CN101870256B - 工程机械行走系统轮边混合驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工程机械行走系统轮边混合驱动装置，包括机架、车轮、液压马达、永磁同步电机和行星减速器等，所述行星减速器内置有一个常闭液压制动器，用于驻车制动，一个常开液压离合器，用于离合液压马达。所述液压马达和永磁同步电机分别采用插入方式与行星减速器连接；所述机架与行星减速器的固定法兰相连，起支撑作用；所述车轮和行星减速器的旋转输出法兰相连，输出动力与速度。该装置可适应包括重载低速工况、轻载高速工况、驻车工况和制动能量回收工况。本发明结合了液压驱动和电力驱动的优点，使得工程机械行走系统既能适应重载低速工况，也能胜任轻载高速工况，同时在制动时利用电机回收能量，从而提高整机的动力性能，降低能量消耗。

Description

工程机械行走系统轮边混合驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于工程机械行走系统的轮边混合驱动装置。
背景技术
目前，工程机械行走系统的轮边驱动主要采用液压驱动和电力驱动两种方式。液压驱动方式包括低速液压马达直接驱动和高速液压马达结合行星减速器驱动两种；电力驱动主要采用电动轮方式。两者相比，液压驱动具有较高的功率密度，特别适用于低速大扭矩应用领域，液压油既有传输能量，还兼有润滑和导出系统废热的重要作用，易于实现集中冷却，能量回收技术复杂且效率低；电力驱动在高速小扭矩应用领域占有优势，易于实现能量回收且效率较高。为提高工作效率，工程机械行走系统在轻载时需要尽可能高的运行速度；为增加工作载荷，工程机械行走系统又需要尽可能大的驱动能力。上述两种传动方式各自有自身的优点和缺点，没有一种能独立地全面满足工程机械行走系统的要求。但两者有很好的互补性，液压驱动适合于重载工况，而电力驱动适合于轻载和能量回收工况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有工程机械行走系统轮边驱动方案的不足，提供一种结合液压驱动和电力驱动的工程机械行走系统轮边混合驱动装置，使得工程机械行走系统即能适应重载低速工况，也能胜任轻载高速工况，同时在制动时利用电机回收能量，从而提高整机的动力性能，降低能量消耗。
本发明提出的工程机械行走系统轮边混合驱动装置，包括液压马达1、永磁同步电机2、机架3、车轮4和行星减速器5，其中，所述行星减速器5包括固定法兰6、大齿轮7，常开液压离合器8、常闭液压制动器9、行星减速级10、输入轴11，旋转输出法兰12，第一轴承13，第二轴承14和小齿轮15，常开液压离合器8位于大齿轮7和输入轴11之间，用于离合液压马达，大齿轮7外套有第二轴承14；常闭液压制动器9位于输入轴11和固定法兰6之间，固定法兰6外套有第一轴承13，常闭液压制动器9用于驻车制动；所述液压马达1和永磁同步电机2分别采用插入方式与行星减速器5连接，永磁同步电机2连接行星减速器5的输入轴11；所述机架3与行星减速器5的固定法兰6相连，起支撑作用；所述车轮4和行星减速器5的旋转输出法兰12相连，输出动力与速度。
本发明根据常闭液压制动器、液压马达、永磁同步电机和常开液压离合器的不同组合，可适应不同的工况，包括重载低速工况、轻载高速工况、驻车工况和制动能量回收工况。
(1)重载低速工况
在工程机械重载运行时，轮边驱动装置需要输出大扭矩低转速。因此，所述轮边混合驱动装置打开常闭液压制动器，合上常开液压离合器，液压马达通过行星减速器输出动力，充分利用液压驱动的优点，提高整机负载性能。此时，液压马达带动永磁同步电机处于发电状态，储存能量；在工程机械重载爬坡或路面不平时，轮边驱动装置需要输出尽可能大的驱动力的时候，所述轮边混合驱动装置采用液压和电力同时混合驱动方式，永磁同步电机处于电动状态，连同液压马达，增加最大驱动力。
(2)轻载高速工况
在工程机械空载或轻载工况时，为提高工作效率，轮边驱动装置需要输出高转速。因此，所述轮边混合驱动装置打开常闭液压制动器，分离常开液压离合器，采用电机结合行星减速器输出转速，充分利用电力驱动的优点，提高整机轻载效率。
(3)驻车工况
所述轮边混合驱动装置的常闭液压制动器常闭，就处于驻车状态。
(4)制动能量回收工况
工程机械行走系统需要频繁的启停，若能有效回收制动能量，可以节省燃料消耗，提高工程机械的环保节能性能。同轻载工况一致，所述轮边混合驱动装置打开常闭液压制动器，分离常开液压离合器。整机由于惯性拖动电机反转，变成发电机，能制动能量回收。
与现有相比，本发明的工程机械行走系统轮边混合驱动装置用电机完成高速运行；用液压马达提供大扭矩输出；在制动时，用电机回收能量，而在整机起步、加速和爬坡等极限工况时，又利用电机辅助液压马达同时出力，充分利用了液压驱动和电力驱动的优点，即能提高整机的运行效率，又能增加整机的运输能力，也能降低整机的燃油消耗率。
附图说明
图1为本发明的结构图示。
图2为本发明的行星减速器5的结构图示。
图中标号：1为液压马达，2为永磁同步电机，3为机架，4为车轮，5为行星减速器，6为固定法兰，7为大齿轮，8为常开液压离合器，9为常闭液压制动器，10为行星减速级，11为输入轴，12为旋转输出法兰，13为第一轴承，14为第二轴承，15为小齿轮。
具体实施方式
如图1与图2所示，一种工程机械行走系统轮边混合驱动装置，包括液压马达1、永磁同步电机2、机架3、车轮4和行星减速器5。其中所述行星减速器5包括固定法兰6、大齿轮7，常开液压离合器8、常闭液压制动器9、行星减速级10、输入轴11，旋转输出法兰12，第一轴承3，第一轴承4和小齿轮15。其中所述液压马达1和永磁同步电机2采用插入式方式与行星减速器5相连，其中所述机架3与行星减速器5的固定法兰6相连，其中所述车轮4与行星减速器5的旋转输出法兰12相连。
其中液压马达1为液压驱动元件，通过常开液压离合器8将大齿轮7和输入轴11接合，由小齿轮15、大齿轮7、输入轴11，行星减速级12和旋转输出法兰12共同输出动力，完成重载低速工况；
永磁同步电机2为电力驱动元件，一直与行星减速器5相连，在轻载高速工况时常开液压离合器8分离大齿轮7和输入轴11，使其处于电动模式；在重载低速工况时常开液压离合器8接合大齿轮7和输入轴11，其可在电动与发电状态之间切换；
机架3起支撑作用；
车轮4输出动力及转速；
行星减速器5是工程机械行走系统中降低转速，增加扭矩的主要部件；
输入轴11连接着永磁同步电机2，常开液压离合器8，常闭液压制动器9和行星减速级10，是动力传输的主要部件；
第一轴承13保证大齿轮7和固定法兰6之间的旋转运动；
第一轴承14保证固定法兰6个旋转输出法兰12之间的旋转运动，并承受全部外负载；
常闭液压制动器9用于驻车制动。
一种工程机械行走系统轮边混合驱动装置，根据常闭液压制动器9、液压马达1、永磁同步电机2和常开液压离合器8的不同组合，可适应不同的工况，包括重载低速工况、轻载高速工况、驻车工况和制动能量回收工况。
(1)重载低速工况
在工程机械重载运行时，常闭液压制动器9打开，常开液压离合器8合上，液压马达1通过行星减速器5输出动力，并带动永磁同步电机2发电，储存能量；在工程机械重载爬坡或路面不平时，永磁同步电机2变为电动模式，连同液压马达1一起出力。
(2)轻载高速工况
在工程机械空载或轻载工况时，常闭液压制动器9打开，常开液压离合器8分离，液压马达1自由状态，永磁同步电机2通过行星减速器输出转速。
(3)驻车工况
常闭液压制动器9保持常闭状态。
(4)制动能量回收工况
制动能量回收时，常闭液压制动器9打开，常开液压离合器8分离，液压马达1自由状态，永磁同步电机2由惯性推动反转，变成发电机，能制动能量回收。

Claims (2)

1.一种工程机械行走系统轮边混合驱动装置，其特征在于包括液压马达(1)、永磁同步电机(2)、机架(3)、车轮(4)和行星减速器(5)，其中，所述行星减速器(5)包括固定法兰(6)、大齿轮(7)，常开液压离合器(8)、常闭液压制动器(9)、行星减速级(10)、输入轴(11)，旋转输出法兰(12)，第一轴承(13)，第二轴承(14)和小齿轮(15)，常开液压离合器(8)位于大齿轮(7)和输入轴(11)之间，用于离合液压马达，大齿轮(7)外套有第二轴承(14)；常闭液压制动器(9)位于输入轴(11)和固定法兰(6)之间，固定法兰(6)外套有第一轴承(13)，常闭液压制动器(9)用于驻车制动；所述液压马达(1)和永磁同步电机(2)分别采用插入方式与行星减速器(5)连接，永磁同步电机(2)连接行星减速器(5)的输入轴(11)；所述机架(3)与行星减速器(5)的固定法兰(6)相连，起支撑作用；所述车轮(4)和行星减速器(5)的旋转输出法兰(12)相连，输出动力与速度。
2.根据权利要求1所述的工程机械行走系统轮边混合驱动装置，其特征在于根据常闭液压制动器(9)、液压马达(1)、永磁同步电机(2)和常开液压离合器(8)的不同组合，重载低速工况、轻载高速工况、驻车工况和制动能量回收工况四种工况：
(1)重载低速工况
在工程机械重载运行时，常闭液压制动器(9)打开，常开液压离合器(8)合上，液压马达(1)通过行星减速器(5)输出动力，带动永磁同步电机(2)发电；在工程机械重载爬坡或路面不平时，永磁同步电机(2)变为电动模式，连同液压马达(1)一起工作；
(2)轻载高速工况
在工程机械空载或轻载工况时，常闭液压制动器(9)打开，常开液压离合器(8)、液压马达(1)自由状态，永磁同步电机(2)通过行星减速器(5)输出转速；
(3)驻车工况
常闭液压制动器(9)保持常闭状态；
(4)制动能量回收工况
制动能量回收时，常闭液压制动器(9)打开，常开液压离合器(8)分离，液压马达(1)处于自由状态，永磁同步电机(2)由惯性推动反转，变成发电机，制动能量回收。
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