CN108909425A - 一种电动拖拉机的双动力耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动拖拉机的双动力耦合装置，包括主电机、辅助电机、连接于主电机转轴的第一输入轴、连接于辅助电机转轴的第二输入轴、用于锁止或解锁辅助电机对第二输入轴传动的锁止器、用于驱动农器具的第二动力输出轴、传动连接第一输入轴与第二动力输出轴的传动单元和耦合单元；所述耦合单元包括行星架、设置在行星架转动中心并用于驱动驱动桥的第一动力输出轴、设有内齿圈和外齿圈的转动架、设置在行星架上并与内齿圈啮合的行星轮、设置在第一输入轴上并与行星轮啮合的太阳轮、设置在第二输入轴上并与外齿圈啮合的第二传动齿轮及用于第一输入轴和转动架之间的分离与结合的离合器。优点是可以合理高效地使用动力。

Description

一种电动拖拉机的双动力耦合装置

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种电动拖拉机的双动力耦合装置。

背景技术

目前，拖拉机大多仍以柴油机作为动力源，这种拖拉机不但运行成本高，而且还严重污染了自然环境，特别是其主要排放的颗粒状物质(PM)和氮氧化物(NO_x)对人体具有极大的危害性。此外，大多数拖拉机在下坡和制动以及动力输出轴降速时所产生的能量几乎全部都变为热能而损耗掉，***节能效率低。随着各国政府对温室效应和能源危机问题的日益重视，对绿色农业、智慧农业的迫切需求，加快了电动拖拉机的研制与推广的步伐。鉴于此，中国专利CN102649394A公布了一种多电机独立控制的电动拖拉机，该专利公布的电动拖拉机采用了三个独立电机分别驱动两后轮和用于农业作用的动力输出轴，各电机由相应的控制器控制，这就要求控制***精度非常高且稳定性好，尤其对驱动两后轮电机在同步性和协调性控制方面要求更高，这使得控制***复杂，从而使整机成本提高。另外，如若没有农业作业，则对应的驱动电机将处于闲置状态，而在农业作业负载加重或行走轮负载加重时，各电机动力不能互补，使得电机的整体利用率低，中大型电动拖拉机上若采用该驱动方案，相应的问题将更为突出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种电动拖拉机的双动力耦合装置，具体由以下技术方案实现：

所述双动力耦合装置，包括主电机1、辅助电机2、连接于主电机1转轴的第一输入轴5、连接于辅助电机2转轴的第二输入轴6、用于锁止或解锁辅助电机2对第二输入轴6传动的锁止器4、用于驱动农器具的第二动力输出轴3、传动连接第一输入轴5与第二动力输出轴3的传动单元8和耦合单元7；所述耦合单元7包括行星架72、设置在行星架72转动中心并用于驱动驱动桥的第一动力输出轴74、设有内齿圈70和外齿圈76的转动架79、设置在行星架72上并与内齿圈70啮合的行星轮71、设置在第一输入轴5上并与行星轮71啮合的太阳轮75、设置在第二输入轴6上并与外齿圈76啮合的第二传动齿轮78及用于第一输入轴5和转动架79之间的分离与结合的离合器77。

进一步的，所述传动单元8至少包括设置在第一输入轴5上的第一传动齿轮83和与第一传动齿轮83啮合并设置在第二动力输出轴3上的第三传动齿轮82。

进一步的，所述转动架79包括具有圆形空腔的转盘791和设置在转盘后侧的轴套792，转动架79通过轴套792转动支承在第一输入轴5上。

进一步的，所述第一输入轴5和第二输入轴6平行设置在耦合单元7的同一侧。

进一步的，所述内齿圈70设置在转盘791圆形空腔的内圆面上，外齿圈76设置在轴套792上，且外齿圈76为与转动架79一体的齿轮，或为连接在轴套792上的齿轮。

进一步的，所述第一输入轴5和第二输入轴6平行设置在耦合单元7的两侧。

进一步的，所述内齿圈70设置在转盘791圆形空腔的内圆面上，外齿圈76设置在转盘91的外圆面上。

进一步的，所述离合器77的离合的两端分别连接在第一输入轴5和轴套792上。

进一步的，所述行星齿轮71至少有两个，相对行星架72转动中心均布。

进一步的，所述离合器为电磁离合器，或为湿式离合器。

本发明采用主电机和辅助电机双动力源，并通过锁止器进行单电机或双电机输入动力控制，当没有农器具作业，或需求动力较少的农田作业，或轻载荷的运输作用时，通过锁止器停止辅助电机的工作，实现主电机单独工作模式，避免出现“大马拉小车”的情况；而当农田作业的负载大、需要牵引力大时，或做较高时速的运输作业时，采用双动力，通过离合器“合”、“离”状态与耦合单元进行配合，实现双动力的转矩耦合或双动力的转速耦合。由此本发明合理有效地利用电机输出功率，并大幅度拓宽了驱动动力的高效区范围，从而可实现电动拖拉机动力传动***更大范围的无级调速，突破减/变速器档位数对动力源运行区域的制约，进一步优化整车效率。同时本发明对于中大型电动拖拉机而言，将一个大功率电机转化为两个中小功率驱动电机，可有效地降低电机的设计、制造难度，从而降低制造成本。此外，本发明通过对锁止器和离合器的控制就能够实现单电机工作模式、双电机转矩耦合工作模式及双电机转速耦合工作模式的多个工作模式，使模式切换灵活，操纵方便，可控性优，易于实现，且结构简单、体积小。

附图说明

图1是本发明一实施例耦合装置的结构示意图。

图2是主电机单独驱动且第二动力输出轴无输出的工作模式的能量流动示意图。

图3是主电机单独驱动且第二动力输出轴有输出的工作模式的能量流动示意图。

图4是双电机转矩耦合驱动且第二动力输出轴无输出的工作模式的能量流动示意图。

图5是双电机转矩耦合驱动且第二动力输出轴有输出的工作模式的能量流动示意图。

图6是双电机转速耦合驱动且第二动力输出轴无输出的工作模式的能量流动示意图。

图7是双电机转速耦合驱动且第二动力输出轴有输出的工作模式的能量流动示意图。

图8是本发明另一实施例耦合装置的结构示意图。

图中：1主电机，2辅助电机，3第二动力输出轴，4锁止器，5第一输入轴，6第二输入轴，7耦合单元，70内齿圈，71行星轮，72行星架，74第一动力输出轴，75太阳轮，76外齿圈，77离合器，78第二传动齿轮，79转动架，8传动单元，82第三传动齿轮，83第一传动齿轮，84过度齿轮，A农器具，B驱动桥。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1，本发明的耦合装置包括主电机1、辅助电机2、第一输入轴5、第二输入轴6、第二动力输出轴3、锁止器4、传动单元8及耦合单元7。对于耦合单元7来说，需要耦合的动力是主电机1和辅助电机2，主电机1和辅助电机2分别通过与其转轴连接第一输入轴5和第二输入轴6，第一输入轴5和第二输入轴6将两电机的动力输入耦合单元7。锁止器4设置在第二输入轴6的一轴向位置上，用于对第二输入轴6转动的“锁止”或“解锁”。传动单元8用于传动连接第一输入轴5和第二动力输出轴3，将第一输入轴5的动力传输到第二动力输出轴3上，以驱动农器具A，例如第二动力输出轴3与播种机的动力输入端连接，驱动播种机进行播种作业。

耦合单元7包括转动中心设有第一动力输出轴74的行星架72、设有内齿圈70和外齿圈792的转动架79、设置在行星架72上并与内齿圈70啮合的行星轮71、设置在第一输入轴5上并与行星轮71啮合的太阳轮75、设置在第二输入轴6上并与外齿圈792啮合的第二传动齿轮78及用于第一输入轴5和转动架79之间的分离与结合的离合器77。行星架72转动中心的第一动力输出轴74将用于驱动驱动桥B，也就是经耦合单元7进行转矩耦合或转速耦合后形成的输出动力，由第一动力输出轴74输出至驱动桥B。

本实施例的传动单元8主要由设置在第一输入轴5上的第一传动齿轮83和与第一传动齿轮83啮合并设置在第二动力输出轴3上的的第三传动齿轮82组成。这是一个优选且最简单的传动单元，根据第二动力输出轴81所需的位置或所需的速度等设计要求，传动单元8可以有多种传动结构。

本实施例的转动架79主要由圆形空腔的转盘791和轴套792组成，轴套792设置在转盘791的后侧，转动架通过轴套792转动支承在第一输入轴5上。

本实施例中的行星齿轮71为两个，相对行星架72转动中心均布，也就是两星齿轮71相对行星架72转动中心对称设置。

本实施例中的第一输入轴5和第二输入轴6平行设置在耦合单元7的同一侧。由此，内齿圈70设置在转盘91圆形空腔的内圆面上，外齿圈76设置在轴套92上，且外齿圈76为与转动架9一体的齿轮，设置轴套92的后端面上。由此，上述的离合器77的可离合的两端分别连接第一输入轴5和转动架79上的轴套792。离合器77可以为电磁离合器，也可以为湿式离合器。发明本中的离合器77也可用同步器替代。

本发明的耦合装置采用主电机和辅助电机两个动力源并结合锁止器4和离合器77，可以单独使用主电机，也可以主电机和辅助电机耦合使用；两电机耦合使用时结合离合器的“结合”和“分离”两种状态，形成转矩耦合和转速耦合的不同耦合效果。因此本发的耦合装置具有如下表1所示的三种动力源状态及对应该动力源状态下的主要元件：主电机、辅助电机、离合器、锁止器的工作状态。而本发明的耦合装置具有第一动力输出轴74和第二动力输出轴3为电动拖拉机提供两路动力输出，分别用以驱动驱动桥B和农器具A。对于上述三种动力源状态下都存在第二动力输出轴有无动力输出的情况，从而出现多种工作模式，下面结合表1，进行逐一讨论。

表1

1.主电机单独驱动

当主电机1提供的动力足以满足当下的总负载，可由主电机1单独提供动力源，此时，锁止器4处于“锁止”状态，辅助电机的转轴被锁止器4锁住而处于“不工作”状态。此时离合器77处于“分离”状态，即第一输入轴5和转动架79相互分离。该动力源状态下的动力输出的两种状况：

1)第二动力输出轴无输出作业状况

第二动力输出轴无输出作业状况，如拖拉机做犁耕或运输等作业时仅有第一动力输出轴需输出转矩的状况。

如图2，此状况下，主电机1输出的动力经第一输出轴5、太阳轮75、行星轮71、行星架72输出至驱动桥14，驱动拖拉机行驶并作业，例如做犁耕作业。其***能量流动路径如图2所示的箭头和点化线。

2)第二动力输出轴有输出作业状况

第二动力输出轴有输出作业状况，如拖拉机在做旋耕、牧草收割等作业状况，除第一动力输出轴需输出转矩驱动拖拉机行走外，第二动力输出轴还要输出转矩驱动对应的农器具A，列如驱动旋耕刀旋转。

如图3，此状况下，主电机1的一部分动力经第一输出轴5、第一传动齿轮3、第三传动齿轮17、动力输出轴18输出至农器具19，驱动农器具A作业；另一部分动力经第一输出轴5、太阳轮75、行星轮71、行星架72输出至驱动桥B，驱动拖拉机行走。其***能量流动路径如图3所示的箭头和点化线。

2.双电机转矩耦合驱动

当拖拉机的总负载较大时，可由主电机1和辅助电机2共同提供动力源。此时，锁止器4处于“解锁”状态，辅助电机的转轴不再被锁止器4锁住，而处于“工作”状态；离合器77处于“结合”状态，即第一输入轴5和转动架79相互连接成一体。在此动力源状态下的下述两种动力输出工作模式：

1)第二动力输出轴无输出作业状况

如图4，主电机1的动力经第一输出轴5传输至离合器7后，经“结合”状态下从离合器的连接作用，第一输出轴5上的太阳轮75带动转动架79共同转动；辅助电机2输出的动力经第二输出轴6，第二传动齿轮78、外齿圈76输出至传动架79，而传动架79并由离合器带动太阳轮共同转动。两电机动力在太阳轮75和-转动架79上耦合后形成输出转矩M，经行星轮71、行星架72至第一动力输出轴74输出，以驱动驱动桥B，使拖拉机行进。其***能量流动路径如图4所示的箭头和点化线。

2)第二动力输出轴有输出作业状况

如图5，主电机1的动力经第一输出轴5至离合器77，处于“结合”状态下的离合器77将动力分别输出至太阳轮75和转动架79；辅助电机2输出的动力经第二输出轴6、锁止器4至第二传动齿轮78，第二传动齿轮78通过与设置在转动架79上的外齿圈76啮合将主电机动力输出至转动架79，再通过“结合”状态下的离合器77输出至太阳轮75。由此两电机的动力分别在太阳轮75和转动架79上耦合后形成合力矩，该合力矩的一部分转矩M1路经行星轮71、行星架72输出至第一动力输出轴74，用以带动驱动桥B，使拖拉机行走；另一部分转矩M2经第一输出轴5、第一传动齿轮83、第三传动齿轮82、第二动力输出轴3输出至农器具A，例如农器具A是收割机，第二动力输出轴3带动收割机进行收割作业。由此实现主电机1和辅助电机2的转矩耦合模式，其***能量流动路径如图5所示的箭头和点化线。

3.双电机转速耦合驱动

当拖拉机具有一定负载并要求较高时速行进时，可由主电机1和辅助电机2共同提供动力源，以增大驱动力。此时，锁止器4处于“解锁”状态，辅助电机的转轴不再被锁止器4锁住，而处于“工作”状态；离合器77处于“分离”状态，即第一输入轴5和转动架79相互分离。在此动力输入状态下的下述两种动力输出工作模式：

1)第二动力输出轴无输出作业状况

如图6，主电机1输出的动力经第一输出轴5输出至太阳轮75转动，辅助电机2输出的动力经第二轴6传动第二传动齿轮78，再经第二传动齿轮78与外齿圈76的啮合传动，带动转动架79转动，两电机动力分别驱动太阳轮75转动和转动架79转动，太阳轮75和转动架79上的内齿圈70分别与行星轮71啮合，通过行星轮71对两转速进行耦合，经行星轮71耦合后输出的转矩M及对应的转速经行星架72输出至第一动力输出轴74，由该轴驱动驱动桥B，使拖拉机行进。其***能量流动路径如图6所示的箭头和点化线。

2)第二动力输出轴有输出作业状况

如图7，主电机1的一部分动力经第一输出轴5、第一传动齿轮83、第三传动齿轮82、动力输出轴3输出转矩M2至农器具A，驱动农器具A作业，另一部分动力经第一输出轴5输出至太阳轮75，辅助电机2输出的动力经第二输出轴6、第二传动齿轮8、外齿圈76输出至转动架79，主电机1的一部分动力和辅助电机的动力分别驱动太阳轮75和转动架79转动，太阳轮75和转动架79上的内齿圈70分别与行星轮71啮合，通过行星轮71对两转速进行耦合，经星轮11耦合后输出的转矩M1及对应的转速经行星架72输送至第一动力输出轴74，由该轴驱动驱动桥B，使拖拉机行进。其***能量流动路径如图7所示的箭头和点化线。

实施例2

如图8，本实施例的耦合装置与上述实施例1具有相同的组成构件，即主要由电机1、辅助电机2、第一输入轴5、第二输入轴6、第二动力输出轴3、锁止器4、传动单元8及耦合单元7组成。主电机1和辅助电机2分别通过与其转轴连接第一输入轴5和第二输入轴6，第一输入轴5和第二输入轴6将两电机的动力输入耦合单元7。耦合单元7同样包括：转动中心设有第一动力输出轴74的行星架72、设有内齿圈70和外齿圈76的转动架79、设置在行星架72上并与内齿圈70啮合的行星轮71、设置在第一输入轴5上并与行星轮71啮合的太阳轮75、设置在第二输入轴6上并与外齿圈76啮合的第二传动齿轮78及用于第一输入轴5和转动架79之间的分离与结合的离合器77。行星架72转动中心的动力输出轴74将用于驱动驱动桥B，经耦合单元7进行转矩耦合或转速耦合或转矩转速耦合的动力由该动力输出轴74输出，带动至驱动桥B。

本实施例与实施例1不同之处在于：

1)转动架79的具体结构与实施例1有所不同，本实施例的转动架79虽然同样具有圆形空腔的转盘791和轴套792，但外齿圈76设置在转盘91的外圆面上，相对设置在轴套792上的外齿圈直径要大，适合大传动比的传动。

2)第一输入轴5和第二输入轴6的相对位置与实施例1有与所不同，本实施例的第一输入轴5和第二输入轴6平行设置在耦合单元7的的两侧，以适应辅助电机的位置要求。

3)传动单元8的组成构件与实施例1有与所不同，本实施例的传动单元8主要由设置在第一输入轴5上的第一传动齿轮83、设置在第二动力输出轴3上的第三传动齿轮82、过度轴85及分别与第一传动齿轮83、第三传动齿轮82啮合且设置在过度轴85上的过度齿轮84组成，通过过度齿轮84来适应第二动力输出轴81的动力输出位置要求。

本实施例的其他结构与实施例1相同，其工作原理及工作模式也与实施例1相同不再赘述。

本发明不限于上述所举的实施例，以本发明所阐述的原理进行的结构变形及替换，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动拖拉机的双动力耦合装置，其特征在于：包括主电机（1）、辅助电机（2）、连接于主电机（1）转轴的第一输入轴（5）、连接于辅助电机（2）转轴的第二输入轴（6）、用于锁止或解锁辅助电机（2）对第二输入轴（6）传动的锁止器（4）、用于驱动农器具的第二动力输出轴（3）、传动连接第一输入轴（5）与第二动力输出轴（3）的传动单元（8）和耦合单元（7）；所述耦合单元（7）包括行星架（72）、设置在行星架（72）转动中心并用于驱动驱动桥的第一动力输出轴（74）、设有内齿圈（70）和外齿圈（76）的转动架（79）、设置在行星架（12）上并与内齿圈（70）啮合的行星轮（71）、设置在第一输入轴（5）上并与行星轮（71）啮合的太阳轮（75）、设置在第二输入轴（6）上并与外齿圈（76）啮合的第二传动齿轮（78）及用于第一输入轴（5）和转动架（79）之间的分离与结合的离合器（77）。

2.根据权利要求1所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述传动单元（8）至少包括设置在第一输入轴（5）上的第一传动齿轮（83）和与第一传动齿轮（83）啮合并设置在第二动力输出轴（3）上的第三传动齿轮（82）。

3.根据权利要求1所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述转动架（79）包括具有圆形空腔的转盘（791）和设置在转盘后侧的轴套（792），转动架（79）通过轴套（792）转动支承在第一输入轴（5）上。

4.根据权利要求3所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述第一输入轴（5）和第二输入轴（6）平行设置在耦合单元（7）的同一侧。

5.根据权利要求4所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述内齿圈（70）设置在转盘（791）圆形空腔的内圆面上，外齿圈（76）设置在轴套（792）上，且外齿圈（76）为与转动架（79）一体的齿轮，或为连接在轴套（792）上的齿轮。

6.根据权利要求3所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述第一输入轴（5）和第二输入轴（6）平行设置在耦合单元（7）的两侧。

7.根据权利要求6所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述内齿圈（70）设置在转盘（791）圆形空腔的内圆面上，外齿圈（76）设置在转盘（791）的外圆面上。

8.根据权利要求2所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述离合器（77）的离合的两端分别连接在第一输入轴（5）和轴套（792）上。

9.根据权利要求1所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述行星齿轮（71）至少有两个，相对行星架（72）转动中心均布。

10.根据权利要求1所述的双动力耦合装置，其特征在于：所述离合器为电磁离合器，或为湿式离合器。