一种变速箱换档保护系统及工程机械的制作方法

本发明属于工程机械技术领域，特别涉及一种变速箱换档保护系统及工程机械。

背景技术：

目前工程机械的底盘行走采用两档变速箱，换档形式为停车换档。

目前工程机械常用两档的变速箱，由于变速箱结构决定了其需要停车才可以换档，否则，无法完成换档，容易出现打齿，甚至损坏变速箱。

操作者在使用该类型底盘（两档变速箱）的过程中，由于误操作，极易出现在行驶过程中换档。行驶中换档后，出现打齿、变速箱损坏等故障，不但影响设备的正常使用，而且维修更换时间长。

采用停车换档变速箱的产品，现有技术中，为防止客户换档的误操作，引起变速箱损坏，解决办法有三种：

（1）常见的形式。在换档按钮（开关）附近粘贴醒目的标识（如：“严禁在车辆行驶过程中切换档位”），并通过产品培训及操作手册中明确说明。

（2）通过实时检测车辆行驶速度，当行驶速度为0时，将信号输入相应控制器，进行逻辑判断，此时，按下换档开关才可以完成换档。

（3）采用液压控制系统，通过相关液压自锁控制，防止在车辆行驶中换档。

现有技术存在以下缺陷：

现有技术（1）中，由于操作者驾驶非工程机械车辆的习惯（行进过程中换档），如果没有及时告知或者注意，极易发生行进中换档的操作；另外，工程机械工作环境恶劣，一段时间后，相关标牌（标识）模糊、不易观察，致使无法及时提醒操作者。——简单易行，可靠性不高。

现有技术（2）中，行驶速度的检测，可通过变速箱上速度传感器检测，或者检测传动轴的转速。然而，变速箱上面的速度传感器需要变速箱厂家配备（有些变速箱也不配备对应传感器和接口）；如果采用检测传动轴转速的方法，虽然简单可行，但是，考虑到传感器的安装和使用工况，其可靠性也不是很高。另外，如果采用速度传感器的形式，其信号为脉冲形式（不是开关信号），需要接入到控制器，以配合实现相应功能、控制。——成本高，不易实现或可靠性低。

现有技术（3）中，采用相关的液压控制、自锁回路，可实现相关的自锁控制，可靠性高，但相应的成本高，系统复杂。

技术实现要素：

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种变速箱换档保护系统及工程机械。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种变速箱换档保护系统，包括：

换档电磁阀，所述换档电磁阀用于实现变速箱在i档/ii档之间的切换；其中，得电为高速档，不得电为低速档；

换挡开关，为两位的开关，两位分别为s1低档位、s2高档位，与继电器组连接，用于控制所述换档电磁阀得电/不得电；

继电器组，用于控制所述换档电磁阀得电/不得电；所述继电器组包括第一继电器和第二继电器，所述换挡开关的s1、s2分别与第一继电器、第二继电器连接，作为第一继电器、第二继电器的电路开关；所述换档电磁阀与第二继电器中一常闭触点串联，第二继电器得电，则换档电磁阀得电；

压力开关，用于采集制动系统压力信号，压力信号达到设定值，输出相应信号，作为继电器组中第一继电器、第二继电器的信号输入。

作为优选方案，所述的变速箱换档保护系统，所述换档电磁阀为两位四通液压电磁阀。

所述压力开关的信号输出端分为两路，分别与第一继电器、第二继电器连接。

作为其中一优选方案，所述的变速箱换档保护系统，所述压力开关设置在停车制动系统的手柄阀与车桥之间的液压回路上。进一步的，所述压力开关为常闭型。

作为其中另一方案，所述的变速箱换档保护系统，所述压力开关设置在行车制动系统的行车制动踏板阀与车桥之间的液压回路上。进一步的，所述压力开关为常开型。

进一步的，所述的变速箱换档保护系统，所述第一继电器k1的常开触点为k11，常闭触点为k12；第二继电器k2的常开触点为k22、k23，常闭触点为k21；

kp1和kp2为压力开关的输出信号，同时输出或不输出；

s1为换档开关处于低档位，s2为换档开关处于高档位；

第二继电器k2的常开触点k23与换挡电磁阀的电磁阀线圈y串联，控制换挡电磁阀得电、失电；

所述kp1、s1串联作为第一继电器k1的控制回路开关；

所述kp2、s2串联作为第二继电器k2的控制回路开关；

所述k11、k21与kp1、s1并联后与第一继电器k1连接；

所述k22、k12与kp2、s2并联后与第二继电器k2连接。

另一方面，本发明还提供一种变速箱换档保护方法，包括：

获取换档开关信号，判断是否有换挡开关切换动作；

获取停车制动系统和/或行车制动系统液压回路的压力信号；

根据获取的压力信号，判断工程机械车辆是否位于停车状态；

响应于判断工程机械车辆位于停车状态，且有换挡开关切换动作，输出对应信号，控制换挡电磁阀得电/失电进行变速箱档位切换。

本发明还提供一种工程机械，包括上述的变速箱换档保护系统。

有益效果：本发明提供的变速箱换档保护系统及工程机械，结构轻便、成本低廉，稳定可靠且满足要求。主要应用于自制工程底盘的混凝土喷射台车或同类工程车辆，实现车辆使用过程中的换档保护，防止发生车辆未停止而切换档位，引起变速箱损坏等问题。具有以下优点：

（1）通过新增两个继电器（压力开关——由于本来就需要采集该信号，用于仪表台显示停车制动状态，不算额外增加），可在原有变速箱换档控制线路的基础上，实现停车换档变速箱的换档保护。

（2）有效避免操作者在车辆行进中换档，可防止变速箱发生打齿现象。

（3）同时，该方式新增零部件少，容易实现，成本低等。

附图说明

图1为实施例的变速箱换档保护系统结构图；

图2为实施例的电气控制原理图；

图中：前桥4、变速箱5、后桥6、常开压力开关7、进油管路11、行车制动踏板阀12、蓄能器13、回油管路14、换档电磁阀15、手柄阀16、电源21、常闭压力开关22、继电器组23。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以还包括不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示，一种变速箱换档保护系统，包括行车制动系统、停车制动系统、电气控制系统。

其中，行车制动系统包括：制动油源（制动泵）、行车制动踏板阀、蓄能器、压力开关、液压管路及接头；

停车制动系统包括：手柄阀、液压管路及接头；

电气控制系统包括：电源、换档电磁阀、继电器组（控制开关，包括换挡开关）、压力开关及相关线束。

本发明提供的换档保护系统，用于工程机械底盘变速箱高低档换档保护；在车辆在行驶过程中，防止驾驶员误操作换档开关，引发变速箱打齿。

工作原理：

在正常情况下，该类型停车换挡变速箱，车辆应该在静止情况下，按下变速箱高低档位的切换开关，对应换档电磁阀得电，液压油推动换档油缸运动，完成换档。

然而，某些情况下，由于驾驶员疏忽（误操作），在车辆行驶过程中按下换档开关，致使变速箱发生打齿现场，损坏变速箱。

因此，为保护变速箱，在车辆行驶过程中（或车辆尚未停止时），若按下换档开关应该是无效的。根据该发明的结构原理图1，要实现换档，首先，推动停车制动的手柄阀至停车制动状态（即：处于停车制动状态）；当停车制动系统压力下降到一定数值后，压力开关打开，对应继电器控制换档回路接通；此时，按下换档开关后，对应换档电磁阀才得电，完成变速箱换档；否则，如果不在停车制动状态下，按下对应换挡开关，换挡电磁阀状态保持不变。

行车制动系统：在车辆行驶过程中，提供制动。通过踩下驾驶室内的制动踏板，控制并提供压力油作用于车桥（可以是后轮制动，也可以是前后轮同时制动），实现行驶过程中的制动。具体实现形式，可以是全液压的制动系统，也可以是利用制动液压缸（总泵）实现制动。

行车制动踏板阀：液压控制阀，通过脚踩下不同的角度，对应输出不同压力值，提供不同的制动力。

停车制动系统：在车辆停止后，制动压力系统作用于车桥或者分动箱等，防止车辆移动。具体实现形式，可以通过液压手柄阀控制，也可以是通过机械拉杆（拉线）、或者电控液压阀的形式实现。

车桥上行车制动原理：压力制动，弹簧释放。制动压力为0时，车辆不制动。

车桥上停车制动原理：压力释放，弹簧制动。制动压力为0时，车辆处于制动、静止状态。

手柄阀：两个工作位置，一个是处于行驶状态位置（此时，停车制动系统压力不为0），另外一个是在车辆停车后的位置（此时，停车制动系统压力为0）。

压力开关：在检测压力达到设定数值后，输出相应信号，作为其他控制回路的输入。一般分为常开型和常闭型，其中，常开型，压力上升至设定值时，开关闭合并输出对应的信号。常闭型，压力下降至设定值时，开关闭合并输出对应的信号。

在一些实施例中，如图1所示，一种变速箱换档保护系统，包括：

换档电磁阀，所述换档电磁阀用于实现变速箱在i档/ii档之间的切换；其中，得电为高速档，不得电为低速档；

换挡开关，为两位的开关，两位分别为s1低档位、s2高档位，位于驾驶室内操作面板上，与继电器组连接，用于控制所述换档电磁阀得电/不得电；

继电器组，用于控制所述换档电磁阀得电/不得电；所述继电器组包括第一继电器和第二继电器，所述换挡开关的s1、s2分别与第一继电器、第二继电器连接，作为第一继电器、第二继电器的电路开关；所述换档电磁阀与第二继电器中一常闭触点串联，第二继电器得电，则换档电磁阀得电；

压力开关，信号输出端分为两路，分别与第一继电器、第二继电器连接；用于采集制动系统压力信号，压力信号达到设定值，输出相应信号，作为继电器组中第一继电器、第二继电器的信号输入。

在一些实施例中，如图1所示，其中，行车制动系统主要包括行车制动踏板阀12、蓄能器13；其中，制动系统油源通过进油管路11连接至行车制动踏板阀12的进油口；行车制动踏板阀12回油口经过回油管路14接回油箱；行车制动踏板阀12的出口通过管路分别连接前桥4和后桥6的制动油口；同时，通过控制换档电磁阀15得电、失电，实现变速箱5在档位i、档位ii之间切换。

停车制动系统包括：手柄阀16；手柄阀16的出口通过管路连接后桥6的制动油口；

所述手柄阀16与车桥之间的液压回路上设置有常闭压力开关22；用于检测手柄阀16是否切换至停车制动状态，配合进行信号输出/不输出动作。常闭压力开关22设置在停车制动的手柄阀16与车桥之间的液压回路。本实施例中，常闭压力开关22设定的下限值为20bar。在压力大于20bar时，断开，无信号输出；压力等于、低于20bar时（停车制动状态），对应输出信号。

另一种替代方案，压力开关安装在行车制动回路中，所述行车制动踏板阀12的出口与前桥4/后桥6的液压回路上设置有常开压力开关7，用于采集压力信号，检测行车制动踏板阀12是否切换至停车制动状态。本实施例中，常开压力开关7设定的上限值为5bar。压力大于某数值（如：5bar）时（行车制动状态），输出信号。在踩下制动踏板时，并按下相应换挡开关后，才可以实现换挡；同时，在松开踏板后，对应换档电磁阀得电状态会保持。

电气控制系统，包括电源21、常闭压力开关22/常开压力开关7、继电器组23、换档电磁阀15。

继电器组23的相关控制原理详见图2所示。其中，第一继电器k1的常开触点为k11，常闭触点为k12；第二继电器k2的常开触点为k22、k23，常闭触点为k21；换挡电磁阀15包括电磁阀线圈y。kp1和kp2为常闭压力开关22的输出信号，同时输出或不输出；s1为换档开关处于低档位，s2为换档开关处于高档位；

第二继电器k2的常开触点k23与换挡电磁阀15的电磁阀线圈y串联，控制换挡电磁阀15得电、失电；

所述kp1、s1串联作为第一继电器k1的控制回路开关；

所述kp2、s2串联作为第二继电器k2的控制回路开关；

所述k11、k21与kp1、s1并联后与第一继电器k1连接；

所述k22、k12与kp2、s2并联后与第二继电器k2连接。

只有第二继电器k2得电，换挡电磁阀15才得电。第一继电器k1得电，换挡电磁阀15不得电。

在一些实施例中，如图2所示，以采用在手柄阀16与车桥之间的液压回路上设置有常闭压力开关22为例：

(1).启动车辆后，换档开关正位于s1（低档）

(1-1).若未切换手柄阀16至停车制动状态，也未切换档位，此时由于kp1（kp2）未输出，同时k1和k2均不得电，则此时换挡电磁阀15也不得电，处于低档位。

(1-2).若未切换手柄阀16至停车制动状态，直接切换至s2（高档），此时由于kp1（kp2）未输出，同时k1和k2均不得电，则此时换挡电磁阀15也不得电，处于低档位。

(1-3).若已切换手柄阀16至停车制动状态，并切换至s2（高档），此时由于kp1（kp2）有输出，则k2得电（k1失电），则换挡电磁阀15得电，档位切换至高档位；k2得电，k22闭合，当恢复手柄阀16至行车状态时，kp2不输出，但此时通过k22与常闭触点k12连通，k2仍然得电，换挡电磁阀15仍保持得电状态。

启动车辆后，换档开关正位于s2（高档）

(2-1).若未切换手柄阀16至停车制动状态，也未切换档位，此时由于kp1（kp2）未输出，同时k1和k2均不得电，则此时换挡电磁阀15也不得电，处于低档位。

(2-2).若未切换手柄阀16至停车制动状态，直接切换至s1（低档），此时由于kp1（kp2）未输出，同时k1和k2均不得电，则此时换挡电磁阀15也不得电，处于低档位。

(2-3).若已切换手柄阀16至停车制动状态，并切换至s1（低档），此时由于kp1（kp2）有输出，则k1得电（k2失电），则换挡电磁阀15不得电，档位切换至低档位；k1得电，k11闭合；松开制动踏板12，kp1不输出，但此时通过k11与常闭触点k21连通，k1仍然得电，换挡电磁阀15仍保持不得电状态。

车辆行进中，换档开关正位于低速状态，开关位于s1（低档）

若在行驶中，直接切换至s2（高档），此时由于kp1（kp2）未输出，k2无法得电，且k1处于得电状态，则换挡电磁阀15也不得电，保持低档位不变。

车辆行进中，换档开关正位于高速状态，开关位于s2（高档）

若在行驶中，直接切换至s1（低档），此时由于kp1（kp2）未输出，k1无法得电，且k2处于得电状态，则换挡电磁阀15保持得电，保持高档位不变。

车辆行进中，换档开关正位于低速状态，开关却误操作位于s2（高档）

（5-1）若在行驶中，直接在s1（低档）和s2（高档）之间切换时，由于无法改变现有k1和k2的得电状态，故无法直接切换档位；——安全。

（5-2）若停车制动后（手柄阀16至停车制动状态），此时由于kp1（kp2）有输出，且由于换挡开关正处于s2（高档），则档位自动切换至高档状态。由于此时车辆是停止的——安全。

车辆行进中，换档开关正位于高速状态，开关却位于s1（低档）

（6-1）若在行驶中，直接在s1（低档）和s2（高档）之间切换时，由于无法改变现有k1和k2的得电状态，故无法直接切换档位——安全。

（6-2）若停车制动后（手柄阀16至停车制动状态），此时由于kp1（kp2）有输出，且由于换挡开关正处于s1（低档），则档位自动切换至低档状态。由于此时车辆是停止的——安全。

本发明的关键点在于：

（1）检测制动系统压力信号，利用压力开关的输出作为变速箱换档控制回路的输入信号；

（2）压力开关输出信号为两路信号；

（3）优选的，制动压力信号取自停车制动的手柄阀与车桥之间的液压回路；

（4）手柄阀处于停车制动状态，并同时按下换档按钮（换档开关），才可实现换档；

（5）通过两个继电器及对应常开、常闭触点组合，实现在停车制动状态下按下换档开关后，可实现变速箱换档；同时，换档完成并解除停车制动后，还可以保持换档后电磁阀的状态（不随着手柄阀位置至行车状态而发生变化）。

另外，本实施例的一种变速箱换档保护系统，采用电比例控制方式，凡采用更换控制方式，如液压控制方式、机械控制方式等形式的等效变换实现的相同功能的变速箱换档保护系统，均落在本发明专利的保护范围；本申请a/b负载回路设置过载补油阀对负载回路进行压力限制和防止吸空，凡采用更换过载补油阀，如换成溢流阀、堵头等形式对本发明设计进行的简化，也属于本申请的保护范围。

另一方面，本发明还提供一种工程机械，包括上述的变速箱换档保护系统。

实施例2

一种变速箱换档保护方法，包括：

获取换档开关信号，判断是否有换挡开关切换动作；

获取停车制动系统和/或行车制动系统液压回路的压力信号；

根据获取的压力信号，判断工程机械车辆是否位于停车状态；

响应于判断工程机械车辆位于停车状态，且有换挡开关切换动作，输出对应信号，控制换挡电磁阀得电/失电进行变速箱档位切换。

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。