上装取力装置、上装取力系统及工程车辆的制作方法

1.本技术涉及工程机械技术领域，具体地，涉及一种上装取力装置、上装取力系统及工程车辆。


背景技术：

2.传统的工程车辆，发动机动力一部分进入底盘驱动车辆前进，另一部分从取力器输出为工程车辆的上装系统提供动力。
3.现有的取力结构中，取力器通过离合器与发动机的输出轴连接，由于使用固定齿轮速比，没有调速机构，无法进行调速，当车辆在低速运行时，取力机构转速低，取力小，无法给上装系统提供充足动力；当车速过高时，取力机构转速高，取力大。由此，取力机构取力大小与车速成正比，取力变化直接影响上装系统工作，且车辆换挡时引起抖动噪音等，从而上述都会导致上装系统工作不稳定。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种上装取力装置、上装取力系统及工程车辆，用以解决现有技术中存在的不足。
5.为达上述目的，第一方面，本技术提供了一种上装取力装置，应用于工程车辆，所述上装取力装置包括：
6.行星轮机构，包括太阳轮、行星架和齿圈，所述齿圈连接所述工程车辆的上装总成的上装输入轴；
7.取力轴，一端与所述行星架连接，另一端用于与所述工程车辆的变速箱连接；和
8.调速电机，所述调速电机的电机轴与所述太阳轮连接，所述调速电机位于所述行星轮机构远离所述取力轴的一侧。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述取力轴与所述变速箱的输出轴通过传动组件连接。
11.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述传动组件为联轴器。
12.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述传动组件包括第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述第一传动齿轮设置于所述取力轴，所述第二传动齿轮用于设置在所述变速箱的输出轴，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮相互啮合。
13.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述齿圈的内周面设有与形星轮架上的行星轮啮合的内齿部，所述齿圈的外周面设有外齿部，所述外齿部与所述上装输入轴上的第三传动齿轮相啮合。
14.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述调速电机为为永磁式电机或异步电机，所述永磁式电机或所述异步电机用于机械能转化为电能或将电能转化机械能。
15.结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述太阳轮、所述齿圈和所述行星架满
足如下关系：
16.ws+k*wr＝(1+k)*w
pc
；
17.其中，ws为所述太阳轮转速，wr为所述齿圈转速，w
pc
为行星架转速，k为所述齿圈的内周面的齿数与所述太阳轮的齿数的比值。
18.为达上述目的，第三方面，本技术还提供了一种上装取力系统，包括电能装置及根据上述第二方面提供的上装取力装置，所述电能装置与所述调速电机连接，所述电能装置用于存提供电能或回收电能。
19.作为上述技术方案的进一步改进：
20.结合第二方面，在一种可能的实施方式中，所述电能装置包括电池模组及电能转换模组，所述电池模组通过所述电能转换模组与所述调速电机连接，所述电池模组用于提供电能或回收电能。
21.为达上述目的，第三方面，本技术还提供了一种工程车辆，包括车辆本体和上装总成，所述上装总成设置于所述车辆本体上，所述上装总成中应用了根据上述第三方面提供的上装取力系统。
22.相比于现有技术，本技术的有益效果：
23.本技术提供了一种上装取力装置、上装取力系统及工程车辆，其中，上装取力装置通过取力轴从工程车辆的变速箱取力，然后通过齿圈输出给上装输入轴；上述取力轴在取力时，通过调速电机驱动太阳轮转动，以确保齿圈输出转速为需求的转速。具体的，对于变速箱输出的转速较小时，调速电机提供辅助动力；对于变速箱输出的转速较大时，调速电机可作为发电机将多余的功率通过发电回收，从而节约能源。因此不论工程车辆在何种车速下，只需通过调速电机输入匹配的转速，就可以使齿圈以稳定转速输出，从而确保工程车辆的上装总成的工作保持稳定。
24.另外，当上装总成不需要动力时，控制调速电机为空转状态，由此太阳轮不受约束，扭矩将不会通过行星轮机构传递至上装总成，从而无需在取力轴与变速箱之间增设离合器等脱开机构，简化结构，降低成本。
25.本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
26.附图是用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
27.图1示出了本技术实施例提供的一种上装取力系统的模块化示意图；
28.图2示出了本技术实施例提供的一种上装取力装置从变速箱的输出轴取力的结构示意图。
29.附图标记说明：
30.100、上装取力装置；110、行星轮机构；111、太阳轮；112、行星架；113、齿圈；120、取力轴；130、调速电机；140、传动组件；141、第一传动齿轮；142、第二传动齿轮；
31.200、变速箱；210、输出轴；
32.300、上装输入轴；
33.400、电能装置；410、电池模组；420、电能转换模组。
具体实施方式
34.以下结合附图对本技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术实施例，并不用于限制本技术实施例。
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在本技术实施例中，需要理解的，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
38.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
39.下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本技术。
40.实施例一
41.请参阅图1及图2，本实施例提供了一种上装取力装置100，应用于工程车辆。其中，上装取力装置100用于向工程车辆的变速箱200取力，以为工程车辆的上装总成提供动力。
42.在本实施例中，上装取力装置100包括行星轮机构110、取力轴120和调速电机130。其中，行星轮机构110包括太阳轮111、行星架112和齿圈113，太阳轮111位于齿圈113的中部，行星架112位于太阳轮111与行星架112之间，行星架112通过至少三个行星轮分别与太阳轮111和齿圈113啮合。
43.进一步的，齿圈113连接工程车辆的上装总成的上装输入轴300，用于将动力传递至上装输入轴300，然后由上装输入轴300驱动上装总成工作。
44.取力轴120的一端与行星架112连接，取力轴120的另一端用于与工程车辆的变速箱200连接，变速箱200连接了工程车辆的发动机。
45.调速电机130的电机轴与太阳轮111连接，调速电机130位于行星轮机构110远离取力轴120的一侧。由此，在本实施例中，调速电机130与取力轴120分别位于行星轮机构110的两侧，结构上更简单可靠，装配方便。可以理解的，由于取力轴120直接向变速箱200取力，通过变速箱200输出的扭矩已经满足上装总成的需求，因此，在本实施例中，齿圈113与上装输入轴300之间无需再设置减速机构来降速增扭，从而使得上装取力装置100具有足够的安装
空间，由此可将调速电机130与取力轴120分别位于行星轮机构110的两侧，从而使得整体结构上更简单可靠，装配方便。
46.进一步的，取力轴120与变速箱200的输出轴210通过传动组件140连接，由此，变速箱200的输出轴210输出的转速可通过传动组件140传递给取力轴120，以驱动取力轴120转动。
47.在一些实施例中，传动组件140为联轴器，通过联轴器连接取力轴120与变速箱200的输出轴210，联轴器在传递运动和动力过程中一同回转，在正常情况下不脱开。同时联轴器还可以作为一种安全装置用来防止被联接的取力轴120承受过大的载荷，起到过载保护的作用。
48.可选地，联轴器可选择为刚性联轴器、挠性联轴器或安全联轴器。
49.在本实施例中，传动组件140包括第一传动齿轮141和第二传动齿轮142，第一传动齿轮141设置于取力轴120，第二传动齿轮142用于设置在变速箱200的输出轴210，第一传动齿轮141和第二传动齿轮142相互啮合。由此，通过第一传动齿轮141和第二传动齿轮142连接取力轴120与变速箱200的输出轴210，可以将变速箱200与行星轮机构110布置在同一侧，减少轴线方向的长度，从而通过合理布置变速箱200与行星轮机构110，节约空间，并且使得结构上更紧凑。
50.进一步的，第一传动齿轮141和第二传动齿轮142的大小可根据设计需求进行调整，从而获得不同的传动比。具体可分以下三种方式：
51.第一种方式，第一传动齿轮141与第二传动齿轮142大小齿数一致，由此，第一传动齿轮141与第二传动齿轮142之间的传动比为1:1；
52.第二种方式，第一传动齿轮141大于第二传动齿轮142，由此，第一传动齿轮141与第二传动齿轮142之间为减速传递；
53.第三种方式，第一传动齿轮141小于第二传动齿轮142，由此，第一传动齿轮141与第二传动齿轮142之间为加速传递。
54.上述三种方式，可根据实际需求进行选择，确保传递给取力轴120的扭矩满足预设要求。
55.进一步的，上装输入轴300上设有第三传动齿轮(图未示)，第三传动齿轮与齿圈113相互啮合。具体的，齿圈113的内周面设有与形星轮架上的行星轮啮合的内齿部，齿圈113的外周面设有外齿部，外齿部与上装输入轴300上的第三传动齿轮相啮合。
56.在本实施例中，当工程车辆的上装取力装置100工作时，第一传动齿轮141从变速箱200输出轴210的第二传动齿轮142取力，所得转速与变速箱200输出轴210的转速成一定比例关系，此转速作为行星轮机构110的输入转速，经过行星轮机构110和调速电机130的调节作用，以使齿圈113输出的转速保持恒定，从而上装输入轴300的转速保持恒定。
57.进一步的，太阳轮111、齿圈113和行星架112满足如下关系：
58.ws+k*wr＝(1+k)*w
pc
；
59.其中，ws为所述太阳轮111转速，wr为所述齿圈113转速，w
pc
为行星架112转速，k为所述齿圈113的内周面的齿数与所述太阳轮111的齿数的比值。
60.进一步的，可选地，调速电机130为永磁式电机或异步电机，永磁式电机或异步电机均可以将机械能转化为电能或将电能转化机械能。由此，调速电机130在本实施例中，根
据需求可作为电动机或发电机使用。
61.本实施例提供的上装取力装置100通过取力轴120从工程车辆的变速箱200取力，然后通过齿圈113输出给上装输入轴300；上述取力轴120在取力时，通过调速电机130驱动太阳轮111转动，以确保齿圈113输出转速为需求的转速。具体的，对于变速箱200输出的转速较小时，调速电机130提供辅助动力；对于变速箱200输出的转速较大时，调速电机130可作为发电机将多余的功率通过发电回收，从而节约能源。因此不论工程车辆在何种车速下，只需通过调速电机130输入匹配的转速，就可以使齿圈113以稳定转速输出，从而确保工程车辆的上装总成的工作保持稳定。
62.另外，当上装总成不需要动力时，控制调速电机130为空转状态，由此太阳轮111不受约束，扭矩将不会通过行星轮机构110传递至上装总成，从而无需在取力轴120与变速箱200之间增设离合器等脱开机构，简化结构，降低成本。
63.需要说明的，常规的取力器不取力时，需要通过离合器或者脱开机构中断取力。而在本实施例中，行星轮机构110中的太阳轮111、行星架112和齿圈113分别对应三个自由度，其中任意一个输入，另一个输出，第三个方向必须具备约束，以此才能传递扭矩。本实施例中，调速电机130通过电机控制器进行调控，通过电机控制器使调速电机130不产生扭矩，只是空转而不发电，则行星架112不会将扭矩传递至齿圈113，由此齿圈113的转速为0，从而不会有动力传递给上装输入轴300。因此无需在取力轴120与变速箱200之间增设离合器等脱开机构，简化结构，降低成本。
64.进一步的，本实施例取力轴120从变速箱200取力为主，调速电机130进行辅助调速和补充动力为辅，因此，选用调速电机130的扭矩和转速更小，起到减小调速电机130体积和成本的目的，整体结构更为简洁，装配方便。
65.实施例二
66.请参阅图1及图2，本实施例提供了一种上装取力系统。上装取力系统包括电能装置400及上述实施例一提供的上装取力装置100。
67.其中，电能装置400与调速电机130连接，电能装置400用于存提供电能或回收电能。具体的，对于变速箱200输出的转速较小时，电能装置400为调速电机130提供电能，以驱动调速电机130转动，从而为行星轮机构110提供辅助动力；对于变速箱200输出的转速较大时，调速电机130可作为发电机将多余的功率通过发电并由电能装置400回收，从而节约能源。
68.进一步的，电能装置400包括电池模组410及电能转换模组420，电池模组410通过电能转换模组420与调速电机130连接，电池模组410用于提供电能或回收电能。具体的，电池模组410电性连接电能转换模组420，电能转换模组420电性连接调速电机130。可选地，电能转换模组420为ad/ac转换模组。
69.由此，电池模组410可通过dc/ac转换模组调速电机130转动，从而为行星轮机构110提供辅助动力；当调速电机130为一个发电机时，发出的电能通过dc/ac转换模组存储于电池模组410中，以进行备用。
70.本实施例还一并提供了一种工程车辆。工程车辆包括车辆本体和上装总成，上装总成设置于车辆本体上，上装总成中应用了上述提供的上装取力系统。以上结合附图详细描述了本技术实施例的可选实施方式，但是，本技术实施例并不限于上述实施方式中的具
体细节，在本技术实施例的技术构思范围内，可以对本技术实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本技术实施例的保护范围。
71.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本技术实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
72.此外，本技术实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本技术实施例的思想，其同样应当视为本技术实施例所公开的内容。

技术特征：
1.一种上装取力装置，应用于工程车辆，其特征在于，所述上装取力装置(100)包括：行星轮机构(110)，包括太阳轮(111)、行星架(112)和齿圈(113)，所述齿圈(113)连接所述工程车辆的上装总成的上装输入轴(300)；取力轴(120)，一端与所述行星架(112)连接，另一端用于与所述工程车辆的变速箱(200)连接；和调速电机(130)，所述调速电机(130)的电机轴与所述太阳轮(111)连接，所述调速电机(130)位于所述行星轮机构(110)远离所述取力轴(120)的一侧。2.根据权利要求1所述的上装取力装置，其特征在于，所述取力轴(120)与所述变速箱(200)的输出轴(210)通过传动组件(140)连接。3.根据权利要求2所述的上装取力装置，其特征在于，所述传动组件(140)为联轴器。4.根据权利要求2所述的上装取力装置，其特征在于，所述传动组件(140)包括第一传动齿轮(141)和第二传动齿轮(142)，所述第一传动齿轮(141)设置于所述取力轴(120)，所述第二传动齿轮(142)用于设置在所述变速箱(200)的输出轴(210)，所述第一传动齿轮(141)和所述第二传动齿轮(142)相互啮合。5.根据权利要求1所述的上装取力装置，其特征在于，所述齿圈(113)的内周面设有与形星轮架上的行星轮啮合的内齿部，所述齿圈(113)的外周面设有外齿部，所述外齿部与所述上装输入轴(300)上的第三传动齿轮相啮合。6.根据权利要求1所述的上装取力装置，其特征在于，所述调速电机(130)为永磁式电机或异步电机，所述永磁式电机或所述异步电机用于机械能转化为电能或将电能转化机械能。7.根据权利要求1-6中任一项所述的上装取力装置，其特征在于，所述太阳轮(111)、所述齿圈(113)和所述行星架(112)满足如下关系：w
s
+k*w
r
＝(1+k)*w
pc
；其中，w
s
为所述太阳轮(111)转速，w
r
为所述齿圈(113)转速，w
pc
为行星架(112)转速，k为所述齿圈(113)的内周面的齿数与所述太阳轮(111)的齿数的比值。8.一种上装取力系统，其特征在于，包括电能装置(400)及根据权利要求1-7中任一项所述的上装取力装置(100)，所述电能装置(400)与所述调速电机(130)连接，所述电能装置(400)用于存提供电能或回收电能。9.根据权利要求8所述的上装取力系统，其特征在于，所述电能装置(400)包括电池模组(410)及电能转换模组(420)，所述电池模组(410)通过所述电能转换模组(420)与所述调速电机(130)连接，所述电池模组(410)用于提供电能或回收电能。10.一种工程车辆，其特征在于，包括车辆本体和上装总成，所述上装总成设置于所述车辆本体上，所述上装总成中应用了根据权利要求8-9中任一项所述的上装取力系统。

技术总结
本申请提供了一种上装取力装置、上装取力系统及工程车辆，涉及工程机械技术领域。上装取力装置包括行星轮机构、取力轴和调速电机；行星轮机构包括太阳轮、行星架和齿圈，齿圈连接工程车辆的上装总成的上装输入轴；取力轴一端与行星架连接，另一端用于与工程车辆的变速箱连接；调速电机的电机轴与太阳轮连接，调速电机位于行星轮机构远离取力轴的一侧。本申请提供的上装取力装置应用与工程车辆中，不论工程车辆在何种车速下，只需通过调速电机输入匹配的转速，就可以使齿圈以稳定转速输出，从而确保工程车辆的上装总成的工作保持稳定。并且无需在取力轴与变速箱之间增设离合器等脱开机构，简化结构，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：赖勇 徐舟 何兴 熊亚坤 张俊深
受保护的技术使用者：长沙中联重科环境产业有限公司
技术研发日：2023.01.04
技术公布日：2023/6/28