專利名稱：一種全地形混合動力底盤的制作方法
技術領域：
本實用新型為一種全地形混合動力底盤，涉及到農業機械領域。
背景技術：
我國丘陵山區面積約占國土總面積的70%，而且丘陵山區具有坡度大、地塊小、地形不規則、機耕道狹窄等特有自然條件，使得山區農業機械不僅要求其底盤能夠適應各種復雜地形，在橫向作業時，還要能有效避免翻傾，保證作業安全，還要求作業機械能夠實現遠距離、長時間和重載作業。目前，山區農業機械中普遍采用輪式或履帶式動力底盤。輪式底盤具有結構簡單、速度高和能耗低的優點，但是不適合跨越溝壑、地壟等障礙，越障能力差；履帶式底盤在松軟、不平坦地形具有較高的穿越能力和良好的環境適應性，對土壤的壓實破環小，但是存在行駛阻力較大和能耗高的缺點。近年來，有很多學者對輪履復合式移動平臺進行了研發，使其能夠融合輪式和履帶式動力底盤的優點，但是研究應用領域集中在 小型移動機器人方面。中國專利文獻號CN1644328A給出了一種小型輪履腿復合式移動機器人機構，其特征在于結構緊湊、體積小、重量輕，融合輪式和履帶式動力底盤的優點，可以根據不同的地形條件變換運動模式。但是該專利以偵和探測為主要功能，采用電池作為動力能源，動力性和續航能力有限，不適合遠距離、長時間和重載作業。鑒于此，很有必要提出一種適合于山區的農業機械動力底盤。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種適用于山區農業機械的動力底盤。該全地形混合動力底盤采用油電混合驅動，驅動系統中配置交流發電機，可在作業機械行進中為電池充電，增強續航能力，并且融合輪式機構和履帶機構的優點，可以根據不同的地形條件切換為輪式或履帶式行走方式，可利用輪子實現高速遠距離運動，利用履帶擺臂提高其越障能力和環境適應力，并采用可升降驅動輪機構，可實現底盤離地間隙的調整，在坡地橫向作業時，也可以調整左右兩側驅動輪升降的高度，保持底盤機架的水平，避免作業機械的側翻。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是所述底盤采用對稱結構，由車體和四個結構尺寸相同的運動單元組成，每個運動單元包括一個可升降驅動輪機構和一個履帶擺臂機構；四個可升降驅動輪分別采用輪轂電機驅動；履帶擺臂機構采用后輪驅動，由柴油發動機提供動力，四條履帶擺臂配置在車輪內偵牝不僅能夠實現履帶自身的旋轉運動，而且能夠繞履帶驅動輪中心軸擺動。所述的混合動力裝置包括柴油發動機、離合器、交流發電機、整流器、蓄電池、電動機和控制單元，柴油發動機經由離合器與交流發電機連接，帶動交流發電機發電，電流經過整流器整流之后儲存到蓄電池，蓄電池儲存的電能提供給四組可升降驅動輪的輪轂驅動電機及控制單元使用，并由控制單元控制蓄電池和電動機以及各驅動電機連接狀態。所述的可升降驅動輪機構，由固定在機架上的直流電機驅動，直流電機的輸出軸與擺臂通過一對內齒輪連接，擺臂與驅動輪鉸接。驅動電機帶動內齒輪副，使擺臂旋轉，擺臂帶動驅動輪繞內齒輪副的中心軸旋轉，通過改變擺臂的旋轉角度實現驅動輪升降高度的調整。整個底盤對稱布置了四組可升降驅動輪機構，每組可升降機構分別利用一個直流電機獨立驅動，通過控制每組可升降驅動輪機構擺臂的旋轉角度，可以實現驅動輪的升降，進而實現整個底盤離地間隙的調節，如在坡地橫向作業時，也可以調整底盤位置，保持底盤機架的水平，有效避免作業機械的側翻。而且通過履帶擺臂或履帶擺臂和驅動輪的復合運動，可實現復雜農田環境的越障爬坡運動。驅動輪采用輪轂電機驅動，簡化了動力驅動裝置。所述的可升降驅動輪機構的驅動電機固定在車架上，機構中的擺臂一端經一級內齒輪減速器與驅動電機輸出軸連接，另一端與驅動輪驅動中心連接；擺臂繞驅動電機輸出軸中心軸線旋轉，可帶動驅動輪繞驅動電機輸出軸中心軸線旋轉，實現驅動輪的升降；擺臂旋轉角度由控制單元控制。所述的履帶擺臂內外軸傳動機構，其特征在于在同一傳動中心傳遞兩個運動；一個運動是變速箱輸出軸的旋轉運動經梯形牙嵌式離合器傳遞到內軸，內軸與履帶擺臂驅 動輪連接，構成履帶擺臂機構驅動輪傳動鏈；另一個是履帶擺臂機構中搖臂驅動電機的輸出軸運動經一級齒輪減速傳遞到與內軸同心并帶有凸緣結構的外軸，外軸凸緣與履帶擺臂機構中的搖臂與栓接，以傳遞擺臂擺動所需動力。這樣，履帶擺臂機構，不僅能夠實現履帶自身的旋轉運動，而且能夠繞擺臂機構驅動輪中心軸擺動。本實用新型具有如下特點I、采用混合動力裝置驅動，可以增強底盤的動力性、提高能量利用率，動力裝置中配置發電機可在運行過程為蓄電池充電，為各驅動電機提供能源，不僅可以避免單獨為蓄電池充電所帶來的耗時問題，還可以增強電池的續航能力。2、融合了輪式和履帶式機構的優點，即具有輪式機構速度高、能耗低的優點，還具有履帶式機構越障能力強、環境適應力強和對地面壓實破壞小的優點。3、采用可升降驅動輪機構，可實現底盤離地間隙可調，在坡地橫向作業時，也可以調整底盤高度，保持底盤機架的水平，有效避免作業機械的側翻。4、驅動輪采用輪轂電機驅動，簡化了底盤驅動裝置，使得整個底盤結構緊湊。
圖I為全地形混合動力底盤的結構圖圖2為可升降驅動輪機構結構圖圖3為履帶擺臂結構圖圖4為內外軸傳動結構圖圖5為可升降驅動輪運動時底盤形態示意圖圖6為履帶擺臂運動時底盤形態示意圖圖7為斜坡橫向運動時底盤形態示意圖圖8為越障爬坡時底盤形態示意圖
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。[0025]如圖I所示，本實用新型可升降驅動輪機構(7)、履帶擺臂機構(24)和混合動力裝置。四組可升降驅動輪機構(7)和履帶擺臂機構(24)左右各兩套分置于車架(I)兩側，混合動力裝置則布置在車架(I)上。所述的混合動力裝置包括柴油發動機(2)、離合器(3)、交流發電機(4)、整流器(29)、蓄電池(28)、電動機(6)和控制單元(5)，柴油發動機(2)經由離合器(3)與交流發電機⑷連接，帶動交流發電機⑷發電，電流經過整流器(29)儲存到蓄電池(28)，蓄電池
(28)驅動電動機(6)，離合器(3)開啟，由蓄電池(28)驅動電動機單獨提供履帶擺臂機構的驅動動力；離合器(3)關閉，重載工況通過控制單元(6)啟動電動機實現雙動力流驅動，否則由柴油發動機(2)單獨提供履帶擺臂的驅動動力。圖2所示的是可升降驅動輪機構，驅動電機⑶固定在車架⑴上，與擺臂(10)通過一對內齒輪(9)連接，擺臂(10)與驅動輪鉸接。驅動電機(8)帶動內齒輪副(9)，使擺臂(10)旋轉，擺臂(10)帶動驅動輪繞內齒輪副(9)的中心軸旋轉，通過改變擺臂(10)的旋轉角度實現對驅動輪升降高度的控制。驅動輪采用輪轂電機(11)驅動，使得整個底盤動·圖3所示的履帶擺臂機構(24)包括橡膠履帶(27)、驅動輪(18)、搖臂(17)、張緊輪(26)和支重輪(25)。支重輪(25)與搖臂(17)連接，搖臂(17) —端與張緊輪固接，另一端可隨著與驅動輪連接的內外軸的外軸旋轉。履帶擺臂機構與安裝在機架(I)上的變速箱輸出軸相連，安裝在可升降驅動輪機構的內側，在不干涉外側可升降驅動輪機構(7)的運動下，減小整個底盤裝置的結構尺寸。為了實現在一個傳動中心傳動履帶驅動輪動力傳輸和履帶擺臂機構搖臂(17)的旋轉運動兩個運動，履帶擺臂機構(24)采用了一種內外軸傳動機構，電機(22)輸出軸的運動經過一級齒輪(21)減速構成履帶擺臂繞驅動輪中心軸線的旋轉運動，設計了與內軸(14)同心的帶凸緣結構的外軸(20)，齒輪(16)和外軸(20)通過鍵連接，外軸(20)通過凸緣與履帶擺臂的搖臂連接以傳遞擺動所需的動力，內軸(14)通過離合器(13)與變速箱(23)輸出軸(12)相連，提供驅動履帶擺臂驅動輪(18)的動力。內外軸傳動結構如圖4所示。本實用新型的工作過程如下在平整路面，控制單元(5)發出控制信號，使得履帶擺臂機構中的電機(22)的輸出軸旋轉，并經一級齒輪減速裝置帶動外軸(20)旋轉，傳遞運動到搖臂(17)，這樣履帶擺臂機構(24)旋轉一定角度，與地面保持一定夾角，即四組履帶擺臂機構(24)均于地面無接觸，整個車架只由四個可升降驅動輪支撐，蓄電池(28)帶動輪轂電機(11)驅動驅動輪。本全地形混合動力底盤的工作形態如圖5所示。此時可充分發揮輪式運動的快速性和低能耗性，實現長距離快速移動。在崎嶇泥濘等復雜路面，控制單元(5)發出控制信號，使得電機(8)輸出軸旋轉，帶動擺臂(10)運動，調節可升降驅動輪機構(7)升降，同時使得履帶擺臂機構中的電機
(22)的輸出軸旋轉，并經一級齒輪減速裝置帶動外軸(20)旋轉，帶動搖臂(17)旋轉，這樣履帶擺臂機構(24)旋轉一定角度，直到履帶擺臂與地面接觸，此時本全地形混合動力底盤的工作形態如圖6所示。此時可充分發揮履帶較高的穿越能力和良好的環境適應性，還能利用履帶較小的接地比壓，減小對地面的壓實和破環，增強本底盤在農業耕作機械中應用優勢。[0032]在履帶工作狀態，輕載工況，柴油發動機(2)經由離合器(3)與交流發電機⑷連接，帶動交流發電機⑷發電，電流經過整流器(29)儲存到蓄電池(28)，蓄電池(28)驅動電動機(6)，離合器(3)開啟，由蓄電池(28)驅動電動機單獨提供履帶擺臂機構的驅動動力；否則離合器(3)關閉，重載工況通過控制單元(6)發出信號啟動電動機實現雙動力流驅動，否則由柴油發動機(2)單獨提供履帶擺臂的驅動動力。在斜坡橫向行駛或者在有高度差的道路行駛，控制單元(6)通過分別控制四組可升降驅動輪機構的驅動電機，調整底盤位置，保持底盤機架的水平，避免作業機械的側翻。此時本全地形混合動力底盤的工作形態如圖7所示。通過控制各履帶擺臂旋轉的角度，本全地形混合動力底盤還可實現越障爬坡。具 體工作過程當遇到障礙或者坡道時，位于車架前方的兩組履帶擺臂結構旋轉，搭在坡道或者障礙上，用于越障。此時本全地形混合動力底盤的工作形態如圖8所示。
權利要求1.一種全地形混合動力底盤，包括可升降驅動輪機構、履帶擺臂機構和混合動力裝置；其特征在于底盤采用對稱結構，由車體和四個結構尺寸相同的運動單元組成，每個運動單元包括一個可升降驅動輪機構和一個履帶擺臂機構；四個可升降驅動輪分別采用輪轂電機驅動；履帶擺臂機構采用后輪驅動，由柴油發動機提供動力，四條履帶擺臂配置在車輪內側，不僅能夠實現履帶自身的旋轉運動，而且能夠繞履帶驅動輪中心軸擺動。
2.根據權利要求I所述的全地形混合動力底盤，其特征在于采用可升降驅動輪機構和履帶擺臂機構的復合行走裝置，不僅具有輪式快速運動的特點，通過控制驅動輪機構中擺臂的旋轉角度，還能調整各個驅動輪的升降高度，可實現離地間隙的調整；在坡地橫向作業時，也可以調整左右兩側驅動輪升降的高度，保持底盤機架的水平，避免作業機械的側翻；而且通過履帶擺臂或履帶擺臂和驅動輪的復合運動，可實現復雜農田環境的越障爬坡運動。
3.根據權利要求I所述的全地形混合動力底盤，混合動力裝置括柴油發動機(2)、離合器(3)、交流發電機(4)、整流器(29)、蓄電池(28)、電動機(6)和控制單元(5)，其特征在于柴油發動機(2)經離合器與交流發電機(4)連接，柴油發動機工作時，結合離合器(3)，柴油機帶動交流發電機(4)發電，電流經過整流器(29)整流后儲存到蓄電池(28)，實現底盤行進過程中對蓄電池的充電；蓄電池為各驅動電機提供能源，電動機和各驅動電機由控制單元控制。
4.根據權利要求I所述的全地形混合動力底盤，其特征在于可升降驅動輪機構的驅動電機(8)固定在車架(I)上，機構中的擺臂(10) —端經一級內齒輪減速器與驅動電機輸出軸連接，另一端與驅動輪驅動中心連接；擺臂(10)繞驅動電機輸出軸中心軸線旋轉，可帶動驅動輪繞驅動電機(8)輸出軸中心軸線旋轉，實現驅動輪的升降；擺臂旋轉角度由控制單元(5)控制。
5.根據權利要求I所述的全地形混合動力底盤，履帶擺臂機構采用了一種內外軸傳動機構，其特征在于在同一傳動中心傳遞兩個運動；一個運動是變速箱輸出軸(12)的旋轉運動經梯形牙嵌式離合器(13)傳遞到內軸(14)，構成履帶擺臂機構驅動輪傳動鏈；另一個是履帶擺臂機構中搖臂驅動電機(22)的輸出軸運動經一級齒輪減速傳遞到與內軸(14)同心并帶有凸緣結構的外軸(22)，外軸凸緣與履帶擺臂機構中的搖臂(17)與栓接，以傳遞擺臂擺動所需動力。
專利摘要一種全地形混合動力底盤，屬于農業機械領域。其特征在于底盤采用對稱結構，由車體和四個結構尺寸相同的運動單元組成，每個運動單元包括一個可升降驅動輪機構和一個履帶擺臂機構；可升降驅動輪采用輪轂電機驅動；履帶擺臂機構采用后輪驅動，由柴油發動機提供動力，四條履帶擺臂配置在車輪內側，不僅能夠實現履帶自身的旋轉運動，而且能夠繞履帶驅動輪中心軸擺動。不僅具有輪式快速運動的特點，還能調整各個驅動輪的升降高度，可實現離地間隙的調整；在坡地橫向作業時，也可以調整左右兩側驅動輪升降的高度，保持底盤車架的水平，避免作業機械的側翻；而且通過履帶擺臂或履帶擺臂和驅動輪的復 合運動，可實現復雜農田環境的越障爬坡運動。
文檔編號B60G17/00GK202716954SQ20122016364
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者楊福增, 劉東琴, 孫立江, 劉永成, 陳嬌龍, 王錚, 張榮華 申請人:西北農林科技大學