專利名稱：一種定軸式液力機械變速箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種起重、工程、運輸?shù)葍?nèi)燃車輛用，特別是2－4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車用的定軸式液力機械變速箱。
由于液力機械變速箱比普通機械變速箱的性能好，操作方便，可以明顯提高作業(yè)效率，所以在各種起重、工程和運輸用內(nèi)燃車輛上得到廣泛應(yīng)用。特別是由一個向心(或軸向)渦輪式液力變矩器和一個多軸齒輪箱組成的定軸式液力機械變速箱，由于它比行星式液力機械變速箱的結(jié)構(gòu)簡單，加工和裝配精度容易保證，造價低，可靠耐用，所以在上述內(nèi)燃車輛上用得更多。
但是，與普通機械變速箱相比，定軸式液力機械變速箱的結(jié)構(gòu)還是比較復(fù)雜，尺寸和重量大，傳動效率也低，造價則高得多。因此，如何進一步簡化結(jié)構(gòu)，減小尺寸和重量，提高傳動效率并降低其造價，依然是定軸式液力機械變速箱技術(shù)進步的主要方向。特別是在類似2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車那樣對其液力機械變速箱的外形尺寸、軸向長度和造價有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品上推廣應(yīng)用時，必須注意妥善解決的重要課題。
2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車是內(nèi)燃叉車系列中生產(chǎn)數(shù)量最多，使用面最廣的一擋叉車。國外在這一擋叉車上早已采用液力機械變速箱，而我國目前還多數(shù)用的是普通機械變速箱。為了適應(yīng)用戶，特別是國外用戶的需要，也亟應(yīng)采用液力機械變速箱。


圖1是我國叉車行業(yè)參照國外同類產(chǎn)品結(jié)構(gòu)專門為2～4 1/2 噸內(nèi)燃叉車設(shè)計并正在小批投產(chǎn)的(2030)和(3545)CD型液力機械變速箱的結(jié)構(gòu)原理圖(以后簡稱“原結(jié)構(gòu)”)。其左側(cè)部分是一個主要由泵輪1、渦輪2、導(dǎo)輪3和單向離合器5組成的，循環(huán)圓為圓形結(jié)構(gòu)的單級、兩相向心渦輪式液力變矩器；而右側(cè)部分是一個主要由21～28八個齒輪，11和11′兩個摩擦離合器以及(31)～(35)五根傳動軸組成的齒輪箱。其中，齒輪21、22、23和傳動軸(34)、(35)是專為帶動齒輪泵7.7′的輔助傳動，不參與主傳動驅(qū)動。這是一種前進和后退方向都只有一個液力傳動擋的液力機械變速箱。它還存在以下幾個問題影響其發(fā)展1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜不僅由于這種液力機械變速箱所用的單級、兩相向心渦輪式液力變矩器(包括其供油、冷卻系統(tǒng))和摩擦離合器(包括其液壓控制和潤滑系統(tǒng))兩者本來就比機械變速箱的主離合器和手動齒套式離合器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多；而且由于兩者的軸向尺寸都較長，為了把它能放進叉車，只好把原來裝在驅(qū)動橋內(nèi)的小傘齒輪20以及差速器都和液力機械變速箱合在一起，這樣的結(jié)構(gòu)就更復(fù)雜了，加工、裝配、調(diào)整都比較困難，檢修也很不方便。
2、造價高結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，必然使其造價增加。這種液力機械變速箱的定價比機械變速箱貴兩倍以上，約占叉車總價的1／4，致使該叉車售價比機械傳動的叉車提高50％左右。即使是這樣，制造該液力機械變速箱的工廠目前還不獲利，甚至是賠錢的。
3、性能不理想這種液力機械變速箱因為前進和后退方向都只有一個傳動擋，而其液力變矩器的起動變矩比Ko一般不超過3.2，在高速比時輸出功率也明顯下降，這就使得叉車的起動爬坡能力和最高車速兩者很難兼顧，不能都達到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。由于再要提高該液力變矩器的Ko已很困難，而且也不易穩(wěn)定，解決這個問題比較理想的方法只能是增加擋位。然而按照常規(guī)，要增加擋位，就得增加齒輪和摩擦離合器的數(shù)量，這樣會使上面提及的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價高的矛盾更加突出，很難為各方所接受。
以上問題就是當(dāng)前2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車上采用液力機械變速箱特殊難點。
本實用新型的目的是要為起重、工程、運輸?shù)葍?nèi)燃車輛，特別是2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車提供一種改進的定軸式液力機械變速箱，它應(yīng)能用盡可能少的摩擦離合器和齒輪，得到盡可能多的傳動擋位，是一種更加簡單、緊湊、便宜，而且技術(shù)經(jīng)濟性能更加優(yōu)良的先進結(jié)構(gòu)。
本實用新型的目的是這樣來實現(xiàn)的在液力變矩器上增設(shè)快速排油閥9，用以切斷動力，以便能用結(jié)構(gòu)簡單的齒套式離合器12′或爪型離合器12以及單向楔塊14和14′來換向，并通過泵輪1直接驅(qū)動，把本來專作輔助傳動用的齒輪21和22引入主傳動系統(tǒng)，以獲得機械傳動的高速擋。這些措施可同樣適用于帶向心渦輪式和軸向渦輪式液力變矩器的液力機械變速箱。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下幾個實施例及其附圖給出。
圖2是為2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車提出的實施例之一的剖面展開圖。其左側(cè)部分是一個與“原結(jié)構(gòu)”中相同的單級、兩相向心渦輪式液力變矩器，但是在其循環(huán)圓的外周，即泵輪殼6和泵輪1上軸向同心均布的閥孔內(nèi)，增設(shè)了快速排油閥9和彈簧8。快速排油閥9的數(shù)量應(yīng)按排油量和時間來確定，但從動平衡觀點出發(fā)，必須兩個以上。快速排油閥9的控制油是從箱體43、導(dǎo)輪座41、齒輪21和泵輪1上鉆的油孔進入其右端的?？刂朴涂梢灾苯右迷撘毫ψ兙仄鞯墓┯蛪毫?，也可引用專門的控制油壓。在這里，為了能給快速排油閥9傳送控制油，泵輪1和齒輪21必須用螺釘直接緊固在一起，而把隔板油封45從“原結(jié)構(gòu)”中的齒輪21和泵輪1之間移到輸入軸4之上。
在叉車停車狀態(tài)，快速排油閥9的控制油壓和液力變矩器的供油壓力均為零，快速排油閥9被彈簧8壓至右死點，排油口P被打開，所以液力變矩器內(nèi)的工作油總是排空的。
在柴油機啟動怠轉(zhuǎn)后，仍不向液力變矩器和快速排油閥9供油，排油口P仍處于“開”位，所以，液力傳動的動力是切斷的。這時，盡管柴油機帶動輸入軸4、泵輪殼6、泵輪1、齒輪21、22、23和傳動軸(32)、(34)以及與傳動軸(34)連結(jié)的齒輪泵7.7′一起旋轉(zhuǎn)，但渦輪2、渦輪軸10、傳動軸(31)、(33)以及齒輪24、25、26、27、28都不旋轉(zhuǎn)。正因為這樣，它就不必像“原結(jié)構(gòu)”用11和11′兩個摩擦離合器來換向，而是參照機械變速箱那樣，利用位于傳動軸(31)中央花鍵部位的手動常嚙合齒套式離合器12′(或爪型離合器12)換向，并把小傘齒輪20和差速器置于驅(qū)動橋內(nèi)。在這里傳動軸(33)和小傘齒輪20是分開的，中間通過聯(lián)軸節(jié)42來連結(jié)。
當(dāng)叉車準(zhǔn)備前進(或后退)起步時，司機把齒套式離合器12′或爪型離合器12推向齒輪24(或26)使與之嚙合(如果因齒位未對準(zhǔn)而嚙合不進，可向液力變矩器微量充油，渦輪2會帶動傳動軸31作輕微轉(zhuǎn)動后插入)。接著逐步提高液力變矩器的供油壓力，快速排油閥9向左移動，逐漸關(guān)閉排油口P，使液力變矩器內(nèi)的工作油循環(huán)流量和渦輪2上產(chǎn)生的力矩不斷增大。當(dāng)增大到足以克服叉車阻力矩時，渦輪2即通過渦輪軸10、傳動軸(31)、齒套式離合器12′或爪型離合器12、齒輪24、25、27、28或(26、28)、傳動軸(33)、聯(lián)軸節(jié)42、小傘齒輪20驅(qū)使叉車輕穩(wěn)起步。此后，叉車即按液力變矩器的無級變速特性自動加速運行。
圖3是本實用新型實施例之二的剖面展開圖，它和上一實施例的總體結(jié)構(gòu)沒有多大改變，只是在傳動軸(32)上增設(shè)了一個換擋用的摩擦離合器11，所以其前進方向增加了一個機械傳動的高速擋。
從圖3可以看到，齒輪22是用花鍵(或鍵)固定在傳動軸(32)上的，“原結(jié)構(gòu)”中專為輔助傳動用的中間短軸(35)不再出現(xiàn)了。叉車的起步和一擋(液力傳動)的工作情況與上一實施例并無差別，這里不再重述。當(dāng)叉車在前進方向加速行至最高車速VMax的60％左右時，控制系統(tǒng)(手動或自動)在指令傳動軸(32)上的摩擦離合器11結(jié)合的同時，逐步降低液力變矩器的供油壓力，使快速排油閥9右移，打開排油口P，切斷液力傳動的功率。這樣，柴油機的動力就不經(jīng)過液力變矩器傳遞，而是直接通過輸入軸4、泵輪殼6、泵輪1、齒輪21、22、傳動軸(32)、摩擦離合器11、齒輪27、28和傳動軸(33)輸出，得到一個機械傳動的高速擋。應(yīng)當(dāng)指出，在機械傳動的高速擋工作時，由于液力變矩器循環(huán)圓內(nèi)的工作油是排空的，所以齒套式離合器12′或爪型離合器12并不必脫開。這樣，它在換擋過程中，液力傳動到機械傳動的動力換接有一段重疊時間，所以叉車不會出現(xiàn)牽引力中斷的現(xiàn)象。
圖4是本實用新型實施例之三的剖面展開圖，其工作原理與過程以及性能都和上一實施例完全一樣，只是總體結(jié)構(gòu)保留了“原結(jié)構(gòu)”的特色，即把小傘齒輪20和差速器與液力機械變速箱結(jié)合成一個整體。
圖2、3、4三個實施例的共同點是都采用了齒套式離合器12′(或爪型離合器12)來換向，所以換向是在叉車停車或接近停車狀態(tài)下進行的。
圖5是本實用新型實施例之四的剖面展開圖，它采用單向楔塊14和14′來換向。這個實施例的總體結(jié)構(gòu)、工作原理和過程以及性能都和圖3基本一樣，但傳動軸(31)的結(jié)構(gòu)和換向離合器的結(jié)構(gòu)作了較大改動。圖6是傳動軸(31)的B－B剖面圖。結(jié)合圖5和圖6可以看到，在傳動軸(31)中央部位開有6個缺口(缺口的數(shù)量應(yīng)根據(jù)軸徑大小確定，但至少3個)，每一缺口的弧形槽內(nèi)設(shè)有單向楔塊14和14′各一個，同方向穿在小軸16上，左右用側(cè)板15定位。當(dāng)叉車前進(或后退)一擋工作時，控制油進入油路af(或a)通過液壓柱塞17(或17′)推動單向楔塊14(或14′)繞小軸16逆時針方向轉(zhuǎn)動，使之與齒輪24(或外圈13)的內(nèi)孔面接觸并楔合。弓形杠桿18是用作單向楔塊14與14′之間機械連鎖的，即保證當(dāng)單向楔塊14(或14′)楔合時，14′(或14)一定與其外圈脫開，并保持δ的距離，反之亦然。
當(dāng)單向楔塊14(或14′)楔合后，快速排油閥9關(guān)閉液力變矩器的排油口P，并向液力變矩器充油，渦輪2就產(chǎn)生力矩并通過傳動軸(31)、單向楔塊14(或14′)、齒輪24、25、27、28(或26、28)、傳動軸(33)輸出，驅(qū)使叉車前進(或后退)起動加速行駛。由于單向楔塊14(或14′)在切斷動力的情況下任何位置都能結(jié)合，不會出現(xiàn)齒套式離合器12′或爪型離合器12那樣的嚙合不進的現(xiàn)象，所以叉車可以在運轉(zhuǎn)中換向。譬如說，當(dāng)叉車前進高速機械擋工作時，可以指令快速排油閥9快速排油切斷動力并使單向楔塊14脫開，14′楔合，這時仍在行駛的叉車將反過來通過傳動軸(33)、齒輪28、26、傳動軸(31)和渦輪軸10驅(qū)使渦輪2與泵輪1作反向旋轉(zhuǎn)起制動作用。只要調(diào)節(jié)液力變矩器的供油壓力和排油口P的開度，即調(diào)節(jié)其工作油循環(huán)流量并解決好冷卻問題，即可實現(xiàn)叉車的液力制動。
由于傳動軸(33)是低速軸，齒輪28、29的徑向尺寸較大，所以把單向楔塊14、14′直接置于其內(nèi)是比較理想的。從圖7可以看到，它與圖5、6的結(jié)構(gòu)差別在于齒輪28、29是直接支承在傳動軸(33)上的(軸的外徑表面上粘有耐磨材料層，所以齒輪28、29可以在上可靠空轉(zhuǎn))，而單向楔塊14和14′則是反方向串在小軸16上，并用定位銷19作機械連鎖。
本實用新型據(jù)此可以為各種起重、工程、運輸用的內(nèi)燃車輛提供一系列先進的定軸式液力機械變速箱結(jié)構(gòu)
圖8是一個在前進和后退方向都具有兩個液力傳動擋的實施方案的剖面展開圖。其工作過程如下前進一擋工作時，液力變矩器在渦輪2上產(chǎn)生的力矩依次通過渦輪軸10(這里它與傳動軸31制成整體)、齒輪24、25、傳動軸(32)、單向離合器5(換擋時自動轉(zhuǎn)換)、齒輪27、28，單向楔塊14和傳動軸(33)輸出的，這時摩擦離合器11和單向楔塊14′是脫開的。
前進二擋工作時，渦輪2上產(chǎn)生的力矩依次通過渦輪軸10齒輪26、27、28、單向楔塊14和傳動軸(33)輸出。這時。單向離合器5和單向楔塊14′是脫開的。
后退一擋工作時，渦輪2上產(chǎn)生的力矩依次通過渦輪軸10、齒輪24、25、傳動軸(32)、單向離合器5、齒輪27、26、29、單向楔塊14′和傳動軸(33)輸出。這時摩擦離合器11和單向楔塊14是脫開的。
后退二擋工作時，渦輪2上產(chǎn)生的力矩依次通過渦輪軸10、摩擦離合器11、齒輪26、29、單向楔塊14′和傳動軸(33)輸出。這時，單向離合器5和單向楔塊14是脫開的。
圖9是一個在前進和后退方向都具有兩個液力傳動擋和一個機械傳動擋實施方案的剖面展開圖。其機械傳動的高速擋是通過齒輪21、22來驅(qū)動和傳動軸(32)上增設(shè)的摩擦離合器11′來得到的。在機械傳動高速擋工作時，單向離合器5和摩擦離合器11是脫開的。
圖10是一個在前進和后退方向都具有一個液力傳動擋和兩個機械傳動擋的實施方案的剖面展開圖。它與圖9的主要差別是把齒輪25和27分開并取消了單向離合器5。在機械傳動擋工作時，液力變矩器內(nèi)工作油一定排空，以切斷液力傳動的動力。
上面所列的幾個實施方案，都是以(31)、(32)、(33)三根傳動軸和21、22、24、25、26、27、28、29八個齒輪為基礎(chǔ)搭配起來得到的幾個典型結(jié)構(gòu)，它們還只適用于單軸驅(qū)動的內(nèi)燃車輛，對于雙軸驅(qū)動的車輛來說(如裝載機、重載車輛等)，只要增加一根傳動軸和相應(yīng)的齒輪，就能滿足要求。
綜上可見，本實用新型的明顯優(yōu)點是其摩擦離合器的數(shù)量比傳統(tǒng)的定軸式液力機械變速箱可以減少2／3～3／4。以圖3、4、5的實施例來說，它們都只用了一個摩擦離合器，而按照常規(guī)要得到這樣前進兩擋、后退一擋的液力機械變速箱就必須有三個摩擦離合器。以圖8的實施例來說，它才用了一個摩擦離合器，而按照常規(guī)就必須有四個摩擦離合器。而圖9、10的實施例也僅用了兩個摩擦離合器就得到前進和后退方面都有三個擋的結(jié)構(gòu)，而按照常規(guī)則應(yīng)該有六個摩擦離合器。摩擦離合器的數(shù)量的如此減少，不但可以大大簡化整個液力機械變速箱的結(jié)構(gòu)，改善其尺寸和重量指標(biāo)，降低其制造成本；而且可以有效提高其傳動效率和使用壽命。這是因為不論在叉車停車、發(fā)動機怠轉(zhuǎn)時，還是在叉車運行中，各摩擦離合器的主、被動摩擦片之間總存在很大的相對滑摩損失，特別在主、被動摩擦片反向旋轉(zhuǎn)的摩擦離合器中，其空轉(zhuǎn)滑摩損失更大。
上述優(yōu)點對2～4 1/2 噸小型內(nèi)燃叉車來說就更加突出。圖2的實施例為把我國正在大量生產(chǎn)和使用CPC2～CPC3型機械傳動內(nèi)燃叉車直接改裝成液力傳動內(nèi)燃叉車提供了一種最簡單、最便宜、最容易實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。圖3、4、5與“原結(jié)構(gòu)”相比，齒輪數(shù)還是8個，摩擦離合器減少一個，輔助傳動用的中間短軸(35)也省去了。不但尺寸、重量和造價都會有所下降，而且還增加了一個機械傳動的高速擋。根據(jù)柴油機正常工作允許的彈性范圍，低速液力擋的齒輪傳動比l1和高速機械擋齒輪傳動比l2兩者的比值l1／l2可取為1.4～1.6。這就是說，如果仍選用“原結(jié)構(gòu)”的液力變矩器和最高車速，則本實用新型可使叉車前進行駛的起動爬坡能力增大40～60％，并相應(yīng)提高高速行駛時的輪周功率和傳動效率。而即使采用如圖3中所示那樣的葉型簡單、工藝性好、價格便宜、比較容易掌握的蛋形或半蛋形循環(huán)圓結(jié)構(gòu)的單級、單相液力變矩器也能得到理想的效果。
另外，本實用新型因為把骨架油封45移位于輸入軸4上，所以較好地解決了“原結(jié)構(gòu)”中該油封容易摩損漏油和檢修不方便的缺點；由于可以通過快速排油閥9實現(xiàn)輕穩(wěn)起步，特別是當(dāng)利用單向楔塊14和14′換向時，還有可能實現(xiàn)車輛的液力制動。所有這些性能，都是人們所迫切要求，而目前傳統(tǒng)的定軸式液力機械變速箱還未能完全解決的問題?？傊?，本實用新型將有可能把定軸式液力機械變速箱的技術(shù)經(jīng)濟性能向前大大推進一步。
權(quán)利要求1.一種起重、工程和運輸?shù)葍?nèi)燃車輛用，特別是2～41/2噸小型內(nèi)燃叉車用的定軸式液力機械變速箱，該液力機械變速箱由一個向心(或軸向)渦輪式液力變矩器和一個多軸齒輪箱組成，它的特征在于其液力變矩器上設(shè)有快速排油閥9，用以切斷液力傳動的動力；齒輪箱內(nèi)，用齒套式離合器12，或爪型離合器12以及單向楔塊14和14′換向，并通過泵輪1直接驅(qū)動獲得機械傳動的高速擋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力機械變速箱，其特征在于快速排油閥9的數(shù)量應(yīng)為兩個以上，并軸向同心均布在液力變矩器循環(huán)圓的外周，即泵輪殼6和泵輪1組成的閥孔之內(nèi)，其控制油是依次通過箱體43、導(dǎo)輪座41、齒輪21和泵輪1上的油孔進入的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力機械變速箱，其特征在于換向用齒套式離合器12′或爪型離合器12位于傳動軸(31)的中央花鍵部位，是常嚙合滑套式的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述液力機械變速箱，其特征在于采用單向楔塊14和14′進行換向，單向楔塊14和14′的數(shù)量相等，均為三個以上(含三個)，由液壓油通過徑向放置的液壓柱塞17和17′來推動，使與其外圈楔合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的液力機械變速箱，其特征在于置于傳動軸(31)上的每對單向楔塊14和14′是同方向串在同一小軸16上，由兩側(cè)擋板15定位，利用弓形杠桿18作機械連鎖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的液力機械變速箱，其特征在于置于傳動軸(33)上的每對單向楔塊14和14′是反方向串在同一小軸16上的，由兩側(cè)擋板15定位，利用定位銷19作機械連鎖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力機械變速箱，其特征在于齒輪21是用螺釘直接與泵輪1緊固在一起的，骨架油封45位于輸入軸4上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述液力機械變速箱，其特征在于當(dāng)機械傳動高速擋工作時，柴油機的動力是依次通過輸入軸4、泵輪殼6、泵輪1、齒輪21和22來傳遞并輸出的。
專利摘要本實用新型屬于一種定軸式液力機械變速箱。它能用盡可能少的摩擦離合器和齒輪，得到盡可能多的傳動擋，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單、緊湊、便宜、可靠并能使車輛實現(xiàn)輕穩(wěn)起步和液力制動。其特征是通過快速排油閥9切斷動力，用齒套式離合器12′或爪形離合器12以及單向楔塊14和14′換向，并利用泵輪1直接驅(qū)動獲得機械傳動的高速擋。它可用于各種起重、工程、運輸用內(nèi)燃車輛，特別是為2-4(1/2)噸內(nèi)燃叉車提供了幾種比較理想的實施方案。
文檔編號F16H47/00GK2047322SQ8920309
公開日1989年11月8日 申請日期1989年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年3月23日
發(fā)明者鄭兆虞 申請人:鄭兆虞