专利名称：工程机械用电控换挡机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程机械行业，具体地说装载机系列的变速换挡系统。
技术背景
目前，公知应用在装载机上的换挡机构有两大类诸如匹配国产变速箱的 机械式操纵机构和诸如匹配以德国的ZF自动变速箱为主的电液换挡机构。国外 普遍采用电液换挡，变速箱结构复杂，成本较高。国内目前广泛采用的是传统 的机械式手动换挡机构(刚性连杆机构或换挡软轴结构)，但是该类换挡机构传 动"结点"多，换挡手柄的操作空间较大，从而造成装配调整难度大，传动效 率较低，换挡较"重"，行驶中的频繁换挡易造成操作者的的紧张与疲劳，安全 隐患逐年上升
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题就是针对以上不足而提供一种工程机械用 电控换挡机构，通过分析单元的微处理器进行控制，由数字气缸活塞杆的复合 运动带动工程机械车辆上的变速箱阀杆进行往复动作，完成换挡动作。具有平 稳换挡、换挡准确，占用驾驶室空间小，不需要专门维护等特点。
本实用新型所采用的技术方案是
一种工程机械用电控换挡机构，主要由顺次连接的输入单元、分析单元、 执行单元、反馈单元构成。输入单元与驾驶室方向柱连接，采集自动复位式组
合手柄给出换挡信号并输送到分析单元；分析单元对输入的换挡信号进行处理 并根据反馈单元反馈的位置信号为执行单元提供执行信号；执行单元执行分析 单元给出的各种执行指令，从而实现换挡动作；反馈单元将换挡实际动作情况进行跟踪反馈，并将反馈信号输送到分析单元。
分析单元还与显示单元连接，将挡位实际情况予以显示。
输入单元与分析单元之间还设有安全防护开关，以防止车辆停止后的误操作。
分析单元主要由控制电路和控制阀系构成，控制阀系由电磁换向阀A、 B、 C,
三通接头si、 sn，减压阀，排放五通和消音排气阀构成，控制电路与电磁换
向阀A、 B、 C连接，控制电磁换向阀A、 B、 C的启闭，电磁换向阀A、 B、 C的 接口A3、 B3、 C3与执行单元连接，电磁换向阀A、 B、(:接口A2、 B2、 C2分别 与排放五通的接口P1、 P2、 P3连接，电磁换向阀A的接口 A1与三通接头SII的 接口S6连接，电磁换向阀B的接口B1与三通接头SII的接口S5连接，电磁换 向阀C的接口 Cl与减压阀的接口 Jl连接，减压阀的接口 J2与三通接头S I的 接口 S2连接，三通接头S I的接口 S3与三通接头SII的接口 S4连接，三通接 头S I的接口 Sl连接主气源，排放五通的接口 P4与消音排气阀连接。
执行单元主要由数字汽缸构成，数字汽缸由缸体及缸体内的主活塞杆、第 一主活塞环、第二主活塞环、辅活塞杆、辅活塞环构成，缸体上具有进气孔Q1、 Q2、 Q3，缸体内设有主活塞杆，主活塞杆的末端具有第一主活塞环，第一主活 塞环的外侧设有第二主活塞环，第一主活塞环与第二主活塞环之间设有感应磁 环；主活塞杆的外侧环套接辅活塞杆，辅活塞杆的末端与辅活塞环连接，主活 塞杆与变速箱上的阀杆连接。
缸体与辅活塞环、第二主活塞环之间设有活塞支撑环，以减少摩擦损耗。
活塞支撑环为含铜四氟活塞支撑环。
反馈单元主要由缸体上设置的四个磁性传感元件K1、 K2、 KR、 KN构成，磁性传感元件与控制电路连接，用以采集主活塞杆的位置信息。
显示单元由四个的发光二极管L1、 L2、 LR、 LN构成，分别连接在分析单元 的线路板上，根据缸体上的四个磁性传感元件K1、 K2、 KR、 KN反馈的当前位置 和输入的控制指令，以显示不同的挡位信息。
本实用新型可以达到的有益效果是
1、 本实用新型的换挡动作符合规定的操作模式相邻挡位递增递减变换。 因此有效的提高了变速箱的使用寿命。
2、 本实用新型采用电子控制、气动执行完成工程车辆的挡位切换工作，克 服了了现有老式变速操纵使用机械连杆直接控制变速阀杆操纵力较大的不足， 同时与新型电液变速装置相比，由于新型电液变速装置必须匹配高端的变速箱， 仅变速箱价格大约节约1倍。
3、 本实用新型是基于现有变速箱，不需改变变速箱，不需增加动力单元， 直接利用车载电源和气源低成本增加，实现变速机构自动控制的操纵方式，不 仅减低操作人员的工作强度，而且生产继承性好，产品档次提高明显。
4、 本实用新型不仅能使驾驶员轻松平稳地完成换挡动作，而且换挡准确， 占用驾驶室空间小，不需要专门的润滑维护，同时减少了由于驾驶员换挡技术 存在的差异导致整车的燃料经济性提高以及动力性污染排放的增加。
图1是本实用新型的总体结构逻辑方框图。
图2是本实用新型的组装总成图(其中图2-2为图2-1中执行单元的俯视结 构示意图)。
图3是本实用新型分析单元的结构示意图(其中图3-2为图3-1的A向视图)。 图4分析单元中控制电路的电路原理图。图5是执行单元中数字气缸的纵向剖面示意图。 图6为本实用新型气路工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述
如图l、图2、图3、图4、图5、图6所示该工程机械用电控换挡机构， 主要由顺次连接的输入单元l、分析单元2、执行单元3、反馈单元4构成。输 入单元1与驾驶室方向柱10连接，采集自动复位式组合手柄11给出换挡信号 并输送到分析单元2;输入单元1与分析单元2之间还设有安全防护开关6，以 防止车辆停止后的误操作；分析单元2对输入的换挡信号进行处理并根据反馈 单元4反馈的位置信号为执行单元3提供执行信号；执行单元3执行分析单元2 给出的各种执行指令，从而实现换挡动作；反馈单元4将换挡实际动作情况进 行跟踪反馈，并将反馈信号输送到分析单元2;分析单元2还与显示单元5连接， 将挡位实际情况予以显示。其中分析单元2主要由控制电路20和控制阀系构 成，控制阀系由电磁换向阀A、 B、 C，三通接头SI、 SII，减压阀J，排放五通 P和消音排气阀X构成，控制电路20与电磁换向阀A、 B、 C连接，控制电磁换 向阀A、 B、 C的启闭，电磁换向阀A、 B、 C的接口A3、 B3、 C3与执行单元2连 接，电磁换向阔A、 B、 C接口A2、 B2、 C2分别与排放五通P的接口P1、 P2、 P3 连接，电磁换向阀A的接口A1与三通接头SII的接口S6连接，电磁换向阀B的 接口 Bl与三通接头SII的接口 S5连接，电磁换向阀C的接口 Cl与减压阀的接 口 Jl连接，减压阀的接口 J2与三通接头S I的接口 S2连接，三通接头S I的 接口 S3与三通接头SII的接口 S4连接，三通接头S I的接口 Sl连接主气源Q， 排放五通P的接口 P4与消音排气阀X连接。控制电路由微处理器Microchip PIC16F917-I/PT及其外围电路构成，其中微处理器Microchip PIC16F917-I/PT的Ps、 P9分别经上拉电阻RK1、 RK2与自动复位式组合手柄11连接，釆集自动 复位式组合手柄11的换挡信号；微处理器Microchip PIC16F917-I/PT的P2、 P3 、 P" Ps分别经上拉电阻R6、 R7、 R8、 R9与四个磁性传感元件K1、 K2、 KR、 KN连接，采集主活塞杆的位置信息；微处理器Microchip PIC16F917-I/PT的 P32、 P35 、 P36、 P37分别经电阻R14、 R15、 R16、 R17与四个连接四个发光二极管 Ll、 L2、 LR、 LN，显示不同的挡位信息；微处理器Microchip PIC16F917-I/PT 的Pw、 P2o 、 Pa分别经电阻R3、三级管Q1，电阻R4、三级管Q2，电阻R5、三 级管Q3后与电磁换向阀A、 B、 C连接，以控制电磁换向阀A、 B、 C的启闭。执 行单元主要包括数字汽缸，数字汽缸由缸体53及缸体53内的主活塞杆52、第 一主活塞环56、第二主活塞环55、辅活塞杆51、辅活塞环54构成，缸体53上 具有进气孔Q1、 Q2、 Q3，缸体53内设有主活塞杆52，主活塞杆52的末端具有 第一主活塞环56，第一主活塞环56的外侧设有第二主活塞环54，第一主活塞 环56与第二主活塞环55之间设有感应磁环57;主活塞杆52的外侧环套接辅活 塞杆51，辅活塞杆51的末端与辅活塞环54连接，主活塞杆52与变速箱上的阀 杆7连接，缸体53与辅活塞环54、第二主活塞环55之间设有含铜四氟活塞支撑 环58，以减少摩擦损耗。
工作过程大致如下当车辆启动(打开点电源总开关，接通电路)时，系 统自动执行N挡程序，系统对电磁换向阀C、电磁换向阀A同时供电，控制电路 20收到磁性传感元件K3的反馈信号后，对电磁换向阀C、电磁换向阀A持续供 电，l秒后切断电路，同时显示单元中的LN指示灯亮，以此防止车辆失控；
操纵自动复位式组合手柄11，当动作信号输入后，微处理器Microchip PIC16F917-I/PT对当前位置及状态进行分析后，驱动相应的电磁换向阀C 或电磁换向阀B或电磁换向阀A动作，数字气缸根据电磁换向阀C、 B、 A的启闭情况进行组合进气，可以实现10.5mm、 21mm、 31.5mm三个行程、四 个位置的动作，挡位"R": H二31. 5mm，挡位"N": H:21mm，挡位"l": H=10. 5mm， 挡位"2": H二Omm (H表示多位控制数字气缸主活塞杆和辅活塞杆相对移动 位移之和。)微处理器Microchip PIC16F917-i/pt收到磁性传感元件Kl、 K2、 KR、 KN的反馈信号后，对电磁换向阀C或电磁换向阀B或电磁换向阀A 维持供电l秒后切断电源，发光二极管L1、 L2、 LR指示相应的挡位信息。 因本实用新型采用正反单向循环原理，因此每个动作之间的逻辑关系如下 r —— N —— Fl —一 F2。即当由N挡进入1挡时，该动作为在当前 挡位为"N"时向上(+ )搬动自动复位式组合手柄一次，系统对电磁换向阀 C、 2同时供电，控制电路20收到磁性开关2的反馈信号后，对电磁换向阀 C、电磁换向阀B持续供电l秒后切断电路，同时指示灯"L1"点亮；当由 N挡进入R挡时该动作为在当前挡位为"N"时向下(-)搬动手柄一次， 系统对电磁换向阀C供电，控制电路20收到磁性传感元件KN的反馈信号后， 对电磁换向阀C持续供电1秒后切断电路，同时指示灯"LR"点亮；由R 挡只能进入N挡该动作为在当前挡位为"R"时向上(+ )搬动手柄一次， 系统对电磁换向阀C、电磁换向阀A同时供电，控制电路20收到磁性传感 元件KR的反馈信号后，对电磁换向阀C、电磁换向阀A持续供电l秒后切 断电路，同时指示灯"LN"点亮；当前位置为R时，向操纵手柄，系统 不进行任何动作；当由F1挡进入F2挡时，该动作为在当前挡位为"F1"时 向上(+ )搬动手柄一次，系统对电磁换向阀A、电磁换向阀B同时供电， 控制电路20收到磁性传感元件K1的反馈信号后，对电磁换向阀A、电磁换 向阀B持续供电1秒后切断电路，同时指示灯"L2"点亮；当由F1挡进入 N挡时该动作为在当前挡位为"F1"时向下(-)搬动手柄一次，系统对电磁换向阀C、电磁换向阀A同时供电，控制电路20收到磁性传感元件KR 的反馈信号后，对电磁换向阀C、电磁换向阀A持续供电1秒后切断电路， 同时指示灯"LN"点亮；由F2挡只能进入Fl挡，该动作为在当前挡位为"F2" 时向下(-)搬动手柄一次，系统对电磁换向阀C、电磁换向阀B同时供电， 控制电路20收到磁性传感元件K2的反馈信号后，对电磁换向阀C、电磁换 向阀B持续供电l秒后切断电路，同时指示灯"F1"点亮，当前位置为F2 时，"+ "向操纵手柄，系统不进行任何动作。
本实用新型的换挡动作符合规定的操作模式相邻挡位递增递减变换，因 此有效的提高了变速箱的使用寿命；采用电子控制、气动执行完成工程车辆的 挡位切换工作，克服了现有老式变速操纵使用机械连杆直接控制变速阀杆操纵 力较大的不足；同时基于现有变速箱，不需改变变速箱，不需要增加动力单元， 直接利用现有的电源、气源就可以使用，不仅减低操作人员的工作强度，而且 生产继承性好，产品档次提高明显。因此本实用新型不仅能使驾驶员轻松平稳 地完成换挡动作，而且换挡准确，占用驾驶室空间小，不需要专门的润滑维护， 同时减少了由于驾驶员的换挡技术存在的差异导致整车的燃料经济性提高、动 力性污染排放的增加。
权利要求1、一种工程机械用电控换挡机构，主要由顺次连接的输入单元(1)、分析单元(2)、执行单元(3)、反馈单元(4)构成，其特征在于输入单元(1)与驾驶室方向柱连接，采集自动复位式组合手柄给出的换挡信号并输送到分析单元(2)；分析单元(2)对输入的换挡信号进行处理并根据反馈单元(4)反馈的位置信号为执行单元(3)提供执行信号；执行单元(3)执行分析单元(2)给出的各种执行指令，从而实现换挡动作；反馈单元(4)将换挡实际动作情况进行跟踪反馈，并将反馈信号输送到分析单元(2)。
2、 如权利要求l所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于分析单元(2)还与显示单元(5)连接，将挡位实际情况予以显示。
3、 如权利要求1或2所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于输入单元(1)与分析单元(2)之间还设有安全防护开关(6)，以防止车辆停止后的误操作。
4、 如权利要求3所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于分析单元(1)主要由控制电路(20)和控制阀系构成，控制阀系由电磁换向阀(A)、 (B)、(C)，三通接头(SI )、 (SII)，减压阀(J)，排放五通(P)和消音排气阀(X)构成，控制电路(20)与电磁换向阀(A)、 (B)、 (C)连接，控制电磁换向阀(A)、(B)、 (C)的启闭，电磁换向阀(A)、 (B)、 (C)的接口 (A3)、 (B3)、 (C3)与执行单元(3)连接，电磁换向阀(A)、 (B)、 (C)接口 (A2)、 (B2)、 (C2)分别与排放五通(P)的接口 (Pl)、 (P2)、 (P3)连接，电磁换向阀(A)的接口(Al)与三通接头(SID的接口 (S6)连接，电磁换向阀(B)的接口 (Bl)与三通接头(SID的接口 (S5)连接，电磁换向阀(C)的接口 (Cl)与减压阀(J)的接口 (Jl)连接，减压阀的接口 (J2)与三通接头(S I )的接口 (S2)连接，三通接头(SI )的接口 (S3)与三通接头(SII)的接口 (S4)连接，三通接头(SI )的接口 (Sl)连接主气源(Q)，排放五通的接口 (P4)与消音排气阀(X)连接。
5、 如权利要求4所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于执行单元(3) 主要由数字汽缸构成，数字汽缸由缸体(53)及缸体(53)内的主活塞杆(52)、第一主活塞环(56)、第二主活塞环(55)、辅活塞杆(51)、辅活塞环(54) 构成，缸体(53)上具有进气孔(Ql)、 (Q2)、 (Q3)，缸体(53)内设有主活塞杆(52),主活塞杆(52)的末端具有第一主活塞环(56)，第一主活塞环(56)的外侧设有第二主活塞环(55)，第一主活塞环(56)与第二主活塞环(55) 之间设有感应磁环(57);主活塞杆(52)的外侧环套接辅活塞杆(54)，辅活塞杆(51)的末端与辅活塞环(54)连接，主活塞杆(52)与变速箱上的阀杆(7)连接。
6、 如权利要求5所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于缸体(53)与辅活塞环(54)、第二主活塞环(55)之间设有活塞支撑环(58)，以减少摩擦损耗。
7、 如权利要求6所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于活塞支撑环(58)为含铜四氟活塞支撑环。
8、 如权利要求3所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于反馈单元(4) 主要由缸体(53)上设置的四个磁性传感元件(Kl)、 (K2)、 (KR)、 (KN)构成，四个磁性传感元件(Kl)、 (K2)、 (KR)、 (KN)与控制电路(20)连接，用以采集主活塞杆(52)的位置信息。
9、 如权利要求3所述的工程机械用电控换挡机构，其特征在于显示单元(5) 由四个的发光二极管(Ll)、 (L2)、 (LR)、 (LN)构成，分别连接在分析单元(2)的中控盒内的线路板上，根据反馈单元(4)中的四个磁性传感元件(Kl)、(K2)、 (KR)、 (KN)反馈的当前位置及输入的控制指令，以显示不同的挡位信
专利摘要本实用新型公开一种工程机械用电控换挡机构，主要由顺次连接的输入单元、分析单元、执行单元、反馈单元构成。输入单元与驾驶室方向柱连接，采集自动复位式组合手柄给出换挡信号并输送到分析单元；分析单元对输入的换挡信号进行处理并根据反馈单元反馈的位置信号为执行单元提供执行信号；执行单元执行分析单元给出的各种执行指令，从而实现换挡动作；反馈单元将换挡实际动作情况进行跟踪反馈，并将反馈信号输送到分析单元。本实用新型的换挡动作符合规定的操作模式，有效的提高了变速箱的使用寿命；基于现有变速箱改造，不需改变变速箱，不需增加动力单元，直接利用车辆现有电源、气源，实现变速机构自动控制的操纵方式，生产继承性好，产品档次提高明显。
文档编号F16H59/02GK201265644SQ20072031234
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者喜 周, 杜万庆, 钧 杨, 杨长儒, 郭兰草 申请人:洛阳市黄河软轴控制器有限公司