CN111576538A - 具有飞轮机构的施工机器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动液压施工机器的传动系。传动系包括具有电动机的驱动系统和连接至所述系统的飞轮机构。所述驱动系统还包括第一输出元件和液压泵，第一输出元件从电动机突出，液压泵设置于第一输出元件从其突出的电动机的一侧。

Description

具有飞轮机构的施工机器

技术领域

本发明涉及一种电动液压施工机器的传动系和包括该传动系的电动液压施工机器。

背景技术

施工机器(诸如挖掘机)在市场上广泛地用于例如运土和材料输送。此类挖掘机通常包括悬臂、铲斗臂、铲斗和旋转平台上的驾驶室，该旋转平台由具有履带或车轮的底盘支撑。已知挖掘机利用液压泵的液压动力来致动挖掘机的各种元件，特别地使悬臂、铲斗臂和铲斗移动。在挖掘机的工作循环期间，液压泵的负荷于长期内极大地改变，例如当挖掘机的铲斗填满或未填满时；并于短期内极大地改变，例如由于震动或作用于挖掘机上的其它外部力。

目前，还由于施工机器领域中对车辆的废气排放的更强烈要求，研究和开发工作目的在于提供具有电动传动系的施工机器。迄今为止，例如电动液压挖掘机的电动机直接地驱动液压泵。液压泵的负荷的变化引起电机旋转速度起伏并且生成动态负荷。因此，电机旋转速度极大地波动，这引起液压泵速度波动，影响液压泵的输出流量，并且导致施工机器的操作和控制的不良性能。此外，由于动态负荷的大角加速度，连接电动机和液压泵的传动系的零件的耐用性降低。此外，为克服液压泵的峰值短期负荷，在已知施工机器中，必须向电动机提供较大净动力，从而导致高成本并且需要很大的安装空间。

发明内容

鉴于上文所讨论的已知电动液压施工机器的固有缺点，本发明的目标是提供一种施工机器的传动系以及一种包括该传动系的施工机器，该施工机器具有整个机器的改善可控制性、传动系的改善耐用性，以及重量和尺寸减小的小型电动机。

该目标通过电动液压施工机器的传动系来实现。传动系包括具有电动机的驱动系统，和连接至该系统的飞轮机构。驱动系统还包括第一输出元件和液压泵，该第一输出元件从电动机突出，该液压泵设置于第一输出元件从其突出的电动机的一侧。

在本发明的意义上，电动机为配置成将电能转换成机械能的电动机。电动机可由直流(DC) 源(例如，电池)或由交流(AC)源(例如，电力网)或由发电机来供能。发电机可机械上等同于电动机，但在相反方向上操作，并且因此接受机械能(诸如，从液压泵流回的流体)并且将该机械能转换成电能。

电动机可为有刷的或无刷的。电动机可为各种相位(单相、双相或三相)，并且可为空气冷却的或液体冷却的。此外，电动机可反过来用作发电机，以例如在施工机器的休息周期期间恢复能量。因此，电动机还可连接至电池，优选地锂离子电池，可配置成通过电动机和/或经由外部功率端口进行充电，并且可放电以向施工机器供电，优选地向电动机供电。

根据本发明的液压泵为机械动力源，该机械动力源配置成将机械动力(即，经由传动系供应至液压泵的扭矩)转换成液压能(流体静压能)。当液压泵操作时，其在泵进口处形成真空，该真空将液体(优选地，油)从储存器迫压至泵的进口管线中，并且通过机械作用将该液体递送至泵出口并将其迫压至液压系统中。液压泵可为齿轮泵、旋转叶片泵、螺杆泵、阻尼轴泵、直列式轴向活塞泵、径向活塞泵或蠕动泵。

飞轮机构包括电动机侧飞轮，该电动机侧飞轮连接到与液压泵所在一侧相反的电动机的一侧上。换句话讲，电动机侧飞轮连接至电动机的输出侧。因此，电动机侧飞轮为传动系的最外侧部分。因此，当施工机器在生产时和/或在其现场操作期间，电动机侧飞轮易于安装、置换和维护。

飞轮机构可包括设置于电动机和液压泵之间的插置飞轮。优选地，电动机的第一输出元件防扭转地连接至插置飞轮。

飞轮机构可包括液压泵侧飞轮，该液压泵侧飞轮连接到与电动机所在一侧相反的液压泵的一侧上。换句话讲，液压泵侧飞轮连接至液压泵的输出侧。因此，液压泵侧飞轮为传动系的最外侧部分。因此，当施工机器在生产时和/或在其现场操作期间，液压泵侧飞轮易于安装、置换和维护。

传动系还可包括第一飞轮和液压泵之间的柔性联接器。柔性联接器可为用于将液压泵与传动系联接或使液压泵从传动系脱离的离合器。柔性联接器还可为转接器，使得电动机和飞轮可以改装方案的形式设置于现有施工机器中。

柔性联接器可经由花键连接至液压泵。花键意指经由驱动轴上的脊部和/或齿状物的连接部，该脊部和/或齿状物啮合配对件中的凹槽并且将扭矩转移至该凹槽，从而维持它们之间的角度对应性。可以使用不同花键，诸如平行键花键、渐开花键、凸面花键、三角形花键、螺旋花键或球形花键。在平行键花键中，等间隔凹槽的侧部在两个方向上(径向和轴向)为平行的。在渐开花键中，等间隔凹槽的侧部为渐开的，如同渐开齿轮。曲线通过降低应力集中而增加强度。在凸面花键中，等间隔凹槽的侧部为渐开的，但公齿修改成允许不对准。在三角形花键中，等间隔凹槽的侧部形成V形形状。在螺旋花键中，等间隔凹槽绕着轴形成螺旋形。侧部可以为平行的或渐开的。这可使高负荷条件下的静态接合部的应力集中最小化，或允许零件之间的旋转和线性运动。在球形花键中，外部零件的齿状物以滚珠轴承来实现以允许甚至在高扭矩条件下的自由线性运动。

柔性联接器还可为扭转弹性联接件。扭转弹性联接件可为柔性夹爪联接件(jawcoupling)、柔性卡爪联接件(claw coupling)或柔性销轴型联接件。柔性夹爪联接件为正扭转柔性联接件，其还允许驱动零件和从动零件之间的径向、轴向和角度位移。柔性夹爪联接件为故障安全的。柔性夹爪联接件包括具有凹面卡爪的两个联接件半部，这两个联接件半部定位成彼此相对并且周向地偏置，优选地偏置分隔间距的一半。具有凸面齿廓的渐开弹性体设置于这些卡爪之间的空间中。渐开弹性体用作内部阻尼构件，该内部阻尼构件保护驱动电机 (在此为电动机)免于动态过负荷。渐进式突起齿状物特性还可减少振动能并且限制振动幅值。与其它柔性联接件相比，渐开弹性体的弹性体齿状物未经受弯曲应力，而是仅经受压力，从而导致齿状物的较低磨损和较高负荷能力。柔性卡爪联接件为正锁定扭转柔性联接件，其允许驱动零件和从动零件之间的径向、轴向和角度位移。其为故障安全联接件。扭矩由设定装配于缓冲件零件中的柔性缓冲件进行传递并且大体对称地分布于柔性卡爪联接件的圆周周围。卡爪环状物或卡爪零件的卡爪在缓冲件之间的空间中操作。缓冲件经受压缩力。因此，可提供低磨损和高负荷能力。柔性卡爪联接件的阻尼特性保护驱动电机(在此为电动机)免于动态过负荷。柔性销轴型联接件为具有橡胶弹性传动元件的正锁定扭转弹性柔性轴联接件。柔性销轴型联接件为故障安全的和可插拔的。

上文所描述飞轮机构可配置成基于飞轮机构响应于液压泵的液压泵负荷的波动的惯性而补偿传动系的旋转速度的波动。波动为系统从其目标状态的随机短期变化，即，系统的目标状态和实际状态之间的差异。飞轮为优选具有圆形横截面的机械装置。飞轮存储旋转能。因此，飞轮通过其惯性矩而阻止变化和旋转速度。飞轮所存储的能量的量与其旋转速度的平方大致成比例。换句话讲，如例如电动机和液压泵之间所增加的飞轮存储并释放能量以补偿液压泵的负荷的波动。因此，包括电动机侧飞轮、插置飞轮和液压泵侧飞轮中的至少一者的飞轮机构可使电动机的旋转速度稳定，可减少其角速度的波动和电动机的瞬时角加速度，这可减少液压泵的输出流量的变化速率并且可改善整个施工机器的控制性能。此外，减小由非均匀旋转所引起的动态负荷保护了传动系中所使用的电动机和联接件以及其它零件，并且改善了这些零件的耐用性。此外，相比于电动机至液压泵的直接连接，通过提供飞轮而克服短期过负荷期限得到了具有较小尺寸的电动机。此外，不必提供复杂控制系统来测量液压泵负荷的波动并且大体实时地适应电动机的旋转速度。因此，不仅可以降低研发成本，而且还可以减小电动机的重量和尺寸。

此外，根据本发明，提供了一种电动液压施工机器，该电动液压施工机器包括上文所描述的传动系、连接至液压泵的液压系统，和连接至电动机的控制器。控制器配置成基于液压系统所需的液压负荷而控制电动机的操作。施工机器可为叉车、轮式装载机、挖掘机(履带挖掘机或轮式挖掘机)、压路机、反铲装载机、起重机、滑移转向装载机或矿用卡车。液压系统可包括液压缸以用于使安装至施工机器的铲斗移动，和/或其它液压致动器例如以用于使施工机器的平台相对于其底盘旋转。控制器可为例如SPS控制器。控制器可包括与操作员的输入界面连接的界面以用于施工机器的操作员输入控制数据。控制器还可配置成基于经由操作员的输入界面所输入和由控制器的输入界面所接收的控制数据而确定液压系统所需的压力。操作员的输入界面和控制器的输入界面之间的连接可为有线的和/或无线的。液压系统所需的液压负荷对应于液压泵的液压泵负荷，并且取决于待由施工机器所承载/移动的负荷的负荷条件。

附图说明

图1示出了根据本发明的包括传动系的电动液压挖掘机；

图2为根据第一实施例的传动系的透视图；

图3为图2所示的传动系的顶视图；

图4为示意性地示出根据第二实施例的传动系的视图；

图5为示意性地示出根据第三实施例的传动系的视图。

具体实施方式

图1为根据本公开的实施例的电动液压挖掘机1的侧视图。挖掘机1包括平台2(也称为顶部框架)，平台2可旋转地联接至具有履带5的底盘3。悬臂4铰接地安装于平台2的铰接部分24处(即，悬臂4的第一端部处)，并且操作员驾驶室40设置于平台2上。铲斗臂6 (也称为杆或斗杆)铰接地联接至悬臂4。铲斗7铰接地联接至铲斗臂6。悬臂4借助于第一液压缸50为可移动的，第一液压缸50支撑于平台2上并且联接至悬臂4；铲斗臂6借助于第二液压缸52为可移动的，第二液压缸52支撑于悬臂4上并且连接至铲斗臂6；铲斗7借助于第三液压缸54为可移动的，第三液压缸54支撑于铲斗臂6上并且联接至铲斗7。应当注意，虽然图1仅示出了一个第一液压缸50，但是可能的是使用两个液压缸50，各自在悬臂 4的每一侧上。在所示配置中，液压缸50将推动力施加于悬臂4上以用于使其移动。

在平台2内部，传动系10(图1中未示出)设置于发动机隔室8中以用于生成动力，该动力用于使挖掘机1移动并且用于致动液压缸50、52、54。

传动系10现将参考图2和图3来详细地描述。

传动系10包括电动机11、插置飞轮12’、柔性联接器13、液压泵14、安装件15、支架16、缓冲垫17和驱动轴18。

电动机11经由驱动轴18连接至柔性联接器13。驱动轴18和柔性联接器13为法兰连接。柔性联接器13经由花键连接至液压泵14。插置飞轮12’在电动机11和柔性联接器13之间安装于驱动轴18上。液压泵14连接至挖掘机的液压致动器，即，例如，悬臂4的液压缸50、52、54。

在传动系的安装状态下，电动机11经由支架16连接并固定至安装件15，安装件15位于电动机11下方。四个缓冲垫17设置于安装件15的每个角部处。缓冲垫17的每一者部分地设置于安装件15上方并且部分地设置于安装件15下方，其中缓冲垫17的每一者的中间部分穿过安装件15的相应通孔，使得设置于安装件15上方的缓冲垫17的部分连接至设置于安装件15下方的缓冲垫17的部分。缓冲垫17包括弹性材料，并且因此降低(即，补偿)由传动系10所生成的振动。

图4为示意性地示出根据第二实施例的传动系10的视图。

根据第二实施例的传动系10的配置与根据第一实施例的传动系10的配置相同。根据第二实施例的传动系10的作用原理与根据第一实施例的传动系10的作用原理相同。然而，形成根据第二实施例的传动系10的单个部件的相对布置不同于根据第一实施例的传动系10的相对布置。因此，将在下文仅描述两个实施例之间的区别。

根据第二实施例，飞轮机构包括电动机侧飞轮12，电动机侧飞轮12在电动机11的一侧连接至电动机11，该侧与其中设置有液压泵14的电动机11的一侧相对。

图5为示意性地示出根据第三实施例的传动系10的视图。

根据第三实施例的传动系10的配置与根据第一和第二实施例的传动系10的配置相同。根据第三实施例的传动系10的作用原理与根据第一和第二实施例的传动系10的作用原理相同。然而，形成根据第三实施例的传动系10的单个部件的相对布置不同于根据第一和第二实施例的传动系10的相对布置。因此，将在下文仅描述两个实施例之间的区别。

根据第三实施例，飞轮机构包括液压泵侧飞轮12”，液压泵侧飞轮12”在液压泵14的侧连接至液压泵14，该侧与其中设置有电动机11的液压泵14的一侧相对。

为完整起见，上文所描述实施例的组合也是可能的。即，飞轮机构可包括电动机侧飞轮 12、插置飞轮和/或液压泵侧飞轮12”。

附图标记

1 挖掘机

2 平台

24 铰接部分

3 底盘

4 悬臂

40 操作员驾驶室

6 铲斗臂

7 铲斗

8 发动机隔室

10 传动系

11 电动机

12、12’、12” 飞轮

13 柔性联接器

14 液压泵

15 安装件

16 支架

17 缓冲垫

18 驱动轴

50 第一液压缸

52 第二液压缸

54 第三液压缸。

Claims (10)

1.一种电动液压施工机器(1)的传动系(10)，所述传动系(10)包括：

具有电动机(11)的驱动系统，所述驱动系统包括：

第一输出元件，所述第一输出元件从所述电动机(11)突出，和

液压泵(14)，所述液压泵(14)设置于所述电动机(11)的一侧，所述第一输出元件从该侧突出；和

飞轮机构(12、12’、12”)，所述飞轮机构(12、12’、12”)连接至所述系统。

2.根据权利要求1所述的传动系(10)，其中所述飞轮机构包括电动机侧飞轮(12)，所述电动机侧飞轮(12)连接到与液压泵(14)所在一侧相反的所述电动机(11)的一侧上。

3.根据权利要求1或2所述的传动系(10)，其中所述飞轮机构包括插置飞轮(12’)，所述插置飞轮(12’)设置于所述电动机(11)和所述液压泵(14)之间。

4.根据权利要求3所述的传动系(10)，其中所述电动机(11)的第一输出元件防扭转地连接至所述插置飞轮(12’)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的传动系(10)，其中所述飞轮机构包括液压泵侧飞轮(12”)，所述液压泵侧飞轮(12”)连接到与电动机(11)所在一侧相反的所述液压泵(14)的一侧上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的传动系(10)，还包括所述电动机(11)和所述液压泵(14)之间的柔性联接器(13)。

7.根据权利要求6所述的传动系(10)，其中所述柔性联接器(13)经由花键连接至所述液压泵(14)。

8.根据权利要求6或7所述的传动系(10)，其中所述柔性联接器(13)为扭转弹性联接件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传动系(10)，其中所述飞轮机构(12、12’、12”)配置成基于所述飞轮机构(12、12’、12”)响应于所述液压泵(14)的液压泵负荷的波动的惯性而补偿所述传动系(10)的旋转速度的波动。

10.一种电动液压施工机器(1)，包括：

根据前述权利要求中任一项所述的传动系(10)，

连接至所述液压泵(14)的液压系统(50、52、54)，和

连接至所述电动机(11)的控制器，

其中所述控制器配置成基于所述液压系统(50、52、54)所需的液压负荷而控制所述电动机(11)的操作。

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