一种装载机变功率瞬态调节装置的制作方法

本发明涉及装载机领域，具体是一种装载机变功率瞬态调节装置。

背景技术：

装载机是一种广泛应用于施工建设、公路铁路土建的土石方运载机器，更换不同的工作装置可进行例如推土、起重等功能。

装载机在工作时，铲斗是主要的执行件，起重等工况时，起重的瞬间功率需求是非常大的，可以说是功率需求陡升，而装载机的发动机一般都是柴油机，还有些是汽油机，但基本都是内燃机类的原动机，这类发动机对外输出功率时，虽然额定功率较大，但是无法达到快速的功率上升，需要一定的时间来拉升输出功率，在装载机工作时常常出现做功乏力，运行速度慢的问题，甚至功率需求的突然增大导致发动机的熄火，所以，如何在功率的突然变化下能够满足装载机的功率需求，是装载机动力系统急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种装载机变功率瞬态调节装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种装载机变功率瞬态调节装置，调节装置连接装载机发动机主轴、行驶轮和铲斗驱动轴，调节装置包括行驶轮第一驱动系统、行驶轮第二驱动系统和铲斗驱动连接组件；行驶轮第一驱动系统连接主轴和两个后轮，行驶轮第二驱动系统连接主轴和两个前轮；铲斗驱动连接组件连接主轴和铲斗驱动轴。

变功率瞬态调节装置使用在装载机的动力系统中，发动机输出轴输出的动力经过变功率瞬态调节装置传递往装载机的行驶车轮和铲斗执行件，车轮是否与主轴传动可以通过行驶轮驱动系统进行离合，设置两组行驶轮驱动系统可以方便调节车轮的功率消耗，当铲斗部分需要较多功率时，使用消耗功率较低的一组车轮，例如低速行驶的小直径后轮，当功率富余较多时，使用消耗功率较多的车轮，例如四轮同时驱动快速行驶。

进一步的，行驶轮第一驱动系统包括油泵、第一液压马达、第二液压马达和第一离合器，油泵由主轴驱动，油泵又分别驱动第一液压马达、第二液压马达运行，第一液压马达和第二液压马达分别通过第一离合器连接行驶轮。油泵将机械能转换为液压能，液压马达将液压能转换为旋转机械能，并通过离合器连接车轮，中间能量转换一次而不直接机械连接，这样可以比较方便地进行离合，后续可通过控制液压马达或离合器的开启与关闭控制主轴至行驶轮之间的传动是否建立。

进一步的，行驶轮第一驱动系统还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，第一液压马达和第二液压马达的两侧进口均通过油路连接并连接至油泵进出口，油泵进口管路的两条支路上分别设置第一电磁阀和第二电磁阀，油泵出口管路的两条支路上分别设置第三电磁阀和第四电磁阀。第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀可方便地控制第一液压马达和第二液压马达的运行方向，，当第一电磁阀和第四电磁阀开启、第二电磁阀和第三电磁阀关闭时，从油泵出口出来的液压油经由第四电磁阀通往第一液压马达和第二液压马达的一个入口，从液压马达出来后经由第一电磁阀回到油泵；，当第一电磁阀和第四电磁阀关闭、第二电磁阀和第三电磁阀开启时，液压马达运行反向。

进一步的，行驶轮第二驱动系统与行驶轮第一驱动系统结构相同，行驶轮第二驱动系统包括第二离合器，第二离合器和第一离合器离合状态互锁：当第二离合器闭合时，第一离合器打开，当第二离合器打开时，第一离合器闭合。

进一步的，铲斗驱动连接组件包括功率差值判定组件、离合发电机、离合电动机、蓄电池、第一开关和第二开关，功率差值判定组件直连主轴和铲斗驱动轴，离合发电机以超越离合器形式设置在主轴上，主轴主动、离合发电机转子从动，离合电动机以超越离合器形式设置在铲斗驱动轴上，离合电动机转子主动、铲斗驱动轴从动，离合发电机通过第一开关和蓄电池电连接，离合电动机通过第二开关和蓄电池电连接，功率差值判定组件分别控制第一开关和第二开关的闭合与开启。

当铲斗驱动连接组件所连接的主轴和铲斗驱动轴之间传动功率相差较多时，主轴不用急剧地提高输出功率，而是功率差值判定组件判定后离合电动机接入蓄电池并开始运行(即第二开关开、第一开关关)，从而有动力叠加在铲斗驱动轴上，从而满足外界需求，此时一般是装载机铲斗铲起物料的时刻。当主轴的输出功率多于铲斗驱动轴的负载功率时，功率差值判定组件判定后打开第一开关、关闭第二开关，主轴驱动离合发电机运行，将富余能量转换为电能储存在蓄电池内。设置功率叠加的目的是：短时间内满足铲斗驱动轴的功率需求，当装载机需求功率突然增大时，而类似柴油机汽油机等类的发动机又不能瞬时地提供输出功率，装载机常常会发力迟缓甚至发动机熄火，设置本发明后，发动机可以以其能够的功率“上升加速度”来提高功率的同时，瞬间满足铲斗驱动轴的功率陡升需求。

离合发电机、离合电动机均以超越离合器形式设置在各自的轴上，这样就只能单向驱动，防止反向阻力。

进一步的，功率差值判定组件包括齿轮箱、主动齿轮、从动齿轮、中间齿轮、轮环和弹球组件，轮环的中心轴与主轴重合，轮环外缘表面设有若干浅孔，齿轮箱安装在装载机内部的一处机架上，齿轮箱侧壁设有与轮环孔相一致数量的弹球组件，弹球组件以弹性力与轮环外缘卡嵌，轮环侧面延伸出若干连接臂并通过轴承安装在主轴或铲斗驱动轴上，轮环内圆柱面向心设置若干中间齿轮，中间齿轮通过轴承与轮环连接且中间齿轮的旋转轴线与主轴垂直，主动齿轮设置在主轴端部，从动齿轮设置在铲斗驱动轴端部，主动齿轮、从动齿轮、中间齿轮均为锥齿轮，主动齿轮与中间齿轮啮合，从动齿轮与中间齿轮；，弹球组件包括堵头、弹簧和弹球，齿轮箱侧壁设有阶梯通孔，堵头通过弹簧将弹球压紧在阶梯通孔底部，弹球的球形头部伸入齿轮箱内部与轮环外缘孔卡嵌，堵头朝向弹球的一侧设有触点，弹球朝向堵头的一侧设有撞柱，堵头上还设有信号线与控制台连接，控制台分别与第一离合器、第二离合器、第一开关和第二开关电连接。

当主轴和铲斗驱动轴功率较为一致时，轮环由弹球组件卡嵌保持原位，主动齿轮驱动中间齿轮，中间齿轮驱动从动齿轮实现直线的扭矩传递，当主轴和铲斗驱动轴功率相差较大，中间齿轮仅仅通过自转已经不能保持啮合时，轮环会受到较大的旋转扭矩，这一扭矩和主轴和铲斗驱动轴扭矩差相关，轮环受到较大扭矩时，其外缘被弹球组件的卡嵌脱开，轮环开始以一定的角速度旋转，多大的扭矩会脱开取决与弹簧的弹力预紧力，而脱开后，弹球被回压一定的距离，其尾部的撞柱顶上触点，信号线给出铲斗驱动轴功率需求增大的信号，控制台闭合第二开关从而启动离合电动机进行功率补偿，当主轴的输出功率慢慢上升并达到铲斗驱动轴的需求后，轮环旋转变慢直至重新被弹球组件卡嵌锁紧，触点脱开撞柱，控制台断开第二开关，关闭离合电动机，为了防止离合电动机叠加在铲斗驱动轴的旋转驱动影响了功率差值判定组件的功率差判定，在功率差刚归零时就断开掉离合电动机从而使得铲斗驱动轴又要多从从动齿轮上取用更多的功率，控制台开关第二开关时可以设置为延时断开，即让主轴多上升一些功率输出后再行断开离合电动机，

进一步的，离合电动机包括转子套、离合柱、转子磁体和定子线圈，转子套与铲斗驱动轴传动连接，转子套外表为圆柱面，转子磁体内表面设有若干斜面，转子磁体与转子套之间设有若干离合柱，转子磁体内表面与转子套外表面最小距离小于离合柱直径，转子磁体内表面与转子套外表面最大距离大于离合柱直径，转子磁体外表设有若干成对的永磁体，定子线圈通过电缆与蓄电池连接。

将离合器和电动机的转子相结合成为离合电动机，在离合电动机开启时，铲斗驱动轴获得叠加动力，当离合电动机关闭时，其转子部件也不会对铲斗驱动轴产生过多的旋转阻力。

离合发电机结构与离合电动机相似，只是离合方向相反，是主轴主动、离合发电机的转子从动。

作为优化，转子套与铲斗驱动轴通过花键传动。花键传动稳定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用铲斗驱动连接组件连接主轴和铲斗驱动轴，当铲斗驱动轴功率需求陡升，主轴无法快速的满足其功率需求时，弹球组件从轮环外缘脱开，撞柱顶上触点实现功率差值过大判定，从信号线给出信号，控制台自动地将第二开关闭合，离合电动机从蓄电池处得电运行，旋转扭矩叠加在铲斗驱动轴上从而实现功率补偿，达到功率的瞬间调节；控制台也可连接到行驶轮驱动系统上，在进行功率补偿的同时，行驶轮驱动系统以最小的功率消耗运行。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的原理结构图一；

图2为本发明的原理结构图二；

图3为本发明铲斗驱动连接组件的原理结构图；

图4为本发明弹球组件的结构示意图；

图5为本发明离合电动机的轴向截面结构图。

图中：1-主轴、2-行驶轮第一驱动系统、21-油泵、22-第一液压马达、23-第二液压马达、241-第一电磁阀、242-第二电磁阀、243-第三电磁阀、244-第四电磁阀、25-行驶轮、26-第一离合器、3-行驶轮第二驱动系统、36-第二离合器、4-铲斗驱动连接组件、41-功率差值判定组件、411-齿轮箱、412-主动齿轮、413-从动齿轮、414-中间齿轮、415-轮环、416-弹球组件、4161-堵头、4162-弹簧、4163-弹球、42-离合发电机、43-离合电动机、431-转子套、432-离合柱、433-转子磁体、434-定子线圈、44-蓄电池、45-第一开关、46-第二开关、5-铲斗驱动轴、91-信号线、92-触点、93-撞柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种装载机变功率瞬态调节装置，调节装置连接装载机发动机主轴1、行驶轮25和铲斗驱动轴5，调节装置包括行驶轮第一驱动系统2、行驶轮第二驱动系统3和铲斗驱动连接组件4；行驶轮第一驱动系统2连接主轴1和两个后轮，行驶轮第二驱动系统3连接主轴1和两个前轮；铲斗驱动连接组件4连接主轴1和铲斗驱动轴5。

变功率瞬态调节装置使用在装载机的动力系统中，发动机输出轴输出的动力经过变功率瞬态调节装置传递往装载机的行驶车轮和铲斗执行件，车轮是否与主轴1传动可以通过行驶轮驱动系统进行离合，设置两组行驶轮驱动系统可以方便调节车轮的功率消耗，当铲斗部分需要较多功率时，使用消耗功率较低的一组车轮，例如低速行驶的小直径后轮，当功率富余较多时，使用消耗功率较多的车轮，例如四轮同时驱动快速行驶。

如图1所示，行驶轮第一驱动系统2包括油泵21、第一液压马达22、第二液压马达23和第一离合器26，油泵21由主轴1驱动，油泵21又分别驱动第一液压马达22、第二液压马达23运行，第一液压马达22和第二液压马达23分别通过第一离合器26连接行驶轮25。油泵21将机械能转换为液压能，液压马达将液压能转换为旋转机械能，并通过离合器连接车轮，中间能量转换一次而不直接机械连接，这样可以比较方便地进行离合，后续可通过控制液压马达或离合器的开启与关闭控制主轴1至行驶轮25之间的传动是否建立。

如图1所示，行驶轮第一驱动系统2还包括第一电磁阀241、第二电磁阀242、第三电磁阀243和第四电磁阀244，第一液压马达22和第二液压马达23的两侧进口均通过油路连接并连接至油泵21进出口，油泵21进口管路的两条支路上分别设置第一电磁阀241和第二电磁阀242，油泵21出口管路的两条支路上分别设置第三电磁阀243和第四电磁阀244。第一电磁阀241、第二电磁阀242、第三电磁阀243和第四电磁阀244可方便地控制第一液压马达22和第二液压马达23的运行方向，如图1所示，当第一电磁阀241和第四电磁阀244开启、第二电磁阀242和第三电磁阀243关闭时，从油泵21出口出来的液压油经由第四电磁阀244通往第一液压马达22和第二液压马达23的一个入口，从液压马达出来后经由第一电磁阀241回到油泵21；如图2所示，当第一电磁阀241和第四电磁阀244关闭、第二电磁阀242和第三电磁阀243开启时，液压马达运行反向。

行驶轮第二驱动系统3与行驶轮第一驱动系统2结构相同，行驶轮第二驱动系统3包括第二离合器36，第二离合器36和第一离合器26离合状态互锁：当第二离合器36闭合时，第一离合器26打开，当第二离合器36打开时，第一离合器26闭合。

如图3所示，铲斗驱动连接组件4包括功率差值判定组件41、离合发电机42、离合电动机43、蓄电池44、第一开关45和第二开关46，功率差值判定组件41直连主轴1和铲斗驱动轴5，离合发电机42以超越离合器形式设置在主轴1上，主轴1主动、离合发电机42转子从动，离合电动机43以超越离合器形式设置在铲斗驱动轴5上，离合电动机43转子主动、铲斗驱动轴5从动，离合发电机42通过第一开关45和蓄电池44电连接，离合电动机43通过第二开关46和蓄电池44电连接，功率差值判定组件41分别控制第一开关45和第二开关46的闭合与开启。

当铲斗驱动连接组件4所连接的主轴1和铲斗驱动轴5之间传动功率相差较多时，主轴1不用急剧地提高输出功率，而是功率差值判定组件41判定后离合电动机43接入蓄电池44并开始运行(即第二开关46开、第一开关45关)，从而有动力叠加在铲斗驱动轴5上，从而满足外界需求，此时一般是装载机铲斗铲起物料的时刻。当主轴1的输出功率多于铲斗驱动轴5的负载功率时，功率差值判定组件41判定后打开第一开关45、关闭第二开关46，主轴1驱动离合发电机42运行，将富余能量转换为电能储存在蓄电池44内。设置功率叠加的目的是：短时间内满足铲斗驱动轴5的功率需求，当装载机需求功率突然增大时，而类似柴油机汽油机等类的发动机又不能瞬时地提供输出功率，装载机常常会发力迟缓甚至发动机熄火，设置本发明后，发动机可以以其能够的功率“上升加速度”来提高功率的同时，瞬间满足铲斗驱动轴5的功率陡升需求。

离合发电机42、离合电动机43均以超越离合器形式设置在各自的轴上，这样就只能单向驱动，防止反向阻力。

如图3所示，功率差值判定组件41包括齿轮箱411、主动齿轮412、从动齿轮413、中间齿轮414、轮环415和弹球组件416，轮环415的中心轴与主轴1重合，轮环415外缘表面设有若干浅孔，齿轮箱411安装在装载机内部的一处机架上，齿轮箱411侧壁设有与轮环415孔相一致数量的弹球组件416，弹球组件416以弹性力与轮环415外缘卡嵌，轮环415侧面延伸出若干连接臂并通过轴承安装在主轴1或铲斗驱动轴5上，轮环415内圆柱面向心设置若干中间齿轮414，中间齿轮414通过轴承与轮环415连接且中间齿轮414的旋转轴线与主轴1垂直，主动齿轮412设置在主轴1端部，从动齿轮413设置在铲斗驱动轴5端部，主动齿轮412、从动齿轮413、中间齿轮414均为锥齿轮，主动齿轮412与中间齿轮414啮合，从动齿轮413与中间齿轮414；如图4所示，弹球组件416包括堵头4161、弹簧4162和弹球4163，齿轮箱411侧壁设有阶梯通孔，堵头4161通过弹簧4162将弹球4163压紧在阶梯通孔底部，弹球4163的球形头部伸入齿轮箱411内部与轮环415外缘孔卡嵌，堵头4161朝向弹球4163的一侧设有触点92，弹球4163朝向堵头4161的一侧设有撞柱93，堵头4161上还设有信号线91与控制台连接，控制台分别与第一离合器26、第二离合器36、第一开关45和第二开关46电连接。

当主轴1和铲斗驱动轴5功率较为一致时，轮环415由弹球组件416卡嵌保持原位，主动齿轮412驱动中间齿轮414，中间齿轮414驱动从动齿轮413实现直线的扭矩传递，当主轴1和铲斗驱动轴5功率相差较大，中间齿轮414仅仅通过自转已经不能保持啮合时，轮环415会受到较大的旋转扭矩，这一扭矩和主轴1和铲斗驱动轴5扭矩差相关，轮环415受到较大扭矩时，其外缘被弹球组件416的卡嵌脱开，轮环415开始以一定的角速度旋转，多大的扭矩会脱开取决与弹簧4162的弹力预紧力，而脱开后，弹球4163被回压一定的距离，其尾部的撞柱93顶上触点92，信号线91给出铲斗驱动轴5功率需求增大的信号，控制台闭合第二开关46从而启动离合电动机43进行功率补偿，当主轴1的输出功率慢慢上升并达到铲斗驱动轴5的需求后，轮环415旋转变慢直至重新被弹球组件416卡嵌锁紧，触点92脱开撞柱93，控制台断开第二开关46，关闭离合电动机43，为了防止离合电动机43叠加在铲斗驱动轴5的旋转驱动影响了功率差值判定组件41的功率差判定，在功率差刚归零时就断开掉离合电动机43从而使得铲斗驱动轴5又要多从从动齿轮413上取用更多的功率，控制台开关第二开关46时可以设置为延时断开，即让主轴1多上升一些功率输出后再行断开离合电动机43，

如图5所示，离合电动机43包括转子套431、离合柱432、转子磁体433和定子线圈434，转子套431与铲斗驱动轴5传动连接，转子套431外表为圆柱面，转子磁体433内表面设有若干斜面，转子磁体433与转子套431之间设有若干离合柱432，转子磁体433内表面与转子套431外表面最小距离小于离合柱432直径，转子磁体433内表面与转子套431外表面最大距离大于离合柱432直径，转子磁体433外表设有若干成对的永磁体，定子线圈434通过电缆与蓄电池44连接。

将离合器和电动机的转子相结合成为离合电动机43，在离合电动机43开启时，铲斗驱动轴5获得叠加动力，当离合电动机43关闭时，其转子部件也不会对铲斗驱动轴5产生过多的旋转阻力。

离合发电机42结构与离合电动机43相似，只是离合方向相反，是主轴1主动、离合发电机42的转子从动。

如图5所示，转子套431与铲斗驱动轴5通过花键传动。花键传动稳定。

本发明的运行原理是：铲斗驱动轴5功率需求陡升，主轴1无法快速的满足其功率需求，由于主动齿轮412和从动齿轮413在414上的扭矩不同，传动处中间齿轮414不仅自转，也带着轮环415一起以主轴1为轴线公转以便保持啮合状态，轮环415与弹球组件416在外缘处的卡嵌脱开，撞柱93撞上触点92，信号线91给到控制台信号，闭合第二开关46开启离合电动机43，离合电动机43转子旋转起来，在铲斗驱动轴5的叠加动力，而平时主轴1功率有富余时，通过离合发电机42将能量储存在蓄电池44内，此外，当铲斗驱动轴5功率需求陡升时，行驶轮驱动系统也调节至最小的功率消耗状态，例如断开四个车轮上的离合器，从而节省主轴1能量，让其将更多的能量传递往铲斗驱动轴5。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。