一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成

1.一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，其特征在于包括：发动机(1)、发电机(2)、后主驱动电机(3)、变速箱(4)、成对设置的前轮电机(5)、PTO传动箱(6)和储能单元(7)；所述发动机(1)和所述发电机(2)动力连接，所述发电机(2)分别与所述储能单元(7)、后主驱动电机(3)和前轮电机(5)电性连接，所述储能单元(7)分别与所述后主驱动电机(3)和前轮电机(5)电性连接，所述后主驱动电机(3)动力经由变速箱(4)传输到后桥，所述后主驱动电机(3)和变速箱(4)的主轴构造均为空心轴结构，PTO传动箱(6)的PTO轴(11)依次穿过所述变速箱(4)的主轴和所述后主驱动电机(3)的主轴后和发动机(1)动力连接，所述前轮电机(5)直接驱动前车轮(12)。
2.根据权利要求1所述的一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，其特征在于：所述发电机(2)构造为飞轮集成式结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，其特征在于：还包括高压配电盒(10)，所述高压配电盒(10)分别与所述后主驱动电机(3)、储能单元(7)、后主驱动电机(3)、前轮电机(5)和发电机(2)电性连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，其特征在于：所述前轮电机(5)构造为轮边电机或轮毂电机中的一种。

一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成\n技术领域\n[0001] 本实用新型属于传动技术领域，尤其涉及一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成。\n背景技术\n[0002] 现有拖拉机传动系统按换挡方式分为手动换挡传动系，动力不间断自动换挡传动系，液压机械无级变速传动系(HMCVT)。\n[0003] 采用手动换挡传动系，拖拉机田间作业时，由于土地阻力变化大，整机负荷变化大，采用手动换挡传动系的拖拉机需要频繁停车换挡，以满足农具作业牵引力及速度要求，员工工作强度大，作业效率低，作业质量不稳定；同时，发动机转速与车辆速度直接相关，整车速度变化导致发动机转速变化范围大，发动机不能工作在一个稳定经济的转速范围内，导致油耗高、排放差、震动磨损大。\n[0004] 采用拖拉机动力不间断自动换挡传动系，指发动机到变速箱的动力不中断的车辆行驶条件下，进行的换挡过程；采用湿式多片离合器作为换挡执行机构，需要挡位变换时，换挡的两个离合器按照控制油压的变化，顺序分开与结合两个离合器，在车辆负载行驶中实现不停车换挡，解决了手动换挡传动系作业时停车换挡的问题，减少了员工作业强度、提高了操控舒适性及作业效率。但存在主要缺点如下：\n[0005] (1)、动力不间断自动换挡传动系发动机转速与车辆速度直接相关，车辆速度变化导致发动机转速变化范围大，发动机不能工作在一个稳定经济的转速范围内，发动机油耗高、排放差、震动磨损大。\n[0006] (2)拖拉机由于作业要求多，挡位数量多，该种传动系结构需要的离合器数量及比例阀很多，以160马力16挡变速箱为例：全域自动变速箱需要8个离合器8个液压比例阀；由于一致性的原因，该型传动系的换挡性能需在专用出厂试验台上调试标定，随着使用时间的增长，离合器磨损增加，换挡控制时间发生了改变，平顺性变差，产生换挡冲击。\n[0007] (3)目前，这些系统的技术基本被国外公司掌握并主要依靠进口，该传动系结构复杂、价格高、降价难、维修成本高。由于价格的原因，世界先进国家，动力换挡传动系多应用在80‑200Hp拖拉机产品上。\n[0008] (4)传统动力换挡变速箱，是单功率路线有级式传动，实现超级爬行挡(超低速)，要加很多繁复的减速轮系。并且，不能实现旋耕等主要作业时的无级传动，也就是理论上不能匹配到与旋耕机最佳的行驶速度。\n[0009] 采用液压机械无级变速传动系(HMCVT)，该传动系由液压柱塞变量泵/马达/多排行星机构/湿式离合器及制动器组成，主要优点是：通过行星排对发动机(1)功率分流成两条功率路线，一条是机械功率路线，功率直接传递到变速箱输入轴；一条是液压功率路线，经机‑液‑机功率转换过程后，与变速箱输入轴实现全部功率的汇流；通过功率分流、汇流原理，实现传动系扭矩、转速按照车辆速度与牵引力要求自动连续变化，保证车辆变速时的牵引力与速度要求。该传动系(HMCVT)实现了车辆传动系无级自动变化，员工操作强度低，操作舒适性好，作业效率、质量高；由于发动机转速、扭矩与整车速度、牵引力完全解耦(不相关)，发动机可以稳定的工作在低油耗区域，震动小、排放好。\n[0010] 该传动系(HMCVT)主要存在如下缺点：\n[0011] (1)、该传动系所采用的高压变量柱塞泵/马达、比例阀等属于精密液压偶件，对装配净洁度、使用清洁度、保养维护清洁度要求非常高，需要专用液压油，使用维护费用高昂；\n[0012] (2)、该系统变速箱采用多排行星机构与湿式离合器或制动器，实现4‑6个挡位的区域变换，该系统零件数量多，结构复杂，系统关键技术基本被国外公司掌握，产品主要依靠进口，该传动系成本高、降价难。\n[0013] (3)该传动系的传动效率低，最大仅能达到80％左右，较其他传动系效率低，燃油经济性较差。\n[0014] (4)、由于价格与使用维护的原因，该系统在中国市场使用量非常少。由于价格的原因，世界先进国家，液压机械无级变速传动系(HMCVT)，多应用在200‑‑400Hp拖拉机产品上。\n实用新型内容\n[0015] 本实用新型提供一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，采用电机调速的无级变速原理，电机低速大扭矩和调速范围宽的特性，实现发动机转速和车速解耦，作业效率高。\n[0016] 本实用新型的技术方案如下：\n[0017] 一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，包括：发动机、发电机、后主驱动电机、变速箱、成对设置的前轮电机、PTO传动箱和储能单元；所述发动机和所述发电机动力连接，所述发电机分别与所述储能单元、后主驱动电机和前轮电机电性连接，所述储能单元分别与所述后主驱动电机和前轮电机电性连接，所述后主驱动电机动力经由变速箱传输到后桥，所述后主驱动电机和变速箱的主轴构造均为空心轴结构，PTO传动箱的PTO轴(依次穿过所述变速箱的主轴和所述后主驱动电机的主轴后和发动机动力连接，所述前轮电机直接驱动前车轮。\n[0018] 本实用新型采用电机调速的无级变速原理，电机低速大扭矩和调速范围宽的特性，实现发动机转速和车速解耦，作业效率高。\n[0019] 本实用新型前轮采用轮边/轮毂电机驱动，节省了差速器和半轴等传动部件，结构简单；后轮采用后主驱动电机+变速器驱动，PTO传动箱的传动轴采用穿心结构安装，可实现全时、分时四驱，左右差速，防滑，PTO传动箱由发动机连接提供动力，配备储能单元，可实现外接充/放电，可以实现纯电行驶，结构紧凑。\n[0020] 优选的，所述发电机构造为飞轮集成式结构，结构紧凑，空间小，有利于轻量化。\n[0021] 优选的，本实用新型还包括高压配电盒，所述高压配电盒分别与所述后主驱动电机、储能单元、后主驱动电机、前轮电机和发电机电性连接。所述发电机还通过高压配电盒向前轮电机,后主驱动电机及储能单元提供电能。所述储能单元还通过高压配电盒向前轮电机,后主驱动电机提供电能。外部电能通过高压配电盒向所述储能单元提供电能，所述储能单元还可通过高压配电盒向外部提供电能。\n[0022] 具体的，所述前轮电机构造为轮边电机或轮毂电机中的一种，结构简单，成本低。\n[0023] 本实用新型的有益效果是：\n[0024] 采用电机无极调速，电机低速大扭矩和调速范围宽的特性，实现发动机转速和车速解耦，作业效率高。\n[0025] 采用前轮轮边电机，以电子差速控制技术控制，精度更高，取消机械差速装置轻量化，简化零部件可减低噪音震动；\n[0026] 有利于整车总布置的优化和整车动力学性能的匹配优化；\n[0027] 转弯半径小：每一侧车轮单独控制，分时、全时四驱；\n[0028] 电机容易实现反转，倒车便捷；\n[0029] 电池辅助供电，电机短时过载能力，爬坡过坎能力强；\n[0030] 电机扭矩大，发动机启动性能好；\n[0031] 整车起步快，加速性好；\n[0032] 电机低速稳定运行，实现拖拉机超低速爬行；\n[0033] 发动机转速和车速解耦，结合能量回收，行驶过程可以实现节油；\n[0034] 利用作业过程转弯等负荷小的时候，可以能力回收，实现节油。\n附图说明\n[0035] 图1是本实用新型的结构示意图。\n[0036] 图2是本实用新型所述的PTO传动箱的动力连接结构图。\n[0037] 图中：1‑发动机，2‑发电机，3‑后主驱动电机，4‑变速箱，5‑前轮电机，6‑PTO传动箱，7‑储能单元，8‑充电接口，9‑供电接口，10‑高压配电盒，11‑PTO轴，12‑前车轮。\n具体实施方式\n[0038] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。\n[0039] 实施例1：\n[0040] 如图1和图2所示，一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，包括：发动机1、发电机2、后主驱动电机3、变速箱4、成对设置的前轮电机5、PTO传动箱6和储能单元7；\n所述发动机1和所述发电机2动力连接，所述发电机2分别与所述储能单元7、后主驱动电机3和前轮电机5电性连接，所述储能单元7分别与所述后主驱动电机3和前轮电机5电性连接，所述后主驱动电机3动力经由变速箱4传输到后桥，所述后主驱动电机3和变速箱4的主轴构造均为空心轴结构，PTO传动箱6的PTO轴11依次穿过所述变速箱4的主轴和所述后主驱动电机3的主轴后和发动机1动力连接，所述前轮电机5直接驱动前车轮12。\n[0041] 本实施例的工作原理如下：PTO传动箱6的PTO轴11穿过所述后主驱动电机3和变速箱4后和发动机1动力连接，后桥采用后主驱动电机3+变速箱4驱动，前桥采用发电机2和或储能单元7驱动前轮电机5进行驱动，发动机1与PTO传动箱6直接传动连接用于提供输出动力，所述发动机1与发电机2连接，所述发电机2向后主驱动电机3、前轮电机5和储能单元7提供电能，所述储能单元7也可向后主驱动电机3和前轮电机5提供电能。\n[0042] 实施例2：\n[0043] 如图1和图2所示，一种机械穿心PTO结构的电驱式拖拉机CVT动力总成，包括：发动机1、发电机2、后主驱动电机3、变速箱4、成对设置的前轮电机5、PTO传动箱6、储能单元7、充电接口8和供电接口9；所述充电接口8和所述供电接口9均与所述储能单元7电性连接，可实现外接充/放电；\n[0044] 所述发动机1和所述发电机2动力连接，所述发电机2分别与所述储能单元7、后主驱动电机3和前轮电机5电性连接，所述储能单元7分别与所述后主驱动电机3和前轮电机5电性连接，所述后主驱动电机3动力经由变速箱4传输到后桥，所述后主驱动电机3和变速箱\n4的主轴构造均为空心轴结构，PTO传动箱6的PTO轴11依次穿过所述变速箱4的主轴和所述后主驱动电机3的主轴后和发动机1动力连接，PTO传动箱6设置在后桥后方，所述前轮电机5直接驱动前车轮12。\n[0045] 本实用新型采用电机调速的无级变速原理，电机低速大扭矩和调速范围宽的特性，实现发动机转速和车速解耦，作业效率高。\n[0046] 本实施例中，所述发电机2构造为飞轮集成式结构，本实施例中，所述发电机2构造为飞轮集成式结构，如中国专利CN107979229A公开的一种飞轮发电机结构，包括曲轴、飞轮和飞轮壳，所述飞轮和飞轮壳之间的发电组件。集成度高，结构简单，结构紧凑，空间小，有利于轻量化。\n[0047] 本实施例还包括高压配电盒10，所述高压配电盒10分别与所述后主驱动电机3、储能单元7、后主驱动电机3、前轮电机5和发电机2电性连接。所述发电机还通过高压配电盒10向前轮电机5,后主驱动电机3及储能单元7提供电能。所述储能单元7还通过高压配电盒向前轮电机,后主驱动电机3提供电能。外部电能通过高压配电盒10向所述储能单元7提供电能，所述储能单元7还可通过高压配电盒10向外部提供电能。\n[0048] 本实施例中，所述前轮电机5构造为轮边电机结构简单，即前轮电机布置在车桥两侧所述前轮电机5是装在车轮边上以单独驱动该车轮的电机。成本低本实施例可实现全时、分时四驱，可实现左右差速，防滑；高度电动集成，可实现无人化；PTO传动箱6由发动机1动力穿心连接输出，结构紧凑；配备储能单元7，可以实现纯电行驶，配置充电接口Plug_in、供电接口Plug_out，可实现外接充/放电；可监测控制轮边速度，实现防滑控制。\n[0049] 实施例3：\n[0050] 本实施例和上述实施例2的不同之处在于，所述前轮电机5为轮毂电机，前轮电机5嵌在车轮牯辘中，定子固定在轮胎上，转子固定在车轴上而不是将动力通过传动轴的形式传递到车轮。将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内,简化了机械机械机构。