CN107914770B - 一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置 - Google Patents

一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，属于工程机械技术领域。本发明由驱动电机、转向电机、双向离合器、单向离合器、主传动机构、差速机构及两组动力耦合机构组成，主传动机构和差速机构的锥齿轮均为双曲面锥齿轮，主动锥齿轮偏置方向相同且同心，驱动电机通过单向离合器与主传动轴相连，转向电机通过双向离合器分别与主传动轴及差速机构主动锥齿轮相连，通过对双向离合器的控制，转向电机与驱动电机同时驱动履带车辆直线行驶、原地转向或转向行驶。驱动电机转向电机均使用变频控制技术使履带车辆转弯半径及功率分配得到精确控制。本发明结构简单、布置合理、零件数少、传动平稳、传动效率高，控制简单。

Description

一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置。
背景技术
在现有的履带车辆行走***中，履带车辆的转向机构主要是行走装置的后桥中采用单功率流的转向离合器和制动器，当履带车辆直行时，两侧的离合器处于接合状态，当履带车辆需要转向时，离合器断开使一侧履带失去动力或使用制动器制动一侧履带从而达到转向的目的，此时车辆只有一个R＝0.5B固定转向半径无法实现可变转向半径的及转向，此时履带车辆的转向借助于履带与地面的摩擦力，因此既造成了严重的功率损失，见降低了摩擦元件的使用寿命。目前已有的一些电传动或混合动力推土机上，已经实现了双功率流转向，但目前利用双功率流转向的差速转向装置结构复杂，造价较高，且转向动力要液压马达提供，进而提高了其维护费用。
发明内容
本发明的目的在于针对目前双功率流驱动的电传动或混合动力履带车辆差速行走装置结构复杂、造价较高、液压***维护成本高这一问题。现采用一种新型的差速行走装置，驱动电机与转向电机纵置对向同心分布，通过对离合器连接与断开的控制来分配履带车辆直驶与转向的动力，通过变频驱动技术对驱动电机与转向电机进行控制，从而实现履带车辆的不同行驶速度及不同半径的无极转向。
本发明中主传动机构与差速机构中的锥齿轮均采用双曲面锥齿轮传动副，利用双曲面锥齿轮传动副中主动齿轮与从动齿轮的轴线之间存在一定的偏置这一特点，使得主传动输入轴与主传动输出轴能够实现交叉式布置，从而实现驱动电机与转向电机同时对履带车辆的直驶进行驱动，以满足车辆工作时的足够动力，在驱动电机出现故障的情况下，转向电机可以代替驱动电机从而使车辆继续行驶。
本发明的技术方案结合附图说明如下：
一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，由驱动电机1、转向电机2、单向离合器3、双向离合器4、主传动机构、差速机构及两组动力耦合机构组成，
所述的驱动电机1与转向电机2的布置方式为纵置对向同心分布，其中驱动电机1通过单向离合器3与主传动机构动力传输，转向电机2通过双向离合器4与差速机构及主传动机构动力传输，所述的主传动机构由主传动输入轴19、主传动输出轴18、主动锥齿轮Ⅱ21、从动锥齿轮Ⅲ20构成，所述主传动输出轴18与主传动输入轴19之间为相互垂直交叉布置且不相互干涉，所述的差速机构由主动锥齿轮Ⅰ5、从动锥齿轮Ⅰ6、从动锥齿轮Ⅱ7构成，所述的主传动机构及差速机构中的主动锥齿轮Ⅱ21、从动锥齿轮Ⅲ20、主动锥齿轮Ⅰ5、从动锥齿轮Ⅰ6、从动锥齿轮Ⅱ7均为双曲面锥齿轮。
所述主传动机构中的主动锥齿轮Ⅱ21与从动锥齿轮Ⅲ20为双曲面锥齿轮传动副，所述主传动输入轴19与主动锥齿轮Ⅱ21固连，所述主传动输出轴18与从动锥齿轮Ⅲ20固连，所述主传动输入轴19两端分别与单向离合器3、双向离合器4相连，所述单向离合器3与驱动电机1相连，所述双向离合器4与转向电机2相连，所述主传动输出轴18两端分别与左侧动力耦合机构的太阳轮Ⅰ16及右侧动力耦合机构的太阳轮Ⅱ17固连。
所述的差速机构中的主动锥齿轮Ⅰ5与从动锥齿轮Ⅰ6、主动锥齿轮Ⅰ5与从动锥齿轮Ⅱ7均为双曲面锥齿轮传动副，从动锥齿轮Ⅰ6与从动锥齿轮Ⅱ7旋向相反，所述从动锥齿轮Ⅰ6、从动锥齿轮Ⅱ7与主传动机构的从动锥齿轮Ⅲ20同心，所述从动锥齿轮Ⅰ6与左侧动力耦合机构的齿圈Ⅰ8固连，所述从动锥齿轮Ⅱ7与右侧动力耦合机构的齿圈Ⅱ9固连，所述主动锥齿轮Ⅰ5与主传动机构的主动锥齿轮Ⅱ21同心，主动锥齿轮Ⅰ5与双向离合器4相连。
所述的动力耦合机构分为左侧动力耦合机构和右侧动力耦合机构，其中左侧动力耦合机构由齿圈Ⅰ8、行星轮Ⅰ10、行星架Ⅰ12、左输出轴14、太阳轮Ⅰ16构成，右侧动力耦合机构由齿圈Ⅱ9、行星轮Ⅱ11、行星架Ⅱ13、右输出轴15、太阳轮Ⅱ17构成，所述左输出轴14与行星架Ⅰ12固连，所述右输出轴15与行星架Ⅱ13固连。
本发明在差速行走装置的设计中，使用双曲面锥齿轮作为传动机构和差速机构的齿轮传动副，利用双曲面锥齿轮轴线偏置的特点，实现了主传动输入轴19与主传动输出轴18的交叉布置，从而实现了双电机纵置同心对向布置且差速机构与主传动机构相互不干涉。通过对双向离合器的应用，实现了转向电机2对履带车辆直线行驶功率的补充，在驱动电机1出现故障的情况下，转向电机2也能够实现对驱动电机1的替代。
因此本发明的有益效果在于：
(1)结构简单、紧凑，没有过于复杂的齿轮传动机构、布置合理。
(2)控制简单，只需对离合器机变频控制器进行控制即可实现履带车辆的无极差速转向。
(3)可靠性高，在特殊情况下能够用转向电动机来补充动力或替代驱动电机。
(4)成本低，本发明使用电动机取代了复杂的液压***液压马达
附图说明
图1为双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置结构示意图
图2为双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置结构示意图仰视图
图3为主传动机构及差速机构的左视图
其中：1.驱动电机、2.转向电机、3.单向离合器、4.双向离合器、5.主动锥齿轮Ⅰ、6.从动锥齿轮Ⅰ、7.从动锥齿轮Ⅱ、8.齿圈Ⅰ、9.齿圈Ⅱ、10.行星轮Ⅰ、11.行星轮Ⅱ、12.行星架Ⅰ、13.行星架Ⅱ、14.左输出轴、15.右输出轴、16.太阳轮Ⅰ、17.太阳轮Ⅱ、18.主传动输出轴、19.主传动输入轴、20.从动锥齿轮Ⅲ、21.主动锥齿轮Ⅱ
具体实施方式
履带车辆的行驶状态分为直线行驶、原地转向及转向行驶，本发明中，根据对离合器连接状态的控制，可以实现履带车辆的上述三种行驶状态，根据变频控制器对驱动电机及转向电机的控制，可以实现履带车辆不同的行驶速度及转向半径。
参考表1，O为离合器连接，X为离合器断开。
当单向离合器3连接，双向离合器4A端及B端均处于断开状态时，主动锥齿轮5必须固定，此时履带车辆为单电机(驱动电机1)驱动的直线行驶状态。动力由驱动电机1发出，经由主传动装置传递至太阳轮Ⅰ16和太阳轮Ⅱ17，此时齿圈Ⅰ8和齿圈Ⅱ9为固定状态，因此动力经过行星架并由左输出轴14和右输出轴15直接输出，此时左输出轴14和右输出轴15的转速及方向均相同。
当单向离合器3断开，双向离合器4处于A端断开B端连接的状态时，主动锥齿轮5必须固定，此时履带车辆为单电机(转向电机2)驱动的直线行驶状态。动力由转向电机2发出，经由主传动装置传递至太阳轮Ⅰ16和太阳轮Ⅱ17，此时齿圈Ⅰ8和齿圈Ⅱ9为固定状态，因此动力经过行星架并由左输出轴14和右输出轴15直接输出，此时左输出轴14和右输出轴15的转速及方向均相同，当驱动电机1出现故障时，转向电机2可以实现对驱动电机1的替代。
当单向离合器3连接，双向离合器4处于A端断开B端连接的状态时，主动锥齿轮5必须固定，此时履带车辆为双电机(驱动电机1、转向电机2联合驱动)驱动的直线行驶状态。动力由驱动电机1及转向电机2同时发出，经由主传动装置传递至太阳轮Ⅰ16和太阳轮Ⅱ17，此时齿圈Ⅰ8和齿圈Ⅱ9为固定状态，因此动力经过行星架并由左输出轴14和右输出轴15直接输出，此时左输出轴14和右输出轴15的转速及方向均相同，此时输出功率为单电机驱动的二倍。
当单向离合器3断开，双向离合器4处于A端连接B端断开的状态时，主动锥齿轮Ⅱ21必须固定，此时履带车辆为原地转向行驶状态。动力由转向电机2传递至主动锥齿轮5，再经由从动锥齿轮Ⅰ6、从动锥齿轮Ⅱ7分别传递给齿圈Ⅰ8、齿圈Ⅱ9，此时太阳轮Ⅰ16和太阳轮Ⅱ17为固定状态，因此动力经过行星架并由左输出轴14和右输出轴15直接输出，此时左输出轴14和右输出轴15的转速相等、方向相反。
当单向离合器3连接，双向离合器4处于A端连接B端断开的状态时，此时履带车辆为转向行驶状态。直线行驶动力由驱动电机1发出，经由主传动装置传递至太阳轮Ⅰ16和太阳轮Ⅱ17，转向动力由转向电机2传递至主动锥齿轮5，再经由从动锥齿轮Ⅰ6、从动锥齿轮7分别传递给齿圈Ⅰ8、齿圈Ⅱ9，此时左输出轴14和右输出轴15中一侧输出转速增加，另一侧输出转速减少，通过变频器对驱动电机1和转向电机2转速的调节来调整转向半径的大小。
表1履带车辆行驶状态
Figure GDA0002965148520000041

Claims (4)

1.一种双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，由驱动电机(1)、转向电机(2)、单向离合器(3)、双向离合器(4)、主传动机构、差速机构及两组动力耦合机构组成，其特征在于：
所述的驱动电机(1)与转向电机(2)的布置方式为纵置对向同心分布，其中驱动电机(1)通过单向离合器(3)与主传动机构动力传输，转向电机(2)通过双向离合器(4)与差速机构及主传动机构动力传输，所述的主传动机构由主传动输入轴(19)、主传动输出轴(18)、主动锥齿轮Ⅱ(21)、从动锥齿轮Ⅲ(20)构成，所述主传动输出轴(18)与主传动输入轴(19)之间为相互垂直交叉布置且不相互干涉，所述的差速机构由主动锥齿轮Ⅰ(5)、从动锥齿轮Ⅰ(6)、从动锥齿轮Ⅱ(7)构成，所述的主传动机构及差速机构中的主动锥齿轮Ⅱ(21)、从动锥齿轮Ⅲ(20)、主动锥齿轮Ⅰ(5)、从动锥齿轮Ⅰ(6)、从动锥齿轮Ⅱ(7)均为双曲面锥齿轮；
所述主传动机构中的主动锥齿轮Ⅱ(21)与从动锥齿轮Ⅲ(20)为双曲面锥齿轮传动副，所述差速机构中的主动锥齿轮Ⅰ(5)与从动锥齿轮Ⅰ(6)、主动锥齿轮Ⅰ(5)与从动锥齿轮Ⅱ(7)均为双曲面锥齿轮传动副，所述动力耦合机构分为左侧动力耦合机构和右侧动力耦合机构。
2.如权利要求1所述的双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，其特征在于：
所述主传动机构中的主动锥齿轮Ⅱ(21)与从动锥齿轮Ⅲ(20)为双曲面锥齿轮传动副，所述主传动输入轴(19)与主动锥齿轮Ⅱ(21)固连，所述主传动输出轴(18)与从动锥齿轮Ⅲ(20)固连，所述主传动输入轴(19)两端分别与单向离合器(3)、双向离合器(4)相连，所述单向离合器(3)与驱动电机(1)相连，所述双向离合器(4)与转向电机(2)相连，所述主传动输出轴(18)两端分别与左侧动力耦合机构的太阳轮Ⅰ(16)及右侧动力耦合机构的太阳轮Ⅱ(17)固连。
3.如权利要求1所述的双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，其特征在于：
所述的差速机构中的主动锥齿轮Ⅰ(5)与从动锥齿轮Ⅰ(6)、主动锥齿轮Ⅰ(5)与从动锥齿轮Ⅱ(7)均为双曲面锥齿轮传动副，从动锥齿轮Ⅰ(6)与从动锥齿轮Ⅱ(7)旋向相反，所述从动锥齿轮Ⅰ(6)、从动锥齿轮Ⅱ(7)与主传动机构的从动锥齿轮Ⅲ(20)同心，所述从动锥齿轮Ⅰ(6)与左侧动力耦合机构的齿圈Ⅰ(8)固连，所述从动锥齿轮Ⅱ(7)与右侧动力耦合机构的齿圈Ⅱ(9)固连，所述主动锥齿轮Ⅰ(5)与主传动机构的主动锥齿轮Ⅱ(21)同心，主动锥齿轮Ⅰ(5)与双向离合器(4)相连。
4.如权利要求1所述的双电机驱动的交叉轴式电传动履带车辆差速行走装置，其特征在于：
所述的动力耦合机构分为左侧动力耦合机构和右侧动力耦合机构，其中左侧动力耦合机构由齿圈Ⅰ(8)、行星轮Ⅰ(10)、行星架Ⅰ(12)、左输出轴(14)、太阳轮Ⅰ(16)构成，右侧动力耦合机构由齿圈Ⅱ(9)、行星轮Ⅱ(11)、行星架Ⅱ(13)、右输出轴(15)、太阳轮Ⅱ(17)构成，所述左输出轴(14)与行星架Ⅰ(12)固连，所述右输出轴(15)与行星架Ⅱ(13)固连。
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