CN110014827A - 一种重型矿车纯电动动力系统及矿车 - Google Patents

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王印束
张晓伟
左利锋
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Abstract

本发明涉及一种重型矿车纯电动动力系统及矿车，包括动力输出轴，所述动力输出轴上设置有用于驱动液压系统的取力器，还至少包括第一动力电机、第二动力电机和变速箱；所述第一动力电机和第二动力电机联轴设置并通过第一动力输出轴与变速箱输入轴相连，所述变速箱输出轴通过第二动力输出轴连接下游驱动系统。本方案的矿车动力系统实现了零排放；同时，双电机同轴动力输出能够实现根据不同路况(例如平路或上坡等)调整工作策略(单电机工作或双电机同时工作等)实现不同动力输出，可以相应减少变速箱档位，有利于简化变速箱操作。

Description

一种重型矿车纯电动动力系统及矿车
技术领域
本发明涉及一种重型矿车纯电动动力系统及矿车，属于新能源矿用车辆领域。
背景技术
目前载重在100吨左右的重型矿车，均采用传统柴油式发动机配合多档位变速器的动力总成系统架构，带来整车排放高、操作复杂等各种问题。随着响应国家对建设绿色矿山的号召，减少矿车排放污染的需求越来越高；同时，多档位手动变速器操作复杂，对司机操作水平要求高。
发明内容
本发明的目的是提供一种重型矿车纯电动动力系统及矿车，用以解决传统燃油矿车排放高污染大且操作复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种重型矿车纯电动动力系统，包括如下系统方案：
系统方案一，包括动力输出轴，所述动力输出轴上设置有用于驱动液压系统的取力器，还包括依次设置的第一动力电机、第二动力电机和变速箱；所述动力输出轴包括第一动力输出轴和第二动力输出轴；所述第一动力电机和第二动力电机联轴设置，然后通过第一动力输出轴与变速箱输入轴相连，所述变速箱输出轴再通过第二动力输出轴连接下游驱动系统。
本重型矿车动力系统采用双电机的纯电动方案，实现零排放；同时，双电机同轴动力输出能够实现根据不同路况(例如平路或上坡等)调整工作策略(单电机工作或双电机同时工作等)实现不同动力输出，可以相应减少变速箱档位，有利于简化变速箱操作。
系统方案二，在系统方案一的基础上，所述变速箱包括一组行星齿轮，所述行星齿轮组的太阳轮与所述第一动力输出轴相连，所述行星齿轮组的行星架与所述第二动力输出轴相连。
系统方案三，在系统方案二的基础上，所述变速箱包括用于锁止齿圈的第一档位、用于锁定齿圈和行星架的第二档位以及开放齿圈及行星架自由度的空档档位。
采用带有一组行星齿轮的变速箱，实现两档变速；再配合单、双电机两种电机动力输出模式，可实现4级变速。若采用不同的两种电机的动力方案，则最多可实现6级变速。有效的改善了现有矿车换档变速操作复杂的问题。
系统方案四，在系统方案一的基础上，所述取力器设置于所述第一动力输出轴上。
液压系统取力器设置在变速箱前的驱动轴上，可实现停车卸载或边走边卸的功能。
本发明的一种重型矿车，包括如下矿车方案：
矿车方案一，包括动力输出轴，所述动力输出轴上设置有用于驱动液压系统的取力器，其特征在于，还包括第一动力电机、第二动力电机和变速箱；所述动力输出轴包括第一动力输出轴和第二动力输出轴；所述第一动力电机和第二动力电机联轴设置并通过第一动力输出轴与变速箱输入轴相连，所述变速箱输出轴通过第二动力输出轴连接下游驱动系统，所述下游驱动系统包括驱动轮。
矿车方案二，在矿车方案一的基础上，所述变速箱包括一组行星齿轮，所述行星齿轮组的太阳轮与所述第一动力输出轴相连，所述行星齿轮组的行星架与所述第二动力输出轴相连。
矿车方案三，在矿车方案二的基础上，所述变速箱包括用于锁止齿圈的第一档位、用于锁定齿圈和行星架的第二档位以及开放齿圈及行星架自由度的空档档位。
矿车方案四，在矿车方案一的基础上，所述取力器设置于所述第一动力输出轴上。
附图说明
图1是一种重型矿车纯电动动力系统构型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示的一种重型矿车纯电动动力系统构型，包括第一驱动电机1、第二驱动电机2、两档AMT变速器3、齿圈31、太阳轮33、行星架32、第一传动轴61、第二传动轴62、取力器挡杆4、取力器主动齿轮41、取力器从动齿轮42、取力器输出轴43、变速箱换挡机构5。第一驱动电机和第二驱动电机通过离合器或连轴器实现同轴连接，其动力通过第一传动轴61与变速器3输入轴相连，变速器3输出轴通过第二传动轴62输出动力到包括差速器、驱动轮在内的下游动力系统。取力器从连接驱动电机系统到变速器的第一传动轴61上获取动力。
两档AMT变速器3包括一组行星齿轮，行星齿轮包括齿圈31、太阳轮33、行星架32，变速器输入轴与行星齿轮中的太阳轮相连，输出轴与行星架32相连。换档机构5包括变速器外壳位52、齿圈位51、行星架位53，换档机构5将变速器外壳与齿圈位51锁定，实现变速器一档输出；换档机构5将齿圈位51与行星架位53锁定，实现变速器二档(直接)输出；换档机构5单独置于某一位上则为空档。
取力器系统包括取力器挡杆4、取力器主动齿轮41、取力器从动齿轮42、取力器输出轴43。取力器主动齿轮41设于第一传动轴61上，并与取力器从动齿轮42齿合，取力器从动齿轮42通过由取力器挡杆4控制的离合器与取力器输出轴43相连。取力器输出轴43用于驱动液压系统，实现矿车举升大箱进行卸载的功能。
第一驱动电机1和第二驱动电机2串联，第二驱动电机接两档AMT变速器，两档AMT变速器采用单行星系统构型，其中太阳轮作为输入，行星架作为输出，同时在输入轴侧引出一对可挂档的齿轮，做升起大箱取力器用。
在壳体上伸出一个档位，齿圈上伸出一个档位，行星架与输出轴相连伸出一个档位。当换挡机构挂入一档时，齿圈与壳体形成连接，相当于齿圈固定，起到减速增扭效果；当档位挂到中间空挡时，整个行星机构有两个自由度，相当于整个系统都在空转不输出动力；当档位挂到二档时，齿圈与行星架形成连接，动力1:1输出，相当于变速器的二档。
当换挡机构挂入空挡，取力器换挡机构挂入档位时，动力从取力器输出口输出，实现停车卸载功能。
当换挡机构挂入其他档位，取力器换挡机构挂入档位时，动力输出轴和取力器口同时输出，实现行车卸载功能。
本方案的重型矿车能够实现以下功能：
1.当车辆运行在爬坡等需要大扭矩输入情况下，双电机同时工作，同时档位挂到一档，取力器挂到空挡，满足整车爬大坡度的需求。
2.当车辆运行在平地等较好工况时，只需任意单电机工作，同时档位挂到二档，实现车辆高车速的需求，同时也减小动力系统的耗电。
3.当车辆停止，车辆大箱需要卸载东西时，变速器挂到空挡，取力器挂入档位，取力器推动大箱升起，卸载矿料。
4.当车辆需要举起大箱运行时，取力器挂入空挡，由大箱支撑杆保压，车辆挂入一档，实现边走边卸载。
5.当需要行车时升起大箱时，变速器和取力器同时挂入档位就可实现边行车边升起大箱卸载功能。
本方案中的第一驱动电机1和第二驱动电机2可采用相同的电机，也可采用不同的电机实现更多级动力输出。例如采用一台高转矩的电机配合一台高额定转速的电机作为动力系统，两台电机的主轴串联连接，总共可以实现6级变速。空车起步时，挂一档，高转矩的电机单独出力，实现高启动转矩同时降速增扭起步；行驶中，挂入二档，实现动力直接输出，增速节能；需要高速巡航行驶时，进空档，动力系统切换为高额定转速电机输出并挂入一档，达到一定速度后挂入二档实现高速行驶；满载的重车起步或爬坡等大负荷起步或行驶时，采用双电机驱动，挂一档降速增扭起步，行驶中可以进二档直驱行驶。
本方案采用双电机串联的构型，解决了单电机输入扭不够，无法用于重型矿车的问题，而且可以根据实际工况，决定运行哪个电机。
本方案还采用了设置有空挡的行星排式两档AMT变速箱，可以大大减小变速器布置空间，且可以实现驻车卸载功能。
本方案在变速箱输入轴侧设计带档位的取力器，可以根据实际情况，在行走中升起大箱，实现卸载功能。

Claims (8)

1.一种重型矿车纯电动动力系统，其特征在于，包括动力输出轴，所述动力输出轴上设置有用于驱动液压系统的取力器，还包括依次设置的第一动力电机、第二动力电机和变速箱；所述动力输出轴包括第一动力输出轴和第二动力输出轴；所述第一动力电机和第二动力电机联轴设置，然后通过第一动力输出轴与变速箱输入轴相连，所述变速箱输出轴再通过第二动力输出轴连接下游驱动系统。
2.根据权利要求1所述的一种重型矿车纯电动动力系统，其特征在于，所述变速箱包括一组行星齿轮，所述行星齿轮组的太阳轮与所述第一动力输出轴相连，所述行星齿轮组的行星架与所述第二动力输出轴相连。
3.根据权利要求2所述的一种重型矿车纯电动动力系统，其特征在于，所述变速箱包括用于锁止齿圈的第一档位、用于锁定齿圈和行星架的第二档位以及开放齿圈及行星架自由度的空档档位。
4.根据权利要求1所述的一种重型矿车纯电动动力系统，其特征在于，所述取力器设置于所述第一动力输出轴上。
5.一种重型矿车，包括动力输出轴，所述动力输出轴上设置有用于驱动液压系统的取力器，其特征在于，还包括第一动力电机、第二动力电机和变速箱；所述动力输出轴包括第一动力输出轴和第二动力输出轴；所述第一动力电机和第二动力电机联轴设置并通过第一动力输出轴与变速箱输入轴相连，所述变速箱输出轴通过第二动力输出轴连接下游驱动系统，所述下游驱动系统包括驱动轮。
6.根据权利要求5所述的一种重型矿车，其特征在于，所述变速箱包括一组行星齿轮，所述行星齿轮组的太阳轮与所述第一动力输出轴相连，所述行星齿轮组的行星架与所述第二动力输出轴相连。
7.根据权利要求6所述的一种重型矿车，其特征在于，所述变速箱包括用于锁止齿圈的第一档位、用于锁定齿圈和行星架的第二档位以及开放齿圈及行星架自由度的空档档位。
8.根据权利要求5所述的一种重型矿车，其特征在于，所述取力器设置于所述第一动力输出轴上。
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