CN106965665A - 一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置 - Google Patents

一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种煤矿机械辅助运输领域的矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置。该装置是由行星齿轮机构、差速耦合机构、自动变速箱、制动器和离合器组成。发动机通过发动机离合器与行星齿轮机构中的行星轮相连，发电机通过发电机离合器与太阳轮相连，行星排齿圈与差速耦合机构左侧输入端锥齿轮相连，差速耦合机构右侧输入端锥齿轮通过电动机离合器与电动机相连，差速耦合机构外齿轮圈与自动变速箱输入端左侧的齿轮相啮合，其中在太阳轮处设置太阳轮制动器，在行星排齿圈处设置齿圈制动器。此驱动装置通过行星齿轮机构和差速器机构的应用，实现了功率分流和无级变速的功能，具有传动效率高、结构紧凑；并且，可对蓄电池持续供电，能够为无轨胶轮车提供多种驱动模式，实现发动机、发电机和电动机三者之间良好的性能匹配和最优控制。

Description

一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置
技术领域
本发明涉及一种煤矿机械辅助运输领域的驱动装置，具体涉及一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置。
背景技术
安全、节能、环保是当今运输领域的重要主题。混合动力技术较好地兼顾了人们对运输领域发展的安全性、节能环保、产业可行性等众多要求。动力耦合装置是混合动力系统的核心部件，通过耦合多种动力源的能量实现多种驱动方式的切换，实时满足不同路况下运输装备的动力性和运行平稳性要求，对运输设备的控制性和节能环保起着重要的影响作用。
目前，煤矿井下无轨胶轮车主要有柴油机驱动和蓄电池驱动两种方式。柴油机驱动无轨胶轮车存在噪声大、污染严重等问题；而电驱动无轨胶轮车虽然清洁环保、噪声小，但存在续航能力差、难以满足煤矿井下辅助运输需求等缺点。并且，单一的蓄电池驱动或柴油机驱动系统无法根据煤矿井下具体工况来进行合理的能源利用。
现阶段，国内的混合动力系统大多采用并联式结构，动力耦合装置比较简单，以皮带传动耦合装置和固定轴式耦合装置为主。其中皮带传动滑动损失较大，传动效率不高；固定轴式耦合装置又太过于刚性，对啮合齿轮要求很高。除此之外，国内近几年出现的行星齿轮机构耦合装置虽然传动平稳、承载力大，但随着承载力的增大，其结构尺寸也会相应的增大，齿轮加工精度和装配质量的也会相应提高；差速耦合装置则在驱动模式上有一定的缺陷，不能对蓄电池进行持续充电，满足不了多种驱动模式需求。而且，国外的混合动力耦合装置对驱动电机要求很高，机械结构复杂尺寸较大且成本较高，不利于发挥混合动力整车的优势。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，既有传动比大、承载能力强、传动平稳、传动效率高、结构紧凑等优点，又可实现多种驱动模式，对啮合齿轮和电机的要求较低，关键技术较为成熟，成本较低，易实现产业化。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，包括发动机、发电机、电动机、发动机离合器、发电机离合器、电动机离合器、太阳轮、行星轮、行星排齿圈、差速耦合机构左侧输入端锥齿轮、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮、差速耦合机构外齿轮圈、自动变速箱输入端左侧的齿轮、自动变速箱、输出轴、太阳轮制动器和齿圈制动器。发动机通过发动机离合器与行星齿轮机构中的行星轮相连，发电机通过发电机离合器与太阳轮相连，行星排齿圈与差速耦合机构左侧输入端锥齿轮相连，差速耦合机构右侧输入端锥齿轮通过电动机离合器与电动机相连，差速耦合机构外齿轮圈与自动变速箱输入端左侧的齿轮相啮合，自动变速箱与输出轴相连；行星齿轮机构中太阳轮、行星轮、行星排齿圈与太阳轮制动器、齿圈制动器安置在同一个本质安全型隔爆箱中，差速耦合机构中差速耦合机构左侧输入端锥齿轮、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮和差速耦合机构外齿轮圈共同放置在一个本质安全型隔爆箱中，发电机离合器、发动机离合器、电动机离合器均分别安置在一个隔爆型壳体中。
进一步的，太阳轮、行星轮和行星排齿圈组成行星齿轮机构，差速耦合机构左侧输入端锥齿轮、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮、差速耦合机构外齿轮圈和自动变速箱输入端左侧的齿轮组成差速耦合机构，行星齿轮机构和差速耦合机构是整个驱动装置的动力耦合装置。
进一步的，发动机、发电机、电动机、蓄电池、自动变速箱等部件均需要进行防爆处理，放置在隔爆型外壳中。
进一步的，太阳轮与太阳轮制动器配合使用，行星排齿圈与齿圈制动器配合使用。
本发明的有益效果是：一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置通过行星齿轮机构和差速耦合机构的应用，实现了功率分流和无级变速的功能，具有传动效率高、传动比大、承载能力强、传动平稳、结构紧凑等优点；并且，可对蓄电池持续供电，机械机构相对简单，对啮合齿轮和驱动电机的要求也相对较低。同时，能够提供多种驱动模式，实现发动机、发电机和驱动电机三者之间良好的性能匹配和最优控制。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图中：1、行星排行星轮，2、行星排太阳轮，3、行星排齿圈，4、差速耦合机构左侧输入端锥齿轮，5、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮，6、电动机离合器，7、自动变速箱输入端左侧的齿轮8、差速耦合机构外齿轮圈，9、齿圈制动器，10、太阳轮制动器，11、发动机离合器，12、发电机离合器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，包括发动机、发电机、电动机、发动机离合器11、发电机离合器12、电动机离合器6、太阳轮1、行星轮2、行星排齿圈3、差速耦合机构左侧输入端锥齿轮4、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮5、差速耦合机构外齿轮圈6、自动变速箱输入端左侧的齿轮7、自动变速箱、输出轴、太阳轮制动器10和齿圈制动器9；发动机通过发动机离合器11与行星齿轮机构中的行星轮2相连，发电机通过发电机离合器12与太阳轮1相连，行星排齿圈3与差速耦合机构左侧输入端锥齿轮4相连，差速耦合机构右侧输入端锥齿轮5通过电动机离合器6与电动机相连，差速耦合机构外齿轮圈8与自动变速箱输入端左侧的齿轮7相啮合，自动变速箱与输出轴相连，太阳轮1与太阳轮制动器10配合使用，行星排齿圈3与齿圈制动器9配合使用。
该驱动装置可以实现多种工作模式：1、纯发动机驱动模式，仅有发动机作为动力源，通过耦合装置将动力输出；2、纯电动机驱动模式，蓄电池对电动机供电，电动机通过耦合装置将动力输出；3、串联驱动模式，发动机通过行星机构使发电机发电驱动电动机，电动机将动力输出，其中发动机的输出动力全部转为电能；4、并联驱动模式，发动机和电动机分别作为动力源，通过差速机构进行动力耦合输出；5、充电模式，在行车或停车过程中，发动机开启，将一部分或全部能量通过行星机构传递给发电机进而对蓄电池充电；6、制动能量回收模式，在无轨胶轮车减速或滑行时，开启驱动电机作为发电机吸收能量对蓄电池充电；7、启动模式，蓄电池通过电能带动发电机，发电机通过行星机构带动发动机启动。
当无轨胶轮车行驶功率需求在发动机的效率优化区且蓄电池能量不足时，可采用纯发动机驱动模式，闭合发动机离合器11和闭合太阳轮制动器10，发动机动力通过行星轮2、行星排齿圈3、差速耦合机构左侧输入端锥齿轮4、差速耦合机构外齿轮圈8和自动变速箱输出。
当无轨胶轮车起步或低负载运行且蓄电池能量足够时，可采用纯电动机驱动模式，闭合齿圈制动器9和电动机离合器6，电动力将动力通过差速耦合机构右侧输入端锥齿轮5、差速耦合机构外齿轮圈8和自动变速箱输出。
当无轨胶轮车起步或低负载运行且蓄电池能量不足时，可采用串联驱动模式，闭合发电机离合器12、发动机离合器11、电动机离合器6和齿圈制动器9，发动机将能量通过行星轮2、太阳轮1和发电机传递给电动机，电动机将动力通过差速耦合机构右侧输入端锥齿轮5、差速耦合机构外齿轮圈8和自动变速箱输出。
当无轨胶轮车行驶功率需求大于发动机功率优化效率区且蓄电池能量充足时，可采用并联驱动模式，闭合太阳轮制动器10、发动机离合器11和电动机离合器6，发动机和电动机通过差速耦合装置进行动力耦合并输出。
当无轨胶轮车行驶功率需求小于发动机功率优化效率区且蓄电池能量不足时，可采用纯发动机驱动模式和充电模式，闭合发电机离合器12和发动机离合器11，发动机一部分能量作为动力输出，一部分能量通过发电机对蓄电池充电。
当无轨胶轮车减速行驶或空挡滑行时，闭合齿圈制动器9和电动机离合器6，无轨胶轮车动能经过电动机对蓄电池充电。
本发明在实际运行时，可根据无轨胶轮车车况和煤矿井下具体路况等信息采取不同的工作模式或工作模式的组合，使车辆获得最佳的混合动力性能，满足煤矿井下的辅助运输需求。

Claims (4)

1.一种矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，包括发动机、发电机、电动机、发电机离合器(12)、发动机离合器(11)、电动机离合器(6)、太阳轮(1)、行星轮(2)、行星排齿圈(3)、差速耦合机构左侧输入端锥齿轮(4)、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮(5)、差速耦合机构外齿轮圈(8)、自动变速箱输入端左侧的齿轮(7)、自动变速箱、输出轴、太阳轮制动器(10)和齿圈制动器(9)，其特征在于发动机通过发动机离合器(11)与行星齿轮机构中的行星轮(2)相连，发电机通过发电机离合器(12)与太阳轮(1)相连，行星排齿圈(3)与差速耦合机构左侧输入端锥齿轮(4)相连，差速耦合机构右侧输入端锥齿轮(5)通过电动机离合器(6)与电动机相连，差速耦合机构外齿轮圈(8)与自动变速箱输入端左侧的齿轮(7)相啮合，自动变速箱与输出轴相连；行星齿轮机构中太阳轮(1)、行星轮(2)、行星排齿圈(3)与太阳轮制动器(10)、齿圈制动器(9)安置在同一个本质安全型隔爆箱中，差速耦合机构中差速耦合机构左侧输入端锥齿轮(4)、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮(5)、差速耦合机构外齿轮圈(8)共同放置在一个本质安全型隔爆箱中，发电机离合器(12)、发动机离合器(11)、电动机离合器(6)均分别安置在一个隔爆型壳体中。
2.根据权利要求1所述的矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，其特征在于，所述太阳轮(1)、行星轮(2)和行星排齿圈(3)组成行星齿轮机构，差速耦合机构左侧输入端锥齿轮(4)、差速耦合机构右侧输入端锥齿轮(5)、差速耦合机构外齿轮圈(8)和自动变速箱输入端左侧的齿轮(7)组成差速耦合机构，行星齿轮机构和差速耦合机构是整个驱动装置的动力耦合装置。
3.根据权利要求1所述的矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，其特征在于，所述发动机、发电机、电动机、蓄电池、自动变速箱等部件均需要进行防爆处理，放置在隔爆型外壳中。
4.根据权利要求1所述的矿用混合动力无轨胶轮车单行星排差速机电耦合驱动装置，其特征在于，所述太阳轮(1)与太阳轮制动器(10)配合使用，行星排齿圈(3)与齿圈制动器(9)配合使用。
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