用於工作機械的多發動機驅動系統的製作方法
2023-05-02 22:58:06
專利名稱：用於工作機械的多發動機驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於工作機械的多發動機驅動系統，尤其涉及一種帶有諸動力傳輸系統的多發動機驅動系統，這些動力傳輸系統使兩個或更多驅動發動機互相連接。
背景技術：
諸如輪式裝載機、越野式載重卡車以及其它重型建築和採礦用機械的工作機械被用於完成許多任務。為了有效地完成這些任務，一工作機械需要可提供完成這些任務所需動力的動力源，這些動力源為比如柴油發動機、汽油發動機、天然氣發動機、渦輪發動機或任何其它類型的動力源。這樣的工作機械通常包括一驅動系統，該驅動系統可包括一個或多個用於為牽引裝置提供動力以驅動工作機械的驅動發動機。
一些工作機械包括帶有多個獨立驅動發動機的驅動系統。典型地，這樣一個啟動系統的每個驅動發動機為工作機械的牽引裝置的不同的子組提供動力。例如，一些工作機械包括四個驅動發動機，它們每個都獨立地向工作機械的四個牽引裝置中的一個提供動力。在一些場合，這樣一個工作機械的驅動發動機子組承受大多數或全部推進工作機械的負擔。當牽引力在牽引裝置之間分配不均時，那些與具有較好牽引力的牽引裝置相連的驅動發動機必須提供大多數的動力來推進工作機械。
至少已構想出了一種多發動機驅動系統，諸驅動發動機在向工作機械的牽引裝置提供動力時互相提供動力。例如，由Thompson提交、2004年6月28日公開的美國專利申請2004/0121871(「『871申請」)示出了一種帶有三個推進發動機的多發動機驅動系統，每個發動機與工作機械的一個輪子工作連接並驅動該輪子。』871申請示出了沿工作機械的長度間隔開的三對輪子。一個驅動發動機與右前輪相連，另一個驅動發動機與右後輪相連，而再一個驅動發動機與左後輪相連。一個傳動裝置與工作機械右側的三個輪子和兩個驅動發動機連接，而另一個傳動裝置與工作機械左側的三個輪子和一個驅動發動機連接。帶有差動單元的單根橫軸與工作機械的左側和右側上的兩個傳動裝置連接。這樣，可從每個驅動發動機向工作機械的不同輪子傳送動力。與差動單元連接的一操控發動機(steer motor)控制工作機械的左側和右側輪子之間的速度差。
雖然『871申請的驅動系統的設計方案可使驅動發動機之間分配驅動負荷，但該方案也有缺點。該系統的單根橫軸需要使用沿工作機械的左側和右側長度延伸的笨重的傳送單元，用於將動力從橫軸傳送到前輪和後輪。該結構不適用於許多工作機械的應用場合中。使用單個差動器就要求在工作機械右側的所有輪子以相同的轉速旋轉，同樣，在工作機械左側的所有輪子要以相同的轉速旋轉。
本發明的驅動系統解決了以上列出的一個或多個問題。
發明內容
一個所揭示的實施例包括一種多發動機驅動系統。該多發動機驅動系統可包括一第一牽引裝置和一第二牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準。該驅動系統還可包括一第一驅動組傳動系統，該第一驅動組傳動系統將第一牽引裝置與第二牽引裝置連接。該驅動系統還可包括一第三牽引裝置和一第四牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準。此外，該驅動系統可包括一第二驅動組傳動系統，該第二驅動組傳動系統將第三牽引裝置與第四牽引裝置連接。該驅動裝置還可包括一組間傳動系統，該組間傳動系統將第一驅動組傳動系統與第二驅動組傳動系統連接。該驅動系統還可包括一第一驅動發動機，該第一驅動發動機與組間傳動系統的第一驅動組傳動系統分支工作連接。另外，該驅動系統可包括一第二驅動發動機，該第二驅動發動機與組間傳動系統的第二驅動組傳動系統分支工作連接。
本發明的另一個方面涉及一種操作用於工作機械的一驅動系統的方法。該驅動系統包括一第一驅動組，兩個牽引裝置與工作機械的主要行進方向基本橫向對準；一第一驅動組傳動系統，該第一驅動組傳動系統將第一驅動組的兩個牽引裝置互相連接；以及一第一驅動發動機，該第一驅動發動機與第一驅動組傳動系統工作連接。該驅動系統還可包括沿主行進方向與第一驅動組間隔開的一第二驅動組。該第二驅動組可包括兩個牽引裝置，它們與主要行進方向基本橫向對準；以及一第二驅動組傳動系統，該第二驅動組傳動系統將第二驅動組的兩個牽引裝置互相連接。該驅動系統還可包括一組間傳動系統，該組間傳動系統將第一驅動組傳動系統與第二驅動組傳動系統連接。該方法可包括將動力從第一驅動發動機通過第一驅動組傳動系統的至少一部分、組間傳動系統和第二驅動組傳動系統的至少一部分傳送到第二驅動組的牽引裝置中的至少一個。
圖1是根據本發明的一個實施例的工作機械的簡圖；圖2是根據本發明的一個實施例的多發動機驅動系統的示意圖；圖3是根據本發明的一個實施例的多發動機驅動系統的示意圖；圖4是根據本發明的一個實施例的多發動機驅動系統的示意圖；以及圖5是用於根據本發明的一個實施例的多發動機驅動系統的驅動組的示意圖。
具體實施例方式
圖1提供了根據一個示意性示出的實施例的工作機械10的投影簡圖。如該術語在此處所用的那樣，工作機械是指進行與比如採礦、建築、農業等的具體的行業相關的某種類型的工作並在工作環境之間或中間(例如建築工地、採礦現場、電廠等)進行工作的機動機械。工作機械的非限定性的例子包括商用機械，比如卡車、起重機、運土車、採礦車、反鏟挖掘機、材料搬運裝置、農業裝置、船舶、飛機以及其它在工作環境中工作的任何類型的可移動機械。
工作機械10可包括動力源12、動力轉換單元14、帶有多個驅動發動機18的驅動系統16以及牽引裝置20。雖然將工作機械10顯示為一輪式裝載機，但工作機械10可為任何類型為包括帶有驅動發動機18的驅動系統16以向工作機械10的牽引裝置20提供動力的工作機械10。
動力源12可為被構造成向工作機械10提供動力的任何類型機械元件。動力源12可包括可產生動力輸出的諸如柴油發動機、汽油發動機、天然氣發動機、渦輪發動機或燃料電池的機械元件。或者，動力源12可包括被構造成用來接收來自車外的電力傳輸系統的電能的動力採集系統，比如滾輪集電系統或臍狀電纜。
在一個實施例中，動力轉換單元14與動力源12工作連接。動力轉換單元14可為被構造成用於將動力源12所供應的動力輸出的至少一部分轉換為可為驅動發動機18所用的形式的任意類型裝置。比如，動力轉換單元14可為將動力源12的動力輸出的至少一部分轉換為電能的發電機。動力轉換單元14還可為將動力源12的動力輸出的至少一部分轉換為加壓流體流的液壓泵。在動力源12為燃料電池或動力採集系統的實施例中，工作機械10可省略動力轉換單元14。
驅動系統16包括多個可與動力轉換單元14工作連接的驅動發動機18。在動力轉換單元14為發電機的實施例中，驅動發動機18可為由來自動力轉換單元14的電能提供動力的電動機。在動力轉換單元14為液壓泵的實施例中，驅動發動機18可為由來自動力轉換單元14的加壓流體提供動力的液壓發動機。在動力源12為燃料電池或動力採集系統的實施例中，驅動發動機18可為與動力源12直接工作連接並由來自該動力源12的電能提供動力的電動機。
驅動系統16還包括多個與驅動發動機18工作連接的牽引裝置20。雖然牽引裝置20被顯示為輪子，但它們也可為履帶單元或其它任何適於接收來自驅動發動機18的動力並將其傳送到地面以推進工作機械10的裝置。
圖2示出了帶有與某個所揭示的實施例相一致的第一驅動組22和第二驅動組24的驅動系統16。驅動系統16可包括連接第一和第二驅動組22、24的組間傳動系統26。
在一個實施例中，驅動系統16的驅動組22、24可包括兩個牽引裝置20、一個驅動組傳動系統28以及兩個驅動發動機18。驅動組22、24基本橫向對準工作機械10的行進方向30。
每個驅動組傳動系統28與各個驅動組22、24的牽引裝置20機械連接。另外，圖2所示實施例的每個驅動組傳動系統28包括一個差動單元32、兩根驅動軸18以及兩個在諸牽引裝置20之間串聯的運動轉換單元36。
雖然圖2顯示驅動發動機18與驅動組傳動系統28的其它元件在驅動組22、24各自的牽引裝置20之間串聯，但也可以以其它的結構來實施其它的實施例。例如，驅動發動機18可毗鄰驅動組傳動系統28放置並通過齒輪、鏈條、皮帶或其它動力傳送元件與驅動組傳動系統28工作連接。另外，驅動發動機18可通過一個連接於驅動組傳動系統28的牽引裝置20與驅動組傳動系統28連接。此外，可以實施多於或少於兩個驅動發動機18的驅動組22、24的實施例。
驅動組傳動系統28並不限於圖2所示的結構。例如，驅動組傳動系統28可將圖2所示的運動轉換單元36的一個或兩個都省略，將驅動軸34中的一根或兩根都省略，並且/或者將差動單元32省略。同樣，雖然圖2顯示每個驅動組傳動系統28的元件對準在一個公共的軸線上，但所揭示的實施例中並不要求特定的空間布置。
另外，驅動組傳動系統28還可由不同類型的元件來實現。例如，差動單元32可為任何類型的與驅動組22、24的牽引裝置20機械連接、同時又使牽引裝置20之間可獨立旋轉的差動單元32。驅動組傳動系統28也可在驅動軸34以外再使用各種齒輪、鏈條、皮帶、撓性接頭和任何其它傳動元件，或者用這些元件來替代驅動軸34。
組間傳動系統26將第一驅動組22與第二驅動組24連接。在一個實施例中，組間傳動系統26可為與第一和第二驅動組22、24的驅動組傳動系統28通過它們各自的差動單元32連接的驅動軸。在其它實施例中，組間傳動系統26可用其它使驅動組22和24之間可以傳送動力的方式與第一和第二驅動組22、24連接。例如，組間傳動系統26可與驅動組傳動系統28的不同部分或各個驅動組22、24的牽引裝置20連接。此外，組間傳動系統26可包括其它類型的動力傳送元件，比如除了驅動軸之外還加上、或替代驅動軸的齒輪、鏈齒輪、皮帶、鏈條以及撓性接頭。
驅動系統16並不限於圖2所示的結構。例如，除了第一和第二驅動組22、24以外，驅動系統16還可包括一個或多個其它的驅動組。另外，除了組間傳動系統26以外，驅動系統16還可包括一個或多個其它的組間傳動系統。這些附加的組間傳動系統可將附加的驅動組中的任何一個與另一個互相連接和/或與驅動組22和/或驅動組24連接。
此外，在一個實施例中，第一驅動組22的牽引裝置20和第二驅動組24的牽引裝置20可相互樞軸滑動。例如，可將驅動系統16構造成第一驅動組22相對於第二驅動組24繞一中心樞轉點38樞轉。圖2示出了驅動系統16，相對於第二驅動組24樞轉的第一驅動組22用虛線39表示。
在另一個實施例中，第一和第二驅動組22、24可不相互之間相對樞轉。而是一個驅動組的牽引裝置20可以繞各個操控樞轉點樞轉操縱。圖3示出了與該實施例相一致的驅動系統16。如圖所示，第一驅動組22的牽引裝置20可繞操控樞轉點40樞轉操縱。圖3示出了驅動系統16，第一驅動組22的牽引裝置20樞轉到虛線41的位置。
與另一個實施例相一致，圖4顯示出圖3所示包括與組間傳動系統26連接的組間驅動發動機42的驅動系統16。運動轉換單元36和驅動軸將組間驅動發動機42的一端與第一驅動組22的驅動組傳動系統28連接。另外，驅動軸可將組間驅動發動機42的另一端與第二驅動組24的驅動組傳動系統28連接。組間驅動發動機42可與組間傳動系統26連接，該連接可為任何允許動力通過組間傳動系統26傳送到第一和第二驅動組22、24的方式。驅動系統16並不限於圖4所示的結構。例如，驅動系統16可包括多個與組間傳動系統26連接的組間驅動發動機42。
圖5示出了用於示例性驅動系統16的一個驅動組44的替代結構。驅動組44可與圖2所示的第一和第二驅動組22、24中的任何一個相類似。然而，在圖5所示的實施例中，每個驅動發動機18可通過相關的運動轉換單元36的元件與各自的一個驅動軸34間接連接。每個驅動發動機18的輸出軸46可為中空的，而每根驅動軸34可延伸通過各個輸出軸46。每個運動轉換單元36可包括帶有空心中心齒輪的第一級行星齒輪組48。每根驅動軸34可延伸通過各自的第一級行星齒輪組48的空心中心齒輪。此外，每個運動轉換單元36可包括第二級行星齒輪組50。每根驅動軸34的外側端可與各自的第二級行星齒輪組50的中心齒輪連接。每組第一級行星齒輪組48可將各自的輸出軸46外側端與各自的第一級行星齒輪組48的中心齒輪相連，從而與各自的驅動軸34連接。
驅動組44的結構並不限於圖5所示的結構。例如，驅動組44的元件可布置成使驅動軸34不必通過驅動發動機18。另外，驅動軸34可通過一級以上的運動轉換元件而連接於驅動發動機18的輸出軸46。
工業可用性所揭示的實施例的驅動軸16可應用於任何具有多個驅動發動機18和牽引裝置20的工作機械10中。下面結合圖2和5來描述與這些實施例相一致的帶有驅動系統16的工作機械10的工作。
在一個實施例中，在工作機械10的工作過程中，動力源12產生動力輸出並向動力轉換單元14傳送。動力轉換單元14順次將來自動力源12的動力輸出轉換為可為驅動發動機18所用的形式。在動力轉換單元14為發電機的實施例中，動力轉換單元14將來自動力源12的動力輸出轉換為電能。在動力轉換單元14為液壓泵的實施例中，動力轉換單元14將來自動力源12的電力生產轉換為一股壓力流體。
驅動發動機18接收來自動力轉換單元14和動力牽引裝置20的動力。在驅動發動機18為電動機的實施例中，發動機18可接收來自動力轉換單元14的電能。在驅動發動機18為液壓發動機的實施例中，發電機8可接收來自動力轉換單元14的一股液壓流體。第一驅動組22的驅動發動機18向第一驅動組22的牽引裝置20傳送動力，該牽引裝置20將動力傳送給地面。同樣，第二驅動組24的驅動發動機18向第二驅動組24的牽引裝置20提供動力以將動力傳送給地面。
在某些實施例中，來自驅動發動機18的動力可在第一和第二驅動組22、24之間傳送。這會在例如第一驅動組22的牽引裝置20具有比第二驅動組24的牽引裝置20更多的牽引力的時候發生。在這樣的情況下，第二驅動組24的驅動發動機18不會通過第二驅動組24的牽引裝置20向地面傳送動力。然而，第二驅動組24的驅動發動機18通過組間傳動系統26將動力傳送給第二驅動組24的牽引裝置20。這樣，具有與驅動組22和24連接的組間傳動系統26的實施例可使驅動系統16將驅動發動機18的所有動力都轉換為牽引力，即使第二驅動組24的牽引裝置20具有較差的牽引力也如此。
由於驅動組22、24各自包括一個驅動組傳動系統28，單個組間傳動系統26使動力可從頭到尾傳送到工作機械10的所有牽引裝置20。此外，可將組間傳動系統26在工作機械10的寬度上置於任何位置。驅動系統16的這些屬性使它十分適用於許多不同的工作機械應用場合。例如，這一實施例在圖2中的驅動組22、24相互樞轉的應用中特別有利。在這樣的應用中，單個組間傳動系統26可延伸通過中心樞轉點38並繞該樞轉點樞轉。這使組間傳動系統26在驅動組22和24相互樞轉時可保持恆定長度。
在第一和第二驅動組22、24之間傳送動力的能力在工作機械10的重量經常在第一驅動組22的牽引裝置20和第二驅動組24的牽引裝置20之間變換的應用場合中尤其有利。例如，在輪式裝載機中，機械的重量經常在均勻分布在諸牽引裝置20上以及完全作用在第一或第二驅動組22、24的情況之間變換。
另外，驅動發動機18可根據牽引力控制和/或穩定控制的算法來工作，從而進一步加強工作機械10的性能。例如，工作機械10可包括執行軟體程序的諸控制單元，該軟體程序分析反映工作機械10的一個或多個參數的傳感器輸入量。根據分析，這些控制單元可獨立地控制驅動發動機18中的一個或多個，以防止牽引裝置20的滑移和/或工作機械10的不穩定運動。在這樣的實施例中，工作機械10可執行各種類型的牽引力控制和/或穩定控制算法來確保在工作中牽引力適當。
某些驅動系統16的實施例特別適用於執行牽引力控制和/或穩定控制算法，因為它們允許在控制各個牽引裝置20的運動的時候有很大的靈活性。例如，每個驅動組22、24中帶有差動單元32的驅動系統16使第一驅動組22的諸牽引裝置20之間有第一速度差，且在第二驅動組24的諸牽引裝置20之間有第二速度差，該第二速度差的量可與第一速度差不同。例如，第一驅動組22的一個牽引裝置20可以12轉/分的速度旋轉，而第一驅動組22的另一個牽引裝置20以14轉/分的速度旋轉，在這種情況下，第一驅動組22的諸牽引裝置20之間的速度差的量將是2轉/分。同時，第二驅動組24的一個牽引裝置20可以11轉/分的速度旋轉，而第二驅動組24的另一個牽引裝置20以15轉/分的速度旋轉，在這種情況下，第二驅動組24的諸牽引裝置20之間的速度差的量將是4轉/分。
另外，帶有可樞轉控制的牽引裝置20的驅動系統16不需要驅動發動機18來引導工作機械10的操控。這使驅動發動機18的控制簡化並減少驅動系統16的成本。此外，在第一驅動組22和第二驅動組24中都有差動單元32的驅動系統16特別適用於工作機械10通過牽引裝置20的操控。這樣的結構是第一驅動組22的牽引裝置20具有比第二驅動組24的牽引裝置20要高或低的速度差，這使不同的牽引裝置20適於在樞轉以引導工作機械10轉彎時經過不同的弧線。
另外，與所揭示的實施例相一致的驅動系統16可提供與其實際尺寸相比有較高的功率。尤其是，帶有組間驅動發動機42的驅動系統16可有效地利用工作機械10上的可用空間來提供較高的功率，從而在不同類型的地形上推動工作機械10。
所揭示的驅動系統16的實施例還使驅動發動機18和驅動組傳動系統28的元件適用於不同的最佳工作狀態。例如，將驅動組傳動系統28的元件通過運動轉換單元36的一級或多級與驅動發動機18連接(如圖5所示)可便於驅動發動機18和驅動組傳動系統28的元件進入最佳工作狀態。特別是，將驅動組傳動系統28的一根驅動軸通過一級或多級減速而與驅動發動機18連接可使驅動發動機18以高發動機轉速工作，而驅動組34以低軸轉速工作。
對於熟悉本領域技術的人員來說，顯然可以對所揭示的驅動系統進行多種修改和變型而不會背離本發明的範圍。在閱讀了本說明書和參考了此處對於該驅動系統的實施之後，對於熟悉本領域技術的人員而言，本發明的其它實施方式是顯而易見的。應認為本說明書和例子只是示例性的，本發明的實際範圍應由所附權利要求及其等效內容來限定。
權利要求
1.一種用於一工作機械的多發動機驅動系統，它包括一第一牽引裝置和一第二牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準；一第一驅動組傳動系統，該第一驅動組傳動系統將第一牽引裝置與第二牽引裝置連接；一第三牽引裝置和一第四牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準；一第二驅動組傳動系統，該第二驅動組傳動系統將第三牽引裝置與第四牽引裝置連接；一組間傳動系統，該組間傳動系統將第一驅動組傳動系統與第二驅動組傳動系統連接；一第一驅動發動機，該第一驅動發動機與分離自組間傳動系統的第一驅動組傳動系統工作連接；以及一第二驅動發動機，該第二驅動發動機與分離自組間傳動系統的第二驅動組傳動系統工作連接。
2.如權利要求1所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，該第一驅動組傳動系統包括一第一差動單元，且該第二驅動組傳動系統包括一第二差動單元。
3.如權利要求2所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，該組間傳動系統通過第一差動單元與第一驅動組傳動系統連接，且該組間傳動系統通過第二差動單元與第二驅動組傳動系統連接。
4.如權利要求3所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，該第一牽引裝置和該第二牽引裝置可相對於該第三牽引裝置和該第四牽引裝置可樞轉地操縱。
5.如權利要求2所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，還包括一第三驅動發動機，該第三驅動發動機在一點上與第一驅動組傳動系統連接，從而第一差動單元連接在第一驅動發動機和第三驅動發動機之間；以及一第四驅動發動機，該第四驅動發動機在一點上與第二驅動組傳動系統連接，從而第二差動單元連接在第二驅動發動機和第四驅動發動機之間。
6.如權利要求1所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，該第一牽引裝置和該第二牽引裝置可相對於該第三牽引裝置和該第四牽引裝置樞轉操縱。
7.如權利要求1所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，該第一驅動組傳動系統包括一運動轉換單元和一驅動軸；以及，第一驅動發動機的一輸出軸通過運動轉換單元的諸元件與驅動軸相連。
8.如權利要求1所述的多發動機驅動系統，其特徵在於，還包括一組間驅動發動機，該組間驅動發動機與組間傳動系統工作連接。
9.一種操作用於工作機械的一驅動系統的方法，該驅動系統具有一第一驅動組，兩個牽引裝置與工作機械的主要行進方向基本橫向對準；一第一驅動組傳動系統，該第一驅動組傳動系統將第一驅動組的兩個牽引裝置互相連接；以及一第一驅動發動機，該第一驅動發動機與第一驅動組傳動系統工作連接；該驅動系統還具有沿主行進方向與第一驅動組間隔開的一第二驅動組並包括兩個牽引裝置，它們與主要行進方向基本橫向對準；以及一第二驅動組傳動系統，該第二驅動組傳動系統將第二驅動組的兩個牽引裝置互相連接；並且該驅動系統具有一組間傳動系統，該組間傳動系統將第一驅動組傳動系統與第二驅動組傳動系統連接；該方法包括將動力從第一驅動發動機通過第一驅動組傳動系統的至少一部分、組間傳動系統和第二驅動組傳動系統的至少一部分傳送到第二驅動組的諸牽引裝置中的至少一個。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括在第一驅動組的諸牽引裝置之間提供一第一速度差；以及在第二驅動組的諸牽引裝置之間提供一第二速度差，其中該第二速度差的量與第一速度差不同。
全文摘要
一種用於一工作機械的多發動機驅動系統具有一第一牽引裝置和一第二牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準。該驅動系統還具有一第一驅動組傳動系統，該第一驅動組傳動系統將第一牽引裝置與第二牽引裝置連接。該驅動系統還可包括一第三牽引裝置和一第四牽引裝置，它們與工作機械的主要行進方向基本橫向對準。另外，該驅動系統還包括一第二驅動組傳動系統，該第二驅動組傳動系統將第三牽引裝置與第四牽引裝置連接。此外，該驅動裝置具有一組間傳動系統，該組間傳動系統將第一驅動組傳動系統與第二驅動組傳動系統連接。一第一驅動發動機與組間傳動系統的第一驅動組傳動系統分支工作連接。另外，該驅動系統可包括一第二驅動發動機，該第二驅動發動機與組間傳動系統的第二驅動組傳動系統分支工作連接。
文檔編號B60K17/30GK1827413SQ20061005153
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月27日 優先權日2005年2月28日
發明者K·A·凱西, R·L·莫寧 申請人:卡特彼勒公司