CN110154754A - 可断开连接的作业机具驱动系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种机具驱动系统，尤其是用于由作业车辆系中的原动机车辆牵引的机具的可断开连接的作业机具驱动系统。该系统包括轴装置和辅助动力单元。辅助动力单元包括：电动马达；行星齿轮组，其接收来自电动马达的旋转输入并且提供相对于旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩的旋转输出；和断开连接的装置，其具有被配置成连接到轴装置的输出部。断开连接的装置可移动到第一位置，在该第一位置，断开连接的装置将来自行星齿轮组的旋转输出传递到轴装置，使得旋转输入驱动机具的轮子。断开连接的装置可移动到第二位置，在该第二位置，断开连接的装置将轴装置与电动马达的旋转输入断开联接。

Description

可断开连接的作业机具驱动系统
技术领域
本公开总体上涉及具有作业车辆和被牵引机具的装置，并且更具体地涉及向被牵引机具的轴提供牵引动力的机具驱动系统。
背景技术
作业(和其它)车辆系可以包括车载电源，以在车辆操作包括牵引拖尾机具期间提供原动力和其它动力。在一些情况下，可能需要作业车辆在具有挑战性的地形或在可能导致作业车辆系出现问题的重负载下牵引机具。
发明内容
本公开提供了具有辅助动力单元的机具驱动系统，所述辅助动力单元用于由作业车辆牵引的机具。
在一个方面，本公开提供了一种用于机具的机具驱动系统，该机具被配置成由作业车辆系中的原动机车辆牵引。该机具驱动系统包括：轴装置，该轴装置被配置成支撑机具的轮子；和辅助动力单元。辅助动力单元包括：电动马达；行星齿轮组，其接收来自电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自电动马达的旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；和断开连接的装置，其具有配置成联接到轴装置的输出部。断开连接的装置可移动到第一位置，在该第一位置，断开连接的装置将来自行星齿轮组的旋转输出传递到轴装置，使得来自电动马达的旋转输入驱动机具的轮子。断开连接的装置可移动到第二位置，在该第二位置，断开连接的装置将轴装置与电动马达的旋转输入断开联接。
在另一方面，本发明提供了一种作业车辆系，其包括原动机车辆，该原动机车辆具有推进驱动组件，该推进驱动组件被配置成为原动机车辆提供推进力。作业车辆系还包括动力系统，该动力系统包括被配置成提供电力的电池和被配置成提供流体动力的流体动力源；以及被配置成由原动机车辆牵引的机具。该机具包括:连接到原动机车辆的底盘；轴组件，其联接到底盘并且被配置成支撑机具的轮子；和辅助动力单元，其包括：电动马达，其被配置成从电池接收电力；行星齿轮组，其接收来自电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自电动马达的旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；和断开连接的装置，其具有输出部，该输出部被配置成联接到轴装置并被联接成选择性地接收来自动力系统的流体动力。断开连接的装置可在接收到流体动力时移动到第一位置，在该第一位置，断开连接的装置将来自行星齿轮组的旋转输出传递到轴装置，使得来自电动马达的旋转输入驱动机具的轮子。断开连接的装置可移动到第二位置，在该第二位置，断开连接的装置将轴装置与电动马达的旋转输入断开联接。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A是可以根据本公开使用的示例性作业车辆系的侧视图，其具有农用拖拉机形式的原动机车辆和谷物推车形式的被牵引机具；
图1B是根据示例实施方式的图1A中示出的作业车辆系的示意性框图；
图2是可以结合到根据示例实施方式在图1A和图1B中所示的作业车辆系中的机具驱动系统；
图3是根据示例实施方式在图2中所示的机具驱动系统的辅助动力单元；
图4A是根据示例实施方式的处于第一或脱接合离位置的图3中所示的辅助动力单元的剖视图；
图4B是根据示例实施方式的处于第二或接合位置的图3中所示的辅助动力单元的剖视图；
图5至图8是断开连接的装置的各种立体图，该断开连接的装置可以结合到根据示例实施方式在图4A和图4B中所示的辅助动力单元中；
图9和图10是轴组件的沿图2中的平面9-9和10-10截取的剖视图，该轴组件可以结合到根据示例实施方式的机具驱动系统中；以及
图11是根据另一示例实施方式的机具驱动系统的视图。
各附图中的相同附图标记表示相同元件。
具体实施方式
以下描述了所公开的作业车辆系的一个或多个示例性实施方式，其中被牵引机具包括具有辅助动力单元的可断开连接的机具驱动系统，该辅助动力单元允许被牵引机具可选地自由转动或在动力下操作，如以上简要描述的附图所示。本领域技术人员可以预期对示例实施方式的各种修改。
如本文所使用的，除非另外限制或修改，否则具有由连词(例如，“和”)分隔的元素并且在前面还有词语“一个或多个”或“至少一个”的列表表示可能包括列表的各个元素或其任何组合的配置或装置。例如，“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的一个或多个”表示仅A、仅B、仅C或A、B和C中的两个或更多个的任意组合的可能性(例如，A和B；B和C；A和C；或A、B和C)。此外，在详述本公开时，可能会使用描述方向和取向例如“向前”、“向后”、“横向”、“水平”和“垂直”等词。这些词至少部分地是相对于作业车辆在使用期间行进的方向来定义的。此外，下面的讨论可能会参考具有相对于纵向轴线而言的“轴向”、“径向”和“周向”取向的圆柱坐标系。
由于各种原因，可能希望作业车辆拉动或牵引作为车辆系的相关机具。有时，作业车辆系可能需要机具穿越具有挑战性的地形(例如泥泞或丘陵地形)，或者在重载下操作。在这种情况下，机具以动力模式运行是有益的。本公开提供了一种辅助动力单元，其可以选择性地联接至机具以在动力下驱动被牵引机具的轮子，从而辅助原动机车辆牵引机具。然而，当作业车辆在道路上或在平地上或轻载下牵引机具时，可能不需要这种辅助。在这种情况下，辅助动力单元可以选择性地与机具断开连接，例如远离(例如，电动或液压)原动机车辆的驾驶室，使得机具可以以自由转动模式操作，在这种自由转动模式中，辅助动力单元与机具轮系脱离接合。当辅助动力单元可操作地与轴组件断开连接时，原动机车辆可以在没有辅助动力单元的辅助的情况下拉动机具，并且在某些实施方式中，辅助动力单元的操作部件不物理地联接到轮子或移动。在某些实施方式中，一个或多个辅助动力单元可以通过驱动轴或通过将辅助动力单元的输出直接联接到轴组件的输入而连接到机具的一个或多个轴组件。
参考图1A，所公开的实施方式可以用在作业车辆系100中，其中原动机作业车辆110(示为农用拖拉机)在牵引配置中利用诸如谷物推车的机具170。通常，这里描述的示例适用于任何类型的作业车辆110和/或机具170系。术语“机具”还可以称为附件部件、被牵引车辆或尾随车辆。作业车辆110的示例包括拖拉机、卡车、装载机等。机具170的示例包括如图所示的谷物推车以及割草机、播种机、绞盘、泵、鼓风机、吊杆等。
图1A是作业车辆110和可以利用机具驱动系统200的机具170的装置100的一个示例。图1B是装置100的示意性框图，用以引入下面更详细描述的部件。
参考图1B，作业车辆110可以被认为包括主框架或底盘112、推进驱动组件114、动力系统120、动力输出(PTO)装置130和操作员平台或驾驶室140。在该示例中，作业车辆110还包括控制器150和操作员界面160。
通常，驾驶室140安装到底盘112并且容纳操作员，操作员经由控制器150和操作员界面160控制作业车辆110的操作。动力系统120包括用于经由推进驱动组件114推进作业车辆110的一个或多个动力源(例如，内燃机、燃料电池、电动马达和/或混合气体电动马达)。在所描绘的示例中，动力系统120包括可用于推进的发动机122。动力系统120还可以被认为包括其它动力源，例如电池124和/或流体动力源126。通常，电池124向作业车辆装置100的各个方面提供电力，并且流体动力源126向作业车辆装置100上的一个或多个系统提供液压或气动动力。在一些示例中，可以提供发电机以产生电力。
在一个示例中，提供了PTO装置130以在动力系统120和机具170之间传递动力。在一个示例中，PTO装置130包括具有传动装置、输入轴和输出轴的壳体。输入轴可旋转地连接到动力系统120，并且通过变速器的齿轮组进一步直接或间接地驱动性连接到壳体内的输出轴，使得来自输入轴的动力可以传递到输出轴。机具170经由PTO轴驱动地连接到输出轴，以接收并利用该动力，例如，执行专用功能，例如分配谷物或种子。在一些示例中，可以省略PTO装置130。
控制器150可以被认为是用于控制或促进车辆110或其一部分的控制的车辆控制器，包括下面描述的机具功能。这样，控制器150包括一个或多个控制元件以控制操作的各个方面，并且被配置成实现本文描述的功能。控制器150可以被配置成具有相关联的处理器设备和存储器架构的计算设备，作为硬连线计算电路(或多个电路)、可编程电路、液压、电气或电液控制器等。这样，控制器150可以被配置成执行各种计算和控制功能。在一些实施方式中，控制器150可以被配置成接收各种格式的输入信号(例如，作为液压信号、电压信号、电流信号等)，并且以各种格式输出命令信号(例如，作为液压信号、电压信号、电流信号、机械运动等)。控制器150可以以各种已知方式与其它系统或设备(包括其它控制器)通信，包括通过总线、通过无线或液压通信装置或其它方式。图1B中描绘了控制器150的示例位置。然而，应该理解，其它位置也是可能的，包括作业车辆110上的其它位置，或各种远程位置。
在一些实施方式中，控制器150可以被配置成接收输入命令并经由操作员界面(或人机界面)160与操作员对接，操作员界面160可以设置在作业车辆110的驾驶室140内以方便操作员访问。操作员界面160可以是输入设备和输出设备，并且以各种方式配置。在一些实施方式中，操作员界面160可包括一个或多个操纵杆、各种开关或杠杆、一个或多个按钮、可覆盖在显示器上的触摸屏界面、键盘、扬声器、与语音识别系统相关联的麦克风，或各种其它人机界面设备。在其它功能中，操作员界面160可以用于接收用于激活和控制机具170的操作员命令，包括在下面描述的模式之间的选择。
机具170经由安装到机具底盘或框架174的牵引连接172机械地联接到作业车辆110。机具驱动系统200可以安装在框架174上。通常，机具驱动系统200可以被认为包括轴组件176和辅助动力单元180，并且可选地包括轴联接元件182。轴组件176在设置在机具框架174的每侧上的轮子178之间延伸。辅助动力单元180通过轴联接元件182联接到轴组件176。辅助动力单元180可包括控制单元184或以其它方式与控制单元184相关联并且联接到动力系统120以接收一种或多种形式的来自作业车辆110的动力。例如，电力线186可以从电池124提供电力，并且流体动力线188可以从流体动力源126提供流体动力(例如，加压空气或流体)。在其它示例中。如图所示，机具170可具有其它装置，和/或可省略上述组件中的一个或多个和/或提供其它组件。例如，机具170可以设置有电池和/或流体源，并且可以省略一条或两条线186、188。
控制单元184通常实现辅助动力单元180的操作。例如，控制单元184可以经由操作员界面160接收表示操作员输入的信号，并且实现下面更详细讨论的适当的功能和模式。如下面还讨论的，控制单元184可以监视和控制辅助动力单元180的各种操作特性。类似于控制器150，控制单元184被配置成具有相关处理器设备和存储器架构的计算设备，作为硬连线计算电路(或多个电路)、作为可编程电路、作为液压、电动或电动液压控制器，或以其它方式执行各种计算和控制功能。
这样，在作业车辆110和/或机具170的操作期间，操作员通过操作员界面160选择适当的机具模式。如下面更详细地描述的，这种模式包括动力(或辅助或牵引)模式和自由转动模式。在动力模式中，辅助动力单元180产生机械动力并且联接到轴组件176以驱动机具170的轮子178，从而为牵引机具170的作业车辆110提供牵引辅助。动力模式可以特别适用于不平坦、泥泞、松散或丘陵地形。在自由转动模式中，辅助动力单元180与轴组件176分离或断开连接，使得辅助动力单元180不向轮子178提供动力，从而允许作业车辆110在没有辅助的情况下拉动机具170。当作业车辆110在道路上和/或以高速牵引机具170时，自由转动模式可能是特别有益的。
因此，在操作员选择时，操作员界面160与控制器150和/或控制单元184通信以实现选择。作为示例，控制器150和/或控制单元184向辅助动力单元180的一个或多个部件(包括断开连接的装置、电动马达和/或诸如流体动力和/或电力的动力输入)产生适当命令以实现所述模式。在一些情况下，模式选择可以由控制器150和/或控制单元184基于操作条件自动进行。下面将提供关于机具驱动系统200的其它细节。
图2是机具驱动系统200的立体图，其中轴组件176、轴联接元件182和辅助动力单元180的一些部分已从机具170移除。轴联接元件182可采用任何合适的形状，包括轴和/或轭。在该示例中，轴组件176包括接收轴联接元件182的差速器210。差速器210接合第一(或左)轴部件或短轴212和第二(或右)轴部件或短轴214。尽管未在图2中示出，但是第一轴部件212和第二轴部件214支撑机具170行进的轮子178(图1A和图1B)。由于这种布置，扭矩可以在辅助动力单元180、轴组件176和轮子178之间传递。如上所述，在动力模式期间，辅助动力单元180可以用于驱动轴组件176且因此驱动器具170的轮子178(图1A和图1B)。在自由转动模式期间，差速器210可随着机具170被牵引而与轴组件176一起旋转，尽管辅助动力单元180的大部分部件已与这种旋转断开连接，如下面更详细地讨论的那样。
图3是辅助动力单元180的立体图。如图所示，辅助动力单元180可包括壳体300，壳体300包围并保护辅助动力单元180的部件。如图3所示，辅助动力单元180包括驱动输出部或连接器接口310，其配置成联接到轴联接元件182(图2)以提供旋转输出。另外，辅助动力单元180可包括一个或多个附加接口，例如用于接收加压空气或液体形式的流体动力的流体接口312和用于接收电力的电接口314。
图4A和图4B分别是图3的辅助动力单元180在自由转动模式和动力模式期间的横截面视图。通常，辅助动力单元180包括电动马达410、用于降低速度并增加来自电动马达410的旋转输入的扭矩的齿轮系430以及断开连接的装置460，这些装置单独和/或共同操作以产生动力，将动力从电动马达410传递到驱动输出部310，以及选择性地将驱动输出部310与齿轮系430和电动马达410断开连接。如将更详细地描述的，辅助动力单元180以自由转动模式和动力模式操作，在自由转动模式中，断开连接的装置460脱离接合，如图4A所示；在动力模式中，断开连接的装置460被接合，如图4B所示。
电动马达410可以由控制单元184选择性地启动和停用，例如，基于存储的速度或负载值自动地或者通过来自作业车辆110的驾驶室内的操作员的按钮选择半自动地启动和停用。在启动并向电动马达410施加电流时，转子和定子组件的磁场之间产生的相互作用产生使转子转动的力。转子被安装至马达输出轴416，马达输出轴416可旋转地联接到齿轮系430。如上所述，可以通过电池(例如图1B的电池124)或发电机在电动马达410中提供电力。电动马达410可以在动力模式下启动并且在自由转动模式下停用。
齿轮系430通常操作以降低旋转速度并增加从电动马达410到断开连接的装置460的扭矩。电动马达410以相对高的速度和低扭矩操作，而连接到断开连接的装置460的输出的轴组件176以相对低的速度和高扭矩操作。这样，齿轮系430用于将来自电动马达410的速度和扭矩改变为轴组件176的更合适的速度和扭矩。
在所示的示例中，齿轮系430是双行星齿轮组，其包括具有行星齿轮架442、太阳齿轮444、一组行星齿轮446和环形齿轮448的第一行星齿轮组440。通常，该组行星齿轮446包括多个行星齿轮，这些行星齿轮具有啮合太阳齿轮444的外圆周上的相应齿和环形齿轮448的内圆周上的相应齿的齿。行星齿轮446由行星齿轮架442的小齿轮支撑。太阳齿轮444用花键或以其它方式安装至马达输出轴416以与其共同旋转。环形齿轮448固定到壳体300，使得行星齿轮446和行星齿轮架442在环形齿轮448内围绕太阳齿轮444旋转。行星齿轮架442另外联接到第二行星齿轮组450的随该行星齿轮架442一起旋转的第二太阳齿轮449。第二行星齿轮组还包括带有第二组行星齿轮454的第二行星齿轮架452，第二组行星齿轮454的齿啮合第二太阳齿轮449和环形齿轮448处的齿。注意，在所描述的示例中，公开了用于两个行星齿轮组440、450的共用环形齿轮，然而，可以为每组设置单独的环形齿轮。第二行星齿轮架450由壳体300内的轴承458支撑，并且用花键或以其它方式连接到断开连接的装置460的部分，如下所述。如图4B中的点划线所示，动力从电动马达410的输出轴416经过第一太阳齿轮444流到第一行星齿轮446和第一行星齿轮架442。从那里，动力流到安装至第一行星齿轮架442的第二太阳齿轮449、流到第二行星齿轮454和第二行星齿轮架452并且流到断开连接的装置460的上游部分上。
断开连接的装置460被布置在壳体300内并且包括可选择性地接合和脱离接合的部件，例如在所描述的实施方式中，包括第一离合器部件462和第二离合器部件470，这些部件选择性地接合和脱离接合以便分别共同旋转和独立旋转。在该示例中，断开连接的装置460是具有凸起的齿或棘爪的卡爪或锁爪离合器，凸起的齿或棘爪在接合时互锁以便于扭矩传递。简要参考图5至图8，其是断开连接的装置460的立体图。例如，图5描绘了接合第二离合器部件470的第一离合器部件462。应该注意的是，示例性断开连接的装置460的相互接合特征允许在相对低的轴向力被施加到断开连接的装置460的情况下在离合器部件之间传递旋转力。这允许断开连接的装置460由液压压力或气动压力致动。气动压力可能不足以与其它断开连接的装置例如摩擦组件等一起使用，诸如摩擦组件的其它断开连接的装置需要较高的轴向施加力以完全接合而在断开连接的装置的配合元件之间传递旋转。然而，应注意，断开连接的装置可以是液压致动的摩擦组件。
在所描述的示例中，第二离合器部件470(例如，用花键)联接到第二行星齿轮架450以与第二行星齿轮架450一起旋转。第一离合器部件462包括第一接合界面或盘464，其在此示例中包括从第一接合界面464的表面延伸的一个或多个齿。第二离合器部件470包括离合器毂472和离合器活塞474。离合器活塞474安装在离合器毂472上以随其旋转。离合器活塞474具有面向第一离合器部件462的第一接合界面464的第二接合界面476。离合器活塞474被配置成沿轴向方向(例如，图4A中的左右方向)致动，使得第二接合界面476选择性地接合和脱离接合第一接合界面464。
在一个示例中，离合器活塞474安装在离合器毂472上以进行轴向运动。通过保持器479容纳在离合器毂472内的弹簧478经由活塞元件481和管483装置联接到离合器活塞474，该活塞元件481和管483装置被配置成相对于第二离合器部件470轴向平移移动，通过接合离合器毂472内的槽485的管483端部而受到限制。弹簧478用于使离合器活塞474偏离第一接合界面464，使得第二离合器部件470与第一离合器部件462脱离接合。图4A的脱离接合位置导致自由转动模式，在该自由转动模式中，辅助动力单元180不驱动机具轴组件176。在图7和图8中，离合器活塞474和第一离合器部件462分别示出为单独的。离合器活塞474上的凸起齿710和第一离合器部件462上的配合齿810在图7和图8中最清楚地示出。
提供致动装置480以抵抗弹簧478的力，使得离合器毂472轴向移动，使得离合器部件462、470的第一接合界面464和第二接合界面476彼此接合，如同图4B所示并在下面更详细地讨论的。如上所述，致动装置480基于来自控制单元184的信号操作，并且被配置成致动断开连接的装置460以进行动力模式，使得来自电动马达410的扭矩可以传递到轴组件176。
如上所述，致动装置480可采用各种形式。在图4A和图4B的示例中，致动装置480是利用加压空气来重新定位离合器活塞474的气动系统。如上所述，基于来自辅助动力单元控制单元184和/或车辆控制器150的信号，加压空气可以经由流体动力管线188(图1A和图1B)从流体动力源126提供给辅助动力单元180。
在所描绘的示例中，离合器毂472包括凸缘482，凸缘482至少部分地围绕后表面484(相对于第二接合界面476)和离合器活塞474的外周以形成腔486。端口488使得能够将加压空气引入腔486中，使得力施加在离合器活塞474的后表面484上。当气动力克服弹簧力时，离合器活塞474移动(至图4A中的左侧)，使得第二接合界面476接合第一接合界面464，如图4B所示。
如上所述，致动装置480可以是气动的(例如，基于加压空气而被致动)或液压的(例如，用加压流体致动，例如油)。在图4A和图4B的示例中，致动装置480是气动的，使得加压空气通过端口488被引入腔486，以将断开连接的装置460置于用于动力模式的接合位置，如图4B所示。为了返回到用于自由转动模式的脱离接合位置，腔486中的气动压力可以通过端口488释放，从而允许弹簧478使离合器活塞474返回到脱离接合位置，如图1A和图1B所示。在自由转动模式中，电动马达410可以被停用，并且电动马达410和齿轮系430由于与断开连接的装置460处的旋转部件断开连接而固定不动。
还参考图4B，图4B是图4A的横截面图，其中断开连接的装置460移动到接合位置。如上所述，在该位置，辅助动力单元180旋转地联接到机具轴组件176，使得辅助动力单元180可以驱动机具170。因此，断开连接的装置460使得能够将旋转力从电动马达410和齿轮系430传递到驱动输出部310。由线402表示的示意性力路径在图4B中示出。
在利用流体压力的其它示例中，致动装置可以以类似的方式操作。使用图4A的气动示例作为参考，流体可以通过端口488引入并进入腔486。阻挡装置(例如，球或阀)可以布置在离合器活塞474内以防止空气泄漏，从而使压力足以移动离合器活塞474。代替阻挡装置，离合器活塞474可以具有类似布置的止回阀，其使得流体压力升高，直到足以克服弹簧力并重新定位离合器活塞474。为了释放压力并返回到脱离接合位置，阻挡装置或止回阀可以移动并允许流体流过离合器活塞474并通过出口端口流出断开连接的装置460。可以提供其它致动装置。
在各种示例中，辅助动力单元180还可以设置有流体冷却。例如，一个或多个冷却剂入口可以使冷却剂流过壳体300。壳体300还可以限定围绕一个或多个系统部件的一个或多个腔室，使得腔室内的冷却剂可以移除热量。可以提供冷却剂出口以使冷却剂能够流出腔室并流出辅助动力单元180。
如上所述，控制单元184和/或控制器150(图1B)可以基于所选模式提供与电力、流体动力和/或断开连接的装置460相关联的控制信号。控制单元184和/或控制器150还可以提供用于启动、停用和调制电动马达410的命令信号。在一个示例中，控制单元184可以接收和评估来自一个或多个传感器的信号。在所描绘的示例中，传感器490(图3中示出了一个)相对于第一离合器部件462进行布置，以测量旋转的第一离合器部件462的旋转速度(其代表机具轮子速度)。基于该信息，控制单元184可以命令和调制电动马达410以匹配速度，使得断开连接的装置460可以安全地接合并随后驱动轴组件176。
图9和图10是根据示例实施方式的可以结合到机具驱动系统200中的轴组件176的剖视图。图9和图10是彼此正交的视图，并且更具体地描绘了差速器210。
如图所示，轴组件176容纳在壳体900内。轴组件176具有接口902，接口902从辅助动力单元180接收轴联接元件182(图3、图4A和图4B)。界面902中的轴联接元件182可旋转地连接到输入锥齿轮传动装置910。输入锥齿轮传动装置910具有齿，这些齿啮合与输入锥齿轮传动装置910正交定向的配合锥齿轮传动装置920的相应齿。锥齿轮传动装置920是环形锥形齿圈，其进一步连接到星形齿轮组件930，星形齿轮组件930安装在内壳体931内，锥齿轮传动装置920安装至内壳体931。星形齿轮组件930包括由管或杆934支撑并且啮合锥齿轮936的一系列星形齿轮932，锥齿轮936用花键或以其它方式安装在短轴驱动输入部940、950的端部处。短轴驱动输入部940、950分别通过齿轮系942、952例如减速行星齿轮组联接到车轴944、954。轮子支架946、956布置在车轴944、954的每个端部上。
以这种方式，差速器210使得安装在每个轮子支架946、956上的轮子能够以不同的速度旋转，例如，在一圈中通过平衡一个轮子的速度的增加和另一个轮子的速度的减小而以不同的速度旋转。在该示例中，如图10中的点划线所示，在轴组件内，动力从输入锥齿轮传动装置910流到锥齿轮传动装置920，通过内壳体931流到管934(通过销连接件935)和星形齿轮932而到达锥齿轮936，并通过短轴驱动输入部940、950流动齿轮系942、952的其余部分和车轴944、954而到达轮子支架946、956。在左侧轮子和右侧轮子经受相等或接近相等的载荷的正常行程情况下，星形齿轮组件930、内壳体931和锥齿轮传动装置920都围绕轴组件的横向长轴旋转，并且不存在星形齿轮932围绕它们所安装至的管934的轴线的相对旋转。然而，当在轮子上实现不同的载荷时(例如在转弯期间)，随着它们围绕轴组件的长轴旋转，星形齿轮932将围绕管934的长轴转动。星形齿轮932的旋转方向和管934的旋转方向将导致较低负载的轮子相对于较高负载的轮子在速度上附加地增加。例如，允许转弯外侧的轮子相对于内侧轮子以更高的速度旋转。在示例性实施方式中，差速器210还包括由摩擦盘形成的差速锁960，当被致动时，摩擦盘彼此接合以防止星形齿轮组件930以不同的速率驱动短轴驱动输入部940、950。可以提供其它差速装置。
图11是根据另一示例实施方式的机具驱动系统1100的视图。通常，除非另有说明或描述，否则机具驱动系统1100类似于上面讨论的机具驱动系统200。在该示例中，辅助动力单元1110可以以跨轴布置更直接地结合到机具的轴组件176中。例如，可以省略轴连接器(即，驱动轴)，并且可以包括联接器壳体1120以将辅助动力单元1110直接物理地安装到轴组件壳体。
因此，本公开的各种实施方式提供了一种具有辅助动力单元的机具驱动系统，该辅助动力单元适于驱动到轴组件中。这些实施方式便于将具有电动马达的辅助动力单元安装到机具上，例如安装到谷物推车、肥料撒布器或通常附接到原动机的类似牵引车辆上。因此，该机具使得能够在高负载应用和/或在例如泥浆、松散的土壤或山坡等的困难的行驶条件下提供牵引辅助，而不是仅仅依靠原动机(牵引车、卡车等)的牵引力。电动马达可以通过原动机上的发电机或电池系统供电。这种机具驱动系统提供了断开连接的装置，以在高速操作(例如道路行驶)期间使电动马达与轴组件可靠地接合和脱离接合，在高速操作时不需要牵引辅助并且否则将是低效的。断开连接的机构可以是钳口或爪式离合器，其由空气或流体压力致动并通过弹簧断开连接。断开连接的特征可以防止上游马达和齿轮系在高速操作期间的超速操作并且消除对轴上的多速传动的需要。可以通过调节电动马达RPM来辅助断开连接的装置的接合和脱离接合，以匹配机具的速度。辅助动力单元可以直接集成到轴中(例如，作为跨轴布置)或通过插入的驱动轴连接器连接。特别地，辅助动力单元可以提供紧凑的装置，用于为机具轴提供动力，其中，单个包装容纳电动马达、齿轮系和断开连接的装置。除了本文描述的农业设备之外，所示实施方式可以结合到其它类型的应用中，例如采矿、林业或建筑。
此外，提供了以下实施方式，其被编号以便于参考。
1.一种用于机具的机具驱动系统，所述机具被配置成由作业车辆系中的原动机车辆牵引，所述机具驱动系统包括：轴装置，所述轴装置被配置成支撑所述机具的轮子；以及辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：电动马达；行星齿轮组，所述行星齿轮组接收来自所述电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自所述电动马达的所述旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；以及断开连接的装置，所述断开连接的装置具有被配置成联接到所述轴装置的输出部；其中，所述断开连接的装置能移动到第一位置，在该第一位置，所述断开连接的装置将来自所述行星齿轮组的所述旋转输出传递到所述轴装置，使得来自所述电动马达的所述旋转输入驱动所述机具的所述轮子；并且其中，所述断开连接的装置能移动到第二位置，在该第二位置，所述断开连接的装置使所述轴装置与所述电动马达的所述旋转输入断开联接。
2.根据示例1所述的机具驱动系统，其中，所述断开连接的装置包括：第一离合器部件,所述第一离合器部件抗旋转地固定至所述输出部；第二离合器部件，所述第二离合器部件抗旋转地固定至所述行星齿轮组；以及致动装置，所述致动装置被配置成选择性地将流体压力的源提供到所述第二离合器部件上，以使所述第二离合器部件从所述第二位置向所述第一位置移动。
3.根据示例2所述的机具驱动系统，其中，所述第一离合器部件具有第一接合界面，并且其中,所述第二离合器部件具有面向所述第一接合界面的第二接合界面以及与所述第二接合界面相对的后表面，所述后表面至少部分地形成腔，该腔接收所述流体压力以将所述第二离合器部件朝向所述第一离合器部件推动,使得在所述第一位置所述第二接合界面接合所述第一接合界面。
4.根据示例3所述的机具驱动系统，其中，所述第一接合界面和所述第二接合界面形成爪式离合器装置。
5.根据示例3所述的机具驱动系统，其中，所述致动装置包括弹簧，所述弹簧在所述流体压力释放时将所述第二离合器部件偏置到所述第二位置。
6.根据示例3所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括控制单元，所述控制单元电联接到所述电动马达并且被配置成提供用于操作所述电动马达的命令。
7.根据示例6所述的机具驱动系统，其中，所述控制单元还被配置成控制施加到所述第二离合器部件的所述流体压力。
8.根据示例7所述的机具驱动系统，其中，所述控制单元被配置成控制所述流体压力以基于所述原动机车辆的速度而选择性地重新定位所述第二离合器部件。
9.根据示例7所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括传感器，所述传感器电联接到所述控制单元并且定位成测量所述第二离合器部件的旋转速度，其中所述控制单元被配置成接收所述第一离合器部件的旋转速度并且提供用于操作所述电动马达的命令，使得在所述断开连接的装置从所述第二位置向所述第一位置移动期间所述第二离合器部件的旋转速度与所述第一离合器部件的旋转速度匹配。
10.根据示例1所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括轴联接元件，所述轴联接元件在所述断开连接的装置的所述输出部和所述轴装置之间延伸，所述轴联接元件被配置成在所述断开连接的装置处于所述第一位置时将来自所述电动马达的所述旋转输入传递到所述轴装置。
11.根据示例1所述的机具驱动系统，其中，所述断开连接的装置的所述输出部直接联接到所述轴装置。
12.一种作业车辆系，所述作业车辆系包括：原动机车辆，所述原动机车辆包括：推进驱动组件，所述推进驱动组件被配置成为所述原动机车辆提供推进力；以及动力系统，所述动力系统包括被配置成提供电力的电池和被配置成提供流体动力的流体动力源；以及被配置成由所述原动机车辆牵引的机具，所述机具包括：底盘，所述底盘联接到所述原动机车辆；轴组件，所述轴组件联接到所述底盘并且被配置成支撑所述机具的轮子；以及辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：电动马达，所述电动马达被配置成从所述电池接收电力；行星齿轮组，所述行星齿轮组接收来自所述电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自所述电动马达的所述旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；以及断开连接的装置，所述断开连接的装置具有输出部，该输出部被配置成联接到所述轴装置并且被联接成选择性地接收来自所述动力系统的所述流体动力；其中，所述断开连接的装置能在接收到所述流体动力时移动到第一位置，在该第一位置，所述断开连接的装置将来自所述行星齿轮组的所述旋转输出传递到所述轴装置，使得来自所述电动马达的所述旋转输入驱动所述机具的所述轮子；并且其中，所述断开连接的装置能移动到第二位置，在该第二位置，所述断开连接的装置将所述轴装置与所述电动马达的所述旋转输入断开联接。
13.根据示例12所述的作业车辆系列，其中，所述流体动力源是气动动力源，所述气动动力源被配置成向所述断开连接的装置提供呈气动动力的形式的所述流体动力，以使所述断开连接的装置从所述第二位置向所述第一位置移动。
14.根据示例12所述的作业车辆系，其中，所述断开连接的装置包括：第一离合器部件,所述第一离合器部件抗旋转地固定至所述输出部；第二离合器部件，所述第二离合器部件抗旋转地固定至所述行星齿轮组；以及致动装置，所述致动装置被配置成选择性地将来自所述流体动力源的作为流体压力的所述流体动力引导到所述第二离合器部件上，以使所述第二离合器部件从所述第二位置向所述第一位置移动。
15.根据示例14所述的作业车辆系，其中，所述第一离合器部件具有第一接合界面，并且其中,所述第二离合器部件具有面向所述第一接合界面的第二接合界面以及与所述第二接合界面相对的后表面，所述后表面至少部分地形成腔，该腔接收所述流体压力以将所述第二离合器部件朝向所述第一离合器部件推动,使得在所述第一位置所述第二接合界面接合所述第一接合界面。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并不意图限制本公开。如这里所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或者添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组。
已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的描述，但是并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。选择和描述本文中明确引用的实施方式以最好地解释本公开的原理及其实际应用，并且使本领域的其它普通技术人员能够理解本公开并且认识到所描述的示例的许多替换，修改和变化(s))。因此，除了明确描述的那些之外的各种实施方式都在所附权利要求的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年2月16日提交的美国临时申请No.62/710,351的权益，其全部公开内容通过引用结合于此。

Claims (20)

1.一种用于机具的机具驱动系统，所述机具被配置成由作业车辆系中的原动机车辆牵引，所述机具驱动系统包括：
轴装置，所述轴装置被配置成支撑所述机具的轮子；以及
辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：
电动马达；
行星齿轮组，所述行星齿轮组接收来自所述电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自所述电动马达的所述旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；以及
断开连接的装置，所述断开连接的装置具有被配置成联接到所述轴装置的输出部；
其中，所述断开连接的装置能移动到第一位置，在该第一位置，所述断开连接的装置将来自所述行星齿轮组的所述旋转输出传递到所述轴装置，使得来自所述电动马达的所述旋转输入驱动所述机具的所述轮子；并且
其中，所述断开连接的装置能移动到第二位置，在该第二位置，所述断开连接的装置使所述轴装置与所述电动马达的所述旋转输入断开联接。
2.根据权利要求1所述的机具驱动系统，其中，所述断开连接的装置包括：
第一离合器部件,所述第一离合器部件抗旋转地固定至所述输出部；
第二离合器部件，所述第二离合器部件抗旋转地固定至所述行星齿轮组；以及
致动装置，所述致动装置被配置成选择性地将流体压力的源提供到所述第二离合器部件上，以使所述第二离合器部件从所述第二位置向所述第一位置移动。
3.根据权利要求2所述的机具驱动系统，
其中,所述第一离合器部件具有第一接合界面，并且
其中,所述第二离合器部件具有面向所述第一接合界面的第二接合界面以及与所述第二接合界面相对的后表面，所述后表面至少部分地形成腔，该腔接收所述流体压力以将所述第二离合器部件朝向所述第一离合器部件推动,使得在所述第一位置所述第二接合界面接合所述第一接合界面。
4.根据权利要求3所述的机具驱动系统，其中，所述第一接合界面和所述第二接合界面形成爪式离合器装置。
5.根据权利要求3所述的机具驱动系统，其中，所述致动装置包括弹簧，所述弹簧在所述流体压力释放时将所述第二离合器部件偏置到所述第二位置。
6.根据权利要求3所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括控制单元，所述控制单元电联接到所述电动马达并且被配置成提供用于操作所述电动马达的命令。
7.根据权利要求6所述的机具驱动系统，其中，所述控制单元还被配置成控制施加到所述第二离合器部件的所述流体压力。
8.根据权利要求7所述的机具驱动系统，其中，所述控制单元被配置成控制所述流体压力以基于所述原动机车辆的速度而选择性地重新定位所述第二离合器部件。
9.根据权利要求7所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括传感器，所述传感器电联接到所述控制单元并且定位成测量所述第二离合器部件的旋转速度，其中所述控制单元被配置成接收所述第一离合器部件的旋转速度并且提供用于操作所述电动马达的命令，使得在所述断开连接的装置从所述第二位置向所述第一位置移动期间所述第二离合器部件的旋转速度与所述第一离合器部件的旋转速度匹配。
10.根据权利要求1所述的机具驱动系统，所述机具驱动系统还包括轴联接元件，所述轴联接元件在所述断开连接的装置的所述输出部和所述轴装置之间延伸，所述轴联接元件被配置成在所述断开连接的装置处于所述第一位置时将来自所述电动马达的所述旋转输入传递到所述轴装置。
11.根据权利要求1所述的机具驱动系统，其中，所述断开连接的装置的所述输出部直接联接到所述轴装置。
12.一种作业车辆系，所述作业车辆系包括：
原动机车辆，所述原动机车辆包括：
推进驱动组件，所述推进驱动组件被配置成为所述原动机车辆提供推进力；以及
动力系统，所述动力系统包括被配置成提供电力的电池和被配置成提供流体动力的流体动力源；以及
被配置成由所述原动机车辆牵引的机具，所述机具包括：
底盘，所述底盘联接到所述原动机车辆；
轴组件，所述轴组件联接到所述底盘并且被配置成支撑所述机具的轮子；以及
辅助动力单元，所述辅助动力单元包括：
电动马达，所述电动马达被配置成从所述电池接收电力；
行星齿轮组，所述行星齿轮组接收来自所述电动马达的旋转输入并且提供旋转输出，该旋转输出相对于来自所述电动马达的所述旋转输入而言具有降低的旋转速度和增加的扭矩；以及
断开连接的装置，所述断开连接的装置具有输出部，该输出部被配置成联接到所述轴装置并且被联接成选择性地接收来自所述动力系统的所述流体动力；
其中，所述断开连接的装置能在接收到所述流体动力时移动到第一位置，在该第一位置，所述断开连接的装置将来自所述行星齿轮组的所述旋转输出传递到所述轴装置，使得来自所述电动马达的所述旋转输入驱动所述机具的所述轮子；并且
其中，所述断开连接的装置能移动到第二位置，在该第二位置，所述断开连接的装置将所述轴装置与所述电动马达的所述旋转输入断开联接。
13.根据权利要求12所述的作业车辆系，其中，所述流体动力源是气动动力源，所述气动动力源被配置成向所述断开连接的装置提供呈气动动力的形式的所述流体动力，以使所述断开连接的装置从所述第二位置向所述第一位置移动。
14.根据权利要求12所述的作业车辆系，其中，所述断开连接的装置包括：
第一离合器部件,所述第一离合器部件抗旋转地固定至所述输出部；
第二离合器部件，所述第二离合器部件抗旋转地固定至所述行星齿轮组；以及
致动装置，所述致动装置被配置成选择性地将来自所述流体动力源的作为流体压力的所述流体动力引导到所述第二离合器部件上，以使所述第二离合器部件从所述第二位置向所述第一位置移动。
15.根据权利要求14所述的作业车辆系，
其中,所述第一离合器部件具有第一接合界面，并且
其中,所述第二离合器部件具有面向所述第一接合界面的第二接合界面以及与所述第二接合界面相对的后表面，所述后表面至少部分地形成腔，该腔接收所述流体压力以将所述第二离合器部件朝向所述第一离合器部件推动,使得在所述第一位置所述第二接合界面接合所述第一接合界面。
16.根据权利要求15所述的作业车辆系，其中，所述第一接合界面和所述第二接合界面形成爪式离合器装置。
17.根据权利要求14所述的作业车辆系，其中，所述致动装置包括弹簧，所述弹簧在所述流体压力释放时将所述第二离合器部件偏置到所述第二位置。
18.根据权利要求14所述的作业车辆系，所述作业车辆系还包括传感器，所述传感器电联接到所述控制单元并且定位成测量所述第二离合器部件的旋转速度，其中所述控制单元被配置成接收所述第一离合器部件的旋转速度并且提供用于操作所述电动马达的命令，使得在所述断开连接的装置从所述第二位置向所述第一位置移动期间所述第二离合器部件的旋转速度与所述第一离合器部件的旋转速度匹配。
19.根据权利要求12所述的作业车辆系，所述作业车辆系还包括：
控制单元，所述控制单元电联接到所述电动马达并且被配置成提供用于操作所述电动马达以及用于操作所述断开连接的装置的命令；以及
操作员界面，所述操作员界面被布置在所述原动机车辆上并且联接到所述控制单元，所述操作员界面被配置成接收来自操作者的用以使所述断开连接的装置移动到所述第一位置或所述第二位置的输入，所述控制单元被配置成接收并实施来自所述操作员界面的用以使所述断开连接的装置移动的所述输入。
20.根据权利要求12所述的作业车辆系，所述作业车辆系还包括控制单元，所述控制单元电联接到所述电动马达并且被配置成提供用于操作所述电动马达以及用于操作所述断开连接的装置的命令，所述控制单元被配置成基于所述原动机车辆的速度而使所述断开连接的装置移动到所述第一位置或所述第二位置。
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