CN213808693U - 电动装载机变速器系统及电驱动总成 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电动装载机变速器系统及电驱动总成，包括变速器本体、电机换档器以及变速器控制单元；变速器本体包括一根输入轴、一根输出轴、滑套式换档机构及换档拨叉；输入轴上设有两个齿轮；输出轴上设有两个齿轮；换档拨叉与滑套式换档机构配合，使其中一对齿轮啮合形成低速档位，或者使另外一对齿轮啮合形成高速档位；电机换档器与换档拨叉连接，采用电机驱动换档拨叉运动，带动滑套式换档机构在低速档位和高速档位之间切换；变速器控制单元与电机换档器电连接，向电机换档器发送换档信号。本公开既满足电动装载机牵引力的要求，又满足车速要求，获得高的作业效率。两轴变速箱布置结构形式的齿轮、轴、轴承数量更少，齿轮对更少，结构更简单紧凑。

Description

电动装载机变速器系统及电驱动总成

技术领域

本公开涉及电动装载机变速器技术领域，尤其涉及一种电动装载机变速器系统及电驱动总成。

背景技术

变速器系统是电动装载机的重要组成部分，变速器系统主要任务是通过啮合齿轮传动，将来自驱动电机的动力，通过传动轴、车桥及轮胎等部件驱动装载机或其它工程机械的运动和作业。

由于装载机的作业环境范围都是短距离的铲装等作业，为了获得最高的作业效率，作业过程中变速器要尽量少的换档，减少换档动作，减少换档时间，减少驾驶员的劳动强度，以便能够提高效率，尽量减少能量消耗。而现在传统装载机变速器，常常是四个档位。因为低档的速比较大，能够提供足够的牵引力，但是车速较低；而高档的车速满足长距离行驶的要求，但是牵引力又偏小。所以传统装载机工作时，在到达料堆之前采用高档，以便车速较高，提高效率；而到达料堆时需要换到低档，以便装载机获得足够的牵引力，保证铲装作业的进行。工作过程中需要驾驶员在低档和高档之间频繁地换档。

传统装载机变速器多采用4轴或5轴的布置结构形式，齿轮、轴、轴承数量多，传动时啮合的齿轮对也多，这种结构形式不但零件数量多，成本高，而且传递效率低。

另外，传统装载机变速器内部采用多片离合器换档机构，结构复杂，成本高，也容易过热烧结而损坏。

再有，传统装载机变速器外部换档机构采用液压换档控制阀，其结构复杂，成本高，而且容易产生液压泄漏等密封问题。

实用新型内容

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种电动装载机变速器系统及电驱动总成，实现车辆最优化的功率、扭矩传递，满足车辆对牵引力、速度及效率的要求，并且减少零件数量，减少传动轴传动噪音，可靠性更高。

根据本公开的一个方面，一种电动装载机变速器系统，包括变速器本体、电机换档器以及变速器控制单元；

所述变速器本体包括一根输入轴、一根输出轴、滑套式换档机构及换档拨叉；所述输入轴上设有齿轮一和齿轮三；所述输出轴上设有齿轮二和齿轮四；所述换档拨叉与所述滑套式换档机构配合，使所述齿轮一与所述齿轮二啮合形成低速档位，或者使所述齿轮三与所述齿轮四啮合形成高速档位；

所述电机换档器与所述换档拨叉连接，采用电机驱动所述换档拨叉运动，带动所述滑套式换档机构在低速档位和高速档位之间切换；

所述变速器控制单元与所述电机换档器电连接，向所述电机换档器发送换档信号。

根据本公开的至少一个实施方式，所述低速档位的速比为2.45～3.0；所述高速档位的速比为0.85～1.25。

根据本公开的至少一个实施方式，所述滑套式换档机构包括滑套，所述滑套、所述齿轮一和所述齿轮三通过花键套设在所述输入轴上，所述换档拨叉的一端与所述滑套连接，使所述滑套在所述齿轮一和所述齿轮三之间滑动；所述滑套的外部设有外齿；所述齿轮一和所述齿轮三与所述输入轴相对的表面设有内齿，用于与所述滑套外部的外齿啮合；所述齿轮一和所述齿轮三与所述输入轴之间设置有卡簧、花键垫和调整垫。

根据本公开的至少一个实施方式，所述输出轴连接有手制动器，所述手制动器用于对所述输出轴进行手动制动。

根据本公开的至少一个实施方式，所述输入轴与所述输出轴平行设置，所述齿轮一、齿轮二、齿轮三和齿轮四为直齿轮或斜齿轮或人字形齿轮。

根据本公开的至少一个实施方式，所述变速器控制单元通过CAN总线接收信号以及向所述电机换档器发送指令。

根据本公开的至少一个实施方式，所述电机换档器采用Y电机驱动所述换档拨叉运动。

根据本公开的至少一个实施方式，所述输出轴伸出到所述变速器本体外部的一端设有输出法兰。

根据本公开的另一个方面，一种电动装载机电驱动总成，包括上述任一项所述的变速器系统以及驱动电机；

所述驱动电机与所述变速器本体固定连接；所述驱动电机的输出端与所述变速器本体的输入轴直接连接。

根据本公开的至少一个实施方式，所述驱动电机为永磁同步电机或开关磁阻电机。

本公开的电动装载机变速器系统的变速器本体采用两档设计—高速档位与低速档位，采用两根轴结构—输入轴和输出轴，设置两对啮合齿轮，内部换档采用滑套结构形式与换档拨叉配合，外部换档采用电机换档器驱动换档拨叉，并配置换档控制单元(TCU,Transmission Control Unit)。既满足电动装载机牵引力的要求，又满足车速要求，获得高的作业效率，大大减少驾驶员的劳动强度。同时，两轴变速箱布置结构形式的齿轮、轴、轴承数量更少，传动时啮合的齿轮对更少，结构更简单，传动效率更高。本公开的电动装载机电驱动总成采用驱动电机与变速器本体输入轴直接连接的结构，去除中间传动轴，减少零件数量，减少传动轴传动噪音，节约零件及系统成本。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开的电动装载机变速器系统一种示例性结构示意图。

图2是本公开的滑套式换档机构的示例性结构示意图。

附图标记说明：

100-电机换档器；200-变速器本体；21-输入轴；22-输出轴；23-滑套式换档机构；231-滑套；232-卡簧；233-花键垫；234-调整垫；24-换档拨叉；Z1-齿轮一；Z2-齿轮二；Z3-齿轮三；Z4-齿轮四；300-手制动器；400-输出法兰；500-驱动电机；600-变速器控制单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

电动装载机作业过程中变速器要尽量少的换档，减少换档动作，减少驾驶员的劳动强度，以便能够提高效率。这就需要变速器系统档位数的设置、速比的选取要充分合理，以应对不同作业工况、不同的作业动作对牵引力和车速的要求，以减少能量消耗。申请人对现有电动装载机的变速器做了调研，发现现有电动装载机的变速器通常设置有四个档位，采用4轴或5轴布置结构，各档位的速比设置也不够合理，不能满足牵引力和车速的要求，零件数量多，成本高，传递效率低。在换档方式和结构上，现有电动装载机变速器内部采用多片离合器换档机构，结构复杂，成本高，也容易过热烧结而损坏。外部换档机构采用液压换档控制阀，其结构复杂，成本高，而且容易产生液压泄漏等密封问题。

根据本公开的一个方面，参见图1所示的电动装载机变速器系统一种示例性结构示意图；提供了一种电动装载机变速器系统，用于电动装载机，包括变速器本体200、电机换档器100以及变速器控制单元(TCU,Transmission Control Unit)。

所述变速器本体200包括一根输入轴21、一根输出轴22、滑套式换档机构23及换档拨叉24。输入轴21和输出轴22均通过轴承转动安装在变速器本体200的箱体内，形成两轴布置结构。根据电机功率、扭矩不同，装载机型号和装载质量的不同，输入轴21和输出轴22的具体结构和大小尺寸也不同。所述输入轴21上设有齿轮一Z1和齿轮三Z3；所述输出轴22上设有齿轮二Z2和齿轮四Z4。齿轮一Z1和齿轮二Z2是一组相互配合(可啮合或分离)的齿轮对，齿轮一Z1的直径小于齿轮二Z2的直径；齿轮三Z3和齿轮四Z4是一组相互配合(可啮合或分离)的齿轮对，齿轮三Z3的直径大于齿轮四Z4的直径，输入轴21通过齿轮一Z1和齿轮二Z2的啮合，或者通过齿轮三Z3和齿轮四Z4的啮合将动力传给输出轴22，形成两组齿轮对配合结构，即一对低速档齿轮(齿轮一Z1和齿轮二Z2)和一对高速档齿轮(齿轮三Z3和齿轮四Z4)。齿轮直径、厚度、齿数根据传动扭矩、转速以及速比等不同变化而进行设计。采用两轴、两组齿轮对的传动结构简单紧凑，稳定可靠。

滑套式换档机构23设置在输入轴21上，所述换档拨叉24与所述滑套式换档机构23配合，使所述齿轮一Z1与所述齿轮二Z2啮合形成低速档位，或者使所述齿轮三Z3与所述齿轮四Z4啮合形成高速档位。根据电机功率、扭矩不同，装载机型号和装载质量的不同，所配置的滑套式换档机构23的尺寸也不同。滑套式换档机构23也称作同步器结构，其作用是在换档过程中将要啮合的齿轮达到一致的转速而顺利啮合。以下为一种可实施方式的结构和工作原理。轴上的滑套通过渐开线花键套在主轴上，移动滑套使滑套的接合齿与轴上齿轮的内接合齿啮合传递动力。滑套和轴上齿轮内接合齿端处于相同大小的锥角。由于轴和轴上齿轮处于浮动状态，所以挂档时，这两个锥面能起到一定的自动定心和同步作用。

换档过程中，齿套23(相当于滑套)在换档拨叉24带动下向齿轮接合齿靠近，在齿轮和滑套转速差足够小时，齿套上的接合齿和齿轮上的接合齿顺利接合，传递动力。

可选的，参见图2所示的滑套式换档机构的一种示例性结构示意图；滑套式换档机构包括滑套231，滑套231、齿轮一Z1和齿轮三Z3通过花键套设在输入轴21上，换档拨叉24的一端与滑套231连接，使所述滑套231在所述齿轮一Z1和所述齿轮三Z3之间滑动。滑套231的外部设有外齿；齿轮一Z1和齿轮三Z3与输入轴21相对的表面设有内齿，当滑套231滑动到需要传动的齿轮的位置时，滑套的外齿可以与齿轮一或齿轮三的内齿啮合进行传动。齿轮一Z1和所述齿轮三Z3与所述输入轴21之间设置有卡簧232、花键垫233和调整垫234。

所述电机换档器100与所述换档拨叉24连接，采用电机驱动所述换档拨叉24运动，带动所述滑套式换档机构23在低速档位和高速档位之间切换。换档力由换档电机提供，通过换档拨叉24驱动变速器内部换档滑套，电机换档器100的输出力替代了手动操作实现换档功能，减少了操作员的劳动强度。换档电机由电驱动，可以和其他电动设备更好地实现信号发送和接收，更容易实现精确控制，获得更精确的换档性能，同时更容易实现装载机的电动智能化。

所述变速器控制单元与所述电机换档器100电连接，向所述电机换档器100发送换档信号，变速器控制单元通过控制逻辑实现变速器换档功能。变速器控制单元根据电动装载机的工况、作业动作，通过换档逻辑指挥电机换档器执行换档动作，实现合理的自动换档动作，提高机器作业效率，降低驾驶员工作强度。

变速器系统通过设计的支架安装固定到装载机底盘上，保证变速器系统以及其它相关零部件能够在稳定可靠的环境下，安全高效地工作。

由上可知，本公开的电动装载机变速器系统的变速器本体200采用两档设计—高速档位与低速档位，采用两根轴结构—输入轴21和输出轴22，设置两对啮合齿轮，内部换档采用滑套结构形式与换档拨叉24配合，外部换档采用电机换档器100驱动换档拨叉24，并配置换档控制单元。既满足电动装载机牵引力的要求，又满足车速要求，获得高的作业效率，大大减少驾驶员的劳动强度。同时，两轴变速箱布置结构形式的齿轮、轴、轴承数量更少，传动时啮合的齿轮对更少，结构更简单，传动效率更高。

在本公开的一个实施方式中，低速档位的速比为2.45～3.0；高速档位的速比为0.85～1.25。低速档位主要用于作业，而高速档位主要用于机器转场等较远距离的动作。低速档位速比设置为2.45～3.0，能够同时满足装载机作业时对牵引力和车速的要求，充分提高作业效率；而高速档位速比设置为0.85～1.25，满足车辆转场等远距离工况对车速的要求，缩短转场时间。根据不同的车辆、不同的工况和载荷，可以在上述速比的设置范围内选择设置不同的具体速比，以实现车辆最优化的功率、扭矩传递，满足车辆对牵引力、速度及效率的要求，实现最低的车辆能量消耗要求。

在本公开的一个实施方式中，输出轴22连接有手制动器，所述手制动器用于对所述输出轴22进行手动制动。在通常状态下，手制动器处于放松状态，需要手动制动时使用。

在本公开的一个实施方式中，输入轴21与所述输出轴22平行设置，所述齿轮一Z1、齿轮二Z2、齿轮三Z3和齿轮四Z4设置为直齿轮或斜齿轮或人字形齿轮。平行设置的两轴结构维护和使用方便。

在本公开的一个实施方式中，变速器控制单元可以通过CAN总线接收信号以及向所述电机换档器100发送指令。首先，变速器控制单元可以通过CAN总线接收各个相关部件和整车信号，通过换档逻辑判断和处理得到换档指令，再通过CAN总线将换档指令发送给电机换档器100。

在本公开的一个实施方式中，电机换档器100可以采用Y电机驱动所述换档拨叉24运动。Y电机为笼型转子异步电动机，防护等级为IP44，具有高效、节能、起动转矩高、噪声小、可靠性高、寿命长等优点。

在本公开的一个实施方式中，输出轴22伸出到所述变速器本体200外部的一端设有输出法兰。输出法兰用于连接其他部件，将变速器的输出传递出去。例如，通过输出法兰将变速器系统传动的动力传给整车，实现机器的行走和作业功能。

根据本公开的一个方面，提供了一种电动装载机电驱动总成，用于电动装载机，是纯电驱动总成，包括上面任一实施例描述的变速器系统以及驱动电机。

所述驱动电机与所述变速器本体200固定连接；所述驱动电机的输出端与所述变速器本体200的输入轴21直接连接。驱动电机和变速器本体200之间设计直连接口，去除中间传动轴，减少零件数量，减少传动轴传动噪音，节约零件及系统成本。

在本公开的一个实施方式中，驱动电机可以为永磁同步电机或开关磁阻电机。

需要说明的是，本公开的变速器系统和电驱动总成也可以应用在其他与电动装载机功能类似的工程机械上。

综上所述，本公开的变速器系统和电驱动总成采用两个档位布置，低速档位主要用于作业工况，高速档位主要用于转场等远距离工况，减少驾驶员作业时的换档次数，提高作业效率，降低劳动强度。低速档位速比为2.45～3.0，能够同时满足装载机作业时对牵引力和车速的要求，充分提高作业效率；而高速档位速比为0.85～1.25，满足车辆转场等远距离工况对车速的要求，缩短转场时间。两根轴和两对啮合齿轮的布置形式，使得传动路线简单明了，减少了传动时啮合的齿轮对数，提高传动效率，降低系统成本；外部电机换档器和变速器内部滑套换档机构配合，实现变速换档功能，以电机作为换档执行机构，换档精确，控制精准，易于实现机器电动智能化；变速器控制单元TCU的设置，可以采用换档逻辑程序实现自动高效换档动作，降低能耗，减少驾驶人员工作强度。

另外，本系统优化的结构布置，与传统装载机变速器相比，结构简单明了，维护保养相对简单，维护使用成本更低，为用户节约成本，提高效益。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。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/方式或示例。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/方式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/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种电动装载机变速器系统，其特征在于，包括变速器本体、电机换档器以及变速器控制单元；

所述变速器本体包括一根输入轴、一根输出轴、滑套式换档机构及换档拨叉；所述输入轴上设有齿轮一和齿轮三；所述输出轴上设有齿轮二和齿轮四；所述换档拨叉与所述滑套式换档机构配合，使所述齿轮一与所述齿轮二啮合形成低速档位，或者使所述齿轮三与所述齿轮四啮合形成高速档位；

所述电机换档器与所述换档拨叉连接，采用电机驱动所述换档拨叉运动，带动所述滑套式换档机构在低速档位和高速档位之间切换；

所述变速器控制单元与所述电机换档器电连接，向所述电机换档器发送换档信号。

2.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述低速档位的速比为2.45～3.0；所述高速档位的速比为0.85～1.25。

3.根据权利要求1或2所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述滑套式换档机构包括滑套，所述滑套、所述齿轮一和所述齿轮三通过花键套设在所述输入轴上，所述换档拨叉的一端与所述滑套连接，使所述滑套在所述齿轮一和所述齿轮三之间滑动；所述滑套的外部设有外齿；所述齿轮一和所述齿轮三与所述输入轴相对的表面设有内齿，用于与所述滑套外部的外齿啮合；所述齿轮一和所述齿轮三与所述输入轴之间设置有卡簧、花键垫和调整垫。

4.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述输出轴连接有手制动器，所述手制动器用于对所述输出轴进行手动制动。

5.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述输入轴与所述输出轴平行设置，所述齿轮一、齿轮二、齿轮三和齿轮四为直齿轮或斜齿轮或人字形齿轮。

6.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述变速器控制单元通过CAN总线接收信号以及向所述电机换档器发送指令。

7.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述电机换档器采用Y电机驱动所述换档拨叉运动。

8.根据权利要求1所述的电动装载机变速器系统，其特征在于，所述输出轴伸出到所述变速器本体外部的一端设有输出法兰。

9.一种电动装载机电驱动总成，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的变速器系统以及驱动电机；

所述驱动电机与所述变速器本体固定连接；所述驱动电机的输出端与所述变速器本体的输入轴直接连接。

10.根据权利要求9所述的电动装载机电驱动总成，其特征在于，所述驱动电机为永磁同步电机或开关磁阻电机。

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