CN1827413A - 用于工作机械的多发动机驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于一工作机械的多发动机驱动系统具有一第一牵引装置和一第二牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准。该驱动系统还具有一第一驱动组传动系统，该第一驱动组传动系统将第一牵引装置与第二牵引装置连接。该驱动系统还可包括一第三牵引装置和一第四牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准。另外，该驱动系统还包括一第二驱动组传动系统，该第二驱动组传动系统将第三牵引装置与第四牵引装置连接。此外，该驱动装置具有一组间传动系统，该组间传动系统将第一驱动组传动系统与第二驱动组传动系统连接。一第一驱动发动机与组间传动系统的第一驱动组传动系统分支工作连接。另外，该驱动系统可包括一第二驱动发动机，该第二驱动发动机与组间传动系统的第二驱动组传动系统分支工作连接。

Description

用于工作机械的多发动机驱动系统
技术领域
本发明涉及一种用于工作机械的多发动机驱动系统，尤其涉及一种带有诸动力传输系统的多发动机驱动系统，这些动力传输系统使两个或更多驱动发动机互相连接。
背景技术
诸如轮式装载机、越野式载重卡车以及其它重型建筑和采矿用机械的工作机械被用于完成许多任务。为了有效地完成这些任务，一工作机械需要可提供完成这些任务所需动力的动力源，这些动力源为比如柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、涡轮发动机或任何其它类型的动力源。这样的工作机械通常包括一驱动系统，该驱动系统可包括一个或多个用于为牵引装置提供动力以驱动工作机械的驱动发动机。
一些工作机械包括带有多个独立驱动发动机的驱动系统。典型地，这样一个启动系统的每个驱动发动机为工作机械的牵引装置的不同的子组提供动力。例如，一些工作机械包括四个驱动发动机，它们每个都独立地向工作机械的四个牵引装置中的一个提供动力。在一些场合，这样一个工作机械的驱动发动机子组承受大多数或全部推进工作机械的负担。当牵引力在牵引装置之间分配不均时，那些与具有较好牵引力的牵引装置相连的驱动发动机必须提供大多数的动力来推进工作机械。
至少已构想出了一种多发动机驱动系统，诸驱动发动机在向工作机械的牵引装置提供动力时互相提供动力。例如，由Thompson提交、2004年6月28日公开的美国专利申请2004/0121871(“‘871申请”)示出了一种带有三个推进发动机的多发动机驱动系统，每个发动机与工作机械的一个轮子工作连接并驱动该轮子。’871申请示出了沿工作机械的长度间隔开的三对轮子。一个驱动发动机与右前轮相连，另一个驱动发动机与右后轮相连，而再一个驱动发动机与左后轮相连。一个传动装置与工作机械右侧的三个轮子和两个驱动发动机连接，而另一个传动装置与工作机械左侧的三个轮子和一个驱动发动机连接。带有差动单元的单根横轴与工作机械的左侧和右侧上的两个传动装置连接。这样，可从每个驱动发动机向工作机械的不同轮子传送动力。与差动单元连接的一操控发动机(steer motor)控制工作机械的左侧和右侧轮子之间的速度差。
虽然‘871申请的驱动系统的设计方案可使驱动发动机之间分配驱动负荷，但该方案也有缺点。该系统的单根横轴需要使用沿工作机械的左侧和右侧长度延伸的笨重的传送单元，用于将动力从横轴传送到前轮和后轮。该结构不适用于许多工作机械的应用场合中。使用单个差动器就要求在工作机械右侧的所有轮子以相同的转速旋转，同样，在工作机械左侧的所有轮子要以相同的转速旋转。
本发明的驱动系统解决了以上列出的一个或多个问题。
发明内容
一个所揭示的实施例包括一种多发动机驱动系统。该多发动机驱动系统可包括一第一牵引装置和一第二牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准。该驱动系统还可包括一第一驱动组传动系统，该第一驱动组传动系统将第一牵引装置与第二牵引装置连接。该驱动系统还可包括一第三牵引装置和一第四牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准。此外，该驱动系统可包括一第二驱动组传动系统，该第二驱动组传动系统将第三牵引装置与第四牵引装置连接。该驱动装置还可包括一组间传动系统，该组间传动系统将第一驱动组传动系统与第二驱动组传动系统连接。该驱动系统还可包括一第一驱动发动机，该第一驱动发动机与组间传动系统的第一驱动组传动系统分支工作连接。另外，该驱动系统可包括一第二驱动发动机，该第二驱动发动机与组间传动系统的第二驱动组传动系统分支工作连接。
本发明的另一个方面涉及一种操作用于工作机械的一驱动系统的方法。该驱动系统包括：一第一驱动组，两个牵引装置与工作机械的主要行进方向基本横向对准；一第一驱动组传动系统，该第一驱动组传动系统将第一驱动组的两个牵引装置互相连接；以及一第一驱动发动机，该第一驱动发动机与第一驱动组传动系统工作连接。该驱动系统还可包括沿主行进方向与第一驱动组间隔开的一第二驱动组。该第二驱动组可包括：两个牵引装置，它们与主要行进方向基本横向对准；以及一第二驱动组传动系统，该第二驱动组传动系统将第二驱动组的两个牵引装置互相连接。该驱动系统还可包括一组间传动系统，该组间传动系统将第一驱动组传动系统与第二驱动组传动系统连接。该方法可包括将动力从第一驱动发动机通过第一驱动组传动系统的至少一部分、组间传动系统和第二驱动组传动系统的至少一部分传送到第二驱动组的牵引装置中的至少一个。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的工作机械的简图；
图2是根据本发明的一个实施例的多发动机驱动系统的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的多发动机驱动系统的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的多发动机驱动系统的示意图；以及
图5是用于根据本发明的一个实施例的多发动机驱动系统的驱动组的示意图。
具体实施方式
图1提供了根据一个示意性示出的实施例的工作机械10的投影简图。如该术语在此处所用的那样，工作机械是指进行与比如采矿、建筑、农业等的具体的行业相关的某种类型的工作并在工作环境之间或中间(例如建筑工地、采矿现场、电厂等)进行工作的机动机械。工作机械的非限定性的例子包括商用机械，比如卡车、起重机、运土车、采矿车、反铲挖掘机、材料搬运装置、农业装置、船舶、飞机以及其它在工作环境中工作的任何类型的可移动机械。
工作机械10可包括动力源12、动力转换单元14、带有多个驱动发动机18的驱动系统16以及牵引装置20。虽然将工作机械10显示为一轮式装载机，但工作机械10可为任何类型为包括带有驱动发动机18的驱动系统16以向工作机械10的牵引装置20提供动力的工作机械10。
动力源12可为被构造成向工作机械10提供动力的任何类型机械元件。动力源12可包括可产生动力输出的诸如柴油发动机、汽油发动机、天然气发动机、涡轮发动机或燃料电池的机械元件。或者，动力源12可包括被构造成用来接收来自车外的电力传输系统的电能的动力采集系统，比如滚轮集电系统或脐状电缆。
在一个实施例中，动力转换单元14与动力源12工作连接。动力转换单元14可为被构造成用于将动力源12所供应的动力输出的至少一部分转换为可为驱动发动机18所用的形式的任意类型装置。比如，动力转换单元14可为将动力源12的动力输出的至少一部分转换为电能的发电机。动力转换单元14还可为将动力源12的动力输出的至少一部分转换为加压流体流的液压泵。在动力源12为燃料电池或动力采集系统的实施例中，工作机械10可省略动力转换单元14。
驱动系统16包括多个可与动力转换单元14工作连接的驱动发动机18。在动力转换单元14为发电机的实施例中，驱动发动机18可为由来自动力转换单元14的电能提供动力的电动机。在动力转换单元14为液压泵的实施例中，驱动发动机18可为由来自动力转换单元14的加压流体提供动力的液压发动机。在动力源12为燃料电池或动力采集系统的实施例中，驱动发动机18可为与动力源12直接工作连接并由来自该动力源12的电能提供动力的电动机。
驱动系统16还包括多个与驱动发动机18工作连接的牵引装置20。虽然牵引装置20被显示为轮子，但它们也可为履带单元或其它任何适于接收来自驱动发动机18的动力并将其传送到地面以推进工作机械10的装置。
图2示出了带有与某个所揭示的实施例相一致的第一驱动组22和第二驱动组24的驱动系统16。驱动系统16可包括连接第一和第二驱动组22、24的组间传动系统26。
在一个实施例中，驱动系统16的驱动组22、24可包括两个牵引装置20、一个驱动组传动系统28以及两个驱动发动机18。驱动组22、24基本横向对准工作机械10的行进方向30。
每个驱动组传动系统28与各个驱动组22、24的牵引装置20机械连接。另外，图2所示实施例的每个驱动组传动系统28包括一个差动单元32、两根驱动轴18以及两个在诸牵引装置20之间串联的运动转换单元36。
虽然图2显示驱动发动机18与驱动组传动系统28的其它元件在驱动组22、24各自的牵引装置20之间串联，但也可以以其它的结构来实施其它的实施例。例如，驱动发动机18可毗邻驱动组传动系统28放置并通过齿轮、链条、皮带或其它动力传送元件与驱动组传动系统28工作连接。另外，驱动发动机18可通过一个连接于驱动组传动系统28的牵引装置20与驱动组传动系统28连接。此外，可以实施多于或少于两个驱动发动机18的驱动组22、24的实施例。
驱动组传动系统28并不限于图2所示的结构。例如，驱动组传动系统28可将图2所示的运动转换单元36的一个或两个都省略，将驱动轴34中的一根或两根都省略，并且/或者将差动单元32省略。同样，虽然图2显示每个驱动组传动系统28的元件对准在一个公共的轴线上，但所揭示的实施例中并不要求特定的空间布置。
另外，驱动组传动系统28还可由不同类型的元件来实现。例如，差动单元32可为任何类型的与驱动组22、24的牵引装置20机械连接、同时又使牵引装置20之间可独立旋转的差动单元32。驱动组传动系统28也可在驱动轴34以外再使用各种齿轮、链条、皮带、挠性接头和任何其它传动元件，或者用这些元件来替代驱动轴34。
组间传动系统26将第一驱动组22与第二驱动组24连接。在一个实施例中，组间传动系统26可为与第一和第二驱动组22、24的驱动组传动系统28通过它们各自的差动单元32连接的驱动轴。在其它实施例中，组间传动系统26可用其它使驱动组22和24之间可以传送动力的方式与第一和第二驱动组22、24连接。例如，组间传动系统26可与驱动组传动系统28的不同部分或各个驱动组22、24的牵引装置20连接。此外，组间传动系统26可包括其它类型的动力传送元件，比如除了驱动轴之外还加上、或替代驱动轴的齿轮、链齿轮、皮带、链条以及挠性接头。
驱动系统16并不限于图2所示的结构。例如，除了第一和第二驱动组22、24以外，驱动系统16还可包括一个或多个其它的驱动组。另外，除了组间传动系统26以外，驱动系统16还可包括一个或多个其它的组间传动系统。这些附加的组间传动系统可将附加的驱动组中的任何一个与另一个互相连接和/或与驱动组22和/或驱动组24连接。
此外，在一个实施例中，第一驱动组22的牵引装置20和第二驱动组24的牵引装置20可相互枢轴滑动。例如，可将驱动系统16构造成第一驱动组22相对于第二驱动组24绕一中心枢转点38枢转。图2示出了驱动系统16，相对于第二驱动组24枢转的第一驱动组22用虚线39表示。
在另一个实施例中，第一和第二驱动组22、24可不相互之间相对枢转。而是一个驱动组的牵引装置20可以绕各个操控枢转点枢转操纵。图3示出了与该实施例相一致的驱动系统16。如图所示，第一驱动组22的牵引装置20可绕操控枢转点40枢转操纵。图3示出了驱动系统16，第一驱动组22的牵引装置20枢转到虚线41的位置。
与另一个实施例相一致，图4显示出图3所示包括与组间传动系统26连接的组间驱动发动机42的驱动系统16。运动转换单元36和驱动轴将组间驱动发动机42的一端与第一驱动组22的驱动组传动系统28连接。另外，驱动轴可将组间驱动发动机42的另一端与第二驱动组24的驱动组传动系统28连接。组间驱动发动机42可与组间传动系统26连接，该连接可为任何允许动力通过组间传动系统26传送到第一和第二驱动组22、24的方式。驱动系统16并不限于图4所示的结构。例如，驱动系统16可包括多个与组间传动系统26连接的组间驱动发动机42。
图5示出了用于示例性驱动系统16的一个驱动组44的替代结构。驱动组44可与图2所示的第一和第二驱动组22、24中的任何一个相类似。然而，在图5所示的实施例中，每个驱动发动机18可通过相关的运动转换单元36的元件与各自的一个驱动轴34间接连接。每个驱动发动机18的输出轴46可为中空的，而每根驱动轴34可延伸通过各个输出轴46。每个运动转换单元36可包括带有空心中心齿轮的第一级行星齿轮组48。每根驱动轴34可延伸通过各自的第一级行星齿轮组48的空心中心齿轮。此外，每个运动转换单元36可包括第二级行星齿轮组50。每根驱动轴34的外侧端可与各自的第二级行星齿轮组50的中心齿轮连接。每组第一级行星齿轮组48可将各自的输出轴46外侧端与各自的第一级行星齿轮组48的中心齿轮相连，从而与各自的驱动轴34连接。
驱动组44的结构并不限于图5所示的结构。例如，驱动组44的元件可布置成使驱动轴34不必通过驱动发动机18。另外，驱动轴34可通过一级以上的运动转换元件而连接于驱动发动机18的输出轴46。
工业可用性
所揭示的实施例的驱动轴16可应用于任何具有多个驱动发动机18和牵引装置20的工作机械10中。下面结合图2和5来描述与这些实施例相一致的带有驱动系统16的工作机械10的工作。
在一个实施例中，在工作机械10的工作过程中，动力源12产生动力输出并向动力转换单元14传送。动力转换单元14顺次将来自动力源12的动力输出转换为可为驱动发动机18所用的形式。在动力转换单元14为发电机的实施例中，动力转换单元14将来自动力源12的动力输出转换为电能。在动力转换单元14为液压泵的实施例中，动力转换单元14将来自动力源12的电力生产转换为一股压力流体。
驱动发动机18接收来自动力转换单元14和动力牵引装置20的动力。在驱动发动机18为电动机的实施例中，发动机18可接收来自动力转换单元14的电能。在驱动发动机18为液压发动机的实施例中，发电机8可接收来自动力转换单元14的一股液压流体。第一驱动组22的驱动发动机18向第一驱动组22的牵引装置20传送动力，该牵引装置20将动力传送给地面。同样，第二驱动组24的驱动发动机18向第二驱动组24的牵引装置20提供动力以将动力传送给地面。
在某些实施例中，来自驱动发动机18的动力可在第一和第二驱动组22、24之间传送。这会在例如第一驱动组22的牵引装置20具有比第二驱动组24的牵引装置20更多的牵引力的时候发生。在这样的情况下，第二驱动组24的驱动发动机18不会通过第二驱动组24的牵引装置20向地面传送动力。然而，第二驱动组24的驱动发动机18通过组间传动系统26将动力传送给第二驱动组24的牵引装置20。这样，具有与驱动组22和24连接的组间传动系统26的实施例可使驱动系统16将驱动发动机18的所有动力都转换为牵引力，即使第二驱动组24的牵引装置20具有较差的牵引力也如此。
由于驱动组22、24各自包括一个驱动组传动系统28，单个组间传动系统26使动力可从头到尾传送到工作机械10的所有牵引装置20。此外，可将组间传动系统26在工作机械10的宽度上置于任何位置。驱动系统16的这些属性使它十分适用于许多不同的工作机械应用场合。例如，这一实施例在图2中的驱动组22、24相互枢转的应用中特别有利。在这样的应用中，单个组间传动系统26可延伸通过中心枢转点38并绕该枢转点枢转。这使组间传动系统26在驱动组22和24相互枢转时可保持恒定长度。
在第一和第二驱动组22、24之间传送动力的能力在工作机械10的重量经常在第一驱动组22的牵引装置20和第二驱动组24的牵引装置20之间变换的应用场合中尤其有利。例如，在轮式装载机中，机械的重量经常在均匀分布在诸牵引装置20上以及完全作用在第一或第二驱动组22、24的情况之间变换。
另外，驱动发动机18可根据牵引力控制和/或稳定控制的算法来工作，从而进一步加强工作机械10的性能。例如，工作机械10可包括执行软件程序的诸控制单元，该软件程序分析反映工作机械10的一个或多个参数的传感器输入量。根据分析，这些控制单元可独立地控制驱动发动机18中的一个或多个，以防止牵引装置20的滑移和/或工作机械10的不稳定运动。在这样的实施例中，工作机械10可执行各种类型的牵引力控制和/或稳定控制算法来确保在工作中牵引力适当。
某些驱动系统16的实施例特别适用于执行牵引力控制和/或稳定控制算法，因为它们允许在控制各个牵引装置20的运动的时候有很大的灵活性。例如，每个驱动组22、24中带有差动单元32的驱动系统16使第一驱动组22的诸牵引装置20之间有第一速度差，且在第二驱动组24的诸牵引装置20之间有第二速度差，该第二速度差的量可与第一速度差不同。例如，第一驱动组22的一个牵引装置20可以12转/分的速度旋转，而第一驱动组22的另一个牵引装置20以14转/分的速度旋转，在这种情况下，第一驱动组22的诸牵引装置20之间的速度差的量将是2转/分。同时，第二驱动组24的一个牵引装置20可以11转/分的速度旋转，而第二驱动组24的另一个牵引装置20以15转/分的速度旋转，在这种情况下，第二驱动组24的诸牵引装置20之间的速度差的量将是4转/分。
另外，带有可枢转控制的牵引装置20的驱动系统16不需要驱动发动机18来引导工作机械10的操控。这使驱动发动机18的控制简化并减少驱动系统16的成本。此外，在第一驱动组22和第二驱动组24中都有差动单元32的驱动系统16特别适用于工作机械10通过牵引装置20的操控。这样的结构是第一驱动组22的牵引装置20具有比第二驱动组24的牵引装置20要高或低的速度差，这使不同的牵引装置20适于在枢转以引导工作机械10转弯时经过不同的弧线。
另外，与所揭示的实施例相一致的驱动系统16可提供与其实际尺寸相比有较高的功率。尤其是，带有组间驱动发动机42的驱动系统16可有效地利用工作机械10上的可用空间来提供较高的功率，从而在不同类型的地形上推动工作机械10。
所揭示的驱动系统16的实施例还使驱动发动机18和驱动组传动系统28的元件适用于不同的最佳工作状态。例如，将驱动组传动系统28的元件通过运动转换单元36的一级或多级与驱动发动机18连接(如图5所示)可便于驱动发动机18和驱动组传动系统28的元件进入最佳工作状态。特别是，将驱动组传动系统28的一根驱动轴通过一级或多级减速而与驱动发动机18连接可使驱动发动机18以高发动机转速工作，而驱动组34以低轴转速工作。
对于熟悉本领域技术的人员来说，显然可以对所揭示的驱动系统进行多种修改和变型而不会背离本发明的范围。在阅读了本说明书和参考了此处对于该驱动系统的实施之后，对于熟悉本领域技术的人员而言，本发明的其它实施方式是显而易见的。应认为本说明书和例子只是示例性的，本发明的实际范围应由所附权利要求及其等效内容来限定。

Claims (10)

1.一种用于一工作机械的多发动机驱动系统，它包括：
一第一牵引装置和一第二牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准；
一第一驱动组传动系统，该第一驱动组传动系统将第一牵引装置与第二牵引装置连接；
一第三牵引装置和一第四牵引装置，它们与工作机械的主要行进方向基本横向对准；
一第二驱动组传动系统，该第二驱动组传动系统将第三牵引装置与第四牵引装置连接；
一组间传动系统，该组间传动系统将第一驱动组传动系统与第二驱动组传动系统连接；
一第一驱动发动机，该第一驱动发动机与分离自组间传动系统的第一驱动组传动系统工作连接；以及
一第二驱动发动机，该第二驱动发动机与分离自组间传动系统的第二驱动组传动系统工作连接。
2.如权利要求1所述的多发动机驱动系统，其特征在于，该第一驱动组传动系统包括一第一差动单元，且该第二驱动组传动系统包括一第二差动单元。
3.如权利要求2所述的多发动机驱动系统，其特征在于，该组间传动系统通过第一差动单元与第一驱动组传动系统连接，且该组间传动系统通过第二差动单元与第二驱动组传动系统连接。
4.如权利要求3所述的多发动机驱动系统，其特征在于，该第一牵引装置和该第二牵引装置可相对于该第三牵引装置和该第四牵引装置可枢转地操纵。
5.如权利要求2所述的多发动机驱动系统，其特征在于，还包括：
一第三驱动发动机，该第三驱动发动机在一点上与第一驱动组传动系统连接，从而第一差动单元连接在第一驱动发动机和第三驱动发动机之间；以及
一第四驱动发动机，该第四驱动发动机在一点上与第二驱动组传动系统连接，从而第二差动单元连接在第二驱动发动机和第四驱动发动机之间。
6.如权利要求1所述的多发动机驱动系统，其特征在于，该第一牵引装置和该第二牵引装置可相对于该第三牵引装置和该第四牵引装置枢转操纵。
7.如权利要求1所述的多发动机驱动系统，其特征在于，该第一驱动组传动系统包括一运动转换单元和一驱动轴；以及，第一驱动发动机的一输出轴通过运动转换单元的诸元件与驱动轴相连。
8.如权利要求1所述的多发动机驱动系统，其特征在于，还包括：
一组间驱动发动机，该组间驱动发动机与组间传动系统工作连接。
9.一种操作用于工作机械的一驱动系统的方法，该驱动系统具有：一第一驱动组，两个牵引装置与工作机械的主要行进方向基本横向对准；一第一驱动组传动系统，该第一驱动组传动系统将第一驱动组的两个牵引装置互相连接；以及一第一驱动发动机，该第一驱动发动机与第一驱动组传动系统工作连接；该驱动系统还具有沿主行进方向与第一驱动组间隔开的一第二驱动组并包括：两个牵引装置，它们与主要行进方向基本横向对准；以及一第二驱动组传动系统，该第二驱动组传动系统将第二驱动组的两个牵引装置互相连接；并且该驱动系统具有一组间传动系统，该组间传动系统将第一驱动组传动系统与第二驱动组传动系统连接；该方法包括：
将动力从第一驱动发动机通过第一驱动组传动系统的至少一部分、组间传动系统和第二驱动组传动系统的至少一部分传送到第二驱动组的诸牵引装置中的至少一个。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在第一驱动组的诸牵引装置之间提供一第一速度差；以及
在第二驱动组的诸牵引装置之间提供一第二速度差，其中该第二速度差的量与第一速度差不同。
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