一種新型雙動力工程機械的傳動裝置

摘要：雖然電動化工程機械逐漸普及，但有些工況仍需要燃油和電動雙動力，為實現(xiàn)雙動力的切換連接，設(shè)計了一種雙動力傳動裝置。其主要由常開離合器、常閉離合器以及液壓控制系統(tǒng)組成，能夠接收兩個不同動力源提供的動力。根據(jù)作業(yè)工況需求，通過液壓控制系統(tǒng)控制離合器開閉，可實現(xiàn)雙動力源單獨或同時提供動力。

關(guān)鍵詞：工程機械雙動力；離合器；液壓系統(tǒng)；傳動裝置

0 引言

隨著全球?qū)Νh(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的日益重視，電動化和綠色發(fā)展逐漸成為挖掘機行業(yè)的主流趨勢，拖電、純電動、雙動力挖掘機相繼投放市場。在港口、碼頭、廠區(qū)、室內(nèi)等場合，由于作業(yè)場所固定，設(shè)備移動范圍小，使用電動挖掘機可以實現(xiàn)零排放、無污染，同時相比同噸級的柴油型設(shè)備，可節(jié)省大量的維護保養(yǎng)費用，綜合運營成本大約能降低50%。

但純電動挖掘機尚存在電池成本高、續(xù)航能力差、充電時間長等問題，在這類工況中，拖電式挖掘機擁有整機成本較低、無續(xù)航問題等優(yōu)勢，逐步獲得用戶的青睞。

1 當(dāng)前方案存在的問題

拖電式挖掘機需要通過外接交流電實現(xiàn)供能，當(dāng)作業(yè)地點斷電時就無法實施作業(yè)。當(dāng)轉(zhuǎn)移場地時，無法自行轉(zhuǎn)場或需要借助額外設(shè)備進行轉(zhuǎn)場。因此，拖電式挖掘機的作業(yè)場地受到一定的限制。

為解決上述問題，目前有挖掘機采用雙動力方案，保留常規(guī)柴油發(fā)動機和主泵系統(tǒng)，另外增加一套電機+主泵等液壓系統(tǒng)。在固定作業(yè)場景方便接電時，利用電機驅(qū)動主泵進行作業(yè)，在降低使用成本的同時可減少污染物排放。在轉(zhuǎn)場或缺電工況下，利用柴油發(fā)動機驅(qū)動主泵液壓系統(tǒng)，向整機提供動力，實現(xiàn)轉(zhuǎn)場或作業(yè)，從而避免了純電動挖掘機工作場所受局限的弊端。

但如果將雙動力系統(tǒng)的兩個動力源連接到各自獨立的液壓泵及液壓系統(tǒng)上，從而實現(xiàn)兩種動力的獨立作用，則會造成液壓系統(tǒng)的冗余，增加整機成本?；诖?，需要設(shè)計一種滿足_{aa47489d588d1ab9b8eb6a0d084255e1f78fc4a20b733a917ea20dc3d1990d2c}雙動力輸入、輸出的傳動裝置來滿足需求。

2 新型雙動力傳動裝置結(jié)構(gòu)與原理

2.1 機械傳動結(jié)構(gòu)與原理

2.1.1 機械結(jié)構(gòu)

雙動力傳動裝置包括一個常開離合器和一個常閉離合器，兩個離合器分別與第一動力和第二動力傳動連接，兩個離合器的輸出端通過輸出齒輪與動力輸出部件相連接，離合器的開閉通過液壓缸控制。第一動力一般為發(fā)動機，第二動力一般為電動機。雙動力傳動裝置的傳動原理如圖1所示。

2.1.2 傳動原理

雙動力傳動裝置能夠接收兩個不同動力源提供的動力，正常情況下電動機通過常閉離合器為整機提供動力，此時發(fā)動機動力源處于斷開狀態(tài)。當(dāng)缺電或需要轉(zhuǎn)移場地，需要切換到發(fā)動機提供動力時，常閉離合器在液壓缸作用下打開，切斷電動機動力源。同時，常開離合器在液壓缸作用下閉合，使發(fā)動機與輸出齒輪連接，實現(xiàn)動力切換。當(dāng)恢復(fù)供電時，通過控制離合器的開閉，切換成電動機提供動力。

其能夠根據(jù)整機需要實現(xiàn)不同動力源提供動力，滿足轉(zhuǎn)場及斷電等特殊情況需求。相較于現(xiàn)有技術(shù)方案，雙動力源共用一套輸出部件及傳動裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，成本也相對較低。

2.2 液壓控制系統(tǒng)組成及原理

2.2.1 系統(tǒng)組成

雙動力傳動裝置的液壓控制系統(tǒng)在設(shè)計時，主要考慮常開和常閉離合器的開閉控制，同時要盡可能保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。液壓控制原理如圖2所示。

液壓控制系統(tǒng)主要由液壓泵、電磁換向閥、開關(guān)閥、單向閥、順序閥、溢流閥以及常開離合器液壓缸和常閉離合器液壓缸組成。液壓系統(tǒng)油源通過傳動箱的分動齒輪驅(qū)動獨立泵實現(xiàn)供油，電磁換向閥可根據(jù)動力切換信號實現(xiàn)不同的導(dǎo)通方式。

2.2.2  控制原理

當(dāng)需要發(fā)動機提供動力時，電磁換向閥在右工作位，系統(tǒng)同時為常閉離合器液壓缸和常開離合器液壓缸供油。在液壓缸作用下常閉離合器打開，常開離合器閉合，實現(xiàn)電動機動力脫開，發(fā)動機動力連接。同時，由于在兩液壓缸供油管路之間設(shè)有順序閥，因此只有當(dāng)常閉離合器液壓缸建立了一定壓力，即實現(xiàn)常閉離合器脫開時，才會向常開離合器液壓缸供油，實現(xiàn)常開離合器閉合。這樣的設(shè)計為避免兩個離合器都處于結(jié)合的臨界狀態(tài)，防止發(fā)動機對電動機的反拖，提高了系統(tǒng)的通用性和可靠性。

當(dāng)需要切換成電動機提供動力時，只需將發(fā)動機熄火，傳動箱的分動齒輪停止運轉(zhuǎn)，齒輪泵不再給系統(tǒng)供油，開關(guān)閥處于導(dǎo)通狀態(tài)，常閉離合器和常開離合器的液壓缸內(nèi)高壓油通過開關(guān)閥回到液壓油箱。此時，常閉離合器閉合，常開離合器打開，實現(xiàn)發(fā)動機動力脫開，電動機動力連接。

在特殊情況下，整機遇到大負載，單一動力無法滿足需要時，需要雙動力同時接入。此時給電磁換向閥一個信號，使其切換至左工作位，液壓系統(tǒng)單獨給常開離合器液壓缸供油，從而使常開離合器閉合。同時常閉離合器也處于閉合狀態(tài)，因此雙動力同時接入系統(tǒng)。

在實際作業(yè)中，如果離合器長時間閉合或者頻繁切換，液壓缸內(nèi)的油溫會出現(xiàn)高溫現(xiàn)象。為保障離合器液壓缸作業(yè)的可靠性，必須對其充分散熱。在該液壓控制系統(tǒng)中，切換閥的出油口與常開離合器液壓缸、常閉離合器液壓缸之間分別設(shè)有單向閥。同時，在常開離合器液壓缸、常閉離合器液壓缸回油口與油箱之間設(shè)有開關(guān)閥，開關(guān)閥的出油口與油箱連通，控制油口與液壓泵的出油口連通。

當(dāng)液壓泵工作時，開關(guān)閥的控制油推動閥芯，開關(guān)閥保持關(guān)閉，此時常開離合器液壓缸和常閉離合器液壓缸可正常充油保壓。當(dāng)液壓泵停止工作時，開關(guān)閥處于導(dǎo)通工位，使常開離合器液壓缸和常閉離合器液壓缸內(nèi)高溫油回流至油箱。在離合器在持續(xù)工作或頻繁切換時，單向閥的作用是防止離合器油液原路返回存儲在管路中，導(dǎo)致油路局部高溫而影響工作。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種工程機械的雙動力源傳動裝置，能夠接收兩個不同動力源提供的動力。通過液壓系統(tǒng)的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)雙動力源單獨連接提供動力或者同時連接提供動力。

相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，改裝置不需要再額外增加泵組，傳動裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，成本也相對較低，具有較高的推廣應(yīng)用價值。