臂式高空作業(yè)平臺的動力傳動系統(tǒng)及未來發(fā)展趨勢

王政 程婷 張艷俠

摘要：動力傳動系統(tǒng)的型式?jīng)Q定了臂式高空作業(yè)平臺整機(jī)的結(jié)構(gòu)布局、動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性。為掌握不同傳動系統(tǒng)與整機(jī)的關(guān)系，通過分析國內(nèi)外臂式高空作業(yè)平臺的動力傳動系統(tǒng)，從本質(zhì)上對其進(jìn)行了分類，并進(jìn)一步探究了動力傳動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

Abstract： The layout，power performance and fuel economy of the Arm aerial working platform depends on its driveline system.For the purpose of grasping the relationship between different driveline system and vehicle，it was classified from the essence according to analyzing the driveline system of Arm aerial working platform at Home and Abroad.Finally， the tends of driveline system were discussed.

關(guān)鍵詞：臂式高空作業(yè)平臺;動力傳動系統(tǒng);發(fā)展趨勢

Key words： arm type aerial work platform;power transmission system;development trend

中圖分類號：U211.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0048-03

0? 引言

臂式高空作業(yè)平臺是用動力驅(qū)動行走，且能在工作平臺上進(jìn)行控制，運(yùn)載人員、工具和材料到工作位置的設(shè)備[1]，其外形如圖1所示。其動力傳動系統(tǒng)，不僅要滿足整機(jī)行駛和工作性能的要求，傳動系的方案和結(jié)構(gòu)布局，還應(yīng)與整機(jī)的總體布置相匹配。在適應(yīng)市場需求的變化和不斷的技術(shù)積累過程中，國內(nèi)外設(shè)備制造商逐漸形成了各自產(chǎn)品的動力傳動系統(tǒng)技術(shù)路線。

1? 發(fā)動機(jī)驅(qū)動的動力傳動系統(tǒng)

以發(fā)動機(jī)為動力源的臂式高空作業(yè)平臺，其傳動系統(tǒng)有液壓機(jī)械傳動系統(tǒng)、靜液壓傳動系統(tǒng)兩種。

1.1 液壓機(jī)械傳動系統(tǒng)

液壓機(jī)械傳動結(jié)合了液壓和機(jī)械兩種傳動方式的優(yōu)點，是一種新型傳動方式。以浙江鼎力為代表，其新款柴動系列臂式高空作業(yè)平臺，采用液壓機(jī)械傳動方式，如圖2所示。動力傳遞路線為：發(fā)動機(jī)→變量液壓泵→變量液壓馬達(dá)→箱橋一體式轉(zhuǎn)向驅(qū)動前橋→傳動軸→轉(zhuǎn)向驅(qū)動后橋→車輪。

該方案使得柴動系列整機(jī)結(jié)構(gòu)布局與電動系列一致，整體部件下移設(shè)計，降低了整機(jī)高度、長度，便于集裝箱整體運(yùn)輸，如圖3所示。同時實現(xiàn)了臂式系列模塊化設(shè)計理念，保證主要零部件的通用性、互換性。

1.2 靜液壓傳動系統(tǒng)

靜液壓傳動采用容積調(diào)速的方式，不僅可以雙向無級變速，還實現(xiàn)了“無驅(qū)動橋”的新型布局。以徐工、中聯(lián)重科、JLG、Genie、Haulotte為代表，其發(fā)動機(jī)驅(qū)動臂式高空作業(yè)平臺，采用靜液壓傳動系統(tǒng)，如圖4所示。動力傳遞路線為：發(fā)動機(jī)→變量液壓泵→變量液壓馬達(dá)+行走減速機(jī)→車輪組成。

該方案使得整機(jī)結(jié)構(gòu)布局以回轉(zhuǎn)支承為界線，總體可簡單分為下車底盤、上車轉(zhuǎn)臺和工作裝置部分。下車底盤和上車轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)了同一款底盤和轉(zhuǎn)臺配置多機(jī)型的結(jié)構(gòu)形式，不同型號、不同高度的臂式高空作業(yè)平臺，僅需要將工作裝置進(jìn)行重新設(shè)計即可。此模塊化設(shè)計思想更利于產(chǎn)品的高效開發(fā)，縮短研發(fā)周期。

2? 混合動力系統(tǒng)

根據(jù)動力傳遞方式的不同，臂式高空作業(yè)平臺混合動力技術(shù)路線有串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)和并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)兩種。

2.1 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)主要由發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)和蓄電池等部件組成。以JLG公司最新H系列H340AJ（圖5）為代表，其配置的是串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。電力驅(qū)動是串聯(lián)式結(jié)構(gòu)混合動力的唯一驅(qū)動模式，蓄電池電能經(jīng)逆變器處理后，向輪邊電動機(jī)供電，驅(qū)動車輛行走。發(fā)動機(jī)的主要用途是發(fā)電，帶動發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟姾笙蛐铍姵爻潆奫2]。

配置該動力系統(tǒng)的高空作業(yè)平臺，可以在室內(nèi)、室外同時應(yīng)用。室內(nèi)應(yīng)用時，為減少噪音和發(fā)動機(jī)排氣污染，選擇關(guān)閉發(fā)動機(jī)，由蓄電池為整機(jī)提供動力。室外應(yīng)用時，選擇開啟發(fā)動機(jī)，當(dāng)電池電量下降到一定容量時發(fā)動機(jī)啟動，驅(qū)動發(fā)電機(jī)向蓄電池充電，增加整機(jī)續(xù)航時間。

2.2 并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)

并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩套獨(dú)立的動力系統(tǒng)，主要由發(fā)動機(jī)、電動/發(fā)電機(jī)兩大部件組成。以JLG公司最新H系列H800AJ為代表，其配置的并聯(lián)式混合動力以發(fā)動機(jī)為主動力裝置，電機(jī)作為輔助動力裝置，控制原理圖如圖6所示[3]。

當(dāng)臂式高空作業(yè)平臺在怠速、低速等小功率工況下運(yùn)行時，關(guān)閉發(fā)動機(jī)，由電動機(jī)向輪邊電機(jī)提供電能，驅(qū)動車輛行駛;在原地作業(yè)工況下，發(fā)動機(jī)處于高效區(qū)，發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動液壓泵向液壓系統(tǒng)輸出功率。在整機(jī)需要大功率輸出時（爬坡、通過復(fù)雜地形等），發(fā)動機(jī)和電動機(jī)疊加共同輸出功率。由于功率可以疊加，發(fā)動機(jī)和電機(jī)選擇較小的功率就可以獲得需要的動力性能。

3? 分布式電驅(qū)動系統(tǒng)

電驅(qū)動系統(tǒng)相對于發(fā)動機(jī)驅(qū)動，整機(jī)在行駛和工作過程中基本沒有任何排放污染。臂式高空作業(yè)平臺分布式電驅(qū)動系統(tǒng)主要有兩種：前后橋式電驅(qū)動和輪邊減速器式四輪獨(dú)立電驅(qū)動[4]。

3.1 前后橋式電驅(qū)動

以浙江鼎力為代表，其新款電動系列臂式高空作業(yè)平臺，采用前后橋式電驅(qū)動布置方式，如圖7所示。動力傳遞路線為：動力電池→電機(jī)驅(qū)動器→電機(jī)→箱橋一體式轉(zhuǎn)向驅(qū)動前橋→傳動軸→轉(zhuǎn)向驅(qū)動后橋→車輪。

采用前后橋式電驅(qū)動，使其底盤結(jié)構(gòu)布局與柴動系列底盤一致，實現(xiàn)了90%主要零部件通用化，大大降低了開發(fā)成本、維護(hù)成本和備件存儲成本。

3.2 輪邊減速器式四輪獨(dú)立電驅(qū)動

以徐工、JLG、Haulotte為代表，其純電動臂式高空作業(yè)平臺，采用輪邊減速器式四輪獨(dú)立電驅(qū)動布置方式，如圖8所示。動力傳遞路線為：動力電池→電機(jī)驅(qū)動器→電機(jī)+減速機(jī)→車輪。

與前后橋式電驅(qū)動對比，驅(qū)動橋被兩個輪邊電機(jī)和減速機(jī)所代替，兩電機(jī)以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能，整個傳動系統(tǒng)得到很大的簡化。

4? 臂式高空作業(yè)平臺動力傳動系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢

①在環(huán)保核查趨嚴(yán)、排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級的背景下，對產(chǎn)品的需求也將趨向于綠色和環(huán)保。因此，電驅(qū)動和混合動力系統(tǒng)會是未來臂式高空作業(yè)平臺動力傳動系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢。

②隨著鋰離子電池技術(shù)和現(xiàn)場充電基礎(chǔ)設(shè)施的不斷發(fā)展，鋰電池將逐步取代鉛酸、鎳氫、鎳鎘等蓄電池成為臂式高空作業(yè)平臺動力電池的標(biāo)配。

③根據(jù)行業(yè)和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行細(xì)化，在戶外重型工作、崎嶇路面等場合，發(fā)動機(jī)驅(qū)動的設(shè)備將是首選。在住宅建筑、商場等室內(nèi)領(lǐng)域的作業(yè)環(huán)境，電驅(qū)動產(chǎn)品以其節(jié)能環(huán)保、無噪音、全生命周期的使用成本低等優(yōu)勢會成為越來越多租賃商的選擇。

5? 結(jié)論

在產(chǎn)品應(yīng)用呈現(xiàn)多元化的大背景下，對國內(nèi)外臂式高空作業(yè)平臺動力傳動系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析得出，從動力源上形成了發(fā)動機(jī)驅(qū)動和電驅(qū)動兩大類產(chǎn)品，傳動系統(tǒng)以靜液壓傳動為主，液壓機(jī)械傳動為輔，電驅(qū)動和混合動力將是未來市場的主要選擇。對企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)過程中動力傳動系統(tǒng)的選擇，具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]Iqbal Husain著，林程譯.純電動及混合動力汽車設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：44-52.

[3]吳劍.并聯(lián)式混合動力汽車能量管理策略優(yōu)化研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2008：2-19.

[4]楊智宇.前后橋獨(dú)立電驅(qū)動裝載機(jī)狀態(tài)估計及轉(zhuǎn)矩優(yōu)化控制[D].吉林：吉林大學(xué)，2017：2-20.