直接驅動的靜壓變速器的制造方法
【專利說明】直接驅動的靜壓變速器
[0001]相關申請
[0002]本申請要求2013年4月12日提交的美國臨時申請第61/811，581號的權益，該申請全部以參見的方式納入本文。
技術領域
[0003]本發明涉及一種靜壓動力傳動系統并且更確切地涉及具有直接驅動能力的靜壓動力傳動系統。
【背景技術】
[0004]靜壓變速器使用液壓流體來將動力從動力源(例如，內燃機)傳遞至動力輸出(例如，最終驅動裝置或多個車輪)。靜壓變速器通常用在農用拖拉機以及其他不是在高速公路的設備中，例如叉車、挖掘機、土方機械及其他車輛。
[0005]靜壓變速器的主要益處是大范圍的持續可變速度、對牽引力和牽引速度的精確控制以及高的可操縱性。這些益處中的每個均與車輛的生產率直接相關。其他優點包括緊湊尺寸下的高動力容量、與低慣性相關的快速響應、與負載無關地維持受控速度、低發動機速度下的高牽引力、封裝靈活性、動態制動以及逆轉車輛方向時的簡便性。與諸如具有變矩器的流體動力變速器之類的傳統技術方案相比，靜壓變速器能提供改進的性能。作為非限制的示例，輪式裝載機的應用會需要高的可操縱性以及寬泛的扭矩和速度轉換范圍。
[0006]然而，靜壓變速器并非不具有他們自身的缺點。與傳統的齒輪變速器相比，靜壓變速器趨于具有較低的總體效率、增大維護成本并且增大初始投資成本。于是，針對靜壓變速器中給定應用的涉及考慮變得十分重要。作為非限制的示例，靜壓變速器的設計會聚焦于一個或多個特定的操作模式，例如為了提供最大牽引力的低速驅動、可變速度操作或最大速度操作。將設計聚焦在操作模式上會提高變速器的總體效率，且變速器各部件的合適尺寸設定會產生成本更為有效的技術方案。
[0007]靜壓動力傳動系統基于液壓栗和液壓馬達的特征能分成許多標準的種類。該靜壓動力傳動系統可包括固定排量栗或可變排量栗和固定排量馬達或可變排量馬達。靜壓動力傳動系統中的通用組合是構造有可變排量栗和固定排量馬達的傳動系統。在此種組合中，輸出速度通過改變栗的排量來控制。
[0008]為了提高靜壓動力傳動系統的通用性、例如包括高的輸出容量和寬泛的操作速度范圍，已開發了靜壓動力傳動系統的許多替代方案來滿足這些需求。其中一個最簡單并且最通用的技術方案是使用串聯地連接有機械齒輪箱的靜壓變速器。然而，由于此種傳送系統并不提供直接驅動操作模式，因而該傳動系統通常是低效的。
[0009]該直接驅動操作模式允許在動力源和動力輸出之間使用一個或多個附加的動力路徑。這些附加的動力路徑通過使用旁通路徑而與僅有靜壓動力路徑相比提供更寬的輸出速度范圍，不會產生在靜壓動力路徑中固有的損失，該旁通路徑通過一個或多個齒輪比將動力源“直接地”連接于動力輸出。“直接驅動”動力路徑在本領域中已經是眾所周知的。該直接驅動操作模式的其中一個實施形式通過鎖止變矩器來執行。作為該直接驅動操作模式的示例的公開文獻是授予克拉克漢斯零部件公司(Clark Hurth Components S.P.A.)的美國專利No 5,946,983以及授予JCB挖掘機和JCB變速器有限公司(J.C.Bamford ExcavatorsLimited and JCB Transmiss1ns)的美國專利Νο.2011/0030505。
[0010]雖然直接驅動操作模式的概念已被廣泛地理解，但本發明提供既成本有效又性能高效的獨特應用來使得傳動比優化地用于動力路徑和各部件的布置。有利的是，開發一種包括直接驅動能力的靜壓動力傳動系統，該靜壓動力傳動系統在維持靜壓驅動在低速操作模式下的益處的同時，提供在高度操作模式下提高效率的益處。
【發明內容】
[0011]目前本發明提出，令人驚訝地發現一種包括直接驅動能力的靜壓動力傳動系統，該靜壓動力傳動系統在維持靜壓驅動在低速操作模式下的益處的同時，可提供在高度操作豐旲式下提尚效率的益處。
[0012]在一個實施例中，本發明涉及一種靜壓動力傳動系統。該靜壓動力傳動系統包括動力源、靜壓栗、靜壓馬達、直接驅動鏈路、第一變速器部分以及第二變速器部分。該靜壓栗與動力源驅動地接合。該靜壓馬達與靜壓栗流體連通。該直接驅動鏈路與動力源和靜壓栗中的至少一個驅動地接合。第一變速器部分與車輛輸出和靜壓馬達驅動地接合。第二變速器部分與直接驅動鏈路并且與車輛輸出和第一變速器部分中的至少一個驅動地接合。靜壓栗、靜壓馬達以及第一變速器部分形成用于靜壓動力傳動系統和直接驅動鏈路的第一動力路徑，而第二變速器部分形成用于靜壓動力傳動系統的第二動力路徑。
[0013]在參照附圖進行閱讀時，從下文對較佳實施例的詳細描述中，本發明的各種優點對于本領域技術人員會變得顯而易見。
[0014]附圖的簡要說明
[0015]當根據附圖考慮時，以上及本發明的其它優點對本領域的技術人員來說從以下【具體實施方式】中變得顯而易見，附圖中:
[0016]圖1是根據本發明一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0017]圖2是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0018]圖3是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0019]圖4是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0020]圖5是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0021]圖6是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0022]圖7是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0023]圖8是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0024]圖9是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0025]圖10是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0026]圖11是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0027]圖12是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0028]圖13是根據本發明另一實施例的靜壓動力傳動系統的示意圖；
[0029]圖14是說明包含有在圖4和9中不出的靜壓動力傳動系統的車輛的不例性效率和牽引力隨著速度變化的圖表；
[0030]圖15是說明包含有在圖7、8、10、11和12中示出的靜壓動力傳動系統的車輛的示例性效率和牽弓I力隨著速度變化的圖表;以及
[0031]圖16是說明包含有在圖1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13中示出的靜壓動力傳動系統的車輛的示例性效率隨著速度變化的圖表。
【具體實施方式】
[0032]應該理解，除了明確指定相反的地方外，本發明可假設各種可替代性方向及步驟順序。還應該理解，附圖中所示及以下說明書中所述的具體設備和過程是所附權利要求書中限定的發明概念的簡單示例性實施例。因此，除非權利要求書明確指出，否則關于所公開的實施例的具體尺寸、方向或其它物理特征不理解應為限制性。
[0033]圖1不出靜壓動力傳動系統1000。該靜壓動力傳動系統1000包括與第一靜壓栗1004驅動接合的動力源1002和直接驅動鏈路1006。第一靜壓栗1004與靜壓馬達1008流體連通。靜壓馬達1008與第一變速器部分1010驅動接合，且第一變速器部分與車輛輸出1012驅動接合。直接驅動鏈路1006與第二變速器部分1014驅動接合，且該第二變速器部分與車輛輸出1012驅動接合。該靜壓動力傳動系統1000可在靜壓模式或者直接驅動模式下操作。
[0034]動力源1002向靜壓動力傳動系統1000的輸入1016施加動力。動力源1002例如是內燃機;然而，應理解的是，該動力源1002可包括電動機或者另一轉動輸出源。應理解的是，該動力源1002可以是既包括內燃機又包括電動機的混合動力源。此外，應理解的是，該動力源1002可包括本領域已知的輸出比調節裝置。此外，應理解的是，該動力源1002可包括本領域已知的接合裝置(未示出)，用于如下操作之一:即，減小和中斷傳遞至靜壓動力傳動系統1000的轉動力。
[0035]輸入1016與動力源1002、第一靜壓栗1004和直接驅動鏈輪1006驅動接合。輸入1016可以是齒輪、多個齒輪、軸或其他類型的機械連接。
[0036]第一靜壓栗1004是具有可動斜盤(未示出)的液壓軸向活塞栗，該可動斜盤可改變液壓軸向活塞栗的排量。然而，應理解的是，第一靜壓栗1004也可以是任何其他類型的可變排量栗。在此如上所述，第一靜壓栗1004通過輸入1016與動力源1002驅動地接合。第一靜壓栗1004通過至少兩個流體管道1018與靜壓馬達1008流體連通。由于第一靜壓栗1004與動力源1002驅動地接合，因而第一靜壓栗1004的驅動部分總是沿與動力源1002相同的方向轉動。流過第一靜壓栗1004的流動方向通過調節該第一靜壓栗1004的斜盤角度來改變。通過調節該第一靜壓栗1004的斜盤角度，在靜壓動力傳動系統1000以靜壓模式操作時提供前進方向和倒車方向。
[0037]靜壓馬達1008是具有可動斜盤(未示出)的可變排量液壓馬達，該可動斜盤改變該可變排量液壓馬達的排量且由此改變轉速。然而，應理解的是，該靜壓馬達1008可以是另一種類型的液壓馬達。該靜壓馬達1008與第一變速器部分1010驅動地接合。該靜壓馬達1008通過至少兩個流體管道1018與第一靜壓栗1004流體連通。
[0038]第一變速器部分1010是與靜壓馬達1008驅動地接合的離合結構。第一變速器部分1010也通過第二變速器部分1014的一部分和副軸(lay shaft) 1020與車輛輸出1012驅動地接合。第一變速器部分1010包括第一接合裝置1022和第一傳動比1024。通過接合第一接合裝置1022，靜壓馬達1008通過第一傳動比1024、第二變速器部分1014和副軸1020與車輛輸出1012驅動地接合。該第一接合裝置1022是可以可變地接合的離合器;然而，應理解的是，也可使用其他類型的接合裝置。在此如上所述，通過調節該第一靜壓栗1004的斜盤角度，該第一變速器部分1010并且由此車輛輸出1012可沿前進方向和倒車方向操作。
[0039]直接驅動鏈路1006是便于輸入1016和第二變速器部分1014之間的驅動接合的機械連接部分。該直接驅動鏈路1006也與第二靜壓栗1026驅動接合。
[0040]第二變速器部分1014是通過副軸1020與直接驅動鏈路1006和車輛輸出1012驅動地接合的離合結構。該第二變速器部分1014包括第二接合裝置1028、第三接合裝置1030、第二傳動比1032以及第三傳動比1034。通過接合該接合裝置1028、1030中的一個，可選擇傳動比1032、1034中的一個。該接合裝置1028、1030是可以可變地接合的離合器;然而，應理解的是，也可使用其他類型的接合裝置。該第二變速器部分1014的傳動比1032、1034構造成兩個前進驅動速度;然而，應理解的是，該第二變速器部分2014也可具有其他驅動速度布置。[0041 ]副軸1020是與第二傳動比1032、第三傳動比1034以及車輛輸出1012驅動接合的機械連接部分。該副軸1020是可轉動地安裝的軸，但應理解的是，該副軸1020可以是齒輪、多個齒輪或者其他類型的機械連接。副軸的第一部分1036通過多個齒輪齒與第二傳動比1032驅動接合。副軸的第二部分1038通過多個齒輪齒與第三傳動比1034和車輛輸出1012驅動接入口 ο
[0042]第二靜壓栗1026是固定排量液壓栗。然而，應理解的是，該第二靜壓栗1026也可以是任何其他類型的液壓栗。在此如上所述，第二靜壓栗1026通過輸入1016和直接驅動鏈路1006與動力源1002驅動地接合。該第二靜壓栗1026可通過至少兩個流體管道1040與靜壓馬達1008流體連通，或者該第二靜壓馬達1026可以與輔助回路(未示出)流體連通。
[0043]在使用中，靜壓動力傳動系統1000可以在靜壓模式或者直接驅動模式下操作，在任一驅動模式中，接合裝置1022、1028、1030中僅有一個可在任何給定瞬時完全地接合。在靜壓模式中，該靜壓動力傳動系統1000使用第一傳動比1024以較低速度操作。在此如上所述，通過調節靜壓栗1004的斜盤角度，可為第一傳動比1024提供前進方向和倒車方向。在直接驅動模式中，靜壓動力傳動系統1000使用第二傳動比1032和第三傳動比1034中的一個在較高的速度下操作。在此如上所述，第二變速器部分1014的傳動比1032、1034構造成兩個前進驅動速度。此外，應理解的是，通過向靜壓動力傳動系統1000添加又一些部件，例如附加的齒輪，可向靜壓動力傳動系統1000的直接驅動模式添加倒車驅動方案。
[0044]圖2示出根據本發明的另一實施例的靜壓動力傳動系統2000。該靜壓動力傳動系統2000包括通過直接驅動鏈路2006與第一靜壓栗2004驅動接合的動力源2006。該第一靜壓栗2004與靜壓馬達2008流體連通。該靜壓馬達2008與第一變速器部分2010驅動接合，且該第一變速器部分與車輛輸出2012驅動接合。該直接驅動鏈路2006與第二變速器部分2014驅動接合，且該第二變速器部分通過第一變速器部分2010與車輛輸出2012驅動接合。該靜壓動力傳動系統2000可在靜壓模式或者直接驅動模式下操作。
[0045]動力源2002向靜壓動力傳動系統2000的直接驅動鏈路2006施加動力。動力源2002例如是內燃機;然而，應理解的是，該動力源2002可包括電動機或者另一轉動輸出源。應理解的是，該動力源2002可以是既包括內燃機又包括電動機的混合動力源。此外，應理解的是，該動力源2002可包括本領域已知的輸出比調節裝置。此外，應理解的是，該動力源2002可包括本領域已知的接合裝置(未示出)，用于如下操作之一:即，減小和中斷傳遞至靜壓動力傳動系統2000的轉動力
[0046]直接驅動鏈路2006是便于動力源2002和第一靜壓栗2004之間的驅動接合的機械連接部分。該直接驅動鏈路2006也與第二變速器部分2014和動力輸出裝置2016驅動接合。該直接驅動鏈路2006是剛性軸;然而，該直接驅動鏈路2006也可以是齒輪、多個齒輪或者其他類型的機械連接。
[0047]第一靜壓栗2004是具有可動斜盤(未示出)的液壓軸向活塞栗，該可動斜盤可改變液壓軸向活塞栗的排量。然而，應理解的是，第一靜壓栗2004也可以是任何其他類型的可變排量栗。在此如上所述，第一靜壓栗2004通過直接驅動鏈路2006與動力源2002驅動地接合。
[0048]第一靜壓栗2004通過至少兩個流體管道2018與靜壓馬達2008流體連通。由于第一靜壓栗2004與動力源2002驅動地接合，因而第一靜壓栗2004的驅動部分總是沿與動力源2002相同的方向轉動。流過第一靜壓栗2004的流動方向通過調節該第一靜壓栗2004的斜盤角度來改變。通過調節該第一靜壓栗2004的斜盤角度，在靜壓動力傳動系統2000以靜壓模式操作時提供前進方向和倒車方向。
[0049]靜壓馬達2008是具有可動斜盤(未示出)的可變排量液壓馬達，該可動斜盤可改變可變排量液壓馬達的排量且由此改變轉速。然而，應理解的是，該靜壓馬達2008可以是另一種類型的液壓馬達。該靜壓馬達2008與第一變速器部分2010驅動地接合。該靜壓馬達2008通過至少兩個流體管道2018與第一靜壓栗2004流體連通。
[0050]第一變速器部分2010是與靜壓馬達2008和第二變速器部分2014驅動地接合的離合結構。第一變速器部分2010也通過第二變速器部分2012的一部分與車輛輸出2012驅動地接合。該第一變速器部分2010包括第一接合裝置2020、第二接合裝置2022、第一傳動比2024、第二傳動比2026、第三傳動比2028以及