阅读说明：本技术 一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置 (Mechanical hydraulic composite transmission device suitable for heavy vehicle ) 是由 马晓枫 王超凡 郭致远 刘春林 李剑峰 葛立坤 于 2020-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置,属于车辆传动技术领域,增强车辆起步、牵引、加速性能,使车辆具备良好的动力性。该装置由前进离合器(6),倒退离合器(7),泵马达(2),第一行星排(3)；第二行星排(4),第三行星排(5)；制动器Z1(22),制动器Z2(29),离合器L1(30),离合器L2(31)组成。本发明可以实现车辆的无级变速,通过行星耦合机构的作用实现了输出功率对液压功率的放大作用,降低对液压元件的功率需求,从而可以选择较小规格的液压元件,实现较大的传输功率。本发明简图可直接应用于轮式车辆传动系统,经过补充转向流后,可以应用于履带车辆领域。(The invention discloses a mechanical hydraulic composite transmission device suitable for a heavy vehicle, belongs to the technical field of vehicle transmission, and enhances the starting, traction and acceleration performances of the vehicle so that the vehicle has good dynamic property. The device comprises a forward clutch (6), a reverse clutch (7), a pump motor (2) and a first planet row (3); a second planetary row (4), a third planetary row (5); brake Z1(22), brake Z2(29), clutch L1(30) and clutch L2 (31). The invention can realize the stepless speed change of the vehicle, realize the amplification effect of the output power on the hydraulic power through the action of the planetary coupling mechanism, and reduce the power requirement on the hydraulic element, thereby selecting the hydraulic element with smaller specification and realizing larger transmission power. The simple diagram can be directly applied to a transmission system of a wheeled vehicle, and can be applied to the field of tracked vehicles after the supplementary steering flow.)

一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置

技术领域

本发明涉及车辆传动技术领域，涉及一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置，尤其适用于重型车辆的传动系统。

背景技术

机械液压复合传动可以理解为是一种将机械与液压装置并联，分别传输功率流的传动系，由发动机输入传动系统的功率流先被分为两路，一路为经液压系统传输的(可无级调节的)功率流，另一路为纯机械方式传输的(高效的)功率流，然后再由一套行星差速器把这两路汇合起来,此项技术的出发点是希望把液压传动的无级调速性能好和机械传动稳态效率高这两者的优点结合起来，以期得到一个既有无级变速性能，又有较高效率和较宽高效区的变速装置。

机械液压传动装置与传统机械传动相比，通过变化液压泵的排量能实现无级变速，具有较理想的动力特性，减小了发动机功率损失和换档冲击；提高了车辆平均行驶速度，增强了机动性能；降低了发动机的燃油消耗，使发动机可在最佳工况下工作；液压元件具有减振和缓冲作用，传动平稳。20世纪80年代，美国在研制新型装甲车辆的过程中，曾对GE公司20世纪60年代研制的HMPT500型机械液压复合传动装置与液力机械传动装置进行过大量的对比试验，评估结果表明，前者具有结构简单、体积、重量小、比功率较高的特点，在无极变速、无极转向、动力制动等方面更是非后者所能企及。因此在此项目中放弃了液力机械传动，转而采用了GE公司HMPT500型静机械液压传动装置。此后，HMPT系列不断完善,出现了HMPT600、HMPT800、HMPT1000等，HMPT 600输入功率为450kW，适合33t装甲车辆；HMPT 800输入功率为597kW，适合30～40t装甲车辆；HMPT1000是先进、低轮廓无级变速装置，采用先进电控系统，能够提供发动机转速与传动速比的精确匹配，以获得最佳燃油效率，该传动装置输入功率为745kW，功率密度高达1050kW/m3，可确保车辆更快加速、更高机动性、更优转向性以及更易于维修，适合30～40t装甲车辆。近些年开发的HMPT1500输入功率高达1120kW，适合30～40t装甲车辆。

日本很早就研制了HMT综合传动箱，小松制作所于1982年研制了HMT相关型液压机械综合传动装置，属于变速转向一体型，即变速转向在功能上无法分离。1989年完成台架试验，1990年进行了实际道路使用试验。其所用的发动机功率为478～552kW，用于日本的自行低后坐力炮。2009年日本研制成功十式主战坦克，据资料介绍，10式主战坦克采用4冲程8缸水冷涡轮增压柴油发动机，功率为882千瓦。车辆最大速度约为70km/h,采用的新研制变速器为液压机械式无极变速器(HMT)，具有3个档，变速器通过采用液压元件和行星齿轮的组合方式使实际传递到主动轮上的功率较高，为动力机组小型化和车辆的小型轻量化提供了重要保障。与液力机械传动相比，动力损失少，可自动变速，通过液压元件可以进行前进和后退模式的转换，前进和倒退的最高速度均可达到70km/h。通过表4日本10式坦克传动装置与其它老装备的比较可以看出，10式坦克的转向性能达到了最优。

武器系统操作人员的舒适性也是提高战斗力生成的一个重要内容，通过减轻操作负担、提高驾驶自动化水平等措施防止驾驶员过早疲劳已经提到越来越重要的位置。

机械液压传动系统的优点是：可连续地在正、倒行驶工况内平稳的进行无级变速，而且性能接近理想的输出特性；传动系统零部件大为减少，不仅布置方便，且可增加车辆离地间隙和提高车辆通过性；可利用增加液流循环阻力的方法进行动力制动；发动机工况可自动调节以保持在最佳工况；用操纵阀控制变速，操纵方便。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种用于适合于重型车辆使用的机械液压复合传动装置，通过引入液压元件的无级调速特性，耦合机械传动的高效特性，通过液压元件的模式转换，扩大传动系统变速范围，增强车辆起步、牵引、加速性能，使车辆具备良好的动力性。同时优化发动机工作状态，提高车辆燃油经济性。本发明解决的另一个技术问题是该传动装置(简图)能够大幅减小传动系统对液压泵马达的功率需求，从而减小泵马达的型号规格，并能够通过机械流和液压流功率的耦合实现车辆的无级输出特性。

本发明的技术方案是：一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置，其特征在于，包括：前进离合器，倒退离合器，泵马达，第一行星排；第二行星排，第三行星排；制动器Z1，制动器Z2，离合器L1，离合器L2；所述的前进离合器，只用于前进档行驶工况，且机械和液压功率流同时工作时，其动力来自于齿轮，齿轮与齿轮啮合，前进离合器的主被动件分别为齿轮和齿轮；前进离合器结合后，机械流经过齿轮、齿轮的啮合向第一行星排提供机械功率；所述的倒退离合器，用于倒退档行驶工况，且机械和液压功率流同时工作时，动力来自于齿轮、齿轮；齿轮与齿轮啮合；齿轮与齿轮啮合；旋向与前进离合器相反，倒退离合器主被动件分别为齿轮和齿轮；倒退离合器结合后，机械流经过齿轮、齿轮的啮合向第一行星排提供电功率；所述的泵马达，泵动力来自于齿轮、齿轮、齿轮；泵马达输出端联接于第一行星排的太阳轮；齿轮、齿轮啮合；所述的第一行星排由第一行星排的太阳轮、第一行星排行星轮组、第一行星排行星架、第一行星排齿圈组成；齿轮与第三行星排行星架连接为一体；所述的第二行星排由第二行星排太阳轮、第二行星排行星轮组、第二行星排行星架、第二行星排齿圈组成；所述的第三行星排由第三行星排太阳轮、第三行星排行星轮组、第三行星排行星架、第三行星排齿圈组成；第三行星排太阳轮与第一行星排齿圈、第二行星排太阳轮连接为一体；第二行星排太阳轮的中心轴一端与第一行星排齿圈的中心轴连接为一体；第二行星排太阳轮的中心轴另一端与第三行星排太阳轮的中心轴连接为一体；第三行星排行星架与第一行星排齿圈连接为一体；其中，第一行星排、第二行星排、第三行星排统称为行星排；其自身结构具体限定为：行星排由太阳轮、行星轮组、行星架、齿圈组成；太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定旋转轴线，行星轮组的行星轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，与太阳轮外啮合，同时与齿圈内啮合；当行星排运转时，行星架上的行星轮在绕行星齿轮轴自转的同时还随着行星架一起绕太阳轮公转，行星轮组由其所在行星排的若干个行星轮构成。

进一步地，所述的制动器Z1，所制动构件为第三行星排行星架；

所述的制动器Z2，所制动构件为第三行星排齿圈；

所述的离合器L1，所操作构件分别为第一行星排行星架和第二行星排行星架；

所述的离合器L2，所操作构件分别为第三行星排行星架和第三行星排的齿圈；离合器L2接合时，第三行星排的第三行星排齿圈与第三行星排行星架连接成一体，第三行星排整体回转。

进一步地，所述前进离合器的结构与倒退离合器的结构相同，转速相同。

进一步地，前进档工况共具有四种模式或四个档：

模式Ⅰ时，制动器Z1和离合器L1结合，只有泵马达一路工作，机械路没有功率输入，第一行星排和第二行星排工作，动力经第二行星排的齿圈以及第三行星排的行星架输出；泵马达为纯液压工况；

模式Ⅱ时，前进离合器Lf、制动器Z2结合，第一行星排和第三行星排同时工作，第二行星排空转，动力经过耦合后由第三行星排的齿圈输出至齿轮；泵马达为机械液压复合传动工况；

模式Ⅲ时，前进离合器Lf、离合器L1结合，第一行星排和第二行星排工作，第三行星排空转，动力由第二行星排的齿圈及第三行星排的行星架输出；泵马达为机械液压复合传动工况；

模式Ⅳ时，前进离合器Lf、离合器L2结合，第一行星排和第三行星排工作，第三行星排整体回转，动力由第三行星排的行星架输出；泵马达的为机械液压复合传动工况。

进一步地，倒退工况共具有四种模式或四个档：

模式-Ⅰ时，制动器Z1和离合器L1结合，只有泵马达一路工作，机械路没有功率输入，第一行星排和第二行星排工作，动力经第二行星排的齿圈以及第三行星排的行星架输出；泵马达_,为纯液压工况；

模式-Ⅱ时，倒退离合器Lr、制动器Z2结合，第一行星排和第三行星排同时工作，第二行星排空转，动力经过耦合后由第三行星排的齿圈输出至齿轮；泵马达为机械液压复合传动工况；

模式-Ⅲ时，倒退离合器Lr、离合器L1结合，第一行星排和第二行星排工作，第三行星排空转，动力由第二行星排的齿圈及第三行星排的行星架输出，泵马达为机械液压复合传动工况；

模式-Ⅳ时，倒退档离合器Lr、离合器L2结合，第一行星排和第三行星排工作，第三行星排整体回转，动力由第三行星排的行星架输出，泵马达为机械液压复合传动工况。

本发明的技术效果是：

1)适合于轮式或履带车辆传动系统；

2)结构相对简单，装置传递效率高，功率密度高；

3)通过功率耦合机构，降低了对液压元件的功率需求。可以用较小规格的液压元件实现较大的总功率输出，即功率放大倍数较高。

4)通过简单添加转向流后可以适用于履带车辆

本发明可以实现车辆的无级变速，通过行星耦合机构的作用实现了输出功率对液压功率的放大作用，降低对液压元件的功率需求，从而可以选择较小规格的液压元件，实现较大的传输功率。本发明简图可直接应用于轮式车辆传动系统，经过补充转向流后，可以应用于履带车辆领域。

附图说明

图1是一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置传动简图。

图2是一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置的液压机械各区段工作原理图。

具体实施方式

本发明适用于轮式或履带车辆的传动系统，发动机为其输入端口，三个行星排当中最后一个排的行星架为输出端输出构件。包括前进离合器、倒退离合器、液压泵马达、三个行星排以及行星排的四个操纵件等。其中，行星机构由三个简单行星排组成，马达与第一行星排太阳轮连接，机械流输入与第一个行星排的行星架联接。除前进和倒退离合器外，系统还包含了两个离合器、两个制动器，共六个操纵件，依靠操纵件不同组合就可以获得不同的行驶模式。本发明可以实现车辆的无级变速，使其具有良好的机动性能，通过输出端的行星式功率耦合机构放大了系统传动的总功率。适用于较重型的轮式或履带车辆使用，易于车辆动力传动系统的布置。

结合本发明的附图对本发明的技术方案进一步描述，

如图1所示，一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置传动简图，包括：前进离合器(6)，倒退离合器(7)，泵马达(2)，第一行星排(3)；第二行星排(4)，第三行星排(5)；制动器Z1(28)，制动器Z2(29)，离合器L1(30)，离合器L2(31)。

所述的前进离合器(6)，只用于前进档行驶工况，且机械和液压功率流同时工作时，其动力来自于齿轮(8)，齿轮(14),离合器主被动件分别为齿轮(14)和齿轮(12)。离合器结合后，机械流经过齿轮(12)、齿轮(13)向第一行星排(3)提供机械功率；

所述的倒退离合器(7)，用于倒退档行驶工况，且机械和液压功率流同时工作时，动力来自于齿轮(8)，齿轮(9),齿轮(10)，齿轮(11)，旋向与前进离合器(6)相反，离合器主被动件分别为齿轮(11)和齿轮(12)。离合器结合后，机械流经过齿轮(12)、齿轮(13)向第一行星排(3)提供电功率；

所述的泵马达(2)，泵动力来自于齿轮(8)，齿轮(14)、齿轮(15)。马达输出端联接于第一行星排(3)的太阳轮(16)；

所述的第一行星排(3)由太阳轮(16)、行星轮组(17)、行星架(18)、齿圈(19)、组成；齿轮(13)与行星架(18)为同一构件。

所述的第二行星排(4)由太阳轮(20)、行星轮组(21)、行星架(22)、齿圈(23)、组成；太阳轮(20)与第一行星排齿圈(19)为同一构件。

所述的第三行星排(5)由太阳轮(24)、行星轮组(25)、行星架(26)、齿圈(27)、组成；太阳轮(24)与第一行星排齿圈(19)第二行星排太阳轮(20)为同一构件。行星架(26)与第一行星排齿圈(23)为同一构件

所述的制动器Z1(28)，所制动构件为第一行星排行星架(18)。

所述的制动器Z2(29)，所制动构件为第三行星排齿圈(27)。

所述的离合器L1(30)，所操作构件分别为第一行星排行星架(18)和第二行星排的行星架(22)。

所述的离合器L2(31)，所操作构件分别为第三行星排行星架(26)和第三行星排的齿圈(27)。离合器L2(31)接合时，第三行星排(5)的齿圈(27)与行星架(26)连接成一体，第三行星排(5)整体回转。

第三行星排行星架(26)作为为输出构件输出传动装置的功率。

本发明中采用的所有行星排均由一个太阳轮、一个齿圈、一个行星架和若干个行星轮组成。太阳轮、齿圈及行星架有一个共同的固定旋转轴线，行星轮支承在固定于行星架的行星齿轮轴上，与太阳轮外啮合，同时与齿圈内啮合。当行星排运转时，空套在行星架上的行星轮在绕行星齿轮轴自转的同时还随着行星架一起绕太阳轮公转。文中所述行星轮组由其所在行星排的若干个(至少3个)行星齿轮构成。

所述的前进离合器(6)、倒退离合器(7)、制动器Z1(28)、制动器Z2(29)离合器L1(30)、离合器L2(31)均为湿式摩擦片式元件。

本发明的一种适用重型车辆的机械液压复合传动装置传动简图的工作原理是：依靠操纵件不同组合，以及行星机构的传输特性就可以获得不同的行驶模式，车辆的行驶状态包括前进和倒退行驶工况。

前进档工况该简图共具有四种模式或四个档

模式Ⅰ时，制动器Z1(28)和离合器L1(30)结合，只有泵马达一路工作，机械路没有功率输入，第一行星排(3)和第二行星排(4)工作，动力经第二行星排(4)的齿圈(23)以及第三行星排(5)的行星架(26)输出。泵马达(2)的斜盘由0→V_pmax,为纯液压工况。

模式Ⅱ时前级档离合器Lf(6)、制动器Z2(29)结合，第一行星排(3)和第三行星排(5)同时工作，第二行星排(4)空转，动力经过耦合后由第三行星排的齿圈(19)输出至齿轮(24)。第一行星排(3)起功率耦合的作用，第三行星排(5)只起降速增扭的作用。泵马达(2)的斜盘由模式Ⅰ末端的V_pmax,→0→-V_pmax,，为机械液压复合传动工况。

模式Ⅲ时前级档离合器Lf(6)、离合器L1(30)结合，第一行星排(3)和第二行星排(4)工作，第三行星排(5)空转，动力由第二行星排(4)的齿圈(23)及第三行星排的行星架(26)输出。第一行星排(3)起功率耦合的作用。泵马达(2)的斜盘变化过程为由模式Ⅱ末端的-V_pmax,→0→+V_pmax,，为机械液压复合传动工况。

模式Ⅳ时前级档离合器Lf(6)、离合器L2(31)结合，第一行星排(3)和第三行星排(5)工作，第三行星排(5)整体回转，动力由第三行星排(5)的行星架(26)输出。第一行星排(3)起功率耦合的作用。泵马达(2)的斜盘变化过程为由模式Ⅲ末端的+V_pmax,→0→-V_pmax,，车辆达到其最高速度，为机械液压复合传动工况。

倒退工况该简图共具有四种模式或四个档

模式-Ⅰ时，制动器Z1(28)和离合器L1(30)结合，只有泵马达一路工作，机械路没有功率输入，第一行星排(3)和第二行星排(4)工作，动力经第二行星排(4)的齿圈(23)以及第三行星排(5)的行星架(26)输出。泵马达(2)的斜盘由0→-V_pmax,为纯液压工况。

模式-Ⅱ时倒退档离合器Lr(7)、制动器Z2(29)结合，第一行星排(3)和第三行星排(5)同时工作，第二行星排(4)空转，动力经过耦合后由第三行星排的齿圈(19)输出至齿轮(24)。第一行星排(3)起功率耦合的作用，第三行星排(5)只起降速增扭的作用。泵马达(2)的斜盘由模式Ⅰ末端的-V_pmax,→0→+V_pmax,，为机械液压复合传动工况。

模式-Ⅲ时倒退档离合器Lr(7)、离合器L1(30)结合，第一行星排(3)和第二行星排(4)工作，第三行星排(5)空转，动力由第二行星排(4)的齿圈(23)及第三行星排的行星架(26)输出。第一行星排(3)起功率耦合的作用。泵马达(2)的斜盘变化过程为由模式Ⅱ末端的+V_pmax,→0→-V_pmax,，为机械液压复合传动工况。

模式-Ⅳ时倒退档离合器Lr(7)、离合器L2(31)结合，第一行星排(3)和第三行星排(5)工作，第三行星排(5)整体回转，动力由第三行星排(5)的行星架(26)输出。第一行星排(3)起功率耦合的作用。泵马达(2)的斜盘变化过程为由模式Ⅲ末端的-V_pmax,→0→+V_pmax,，车辆达到其倒档的最高速度，为机械液压复合传动工况。

模式

离合器Lf

离合器Lr

制动器Z1

制动器Z2

离合器L1

离合器L2

模式Ⅰ

松开

松开

结合

松开

结合

松开

模式Ⅱ

结合

松开

松开

结合

松开

松开

模式Ⅲ

结合

松开

松开

松开

结合

松开

模式Ⅳ

结合

松开

松开

松开

松开

结合

模式-Ⅰ

松开

松开

结合

松开

结合

松开

模式-Ⅱ

松开

结合

松开

结合

松开

松开

模式-Ⅲ

松开

结合

松开

松开

结合

松开

模式-Ⅳ

松开

结合

松开

松开

松开

结合

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