一种新型双动力工程机械的传动装置

摘要：虽然电动化工程机械逐渐普及，但有些工况仍需要燃油和电动双动力，为实现双动力的切换连接，设计了一种双动力传动装置。其主要由常开离合器、常闭离合器以及液压控制系统组成，能够接收两个不同动力源提供的动力。根据作业工况需求，通过液压控制系统控制离合器开闭，可实现双动力源单独或同时提供动力。

关键词：工程机械双动力；离合器；液压系统；传动装置

0 引言

随着全球对环保和可持续发展的日益重视，电动化和绿色发展逐渐成为挖掘机行业的主流趋势，拖电、纯电动、双动力挖掘机相继投放市场。在港口、码头、厂区、室内等场合，由于作业场所固定，设备移动范围小，使用电动挖掘机可以实现零排放、无污染，同时相比同吨级的柴油型设备，可节省大量的维护保养费用，综合运营成本大约能降低50%。

但纯电动挖掘机尚存在电池成本高、续航能力差、充电时间长等问题，在这类工况中，拖电式挖掘机拥有整机成本较低、无续航问题等优势，逐步获得用户的青睐。

1 当前方案存在的问题

拖电式挖掘机需要通过外接交流电实现供能，当作业地点断电时就无法实施作业。当转移场地时，无法自行转场或需要借助额外设备进行转场。因此，拖电式挖掘机的作业场地受到一定的限制。

为解决上述问题，目前有挖掘机采用双动力方案，保留常规柴油发动机和主泵系统，另外增加一套电机+主泵等液压系统。在固定作业场景方便接电时，利用电机驱动主泵进行作业，在降低使用成本的同时可减少污染物排放。在转场或缺电工况下，利用柴油发动机驱动主泵液压系统，向整机提供动力，实现转场或作业，从而避免了纯电动挖掘机工作场所受局限的弊端。

但如果将双动力系统的两个动力源连接到各自独立的液压泵及液压系统上，从而实现两种动力的独立作用，则会造成液压系统的冗余，增加整机成本。基于此，需要设计一种满足_{aa47489d588d1ab9b8eb6a0d084255e1f78fc4a20b733a917ea20dc3d1990d2c}双动力输入、输出的传动装置来满足需求。

2 新型双动力传动装置结构与原理

2.1 机械传动结构与原理

2.1.1 机械结构

双动力传动装置包括一个常开离合器和一个常闭离合器，两个离合器分别与第一动力和第二动力传动连接，两个离合器的输出端通过输出齿轮与动力输出部件相连接，离合器的开闭通过液压缸控制。第一动力一般为发动机，第二动力一般为电动机。双动力传动装置的传动原理如图1所示。

2.1.2 传动原理

双动力传动装置能够接收两个不同动力源提供的动力，正常情况下电动机通过常闭离合器为整机提供动力，此时发动机动力源处于断开状态。当缺电或需要转移场地，需要切换到发动机提供动力时，常闭离合器在液压缸作用下打开，切断电动机动力源。同时，常开离合器在液压缸作用下闭合，使发动机与输出齿轮连接，实现动力切换。当恢复供电时，通过控制离合器的开闭，切换成电动机提供动力。

其能够根据整机需要实现不同动力源提供动力，满足转场及断电等特殊情况需求。相较于现有技术方案，双动力源共用一套输出部件及传动装置，结构紧凑，成本也相对较低。

2.2 液压控制系统组成及原理

2.2.1 系统组成

双动力传动装置的液压控制系统在设计时，主要考虑常开和常闭离合器的开闭控制，同时要尽可能保证液压系统的稳定和安全。液压控制原理如图2所示。

液压控制系统主要由液压泵、电磁换向阀、开关阀、单向阀、顺序阀、溢流阀以及常开离合器液压缸和常闭离合器液压缸组成。液压系统油源通过传动箱的分动齿轮驱动独立泵实现供油，电磁换向阀可根据动力切换信号实现不同的导通方式。

2.2.2  控制原理

当需要发动机提供动力时，电磁换向阀在右工作位，系统同时为常闭离合器液压缸和常开离合器液压缸供油。在液压缸作用下常闭离合器打开，常开离合器闭合，实现电动机动力脱开，发动机动力连接。同时，由于在两液压缸供油管路之间设有顺序阀，因此只有当常闭离合器液压缸建立了一定压力，即实现常闭离合器脱开时，才会向常开离合器液压缸供油，实现常开离合器闭合。这样的设计为避免两个离合器都处于结合的临界状态，防止发动机对电动机的反拖，提高了系统的通用性和可靠性。

当需要切换成电动机提供动力时，只需将发动机熄火，传动箱的分动齿轮停止运转，齿轮泵不再给系统供油，开关阀处于导通状态，常闭离合器和常开离合器的液压缸内高压油通过开关阀回到液压油箱。此时，常闭离合器闭合，常开离合器打开，实现发动机动力脱开，电动机动力连接。

在特殊情况下，整机遇到大负载，单一动力无法满足需要时，需要双动力同时接入。此时给电磁换向阀一个信号，使其切换至左工作位，液压系统单独给常开离合器液压缸供油，从而使常开离合器闭合。同时常闭离合器也处于闭合状态，因此双动力同时接入系统。

在实际作业中，如果离合器长时间闭合或者频繁切换，液压缸内的油温会出现高温现象。为保障离合器液压缸作业的可靠性，必须对其充分散热。在该液压控制系统中，切换阀的出油口与常开离合器液压缸、常闭离合器液压缸之间分别设有单向阀。同时，在常开离合器液压缸、常闭离合器液压缸回油口与油箱之间设有开关阀，开关阀的出油口与油箱连通，控制油口与液压泵的出油口连通。

当液压泵工作时，开关阀的控制油推动阀芯，开关阀保持关闭，此时常开离合器液压缸和常闭离合器液压缸可正常充油保压。当液压泵停止工作时，开关阀处于导通工位，使常开离合器液压缸和常闭离合器液压缸内高温油回流至油箱。在离合器在持续工作或频繁切换时，单向阀的作用是防止离合器油液原路返回存储在管路中，导致油路局部高温而影响工作。

3 结束语

本文设计了一种工程机械的双动力源传动装置，能够接收两个不同动力源提供的动力。通过液压系统的控制，能够实现双动力源单独连接提供动力或者同时连接提供动力。

相较于现有技术而言，改装置不需要再额外增加泵组，传动装置整体结构简单，成本也相对较低，具有较高的推广应用价值。