一种拖拉机机械-液力并联动力耦合变速箱的制作方法

本发明涉及一种机械-液力动力耦合的拖拉机变速箱，属于拖拉机传动箱技术领域。

背景技术：

随着我国农业机械水平的不断发展，拖拉机的需求也越来越多。变速箱是拖拉机的重要组成部分，为达到某些作业需求，变速箱也在不断地更新。经过多年的发展，拖拉机变速箱主要分为手动变速箱和自动变速箱两种。手动变速箱主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组成产生不同的传动比，但只有有限个固定的传动比，这类属于机械传动；自动变速箱由液力变矩器、行星齿轮、液压变矩系统和液压操纵系统组成，主要是液力传递和齿轮组合的方式达到变速变矩，此类属于液力传动。机械传动的特点是结构简单，但只有某几个固定的传动比，不能满足拖拉机的各种作业工况，而且换挡时冲击较大；液力传动的特点是可以实现无级变速，但只能在速比较小的范围内实现无级变速，不能满足拖拉机更多的作业工况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种拖拉机机械-液力动力耦合变速箱，将拖拉机机械传动输出的动力和液力变矩传动输出的动力进行耦合，使得液力变矩器在较大的传动比范围内进行无级变速。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种拖拉机机械-液力并联动力耦合变速箱，包括变速箱动力输入轴和变速箱动力输出轴，所述变速箱动力输入轴的动力同时传递给液力变矩器和中间传动轴，所述液力变矩器上的液力变矩器输出轴上安装有太阳轮，所述太阳轮上啮合有行星轮，所述行星轮安装在齿圈内，所述中间传动轴通过齿轮传动将动力传递给机械传动输出轴，所述机械传动输出轴通过齿轮传动将动力传递给齿圈调速齿轮，所述齿圈调速齿轮与齿圈固定连接，所述行星轮上设有行星架，所述变速箱动力输出轴固定在所述行星架上。

上述方案中，所述变速箱动力输入轴上安装有输入轴齿轮，所述中间传动轴上安装有中间传动轴齿轮和双联齿轮，所述机械传动输出轴上安装有低挡被动齿轮和高挡被动齿轮，所述中间传动轴齿轮与所述输入轴齿轮啮合，所述双联齿轮与所述低挡被动齿轮或所述高挡被动齿轮啮合。

上述方案中，所述机械传动输出轴上安装有机械传动输出齿轮，所述机械传动输出齿轮与所述齿圈调速齿轮啮合。

上述方案中，所述中间传动轴和所述中间传动轴齿轮之间安装有液压离合器。

上述方案中，所述机械传动输出轴上安装有机械传动制动装置。

本发明的有益效果：本发明的液力变矩器输出轴将液力变矩传动机构输出的动力传递给太阳轮，机械传动输出齿轮将机械传动输出的动力传递给齿圈调速齿轮，齿圈调速齿轮与齿圈连为一体，从而将动力传给齿圈，行星齿轮机构将两输入动力进行耦合，最后动力由行星架输出给变速箱动力输出轴，从而可以获得更宽的变速箱传动比范围，可以满足拖拉机多种作业工况，而且具有换挡平顺，减少油耗的特点。

附图说明

图1为本发明所述的拖拉机变速箱的结构示意图。

图2为本发明所述的拖拉机变速箱的应用案例图。

附图标记说明如下：1、变速箱动力输入轴；2、输入轴齿轮；3、液力变矩器；4、液力变矩器输出轴；5、齿圈调速齿轮；6、齿圈；7、行星轮；8、太阳轮；9、变速箱动力输出轴；10、行星架；11、机械传动输出齿轮；12、机械传动制动装置；13、机械传动输出轴；14、高挡被动齿轮；15、双联齿轮；16、液压离合器；17、中间传动轴；18、低挡被动齿轮；19、中间传动轴齿轮。具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行更详细的说明。

如图1所示，一种拖拉机机械-液力并联动力耦合变速箱，包括：液力变矩传动机构、机械传动机构、行星齿轮耦合机构；所述液力变矩传动机构位于变速箱的上部；所述机械传动机构位于变速箱的下部；所述行星齿轮耦合机构位于变速箱的后部；变速箱动力输入轴1的一端通过轴承固定在变速箱壳体上，另一端与液力变矩器3相连；输入轴齿轮2通过花键安装在变速箱动力输入轴1上，并与变速箱动力输入轴1一同旋转；中间传动轴齿轮19空套在中间传动轴17上；变速箱动力输入轴1上的齿轮2与中间传动轴17上的齿轮19常啮合；中间传动轴17的另一端套装有双联齿轮15，可在轴上滑动；高挡被动齿轮14与低挡被动齿轮18通过花键安装在机械传动输出轴13上，可通过拨叉拨动双联齿轮15左右移动与低挡被动齿轮18或高挡被动齿轮14啮合，进行动力传递；行星齿轮机构有两个输入，一是液力变矩器输出轴4，将液力传动的动力传递给太阳轮8，另一个是机械传动输出轴13最右端的齿轮11，该齿轮与齿圈调速齿轮5啮合，而齿圈调速齿轮5与齿圈6连为一体，从而将机械传动输出的动力传递给齿圈6；行星架10是行星齿轮耦合机构的输出。

机械传动输出轴13上安装有机械制动装置12，可以控制行星齿轮耦合机构是单动力驱动还是双动力驱动。

中间传动轴17上安装有液压离合器16，离合器随轴一起旋转。当断开机械传动制动装置12时，行星齿轮机构为双动力驱动，此时，需要接合机械传动部分。离合器内的液压油推动活塞，将离合器压紧在中间传动轴齿轮19上，使齿轮19随着中间传动轴17的转动而转动，从而机械传动部分与液力传动部分通过行星齿轮进行耦合，最终输出耦合的动力。当机械传动制动装置12闭合时，中间传动轴齿轮19与液压离合器16处于断开状态，齿轮19空套在中间传动轴17上，不随轴而转动，只随与之啮合的输入轴齿轮2转动，不传递动力。

本实施例中拖拉机变速箱进行动力耦合的工作原理如图2所示，一方面，发动机输出的动力传递给变速箱动力输入轴1，此时，动力一方面传递给液力变矩传动机构，液力变矩器3接收变速箱动力输入轴1输入的动力，并传递给液力变矩器输出轴4，最后，液力变矩器输出轴4将动力传递给行星耦合机构的太阳轮8。另一方面，动力传递给机械传动机构，变速箱动力输入轴1上的齿轮2将发动机的动力传递给与之相啮合的中间传动轴17上的齿轮19，液压离合器16通过液压作用压紧在中间传动轴齿轮19上，齿轮19通过液压离合器16将动力传递给中间传动轴17，拨叉拨动双联齿轮15向左移动，使得双联齿轮15左侧与低挡被动齿轮18相啮合，此时动力通过低挡被动齿轮18传递给机械传动输出轴13；或者，拨叉拨动双联齿轮15向右移动，使得双联齿轮15右侧与高挡被动齿轮14相啮合，此时动力通过高挡被动齿轮14传递给机械传动输出轴13，实现拖拉机高挡或低挡作业。

行星齿轮耦合机构有两个输入，一个输出。液力变矩器输出轴4将液力变矩传动机构输出的动力传递给太阳轮8，机械传动输出齿轮11将机械传动输出的动力传递给齿圈调速齿轮5，齿圈调速齿轮5与齿圈6连为一体，从而将动力传给齿圈6，行星齿轮机构将两输入动力进行耦合，最后，动力由行星架10输出。

本实施例中，液力变矩器的速比特性介绍详细如下。

液力变矩器的原始特性是指泵轮转矩系数λb，变矩比k及传递效率η与转速比i之间的关系。

变矩器的速比i为涡轮转速nt与泵轮转速nb之比，即

泵轮转矩系数λb为泵轮转矩tb式中的比例常数，泵轮转矩式为

式中：ρ---工作油的密度；d---变矩器的有效直径‘nb---泵轮转速。

泵轮转矩系数λb与速比i的关系表明了变矩器的“透过性”，即泵轮载荷变化情况与涡轮载荷的关系。由图中可以看出，泵轮转矩系数曲线随着转速比i的增加而随之下降，表明该液力变矩器有正穿透性，也就是涡轮转矩tt增大时，泵轮转矩tb也随之增大。

变矩比k为涡轮输出转矩tt与泵轮输入转矩tb之比，即

变矩比通常用来评价液力变矩器的变矩性能，即液力变矩器在牵引工况范围内，按一定的无极地改变从泵轮轴传递到涡轮轴转矩的能力。

效率η为输出功率与输入功率之比，即

效率η是用来衡量液力变矩器经济性能的一个指标。从图中可以看出，液力变矩器的效率随着转速比的增加先增大后减小，在i*处效率最高，i*大约为0.65，最高效率约为80％左右。转速比在i1-i2之间，也就是大约0.5-1区间，液力变矩器处于高效率区，此时，无级变速效率较高。但是，转速比的范围过小，使得拖拉机只能在较小的传动比范围内实现无级变速，不能满足大部分的工况。

本实施例的单动力驱动力过程如下：

闭合机械制动装置12，可实现液力变矩器输出轴4对行星齿轮耦合机构的单动力驱动。此时，与机械传动输出轴13相啮合的齿轮11同机械传动输出轴13一起被锁死，从而与机械传动输出齿轮11相啮合的齿圈调速齿轮5也被锁死，导致与齿圈调速齿轮5连为一体的齿圈6被锁死，动力无法传递给齿圈6，所以只有液力变矩器输出轴4将动力传递给太阳轮8，太阳轮8将动力传递给与之啮合的行星轮7，然后行星轮7将动力传给啮合的行星架10，最后由行星架10输出动力。

本实施例的双动力驱动过程如下：

断开机械制动装置12，并使液压离合器16压紧在中间传动轴齿轮19上，可实现液力变矩器输出轴4和机械传动输出齿轮11对行星齿轮耦合机构的双动力驱动。此时，行星齿轮耦合机构有两个输入，一是液力变矩器输出轴4将动力传给太阳轮8，太阳轮8将动力传递给与之啮合的行星轮7；另一个输入是机械传动输出轴齿轮11将动力传递给与之啮合的齿圈调速齿轮5，然后齿圈调速齿轮5将动力传递给与之连为一体的齿圈6，齿圈6将动力传递给与之内啮合的行星轮7。最后将两个输入动力进行耦合，由行星架10输出最终的动力。

通过将两动力进行耦合，可以获得更大的变速箱传动比范围。

具体实施例：该机械-液力并联动力耦合变速箱应用在一种拖拉机上，如图2所示，安装在拖拉机上的变速箱动力由发动机提供，经过离合器将动力输入到变速箱动力输入轴上。机械制动装置采用液压盘式制动器，推动制动泵操纵杆，制动泵对储液罐中的制动液加压，然后推动盘式制动器的制动蹄压紧制动盘。换挡拨叉拨动双联齿轮15左右移动，分别与低挡被动齿轮18和高挡被动齿轮14相啮合，实现高、低挡。行星齿轮耦合机构输出的动力由变速箱动力输出轴9输出变速箱，经后桥中央传动机构将动力传递给传动半轴，最后传递给驱动轮进行作业。

本发明一种拖拉机变速箱，几个典型的动力传递路径如下：

(1)液力传动：制动装置12闭合；变速箱动力输入轴1→液力变矩器3→液力传动输出轴4→太阳轮8→行星轮7→行星架10→变速箱输出轴9

(2)机械-液力耦合：制动装置12断开，液压离合器16与中间传动轴齿轮19相连；

机械部分：低挡(双联齿轮15左移)变速箱输入轴1→输入轴齿轮2→中间传动轴齿轮19→液压离合器16→中间传动轴17→双联齿轮15→低挡被动齿轮18→机械传动输出轴13→机械传动输出齿轮11→齿圈调速齿轮5→齿圈6

高挡(双联齿轮15右移)变速箱输入轴1→输入轴齿轮2→中间传动轴齿轮19→液压离合器16→中间传动轴17→双联齿轮15→高挡被动齿轮14→机械传动输出轴13→机械传动输出齿轮11→齿圈调速齿轮5→齿圈6

液力部分：变速箱输入轴1→液力变矩器3→液力传动输出轴4→太阳轮8

行星齿轮将机械传动的动力和液力传动的动力进行耦合，有两个输入:太阳轮8和齿圈6，最后耦合的动力由行星架10输出到变速箱输出轴9，以此输出变速箱。

综上所述，本发明所述的拖拉机变速箱，在箱体内设置了液力变矩传动机构、机械传动机构和行星齿轮耦合机构，使拖拉机获得更大的的传动比范围并且在作业过程中换挡更加平顺，减少油耗，满足拖拉机的作业要求。