CN114872535A - 动力系统及作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明动力设备技术领域，涉及一种动力系统及作业机械，动力系统包括内燃机动力装置、取力离合装置、电机及传动箱；取力离合装置的输入端与内燃机动力装置的输出端传动连接，取力离合装置的输出端设置有取力轴；电机设置有至少两个；传动箱同时与取力轴以及各电机连接，以同时实现各电机与取力轴之间的传动。本发明提供的动力系统及作业机械，占用空间更小，有利于降低能耗，避免电机损坏，提高安全性，并且本申请方案具有更低的安装和使用成本。

Description

动力系统及作业机械
技术领域
本发明涉及动力设备技术领域，尤其涉及一种动力系统及作业机械。
背景技术
随着技术的发展，电动化逐渐成为工程起重机等作业机械发展的趋势。现有的作业机械采用传统内燃机供能，存在很多弊端与缺陷，工作时排放的有毒有害气体造成环境污染，与当下的环保理念背道而驰，同时其对燃油的高消耗及其低经济性的缺点，对能源的可持续发展形成阻力。
目前起重机等作业机械主要将发动机作为动力源进行上车作业，此种结构的作业机械燃油经济性低，环境污染大；电能作为动力源时能够克服上述问题。
目前起重机等作业机械主要将发动机作为动力源进行上车作业，此种结构的作业机械燃油经济性低，环境污染大；电能作为动力源时能够克服上述问题。
将电能作为上车作业的动力源时，虽纯电是未来的大趋势，但由于电池成本的高居不下、充电的不便利、电池安全等等因素，目前仍难以得到市场的认可和消费者的接受。因此，混合动力技术应运而生。
现有的混合动力技术中，通过以下两种方式实现将电能作为上车作业的动力源的目的：一种方式是在取力口与油泵中间串联增加电机，串联电机对布置空间有硬性要求；另一种方式是单独增加电机及液压系统接线进行上车作业，单独增加电机匹配性不好，安全隐患较大，对整车空间占用比较大。由此可见，现有的混合动力技术中，电机的布置均会受到安装空间的限制，当单个电机无法满足动力需求时，不能做出适应性调整。
发明内容
本发明提供一种动力系统及作业机械，用以解决现有技术中混合动力系统电机的布置会受到安装空间的限制的问题。
本发明提供一种动力系统，包括：
内燃机动力装置；
取力离合装置，所述取力离合装置的输入端与所述内燃机动力装置的输出端传动连接，所述取力离合装置的输出端设置有取力轴；
至少两个电机；
传动箱，所述传动箱同时与所述取力轴以及各所述电机连接，以同时实现各所述电机与所述取力轴之间的传动。
根据本发明提供的一种动力系统，还包括：
电机离合装置，与所述电机对应设置有至少两个，各所述电机通过对应的所述电机离合装置与所述传动箱连接。
根据本发明提供的一种动力系统，所述传动箱包括箱体以及转动设置在所述箱体内的第一输入件、中间传动件和第二输入件，所述第一输入件与所述取力轴同轴固定，所述中间传动件分别与所述第一输入件、所述第二输入件传动连接，所述第二输入件的转轴通过所述电机离合装置与所述电机的转轴传动连接。
根据本发明提供的一种动力系统，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一输入件和所述中间传动件位于所述第一箱体内，所述第二输入件位于所述第二箱体内，所述第二箱体转动连接于所述第一箱体，并通过定位件进行角度固定。
根据本发明提供的一种动力系统，所述定位件为螺栓，所述定位件绕所述第二箱体的转接轴等角度布置有多个，所述定位件分别与所述第一箱体和所述第二箱体螺纹连接。
根据本发明提供的一种动力系统，所述中间传动件的转轴作为所述第一箱体和所述第二箱体的转接轴。
根据本发明提供的一种动力系统，所述第一输入件、所述第二输入件和所述中间传动件分别为齿轮结构，所述中间传动件和所述第二输入件的转轴平行于所述取力轴，所述第二输入件沿垂直于所述取力轴的方向设置有两个以上，相邻的所述第二输入件之间啮合，所述中间传动件分别与所述第一输入件及相邻的所述第二输入件啮合。
根据本发明提供的一种动力系统，所述中间传动件的转轴平行于所述取力轴，所述第二输入件的转轴垂直于所述取力轴，所述第二输入件沿平行于所述取力轴的方向设置有两个以上，相邻的所述第二输入件之间啮合，所述中间传动件与所述第一输入件啮合，并通过锥齿轮组与相邻的所述第二输入件传动连接。
根据本发明提供的一种动力系统，还包括电机控制器，所述电机控制器分别与整车控制器、所述电机和所述电机离合装置信号连接，以适于根据所述整车控制器的控制指令对所述电机离合装置及所述电机进行控制。
本发明还提供一种作业机械，包括行驶驱动桥、油泵、液压执行元件以及上述任一项所述的动力系统，所述行驶驱动桥连接所述内燃机动力装置的输出端，所述油泵的输入端连接所述取力轴，所述液压执行元件连接所述油泵的输出端。
本发明提供的动力系统及作业机械，通过传动箱连接电机和取力轴，可以同时利用两个以上的电机为同一套液压系统提供动力，以便于满足上车作业的动力需求，并且，电机的安装数量不会受到取力口与油泵中间空间大小的限制，也不会因为需要对应增加液压系统而增大对整车空间的占用，相较于单独加装电机和液压系统接线的形式，本申请方案占用空间更小，具有更低的安装和使用成本，有利于降低能耗，避免电机损坏，提高安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种动力系统的整体结构示意图之一；
图2是图1中所示A视角下的传动箱结构示意图；
图3是本发明提供的一种动力系统的整体结构示意图之二；
附图标记：1、低压电源；2、整车控制器；3、发动机；4、离合器；5、变速箱；6、取力离合装置；7、主传动轴；8、取力轴；9、行驶驱动桥；10、油泵；11、液压执行元件；12、外接电网；13、电机控制器；14、电机；15、电机离合装置；16、传动箱；17、第二输入件；18、中间传动件；19、第一输入件；20、第一箱体；21、第二箱体；22、定位件；23、第一锥齿轮；24、第二锥齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1至图3描述本发明实施例的动力系统，其中，图1是本发明提供的一种动力系统的整体结构示意图之一；图2是图1中A视角下的传动箱结构示意图，图二中虚线表示第二箱体的两个可选位置；图3是本发明提供的一种动力系统的整体结构示意图之二。
根据本发明实施例的动力系统，包括内燃机动力装置、取力离合装置6、电机14及传动箱16。取力离合装置6的输入端与内燃机动力装置的输出端传动连接，取力离合装置6的输出端设置有取力轴8，取力轴8适于连接油泵10。电机14设置有至少两个，传动箱16同时与取力轴8以及各电机14连接，以同时实现各电机14与取力轴8之间的传动。
可以理解的是，在一些可选方式中，电机14主动运行，通过传动箱16向取力轴8输出动力，此时电机14起到电动机的作用；在另一些可选方式中，电机14可以作为发电机使用，内燃机动力装置带动取力轴8旋转时，传动箱16可以将动力传递至电机14，以利用电机14发电。
在本发明一些实施例中，动力系统还包括电机离合装置15，电机离合装置15与电机14对应设置有至少两个，各电机14通过对应的电机离合装置15与传动箱16连接。电机离合装置15的输入端连接电机14的电机轴，电机离合装置15的输出端连接传动箱16的输入端，传动箱16的输出端连接取力轴8。通过控制个电机离合装置15的开闭即可实现任意电机14的单独作业和任意数量电机14的协同作业，从而适应不同工况下的作业需求。
本发明实施例的动力系统，当取力离合装置6闭合时，可以通过内燃机动力装置带动取力轴8旋转，进而带动油泵10运行，提供上车作业所需的动力，此时，通过电机离合装置15断开电机14与传动箱16的连接；当取力离合装置6闭合时，取力轴8断开与内燃机动力装置的连接，此时，闭合电机离合装置15使电机14与传动箱16连接，运行电机14可以带动取力轴8旋转，进而带动油泵10运行，提供上车作业所需的动力。
本发明实施例的动力系统通过控制电机离合装置15的开闭状态，提供稳定的液压系统压力，并能够在电机14过载时通过电机离合装置15的断开对电机14进行保护。
本发明实施例中，电机离合装置15可以采用如下几种不同形式：
1)通过拨叉、结合套结构实现功能，通过动作电机实现控制；
2)通过多片式离合器结构实现功能，通过电磁液压阀进行控制；
3)通过电耦合器结构实现功能，通过电流大小及方向进行控制。
当然，本发明实施例的电机离合装置15也可以采用其他任意形式的离合器4，只要是能够实现电机14与传动箱16连接结构的开闭控制的方案均应在本发明实施例的保护范围内。
根据本发明实施例的动力系统，还包括电机控制器13，电机控制器13适于与外接电网12或电池电性连接，并分别与整车控制器2、电机14及电机离合装置15信号连接，以适于根据整车控制器2的控制指令对电机离合装置15和电机14进行控制。整车控制器2根据内燃机动力装置、取力离合装置6和电机离合装置15的工作状态以及实际作业工况等信息生成控制指令，电机控制器13根据该控制指令对电机离合装置15和电机14进行控制，实现动力的合理供应，避免设备损坏。
在本发明一些实施例中，传动箱16包括箱体以及转动设置在箱体内的第一输入件19、中间传动件18和第二输入件17，第一输入件19与取力轴8同轴固定，中间传动件18分别与第一输入件19、第二输入件17传动连接，第二输入件17的转轴通过电机离合装置15与电机14的转轴传动连接。当电机离合装置15闭合时，电机14的动力依次通过第二输入件17、中间传动件18和第一输入件19传递至取力轴8，为上车作业提供动力。
中间传动件18与第二输入件17之间以及中间传动件18与第一输入件19之间，可以采用例如齿轮传动、链传动、带传动等方式进行传动连接。
在本发明一些实施例中，第一输入件19、第二输入件17和中间传动件18分别为齿轮结构，并且可以采用以下两种形式进行布置：
如图1所示，在一些可选方式中，中间传动件18和第二输入件17的转轴平行于取力轴8，第二输入件17沿垂直于取力轴8的方向设置有两个以上，相邻的第二输入件17之间啮合，中间传动件18分别与第一输入件19及相邻的第二输入件17啮合。此种布置方式中，电机14的电机轴平行于取力轴8，电机14可以沿垂直于取力轴8的方向平行布置。
进一步地，同一个第二输入件17通过两个电机离合装置15同时与两个对称设置的电机14传动连接，两个电机14可以单独运行为第二输入件17提供动力，也可以同时运行为第二输入件17提供动力。
如图3所示，在另一些可选方式中，中间传动件18的转轴平行于取力轴8，第二输入件17的转轴垂直于取力轴8，第二输入件17沿平行于取力轴8的方向设置有两个以上，相邻的第二输入件17之间啮合，中间传动件18与第一输入件19啮合，并通过锥齿轮组与相邻的第二输入件17传动连接。具体的，中间传动件18同轴固定有第一锥齿轮23，第二输入件17同轴固定有第二锥齿轮24，第一锥齿轮23与第二锥齿轮24啮合。此种布置方式中，电机14的电机轴垂直于取力轴8，电机14可以沿垂直于取力轴8的方向平行布置。
进一步地，可以将电机14和电机离合装置15布置在传动箱16背离取力轴8的一侧。
在本发明一些实施例中，箱体包括第一箱体20和第二箱体21，第一输入件19和中间传动件18位于第一箱体20内，第二输入件17位于第二箱体21内，第二箱体21转动连接于第一箱体20，并通过定位件22进行角度固定。通过使第二箱体21与第一箱体20相对转动能够改变箱体形状并调整电机14和电机离合装置15的位置，适应不同的安装环境，进而使动力系统的结构更紧凑，布置更加合理。
可选地，定位件22为螺栓，定位件22绕第二箱体21的转接轴等角度布置有多个，第一箱体20和第二箱体21上与定位件22对应布置有多个螺纹孔，定位件22通过该螺纹孔分别与第一箱体20和第二箱体21螺纹连接。通过改变第一箱体20和第二箱体21上螺纹孔之间的对应关系可以调整第二箱体21的角度。例如，定位件22绕第二箱体21的转接轴等角度布置有18个，第一箱体20和第二箱体21上分别对应设置有18个螺纹孔，每调整一个定位件22的位置，第二箱体21旋转20°。
可选地，中间传动件18的转轴作为第一箱体20和第二箱体21的转接轴，无需额外设置第一箱体20和第二箱体21的转接轴，且进行第二箱体21角度调整时，无需改变传动结构。
根据本发明实施例的动力系统，内燃机动力装置包括发动机3、离合器4和变速箱5。发动机3通过离合器4连接变速箱5的输入端，变速箱5的输出端设置有主传动轴7，主传动轴7连接行驶驱动桥9，取力离合装置6连接变速箱5的输出端。
本发明实施例还提供了一种作业机械，包括行驶驱动桥9、油泵10和液压执行元件11。行驶驱动桥9连接内燃机动力装置的输出端，具体与主传动轴7连接。油泵10的输入端连接取力轴8，通过内燃机动力装置或电机14可以通过取力轴8带动油泵10运行，油泵10的输出端连接液压执行元件11为液压执行元件11提供动力。
本发明实施例的作业机械还包括整车控制器2，整车控制器2连接低压电源1，通过低压电源1供应电能，整车控制器2可以对发动机3运行状态信息、取力信号、负载数据等进行处理，并与和电机控制协同控制，实现多电机输入，达到大幅度减小电机选型对功率和扭矩的需求，同时大幅度减小电机空间尺寸，使得整机可以灵活布置。整车控制器2还与发动机3的控制器连接，控制发动机3的运行。
本发明实施例的动力系统控制原理如下：
S1、响应于工作模式选取信号及状态检测信号执行以下控制步骤：
S11、当工作模式为行驶模式时，若根据状态检测信号判断外接电网12断开且内燃机动力装置的离合器4断开，则启动发动机3，并控制电机离合装置15断开，若根据状态检测信号判断外接电网12未断开或内燃机动力装置的离合器4闭合，则发出提醒信号。
可以理解的是，当外接电网12断开且内燃机动力系统的离合器4断开时，则说明符合发动机3启动条件，此时可以启动发动机3，同时需要控制电机离合装置15断开，避免内燃机动力装置拖动电机14转动。当外接电网12断开且内燃机动力系统的离合器4断开时，则说明不符合发动机3启动条件，需要发出提醒信号提醒驾驶员进行调整。
S12、当工作模式为电机作业模式时，若根据状态检测信号判断取力离合装置6为断开状态且外接电网12连通，则控制电机离合装置15闭合并控制电机14启动，若根据状态检测信号判断取力离合装置6为闭合状态或外接电网12断开，则发出提醒信号。
可以理解的是，当取力离合装置6为闭合状态时，取力轴8与内燃机动力装置连接，启动电机14时会受到内燃机动力装置的阻碍，不仅无法为油泵10提供足够的动力，而且容易导致电机14超负荷运行损毁，因此不具备电机作业的条件；当外接电网12未连通时，电机14没有电源供应，同样不具备电机作业的条件。在上述两种情况中，需要发出提醒信号提醒驾驶员进行调整。当满足电机作业的条件时，控制电机离合装置15闭合并控制电机14启动，能够带动取力轴8旋转，为上车作业提供动力。
S13、当工作模式为发动机3作业模式时，控制电机离合装置15断开并启动内燃机动力装置。此步骤中，断开电机离合装置15后发动机3运行将动力传递至取力轴8，取力轴8带动油泵10工作，提供上车动力。由于电机离合装置15断开，能够避免取力轴8拖动电机14转动，对电机14进行保护，同时能够减小油耗。
可以理解的是，若初始状态为行驶模式，此时，电机离合装置15和外接电网12均处于断开状态，若判断车速为零，且档位正确，取力离合装置6处于闭合状态，则可以直接启动发动机3将工作模式切换到发动机3作业模式。若初始模式为电机作业模式，此时，电机离合装置15处于闭合状态，外接电网12连通，则需要将电机离合装置15调整至断开状态，断开外接电网12，并将取力离合装置6切换至闭合状态才能启动发动机3将工作模式切换到发动机3作业模式。
本发明实施例中，驾驶员可以通过操作面板按键等方式选择工作模式，整车控制器2根据驾驶员选取的工作模式选取控制策略。
在本发明一些实施例中，状态检测信号可以包括取力离合装置6的取力信号、电机离合装置15的状态检测信号、电机14的状态检测信号、外接电网12的连接状态检测信号、车速信号、档位信号和液压执行元件11的工作状态检测信号等，整车控制器2对状态检测信号进行分析处理，能够实现动力系统的自动化控制。
在本发明一些实施例中，电机14与电机离合装置15对应设置有多个，步骤S12中控制电机离合装置15闭合并控制电机14启动，具体包括：
根据设备工况控制匹配数量的电机离合装置15闭合并控制匹配数量的电机14启动。
当设备负载较小时，整车控制器2采集负载数据后自动调整接入的电机14数量，在满足负载需求的条件下降低能耗。当其中某个电机14出现故障时，整车控制器2可以断开其连接，使设备可以降低功率继续进行工作，同时发出提醒信号。
提醒信号可以通过仪表界面显示、语音播报或灯光提醒等方式发出，以提醒驾驶员及时进行处理。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力系统，其特征在于，包括：
内燃机动力装置；
取力离合装置，所述取力离合装置的输入端与所述内燃机动力装置的输出端传动连接，所述取力离合装置的输出端设置有取力轴；
至少两个电机；
传动箱，所述传动箱同时与所述取力轴以及各所述电机连接，以同时实现各所述电机与所述取力轴之间的传动。
2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，还包括：
电机离合装置，与所述电机对应设置有至少两个，各所述电机通过对应的所述电机离合装置与所述传动箱连接。
3.根据权利要求2所述的动力系统，其特征在于，所述传动箱包括箱体以及转动设置在所述箱体内的第一输入件、中间传动件和第二输入件，所述第一输入件与所述取力轴同轴固定，所述中间传动件分别与所述第一输入件、所述第二输入件传动连接，所述第二输入件的转轴通过所述电机离合装置与所述电机的转轴传动连接。
4.根据权利要求3所述的动力系统，其特征在于，所述箱体包括第一箱体和第二箱体，所述第一输入件和所述中间传动件位于所述第一箱体内，所述第二输入件位于所述第二箱体内，所述第二箱体转动连接于所述第一箱体，并通过定位件进行角度固定。
5.根据权利要求4所述的动力系统，其特征在于，所述定位件为螺栓，所述定位件绕所述第二箱体的转接轴等角度布置有多个，所述定位件分别与所述第一箱体和所述第二箱体螺纹连接。
6.根据权利要求4或5所述的动力系统，其特征在于，所述中间传动件的转轴作为所述第一箱体和所述第二箱体的转接轴。
7.根据权利要求4或5所述的动力系统，其特征在于，所述第一输入件、所述第二输入件和所述中间传动件分别为齿轮结构，所述中间传动件和所述第二输入件的转轴平行于所述取力轴，所述第二输入件沿垂直于所述取力轴的方向设置有两个以上，相邻的所述第二输入件之间啮合，所述中间传动件分别与所述第一输入件及相邻的所述第二输入件啮合。
8.根据权利要求7所述的动力系统，其特征在于，所述中间传动件的转轴平行于所述取力轴，所述第二输入件的转轴垂直于所述取力轴，所述第二输入件沿平行于所述取力轴的方向设置有两个以上，相邻的所述第二输入件之间啮合，所述中间传动件与所述第一输入件啮合，并通过锥齿轮组与相邻的所述第二输入件传动连接。
9.根据权利要求2所述的动力系统，其特征在于，还包括电机控制器，所述电机控制器分别与整车控制器、所述电机和所述电机离合装置信号连接，以适于根据所述整车控制器的控制指令对所述电机离合装置及所述电机进行控制。
10.一种作业机械，其特征在于，包括行驶驱动桥、油泵、液压执行元件以及如权利要求1至9任一项所述的动力系统，所述行驶驱动桥连接所述内燃机动力装置的输出端，所述油泵的输入端连接所述取力轴，所述液压执行元件连接所述油泵的输出端。
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CN115489293A (zh) * 2022-09-27 2022-12-20 中联重科股份有限公司 混合动力系统和车辆

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