一种全动力换挡换向拖拉机变速箱液压控制系统的制作方法

本实用新型属于农业机械技术领域，具体涉及一种全动力换挡换向拖拉机变速箱液压控制系统。

背景技术：

目前我国的农用拖拉机普遍采用传统的啮合套或同步器来进行换挡，而这种传统的换挡方式具有以下缺点：1.农用拖拉机往往挡位数较多，驾驶员在换挡时操作繁琐，导致驾驶难度增大，并加速驾驶员疲劳。2.变速箱中各零件之间磨损消耗很大，导致箱内高温并缩短零件的使用寿命。3.在换挡过程中，不可避免的会出现动力中断的现象，从而在换挡过程中损失大量能量。

动力换挡技术作为农用机械领域中新的研究发展方向，与传统换挡技术相比具有以下优点：1.驾驶员换挡操作简单，减轻驾驶员的工作强度。2.有效减少变速箱中零件之间的磨损情况。3.可以实现不间断换挡和换向操作，减少了换挡过程中因动力中断而导致的能量损失情况。

在拖拉机动力换挡变速箱的研究发展中，包括冷却润滑子系统和离合器控制子系统及供油子系统在内的液压系统的相关设计是尤为重要的一环。

现有动力换挡变速箱的液压系统设计中，采用两个液压泵来分别为冷却润滑系统和离合器控制系统供能，同时将整个液压系统设计成两个独立的系统进行工作。这种设计方式不仅增加了液压元件数量，使液压系统变得更加复杂，提高了生产成本，还会导致液压系统损失更多能量。

离合器控制回路方面，在当前的拖拉机动力换挡变速箱的液压系统中，往往存在着由于油液清洁度不够而导致的换挡控制阀阀芯芯卡滞阻塞的问题。另外由于在离合器的分离与结合的过程中，会产生液压冲击和换挡抖动的问题，对换挡工作产生不利的影响。

动力换挡变速箱的润滑系统方面，目前设计的润滑方式一般是飞溅润滑或强制润滑。飞溅润滑的优点在于大大简化了润滑系统的设计，但由于飞溅润滑本身的润滑特点，变速箱内相关零部件的空间布置会非常受限，另外就润滑效果而言，飞溅润滑与其他润滑方式相比往往较差。强制润滑的优点在于可以准确的控制油液的润滑位置，并可以保证一定的润滑压力，润滑效果较好。但强制润滑所需的润滑回路系统比较复杂，会加大设计难度，增加生产制造成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种液压元件少，结构简洁的全动力换挡换向拖拉机变速箱液压控制系统。

本实用新型由冷却润滑子系统Ⅰ、供油子系统Ⅱ和离合器控制子系统Ⅲ组成，其中供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的大排量排油口i与冷却润滑子系统Ⅰ中冷却器1的进油口连通。供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的大排量排油口i还与冷却润滑子系统Ⅰ中液控旁通阀7的控制先导端连通。供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的小排量排油口j与离合器控制子系统Ⅲ中先导式溢流阀14的进油口连通。冷却润滑子系统Ⅰ中的二级溢流阀5的溢流油口与供油子系统Ⅱ中的油箱12的回油口连通。离合器控制子系统Ⅲ中先导式溢流阀14的溢流油口与冷却润滑子系统Ⅰ中的冷却器1的进油口所在的支路连通。

所述的冷却润滑子系统Ⅰ由冷却器1、旁通阀Ⅰ2、强制润滑油孔组3、喷淋润滑油孔组4、二级溢流阀5、一级溢流阀6、液控旁通阀7和过滤器8组成，其中强制润滑油孔组3由22个强制润滑油孔组成；喷淋润滑油孔组4由5个喷淋润滑油孔组成。旁通阀Ⅰ2的进油口与过滤器8的进油口所在的支路连通，旁通阀Ⅰ2的出油口与过滤器8的出油口所在的支路连通。强制润滑油孔组3的22个强制润滑油孔分别位于全动力换挡换向拖拉机变速箱中各轴上，且与轴上待润滑的轴承、离合器对应，强制润滑油路与过滤器8的出油口和一级溢流阀6的进油口之间的支路连通。喷淋润滑油孔组4的5个喷淋润滑油孔位于全动力换挡换向拖拉机变速箱上部的喷淋管上，且与待喷淋润滑的齿面对应，喷淋润滑油路与二级溢流阀5的进油口和一级溢流阀6的溢流油口之间的支路连通。液控旁通阀7的进油口与冷却器1的进油口所在支路连通，液控旁通阀7的出油口与过滤器8的出油口所在支路连通，液控旁通阀7的液控先导端经一节流孔与冷却器1的进油口所在支路连通。一级溢流阀6的进油口与过滤器8的出油口连通，一级溢流阀6的出油口与二级溢流阀5的进油口连通。

所述的供油子系统Ⅱ由双联齿轮泵9、旁通阀Ⅱ10、粗滤器11、油箱12和精滤器13组成，其中旁通阀Ⅱ10的进油口与粗滤器11的出油口连通，旁通阀Ⅱ10的出油口与精滤器13的出油口连通；粗滤器11的进油口与精滤器13的进油口连通。油箱12底部的排油口经精滤器13与双联齿轮泵9的吸油口连通。

所述的离合器控制子系统Ⅲ由先导式溢流阀14、滤网Ⅰ组15、比例电磁换向阀组16、滤网Ⅱ组17、湿式离合器组18、压力传感器组19和蓄能器20组成，其中比例电磁换向阀组16由10个比例电磁换向阀组成，滤网Ⅰ组15和滤网Ⅱ组17均由10个滤网组成，湿式离合器组18由10个湿式离合器组成，压力传感器组19由10个压力传感器组成。蓄能器20安装于先导式溢流阀14的进油口和滤网Ⅰ组15之间的支路上。10个湿式离合器的控制回路之间为并联连接，每个湿式离合器的控制回路由一个比例电磁换向阀、一个滤网Ⅰ、一个滤网Ⅱ、一个压力传感器组成，其各元件的连接关系如下：比例电磁换向阀的输入端经滤网Ⅰ与先导式溢流阀14的进油口所在支路连通。比例电磁换向阀的输出端经滤网Ⅱ与湿式离合器的压力油孔所在支路连通。压力传感器安装于滤网Ⅱ和湿式离合器的压力油孔之间的支路上。

本实用新型的原理和工作过程如下：

本实用新型中进入冷却润滑子系统Ⅰ的油液，首先沿润滑主路f进入冷却器(1)进行冷却，作用是控制液压系统的油液温度处于正常的工作范围内，保证工作系统可靠。

在变速箱的冷却润滑过程中，若向零部件供给的油液含有杂质及其他污染物，会对零部件的工作状态及使用寿命都会有很大的影响，因此对经冷却器冷却后的油液将流向过滤器8进行再次过滤，其保证了冷却润滑油液清洁可靠。

在过滤器8的两侧并联一旁通阀2，其目的在于：若过滤器8发生堵塞，则旁通阀2打开，保证了子系统的润滑冷却润。同时，在过滤器8和冷却器1串联的油路上并联一液控旁通阀7；该旁通阀设有一先导端，先导端通过节流孔与润滑主路f连通。当过滤器8和冷却器1串联的油路发生堵塞时，通过节流孔进入旁通阀的油压增大，其先导端控制阀芯移动，使该支路连通，保证变速箱有足够的冷却润滑油。

油液经过滤器8过滤后分为两路，一路为强制润滑支路g，另一路为喷淋润滑支路h。每条支路上分别设有节流孔，节流孔的作用在于：可以为整个冷却润滑子系统进行保压。

所述强制润滑支路g与喷淋润滑支路h之间安装一个一级溢流阀6，该溢流阀负责控制进入强制润滑油孔3处的油液压力，同时该一级溢流阀6溢流出的油液流向二级溢流阀5和喷淋润滑油孔4，所述二级溢流阀5负责控制喷淋润滑油孔4处的油液压力，当二级溢流阀5溢流时，溢流油液重新流进油箱。由于强制润滑与喷淋润滑相比，前者需要的油液压力更大，所以该一级溢流阀6的开启压力要大于二级溢流阀5的开启压力，从而保证两种润滑方式的油压不同，进而达到预期的润滑效果。

由于本实用新型的变速箱挡位数较多，根据机械传动部分的设计安排，需要通过离合器控制子系统Ⅲ对湿式离合器组18进行分别控制，从而完成换挡操作。

用于湿式离合器组18控制的油液从支路c进入离合器控制子系统Ⅲ。在控制主路e上，连接有一蓄能器20；该蓄能器20的作用是：1.为控制回路补偿泄露并保持恒压；2.能够消除脉动吸收液压冲击，为换挡过程的平顺性提供了保障。

离合器控制子系统Ⅲ采用比例电磁换向阀组16作为方向控制阀，所述比例电磁换向阀为二位三通，该换向阀设有一个弹簧端和一个可以控制电磁铁吸合的电控端。当电磁阀中没有电流时，该换向阀处于常态位，即常闭状态；该常态位输入端端口闭合，输出端与回油路连通，此时湿式离合器组18处于分离状态。当电磁阀中通过电流时，该换向阀的输入端和输出端连通，控制油液可以顺油路分别进入湿式离合器组18，此时湿式离合器组18处于结合状态。

比例电磁换向阀与其他类型的换向阀相比，其优点在于：可以利用比例电磁铁输出的电磁力，使得油液压力和流量连续地，按比例的跟随控制信号而变化，它的控制性能优于开关式控制，能将输入的电信号按比例转化成机械量输出。因此采用比例电磁换向阀可以提高换挡的平顺性和变速箱的换挡控制性能。

所述的比例电磁换向阀组16的输入端安装有滤网滤网Ⅰ组15，同时其输出端安装有滤网Ⅱ组17。滤网Ⅰ组15的设计目的是对即将进入比例电磁换向阀组16的油液进行在一次过滤，避免其阀芯堵塞的状况发生；设计安装滤网Ⅱ组17的作用是：当湿式离合器分离时，其活塞腔内部的油液回油时会经过滤网Ⅱ组17再进入比例电磁换向阀组16，保证了在回油过程中换向阀不会因油液将湿式离合器中的杂质带回而出现卡滞状况。

在所述滤网Ⅰ组15和湿式离合器组18之间的油路上安装有压力传感器组19，其作用是：可以将湿式离合器的油液压力信号实时传递给传动系控制系统TCU，为动力换挡变速箱换挡的闭环控制提供了保障，同时为变速箱的自学习功能提供了相关数据支承，也可以使整个离合器控制子系统Ⅲ的控制变得更加精准。

为了保证离合器控制子系统Ⅲ的油液压力稳定，在支路d上设有一先导式溢流阀14。该先导式溢流阀14由主阀和先导阀两部分组成，其中油液进入溢流阀直接作用在主阀上，当d支路中的油液压力高于先导阀弹簧所调定的压力值时，先导阀中的阀芯打开，其中的油液流回油箱，同时造成主阀芯两端压力不平衡，当这个压差超过主阀弹簧的作用力时，主阀溢流。该先导式溢流阀14主阀溢流出的油液进入冷却润滑子系统，这样设计的目的在于：可以在实现溢流阀功能的基础上，为需要流量较大的冷却润滑子系统作流量补充。

由于冷却润滑子系统Ⅰ和离合器控制子系统Ⅲ正常工作所需要的流量与压力都不相同，所以为了便于对两个系统分别进行控制，并简化整体液压系统构造，供油子系统Ⅱ设有一双联齿轮泵9作为动力元件。油液从该双联齿轮泵9的两个排油口排出后分别进入支路b和支路c，支路b中的油液流向冷却润滑子系统Ⅰ；支路c中的油液流向离合器控制子系统Ⅲ。

另在供油子系统Ⅱ的主路a上设有一滤清装置，该滤清装置由粗滤器11、精滤器13和旁通阀10组成，所述粗滤器11与旁通阀10串联安装，二者整体与精滤器13并联。当双联齿轮泵9开始工作时，油液从油箱12进入液压系统，由精滤器13过滤后吸入双联齿轮泵9，以完成油液的过滤工作。所述粗滤器11与旁通阀10的串联支路设计的目的在于：当精滤器13发生堵塞导致油液无法流通时，旁通阀10开启，油液可以经粗滤器11过滤后进入系统，避免了滤清装置的失效情况。

本实用新型中不单独设置变速箱的润滑与控制油箱，所述供油子系统Ⅱ中的油箱12为全动力换挡换向拖拉机变速箱箱体。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型采用一个双联齿轮泵作为两个液压回路的动力元件，避免了将润滑部分和控制部分设计成两个独立系统而导致的液压系统复杂，零部件数量过多的问题发生。且各部分回路设计紧凑，液压元件分工鲜明，简化系统的同时节省了一定的空间。

本实用新型在动力换挡变速箱的润滑方面，采用了将强制润滑和喷淋润滑相结合的润滑方式，能够根据不同零部件的润滑需要采用合适的润滑方式，并在一定程度上避免了采用传统单一的润滑方式所造成的系统复杂，效果不佳等问题。

本实用新型的冷却润滑子系统中设有一个液控旁通阀，该液控旁通阀的作用是：当冷却器与过滤装置支路发生堵塞时，支路油液压力增大，同时控制该液控旁通阀阀芯移动从而使冷却润滑子系统中的油液继续流通，起到对该子系统的保护作用。

因冷却润滑子系统与离合器控制子系统相比，前者所需要的流量更大，所以在本实用新型的离合器控制子系统中设有一个先导式溢流阀，该先导式溢流阀不仅可以控制该子系统的油压压力，同时在溢流时可以将溢流油液流进冷却润滑子系统作流量补充。

在本实用新型的离合器控制子系统中，没有采用传统的液控式比例换向阀，而是采用比例电磁换向阀对离合器进行控制。简化了液压系统布置的同时也减少了生产制造成本。

附图说明

图1为全动力换挡换向拖拉机变速箱液压控制系统的原理示意图

图2为全动力换挡换向拖拉机变速箱液压控制系统的结构示意图

图3为冷却润滑子系统Ⅰ的结构示意图

图4为供油子系统Ⅱ的结构示意图

图5为离合器控制子系统Ⅲ的结构示意图

其中：Ⅰ.冷却润滑子系统Ⅱ.供油子系统Ⅲ.离合器控制子系统1.冷却器2.旁通阀Ⅰ3.强制润滑油孔组4.喷淋润滑油孔组5.二级溢流阀6.一级溢流阀7.液控旁通阀8.过滤器9.双联齿轮泵10.旁通阀Ⅱ11.粗滤器12.油箱13.精滤器14.先导式溢流阀15.滤网Ⅰ组16.比例电磁换向阀组17.滤网Ⅱ组18.湿式离合器组19.压力传感器组20.蓄能器

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型由冷却润滑子系统Ⅰ、供油子系统Ⅱ和离合器控制子系统Ⅲ组成，其中供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的大排量排油口i与冷却润滑子系统Ⅰ中冷却器1的进油口连通；供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的大排量排油口i还与冷却润滑子系统Ⅰ中液控旁通阀7的控制先导端连通。供油子系统Ⅱ中的双联齿轮泵9的小排量排油口j与离合器控制子系统Ⅲ中先导式溢流阀14的进油口连通。冷却润滑子系统Ⅰ中的二级溢流阀5的溢流油口与供油子系统Ⅱ中的油箱12的回油口连通。离合器控制子系统Ⅲ中先导式溢流阀14的溢流油口与冷却润滑子系统Ⅰ中的冷却器1的进油口所在的支路连通。

如图3所示，所述的冷却润滑子系统Ⅰ由冷却器1、旁通阀Ⅰ2、强制润滑油孔组3、喷淋润滑油孔组4、二级溢流阀5、一级溢流阀6、液控旁通阀7和过滤器8组成，冷却润滑子系统Ⅰ能实现动力换挡变速箱中的各传动部件充分润滑，并使变速箱内的零部件在一个合理的温度范围内工作。其中强制润滑油孔组3由22个强制润滑油孔组成；喷淋润滑油孔组4由5个喷淋润滑油孔组成。旁通阀Ⅰ2的进油口与过滤器8的进油口所在的支路连通，旁通阀Ⅰ2的出油口与过滤器8的出油口所在的支路连通。强制润滑油孔组3的22个强制润滑油孔分别位于全动力换挡换向拖拉机变速箱中各轴上，且与轴上待润滑的轴承、离合器对应，强制润滑油路与过滤器8的出油口和一级溢流阀6的进油口之间的支路连通。喷淋润滑油孔组4的5个喷淋润滑油孔位于全动力换挡换向拖拉机变速箱上部的喷淋管上，且与待喷淋润滑的齿面对应，喷淋润滑油路与二级溢流阀5的进油口和一级溢流阀6的溢流油口之间的支路连通。液控旁通阀7的进油口与冷却器1的进油口所在支路连通，液控旁通阀7的出油口与过滤器8的出油口所在支路连通，液控旁通阀7的液控先导端经一节流孔与冷却器1的进油口所在支路连通。一级溢流阀6的进油口与过滤器8的出油口连通，一级溢流阀6的出油口与二级溢流阀5的进油口连通。

如图4所示，所述的供油子系统Ⅱ由双联齿轮泵9、旁通阀Ⅱ10、粗滤器11、油箱12和精滤器13组成，供油子系统Ⅱ为整个变速箱液压系统提供着动力，且油液经冷却润滑子系统Ⅰ和离合器控制子系统Ⅲ工作结束后，重新流入油箱，完成油液的循环利用。供油子系统Ⅱ中旁通阀Ⅱ10的进油口与粗滤器11的出油口连通，旁通阀Ⅱ10的出油口与精滤器13的出油口连通；粗滤器11的进油口与精滤器13的进油口连通。油箱12底部的排油口经精滤器13与双联齿轮泵9的吸油口连通。

如图5所示，所述的离合器控制子系统Ⅲ由先导式溢流阀14、滤网Ⅰ组15、比例电磁换向阀组16、滤网Ⅱ组17、湿式离合器组18、压力传感器组19和蓄能器20组成，其通过电比例换向阀的控制，可以完成驾驶员指示的换挡操作。其中比例电磁换向阀组16由10个比例电磁换向阀组成，滤网Ⅰ组15和滤网Ⅱ组17均由10个滤网组成，湿式离合器组18由10个湿式离合器组成，压力传感器组19由10个压力传感器组成。蓄能器20安装于先导式溢流阀14的进油口和滤网Ⅰ组15之间的支路上。10个湿式离合器的控制回路之间为并联连接，每个湿式离合器的控制回路由一个比例电磁换向阀、一个滤网Ⅰ、一个滤网Ⅱ、一个压力传感器组成，其各元件的连接关系如下：比例电磁换向阀的输入端经滤网Ⅰ与先导式溢流阀14的进油口所在支路连通。比例电磁换向阀的输出端经滤网Ⅱ与湿式离合器的压力油孔所在支路连通。压力传感器安装于滤网Ⅱ和湿式离合器的压力油孔之间的支路上。