一种新型工程机械变速箱的制作方法

本发明属于工程机械，具体涉及一种新型工程机械变速箱。

背景技术：

1、行星齿轮机构具有多自由度的特点，在混合动力总成系统中多利用两个电机来限制其自由度。特别是丰田prius 4采用的ths行星轮系动力分流式结构，可以使得发动机输出功率重新分配，合理平衡发动机负荷，提高车辆燃油经济性。

2、目前，由于ths行星轮系动力分流式结构传递扭矩小，主要应用在家用汽车上，或者增加一套多挡位增扭机构，应用在客车上，在工程机械上暂无应用。工程机械领域的新能源技术方案，多是单电机/多电机电驱动变速箱或p2结构的混合动力方案，且多应用于小吨位装载机上。对于需求大扭矩或需要长续航里程的工程机械，暂没有合适的新能源变速箱解决方案。

3、因此，亟需一种新型工程机械变速箱，既能满足大扭矩或长续航里程行驶需求，又能做到作业的节能高效。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型工程机械变速箱，该变速箱主体结构采用行星齿轮功率分流结构，行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的。给行星齿轮功率分流结构增加两个锁止机构，可以增加发动机直驱模式和纯电模式，满足整车高速行驶需求；输出端采用双中间轴多挡输出模块，满足工程机械爬坡或作业时的大扭矩需求的同时，又能做到结构紧凑，满足整车对变速箱的空间布置需求。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种新型工程机械变速箱，包括发动机动力输入轴和单行星排，还包括行星架锁止机构、第一电机em1、第一电机em1锁止机构、第一电机em1动力输出齿轮一、第一电机em1动力输出齿轮二、外齿圈、pto齿轮、pto同步器、第二电机em2、第二电机em2动力输出齿轮和双中间轴多挡输出模块；

4、所述第一电机em1动力输出齿轮一和所述第一电机em1动力输出齿轮二啮合；所述第一电机em1动力输出齿轮一与所述第一电机em1锁止机构连接；所述第一电机em1动力输出齿轮二与所述单行星排连接；

5、所述行星架锁止机构与所述发动机动力输入轴连接；

6、所述pto齿轮空套在pto齿轮轴上，所述pto同步器与所述pto齿轮轴连接；所述第二电机em2动力输出齿轮与所述第二电机em2连接；

7、所述双中间轴多挡输出模块的输入与所述外齿圈连接，所述双中间轴多挡输出模块用于输出不同挡位的发动机功率。

8、进一步的，所述单行星排包括行星轮、行星架、太阳轮和内齿圈；

9、所述发动机动力输入轴与所述行星架连接，所述第一电机em1动力输出齿轮二与太阳轮轴连接，所述太阳轮轴空套在所述发动机动力输入轴上；所述外齿圈与所述内齿圈连接；

10、所述行星架锁止机构左位时，与所述变速箱壳体连接；

11、所述第一电机em1锁止机构左位时，与所述变速箱壳体连接。

12、进一步的，所述双中间轴多挡输出模块包括输入轴、输入齿轮、两个中间轴、八个中间轴齿轮、三个挡位输出齿轮、动力输出轴和两个换挡机构；

13、所述输入轴与所述外齿圈连接，所述输入齿轮固连在所述输入轴上；

14、四个所述中间轴齿轮固连在一个所述中间轴上；

15、所述两个换挡机构均固连在所述动力输出轴上，所述挡位输出齿轮与所述换挡机构相连，其中一个换挡机构还连接所述输入齿轮；

16、所述输入齿轮和挡位输出齿轮还与所述中间轴齿轮啮合；

17、所述动力输出轴一端空套在所述输入轴上，另一端连接变速箱输出。

18、进一步的，两个所述中间轴包括中间轴一和中间轴二，八个所述中间轴齿轮包括中间轴齿轮一、中间轴齿轮二、中间轴齿轮三、中间轴齿轮四、中间轴齿轮五、中间轴齿轮六、中间轴齿轮七和中间轴齿轮八，三个挡位输出齿轮包括1挡输出齿轮、2挡输出齿轮和3挡输出齿轮，两个换挡机构包括1/2挡换挡机构和3/4挡换挡机构；

19、所述中间轴齿轮一、中间轴齿轮二、中间轴齿轮三和中间轴齿轮四固连在所述中间轴一上；所述中间轴齿轮五、中间轴齿轮六、中间轴齿轮七和中间轴齿轮八固连在所述中间轴二上；

20、所述1/2挡换挡机构固连在所述动力输出轴上，所述1/2挡换挡机构的右位与所述1挡输出齿轮连接，所述1/2挡换挡机构的左位与所述2挡输出齿轮连接；所述3/4挡换挡机构固连在所述动力输出轴上，所述3/4挡换挡机构的右位与所述3挡输出齿轮连接，所述3/4挡换挡机构的左位与所述输入齿轮连接；

21、所述输入齿轮与所述中间轴齿轮四和所述中间轴齿轮八啮合；所述3挡输出齿轮与所述中间轴齿轮三和所述中间轴齿轮七啮合；所述2挡输出齿轮与所述中间轴齿轮二和所述中间轴齿轮六啮合；所述1挡输出齿轮与所述中间轴齿轮一和所述中间轴齿轮五啮合。

22、进一步的，所述变速箱能够实现6种行驶模式，包括：第一电机em1单电机纯电工作模式、第二电机em2单电机纯电工作模式、双电机纯电工作模式、发动机直驱模式、发动机动力分流的混合动力模式和原地驻车发电模式。

23、进一步的，所述第一电机em1单电机纯电工作模式的实现方式为：

24、关闭发动机，令所述行星架锁止机构处于左位，发动机动力输入轴、行星架和变速箱壳体为一体；

25、令所述第一电机em1工作，所述第一电机em1的动力经所述第一电机em1动力输出齿轮一、所述第一电机em1动力输出齿轮二、所述太阳轮、所述行星轮和所述内齿圈减速增扭后传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

26、若所述1/2挡换挡机构处于右位，则为1挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮一和所述中间轴齿轮五汇流至所述1挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

27、若所述1/2挡换挡机构处于左位，则为2挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮二和中间轴齿轮六汇流至所述2挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

28、若所述3/4挡换挡机构处于右位，则为3挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮三和中间轴齿轮七汇流至所述3挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

29、若所述3/4挡换挡机构处于左位，则为4挡，所述输入齿轮与所述动力输出轴接合，动力经所述输入齿轮和动力输出轴直接输出。

30、进一步的，所述第二电机em2单电机纯电工作模式的实现方式为：

31、关闭发动机，令所述行星架锁止机构和第一电机em1锁止机构处于中位，行星排的行星架和内齿圈均随意空转，所述第一电机em1不使能处于自由状态；

32、令所述第二电机em2工作，动力经所述第二电机em2动力输出齿轮、所述pto齿轮和所述外齿圈传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

33、若所述1/2挡换挡机构处于右位，则为1挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮一和所述中间轴齿轮五汇流至所述1挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

34、若所述1/2挡换挡机构处于左位，则为2挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮二和所述中间轴齿轮六汇流至所述2挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

35、若所述3/4挡换挡机构处于右位，则为3挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮三和所述中间轴齿轮七汇流至所述3挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

36、若所述3/4挡换挡机构处于左位，则为4挡，所述输入齿轮与所述动力输出轴接合，动力经所述输入齿轮和动力输出轴直接输出。

37、进一步的，所述双电机纯电工作模式的实现方式为：

38、关闭发动机，令所述行星架锁止机构处于左位，所述发动机动力输入轴、行星架和壳体为一体；

39、令所述第一电机em1工作，所述第一电机em1的动力经所述第一电机em1动力输出齿轮一、所述第一电机em1动力输出齿轮二、所述太阳轮、所述行星轮和所述内齿圈减速增扭后传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

40、令所述第二电机em2工作，动力经所述第二电机em2动力输出齿轮、所述pto齿轮和所述外齿圈传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

41、若所述1/2挡换挡机构处于右位，则为1挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮一和所述中间轴齿轮五汇流至所述1挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

42、若所述1/2挡换挡机构处于左位，则为2挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮二和所述中间轴齿轮六汇流至所述2挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

43、若所述3/4挡换挡机构处于右位，则为3挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮三和所述中间轴齿轮七汇流至所述3挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

44、若所述3/4挡换挡机构处于左位，则为4挡，所述输入齿轮与所述动力输出轴接合，动力经所述输入齿轮和所述动力输出轴直接输出。

45、进一步的，所述发动机直驱模式的实现方式为：

46、令所述行星架锁止机构和所述第一电机em1锁止机构处于中位，令所述第一电机em1工作，第一电机em1的动力经所述第一电机em1动力输出齿轮一、第一电机em1动力输出齿轮二、太阳轮、行星轮、行星架和发动机动力输入轴，经过飞轮带动发动机正向旋转，通过控制所述第一电机em1的转速，使发动机达到启动转速以上，再进行喷油点火启动发动机；

47、启动发动机后，所述第一电机em1停止使能，保持空转，发动机动力经行星排增速后传递到所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

48、令所述3/4挡换挡机构处于左位，所述输入齿轮与所述动力输出轴接合，动力经所述输入齿轮和所述动力输出轴直接输出。

49、进一步的，所述发动机动力分流的混合动力模式的实现方式为：

50、令所述行星架锁止机构和所述第一电机em1锁止机构处于中位，所述第一电机em1工作，第一电机em1的动力经所述第一电机em1动力输出齿轮一、第一电机em1动力输出齿轮二、太阳轮、行星轮、行星架和发动机动力输入轴，经过飞轮带动发动机正向旋转，通过控制所述第一电机em1的转速，使发动机达到启动转速以上，再进行喷油点火启动发动机；

51、发动机启动后转速与扭矩控制在低油耗区域，经过行星排的动力分流作用，一定比例的扭矩经过所述发动机动力输 入轴、行星架、行星轮、太阳轮、第一电机em1动力输出齿轮二和第一电机em1动力输出齿轮一带动第一电机em1发电，电能储存在动力电池内或供给第二电机em2使用，剩余扭矩经发动机动力输入轴、行星架、行星轮和内齿圈传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

52、令所述第二电机em2使能工作，动力经第二电机em2动力输出齿轮、pto齿轮和外齿圈传递给所述双中间轴多挡输出模块的输入轴；

53、若所述1/2挡换挡机构处于右位，则为1挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮一和所述中间轴齿轮五汇流至所述1挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

54、若所述1/2挡换挡机构处于左位，则为2挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮二和所述中间轴齿轮六汇流至所述2挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

55、若所述3/4挡换挡机构处于右位，则为3挡，则动力经所述输入齿轮分流到所述中间轴一和中间轴二，由所述中间轴齿轮三和所述中间轴齿轮七汇流至所述3挡输出齿轮，最后由所述动力输出轴输出；

56、若所述3/4挡换挡机构处于左位，则为4挡，所述输入齿轮与所述动力输出轴接合，动力经所述输入齿轮和动力输出轴直接输出。

57、进一步的，所述原地驻车发电模式的实现方式为：

58、原驻车时，车轮被强制制动，变速箱输出处于制动状态，所述内齿圈也处于制动状态，此时所述行星架锁止机构和所述第一电机em1锁止机构处于中位，发动机扭矩经发动机动力输入轴带动行星架旋转，经过行星排的升速，带动太阳轮旋转，经过第一电机em1动力输出齿轮二和第一电机em1动力输出齿轮一驱动第一电机em1旋转发电，产生的电能储存在车辆动力电池内。

59、进一步的，所述变速箱能够实现3种取力模式，包括：发动机动力分流的混合动力取力模式、第二电机em2单电机纯电取力模式和双电机纯电取力模式。

60、进一步的，所述发动机动力分流的混合动力取力模模式的实现方式为：

61、令所述pto同步器处于右位，接合所述pto齿轮与所述pto输出轴，令所述行星架锁止机构和所述第一电机em1锁止机构处于中位，令所述第一电机em1工作，所述第一电机em1的动力经过第一电机em1动力输出齿轮一、第一电机em1动力输出齿轮二、太阳轮、行星轮、行星架和发动机动力输入轴，经过飞轮带动发动机正向旋转，通过控制第一电机em1的转速，使发动机达到启动转速以上，再进行喷油点火启动发动机；发动机启动后转速与扭矩控制在低油耗区域，经过行星排的动力分流作用，一定比例的扭矩经过发动机动力输入轴、行星架、行星轮、太阳轮、第一电机em1动力输出齿轮二和第一电机em1动力输出齿轮一带动第一电机em1发电，电能储存在动力电池内或供给第二电机em2使用，剩余扭矩经所述发动机动力输入轴、行星架、行星轮、内齿圈、外齿圈和pto齿轮传递给所述pto输出轴；第二电机em2使能工作，动力经所述第二电机em2动力输出齿轮和pto齿轮传递给所述pto输出轴，与发动机传递来的动力汇合后一起驱动取力机构完成车辆作业。

62、进一步的，所述第二电机em2单电机纯电取力模式的实现方式为：

63、关闭发动机，令所述行星架锁止机构和所述第一电机em1锁止机构处于中位，行星排的行星架和内齿圈均随意空转，第一电机em1不使能处于自由状态；令所述第二电机em2工作，动力经所述第二电机em2动力输出齿轮传递给所述pto齿轮；令所述pto同步器处于右位，接合所述pto齿轮与所述pto输出轴，动力经所述pto齿轮传递给所述pto输出轴驱动取力机构完成车辆作业。

64、进一步的，所述双电机纯电取力模式的实现方式为：

65、关闭发动机，令所述行星架锁止机构处于左位，发动机动力输入轴、行星架和壳体为一体；

66、令所述第一电机em1工作，第一电机em1的动力经所述第一电机em1动力输出齿轮一、第一电机em1动力输出齿轮二、太阳轮、行星轮和内齿圈减速增扭后传递给外齿圈和pto齿轮；

67、令所述第二电机em2工作，动力经所述第二电机em2动力输出齿轮传递给所述pto齿轮；

68、令所述pto同步器处于右位，接合所述pto齿轮与pto输出轴，发动机和所述第二电机em2的动力在所述pto齿轮处汇合后传递给pto输出轴驱动取力机构完成车辆作业。

69、本发明带来的有益效果为：

70、本发明提供一种新型工程机械变速箱，包括两个锁止机构，一个功率分流行星机构，两个电机，一个pto同步器，可以实现6种行驶模式和3种取力模式，其中功率分流行星机构为单行星简单行星排及定轴式齿轮的组合，行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配，达到合理平衡发动机负荷的目的，可以使发动机工作在最佳效率区间；本发明还可以实现双电机纯电驱动，电动模式动力性强，此模式下取力机构工作更加节能。

71、本发明提供的新型工程机械变速箱，包括一个双中间轴多挡输出模块，双中间轴多挡输出模块布置2个换挡机构形成4个挡位（包括1个直接挡），直驱模式弥补整车高速时行星齿轮功率分流结构效率低的缺点；双中间轴多挡输出模块既保证了车辆爬坡或重载时的大扭矩需求，又保证了车辆的高速行驶需求；能够实现轴系均载，减小齿轮模数和中心距，结构紧凑；还可以实现同轴输出，更好的满足了车辆对空间布置的需求。