一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱及底盘的制作方法

1.本发明涉及工程机械分动箱技术领域，特别是涉及一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱及底盘。


背景技术：

2.高速轮胎式挖掘机（整车最高车速≥70km/h的轮胎式挖掘机）是工程机械领域的主要装备，该装备在施工、城市建设、抢险救灾等方面发挥着重要作用。由于挖掘机整机动力单元布置在上车结构，挖掘机工作时上车结构需要在360
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范围内回转，造成发动机的动力传动系统无法直接传递给下车的驱动桥，而是整机的行走主要通过发动机带动液压行走马达来驱动分动箱，分动箱带动传动轴驱动前后桥工作，两者之间存在的分动箱是高速轮胎式挖掘机底盘传动系统的关键核心部件。分动箱由液压马达水平布置四输入、二输出满足了高速轮胎式挖掘机整车底盘传动系统空间空间布置；分动箱设置高低挡换挡控制方法使得分动箱具备两种速比传递动力的功能，在同等动力输入单元工况下能同时提供整车最高车速和最大牵引力的双重输出需求；分动箱输出轴总成设置强制润滑机构保证齿轮传动系统关键零部件的润滑需求。分动箱整体结构布置、分动箱高低挡控制方法的设置对于提高轮挖最高行进速度、转场效率和提升分动箱传动效率具有重大意义。
3.目前高速轮挖是四输入、二输出，分动箱内部齿轮传动系统为单一速比挡位，整车最高行进速度达到70km/h、整车最高爬坡能力最高为20
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坡，分动箱输出轴（二轴）右端部与整车后桥连接，分动箱输出轴（二轴）左端部与整车前桥连接，通过设置脱桥装置并通过动力执行单元控制动力的输出和中断，当整车高速行驶状态时，前桥脱桥装置脱开，切断向前桥输出的动力源；当整车上坡行驶状态时，前桥脱桥装置结合实现动力输出。
4.由于受到马达输出扭矩和输出转速的限制，使得整车所提供的最大牵引力和最高车速无法同时满足，目前市场上轮挖分动箱为单一速比挡位，这种分动箱所提供最高车速70km/h，最大爬坡能力小于20
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坡。随着目前工程技术发展和市场需求不断升级，现有分动箱产品的技术方案已无法满足更高设备、更复杂行驶工况的使用需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱及底盘，采用三轴平行式的结构，通过换挡机构实现高低挡功能，使得整车高车速、大牵引力输出的需要能同时满足，有助于提高轮挖最高行进速度、转场效率以及提升分动箱传动效率。
6.第一方面，本发明提供一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱。
7.一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱，包括平行设置的第一输入轴、第二输入轴和中间轴，所述第一输入轴、所述第二输入轴上均固连设置有第一齿轮和第二齿轮，所述中间轴上通过轴承分别安装有第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮同时与两个所述第一齿轮啮合，所述第四齿轮同时与两个所述第二齿轮啮合，所述中间轴上设置有第一换挡机构，
当所述第一换挡机构将所述中间轴与所述第三齿轮固定结合时，所述中间轴以第一速比输出动力；当所述第一换挡机构将所述中间轴与所述第四齿轮固定结合时，所述中间轴以第二速比输出动力。
8.可选地，所述第三齿轮的半径大于所述第四齿轮的半径，所述第一速比大于所述第二速比。
9.可选地，所述中间轴上具有周向的凸肩，所述凸肩的外圆周具有外花键，所述第一换挡机构包括沿所述凸肩的外花键轴向移动的花键套，所述第三齿轮上靠近所述花键套的一侧、所述第四齿轮上靠近所述花键套的一侧分别具有与所述花键套适配的外花键，当所述花键套与所述凸肩上的外花键、所述第三齿轮上的外花键同时啮合时，所述中间轴与所述第三齿轮固定结合；当所述花键套与所述凸肩上的外花键、所述第四齿轮上的外花键同时啮合时，所述中间轴与所述第四齿轮固定结合。
10.可选地，所述第一换挡机构还包括用于带动所述花键套移动的拨杆，所述花键套上具有限位槽，部分所述拨杆延伸至所述限位槽中。
11.可选地，所述拨杆带动所述花键套沿所述中间轴轴向移动，所述拨杆的移动路径上设置有用于检测所述花键套所在位置的传感器。
12.可选地，所述中间轴的轴心具有容腔，所述中间轴的外壁上开设有周向环槽，从所述环槽沿径向向所述容腔开设有进油孔，所述中间轴上沿径向开设有多个润滑油孔，至少一个所述润滑油孔从所述容腔贯通至用于安装所述第三齿轮的轴承，至少一个所述润滑油孔从所述容腔贯通至用于安装所述第四齿轮的轴承。
13.可选地，所述第三齿轮的下方设置有断面呈u型的第一挡油罩，所述第三齿轮的下端延伸至所述第一挡油罩中；所述第四齿轮的下方设置有断面呈u型的第二挡油罩，所述第四齿轮的下端延伸至所述第二挡油罩中；所述第一挡油罩和所述第二挡油罩的底部均开设有排油孔。
14.可选地，所述容腔的两端分别设置有堵头。
15.第二方面，本发明还提供一种高速轮胎式挖掘机用底盘。
16.一种高速轮胎式挖掘机用底盘，包括上车动力装置和下车行走装置，所述上车动力装置与所述下车行走装置之间通过回转装置连接安装，所述上车动力装置包括整车动力单元，所述下车行走装置包括输入马达和分动箱，所述分动箱为如上述任一所述分动箱，所述第一输入轴和所述第二输入轴分别连接至所述输入马达。
17.可选地，所述下车行走装置还包括前驱动桥和后驱动桥，所述前驱动桥通过第二换挡机构及前传动轴连接至所述中间轴的一端，所述后驱动桥通过第三换挡机构及后传动轴连接至所述中间轴的另一端。
18.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：采用三轴平行式的结构，通过换挡机构实现高低挡功能，使得整车高车速、大牵引力输出的需要能同时满足，有助于提高轮挖最高行进速度、转场效率以及提升分动箱传动效率。
附图说明
19.图1为本发明的高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱的传动原理图；图2为本发明的高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱的中间轴的润滑结构示意图；
图3为本发明的高速轮胎式挖掘机用底盘的结构布置图；图4为本发明的高速轮胎式挖掘机低速行驶模式的控制流程图；图5为本发明的高速轮胎式挖掘机高速行驶模式的控制流程图。
20.附图中：1-第一齿轮，2-第二齿轮，3-第三齿轮，4-第四齿轮，5-第一换挡机构，6-第二换挡机构，7-第三换挡机构，8-进油通道，9-进油孔，10-润滑油孔，11-轴承，12-第一挡油罩，13-第二挡油罩。
具体实施方式
21.以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
22.实施例一如图1和图2所示，一种高速轮胎式挖掘机用多输入分动箱，包括平行设置的第一输入轴、第二输入轴和中间轴，第一输入轴、第二输入轴上均固连设置有第一齿轮1和第二齿轮2，中间轴上通过轴承分别安装有第三齿轮3和第四齿轮4，第三齿轮3同时与两个第一齿轮1啮合，第四齿轮4同时与两个第二齿轮2啮合，中间轴上设置有第一换挡机构5，当第一换挡机构5将中间轴与第三齿轮3固定结合时，中间轴以第一速比输出动力；当第一换挡机构5将中间轴与第四齿轮4固定结合时，中间轴以第二速比输出动力。
23.更具体地，第三齿轮3的半径大于第四齿轮4的半径，第一速比大于第二速比，中间轴上具有周向的凸肩，凸肩的外圆周具有外花键，第一换挡机构5包括沿凸肩的外花键轴向移动的花键套，第三齿轮3上靠近花键套的一侧、第四齿轮4上靠近花键套的一侧分别具有与花键套适配的外花键，当花键套与凸肩上的外花键、第三齿轮3上的外花键同时啮合时，中间轴与第三齿轮3固定结合；当花键套与凸肩上的外花键、第四齿轮4上的外花键同时啮合时，中间轴与第四齿轮4固定结合，第一换挡机构5还包括用于带动花键套移动的拨杆，花键套上具有限位槽，部分拨杆延伸至限位槽中，拨杆带动花键套沿中间轴轴向移动，拨杆的移动路径上设置有用于检测花键套所在位置的传感器，中间轴的轴心具有容腔，中间轴的外壁上开设有周向环槽，从环槽沿径向向容腔开设有进油孔9，中间轴上沿径向开设有多个润滑油孔10，至少一个润滑油孔10从容腔贯通至用于安装第三齿轮3的轴承，至少一个润滑油孔10从容腔贯通至用于安装第四齿轮4的轴承，第三齿轮3的下方设置有断面呈u型的第一挡油罩12，第三齿轮3的下端延伸至第一挡油罩12中；第四齿轮4的下方设置有断面呈u型的第二挡油罩13，第四齿轮4的下端延伸至第二挡油罩13中；第一挡油罩12和第二挡油罩13的底部均开设有排油孔，容腔的两端分别设置有堵头。
24.如图1所示，以图1中的左右方向来对本实施例的方案进行阐述，第一齿轮1的半径小于第二齿轮2的半径，第三齿轮3的半径大于第四齿轮4的半径，第一换挡机构5向左移动时，花键套同时与第三齿轮3上的外花键和中间轴上的外花键相啮合，此时为低速挡状态；第一换挡机构5向右移动时，花键套同时与第四齿轮4上的外花键和中间轴上的外花键相啮合，此时为高速挡状态。第一换挡机构5通过动力源控制拨杆移动，从而带动花键套移动，实现在低速挡和高速挡之间的切换。
25.为了满足齿轮、轴承11、花键等关键零部件的润滑需求，分动箱箱体上设置进油通道8，进油通道8通过周向的环槽和径向的进油孔9连通至中间轴轴心的容腔并提供润滑油，当容腔内的润滑油形成一定压力后，经各个润滑油孔10分别向齿轮、轴承11及花键等提供润滑油。本设计的挡油罩可以降低齿轮搅油润滑产生大量热源导致分动箱整体温度上升的风险，同时在挡油罩的底部设置排油孔，便于及时排清罩内存油。对于高、低挡位的齿轮润滑，因齿轮处于高速旋转状态，所有齿轮润滑直接在齿轮啮合处上方布置淋油管进行强制压力喷油润滑。
26.在其他实施例中，上述的第一换挡机构5也可以采用端面齿、平键或摩擦片等连接结构，实现的换挡效果相同，此处不进行赘述。而控制拨杆移动的动力源可以采用电动、液力驱动等形式，此属于公知技术，此处不进行赘述。
27.实施例二如图3所示，一种高速轮胎式挖掘机用底盘，包括上车动力装置和下车行走装置，上车动力装置与下车行走装置之间通过回转装置连接安装，上车动力装置包括整车动力单元，下车行走装置包括输入马达和分动箱，分动箱为如上述任一分动箱，第一输入轴和第二输入轴分别连接至输入马达，下车行走装置还包括前驱动桥和后驱动桥，前驱动桥通过第二换挡机构6及前传动轴连接至中间轴的一端，后驱动桥通过第三换挡机构7及后传动轴连接至中间轴的另一端。
28.如图4所示，本发明的分动箱的低速行驶模式是指在路况相对恶劣的条件下，整车处于低速、坡度大于20
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坡的行驶状态，处于大牵引力输出状态，此时分动箱处于低速挡。低速行驶模式的控制方法：车辆启动后，当满足动力输入单元关闭、车速为0、第一换挡机构5（即图4中的换挡机构1）左移且与第三齿轮3（即图4中的齿轮3）结合的条件时，此时中间轴、第三齿轮3、花键套固定连接为一体，第四齿轮4处于随动状态，分动箱进入低速行驶模式，即整车处于低速行驶状态，由于第三齿轮3的齿数大于第一齿轮1的齿数，整个传递路线速比》1，所以该工况下分动箱为减速传动，由于低速工况整车爬坡需要足够的牵引力，此时前后输出端的第二换挡机构6、第三换挡机构7均结合，输出轴变为刚性连接，实现整车四轮驱动，提高整车有效驱动力和行驶稳定性，适用于整车处于低速行驶的工况。
29.如图5所示，本发明的分动箱的高速行驶模式是指在良好的路面工况下，整车处于高速行驶状态，此时分动箱处于高速挡，平均车速一般》80km/h。高速行驶模式的控制方法：车辆启动后，当满足动力输入单元关闭、车速为0、第一换挡机构5（即图5中的换挡机构1）右移且与第四齿轮4（即图5中的齿轮4）结合的条件时，此时中间轴、第四齿轮4、花键套固定连接为一体，第三齿轮3处于随动状态，分动箱进入高速行驶模式，即整车处于高速行驶状态，由于第四齿轮4的齿数小于第二齿轮2的齿数，整个传递路线速比《1，所以该工况下分动箱为增速传动，此时前后输出端的第二换挡机构6脱开、第三换挡机构7结合，整车后桥驱动，适用于整车处于高速行驶的工况。
30.以上两种不同行驶状态通过改变分动箱齿轮传动系统速比分别满足了整车最高车速和最大牵引力的输出需求，改善了整车车辆行驶能力和通过性能，提高了整车可靠性。
31.本发明设计的分动箱及底盘，输入轴/输出轴之间布置两排齿轮，实现分动箱具有两种速比传递功率；在中间轴上布置高低挡切换结构，实现分动箱高低挡速比切换；在不改变整车动力单元的前提下，高速挡速比满足了整车高速行驶的需求，低速挡速比增加了整
车输出的最大牵引力，提高了整车的爬坡及脱困能力。针对该分动箱结构设计的换挡控制方法能够迅速执行换挡动作并有效防错。使轮胎式挖掘机同时具备高速行驶和大牵引力输出的能力，解决了轮胎式挖掘机整机高速行驶和大牵引力输出无法兼容的难题。
32.相较于已有技术，本发明的分动箱采用三轴平行式的结构，通过换挡机构实现高低挡功能，使得整车高车速、大牵引力输出的需要能同时满足，有助于提高轮挖最高行进速度、转场效率以及提升分动箱传动效率。
33.以上具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。