于根据所述行程信息确认换档操作是否完成。优选的，上述的变速系统中，所述电动执行器包括第一电动机和第二电动机，所述第一软轴绕在所述第一电动机的第一输出轴上，所述第二软轴绕在所述第二电动机的第二输出轴上；所述控制信号包括所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向、转动角度和转动速度。优选的，上述的变速系统中，所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向相反。为了实现上述目的，本发明还提供了一种工程机械的变速方法，包括通过电控手柄产生换档信号，并将所述换档信号发送给控制器；所述控制器产生与所述换档信号对应的控制信号，并将所述控制信号发送给电动执行器；所述电动执行器根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩；所述第一软轴和第二软轴带动控制板产生转动，所述控制板带动手动式变速控制阀的阀芯移动，所述阀芯的移动产生所述手动式变速控制阀的换档操作。优选的，上述的变速方法中，还包括所述电动执行器将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器；所述控制器根据所述行程信息确认换档操作是否完成。优选的，上述的变速方法中，所述控制信号包括所述电动执行器的第一电动机的第一输出轴的转动方向、转动角度和转动速度，以及所述电动执行器的第二电动机的第二输出轴的转动方向、转动角度和转动速度。优选的，上述的变速方法中，所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向相反。本发明实施例至少存在以下技术效果1)本发明通过控制器和电动执行器，把电控手柄的电信号转换为控制板的执行动作，其模拟了机械手柄的动作，从而使电控手柄可以与手动式变速控制阀相配合。2)与机械式变速系统相比，本发明能增加操作舒适性，降低操作者劳动强度。3)本发明未采用电控式系统中问题点较多的电磁阀，能减少相应问题点的发生， 增加可靠性和耐久性，延长系统寿命。4)本发明未采用电控式系统中昂贵的电磁阀及控制器，能降低成本50 %左右。5)本发明的变速系统经过简单改装，可以便利的应用于现有装载机等工程机械中，通用性强。
图1为现有装载机的结构图2为现有工程机械的机械式变速系统的结构图；图3为现有工程机械的电控式变速系统的结构图；图4为本发明实施例的变速系统的结构图；图5为本发明实施例的控制板的结构图；图6为本发明的变速方法的流程图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对具体实施例进行详细描述。图4为本发明实施例的变速系统的结构图，如图4所示，本发明实实例提供一种工程机械的变速系统，包括电控手柄401，用于产生换档信号；控制器402，用于输入所述换档信号，并产生与所述换档信号对应的控制信号；电动执行器403，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号控制第一软轴404和第二软轴405的伸缩；控制板406，用于在所述第一软轴和第二软轴的作用下产生转动；手动式变速控制阀407，具有与所述控制板相连接的阀芯，用于通过所述控制板的转动带动所述阀芯的移动，通过所述阀芯的移动产生换档操作。本发明通过控制器402和电动执行器403，把电控手柄401的电信号转换为控制板 406的执行动作，从而使电控手柄401可以与手动式变速控制阀407相配合。由于本发明采用了电控手柄401，只需要很小的力即可进行换档操作，相对于机械式变速系统的操纵手柄来说，能增加操作舒适性，降低操作者劳动强度。由于本发明采用了手动式变速控制阀407，运行可靠，相对于电控式变速系统中昂贵的电磁阀及控制器来说，显著降低了成本，增加了产品的竞争力。图5为本发明实施例的控制板的结构图，如图5所示，所述控制板406—侧面的上端连接所述第一软轴404，下端连接所述第二软轴405;所述控制板另一侧面的中间(其它位置也可以，只要调整两个软轴的伸缩比例即可)铰接在一固定支点501，所述控制板另一侧面的上端连接所述阀芯。所述第一软轴404和所述第二软轴405的伸缩方向相反，从而使所述控制板406绕固定支点501转动，进而带动阀芯移动。所述控制板406可以是一个金属板，也可以是其它材质。所述电动执行器403中包括第一电动机和第二电动机，所述第一软轴404绕在所述第一电动机的第一输出轴上，所述第二软轴405绕在所述第二电动机的第二输出轴上； 所述控制信号包括所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向、转动角度和转动速度， 其中，所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向相反。所述电动执行器403还将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器；所述控制器406根据所述行程信息确认换档操作是否完成。图6为本发明的变速方法的流程图。如图6所示，本发明实施例的一种工程机械的变速方法，包括步骤601，通过电控手柄产生换档信号，并将所述换档信号发送给控制器；
步骤602，所述控制器产生与所述换档信号对应的控制信号，并将所述控制信号发送给电动执行器；步骤603，所述电动执行器根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩；步骤604，所述第一软轴和第二软轴带动控制板产生转动，所述控制板带动手动式变速控制阀的阀芯移动，所述阀芯的移动产生所述手动式变速控制阀的换档操作。其中，还包括所述电动执行器将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器；所述控制器根据所述行程信息确认换档操作是否完成。可见，本发明提供的变速系统采用电控式手柄以及可控制两根软轴推拉行程的执行器总成。变速箱控制阀采用原机械式变速系统中的手动式变速控制阀。控制器通过操控执行器的软轴来拉动变速阀的阀芯，以达到控制变速箱变速的功能。在考虑到控制器的信号转换以及电动执行器的内部结构后，本发明实施例的具体实现过程如下①操控电控手柄进行档位变换作业时，手柄会向控制器发送相应的电信号(换档信号)；②控制器接收电信号后，通过内部预先写入的程序进行逻辑运算，并向执行器发送控制信号，控制执行器内的缠有软轴的电动机输出轴的转动角度和速度；③执行器将软轴移动行程(电机输出轴的转动角度、速度)等信息反馈给控制器， 控制器判断变速动作是否完成；④两根软轴通过推拉动作控制一金属板绕一固定支点转动，从而带动变速控制阀阀芯控制变速箱进行变速。由上可知，本发明实施例具有以下优势1)本发明通过控制器和电动执行器，把电控手柄的电信号转换为控制板的执行动作，其模拟了机械手柄的动作，从而使电控手柄可以与手动式变速控制阀相配合。2)与机械式变速系统相比，本发明能增加操作舒适性，降低操作者劳动强度。3)本发明未采用电控式系统中问题点较多的电磁阀，能减少相应问题点的发生， 增加可靠性和耐久性，延长系统寿命。4)本发明未采用电控式系统中昂贵的电磁阀及控制器，能降低成本50%左右。5)本发明的变速系统经过简单改装，可以便利的应用于现有装载机等工程机械中，通用性强。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种工程机械的变速系统，其特征在于，包括 电控手柄，用于产生换档信号；控制器，用于输入所述换档信号，并产生与所述换档信号对应的控制信号； 电动执行器，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩；控制板，用于在所述第一软轴和第二软轴的作用下产生转动； 手动式变速控制阀，具有与所述控制板相连接的阀芯，用于通过所述控制板的转动带动所述阀芯的移动，通过所述阀芯的移动产生换档操作。
2.根据权利要求1所述的变速系统，其特征在于，所述控制板一侧面的上端连接所述第一软轴，下端连接所述第二软轴； 所述控制板另一侧面的中间铰接在一固定支点，所述控制板另一侧面的上端连接所述阀芯。
3.根据权利要求1所述的变速系统，其特征在于，所述电动执行器还用于将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器； 所述控制器还用于根据所述行程信息确认换档操作是否完成。
4.根据权利要求1所述的变速系统，其特征在于，所述电动执行器包括第一电动机和第二电动机，所述第一软轴绕在所述第一电动机的第一输出轴上，所述第二软轴绕在所述第二电动机的第二输出轴上；所述控制信号包括所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向、转动角度和转动速度。
5.根据权利要求4所述的变速系统，其特征在于，所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向相反。
6.一种工程机械的变速方法，其特征在于，包括通过电控手柄产生换档信号，并将所述换档信号发送给控制器； 所述控制器产生与所述换档信号对应的控制信号，并将所述控制信号发送给电动执行器；所述电动执行器根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩； 所述第一软轴和第二软轴带动控制板产生转动，所述控制板带动手动式变速控制阀的阀芯移动，所述阀芯的移动产生所述手动式变速控制阀的换档操作。
7.根据权利要求6所述的变速方法，其特征在于，还包括所述电动执行器将所述第一软轴和第二软轴的行程信息返回给所述控制器； 所述控制器根据所述行程信息确认换档操作是否完成。
8.根据权利要求6所述的变速方法，其特征在于，所述控制信号包括所述电动执行器的第一电动机的第一输出轴的转动方向、转动角度和转动速度，以及所述电动执行器的第二电动机的第二输出轴的转动方向、转动角度和转动速度。
9.根据权利要求8所述的变速方法，其特征在于，所述第一输出轴和所述第二输出轴的转动方向相反。
全文摘要
本发明提供一种工程机械的变速系统及变速方法，其中，变速系统包括电控手柄，用于产生换档信号；控制器，用于输入所述换档信号，并产生与所述换档信号对应的控制信号；电动执行器，用于接收所述控制信号，根据所述控制信号控制第一软轴和第二软轴的伸缩；控制板，用于在所述第一软轴和第二软轴的作用下产生转动；手动式变速控制阀，具有与所述控制板相连接的阀芯，用于通过所述控制板的转动带动所述阀芯的移动，通过所述阀芯的移动产生换档操作。本发明能够实现电控手柄与手动式变速控制阀的结合，增加舒适度，降低成本。
文档编号F16H61/02GK102374285SQ20101025693
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月18日 优先权日2010年8月18日
发明者庄会强, 池德根, 王媛, 马正鹏 申请人:斗山工程机械(山东)有限公司