CN102748453B - 一种液压变速传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压变速传动装置，该传动装置包括：大液压缸、小液压缸、液压油箱、无级调速装置和驱动电机，大液压缸和小液压缸之间采用输油管路连通，在连通大液压缸和小液压缸之间的输油管路上设置有一个二位二通电磁阀，大液压缸和小液压缸分别通过输油管路与液压油箱连通，驱动电机运转时通过传动液压驱动主油泵工作，经传动变速输出装置带动小活塞曲轴运行，驱动电机同时经联轴器和无级调速装置带动小活塞输入油泵和大活塞输出油泵工作。本发明通过设计先进的无级液压调速装置、按照编制好的工作程序控制各液压油泵油量的速度及压力、而达到调速调压的目的，特别是利用了帕斯卡的液压原理、成倍地提高了源动力的转化率。

Description

一种液压变速传动装置

技术领域

本发明涉及变速设备领域，特别涉及一种液压变速传动装置，主要用于现代工业自动化程控的无级自动变速器中，也可以改变程控方式（工业自动化采用PLC控制，汽车上可采用单片机固定程序）应用于汽车行业，都是通过调节液压与能量的转换来实现变速传动。

背景技术

现有的所有变速装置几乎都是采用机械变速齿轮换挡传递输出动力，在车用上：传统的液力自动变速器根据汽车的行驶速度和节气门开度的变化，自动变速挡位，其换挡控制方式是通过机械方式将车速和节气门开度信号转换成控制油压，并将该油压加到换挡阀的两端，以控制换挡阀的位置，从而改变换挡执行元件（离合器和制动器）的油路，这样，工作液压油进入相应的执行元件，使离合器结合或分离，制动器制动或松开，控制行星齿轮变速器的升挡或降挡，从而实现自动变速；电控液力自动变速器是在液力自动变速器基础上增设电子控制系统而形成的，它通过传感器和开关监测汽车和发动机的运行状态，接受驾驶员的指令，并将所获得的信息转换成电信号输入到电控单元，电控单元根据这些信号，通过电磁阀控制液压控制装置的换挡阀，其打开或关闭通往换挡离合器和制动器的油路，从而控制换挡时刻和挡位的变换，以实现自动变速。自动变速器的核心控制装置是液压控制装置，液压控制装置由油泵、阀体、离合器、制动器以及连接所有这些部件的液体通路所组成。的配套关键部件是阀体，因此它是自动变速器的控制中心。阀体的作用是根据发动机和底盘传动系的负载状况（节气门开度和输出轴转速），对油泵输出到各执行机构的油压加以控制，以控制液力变矩器，控制各离合器和制动器的结合与分离实现自动换档。在现有的工业化生产中都是采用电机为驱动动力源，其配套的调速装置有机械式齿轮变速、液压传动调速，目前还有最先进的无级调速和变频器调速，但它门都离不开齿轮换挡或有固定的齿轮减速机构。尽管现有技术的不断发展，提高了整体的工作效率，但在其整体的变速性能和动力能源的能量转换中机械效率没有发挥到最佳境界。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有技术中汽车发动机的变速及电机的变速在变速和传递动力的过程中自身都要消耗大量的能量、而且动力能源的转换效率没有发挥到最佳境界，机械传动效率低。

发明内容

为了解决现有技术的问题，具体地是使变速传动装置在达到同等功率输出的条件下减少了源动力的输入功率，可按照负载工作的条件自由调整其速度及功率、过载能力强。本发明实施例提供了一种液压变速传动装置，设计先进的无级液压调速装置、按照编制好的工作程序控制各液压油泵油量的速度及压力、而达到调速调压的目的，特别是利用了帕斯卡的液压原理、成倍地提高了源动力的转化率。所述技术方案如下：

一种液压变速传动装置，所述传动装置包括：大液压缸、小液压缸、液压油箱、无级调速装置和驱动电机，所述大液压缸和所述小液压缸之间设置有一个二位二通电磁阀，所述大液压缸和所述小液压缸分别通过输油管路与所述液压油箱连通；

所述大液压缸内设置有大活塞，所述大活塞通过大活塞连杆与大活塞曲轴机构连接，所述大活塞曲轴机构的一端与大活塞曲轴动力输出机构连接；

所述小液压缸内设置有小活塞，所述小活塞通过小活塞连杆与小活塞曲轴机构连接，所述小活塞曲轴机构的一端通过传动变速输出装置以及液压驱动主油泵与所述驱动电机连接；

所述大液压缸的底部设置有大活塞出油口，与所述大活塞出油口连接的输油管路上设置有一个二位三通电磁阀，所述二位三通电磁阀通过二条输油管路与所述液压油箱连通，在第一条所述二位三通电磁阀与所述液压油箱连通的输油管路上设置有大活塞输出油泵；

所述小液压缸的底部设置有小活塞进油口，在所述小活塞进油口与所述液压油箱连通的输油管路上设置有单向进油阀、溢流阀和小活塞输入油泵；

所述驱动电机与所述无级调速装置、所述液压驱动主油泵、所述小活塞输入油泵和所述大活塞输出油泵均电路连接。

进一步地，所述大液压缸和所述小液压缸为两个独立的缸体，或者所述大液压缸和所述小液压缸为一整体缸体之间使用隔板分割而成。

进一步地，所述大活塞曲轴机构的与连接所述大活塞曲轴动力输出机构一端的相对端设置有动力输出平衡飞轮。

进一步地，所述小活塞曲轴机构的与连接所述传动变速输出装置一端的相对端与传动装置机座固定连接。

进一步地，所述传动装置还包括PLC自动控制器，所述PLC自动控制器采用编程程序控制所述液压驱动主油泵、所述小活塞输入油泵和所述大活塞输出油泵的开启或者关闭。在特殊的条件下也可以采用单片机编写固定的控制程序。

进一步地，所述驱动电机为直流电机或者交流电机，在特殊条件下也可以采用燃油动力或其它自然动力源。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过设计先进的无级液压调速装置、按照编制好的工作程序控制各液压油泵油量的速度及压力、而达到调速调压的目的，特别是利用了帕斯卡的液压原理、成倍地提高了源动力的转化率。另一方面，在达到同等功率输出的条件下减少了源动力的输入功率，可按照负载工作的条件自由调整其速度及功率、过载能力强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的液压变速传动装置结构示意图。

图2是本发明实施例二提供的液压变速传动装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种液压变速传动装置，参见图1，该传动装置包括：大液压缸18、小液压缸17、液压油箱13、无级调速装置9和驱动电机7，该大液压缸18和小液压缸17为两个相互独立的缸体，大液压缸18和小液压缸17之间采用输油管路连通，在连通大液压缸18和小液压缸17之间的输油管路上设置有一个二位二通电磁阀14，大液压缸18和小液压缸17分别通过输油管路与液压油箱13连通。

在大液压缸18内设置有大活塞20，该大活塞20通过大活塞连杆19与大活塞曲轴机构2连接，该大活塞曲轴机构2的一端与大活塞曲轴动力输出机构1连接，大活塞曲轴机构2的与连接大活塞曲轴动力输出机构1一端的相对端设置有动力输出平衡飞轮3，即该大活塞曲轴机构2的两端分别设置大活塞曲轴动力输出机构1和动力输出平衡飞轮3。大活塞20在大液压缸18内的运动带动大活塞连杆19从而带动大活塞曲轴机构2旋转，大活塞曲轴机构2的旋转驱动大活塞曲轴动力输出机构1。

在小液压缸17内设置有小活塞21，该小活塞21通过小活塞连杆22与小活塞曲轴机构4连接，该小活塞曲轴机构4的一端通过传动变速输出装置5以及液压驱动主油泵6与驱动电机7连接，小活塞曲轴机构4的与连接所述传动变速输出装置5一端的相对端与传动装置机座固定连接。驱动电机7再通过一个联轴器8与无级调速装置9连接。这样，小活塞曲轴机构4在驱动电机7、液压驱动主油泵6和传动变速输出装置5的作用下旋转运动，传动变速输出装置5的旋转带动小活塞连杆22从而带动小活塞21运动，由于小活塞21的运动而使得液压油在小液压缸17、大液压缸18以及液压油箱13之间流动，从而驱动大活塞20在大液压缸18内运动。

大液压缸18的底部设置有大活塞出油口24，与大活塞出油口24连接的输油管路上设置有一个二位三通电磁阀15，该二位三通电磁阀15通过二条输油管路与液压油箱13连通，在第一条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路上设置有大活塞输出油泵16。这样，大液压缸18的液压油可以在大活塞输出油泵16的抽取下通过第一条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路输送到液压油箱13内，而当大液压缸18内的压强降低时，液压油箱13内的液压油可以通过第二条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路吸取到大液压缸18内。

小液压缸17的底部设置有小活塞进油口23，在小活塞进油口23与液压油箱13连通的输油管路上设置有单向进油阀12、溢流阀11和小活塞输入油泵10。在小活塞输入油泵10的作用下，液压油箱13内的液压油可以被输送到小液压缸17内，由于在该输油管路上设置有单向进油阀12，则小液压缸17的液压油不能直接通过小液压缸17与液压油箱13连通的输油管路回流到液压油箱13内。

驱动电机7与无级调速装置9、液压驱动主油泵6、小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16均电路连接。这样，驱动电机7运转时通过传动液压驱动主油泵6工作，经联轴器8和无级调速装置9带动小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16工作。该驱动电机7可以根据需要选择直流电机或者交流电机，在特殊条件下可以采用燃油动力或其它自然动力源。

优选地，该传动装置还包括PLC自动控制器，PLC自动控制器采用编程程序控制液压驱动主油泵6、小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16的开启或者关闭。在特殊的条件下可以采用单片机编写控制程序。

本实施例一提供的一种液压变速传动装置的工作原理是：

外部驱动电机7正常运转通过传动液压驱动主油泵6工作，通过传动变速输出装置5驱动小活塞曲轴机构4工作，同时驱动主油泵6还经联轴器8、无级调速装置9带动小活塞输入油泵10、大活塞输出油泵16工作。因有设计成快速增加小活塞腔的进油量的小活塞输入油泵10和快速吸出大活塞腔油量的大活塞输出油泵16、并且可以通过传动变速输出装置5控制小活塞在缸中上下快速的运行。由于各油泵及电磁阀是在特定的程序下根据其负载的需求分别控制输入油泵10进油量的速度、压力和大活塞输出油泵16吸油量的速度、压力，反过来又控制大、小活塞在各缸体中的运行速度及其输出能量的大、小。在小活塞上腔的进油量压力、速度越大，小活塞下行的速度、能量就越大；在大活塞上腔吸出油量的速度越快，其大活塞上行的速度、能量也越大，大活塞曲轴机构2对外输出的速度及能量就越大。反之就越少。

其具体的工作过程是：初始时，大活塞20和小活塞21的上腔都注满了液压油，在液压驱动主油泵6通过传动变速输出装置5推动小活塞21上行时，小活塞上腔的液压油通过二位二通电磁阀14进入大液压缸18内并迫使大活塞20下行，此时小活塞上腔进油口23处的单向进油阀12是关闭的；大活塞上行时液压输出油泵16快速地将其上腔的液压油通过二位三通电磁阀15将其吸出以减少活塞上行的阻力，此时二位二通电磁阀14是关闭的。小活塞21正向下运行，小活塞输入油泵10控制液压油箱13中的液压油快速通过单向进油阀12、小活塞进油口23，进入小活塞上腔、同时迫使小活塞快速下行。因小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16是按照大、小活塞的工作顺序设计工作的，传动变速输出装置5将液压驱动主油泵6的动力输出按照小活塞的运行速度及力矩调整到符合大活塞运行时对外输出动力要求的标准。无级调速装置9按照液压缸大、小活塞运行的速度、力矩标准控制小活塞输入油泵10、大活塞输出油泵16油量的压力及速度。

无级调速装置9是皮带轮的CVT技术装置，控制两个可变直径皮带轮。可变直径皮带轮是CVT的核心，每个皮带轮都由两个相对的20°圆锥组成，皮带位于两个圆锥之间的凹槽中。当皮带轮的两个圆锥离的很远，即直径增大时，皮带位于凹槽中的较低位置，而围绕皮带轮转动的皮带半径将变小。当皮带轮的两个圆锥离的很近，即直径减小时，皮带位于凹槽中的较高位置，而围绕皮带轮转动的皮带半径将变大。CVT可以使用液压压力、离心力或弹簧张力来产生调整皮带轮半轴所需的力。皮带轮中心与皮带在凹槽中的接触位置之间的距离即为节圆半径。当皮带轮远离时，皮带位于较低处，且节圆半径减小。当皮带轮靠近时，皮带位于较高处，且节圆半径增加。驱动皮带轮的节圆半径与从动皮带轮的节圆半径之比决定了档位的高低。在当今电气自动化高速发展的现代化时代，按照事先编制的时序程序，适时地控制各个液压油泵进出电磁阀的开闭、并有规律地控制大小活塞上下运行的速度及动力输出，完全可以达到负载所需的动力及速度。特别是动力输出平衡飞轮3能显著提高大、小活塞曲轴机构运行时动力输出的连续平稳性及整体动力的功率因素。根据帕斯卡液压原理可得其输出的动力不仅比源动力大得多，而且速度还可自由调整。本发明的液压变速传动装置还可设计为多缸多套传动机构以扩大整体的动力输出功率。

液压油泵中的吸入和吸出是按照大、小活塞的工作次序设计工作的，按照事先编制好的时序程序，适时地控制各液压驱动油泵的进出电磁阀有规律地控制大小活塞上下运行的速度，完全可以达到负载所需的工作状态。又因为在液压驱动主油泵6中设计有专门的自由调整油泵压力离心力手柄，可以按照负载工作的需求人工调整其输出动力的速度。该手柄其实就是控制其内部的两个重锤张开角度的大小，角度越大，油泵的转速就越高，油泵产生的压力越大。因液压运行相对于机械运动平稳，输出力矩均衡，特别是对外的输出是经大活塞的曲柄连杆机构，并配备惯性飞轮的辅助平衡作用，根据帕斯卡液压原理可得其输出的动力不仅比源动力大得多，而且还运转平稳，速度还可自由调整。

实施例二

本实施例提供了一种液压变速传动装置，参见图2，该传动装置包括：大液压缸18、小液压缸17、液压油箱13、无级调速装置9和驱动电机7，该大液压缸18和小液压缸17为一整体缸体之间使用隔板分割而成。大液压缸18和小液压缸17之间的隔板上开设有一个连通孔洞，在该连通孔洞处设置有一个二位二通电磁阀14，大液压缸18和小液压缸17分别通过输油管路与液压油箱13连通。

在大液压缸18内设置有大活塞20，该大活塞20通过大活塞连杆19与大活塞曲轴机构2连接，该大活塞曲轴机构2的一端与大活塞曲轴动力输出机构1连接，大活塞曲轴机构2的与连接大活塞曲轴动力输出机构1一端的相对端设置有动力输出平衡飞轮3，即该大活塞曲轴机构2的两端分别设置大活塞曲轴动力输出机构1和动力输出平衡飞轮3。大活塞20在大液压缸18内的运动带动大活塞连杆19从而带动大活塞曲轴机构2旋转，大活塞曲轴机构2的旋转驱动大活塞曲轴动力输出机构1。

在小液压缸17内设置有小活塞21，该小活塞21通过小活塞连杆22与小活塞曲轴机构4连接，该小活塞曲轴机构4的一端通过传动变速输出装置5以及液压驱动主油泵6与驱动电机7连接，小活塞曲轴机构4的与连接所述传动变速输出装置5一端的相对端与传动装置机座固定连接。驱动电机7再通过一个联轴器8与无级调速装置9连接。这样，小活塞曲轴机构4在驱动电机7、液压驱动主油泵6和传动变速输出装置5的作用下旋转运动，传动变速输出装置5的旋转带动小活塞连杆22从而带动小活塞21运动，由于小活塞21的运动而使得液压油在小液压缸17、大液压缸18以及液压油箱13之间流动，从而驱动大活塞20在大液压缸18内运动。

大液压缸18的底部设置有大活塞出油口24，与大活塞出油口24连接的输油管路上设置有一个二位三通电磁阀15，该二位三通电磁阀15通过二条输油管路与液压油箱13连通，在第一条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路上设置有大活塞输出油泵16。这样，大液压缸18的液压油可以在大活塞输出油泵16的抽取下通过第一条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路输送到液压油箱13内，而当大液压缸18内的压强降低时，液压油箱13内的液压油可以通过第二条二位三通电磁阀15与液压油箱13连通的输油管路吸取到大液压缸18内。

小液压缸17的底部设置有小活塞进油口23，在小活塞进油口23与液压油箱13连通的输油管路上设置有单向进油阀12、溢流阀11和小活塞输入油泵10。在小活塞输入油泵10的作用下，液压油箱13内的液压油可以被输送到小液压缸17内，由于在该输油管路上设置有单向进油阀12，则小液压缸17的液压油不能直接通过小液压缸17与液压油箱13连通的输油管路回流到液压油箱13内。

驱动电机7与无级调速装置9、液压驱动主油泵6、小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16均电路连接。这样，驱动电机7运转时通过传动液压驱动主油泵6工作，通过小活塞曲轴机构5带动小活塞上下运行，同时驱动电机7还经联轴器8和无级调速装置9带动小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16工作。该驱动电机7可以根据需要选择直流电机或者交流电机，在特殊条件下可以采用燃油动力或其它自然动力源。

优选地，该传动装置还包括PLC自动控制器，PLC自动控制器采用编程程序控制液压驱动主油泵6、小活塞输入油泵10和大活塞输出油泵16的开启或者关闭。根据需要还可以采用单片机编写程序进行控制。

本实施例二提供的一种液压变速传动装置的工作原理与实施例一提供的液压变速传动装置的工作原理相同，两个传动装置仅在于大液压缸18和小液压缸17的结构不同。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种液压变速传动装置，其特征在于，所述传动装置包括：大液压缸（18）、小液压缸（17）、液压油箱（13）、无级调速装置（9）和驱动电机（7），所述大液压缸（18）和所述小液压缸（17）之间设置有一个二位二通电磁阀（14），所述大液压缸（18）和所述小液压缸（17）分别通过输油管路与所述液压油箱（13）连通；

所述大液压缸（18）内设置有大活塞（20），所述大活塞（20）通过大活塞连杆（19）与大活塞曲轴机构（2）连接，所述大活塞曲轴机构（2）的一端与大活塞曲轴动力输出机构（1）连接；

所述小液压缸（17）内设置有小活塞（21），所述小活塞（21）通过小活塞连杆（22）与小活塞曲轴机构（4）连接，所述小活塞曲轴机构（4）的一端通过传动变速输出装置（5）以及液压驱动主油泵（6）与所述驱动电机（7）连接；

所述大液压缸（18）的底部设置有大活塞出油口（24），与所述大活塞出油口（24）连接的输油管路上设置有一个二位三通电磁阀（15），所述二位三通电磁阀（15）通过二条输油管路与所述液压油箱（13）连通，在第一条所述二位三通电磁阀（15）与所述液压油箱（13）连通的输油管路上设置有大活塞输出油泵（16）；

所述小液压缸（17）的底部设置有小活塞进油口（23），在所述小活塞进油口（23）与所述液压油箱（13）连通的输油管路上设置有单向进油阀（12）、溢流阀（11）和小活塞输入油泵（10）；

所述驱动电机（7）与所述无级调速装置（9）、所述液压驱动主油泵（6）、所述小活塞输入油泵（10）和所述大活塞输出油泵（16）均电路连接。

2.根据权利要求1所述的液压变速传动装置，其特征在于，所述大液压缸（18）和所述小液压缸（17）为两个独立的缸体，或者所述大液压缸（18）和所述小液压缸（17）为一整体缸体之间使用隔板分割而成。

3.根据权利要求1所述的液压变速传动装置，其特征在于，所述大活塞曲轴机构（2）的与连接所述大活塞曲轴动力输出机构（1）一端的相对端设置有动力输出平衡飞轮（3）。

4.根据权利要求1所述的液压变速传动装置，其特征在于，所述小活塞曲轴机构（4）的与连接所述传动变速输出装置（5）一端的相对端与传动装置机座固定连接。

5.根据权利要求1所述的液压变速传动装置，其特征在于，所述传动装置还包括PLC自动控制器，所述PLC自动控制器控制所述液压驱动主油泵（6）、所述小活塞输入油泵（10）和所述大活塞输出油泵（16）的开启或者关闭。

6.根据权利要求1所述的液压变速传动装置，其特征在于，所述驱动电机（7）为直流电机或者交流电机。