CN108407590A - 一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，采用移动电缆装置和储能装置分别给第一电机和第二电机供电，第一离合器和第二离合器分别用于连接和断开第一电机和第二电机的动力传递，第一电机输出动力经第一输出轴、第一传动齿轮，第二电机输出动力经第二输出轴、结合套，两电机在第二传动齿轮处实现转矩耦合；移动电缆装置实现自动收放电缆线，解决现有技术中存在的电缆线无法收放自如问题；可以实现包括双电源单独供电、双电源共同供电的工作模式，以及实现包括单电机驱动工作、双电机独立驱动工作、双电机转矩耦合驱动在内的多种工作模式，满足了温室电动拖拉机在温室内作业和温室外转场时的不同工作要求。

Description

一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置。

背景技术

目前，温室作业的拖拉机大多仍以柴油机作为动力源，这种拖拉机不但运行成本高，而且还严重污染了自然环境，特别是在温室大棚这样相对较密封的作业区，其主要排放的颗粒状物质(PM)和氮氧化物(NO_x)对人体具有极大的危害性。因此开发适用于温室大棚的电动拖拉机是非常有必要的。中国专利CN102729836A公布了一种双电源温室遥控电动拖拉机，虽然电缆布线装置通过电缆环来适应电动拖拉机作业位置的改变，但温室大棚在长度方向普遍很长，电缆在收放过程中滑动的电缆环会相互绞起来而出现卡死现象，或两电缆环之间固定的电缆很长而耷拉下来影响拖拉机作业，同时也存在电机利用率不高，浪费电能，未能最大限度地提高温室电动拖拉机的工作效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，旨在解决现有构型中温室电缆收放出现卡死或耷拉现象，电动拖拉机工作模式少、电机利用率不高、污染环境等问题，具体由以下技术方案实现：

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，包括移动电缆单元、第一控制器、第一电机、第一离合器、第一输出轴、第一传动齿轮、无级变速器、动力输出装置、驱动桥、有级变速器、动力耦合齿轮、第二输出轴、第二离合器、第二电机、第二控制器、储能装置以及整流器；移动电缆单元通过第一控制器与第一电机电连接，移动电缆单元与温室大棚中的电源电连接，第一电机的一部分输出动力经第一离合器、第一输出轴、第一传动齿轮输出至动力耦合齿轮，另一部分输出动力经第一输出轴、无级变速器输出至动力输出装置，形成用于农器具作业的第一驱动支路；

储能装置通过整流器与移动电缆单元电连接，第二电机通过第二控制器与储能装置电连接，第二电机输出动力依次经第二离合器、第二输出轴，与第一电机在动力耦合齿轮处实现转矩耦合后输出动力至驱动桥，形成用于实现拖拉机行走的第二驱动支路。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，动力耦合齿轮由第二传动齿轮和结合套组成，第二传动齿轮可离合地连接于结合套与第一传动齿轮传动连接，结合套分别可离合地连接于第一离合器与第二离合器。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，移动电缆单元包括电缆、轨道、设有滚轮的滑动支架、自动伸缩电缆盘以及第三电机，轨道沿温室大棚的长度方向安装于温室大棚内，滑动支架可滑动地设置于轨道上且通过钢丝绳与拖拉机连接，自动伸缩电缆盘与第三电机固定于滑动支架上，第三电机的输出轴与自动伸缩电缆盘驱动连接，电缆盘绕在自动伸缩电缆盘上，电缆的一端与温室大棚中的电源连接，并通过第三电机对自动伸缩电缆盘的控制来实现收放；电缆的另一端与拖拉机的电源插孔连接。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，移动电缆单元还包括光电传感器和拉力传感器，光电传感器安装于滑动支架上，拉力传感器固定于轨道上，电缆穿接于拉力传感器。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，自动伸缩电缆盘上设有一控制器，所述控制器与第三电机通信连接；光电传感器检测滑动支架上滚轮的运行方向，从而控制第三电机的转动方向，实现电缆的自动收放，所述光电传感器与控制器通信连接。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，轨道上设有挡线板，电缆经挡线板的下方盘绕于自动伸缩电缆盘。

所述双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的进一步设计在于，无级变速器与第一电机同轴，实现动力输出装置的恒转速，有级变速器与第二电机同轴，实现行驶中更大范围内的无级变速。

本发明的优点为：

1、本发明技术方案的移动电缆装置解决了温室大棚在很长的长度方向上电缆收放时出现卡死或耷拉现象；同时本发明可以根据拖拉机行驶速度自动收放电缆以适应电动拖拉机作业位置，在温室大棚内达到全场地输电。

2、本发明采用双电机多模式作业，通过简单的齿轮机构实现转矩耦合，最大限度地提高电机利用率，避免作业时动力输出装置不需工作或转场时电能的浪费和电机利用率低的现象。双电机动力耦合总成继承了电驱动的优点，具有控制灵活性，多个电机协调工作也可独立工作，为解决大范围无动力中断变扭、无级变速以及高可靠性等方面提供一种新的技术途径。同时本发明采用无级变速器可以充分发挥电机的优势，实现电动拖拉机最大范围内的无级变速。

附图说明

图1是双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置的结构简图。

图2是移动电缆装置的结构示意图。

图3是与本发明相关的温室大棚内移动电缆装置控制流程示意图。

图4是与本发明相关的温室大棚内移动电缆装置关键部分功能原理图。

图1～2中：1移动电缆装置，2第一控制器，3第一电机，4第一离合器，5第一输出轴，6第一传动齿轮，7无级变速器，8动力输出装置，9驱动桥，10有级变速器、11第二传动齿轮，12结合套，13第二输出轴，14第二离合器，15第二电机，16第二控制器，17储能装置，18整流器，19电缆，20拉力传感器，21挡线板，22轨道，23光电传感器，24滚轮，25自动伸缩电缆盘，26第三电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方案进行详细说明。

如图1所示，本实施例的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，主要由移动电缆装置1、第一控制器2、第一电机3、第一离合器4、第一输出轴5、第一传动齿轮6、无级变速器7、动力输出装置8、驱动桥9、有级变速器10、动力耦合齿轮、第二输出轴13、第二离合器14、第二电机15、第二控制器16、储能装置17以及整流器18组成。移动电缆单元1通过第一控制器2与第一电机3电连接，移动电缆单元1与温室大棚中的电源电连接，第一电机3的一部分输出动力经第一离合器4、第一输出轴5、第一传动齿轮6输出至动力耦合齿轮，另一部分输出动力经第一输出轴5、无级变速器7输出至动力输出装置8，形成用于农器具作业的第一驱动支路。储能装置17通过整流器18与移动电缆单元1电连接，第二电机15通过第二控制器16与储能装置17电连接，第二电机15输出依次经第二离合器14、第二输出轴13，与第一电机3在动力耦合齿轮处实现转矩耦合后输出动力至驱动桥9，形成用于实现拖拉机行走的第二驱动支路。

进一步的，第一电机3和第二电机15布置灵活，可以同侧轴向平行布置或者左右布置在系统的两侧。无级变速器7与第一电机3同轴布置，有级变速器10与第二电机15同轴布置。

本实施例的动力耦合齿轮由第二传动齿轮11和结合套12组成，参见图1。第二传动齿轮11分别可离合与结合套12、第一传动齿轮6传动连接。结合套12分别可离合地连接于第一离合器(4)与第二离合器14。

由上可知，移动电缆装置1为第一电机3供电，储能装置17为第二电机15供电，移动电缆装置1可通过整流器18为储能装置17充电，第一电机3和第二电机15输出的动力经动力耦合齿轮转矩耦合后输入动力给驱动桥9。

如图2，本实施例的移动电缆装置1主要由电缆19、拉力传感器20、挡线板21、轨道22、光电传感器23、带有滚轮的滑动支架24、自动伸缩电缆盘25和第三电机26组成。轨道22沿温室大棚的长度方向安装在温室大棚内的中间区域。滑动支架24可滑动地设置于轨道22上且拖拉机连接，自动伸缩电缆盘25与第三电机26固定于滑动支架24上，第三电机的输出轴与自动伸缩电缆盘25驱动连接，电缆19盘绕在自动伸缩电缆盘25上。自动伸缩电缆盘25由第三电机26控制正向或反向地自动旋转实现电缆19的收放，同时自动伸缩电缆盘25通过滑动支架24在轨道22上自由移动。图2中，电缆19的A端与温室大棚中的电源连接，电缆19的B端与温室拖拉机相关电源插孔连接。C处通过钢丝绳与拖拉机相关电源插孔的对应位置连接，用来承受使滑动支架24滑动的拉力，使滑动支架24随拖拉机同步运动。拉力传感器20安装在电缆19的A端与D端之间且位于挡线板21之上，A端固定，D端电缆留有余量。拉力传感器20用于避免出现拉力过猛现象。本实施例的移动电缆装置1在电动拖拉机作业时，实现电缆19自动收放以适应电动拖拉机的不同作业位置。

进一步的，结合图3，本实施例的自动伸缩电缆盘25上设有一控制器(图中未示出)。该控制器与拉力传感器20、光电传感器23以及第三电机26通信连接，用于控制第三电机26的运转。对应地，拉力传感器20一旦检测到有拉力时，第三电机26将降低转速，避免出现收电缆时拉力过猛现象；光电传感器23用于判断滑动支架24上滚轮的运行方向，从而控制第三电机26的转动方向，实现电缆19的自动收放，控制器根据拉力传感器20和光电传感器23采集到的电信号向第三电机26输出对应的驱动信号。

进一步的，结合图4，本实施例的带有滚轮的滑动支架24上其中一个滚轮开孔，如图4中的左图所示，四分之一圆环和一个圆孔，图中的矩形框部分为光电传感器23，且保证光电传感器23的光路通过开孔；图4中的右图为电平时序图，当顺时针滚动时，电信号为0100；当逆时针滚动时，电信号为0010，光电传感器23与上述控制器通信连接，实现第三电机26转动方向的控制。

本实施例的移动电缆装置1为第一电机3供电，第一控制器2控制第一电机3的工作状态和动力输出，第一电机3动力输出的通、断具体通过第一离合器4实现，储能装置17为第二电机15供电，第二控制器16控制第二电机15的工作状态和动力输出，第二电机15动力输出的通、断具体通过第二离合器14实现。

本实施例的电动拖拉机动力耦合驱动装置通过控制移动电缆装置1和储能装置17来实现温室作业和转场作业的供电，通过控制第一离合器4和第二离合器14得到双电机在不同场合下的多种工作模式，其组合状态如表1所示，其中“√”表示移动电缆装置处于工作状态，“×”表示移动电缆装置处于非工作状态，“1”表示第一离合器、第二离合器和结合套均处于接合状态，“0”表示第一离合器、第二离合器和结合套均处于分离状态，“M”表示电机采用电动控制，“C”表示电机关闭，“I”表示储能装置充电状态，“O”表示储能装置放电状态。

表1工作模式

电动拖拉机动力耦合驱动装置的五种工作模式的原理如下：

在温室作业下，第一电机单独驱动工作模式：移动电缆装置1输出能量，储能装置17处于充电状态，第二电机15处于停机状态，第一离合器4和结合套12接合，第二离合器14断开，第一控制器2按照驾驶员指令控制第一电机3工作于电动模式，第一电机部分输出动力经第一离合器4、第一输出轴5、第一传动齿轮6、第二传动齿轮11、结合套12、第二输出轴13、有级变速器10到驱动桥9，驱使拖拉机行驶；另一部分输出动力经无级变速器7到动力输出装置8，驱动农器具作业。

在温室作业下，第二电机单独驱动工作模式：储能装置17处于放电状态，移动电缆装置1处于非工作状态，第一电机3停机状态，第二离合器14和结合套12接合，第一离合器4断开，第二控制器16根据驾驶员指令控制第二电机15进入电动模式，第二电机部分输出动力经第二离合器16、第二输出轴13、有级变速器10到驱动桥9，驱使拖拉机行驶；另一部分输出动力经结合套12、第二传动齿轮11、第一传动齿轮6、无级变速器7到动力输出装置8，驱动农器具作业。

在温室作业下，双电机共同独立驱动工作模式：移动电缆装置1处于工作状态，储能装置17处于放电状态，第一离合器4和第二离合器14接合，结合套12断开，第一控制器2和第二控制器16分别按照驾驶员指令控制第一电机3和第二电机15进入电动模式，第一电机3全部动力经第一离合器4、第一输出轴5、无级变速器7到动力输出装置8，驱动农器具作业，第二电机15全部动力经第二离合器14、第二输出轴13、有级变速器10到驱动桥9，驱使拖拉机行驶。

在温室作业下，双电机转矩耦合驱动工作模式：移动电缆装置1和储能装置17均输出能量，第一离合器4、第二离合器14和结合套12均接合，第一控制器2和第二控制器16分别按照驾驶员指令控制第一电机3和第二电机15工作于电动模式，第一电机3部分动力经第一离合器4、第一输出轴5、无级变速器7到动力输出装置8，驱动农器具作业；第一电机3另一部分动力经第一传动齿轮6、第二传动齿轮11、结合套12，同时第二电机15经第二离合器16，两电机通过动力耦合齿轮实现转矩耦合，并经第二输出轴13、有级变速器10到驱动桥9，驱使拖拉机行驶。

在短距离转场下，第二电机驱动工作模式：储能装置17处于放电状态，移动电缆装置1处于非工作状态，第二离合器14接合，第一离合器4和结合套12断开，第一电机3停机，第二控制器16按照驾驶员指令控制第二电机15工作于电动模式，第二电机15输出动力经第二离合器14、第二输出轴13、有级变速器10到驱动桥9，驱使拖拉机行驶。

从以上工作原理可以看出，该双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置可以实现平稳切换移动电缆装置和储能装置两种供电方式，以及移动电缆装置可以通过整流器为储能装置充电，移动电缆装置可以收放电缆自如而不会发生卡死现象或电缆耷拉现象；实现双电机单独驱动、双电机共同独立驱动、双电机转矩耦合驱动的多种工作模式，能够实现拖拉机行驶时大范围内的无级变速，提高再生制动能量回收率，且两电机利用率高，满足温室拖拉机行驶和作业的不同动力性需求，同时又不污染自然环境。

本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于包括移动电缆单元（1）、第一控制器（2）、第一电机（3）、第一离合器（4）、第一输出轴（5）、第一传动齿轮（6）、无级变速器（7）、动力输出装置（8）、驱动桥（9）、有级变速器（10）、动力耦合齿轮、第二输出轴（13）、第二离合器（14）、第二电机（15）、第二控制器（16）、储能装置（17）以及整流器（18）；移动电缆单元（1）通过第一控制器（2）与第一电机（3）电连接，移动电缆单元（1）与温室大棚中的电源电连接，第一电机（3）的一部分输出动力经第一离合器（4）、第一输出轴（5）、第一传动齿轮（6）输出至动力耦合齿轮，另一部分输出动力经第一输出轴（5）、无级变速器（7）输出至动力输出装置（8），形成用于农器具作业的第一驱动支路；

储能装置（17）通过整流器（18）与移动电缆单元（1）电连接，第二电机（15）通过第二控制器（16）与储能装置（17）电连接，第二电机（15）输出动力依次经第二离合器（14）、第二输出轴（13），与第一电机（3）在动力耦合齿轮处实现转矩耦合后输出动力至驱动桥（9），形成用于实现拖拉机行走的第二驱动支路。

2.根据权利要求1所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于动力耦合齿轮由第二传动齿轮（11）和结合套（12）组成，第二传动齿轮（11）可离合地连接于结合套（12）与第一传动齿轮（6）传动连接，结合套（12）分别可离合地连接于第一离合器（4）与第二离合器（14）。

3.根据权利要求1所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于移动电缆单元（1）包括电缆（19）、轨道（22）、光电传感器（23）、设有滚轮的滑动支架（24）、自动伸缩电缆盘（25）以及第三电机（26），轨道（22）沿温室大棚的长度方向安装于温室大棚内，滑动支架（24）可滑动地设置于轨道（22）上且通过钢丝绳与拖拉机连接，自动伸缩电缆盘（25）与第三电机（26）固定于滑动支架（24）上，第三电机的输出轴与自动伸缩电缆盘（25）驱动连接，电缆（19）盘绕在自动伸缩电缆盘（25）上，电缆（19）的一端与温室大棚中的电源连接，并通过第三电机（26）对自动伸缩电缆盘（25）的控制来实现收放；电缆（19）的另一端与拖拉机的电源插孔连接。

4.根据权利要求3所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于移动电缆单元（1）还包括光电传感器（23）和拉力传感器（20），光电传感器（23）固定在滑动支架（24）上，拉力传感器（20）固定于轨道（22）上，电缆（19）穿接于拉力传感器（20）。

5.根据权利要求3所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于自动伸缩电缆盘（25）上设有一控制器，所述控制器与第三电机（26）通信连接；光电传感器（23）用于判断滑动支架（24）上滚轮的运行方向，从而控制第三电机（26）的转动方向，实现电缆的自动收放，所述光电传感器与控制器通信连接。

6.根据权利要求3所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于轨道（22）上设有挡线板（21），电缆（19）经挡线板（21）的下方盘绕于自动伸缩电缆盘（25）。

7.根据权利要求3所述的双电源双电机温室电动拖拉机动力耦合驱动装置，其特征在于无级变速器（7）与第一电机（3）同轴，实现动力输出装置（8）的恒转速，有级变速器（10）与第二电机（15）同轴，实现行驶中更大范围内的无级变速。