CN202088863U - 一种混合动力牵引车 - Google Patents

Abstract

一种混合动力牵引车，包括车架及安装在该车架上的动力系统、液压系统、操纵控制系统及牵引栓，该牵引栓安装在该车架的后端，该操纵控制系统分别与该动力系统及该液压系统连接，该动力系统包括发动机和电动/发电机，该液压系统包括变量液压泵、液压行走系统及液压转向系统，该变量液压泵分别与该液压行走系统及该液压转向系统连接，该发动机设置于该车架的前部，该电动/发电机设置在该发动机后方，该发动机和该电动/发电机采用转矩结合方式的双轴并联结构设置，该发动机通过带轮传动装置与该电动/发电机连接，该发动机和该电动/发电机分别通过电磁离合器与该带轮传动装置连接，该发动机通过该带轮传动装置的带轮直接与该变量液压泵连接。

Description

一种混合动力牵引车

技术领域

本实用新型涉及一种牵引设备，特别是一种可满足外场和库内双重作业环境要求的混合动力牵引车。

背景技术

牵引车是一种重要的特种地面设备，应用于现代机场、火车站、集运中心等场所，主要承担以下作业：飞机在地面上的调度，即飞机在停机坪与客机坪、登机桥、机库、维修间等之间的移动，以减少飞机发动机和起落架在地面的运作时间；在火车站站台、集运中心将装满包裹、货箱的平板车牵引至火车或货车的车厢口。

当牵引车在机库内或其它对车辆排放及噪音有严格限制的环境下进行牵引作业时，传统的内燃机动力车辆是不允许使用的，所以在这种情况下一般采用电动牵引车进行牵引作业，然而电动牵引车由于储能设备的限制、动力性能、工作时间和续驶里程都远不能与传统的内燃机车相比。混合动力牵引车可以实现电动、内燃机动力和混合动力等多种驱动模式，当在机库内使用时可以使用电动驱动模式，出库后可更换为内燃机或混合动力驱动模式，这样不仅克服了传统内燃机牵引车和电动牵引车两者的缺点，而且燃油经济性以及废气排放也得到了很大的改善。另外，还有很多军用作业环境如舰艇、武器弹药库等环境下，都要求作业车辆具有防爆性能，这对于使用内燃机驱动方式的车辆来说较难实现，而采用电力驱动方式则相对容易。

专利号为“ZL200720103743”，名称为“混合动力无杆飞机牵引车”的中国实用新型专利公开了一种无杆牵引车，主要应用于路面平整的机场道路，其结构形式无法适用于作业环境复杂恶劣的山间道路；申请号为“200810065282”，名称为“一种用于码头牵引车的混合动力系统和驱动控制方法”的中国发明专利申请，公开了一种可应用于速度低、坡度小、加速性要求不高的码头环境的牵引车，其动力结构形式，驱动形式同样不适用于作业环境复杂的情况，无法满足外场和库内双重作业环境要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可解决现有技术的牵引车存在的动力不足、牵引作业时转向不灵活、库内排放超标等问题，满足外场和库内双重作业环境要求的混合动力牵引车。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种混合动力牵引车，其中，包括车架及安装在所述车架上的动力系统、液压系统、操纵控制系统及牵引栓，所述牵引栓安装在所述车架的后端，所述操纵控制系统分别与所述动力系统及所述液压系统连接，所述动力系统包括发动机和电动/发电机，所述液压系统包括变量液压泵、液压行走系统及液压转向系统，所述变量液压泵分别与所述液压行走系统及所述液压转向系统连接，所述发动机设置于所述车架的前部，所述电动/发电机设置在所述发动机后方，所述发动机和所述电动/发电机采用转矩结合方式的双轴并联结构设置，所述发动机通过带轮传动装置与所述电动/发电机连接，所述发动机和所述电动/发电机分别通过电磁离合器与所述带轮传动装置的带轮连接，所述变量液压泵通过所述带轮传动装置的带轮直接与所述发动机连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述液压转向系统包括转向柱、液压转向器、转向桥、转向油缸及转向轮，所述转向柱下端与所述液压转向器连接，所述液压转向器与所述转向油缸连接，所述转向轮包括左前车轮和右前车轮，所述左前车轮与所述右前车轮与所述转向桥连接，所述转向油缸安装在所述转向桥上并与所述变量液压泵连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述液压行走系统包括两个轮边马达和驱动轮，所述驱动轮包括左后驱动轮和右后驱动轮，所述两个轮边马达分别与所述左后驱动轮及所述右后驱动轮连接，所述变量液压泵分别与所述两个轮边马达连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述两个轮边马达为低速大扭矩液压马达。

上述的混合动力牵引车，其中，所述操纵控制系统包括控制台、控制箱、电机调速及充电控制器和蓄电池组，所述控制台上安装有控制仪表、手控开关和方向盘，所述方向盘与所述转向柱连接，所述控制箱内设置有中央控制器，所述电机调速及充电控制器与所述蓄电池组连接，所述中央控制器分别与所述手控开关、所述控制仪表及所述电机调速及充电控制器连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述操纵控制系统包括控制台、控制箱、电机调速及充电控制器和蓄电池组，所述控制台上安装有控制仪表、手控开关和方向盘，所述方向盘与所述转向柱连接，所述控制箱内设置有中央控制器，所述电机调速及充电控制器与所述蓄电池组连接，所述中央控制器分别与所述手控开关、所述控制仪表及所述电机调速及充电控制器连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述中央控制器包括控制信号采集模块、动力模式决策模块及控制输出模块，所述控制信号采集模块与所述手控开关连接，所述动力模式决策模块包括发动机驱动模式单元、电动驱动模式单元、混合动力驱动模式单元、自动控制模式单元和混合发电模式单元，所述动力模式决策模块分别与所述控制信号采集模块及所述控制输出模块连接，所述控制输出模块分别与所述发动机、所述电动/发电机、所述电磁离合器及所述电机调速及充电控制器连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述中央控制器还包括制动能量回馈模块，所述制动能量回馈模块与所述混合动力牵引车的制动踏板连接，所述控制输出模块与所述制动能量回馈模块连接。

上述的混合动力牵引车，其中，所述电机调速及充电控制器设置在所述左后驱动轮与所述右后驱动轮之间，所述蓄电池组设置在所述电机调速及充电控制器后方。

上述的混合动力牵引车，其中，所述控制箱及所述控制台设置于所述车架中部，所述控制台位于所述左前转向轮后方，所述控制箱位于所述右前转向轮后方。

本实用新型的有益功效在于：

1.采用并联的发动机和电动/发电机作为混合动力源，如果其中一个动力系统发生故障，另一动力系统仍然可以保障工作，提高了整车的可靠性；

2.该车牵引力大，整车外形尺寸较小，主要应用于坡度大、坡路长、转弯角度大等复杂环境的牵引作业，如特种设备在山间道路的牵引，以及在火车车皮上的拖拉；

3.可适用于有排放、噪音、防爆等限制的库内作业，有助于提高牵引车的燃油经济性，节约能源，减少废气排放；另外，其发动/电动机可以作移动电站使用。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型的外形结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本实用新型的中央控制器结构框图。

其中，附图标记

1车架

2动力系统

    21发动机                    22电动/发电机

    23带轮传动装置              24电磁离合器

3液压系统

    31变量液压泵

    32液压行走系统

        321轮边马达                322左后驱动轮

        323右后驱动轮

    33液压转向系统

        331转向柱                  332液压转向器

        333转向桥                  334转向油缸

        335左前转向轮              336右前转向轮

4操纵控制系统

    41控制台

        411控制仪表                412手控开关

        413方向盘

    42控制箱

        421中央控制器

            4211控制信号采集模块

        4212动力模式决策模块

            42121发动机驱动模式单元

            42122电动驱动模式单元

            42123混合动力驱动模式单元

            42124自动控制模式单元

            42125混合发电模式单元

        4213控制输出模块

        4214制动能量回馈模块

    43电机调速及充电控制器

    44蓄电池组

    45制动踏板

5牵引栓

6副驾驶座椅

7驾驶员座椅

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本实用新型提供了一种混合动力特种牵引车，意在解决现有牵引车存在的动力不足、牵引作业时转向不灵活、库内排放超标等问题，满足外场和库内双重作业环境要求。

参见图1及图2，图1为本实用新型的外形结构示意图，图2为图1的俯视图。本实用新型的混合动力牵引车，包括车架1及安装在所述车架1上的动力系统2、液压系统3、操纵控制系统4及牵引栓5，所述牵引栓5安装在所述车架1的后端，所述操纵控制系统4分别与所述动力系统2及所述液压系统3连接，所述动力系统2包括发动机21和电动/发电机22，所述液压系统3包括变量液压泵31、液压行走系统32及液压转向系统33，所述变量液压泵31分别与所述液压行走系统32及所述液压转向系统33连接，所述发动机设置于所述车架1的前部，所述电动/发电机22设置在所述发电机后方，所述发动机21和所述电动/发电机22采用转矩结合方式的双轴并联结构设置，所述发动机21和所述电动/发电机22以机械能叠加的方式共同驱动车辆，传动系统所需扭矩按照一定的优化控制策略分配给两个动力源，所述发动机21通过带轮传动装置23与所述电动/发电机22连接，所述发动机21和所述电动/发电机22分别通过电磁离合器24与所述带轮传动装置23的带轮连接，所述变量液压泵31通过所述带轮传动装置23的带轮直接与所述发动机21连接。变量液压泵31在发动机21和/或电动机22的驱动下提供液压系统3所需动力。

其中，所述液压转向系统33包括转向柱331、液压转向器332、转向桥333、转向油缸334及转向轮，所述转向柱331下端与所述液压转向器332连接，所述液压转向器332与所述转向油缸334连接，所述转向轮包括左前转向轮335和右前转向轮336，所述左前转向轮335与所述右前转向轮336与所述转向桥333连接，所述转向油缸334安装在所述转向桥333上并与所述变量液压泵31连接。所述液压行走系统32包括两个轮边马达321和驱动轮，所述驱动轮包括左后驱动轮322和右后驱动轮323，所述两个轮边马达321分别与所述左后驱动轮322及所述右后驱动轮323连接，所述变量液压泵31分别与所述两个轮边马达321连接。本实施例中，所述两个轮边马达321优选为低速大扭矩液压马达。每个车轮由一个轮边马达321驱动。通过液压轮阀调节，保证轮边马达321在各种负载、压力、流量等工况下以相同的速度转动。轮边马达321带有自锁功能，当液压系统3内压力为0时轮边马达321自锁实现制动效果。

所述操纵控制系统4包括控制台41、控制箱42、电机调速及充电控制器43和蓄电池组44，所述控制台41上安装有控制仪表411、手控开关412和方向盘413，所述方向盘413与所述转向柱331连接，方向盘413通过液压转向器332驱动转向油缸334实现转向，所述控制箱42内设置有中央控制器421，所述电机调速及充电控制器43与所述蓄电池组44连接，所述中央控制器421分别与所述手控开关412、所述控制仪表411及所述电机调速及充电控制器43连接。

本实施例中，所述中央控制器421包括控制信号采集模块4211、动力模式决策模块4212及控制输出模块4213，所述控制信号采集模块4211与所述手控开关412连接，所述动力模式决策模块4212包括发动机驱动模式单元42121、电动驱动模式单元42122、混合动力驱动模式单元42123、自动控制模式单元42124和混合发电模式单元42125，所述动力模式决策模块4212分别与所述控制信号采集模块4211及所述控制输出模块4213连接，所述控制输出模块4213分别与所述发动机21、所述电动/发电机22、所述电磁离合器24及所述电机调速及充电控制器43连接。所述中央控制器421还可包括制动能量回馈模块4214，所述制动能量回馈模块4214与所述混合动力牵引车的制动踏板45连接，所述控制输出模块4213与所述制动能量回馈模块4214连接。本实施例中，所述电机调速及充电控制器43设置在所述左后驱动轮322与所述右后驱动轮323之间，所述蓄电池组44设置在所述电机调速及充电控制器43后方。所述控制箱42及所述控制台41设置于所述车架1中部，所述控制台41位于所述左前转向轮335后方，所述控制箱42位于所述右前转向轮336后方。

本牵引车以发动机21和电动/发电机22为动力源；具有发动机驱动、电动驱动、混合动力、混合发电和自动控制五种动力模式，可在各动力模式间任意切换；中央控制器421根据所选的动力模式控制动力系统2的状态，包括对发动机21和电机启闭、电机工作状态、离合器通断、发动机油门以及电机转速等的控制。采用前转向桥333后双轮边马达321的液压行走系统32，由一个变量液压泵31、两个轮边马达321(本实施例优选变量液压马达)构成的液压驱动系统将发动机21和/或电动机的动力转变为驱动车辆行走的牵引力。本牵引车具有多种工作模式，发动机和电动机即可单独也可共同带动变量液压泵31，还可选择根据实际作业环境调节的自动控制模式；发动机21单独带动液压泵时，电动/发电机22作为发电机通过电机调速及充电控制器43向蓄电池组44充电。本牵引车结构简单、布局紧密，整车尺寸都有所减小，从而减小了转弯半径，提高牵引车的机动性。

工作时，发动机21、电动/发电机22、变量液压泵31采用转矩结合方式的双轴并联的布置结构，通过带轮传动装置23实现动力合成，由两个电磁离合器24分别控制发动机21与带轮、电动/发电机22与带轮的吸合和断开，发动机21侧的带轮直接与变量液压泵31连接。这种结构动力轴短，布置紧凑，占用空间小，使得整车外形尺寸都有所减小；而且带轮传动的柔性在一定程度上能够缓冲动态过程中的冲击，对发动机21和电动/发电机22等重要部件起到保护的作用。

当需求驱动功率在发动机21最小工作功率和最大工作功率之间时，选择动力模式为发动机驱动模式时，发动机21侧和电动/发电机22侧的电磁离合器24均吸合，电动/发电机22作为发电机使用；发动机21带动变量液压泵31提供转向和行走的动力，同时通过带轮传动装置23将额外的功率传输至发电机，在电机调速及充电控制器43的作用下向蓄电池组44充电。

当需求驱动功率小于发动机21最小工作功率时，选择动力模式为电动驱动模式，发动机21侧的电磁离合器24断开，电动/发电机22侧的电磁离合器24吸合，电动/发电机22作为电动机使用；由电动机通过带轮传动装置23带动变量液压泵31提供转向和行走的动力。

当需求驱动功率高于发动机21最大工作功率时，选择动力模式为混合动力驱动模式，发动机21侧和电动/发电机22侧的电磁离合器24均吸合，电动/发电机22作为电动机使用；由发动机21和电动机共同带动变量液压泵31提供转向和行走的动力。

当选为自动控制模式时，中央控制器421根据负载自动在发动机驱动、电动驱动和混合动力驱动三种模式间切换，保证发动机21和电动/发电机22工作在高效率区。

当选为混合发电模式时，发动机21侧和电动/发电机22侧的电磁离合器24均吸合，发动机21不驱动液压负载，电动/发电机22作为发电机使用；通过带轮传动装置23将发动机21功率传输至发电机，在电机调速及充电控制器43的作用下向蓄电池组44充电；充满电时，发动机21熄火，停止发电。

当驾驶员踩下制动踏板45时，牵引车的需求驱动功率为负，自动进入制动能量回馈模式，吸收混合动力车辆制动能量，在电机调速及充电控制器43的作用下向蓄电池组44充电。

中央控制器421采集手控开关412的输入获取动力模式，从数据库中提取相应控制指令并通过CAN总线发送至发动机21、电动/发电机22、电磁离合器24及电机调速及充电控制器43等，实现各自工作状态的切换。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合动力牵引车，其特征在于，包括车架及安装在所述车架上的动力系统、液压系统、操纵控制系统及牵引栓，所述牵引栓安装在所述车架的后端，所述操纵控制系统分别与所述动力系统及所述液压系统连接，所述动力系统包括发动机和电动/发电机，所述液压系统包括变量液压泵、液压行走系统及液压转向系统，所述变量液压泵分别与所述液压行走系统及所述液压转向系统连接，所述发动机设置于所述车架的前部，所述电动/发电机设置在所述发动机后方，所述发动机和所述电动/发电机采用转矩结合方式的双轴并联结构设置，所述发动机通过带轮传动装置与所述电动/发电机连接，所述发动机和所述电动/发电机分别通过电磁离合器与所述带轮传动装置的带轮连接，所述变量液压泵通过所述带轮传动装置的带轮直接与所述发动机连接。

2.如权利要求1所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述液压转向系统包括转向柱、液压转向器、转向桥、转向油缸及转向轮，所述转向柱下端与所述液压转向器连接，所述液压转向器与所述转向油缸连接，所述转向轮包括左前车轮和右前车轮，所述左前车轮与所述右前车轮与所述转向桥连接，所述转向油缸安装在所述转向桥上并与所述变量液压泵连接。

3.如权利要求1或2所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述液压行走系统包括两个轮边马达和驱动轮，所述驱动轮包括左后驱动轮和右后驱动轮，所述两个轮边马达分别与所述左后驱动轮及所述右后驱动轮连接，所述变量液压泵分别与所述两个轮边马达连接。

4.如权利要求3所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述两个轮边马达为低速大扭矩液压马达。

5.如权利要求1、2或4所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述操纵控制系统包括控制台、控制箱、电机调速及充电控制器和蓄电池组，所述控制台上安装有控制仪表、手控开关和方向盘，所述方向盘与所述转向柱连接，所述控制箱内设置有中央控制器，所述电机调速及充电控制器与所述蓄电池组连接，所述中央控制器分别与所述手控开关、所述控制仪表及所述电机调速及充电控制器连接。

6.如权利要求3所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述操纵控制系统包括控制台、控制箱、电机调速及充电控制器和蓄电池组，所述控制台上安装有控制仪表、手控开关和方向盘，所述方向盘与所述转向柱连接，所述控制箱内设置有中央控制器，所述电机调速及充电控制器与所述蓄电池组连接，所述中央控制器分别与所述手控开关、所述控制仪表及所述电机调速及充电控制器连接。

7.如权利要求5所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述中央控制器包括控制信号采集模块、动力模式决策模块及控制输出模块，所述控制信号采集模块与所述手控开关连接，所述动力模式决策模块包括发动机驱动模式单元、电动驱动模式单元、混合动力驱动模式单元、自动控制模式单元和混合发电模式单元，所述动力模式决策模块分别与所述控制信号采集模块及所述控制输出模块连接，所述控制输出模块分别与所述发动机、所述电动/发电机、所述电磁离合器及所述电机调速及充电控制器连接。

8.如权利要求7所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述中央控制器还包括制动能量回馈模块，所述制动能量回馈模块与所述混合动力牵引车的制动踏板连接，所述控制输出模块与所述制动能量回馈模块连接。

9.如权利要求5所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述电机调速及充电控制器设置在所述左后驱动轮与所述右后驱动轮之间，所述蓄电池组设置在所述电机调速及充电控制器后方。

10.如权利要求5所述的混合动力牵引车，其特征在于，所述控制箱及所述控制台设置于所述车架中部，所述控制台位于所述左前转向轮后方，所述控制箱位于所述右前转向轮后方。

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