混凝土泵送机械及其动力装置、动力输出控制方法与流程

1.本发明属于混凝土泵送设备动力驱动技术领域，尤其涉及一种混凝土泵送机械及其动力装置、动力输出控制方法。


背景技术：

2.混凝土泵送机械一般有两个功能即行驶作业功能和泵送作业功能。行业内传统混凝土泵送机械动力装置需要输出两条动力传递路线来实现这两个功能。现有技术主要有如下动力传递方案来实现行驶与泵送两种作业模式：
3.①
行驶功能使用底盘柴油机，泵送功能使用上装柴油机或上装电动机，因此除了需要使用底盘柴油机外，需要上装额外增加柴油机或电动机来提供泵送作业动力，使用成本高、维护保养时间及费用高，并且应用两台柴油机对环境污染较大
4.②
采用底盘单发动机加变速箱加取力器，变速箱比常规变速箱要复杂，传递效率较低，可靠性较差；
5.③
采用底盘单发动机加分动箱，而增加分动箱使得传递效率较低，可靠性较差。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的是提出一种混凝土泵送机械及其动力装置、动力输出控制方法，旨在解决现有技术中的混凝土泵送机械的动力装置的传递效率较低且结构复杂的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明提供一种混凝土泵送机械的动力装置，所述混凝土泵送机械包括行驶作业系统和泵送作业系统，该混凝土泵送机械的动力装置包括：
8.动力输出机构，连接驱动混凝土泵送机械的行驶作业系统和泵送作业系统；
9.动力切换组件，与所述动力输出机构连接并用于将所述混凝土泵送机械的作业模式切换为行驶作业模式或泵送作业模式；和
10.控制单元，与所述动力切换组件电连接并被配置为：
11.获取所述混凝土泵送机械当前的作业模式；
12.判断当前的作业模式与所需的作业模式是否相同；
13.若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制所述动力切换组件切换成所需的作业模式。
14.在本发明的实施例中，所述动力输出机构包括：
15.传动齿轮组，与所述行驶作业系统和所述泵送作业系统均传动连接；和
16.发动机，与所述传动齿轮组连接并能够驱动所述传动齿轮组转动。
17.在本发明的实施例中，所述发动机包括壳体、设于所述壳体内的曲轴和用于驱动所述曲轴旋转的旋转驱动件，所述传动齿轮组包括依次啮合的：
18.曲轴齿轮，与所述曲轴传动连接；
19.输出齿轮，与所述泵送作业系统传动连接；和
20.多个过渡齿轮，依次啮合于所述曲轴齿轮和所述输出齿轮之间，多个所述过渡齿轮通过连接轴可旋转地设于所述壳体上。
21.在本发明的实施例中，所述动力切换组件包括：
22.第一离合器；
23.或，
24.第一离合器和第二离合器；
25.其中，所述第一离合器设于所述曲轴和所述行驶作业系统之间并用于控制传动通断，所述第二离合器设于所述输出齿轮和所述泵送作业系统之间并用于控制传动通断，且所述第一离合器和所述第二离合器均与所述控制单元电连接。
26.在本发明的实施例中，所述泵送作业系统包括液压油泵和泵送机构，所述输出齿轮与所述液压油泵传动连接并用于驱动所述液压油泵旋转；所述动力切换组件还包括位于所述液压油泵所在的液压油路上的主阀，所述主阀与所述控制单元电连接并进一步被配置为：
27.当所述混凝土泵送机械所需的作业模式为行驶作业模式时，控制所述第一离合器连通，且所述主阀切换至中位机能卸荷。
28.在本发明的实施例中，所述第二离合器设于所述输出齿轮和所述液压油泵之间的连接轴上，所述控制单元进一步被配置为：
29.当所述混凝土泵送机械所需的作业模式为行驶作业模式时，控制所述第一离合器连通、所述第二离合器断开以及所述主阀至中位机能卸荷。
30.在本发明的实施例中，所述行驶作业系统包括变速箱和行驶机构，所述第一离合器设于所述变速箱和所述曲轴齿轮之间的传动轴上。
31.在本发明的实施例中，还提出一种混凝土泵送机械的动力输出控制方法，所述动力输出控制方法采用如上所述的动力装置进行，所述动力输出控制方法包括：
32.获取所述混凝土泵送机械当前的作业模式；
33.判断当前的作业模式与所需的作业模式是否相同；
34.若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制所述动力切换组件切换成所需的作业模式。
35.在本发明的实施例中，所述若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制所述动力切换组件切换成所需的作业模式的步骤包括：
36.当所需的作业模式为行驶作业模式时，控制所述第一离合器闭合，同时控制所述液压油泵所在的液压油路上的主阀切换至中位机能卸荷，以使所述曲轴齿轮和所述行驶作业系统连通，所述发动机对所述行驶作业系统提供作业动力；
37.当所需的作业模式为泵送作业模式时，控制所述第一离合器断开，所述液压油泵所在的液压油路上的主阀切换至出油位，以使所述曲轴齿轮和所述泵送作业系统连通，所述发动机为所述泵送作业系统提供作业动力。
38.在本发明的实施例中，所述若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制所述动力切换组件切换成所需的作业模式的步骤包括：
39.当所需的作业模式为行驶作业模式时，控制所述第一离合器闭合，同时控制所述液压油泵所在的液压油路上的主阀切换至中位机能卸荷，以使所述曲轴和所述行驶作业系
统连通，所述发动机对所述行驶作业系统提供作业动力；
40.当所需的作业模式为泵送作业模式时，控制所述第一离合器断开，第二离合器闭合，所述液压油泵所在的液压油路上的主阀切换至出油位，以使所述曲轴齿轮和所述泵送作业系统连通，所述发动机为所述泵送作业系统提供作业动力。
41.在本发明的实施例中，还提出一种混凝土泵送机械，所述混凝土泵送机械包括如上所述的动力装置。
42.通过上述技术方案，本发明实施例所提供的混凝土泵送机械的动力装置具有如下的有益效果：
43.本发明通过采用同一个动力输出机构同时为行驶作业系统和泵送作业系统提供输出作业动力；在需要进行动力切换时，通过控制单元获取混凝土泵送机械当前的作业模式；判断当前的作业模式与所需的作业模式是否相同；当当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制动力切换组件的工作状态，并通过动力切换组件将作业模式切换为行驶作业模式或泵送作业模式。相较于现有技术中的两条及两条以上功率曲线输出，本发明实现整车行驶作业功能的第一输出功率曲线在于，不改变现有成熟的底盘行驶配置如离合器、变速箱等，不需复杂的分动箱、取力器等机构，因此本发明动力传递效率更高，所需功率更小，行驶油耗更低；本发明实现泵送作业功能的第二输出功率曲线在于，泵送作业功能所需动力直接从动力输出机构的全功率取力口取力，匹配最佳泵送作业经济区，降低油耗，降低作业转速，降低噪声。
44.本发明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
45.附图是用来提供对本发明的理解，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发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
46.图1是根据本发明第一实施例中混凝土泵送机械的动力传输结构示意图；
47.图2是根据本发明第二实施例中混凝土泵送机械的动力传输结构示意图。
48.附图标记说明
49.标号名称标号名称10发动机30行驶作业系统11曲轴31变速箱12传动齿轮组32万向节121曲轴齿轮33行驶机构122输出齿轮40泵送作业系统123过渡齿轮41液压油泵21第一离合器42泵送机构22第二离合器
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具体实施方式
50.以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
51.现有技术中，针对行驶作业和泵送作业共用一个发动机10的情况，在车载泵分别处于泵送和行驶两种不同的工况时，使得动力共用车载泵发动机10分别输出与之相匹配的动力特性。相较于传统普遍采用的双动力(上装一个动力，底盘一个动力)设备，避免了多余功率的浪费，节省燃油。但缺点是因动力传递路线中有分动箱，分动箱内设置有拨叉，通过调节装置调节分动箱内拨叉的位置，使分动箱内拨叉能够处于所需工况位置，控制底盘发动机10输出与所述工况模式相对应的动力特性，所以经分动箱、调节装置、拨叉等结构使得传递路线复杂，所需功率仍然高，燃油消耗较高。同样，泵送作业动力传递路线也经由分动箱、调节装置、拨叉等过渡结构，传递路线复杂，所需功率高，燃油消耗高。
52.鉴于此，如图1和图2所示，在本发明的实施例中，提供一种混凝土泵送机械的动力装置，其中，混凝土泵送机械包括行驶作业系统30和泵送作业系统40，该混凝土泵送机械的动力装置包括：
53.动力输出机构，驱动连接行驶作业系统30和泵送作业系统40；
54.动力切换组件，与动力输出机构连接并能够将混凝土泵送机械的作业模式切换为行驶作业模式或泵送作业模式；和
55.控制单元，与动力切换组件电连接并被配置为：
56.获取混凝土泵送机械当前的作业模式；
57.判断当前的作业模式与所需的作业模式是否相同；
58.若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制动力切换组件的工作状态，以将当前的作业模式切换为所需的作业模式。
59.其中，控制单元可以为设置在驾驶室的控制开关，通过人工操作控制开关，来实现对动力切换组件的工作状态切换。
60.本发明通过一个动力输出机构同时为行驶作业系统30和泵送作业系统40提供作业动力，并采用动力切换组件根据作业需求切换成行驶作业模式或泵送作业模式；因此，本发明的动力输出机构采用优化后的双功率曲线输出功率，相较于现有技术中的两条及两条以上功率曲线输出，本发明实现整车行驶作业功能的第一输出功率曲线在于，不改变现有成熟的底盘行驶配置如离合器、变速箱31等，不需复杂的分动箱、取力器等机构，因此本发明动力传递效率更高，所需功率更小，行驶油耗更低；本发明实现泵送作业功能的第二输出功率曲线在于，泵送作业功能所需动力直接从动力输出机构的全功率取力口取力，匹配最佳泵送作业经济区，降低油耗，降低作业转速，降低噪声。
61.在本发明的实施例中，动力输出机构包括：
62.传动齿轮组12，与行驶作业系统30和泵送作业系统40均传动连接；和
63.发动机10，与传动齿轮组12连接并能够驱动传动齿轮组12转动，本发明的发动机10安装于混凝土泵送机械的底盘上，整车泵送和行驶共用一个底盘发动机10，通过采用一个发动机10来实现行驶、泵送两条动力传递路线，实现行驶作业功能和泵送作业功能。相对现有技术中行驶功能使用底盘柴油机，泵送功能使用上装柴油机的方案相比，本发明泵送作业与行驶作业仅用一个底盘发动机10，在制造成本上节约了一台上装柴油机，大幅降低制造成本；维护保养方面只需对底盘柴油机进行维保，节约维护保养时间；并且，因只需对底盘柴油机进行维护保养，可大量节约维护保养费用支出；此外，仅使用一台底盘柴油发动机10作业对环境污染要小于使用两台柴油机。
64.其中，发动机10包括壳体、设于壳体内的曲轴11和用于驱动曲轴11旋转的旋转驱动件，传动齿轮组12包括依次啮合的：
65.曲轴齿轮121，与曲轴11传动连接；
66.输出齿轮122，与泵送作业系统40传动连接；和
67.多个过渡齿轮123，依次啮合于曲轴齿轮121和输出齿轮122之间，多个过渡齿轮123通过连接轴可旋转地设于壳体上。
68.如图1和图2所示，在优选的方案中，传动齿轮组12由4个齿数相同的齿轮依次啮合组成轮系，中间两个过渡齿轮123的其中一个与曲轴齿轮121啮合，另一个与输出齿轮122啮合，这种齿轮组结构简单，传递效率高，可靠性高。
69.本发明采用的底盘发动机10可输出两条优化后的功率曲线，采用第一条优化的功率曲线匹配行驶作业功能，行驶作业功能的实现是：底盘发动机10的曲轴11输出动力，传递至底盘变速箱31，经底盘变速箱31输出轴将动力传递至底盘后桥来驱动底盘车轮转动，实现底盘行驶作业功能；采用第二条优化的功率曲线匹配泵送作业功能，泵送作业功能的实现是：底盘发动机10直接与液压油泵41连接，具体是发动机10曲轴11上设置有一个曲轴齿轮121，经由过渡齿轮123组成的传动齿轮组12将动力传递至输出齿轮122，动力经由齿套连接液压油泵41花键轴从而传递到液压油泵41，液压油泵41驱动泵送机构42实现泵送作业功能。
70.其中，泵送作业系统40包括液压油泵41和泵送机构42，输出齿轮122与液压油泵41传动连接并用于驱动液压油泵41旋转，本发明通过将液压油泵41直接连接在发动机10全功率取力口，结构简单，行走动力传递路线能够沿用常规的变速箱31、后桥等配置，没有复杂分动箱、复杂变速箱31、取力器等中间件所造成的传递效率损失，优化了现有技术中采用复杂分动箱、复杂变速箱31等技术路线中功率损耗、传递效率低的特点，且本发明泵送作业曲线采用节能技术，匹配在最佳泵送经济区来降低泵送作业油耗。
71.进一步地，本发明的动力切换组件设计具有如下两个实施例：
72.在第一实施例中，如图1所示，动力切换组件包括第一离合器21和位于液压油泵41所在的液压油路上的主阀，其中，第一离合器21设于曲轴11和行驶作业系统30之间并用于控制传动通断；通过第一离合器21和主阀的阀位配合，使得作业模式在行驶作业模式和泵送作业模式之间切换。
73.在第二实施例中，如图2所示，动力切换组件包括第一离合器21、第二离合器22和位于液压油泵41所在的液压油路上的主阀，第一离合器21设于曲轴11和行驶作业系统30之间并用于控制传动通断，第二离合器22设于输出齿轮122和泵送作业系统40之间并用于控制传动通断，且第一离合器21和第二离合器22均与控制单元电连接，通过在输出齿轮122和泵送作业系统40之间的连接轴上设置控制通断的第二离合器22，能够在混凝土泵送机械处于行驶作业模式时，切断输出齿轮122和泵送作业系统40之间的传动连接，这样输出齿轮122就不再为泵送作业系统40提供输出动力，泵送作业系统40中的液压油泵41停止转动，可以节约成本，减少因处于行驶作业模式下时液压油泵41仍旧旋转所带来的能耗，提高液压油泵41的使用寿命。
74.无论在上述第一实施例，还是在第二实施例中，主阀均与控制单元电连接并进一步被配置为：
75.当混凝土泵送机械所需的作业模式为行驶作业模式时，控制第一离合器21连通，且主阀切换至中位机能卸荷；换言之，当作业模式为行驶作业模式时，泵送作业模式停止工作；此时，当混凝土泵送机械所需的作业模式为行驶作业模式时，控制第一离合器21连通、第二离合器22断开以及主阀切换至中位机能卸荷。
76.当主阀切换至中位机能卸荷时，液压回路中从油箱内输出的液压油经过液压油泵41重新回到油箱，也就是液压油泵41的油口不再排油，这样液压油泵41在输出齿轮122的驱动下仅仅旋转，而不会排油，这样就不会有动力输出，那么与液压油泵41相连的泵送机构42停止工作。
77.在本发明的实施例中，行驶作业系统30包括变速箱31和行驶机构33，第一离合器21设于变速箱31和曲轴11之间的传动轴上，变速箱31和行驶机构33之间通过万向节32连接，行驶机构33包括车桥和安装于后桥两端的两个行走轮，该底盘上的行走机构维持现有常规底盘离合器、变速箱31等结构不变，无需分动箱、取力器等其他中间机构。
78.相对于第二种动力传递技术采用底盘单发动机10加分动箱，因该技术变速箱31不能沿用常规变速箱31，需要设计复杂的变速箱31，增加成本，且需额外增加取力器，增加成本，且使用维护保养时间及费用高。动力经变速箱31传递传动效率将降低一部分，动力再经取力器传递传动效率又降低一部分，因此传递总效率将大幅降低。同时可靠性较差。相对现有第二种技术，本发明技术的优势是：取消复杂结构的变速箱31、取消取力器等中间传动机构，动力传递时传动效率损失小，因而传递效率高；泵送作业时无需经过离合器、变速箱31、取力器等中间结构，泵送作业时不存在变速箱31、取力器等中间机构失效风险，动力传递可靠性强。
79.在本发明的实施例中，还提出一种混凝土泵送机械的动力输出控制方法，动力输出控制方法采用如上所述的动力装置进行，该动力输出控制方法包括：
80.获取混凝土泵送机械当前的作业模式；
81.判断当前的作业模式与所需的作业模式是否相同；
82.若当前的作业模式与所需的作业模式不同时，控制动力切换组件切换成所需的作业模式。
83.本发明通过控制动力切换组件的工作状态，来将当前的作业模式切换为所需要的作业模式，采用优化的双功率曲线分别与行驶作业和泵送作业相匹配，传递效率高，并且自动控制的过程更加简单方便。
84.在第一实施例中，动力作业模式切换的方法包括：
85.当所需的作业模式为行驶作业模式时，控制第一离合器21闭合，同时控制液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至中位机能卸荷，以使曲轴齿轮121和行驶作业系统30连通，发动机10对行驶作业系统30提供作业动力；
86.当所需的作业模式为泵送作业模式时，控制第一离合器21断开，液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至出油位，以使曲轴齿轮121和泵送作业系统40连通，发动机10为泵送作业系统40提供作业动力。
87.为了进一步理解本发明的技术方案，如下对第一实施例中两种作业模式的切换做详细说明：
88.在行驶作业状态时：发动机10启动，发动机10曲轴11输出采用第一条优化的功率
曲线动力，第一离合器21闭合，发动机10的曲轴11输出动力经第一离合器21传递到变速箱31，动力经万向节32传递到行驶机构33从而驱动底盘轮胎转动，实现底盘行驶作业功能；与此同时，液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至中位机能卸荷，液压油泵41仅仅空转，而不会对泵送机构42输出动力，这样泵送作业功能停止。
89.在泵送作业状态时：发动机10启动，发动机10的曲轴11输出采用第二条优化的功率曲线动力，第一离合器21断开，底盘处于空挡拉手刹状态，液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至正常连通状态，发动机10曲轴11输出的动力经输出齿轮122传递到直接与之相连接的液压油泵41，液压油泵41驱动泵送机构42实现泵送作业功能。
90.在第二实施例中，动力作业模式切换的方法包括：
91.当所需的作业模式为行驶作业模式时，控制第一离合器21闭合，同时控制液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至中位机能卸荷，以使曲轴11和行驶作业系统30连通，发动机10对行驶作业系统30提供作业动力；
92.当所需的作业模式为泵送作业模式时，控制第一离合器21断开，第二离合器22闭合，液压油泵41所在的液压油路上的主阀切换至出油位，以使曲轴齿轮121和泵送作业系统40连通，发动机10为泵送作业系统40提供作业动力。
93.为了进一步理解本发明的技术方案，如下对第二实施例中两种作业模式的切换做详细说明：
94.行驶作业状态时：发动机10启动，通过控制单元控制第二离合器22的断开，此时液压油泵41与曲轴11之间断开，液压油泵41停止转动；同时，控制第一离合器21的闭合，发动机10的曲轴11输出采用第一条优化的功率曲线动力，发动机10的曲轴11输出动力经第一离合器21传递到变速箱31，然后动力经万向节32传递到行驶机构33以驱动底盘处的行走轮转动，实现底盘行驶作业功能。
95.泵送作业状态时：发动机10启动，发动机10的曲轴11输出采用第二条优化的功率曲线动力，第一离合器21断开，底盘处于空挡拉手刹状态，通过控制单元，控制第二离合器22的闭合，此时液压油泵41与输出齿轮122动力连接，发动机10曲轴11输出的动力经传动齿轮组12传递到输出齿轮122，并经第二离合器22相传递到液压油泵41，液压油泵41驱动泵送作业机构实现泵送作业功能。
96.此外，本发明还提出一种混凝土泵送机械，该混凝土泵送机械包括如上所述的动力装置。
97.在本发明的描述中，需要理解的是，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
98.在本发明中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。
99.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
100.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。