CN112208786A - 具有四轮驱动的无杆飞机牵引车 - Google Patents

Abstract

提供一种具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，属于飞机牵引车技术领域，通过采用四个电驱动的可独立360°或者±180°转向的驱动单元为车辆的动力系统和转向系统，实现牵引车行走、转向动作的精确控制，使车辆能很好满足控制精度要求比较高的条件；同时，确保牵引车两个后轮中间的车体可以留有缺口，便于飞机起落架的轮胎进入车体中心位置，保证车辆四个驱动轮的受力均匀，降低单个驱动轮的电机功率，降低电机发热，充分延长设备寿命，提高了牵引车牵引飞机时的安全性；四个驱动单元相互之间无机械连接，也不需要其他液压装置进行辅助，直接安装在牵引车的底盘上，结构简单、安装方便、维保成本低，驱动单元占用空间小，便于缩小牵引车整体外形尺寸。

Description

具有四轮驱动的无杆飞机牵引车

技术领域

本发明属于飞机牵引车技术领域，具体涉及一种具有四轮驱动的无杆飞机牵引车。

背景技术

目前市场上的电动无杆飞机牵引车(以下简称牵引车)，大都采用后轮差速驱动、前轮万向轮结构，牵引飞机时，飞机的前起落架中心与牵引车后轮中心线竖直交叉，这样飞机起落架的重量全部在牵引车的后轮驱动中心上，如专利号201710113578.1公开的无杆飞机牵引车中，通过对该专利中飞机牵引车的受力分析可知，该底盘结构存在以下几个问题：

1、后轮差速驱动、起落架中心线正对牵引车后轮轴心线，牵引车的受力不好：

1)当牵引车将飞机从廊桥后退推出时受力正常，但是牵引飞机时，牵引车前方地面不能有任何异物对车轮造成碰撞或者阻力，否则由于飞机惯性造成的起落架对牵引车的水平拉力，有可能造成牵引车尾部翘起、碰撞损伤飞机。

2)当牵引车牵引飞机前行时，驱动轮胎受到地面的反作用力，牵引车前部容易翘起，一旦地面不平整或者有异物对牵引车前轮碰撞时，牵引车前部非常容易弹起，对飞机造成伤害。

3)该种结构不能用于牵引飞机前行的爬坡行驶、即地面不能有任何坡度，当爬坡时飞机起落架重力点非常容易超出后轮轴心线，造成牵引车头翘起的安全事故。

所以该结构只能用在飞机从廊桥后退至起飞准备位置的作业时由牵引车将飞机推出使用。

2、起落架中心线正对牵引车后轮轴心线，牵引车的四轮受力承重不均匀：驱动轮承重大、转向轮承重小，该结构的电动飞机牵引车机械结构刚度强度性能好的一侧反而在转向轮一侧，所以驱动轮侧车架更容易变形，造成驱动轮侧轮胎、轴承等寿命快速下降；同时驱动电机功率大、电流大发热快，长期使用后有一定的安全隐患、车辆维修保养成本高。

3、后轮差速驱动、前轮万向轮(有动力或者无动力)转动，该结构下，车辆在前进/后退换向或者左转/右转换向时，由于万向轮的偏心结构的限制，造成换向时万向轮旋转、车辆行驶方向换向时，必然发生偏摆，速度过快时甚至发生震动现象，而且具体向那一侧偏摆无法控制。该现象在国内某些企业仿制国外产品时已经出现过，在控制精度要求比较高的使用要求条件下，车辆无法满足正常使用。

另外，专利号201110285392.7公开的飞机牵引车四轮独立转向装置中，论述的是基于横拉杆原理的液压驱动四轮独立转向装置，其缺陷是机械结构复杂、安装维修保养不方便、运动单元占用空间大造成车辆整体外形大。专利号200810100025.2公开的飞机牵引车四轮独立转向装置中，论述的是基于独立液压缸驱动的四轮独立转向装置，其要求的液压系统及其控制系统非常复杂、用户使用维保工作量大，同时运动单元占用空间大造成车辆整体外形大。同时根据上述两项专利所述，决定了牵引车只能是带牵引杆的牵引作业方式，使用局限性较大。

基于以上原因，我们需要提出一种四轮驱动、四轮转向的新型四轮驱动飞机牵引车。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，本发明采用四个电驱动的可独立360°或者±180°转向的驱动单元为车辆的动力系统和转向系统，实现牵引车行走、转向动作的的精确控制，使车辆能够很好的满足控制精度要求比较高的条件；同时，确保牵引车两个后轮中间的车体可以留有缺口，便于飞机起落架的轮胎进入车体中心位置，保证车辆四个驱动轮的受力均匀，降低单个驱动轮的电机功率，降低电机发热，充分延长设备寿命，提高了牵引车牵引飞机时的安全性；四个驱动单元相互之间无机械连接，也不需要其他液压装置进行辅助，直接安装在牵引车的底盘上，结构简单、安装方便、维保成本低，驱动单元占用空间小，便于缩小牵引车整体外形尺寸。

本发明采用的技术方案：具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，包括底盘，所述底盘下部四角均设有驱动单元，每个所述驱动单元各自独立设置且相互之间无机械连接，每个所述驱动单元上设有能够同时实现行走和转向功能的转向电机和行走电机，所述底盘后部设有车载主控制器，所述底盘后部对应驱动单元的数量设有多个电机驱动器，每个所述电机驱动器与车载主控制器电连接，每个所述电机驱动器与对应的驱动单元的转向电机和行走电机连接；所述驱动单元的独立设置使底盘中部留出用于安装抱轮机构以及便于飞机起落架的轮胎进入车体中心位置的缺口，所述飞机起落架的轮胎的竖直中心线与四个驱动单元的回转中心点对角连线的交叉点重合。

对上述技术方案的进一步限定，每个所述驱动单元的轴心线相对于底盘中心线的角度是在360°或±180°范围内可变的，所述车载主控制器通过电机驱动器对驱动单元进行控制使多个驱动单元的轴心线相对于底盘中心线的角度进行独立调整或组合调整改变车辆转向方向和转弯半径且使车辆实现全方位行驶和转向。

对上述技术方案的进一步限定，所述驱动单元的数量可根据飞机牵引车的承载能力而成对增加。

对上述技术方案的进一步限定，每个所述驱动单元包括转向电机和行走电机外，还包括驱动轮、大齿圈、端面轴承、螺栓、减速箱、转向电机编码器、行走电机编码器、制动器、电缆；所述大齿圈通过螺栓与底盘的大梁连接固定，所述大齿圈通过端面轴承与减速箱的壳体上部连接且保证减速箱可顺滑的实现360°或±180°范围内转向，所述转向电机设于减速箱壳体一侧且其输出端与大齿圈啮合，所述减速箱输出端与驱动轮输入端连接，所述行走电机设于减速箱壳体一侧且输出端与减速箱输入端连接，所述转向电机编码器和行走电机编码器设于减速箱侧部且与转向电机和行走电机对应连接，所述驱动轮上设有制动器；所述大齿圈中部为中空缺口，所述减速箱外壳的上部侧面设有开孔，所述减速箱外壳顶部设有中间孔，所述转向电机、行走电机、转向电机编码器、行走电机编码器、制动器的电缆从开孔穿过并从减速箱外壳顶部的中间孔向上穿过经过大齿圈的中空缺口向上穿过与对应电机驱动器连接。

对上述技术方案的进一步限定，所述电缆采用特软级电线电缆。

对上述技术方案的进一步限定，所述底盘两侧设有为飞机牵引车上用电部件提供电能的蓄电池。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案中飞机牵引车采用四个电驱动的可独立360°或者±180°转向的驱动单元为车辆的动力系统和转向系统，通过车载主控制器、电机驱动器对四个驱动单元的转向电机、行走电机的进行控制，根据转向电机、行走电机的编码器的反馈信号进行实时调整，实现牵引车行走、转向动作的的精确控制，使车辆能够很好的满足控制精度要求比较高的条件；

2、本方案中四个驱动单元独立布置在底盘的四角，相互之间无机械连接，也不需要其他液压装置进行辅助，直接安装在牵引车的底盘上，结构简单、安装方便、维保成本低，驱动单元占用空间小，便于缩小牵引车整体外形尺寸；

3、本方案的驱动结构确保了牵引车两个后轮中间的车体可以留有缺口，便于飞机起落架的轮胎进入车体中心位置，从而保证车辆四个驱动轮的受力均匀，降低单个驱动轮的电机功率，降低电机发热，充分延长设备寿命，提高牵引车牵引飞机时的安全性，可适用于飞机的前进、后退、转弯牵引作业，有效避免飞机牵引车受力不均造成的牵引车尾部或车头部翘起等对飞机造成的碰撞损伤。

附图说明

图1为本发明的结构示意；

图2为本发明中驱动单元控制原理图；

图3为本发明前后直行的示意图；

图4为本发明左右直行的示意图；

图5为本发明原地转向的示意图；

图6为本发明中抱轮结构的示意图；

图7为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图一；

图8为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图二；

图9为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图三；

图10为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图四；

图11为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图五；

图12为本发明回转中心不同位置对应不同半径转弯行驶示意图六；

图13为本发明斜向行驶示意图一；

图14为本发明斜向行驶示意图二；

图15为本发明中驱动单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-15，详述本发明的实施例。

具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，如图1所示，包括底盘1，所述底盘1下部四角均设有驱动单元3，每个所述驱动单元3各自独立设置且相互之间无机械连接，每个所述驱动单元3上设有能够同时实现行走和转向功能的转向电机6和行走电机7，所述底盘1后部设有车载主控制器4，所述底盘1后部对应驱动单元3的数量设有多个电机驱动器5，每个所述电机驱动器5与车载主控制器4电连接，每个所述电机驱动器5与对应的驱动单元3的转向电机6和行走电机7连接。所述驱动单元3的独立设置使底盘1中部留出用于安装抱轮机构13以及便于飞机起落架11的轮胎12进入车体中心位置的缺口10，所述飞机起落架11的轮胎12的竖直中心线与四个驱动单元3的回转中心点对角连线的交叉点重合。所述底盘1两侧设有为飞机牵引车上用电部件提供动力源的蓄电池2。

所述驱动单元3的数量可根据飞机牵引车的承载能力而成对增加，所组成的多驱动单元3的飞机牵引车驱动轮中心点对角连接线的交点都与飞机起落架11的中心线重合，始终保证车辆受力均匀。

其中，驱动单元3的结构为市场上已有的卧式整体式驱动单元布局结构，采购时采用特殊定制方案，具体结构如下：如图15所示，每个所述驱动单元3包括转向电机6和行走电机7外，还包括驱动轮14、大齿圈19、端面轴承20、螺栓21、减速箱22、转向电机编码器8、行走电机编码器9、制动器23、电缆15；所述大齿圈19通过螺栓21与底盘1的大梁连接固定，所述大齿圈19通过端面轴承20与减速箱22的壳体上部连接且保证减速箱22可顺滑的实现360°或±180°范围内转向，所述转向电机6设于减速箱22壳体一侧且其输出端与大齿圈19啮合，所述减速箱22输出端与驱动轮14输入端连接，所述行走电机7设于减速箱22壳体一侧且输出端与减速箱22输入端连接，所述转向电机编码器8和行走电机编码器9设于减速箱22侧部且与转向电机6和行走电机7对应连接，如图2所示，每个驱动单元3的行走电机7对应一个电机驱动器5和一个行走电机编码器9，每个驱动单元3的转向电机6对应一个电机驱动器5和一个转向电机编码器8。所述驱动轮14上设有制动器23；所述大齿圈19中部为中空缺口25，所述减速箱22外壳的上部侧面设有开孔26，所述减速箱22外壳顶部设有中间孔24，所述转向电机6、行走电机7、转向电机编码器8、行走电机编码器9、制动器23的电缆15从开孔26穿过并从减速箱22外壳顶部的中间孔24向上穿过经过大齿圈19的中空缺口25向上穿过与对应电机驱动器5连接，这样驱动单元3在转动时，其上连接的电缆15和驱动单元3一起同步转动、不会发生电缆缠绕、折弯等损坏。

优选的，所述电缆25采用特软级电线电缆，可经受长期、频繁的左右回转动作不会发生破损、且经连续左右转动100000次以上不发生质量问题的检测。

本飞机牵引车中的四个驱动单元3独立布置在底盘四角，相互之间无机械连接，也不需要其他液压装置进行辅助驱动或控制，直接安装在牵引车的底盘1上，结构简单、安装方便、维保成本低，驱动单元占用空间小，便于缩小牵引车整体外形尺寸。同时该结构确保了牵引车两个后轮中间的车体可以留有缺口10，便于飞机起落架11的轮胎12进入车体中心位置，且轮胎12的竖直中心线与四个驱动单元3的回转中心点及四个驱动单元3中心线的对角连线的交叉点重合，同时轮胎12被底盘1的抱轮机构13固定，从而保证车辆四个驱动单元3的驱动轮14的受力均匀，降低每个驱动单元3的转向电机6、行走电机7的功率，降低转向电机6、行走电机7、电缆15、车载主控制器4、电机驱动器5等电器元件的发热损耗，充分延长设备寿命，提高了牵引车牵引飞机时的安全性，可适用于飞机的前进、后退、转弯牵引作业。

本飞机牵引车以四个电驱动的可独立360°或±180°转向的驱动单元3驱动车辆的行走、转向动作，根据车辆控制信号(行走、转向、加速、减速或制动灯信号，该信号可以是遥控器发送也可以是由上级管理系统发送)，通过车载主控制器4、电机驱动器5对各个驱动单元3的转向电机6、行走电机7的动作进行控制，车载主控制器4收到该信号后根据电机驱动器5对四个驱动单元3的转向电机6、行走电机7的现有动作控制，根据转向电机编码器8、行走电机编码器9的反馈信号进行解析计算后实时调整驱动单元3的轴心线相对于底盘1中心线的角度α、β，通过对四个驱动单元3的角度α、β进行独立调整或组合调整，改变车辆转向方向和转弯半径且使车辆实现前后直行、左右直行、斜向行驶、不同转弯半径行驶、原地转向等全方位行驶。通过对转向电机6、行走电机7的电机转速、扭矩、加速、减速、制动等动作的控制，实现牵引车行走、转向动作的的精确控制。对转向电机6、行走电机7的电机转速、扭矩、加速、减速、制动等动作进行控制，可以通过车载主控制器4向电机驱动器5发送并由电机驱动器5进行单独或组合调整电机的电流、电压、励磁频率、磁场变化等参数实现调整控制。

以下为本飞机牵引车的几种行走及转向实施方式：

如图3所示为车辆前后直行的示意图，驱动单元3轴心线与底盘1中心线垂直，α(α1、α2)、β(β1、β2)＝90°，四个驱动轮14转速相等、旋转方向相同，车辆左右直行。

如图4所示为车辆左右直行的示意图，驱动单元3中心线与底盘1中心线平行，α(α1、α2)、β(β1、β2)＝0°，四个驱动轮14转速相等、旋转方向相同，车辆左右直行。

如图5所示为车辆原地转向的示意图，驱动单元3轴心线交叉且其交点与飞机起落架11的轮胎12的竖直中心线重合，α(α1、α2)、＝β(β1、β2)，四个行走电机7转速相同方向不同，其中驱动轮14-1与驱动轮14-3旋转方向相反并且组成一组控制、驱动轮14-2与驱动轮14-4旋转方向相反并且组成一组控制，围绕驱动单元3轴心线交叉交点实现原地旋转。此时α1＝β1、α2＝β2。其中，四个驱动轮14分开表示为驱动轮14-1、驱动轮14-2、驱动轮14-3、驱动轮14-4。

由于抱轮机构13的前托板16、后托板17与轮胎12的接触形状及面积呈对称结构，飞机起落架11的主轴18与轮胎12通过通用的滚动轴承机构连接，所以飞机起落架11的主轴18的倾斜角度对抱轮机构13的压力按照竖直向下计算，其主轴18的倾斜角度在此时不考虑，如图6所示。

图7-12所示为车辆的底盘1回转中心O点在不同位置所对应的不同半径转弯行驶示意图：车辆底盘1回转中心O点不管在车辆内部、外部任何一个位置，四个可独立转向360°或者±180°的驱动单元3，均可通过其转向电机6驱动，使驱动单元3的轴心线交叉点均落在O点上，实现车辆任意角度、任意半径的全方位行驶。

图13、14所示为车辆斜向行驶示意图：驱动单元3的轴心线无论和车体呈任何夹角α，均可以实现四个驱动单元3的轴心线相互平行，实现车辆任意方向的斜向行驶。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，包括底盘(1)，其特征在于：所述底盘(1)下部四角均设有驱动单元(3)，每个所述驱动单元(3)各自独立设置且相互之间无机械连接，每个所述驱动单元(3)上设有能够同时实现行走和转向功能的转向电机(6)和行走电机(7)，所述底盘(1)后部设有车载主控制器(4)，所述底盘(1)后部对应驱动单元(3)的数量设有多个电机驱动器(5)，每个所述电机驱动器(5)与车载主控制器(4)电连接，每个所述电机驱动器(5)与对应的驱动单元(3)的转向电机(6)和行走电机(7)连接；所述驱动单元(3)的独立设置使底盘(1)中部留出用于安装抱轮机构(13)以及便于飞机起落架(11)的轮胎(12)进入车体中心位置的缺口(10)，所述飞机起落架(11)的轮胎(12)的竖直中心线与四个驱动单元(3)的回转中心点对角连线的交叉点重合。

2.根据权利要求1所述的具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，其特征在于：每个所述驱动单元(3)的轴心线相对于底盘(1)中心线的角度是在360°或±180°范围内可变的，所述车载主控制器(4)通过电机驱动器(5)对驱动单元(3)进行控制使多个驱动单元(3)的轴心线相对于底盘(1)中心线的角度进行独立调整或组合调整改变车辆转向方向和转弯半径且使车辆实现全方位行驶。

3.根据权利要求1或2所述的具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，其特征在于：所述驱动单元(3)的数量可根据飞机牵引车的承载能力而成对增加。

4.根据权利要求3所述的具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，其特征在于：每个所述驱动单元(3)包括转向电机(6)和行走电机(7)外，还包括驱动轮(14)、大齿圈(19)、端面轴承(20)、螺栓(21)、减速箱(22)、转向电机编码器(8)、行走电机编码器(9)、制动器(23)、电缆(15)；所述大齿圈(19)通过螺栓(21)与底盘(1)的大梁固定连接，所述大齿圈(19)通过端面轴承(20)与减速箱(22)的壳体上部连接且保证减速箱(22)可顺滑的实现360°或±180°范围内转向，所述转向电机(6)设于减速箱(22)壳体一侧且其输出端与大齿圈(19)啮合，所述减速箱(22)输出端与驱动轮(14)输入端连接，所述行走电机(7)设于减速箱(22)壳体一侧且输出端与减速箱(22)输入端连接，所述转向电机编码器(8)和行走电机编码器(9)设于减速箱(22)侧部且与转向电机(6)和行走电机(7)对应连接，所述驱动轮(14)上设有制动器(23)；所述大齿圈(19)中部为中空缺口(25)，所述减速箱(22)外壳的上部侧面设有开孔(26)，所述减速箱(22)外壳顶部设有中间孔(24)，所述转向电机(6)、行走电机(7)、转向电机编码器(8)、行走电机编码器(9)、制动器(23)的电缆(15)从开孔(26)穿过并从减速箱(22)外壳顶部的中间孔(24)向上穿过经过大齿圈(19)的中空缺口(25)向上穿过与对应电机驱动器(5)连接。

5.根据权利要求4所述的具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，其特征在于：所述电缆(25)采用特软级电线电缆。

6.根据权利要求5所述的具有四轮驱动的无杆飞机牵引车，其特征在于：所述底盘(1)两侧设有为飞机牵引车上用电部件提供电能的蓄电池(2)。

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