1.本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种自动换挡的传动系统和换挡方法。


背景技术：

2.现有推土机动力传动路线采取：路线一，液力变矩器+动力换挡变速箱+中央传动+终传动，路线二，主离合器+机械换挡变速箱+中央传动+终传动。其中路线一采用液力传动，换挡方式为动力换挡或电控换挡，但动力传递效率较低，结构复杂。路线二采用机械换挡方式，动力传递效率较高，但操作性能差，舒适性差。
3.而且现有推土机所采用的变速箱的挡位少，升级自动换挡后，狭窄的传动比带宽限制了功率的合理利用。
4.因此，需要一种自动换挡的传动系统和换挡方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种自动换挡的传动系统和换挡方法，能够实现较高动力传递效率，且满足整机车速性能需求。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种自动换挡的传动系统，包括：
8.主离合器，所述主离合器与动力系统连接；
9.变速箱，所述变速箱包括串联的第一变速箱和第二变速箱，所述第一变速箱的输入端与所述主离合器连接，所述第一变速箱用于换向，所述第二变速箱包括一挡传动组件、二挡传动组件、三挡传动组件和四挡传动组件，用以实现一挡速度输出、二挡速度输出、三挡速度输出和四挡速度输出；
10.液压控制系统，所述液压控制系统用于控制所述主离合器的离合，所述第一变速箱的传动方向和所述第二变速箱的输出转速。
11.进一步地，所述主离合器与所述动力系统之间设置有减振器，所述减振器分别与所述主离合器和所述动力系统连接。
12.进一步地，所述液压控制系统包括供油泵和与所述供油泵分别连通的第一换向控制阀、第二换向控制阀、一级控制阀、二级控制阀、三级控制阀和四级控制阀；所述第一换向控制阀和所述第二换向控制阀设置在所述第一变速箱中，用于控制所述第一变速箱的输出转向，所述一级控制阀、所述二级控制阀、所述三级控制阀和所述四级控制阀均设置在所述第二变速箱中，所述一级控制阀用于控制所述一挡传动组件，所述二级控制阀用于控制所述二挡传动组件，所述三级控制阀用于控制所述三挡传动组件，所述四级控制阀用于控制所述四挡传动组件。
13.进一步地，所述第一变速箱包括第一转轴、第一太阳轮、第一行星轮、保持架和第一齿圈，所述第一转轴转动设置在所述第一变速箱的箱体中，且与所述主离合器连接，所述第一太阳轮设置在所述第一转轴上，所述第一行星轮与所述第一太阳轮啮合，所述第一行
星轮设置在所述保持架的一端上，所述保持架的另一端与所述第一齿圈啮合，所述第一齿圈上设置有前进制动器，所述前进制动器能够固定所述第一齿圈，所述第一换向控制阀用于控制所述前进制动器制动或者断开。
14.进一步地，所述第一变速箱包括第二太阳轮、第二行星轮、第一行星架和换向齿圈，所述第二太阳轮设置在所述第一转轴上，所述第二行星轮与所述第二太阳轮啮合，所述第二行星轮设置在所述第一行星架一端上，所述第一行星架的另一端与所述第一行星轮啮合，所述换向齿圈转动设置在所述第一变速箱的箱体中，所述第二行星轮与所述换向齿圈啮合，后退制动器能够固定所述换向齿圈，所述第二换向控制阀用于控制所述后退制动器制动或者断开。
15.进一步地，所述第二变速箱中设置有第二转轴，所述第二转轴的一端相对所述第二变速箱伸出，所述四挡传动组件包括四挡太阳轮、四挡行星轮和四挡齿圈，所述四挡太阳轮设置在所述第二转轴上，所述四挡行星轮与所述四挡太阳轮啮合，所述四挡行星轮设置在所述第一行星架上，所述四挡齿圈转动设置在所述第二变速箱中，所述四挡行星轮与所述四挡齿圈啮合，四挡制动器能够固定所述四挡齿圈，所述四级控制阀用于控制所述四挡制动器制动或者断开。
16.进一步地，所述三挡传动组件包括三挡太阳轮、三挡行星轮、三挡齿圈和第二行星架，所述三挡太阳轮设置在所述第二转轴上，所述三挡行星轮与所述三挡太阳轮啮合，所述第二行星架设置在所述三挡行星轮上，所述三挡齿圈转动设置在所述第二变速箱中，所述三挡行星轮与所述三挡齿圈啮合，三挡制动器能够固定所述三挡齿圈，所述三级控制阀用于控制所述三挡制动器制动或者断开。
17.进一步地，所述二挡传动组件包括二挡太阳轮、二挡行星轮和二挡齿圈，所述二挡太阳轮设置在所述第二转轴上，所述二挡行星轮与所述二挡太阳轮啮合，所述第二行星架设置在所述二挡行星轮上，所述二挡齿圈转动设置在所述第二变速箱中，所述二挡行星轮与所述二挡齿圈啮合，二挡制动器能够固定所述二挡齿圈，所述二级控制阀用于控制所述二挡制动器制动或者断开。
18.进一步地，所述一挡传动组件包括一挡齿轮，所述一挡齿轮设置在所述第二转轴上，所述一挡齿轮通过一挡离合器与所述第二行星架传动连接，所述一级控制阀用于控制所述一挡离合器。
19.一种换挡方法，用于对如上所述的自动换挡的传动系统进行换挡控制，包括如下步骤：
20.s1、采集油门开度、车速和第一变速箱的转向；
21.s2、依据油门开度、车速和所述第一变速箱的转向确定目标挡位，如果保持原挡位则返回步骤s1，否则进行下一步；
22.s3、确定换挡时间t，
23.t＝k1t1+k2t2+k3t3+k4t4，其中，t1为主离合器切断分离时间，t2为脱离挡位的分离时间，t3为目标挡位的接合时间，t4为主离合器接合时间，k1为主离合器分离时间的调整系数、k2脱离挡位对应的调整系数、k3为目标挡位对应的调整系数、k4为主离合器接合进入时间的调整系数；
24.s4、按照所述换挡时间t进行换挡操作，k1t1为主离合器切断分离时间，k1t1+k2t2
为脱离挡位的分离时间，k1t1+k2t2+k3t3为目标挡位的结合时间；k1t1+k2t2+k3t3+k4t4为主离合器结合时间。
25.本发明的有益效果：
26.本发明所提供的一种自动换挡的传动系统，主离合器分别与动力系统和第一变速箱连接，第一变速箱和第二变速箱串联，第一变速箱用于换向，第二变速箱包括一挡传动组件、二挡传动组件、三挡传动组件和四挡传动组件，第一变速箱和第二变速箱的配合，能够实现前进4个挡位，后退4个挡位。通过液压控制系统控制主离合器、第一变速箱和第二变速箱，从而展宽了传动比带宽，使得机车的车速性能满足需求。通过取消液力变矩器，利用主离合器承受换挡摩擦，使得传动效率得到提升。
27.本发明所提供的换挡方法，用于对如上所述的自动换挡的传动系统进行换挡控制，能够实现较高动力传递效率，且满足整机车速性能需求。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
29.图1是本发明一种自动换挡的传动系统中液压控制系统的示意图；
30.图2是本发明一种自动换挡的传动系统中减速箱的原理图；
31.图3是本发明一种自动换挡的传动系统中主离合器的示意图；
32.图4是本发明一种换挡方法的流程图。
33.图中：
34.1、分动箱；11、主离合器；2、第一变速箱；21、第一转轴；22、第一太阳轮；23、第一行星轮；24、前进制动器；25、保持架；26、第二太阳轮；27、第二行星轮；28、后退制动器；29、第一行星架；3、四挡传动组件；31、四挡太阳轮；32、四挡行星轮；33、四挡制动器；34、第二转轴；4、三挡传动组件；41、三挡太阳轮；42、三挡行星轮；43、三挡制动器；44、第二行星架；5、二挡传动组件；51、二挡太阳轮；52、二挡行星轮；53、二挡制动器；6、一挡传动组件；61、一挡齿轮；62、一挡离合器；7、液压控制系统；71、第一换向控制阀；72、第二换向控制阀；73、一级控制阀；74、二级控制阀；75、三级控制阀；76、四级控制阀；77、主控制阀；78、供油泵。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
36.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
42.现有推土机动力传动路线采取：路线一，液力变矩器+动力换挡变速箱+中央传动+终传动，路线二，主离合器+机械换挡变速箱+中央传动+终传动。其中路线一采用液力传动，换挡方式为动力换挡或电控换挡，但动力传递效率较低，结构复杂。路线二采用机械换挡方式，动力传递效率较高，但操作性能差，舒适性差。
43.为了能够在工程机械工作的过程中实现较高动力传递效率，且满足整机车速性能需求。如图1-图3所示，本发明提供一种自动换挡的传动系统。本自动换挡的传动系统包括：主离合器11、变速箱和液压控制系统7。
44.其中，主离合器11与动力系统连接；变速箱包括串联的第一变速箱2和第二变速箱，第一变速箱2的输入端与主离合器11连接，第一变速箱2用于换向，第二变速箱包括一挡传动组件6、二挡传动组件5、三挡传动组件4和四挡传动组件3，用以实现一挡速度输出、二挡速度输出、三挡速度输出和四挡速度输出；液压控制系统7用于控制主离合器11的离合，第一变速箱2的传动方向和第二变速箱的输出转速。
45.通过第一变速箱2和第二变速箱的配合，能够实现前进4个挡位，后退4个挡位，展宽了传动比带宽，使得机车的车速性能满足需求。液压控制系统7控制主离合器11、第一变速箱2和第二变速箱实现自动换挡。通过取消液力变矩器，利用主离合器11承受换挡摩擦，使得传动效率得到提升。
46.进一步地，主离合器11与动力系统之间设置有减振器，减振器分别与主离合器11
和动力系统连接。具体地，动力系统包括发动机，发动机的输出轴与减振器连接，减振器与主离合器连接。为了便于布置主离合器11，在本实施例中，主离合器11设置在分动箱中。其中，通过设置减振器，改变动力系统输出扭矩的过程中扭振的固有频率，增加动力系统扭转阻尼，抑制扭转共振相应的振幅，并衰减因冲击产生的瞬态扭振及噪声，缓和非稳定工况下动力系统的扭转冲击载荷，改善主离合器11的接合平顺性。在本实施例中，减振器采取多级扭转弹簧减振器或扭转橡胶减振器，在此不做过多限制。
47.进一步地，液压控制系统7包括供油泵78和与供油泵78分别连通的第一换向控制阀71、第二换向控制阀72、一级控制阀73、二级控制阀74、三级控制阀75和四级控制阀76；第一换向控制阀71和第二换向控制阀72设置在第一变速箱2中，用于控制第一变速箱2的输出转向，一级控制阀73、二级控制阀74、三级控制阀75和四级控制阀76均设置在第二变速箱中，一级控制阀73用于控制一挡传动组件6，二级控制阀74用于控制二挡传动组件5，三级控制阀75用于控制三挡传动组件4，四级控制阀76用于控制四挡传动组件3。为了便于实现自动换挡控制，在本实施例中，第一换向控制阀71和第二换向控制阀72均为电比例转向阀，一级控制阀73、二级控制阀74、三级控制阀75和四级控制阀76均为电比例变速阀。通过采用电比例转向阀和电比例变速阀，能够保证控制的准确性和快速的响应性。
48.为了便于控制主离合器11，从而实现主离合器11自动结合和脱离，在本实施例中，液压控制系统7包括与供油泵78连通的主控制阀77。具体地，主控制阀77为电比例减压阀，实现主离合器11的电比例控制，实现自动换挡操作。通过采用电比例减压阀能够保证对主离合器11控制的准确性和快速响应性。
49.进一步地，第一变速箱2包括第一转轴21、第一太阳轮22、第一行星轮23、保持架25和第一齿圈，第一转轴21转动设置在第一变速箱2的箱体中，且与主离合器11连接，第一太阳轮22固定设置在第一转轴21上，第一行星轮23与第一太阳轮22啮合，第一行星轮23设置在保持架25的一端上，保持架25的另一端设置有外齿圈，保持架25与第一齿圈啮合，第一齿圈上设置有前进制动器24，前进制动器24能够将第一齿圈与第一变速箱的箱体固定连接。第一换向控制阀71用于控制前进制动器24制动或者断开。通过上述设置，当第一换向控制阀71控制前进制动器24制动时，即可达到控制减速箱输出用于控制机车前进的力矩，从而使得机车向前行驶。
50.进一步地，第一变速箱2包括第二太阳轮26、第二行星轮27、第一行星架29和换向齿圈，第二太阳轮26设置在第一转轴21上，第二行星轮27与第二太阳轮26啮合，第二行星轮27设置在第一行星架29的一端上，第一行星架29的另一端与第一行星轮23啮合，换向齿圈转动设置在第一变速箱2的箱体中，第二行星轮27与换向齿圈啮合传动，后退制动器28能够固定换向齿圈，使得换向齿圈相对第一变速箱2的箱体固定不动，第二换向控制阀72用于控制后退制动器28制动或者断开。当前进制动器24断开，后退制动器28制动时，减速箱输出驱动机车后退的力矩，从而使得机车倒车。
51.进一步地，第二变速箱中转动设置有第二转轴34，第二转轴34的一端相对第二变速箱伸出，用于输出转矩，四挡传动组件3包括四挡太阳轮31、四挡行星轮32和四挡齿圈，四挡太阳轮31设置在第二转轴34上，四挡行星轮32与四挡太阳轮31啮合，四挡行星轮32设置在第一行星架29上，四挡齿圈转动设置在第二变速箱中，四挡行星轮32与四挡齿圈啮合，四挡制动器33能够固定四挡齿圈，使得四挡齿圈相对第二变速箱的箱体固定不动，四级控制
阀76用于控制四挡制动器33制动或者断开。通过第一行星架29将动力输出到第二变速箱中，控制四级控制阀76使得四挡制动器33制动，即可实现第二变速箱的箱体与四挡齿圈的固定连接，实现四挡输出。
52.进一步地，三挡传动组件4包括三挡太阳轮41、三挡行星轮42、三挡齿圈和第二行星架44，三挡太阳轮41设置在第二转轴34上，三挡行星轮42与三挡太阳轮41啮合，三挡行星轮42设置在第二行星架44上，三挡齿圈转动设置在第二变速箱中，三挡行星轮42与三挡齿圈啮合，三挡制动器43能够固定三挡齿圈，使得三挡齿圈相对第二变速箱的箱体固定不动，三级控制阀75用于控制三挡制动器43制动或者断开。控制三级控制阀75使得四挡制动器33制动，即可实现第二变速箱的箱体与三挡齿圈的固定连接，实现三挡输出。
53.进一步地，二挡传动组件5包括二挡太阳轮51、二挡行星轮52和二挡齿圈，二挡太阳轮51设置在第二转轴34上，二挡行星轮52与二挡太阳轮51啮合，二挡行星轮52设置在第二行星架44上，二挡齿圈转动设置在第二变速箱中，二挡行星轮52与二挡齿圈啮合，二挡制动器53能够固定二挡齿圈，使得二挡齿圈相对第二变速箱的箱体固定不动，，二级控制阀74用于控制二挡制动器53制动或者断开。控制二级控制阀74使得二挡制动器53制动，即可实现第二变速箱的箱体与二挡齿圈的固定连接，实现二挡输出。
54.进一步地，一挡传动组件6包括一挡齿轮61，一挡齿轮61设置在第二转轴34上，一挡齿轮61通过一挡离合器62与第二行星架44传动连接，一级控制阀73用于控制一挡离合器62。通过一级控制阀73控制一挡离合器62结合，即可实现一挡输出。
55.本实施例中，第一减速箱实现换向，第二减速箱实现换挡，从而实现前四后四的挡位排布，充分提升整机动力效率。在其他实施例中，还可以根据实际的需要在第二减速箱中设置多于四挡的传动组件，在此不做过多限制。
56.如图4所示，为了便于对工程机械的换挡进行控制，从而驾驶员的劳动强度，在换挡过程中，根据车速、油门开度进行自动换挡控制，本实施例还提供了一种换挡方法，用于对如上的自动换挡的传动系统进行换挡控制，包括如下步骤：
57.s1、采集油门开度、车速和第一变速箱2的转向；
58.s2、依据油门开度、车速和第一变速箱2的转向确定目标挡位，如果保持原挡位则返回步骤s1，否则进行下一步；
59.s3、确定换挡时间t，
60.t＝k1t1+k2t2+k3t3+k4t4，其中，t1为主离合器11切断分离时间，t2为脱离挡位的分离时间，t3为目标挡位的接合时间，t4为主离合器11接合时间，k1为主离合器11分离时间的调整系数、k2脱离挡位对应的调整系数、k3为目标挡位对应的调整系数、k4为主离合器11接合进入时间的调整系数；具体地，脱离挡位的制动器、目标挡位的制动器和主离合器11的充油阶段、扭矩交换阶段、转速交换阶段和滑差消除阶段的调控，可由主离合器11和对应的制动器各动作的执行时间和进入时间根据相应的系数进行调整，换挡时间t和各阶段时间的自适应调控，可优化换挡品质，提高换挡的舒适性。
61.现有技术中，从不同档位之间的切换所用时间是一样的。在本实施例中，根据实验获得主离合器11切断分离时间t1，脱离挡位的分离时间t2，目标挡位的接合时间t3，主离合器11接合时间t4，主离合器11分离时间的调整系数k1、脱离挡位对应的调整系数k2、目标挡位对应的调整系数k3、主离合器11接合进入时间的调整系数k4，而且针对不同挡位之间的切
换，主离合器11切断分离时间t1，脱离挡位的分离时间t2，目标挡位的接合时间t3，主离合器11接合时间t4，主离合器11分离时间的调整系数k1、脱离挡位对应的调整系数k2、目标挡位对应的调整系数k3、主离合器11接合进入时间的调整系数k4均不同。从而不同的挡位的切合时间也不同，挡位切换时，能够根据主离合器11、脱离挡位对应的制动器、目标档位的制动器的性能进行调控，从而防止结合时间太短，造成冲击，同时保证换挡响应的速度。
62.s4、按照换挡时间t进行换挡操作，k1t1为主离合器切断分离时间，k1t1+k2t2为脱离挡位的分离时间，k1t1+k2t2+k3t3为目标挡位的结合时间；k1t1+k2t2+k3t3+k4t4为主离合器结合时间。具体地，换挡操作包含输出主离合器11切断控制信号、挡位电流充油控制信号及输出主离合器11接合控制信号。根据主离合器11和脱离挡位的制动器以及目标挡位的制动器，各执行动作的时间及执行时间节点进行动作执行。以挡位由前进一挡切换至前进二挡为例，执行顺序为主离合器11分离
→
一挡离合器62分离
→
二挡制动器53接合
→
主离合器11接合。
63.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。