一种电动旋耕机的动力装置及控制方法与流程

本发明涉及农耕设备，具体涉及一种电动旋耕机的动力装置及控制方法。

背景技术：

1、目前，传统履带式拖拉机多采用单边刹车式转向，转向弯半径大，相对于小田块和村路来说带来了驾驶不方便。直线行驶时需要刹车装置实时工作，经常要维护更换刹车。转向时需刹车装置配合，从转向状态切换时需刹停再启动，控制逻辑复杂，一旦出现配合失误，增加机械部件异常磨损。直线行驶时如遇到左右两侧单边履带载荷差距较大时，刹车装置打滑，造成两侧履带输出速度不均衡，行驶时会出现误转、打摆。

2、为解决上述问题，申请号为202411615872.9的中国发明专利申请公开了一种履带车主动差速型转向驱动器，包括箱体、主轴、第一输出半轴、第一行星齿轮机构、第二输出半轴、第二行星齿轮机构、转向输入轴、第一蜗杆、第二蜗杆及动力输入轴。该方案通过转向输入轴输入动力，经齿轮组传递给第一蜗杆和第二蜗杆，第一蜗杆和第二蜗杆又分别与第一蜗轮齿和第二蜗轮齿啮合，利用蜗轮蜗杆的自锁特性使直线行驶时第一齿圈保持不动；当需要转弯时通过转向输入轴输入动力，使左右一级行星减速机构的第一齿圈产生转向相反的转动，实现差速转向。该方案取消了传统的刹车锁止和摩擦制动装置。

3、然而，上述方案在实际应用中仍存在以下不足：

4、该方案中，蜗轮蜗杆的自锁作用发生于蜗杆与蜗轮齿之间的单一啮合点，属于局部点锁定，锁止力仅作用于第一齿圈这一部件，锁止路径短且集中。当外力矩（如单侧车轮完全打滑时产生的冲击载荷）作用于第一齿圈时，该冲击载荷直接施加于蜗轮蜗杆的啮合面上，无其他传动元件分担或缓冲。这种局部点锁定的方式，使得锁止能力完全依赖于蜗轮蜗杆这一对摩擦副的性能，缺乏冗余和层级保护；

5、其次，蜗轮蜗杆自锁的本质是摩擦自锁，其锁止力来源于蜗轮与蜗杆之间的静摩擦力。当外力矩超过该阈值时，自锁存在失效风险，蜗轮可以反向驱动蜗杆，在极限工况下（如双侧车轮同时打滑、单轮完全悬空、坡道起步等），当外力矩超过自锁阈值时，锁止失效，无法保证两侧输出半轴的刚性同步。

6、另外，当外力矩突破蜗轮蜗杆的自锁阈值时，第一齿圈发生转动，该转动会通过蜗轮蜗杆反向驱动蜗杆，进而带动转向输入轴转动。转向输入轴的意外转动可能引发转向系统的误动作，造成车辆行驶方向的突然改变，存在安全隐患。

7、在需要强制锁止的极限工况下，该方案仅能依赖蜗轮蜗杆自锁来维持第一齿圈的静止，但转向输入轴仍处于自由状态。一旦自锁被突破，不仅锁止失效，还会导致转向系统被反向驱动，加剧了脱困的困难。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种电动旋耕机的动力装置及控制方法，确保转向减速链在极限工况下同步锁止。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种电动旋耕机的动力装置，安装于农用车辆的底盘底部，包括：

3、行走动力模组，包括用于提供行走动力的行走电机，以及设置在行走电机输出端上的无级变速机构，所述无级变速机构的输出端上设有动力输入轴；

4、动力分配模组，包括与动力输入轴传动连接的主减速副，以及传动连接于所述主减速副上的过桥主轴；

5、轮边减速模组，连接于所述过桥主轴的两端；每个轮边减速模组均至少包括一级行星减速机构，所述一级行星减速机构的动作末端传动连接有输出半轴；所述一级行星减速机构具有传动齿圈，所述传动齿圈包括用于构建行星传动系的内齿圈，以及设于传动齿圈外周的外齿圈；

6、转向传动模组，包括提供转向动力的转向电机，以及接收转向动力的转向减速链，所述转向减速链包括多个相互啮合的转向传动单元，所述转向传动单元包括位于转向减速链末端的两个换向齿轮，两个换向齿轮的转动方向相反，所述换向齿轮与传动齿圈的外齿圈啮合，以使两侧传动齿圈产生转向相反的转动；

7、锁止执行组件，包括锁止盘和用于对所述锁止盘施以制动力的锁止单元，锁止盘设于转向减速链中可随转向电机动作端同步转动的部件上，所述锁止单元通过该制动力卡持锁止盘，从而迫使传动齿圈止转，以使两侧的输出半轴刚性连接。

8、通过转向减速链中各转向传动单元的啮合传动关系，将制动力传递至末端换向齿轮，迫使两侧传动齿圈同时止转。由于采用多级传动单元共同承担制动力，锁止力沿转向减速链分散传递，不再局限于单一啮合点，避免了局部点锁定带来的锁止能力不足问题。

9、进一步，所述转向减速链包括转向输出轴、转向传动轴、旋向转换传动副和两个侧传动轴，多个转向传动单元传动设置在转向输出轴与转向传动轴之间；所述转向输出轴设置于转向电机的动作端上；

10、所述旋向转换传动副的输入端与转向传动轴传动连接，所述旋向转换传动副的两个输出端分别与两个侧传动轴传动连接，且旋向转换传动副的输出端的旋向相反，所述换向齿轮设于侧传动轴上，通过以上改进，通过设置旋向转换传动副，可将转向传动轴的单向旋转转换为两个侧传动轴的反向旋转，从而驱动两侧传动齿圈产生方向相反的转动，实现差速转向和原地转向。

11、进一步，所述转向传动单元包括设于转向输出轴上的转向主动轮、设于转向传动轴上的转向从动轮，所述转向主动轮与转向从动轮之间啮合有至少一个转向减速轮，通过以上改进，通过设置转向减速轮，使转向电机输出的动力经多级齿轮副传递至转向传动轴，再由旋向转换传动副分流至两侧侧传动轴，最终驱动换向齿轮带动两侧传动齿圈反向转动。

12、进一步，所述旋向转换传动副包括设置在转向传动轴端部的第一锥齿轮，以及设置在侧传动轴上的第二锥齿轮，两个第二锥齿轮对称设置于第一锥齿轮的轴线两侧且旋向相反，通过以上改进，由于两个第二锥齿轮位于第一锥齿轮的两侧形成对称布置且啮合传动方向相反，在两个第二锥齿轮的啮合驱动下，两个侧传动轴获得方向相反的旋转运动，进而带动换向齿轮驱动两侧传动齿圈反向转动，实现差速转向，缩短了动力传递路径，提高传动效率。

13、进一步，所述锁止盘同轴设置于转向输出轴或是转向传动轴的底部，将锁止盘设置于转向输出轴或转向传动轴的底部，可以在锁止时使整个转向减速链处于锁止状态，实现锁止时转向机构的同步锁止，将锁止执行组件集成于转向减速链的输入端下部空间，无需额外占据传动系统侧部或上部的布置空间，可与转向电机、传动轮系形成轴向堆叠布局，显著缩小转向传动模组的横向尺寸，适配动力装置底部平整的整体设计要求。

14、进一步，所述轮边减速模组还包括二级行星减速机构，所述一级行星减速机构的行星架与二级行星减速机构的太阳轮传动连接，所述二级行星减速机构的行星架与输出半轴连接，两级行星减速可以获得更大的减速比，满足农用车辆大扭矩输出的需求。

15、进一步，所述无级变速机构配置有挡位切换构造和刹车构造，挡位切换构造可实现前进挡、空挡和倒挡的切换，刹车构造可在驻车或紧急情况下对行走动力进行制动，提高了车辆的操作便利性和安全性。

16、进一步，两个所述侧传动轴同轴且相对设置，并且平行设置于输出半轴的轴线下部，所述转向传动轴与转向输出轴平行设置，并垂直延伸于输出半轴的轴线下部，所述转向电机同轴于转向输出轴并朝向输出半轴的轴线延伸，且多个转向传动单元共面设置，实现转向传动模组紧凑的空间布局，使得转向传动模组整体呈扁平状，有利于降低动力装置的高度，适应底盘底部的安装空间。

17、通过以上改进，整个转向传动模组布置于输出半轴轴线以下的下部空间，与上部的无级变速机构形成上下分层布局，避免了转向传动与行走动力传动的空间干涉，可大幅压缩动力装置的纵向高度，保证底部整体平整，同时，转向传动单元共面布置使得所有齿轮副均处于同一安装平面。

18、进一步，所述动力输入轴垂直延伸于两侧输出半轴的轴线中部，且背离于转向传动模组设置，所述无级变速机构同向于转向减速链延伸，且所述行走电机与转向电机轴线平行且相对布置，使得行走动力路径与转向动力路径相互独立、互不干扰，同时整机重心居中，有利于车辆行驶稳定性。

19、本发明还提供一种电动旋耕机的动力装置的控制方法，应用于前述的电动旋耕机的动力装置，包括以下步骤：

20、获取车辆运行状态信息，所述运行状态信息包括行走电机转速、转向电机转速以及两侧输出半轴的转速差或扭矩差；

21、根据运行状态信息，确定车辆当前所处工况模式，所述工况模式包括直线行驶模式、差速转向模式、原地转向模式和强制锁止模式；

22、当判定车辆处于强制锁止模式时，控制锁止执行组件启动，使锁止单元对锁止盘施以制动力，锁止盘止转并通过转向减速链的联动作用使换向齿轮止转，进而使传动齿圈止转，两侧输出半轴同转速同扭矩输出，同时转向电机因转向减速链锁止而被迫停转。

23、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

24、本发明通过在转向减速链中的其中一个动作构件上设置同轴的锁止盘，锁止盘可使农机车辆在极限工况下被锁止止转，使得转向减速链中从转向输出轴到换向齿轮均处于锁止止转的状态，从而在锁止传动齿圈的同时，也使转向减速链被同步锁止，此时，两侧的输出半轴呈刚性连接，强迫输出半轴以同扭矩同转速工作，确保在极限工况下的牵引力，同时转向传动模组止转，避免了外力突破锁止时转向减速链被反向驱动的风险，防止出现车轮或履带的打滑和陷坑加剧的情况，提高了安全可靠性。

25、本发明的减速传动链由多级转向传动单元相互联动实现对传动齿圈的驱动或止转，从转向输出轴开始，锁止路径更长，由多个转向传动单元共同承担锁止力，可靠性更高，同时，锁止盘可通过锁止单元施以制动力，该制动力可选为表面夹持或是几何干涉的限位，确保锁止稳定性，避免在极限工况下执行转向操作。

26、并且，本发明在行走电机的输出端上增配无级变速机构，作业时无需中断动力即可实现换挡、无级变速，这使得电机始终工作在高效区间，防止电机因过载或转速过高发热，从而降低电耗。

27、同时，通过转向电机和行走电机的转速比调配，实现对车辆转弯弧线的控制，让车轮或履带能贴边转弯。这种控制方式使得差速转向和原地转向均可精确控制，从而控制农机车辆的转向角，使得转向更加连续，实现任意角度持续转向。

28、另外，本发明的主减速传动单元、过桥主轴、轮边减速单元、转向减速链等均采用常啮合传动，无滑动元件，减小了损耗，可靠性更高，无需频繁维护，转向行驶时减小车轮或履带磨损，两侧的车轮或履带始终保持输出，减小陷车的可能，充分发挥动力。