CN104005447B - 推土机及其驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推土机及其驱动装置，该驱动装置包括第一电机总成，带动两个履带轮；第二电机总成，同样带动两个履带轮，且其额定功率大于所述第一电机总成；控制单元，控制所述第一电机总成和\或所述第二电机总成输出动力或切断动力输出。该推土机的驱动装置能够根据推土机的工况需要选择第一电机总成和\或第二电机总成作为动力源，确保第一电机总成和第二电机总成工作于高效区，不仅能够提高第一电机总成和第二电机总成的工作效率，也能够延长其使用寿命。

Description

推土机及其驱动装置

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种推土机及其驱动装置。

背景技术

请参考图1，图1为现有推土机的驱动装置的工作原理示意图。

现有推土机由发动机带动发电机发电，产生的电能驱动电机从而驱动推土机完成各项工作。如图1中所示，发动机11和发电机12串联，将发动机11的机械能转变为电能，电能通过高压传输线路传输后，通过两个额定功率相同的驱动电机13将电能转换为机械能，再经过两个相同的终减速系统14分别驱动两个车轮15，实现推土机的直行、转向及带负载工作。

其中，发电机12通过高压传输线路连接有超级电容16，当发电机12的发电量大于或小于驱动电机13的需求时，超级电容16可回收或释放电能，以保证电流变化的平顺和电压的稳定性。

然而，上述方案存在下述技术问题：

第一，推土机通常在两种工况下工作，第一种为有负载工况，即低速推土作业工况，第二种为空载工况，即快速行进或后退工况。推土机工作时，会在负载工况和空载工况之间频繁转变，从而导致两个驱动电机13多数情况下，工作在较大转速较小负载和较小转速较大负载两个工况下，而驱动电机13的高效工作区无法同时覆盖上述两个工况，导致驱动电机13的工作效率低，大大缩短了驱动电机13的使用寿命，缩短了推土机的检修周期；

第二，两个车轮15由两个额定功率相同的驱动电机13进行单独驱动；在推土前进过程中，推土铲刀在横向上受到的阻力不相当，多数情况下，推土铲刀左右两侧受到的推土阻力相差较大，即存在阻力差值，且该阻力差值是不断变化的，而推土机前进时，默认情况下两个驱动电机13会分配相同的扭矩或转速需求，当推土铲刀左右两侧受到的阻力不同时，HCU(Hybrid Control Unit，混合动力控制单元)会根据实际情况对驱动电机13的扭矩需求做出调整，但是该调整需要一个过程，而所述阻力差值又时时变化，导致了两个驱动电机的实际转速在多数情况下是不相等的，推土机在推土过程中很难按照预期的直线行驶，存在跑偏现象，从而无法满足推土机在推土作业时的功能需求。

有鉴于此，如何提高推土机的驱动电机的工作效率，延长其使用寿命，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种推土机及其驱动装置，该驱动装置能够使驱动电机工作在高效区，延长了驱动电机的使用寿命，同时提升了推土机的整体效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种推土机的驱动装置，包括：

第一电机总成，带动两个履带轮；

第二电机总成，同样带动两个履带轮，且其额定功率大于所述第一电机总成；

控制单元，控制所述第一电机总成和\或所述第二电机总成输出动力或切断动力输出。

本发明提供的推土机的驱动装置改进了电机总成带动履带轮的形式，单个电机总成就可带动两个履带轮，并第二电机总成的额定功率大于第一电机总成；由于单个电机总成就可带动两个履带轮，可以根据工况需求来选择两个履带轮的动力源，推土机的转速较低负载较大，可选用额定功率较大的第二电机总成带动两个履带轮，使第二电机总成工作于高效区；推土机的转速较高负载较低，可选用额定功率较小的第一电机总成带动两个履带轮，使第一电机总成工作于高效区；如此，避免了背景技术中不同工况均由同一电机带动履带轮，电机无法工作于高效区的问题，提高了第一电机总成和第二电机总成的工作效率，并延长了第一电机总成和第二电机总成的使用寿命。

优选地，还包括：

动力耦合机构，将所述第一电机总成和所述第二电机总成的输出动力耦合；

中间传动机构，将所述动力耦合机构的输出动力分配至两个终传动机构；

两个所述终传动机构分别驱动两个所述履带轮。

优选地，所述第一电机总成和所述第二电机总成均包括驱动电机和锁止离合器；所述锁止离合器分离，切断所述驱动电机至所述的动力耦合机构的动力输出，所述锁止离合器接合，恢复所述驱动电机至所述动力耦合机构的动力输出。

优选地，所述第一电机总成和所述第二电机总成均包括变速器，所述变速器的变速比与对应的所述驱动电机相匹配。

优选地，所述第一电机总成的额定功率与所述推土机的快速空载行进工况相匹配；所述第二电机总成的额定功率与所述推土机的慢速推土工况相匹配。

优选地，还包括用于驱动所述第一电机总成和所述第二电机总成的发电机。

优选地，还包括驱动所述发电机的发动机。

优选地，还包括与所述发电机连接的蓄能装置。

优选地，所述蓄能装置为超级电容。

本发明还提供一种推土机，包括行走装置和驱动所述行走装置的驱动装置，所述驱动装置为上述任一项所述的推土机的驱动装置。

由于上述推土机的驱动装置具有上述技术效果，所以包括该驱动装置的推土机也具有相应的技术效果，这里不再赘述。

附图说明

图1为现有混合动力推土机的驱动装置的工作原理示意图；

图2为本发明所提供一种混合动力推土机的驱动装置的结构示意图；

图3为图2中中间传动机构的结构简示图；

图4为图2中终传动机构的结构简示图。

图1中：

发动机11，发电机12，驱动电机13，终减速系统14，车轮15，超级电容16；

图2-4中：

发动机21，发电机22，超级电容23，第一电机总成24，第二电机总成25，动力耦合机构26，中间传动机构27，终传动机构28，履带轮29，控制单元30。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种推土机及其驱动装置，该驱动装置能够使驱动电机工作在高效区，延长了驱动电机的使用寿命，同时提升了推土机的整体效率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明所提供一种推土机的驱动装置的结构示意图。

该实施例中，推土机的驱动装置包括发动机21和发电机22；发动机21用于驱动发电机22发电。

所述驱动装置还包括第一电机总成24，带动推土机的两个履带轮29；第二电机总成25，同样带动两个履带轮29，且第二电机总成25的额定功率大于第一电机总成24。第一电机总成24和第二电机总成25可将发电机22产生的电能转化为机械能，带动推土机的两个履带轮29，以实现推土机的直行、转向及带负载工作。

当然，在实际设置时，也可以用其他装置来驱动第一电机总成24和第二电机总成25。

所述驱动装置还包括控制单元30，该控制单元30控制第一电机总成24和\或第二电机总成25输出动力或切断动力输出；即控制单元30根据需要可以控制第一电机总成24单独带动两个履带轮29，或第二电机总成25单独带动两个履带轮29，或第一电机总成24和第二电机总成25一起带动两个履带轮29。

如上设计，可以根据工况需求选择两个履带轮29的动力源；推土机的转速较低负载较大，可选用额定功率较大的第二电机总成25带动两个履带轮29，使第二电机总成25工作于高效区；推土机的转速较高负载较低，可选用额定功率较小的第一电机总成24带动两个履带轮29，使第一电机总成24也工作于高效区；这样，避免了背景技术中推土机在不同工况均由同一电机带动履带轮，电机无法经常工作于高效区的问题，提高了第一电机总成24和第二电机总成25的工作效率，同时提高了推土机的整体工作效率；并且延长了第一电机总成24和第二电机总成25的使用寿命，可延长检修周期。

具体地，第一电机总成24、第二电机总成25至两个履带轮29之间的动力传递通过传动机构来完成，所述传动机构包括动力耦合机构26、中间传动机构27和两个终传动机构28。

其中，动力耦合机构26用于将第一电机总成24和第二电机总成25的输出动力耦合。具体地，该动力耦合机构26包括两个主动轮和一个从动轮；两个所述主动轮分别与第一电机总成24的输出轴、第二电机总成25的输出轴连接，所述从动轮与两个所述主动轮啮合，并与动力耦合机构26的输出轴连接。两个所述主动轮对所述从动轮的传动比可根据第一电机总成24和第二电机总成25进行设计。

动力耦合机构26的输出轴与中间传动机构27的输入轴连接，中间传动机构27用于将动力耦合机构26的输出动力分配至两个终传动机构28，两个终传动机构28分别驱动两个履带轮29。

请参考图3和图4，图3为图2中中间传动机构的结构简示图；图4为图2中终传动机构的结构简示图。图中的箭头方向表示动力的输入和输出。

该实施例中，中间传动机构27为锥齿轮传动机构，动力耦合机构26的输出动力经中间传动机构27传递，实现动力向中间传动机构27的输出轴两端分配。

实际设置时，中间传动机构27除了上述锥齿轮传动机构外，还可以设置为其他传动机构，只要能够实现动力分配至输出轴两端即可。

终传动机构28包括离合器、制动器，中间传动机构27的输出动力经终传动机构28的输入轴输入后，先经过离合器、制动器，然后经二级传动机构进行减速和增扭，最后通过输出轴将动力输出。

上述第一电机总成24、第二电机总成25的输出动力通过动力耦合机构26输出，经中间传动机构27分配至两个终传动机构28，再由两个终传动机构28带动两个履带轮29，该种动力传递的传动机构均为齿轮啮合传递，避免了背景技术中因两个电机分别独立带动履带轮而产生的推土机跑偏问题，确保了推土机的直线推土和行驶功能。

具体的方案中，第一电机总成24和第二电机总成25均包括驱动电机和锁止离合器；所述锁止离合器分离，切断所述驱动电机至动力耦合机构26的动力输出，所述锁止离合器接合，恢复所述驱动电机至动力耦合机构26的动力输出。也就是说，若仅需第一电机总成24作为动力源时，控制单元30可输出相应的控制信号至第一电机总成24，使第一电机总成24的驱动电机输出动力，并使第一电机总成24的锁止离合器处于接合状态。

进一步地，第一电机总成24和第二电机总成25均包括变速器，所述变速器的变速比与对应的所述驱动电机相匹配；即第一电机总成24的变速器与第一电机总成24的驱动电机匹配设计，第二电机总成25的变速器与第二电机总成25的驱动电机匹配设计，这里的匹配设计是指变速器的变速比设置，使其对应的驱动电机在工作时处于各自的额定转速附近，以进一步提高所述驱动电机的工作效率。第一电机总成24的驱动电机工作于转速较高负载较低的工况，第二电机总成25的驱动电机工作于转速较低负载较高的工况，显然具体设置时，第一电机总成24的变速器的变速比小于第二电机总成25的变速器的变速比。

进一步地，所述驱动装置还包括与发电机22连接的蓄能装置；具体地，该蓄能装置通过高压传输线路与发电机22连接，当推土机的工作负载需求小于发电机22的发电量时，发电机22的部分电能用于驱动第一电机总成24和\或第二电机总成25，其余电能可存储于蓄能装置；当推土机的工作负载需求大于发电机22的发电量时，蓄能装置释放电能，与发电机22共同驱动第一电机总成24和\或第二电机总成25。

蓄能装置的设置可以避免能量浪费。具体地，蓄能装置可以设为超级电容23，能够快速地充电、放电，满足需求。当然根据需要也可以设为其他蓄能装置。

推土机的工况包括以下几种：快速空载前进或后退、慢速空载前进或后退以及推土作业。实际中，推土机推土工作时，会进行以下工作循环：慢速推土前进、快速后退、转向调整、慢速推土前进，可知，推土机常见的两种工况为快速空载行进和慢速推土作业，所以，在具体设置时，可以使第一电机总成24的额定功率与推土机的快速空载行进工况相匹配，第二电机总成25的额定功率与推土机的慢速推土作业工况相匹配，从而，使第一电机总成24和第二电机总成25大部分时间工作于高效区。

另外，推土机在作业时，若出现超大功率推土作业的情况，可使第一电机总成24和第二电机总成25同时输出动力，一起带动两个履带轮29。

需要指出的是，上述快速和慢速由推土机的车速来判定，而车速的界限值可通过控制策略优化得到；推土机推土作业的功率大小，由推土机输出的功率值进行判断，而功率的界限值也可通过控制策略优化得到。

工作时，推土机包括以下几个状态：

状态A：推土机快速空载前进、后退，由第一电机总成24单独驱动；

状态B：推土机慢速空载前进、后退或转弯，由第二电机总成25单独驱动；

状态C：推土机推土作业，由第二电机总成25单独驱动；

状态D：推土机超大功率推土作业，由第一电机总成24和第二电机总成25共同驱动；

状态E：推土机未动作。

推土机的实际工作过程即上述五种状态的切换过程，具体表现为动力源的切换过程。

具体地，动力源的切换包括以下几种切换过程：

切换a：动力源由第一电机总成24和第二电机总成25中的一者向另一者切换，一者的驱动电机的输出功率减小至零，并且分离其锁止离合器，同时，另一者的驱动电机的输出功率增大至目标值，并使其锁止离合器处于接合状态；

切换b：动力源由第一电机总成24和第二电机总成25中的一者向两者切换，未输出动力的驱动电机的输出功率增大至目标值，并使与其对应的锁止离合器处于接合状态；

切换c：动力源由第一电机总成24和第二电机总成25两者向其中一者切换，将要取消动力输出的驱动电机的输出功率减小至零，并分离其对应的锁止离合器。

需要指出的是，为了保证推土机的平稳性，上述三种切换过程中，通过控制单元30控制驱动电机的输出功率有过程地增大或减小。

工作时，驾驶员根据工作需要向控制单元30发送工况需求信号，控制单元30根据所接收的工况需求信号，判断当前推土机处于何种状态，并输出相应的动力源的切换信号。

下面以推土机的实际作业为例，说明所述驱动装置是如何工作的。

以循环推土作业为例，推土机从状态E开始，起步低速前进，即进入状态B，第二电机总成25作为动力源，之后开始推土作业，第二电机总成25的驱动电机增大扭矩输出，推土机的车速在低速区间，即进入状态C，在此过程中，若推土机出现超大功率推土作业，则进行切换b，启动第一电机总成24的驱动电机，进入状态D，推土作业一段距离，需要推土机停止并快速后退时，可经切换c先使推土机进入状态B，再使第二电机总成25的驱动电机降速至停止工作，即进入状态E；之后推土机从状态E进入状态B，低速后退，当后退速度增加到界限值(低速和快速的界限值)，经过切换a进入状态A，直至后退至目的地，再经切换a进入状态B，并使第二电机总成25的驱动电机降速至停止工作，即进入状态E。如此循环，完成推土作业。

以位置调整作业为例，推土机从状态E开始，起步进行转向调整，期间可通过制动装置制动其中一个履带轮29实现转向，此时为状态B，第二电机总成25作为动力源，方向调整完成后，可经切换a进入状态A，推土机快速前进至目的地后，再经切换a进入状态B，由状态B进入状态E，完成位置调整。

如上，推土机在作业时能够根据不同工况选择第一电机总成24和\或第二电机总成25作为动力源，使第一电机总成24的驱动电机和第二电机总成25的驱动电机均工作在高效区，特别是额定功率附近，不仅能够提高驱动电机的工作效率和推土机的整体效率，也能够延长驱动电机的使用寿命，从而延长推土机的检修周期。

除了上述推土机的驱动装置外，本发明还提供一种推土机，包括行走装置和驱动所述行走装置的驱动装置，所述驱动装置为上述任一项所述的推土机的驱动装置。具体地，所述推土机可以为混合动力推土机。

由于上述推土机的驱动装置具有上述技术效果，所以包括该驱动装置的推土机也具有相应的技术效果，这里不再赘述。

以上对本发明所提供的推土机及其驱动装置均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种推土机的驱动装置，其特征在于，包括：

第一电机总成，带动两个履带轮；

第二电机总成，同样带动两个履带轮，且其额定功率大于所述第一电机总成；

控制单元，控制所述第一电机总成和\或所述第二电机总成输出动力或切断动力输出。

2.如权利要求1所述的推土机的驱动装置，其特征在于，还包括：

动力耦合机构，将所述第一电机总成和所述第二电机总成的输出动力耦合；

中间传动机构，将所述动力耦合机构的输出动力分配至两个终传动机构；

两个所述终传动机构分别驱动两个所述履带轮。

3.如权利要求2所述的推土机的驱动装置，其特征在于，所述第一电机总成和所述第二电机总成均包括驱动电机和锁止离合器；所述锁止离合器分离，切断所述驱动电机至所述动力耦合机构的动力输出，所述锁止离合器接合，恢复所述驱动电机至所述动力耦合机构的动力输出。

4.如权利要求3所述的推土机的驱动装置，其特征在于，所述第一电机总成和所述第二电机总成均包括变速器，所述变速器的变速比与对应的所述驱动电机相匹配。

5.如权利要求1至4任一项所述的推土机的驱动装置，其特征在于，所述第一电机总成的额定功率与所述推土机的快速空载行进工况相匹配；所述第二电机总成的额定功率与所述推土机的慢速推土工况相匹配。

6.如权利要求1至4任一项所述的推土机的驱动装置，其特征在于，还包括用于驱动所述第一电机总成和所述第二电机总成的发电机。

7.如权利要求6所述的推土机的驱动装置，其特征在于，还包括驱动所述发电机的发动机。

8.如权利要求1至4任一项所述的推土机的驱动装置，其特征在于，还包括与所述发电机连接的蓄能装置。

9.如权利要求8所述的推土机的驱动装置，其特征在于，所述蓄能装置为超级电容。

10.一种推土机，包括行走装置和驱动所述行走装置的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置为权利要求1至9任一项所述的推土机的驱动装置。