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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410627385.4 (22)申请日 2014.11.10 B60P 1/12(2006.01) (71)申请人 武汉理工大学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122 号 (72)发明人 秦训鹏 胡泽启 任肖利 吴锐 吴天昊 (74)专利代理机构 湖北武汉永嘉专利代理有限 公司 42102 代理人 王守仁 (54) 发明名称 一种用于纯电动车的举升自卸机构 (57) 摘要 本发明公开了一种结构简单、 效率高、 安全可 靠， 适用于纯电动车的举升自卸机构。该机构包 括车架、 横梁、 电动机、 机械驱动箱、 直齿圆柱齿 。
2、轮、 扇形齿轮、 车厢、 导轨槽、 滑块、 系杆 ； 所述电 动机与机械驱动箱均安装固定在车架后部的横梁 上， 电动机输出轴联接在机械驱动箱输入轴上， 直齿圆柱齿轮安装在机械驱动箱的输出轴端， 扇 形齿轮固定安装在车厢底板后部 ； 电动车的动力 电源作为举升机构的动力来源， 接通电路后， 电能 经电动机转换为机械能并传到机械驱动箱， 再通 过扇形齿轮机构带动车厢作顺时针或逆时针方向 旋转， 从而实现车厢的举升与复位。本发明易于 实施， 举升过程平稳， 能提高整个举升过程的可靠 性， 且降低成本。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页。
3、 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104442507 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104442507 A 1/1 页 2 1.一种用于纯电动车的举升自卸机构， 包括车架 (1)、 机械驱动箱 (4)、 车厢 (7)、 扇形 齿轮传动机构， 其特征是采用电动机 (3) 直接驱动各级齿轮机构举升车厢， 其输出轴端与 机械驱动箱 (4) 的输入轴联接 ； 扇形齿轮机构由直齿圆柱齿轮 (5)、 扇形齿轮 (6) 组成 ； 直 齿圆柱齿轮 (5) 安装在机械驱动箱 (4) 的输出轴端， 扇形齿轮 (6) 与车厢 (7) 相连成一体。 2.根据权利要求书 1 所述的。
4、用于纯电动车的举升自卸机构， 其特征在于所述扇形齿轮 (6) 为渐开线齿轮， 其扇形角为 90， 安装在车厢 (7) 底板后部并与车厢连成一体， 且扇形 齿轮回转中心与车厢 (7) 后端底部转轴同轴线， 使扇形齿轮 (6) 与车厢 (7) 一起绕车厢转 轴往复转动。 3.根据权利要求书 2 所述的用于纯电动车的举升自卸机构， 其特征在于所述扇形齿轮 (6) 的模数按以下公式确定 ： 式中 ： Md为扇形齿轮 (6) 与直齿圆柱齿轮 (5) 间的传递力矩 (Nm)， m 为直齿圆柱齿 轮和扇形齿轮的模数， 由此公式计算后圆整为标准模数值。 4.根据权利要求书 1 或 2 所述的用于纯电动车的举升。
5、自卸机构， 其特征是在车厢 (7) 的两侧各有一套导向装置， 该装置由系杆 (10)、 导轨槽 (8) 及滑块 (9) 构成， 导轨槽 (8) 通 过螺钉安装在车架 (1) 纵梁外侧靠前位置， 滑块 (9) 可在导轨槽内自由滑动， 系杆 (10) 的 一端与车厢 (7) 底板的支座铰接， 系杆 (10) 的另一端通过转轴与滑块 (9) 铰接相连。 5.根据权利要求书4所述的用于纯电动车的举升自卸机构， 其特征在于 ： 系杆(10)、 导 轨槽 (8) 及滑块 (9) 均由铝合金材料制成 ； 车厢 (7) 位于最大举升角度时系杆倾斜角度最 大， 80， 当车厢反转复位时， 系杆倾斜角变小， 推动。
6、滑块在导轨槽中向前移动， 车厢顺利 降下。 6.根据权利要求书 1 所述的用于纯电动车的举升自卸机构， 其特征在于所述车架 (1) 的后部安装有支承横梁(2)， 电动机(3)、 机械驱动箱(4)安装在该横梁上， 其连接方式为螺 栓连接。 权 利 要 求 书 CN 104442507 A 2 1/5 页 3 一种用于纯电动车的举升自卸机构 技术领域 0001 本发明涉及一种举升自卸机构， 特别是涉及一种适用于小吨位纯电动自卸车的举 升自卸机构， 属于车辆工程领域。 背景技术 0002 随着环境保护压力的增大， 电动汽车的应用日益广泛。纯电动自卸车是一种面向 城市内短距离、 小负荷工程作业用的新能。
7、源专用汽车。 相比于传统的自卸车， 它的整车尺寸 较小， 完全依靠动力电池组提供动力， 零排放、 无污染， 功率约为 50-70kW, 载重吨位通常仅 为 1-2 吨， 运输距离也相对较短。 0003 目前， 传统自卸车大部分使用直接推动或系杆组合液压式举升机构。 然而， 这种举 升机构存在以下弊端 ： 0004 (1) 液压式举升机构结构复杂， 能量传递路线长， 油泵、 液压缸、 管路等元件处易泄 漏。 0005 (2) 液压式举升机构含有液压油泵、 油缸以及控制阀等各种精密制造的元器件， 这 些元器件制造成本高、 价格昂贵。 0006 (3) 液压式举升机构能量传递形式为 ： 电能机械能液。
8、压能机械能， 能量转换环节多、 传递路线长、 且沿途存在油路损失， 使得其总的机械传动效率降低， 仅为 50左右。因此， 液压式举升机构不能较好地解决纯电动车传动效率高、 结构简单、 造价低 廉的要求， 存在诸多技术问题， 有必要开发一种由电能直接驱动的举升机构， 使之在运行过 程中更加稳定、 可靠、 高效， 且结构紧凑并能减少工程作业中的电能消耗。 发明内容 0007 本发明的目的在于克服传统液压式举升机构存在的不足， 提供一种效率高、 结构 简单、 易于实施、 安全可靠的新型举升机构， 特别适用于城市内短距离工程作业的小吨位纯 电动自卸专用车。 0008 为了实现上述目的， 本发明采用下列。
9、技术方案 ： 0009 本发明提供的用于纯电动车的举升自卸机构， 包括电动机、 机械驱动箱、 安装在车 厢底部的直齿圆柱齿轮和扇形齿轮传动机构、 导向装置。该举升自卸机构采用电动机提供 动力并由车载动力电池组供电 ； 电动机的输出轴端与机械驱动箱的输入轴联接 ； 在机械驱 动箱的输出轴端， 安装有直齿圆柱齿轮 ； 直齿圆柱齿轮与扇形齿轮相啮合， 扇形齿轮固定安 装在车厢底板后部并与车厢连成一体 ； 由电动机产生的旋转运动经机械驱动箱减速后传递 给直齿圆柱齿轮， 直齿圆柱齿轮带动扇形齿轮及车厢绕安装在车厢后端底部的转轴旋转， 从而实现车厢的举升与复位 ； 在车厢底部与车架之间安装有导向装置。 0。
10、010 所述车架为普通二类底盘上自带的车架， 在车架后部固定安装有支承横梁， 电动 机、 机械驱动箱均安装在该横梁上， 其连接方式为螺栓连接， 故横梁的竖直及水平安装位置 应充分考虑电动机及机械驱动箱的安装空间。 电动机的输出轴与机械驱动箱的输入轴通过 说 明 书 CN 104442507 A 3 2/5 页 4 联轴器联接， 机械驱动箱在横梁上的安装位置由直齿圆柱齿轮和扇形齿轮的中心距确定。 0011 所述的机械驱动箱类似于普通机械式减速机， 由内部齿轮机构和外壳组成， 采用 一级斜齿圆柱齿轮和一级蜗轮蜗杆的两级传动， 斜齿圆柱齿轮传动比为 4:1， 蜗轮蜗杆传动 比为 60， 故该机械驱动。
11、箱总减速比为 240:1， 内部采用飞溅润滑， 额定传递扭矩可以根据自 卸车载质量确定， 计算公式如下 ： 0012 Md (40:45)m e 0013 式中， me为自卸车额定载质量 (kg) ； M d为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的传递力矩 (Nm)， 通常额定载质量 12 吨的自卸车车箱长度约为 2.5m3m， 当车厢长度较短时该公式中 系数取较小值， 反之， 取较大值。 0014 所述直齿圆柱齿轮和扇形齿轮传动机构， 其直齿圆柱齿轮安装在机械驱动箱输出 端上， 扇形齿轮固定安装在车厢底板后部且与车厢连成一体， 两个齿轮均为渐开线齿轮， 扇 形齿轮的扇形角为 90 ； 扇形齿轮的中心线与。
12、安装在车厢后端底部的转轴轴线重合 ； 通过 直齿圆柱齿轮传递给扇形齿轮的驱动力矩使车厢与扇形齿轮一起绕扇形齿轮的轴线作旋 转运动， 实现车厢的举升和复位。直齿圆柱齿轮和扇形齿轮传动机构的润滑方式采用脂润 滑。直齿圆柱齿轮和扇形齿轮的模数确定公式为 ： 0015 0016 上式中， Md为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的传递力矩 (Nm)， m 为直齿圆柱齿轮 和扇形齿轮的模数， 由此公式计算后圆整为标准模数值。 0017 所述的电动机为普通交流变频调速电动机， 可在 5 50Hz 之间恒转矩无极调速， 50 100Hz 之间恒功率调速。本举升机构中电动机工作转速 n0 320r/min， 经过各级齿。
13、 轮机构减速， 最终扇形齿轮及车厢绕车厢底端转轴旋转转速为 n 0.53r/min， 其额定功率 根据自卸车载质量确定， 计算公式如下 ： 0018 0019 式中， P 为电动机允许的最小额定功率 (kW)， Md为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的 传递力矩 (Nm)。 0020 所述车厢与传统自卸车的车厢类似， 底部有安装扇形齿轮的平台。 0021 所述的导向装置， 由系杆、 导轨槽及滑块构成， 导轨槽通过螺钉安装在车架纵梁外 侧靠前位置， 滑块可在导轨槽内自由滑动， 系杆的一端与车厢底板的支座铰接， 另一端通过 转轴与滑块铰接相连。在车厢位于最大举升角度时， 系杆倾斜角度最大， 小于 80； 。
14、当车厢 反转复位时， 系杆倾斜角变小， 推动滑块在导轨中向前移动， 并保证车厢顺利稳定地降下。 0022 本发明与现有技术相比具有以下的主要有益效果 ： 0023 (1) 传动效率高， 节约电能， 提高车辆续驶里程。 0024 在纯电动车上， 利用电动机来驱动机械驱动箱及扇形齿轮机构， 带动车厢翻转， 实 现自卸， 可以减少能量转换环节， 实现电能向机械能的一次性转换， 传动效率可达 85以 上。 0025 (2) 倾卸货物时车辆稳定， 安全可靠。 0026 通过导向装置限制车厢侧向倾斜， 保持自卸车横向稳定性， 防止车厢在举升过程 说 明 书 CN 104442507 A 4 3/5 页 5。
15、 中横向摆动甚至侧翻 ； 同时， 在车厢复位过程中， 导向装置起到一定的缓冲减震作用。 0027 (3) 结构简单、 易于实施。 0028 采用电动机驱动齿轮机构， 直接举升车厢， 相比于液压式举升机构， 省去了油泵、 管路、 液压缸等耗能、 易损构件， 取而代之的是齿轮啮合驱动， 传动可靠， 故障少， 维修方便， 关键零部件加工制造精度要求明显低于液压构件， 且易于安装， 价格低廉， 节省成本达 30 以上。 附图说明 0029 图 1 是本发明中车架上各部件安装俯视图 0030 图 2 是本发明的初始状态示意图 0031 图 3 是本发明的工作状态示意图 0032 图 4 是本发明的导轨槽。
16、横截面示意图 0033 图中 ： 1. 车架 ； 2. 横梁 ； 3. 电动机 ； 4. 机械驱动箱 ； 5. 直齿圆柱齿轮 ； 6. 扇形齿 轮 ； 7. 车厢 ； 8. 导轨槽 ； 9. 滑块 ； 10. 系杆。 具体实施方式 0034 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。 0035 本发明提供的用于小吨位纯电动车的举升自卸机构， 是一种机械驱动后翻式自卸 车举升机构， 其结构如图 2 所示 ： 由车架 1、 横梁 2、 电动机 3、 机械驱动箱 4、 直齿圆柱齿轮 5、 扇形齿轮 6、 车厢 7、 导轨槽 8、 滑块 9、 系杆 10 组成。该举升机构由电动机提供动力并由 车载动力电。
17、池组供电。其中 ： 电动机 3 与机械驱动箱 4 均安装在车架后部横梁 2 上 ； 如图 1 所示， 电动机 3 输出轴与机械驱动箱 4 的输入轴同轴线， 并通过联轴器联接， 机械驱动箱输 出轴端安装着直齿圆柱齿轮 5 ； 扇形齿轮 6 安装在车厢 7 底板后部， 且与直齿圆柱齿轮相啮 合。该举升自卸机构工作状态如图 3 所示 ： 当电动机 3 接通电源后， 给机械驱动箱 4 提供动 力， 驱动直齿圆柱齿轮 5 与扇形齿轮 6 传动机构， 带动车厢 7 作顺时针或逆时针方向翻转， 实现车厢举升卸下货物和车厢复位 ； 导轨槽 8、 滑块 9、 系杆 10 组成系杆滑块导向装置。 0036 所述车。
18、架 1 为普通二类底盘上自带的车架， 在车架后部安装有起支承作用的横梁 2， 该横梁的上平面与车架上平面的距离， 应充分考虑自卸车底盘构件的位置， 在结构和受 力允许的范围内， 应当尽量大， 保证电动机 3 与机械驱动箱 4 有足够的安装空间， 避免与车 厢底板发生干涉， 同时可使车厢闭合高度减小， 增强整车稳定性。 横梁在车架上的水平位置 应保证机械驱动箱的安装位置与直齿圆柱齿轮和扇形齿轮的中心距相匹配。如图 2 所示， 支承横梁 2 可直接焊接于车架 1 后部， 横梁上加工有螺孔， 电动机 3、 机械驱动箱 4 安装在 该横梁上， 其连接方式为螺栓连接， 所选螺栓需用高强度螺栓。由于电动机。
19、 3 与机械驱动 箱4安装固定在车架后部横梁2上， 电动机轴及机械驱动箱轴受径向力很大， 安装处横梁受 横向力较大， 易变形挠曲甚至断裂， 故横梁 2 采用背靠背钢结构梁， 以满足其强度及刚度要 求。 0037 所述车厢 7 与传统自卸车的车厢类似， 属于整体式后翻车厢， 前、 左、 右墙板为固 定墙板， 后墙板为活动墙板， 需要卸货时， 后墙板可以手动打开， 车厢底部有安装扇形齿轮 的平台。 说 明 书 CN 104442507 A 5 4/5 页 6 0038 所述的机械驱动箱 4 类似于普通机械式减速机， 由内部齿轮机构及外壳组成。机 械驱动箱安装在车架后部横梁 2 上， 通过螺栓连接，。
20、 安装位置精度必须保证直齿圆柱齿轮 5 与扇形齿轮 6 的正确啮合， 即通过直齿圆柱齿轮和扇形齿轮中心距确定其安装位置。机械 驱动箱主要实现减速增矩的作用， 以达到举升机构的转速及转矩要求。因本专利中由电动 机到机械驱动箱、 扇形齿轮机构的总减速比较大， 故该机械驱动箱内采用一级斜齿圆柱齿 轮和一级蜗轮蜗杆的两级传动， 斜齿圆柱齿轮传动比为 4:1， 蜗轮蜗杆传动比为 60 ： 1， 故该 机械驱动箱总减速比为 240:1， 内部润滑方式采用飞溅润滑， 额定传递扭矩可以根据自卸车 载质量确定， 计算公式如下 ： 0039 Md (40:45)m e 0040 式中， me为自卸车额定载质量 (。
21、kg)， M d为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的传递力矩 (Nm) ； 通常额定载质量 12 吨的自卸车车箱长度约为 2.5m3m， 当车厢长度较短时该公式中 系数取较小值， 反之， 取较大值。 0041 所述直齿圆柱齿轮 5 和扇形齿轮 6 传动机构， 其直齿圆柱齿轮安装在机械驱动箱 4 输出轴端， 扇形齿轮固定安装在车厢 7 底板后部且与车厢连成一体， 两个齿轮均为渐开线 齿轮， 扇形齿轮的扇形角为 90， 即为一个直齿圆柱齿轮的 1/4 ； 扇形齿轮的中心线与安装 在车厢后端底部的转轴轴线重合 ； 通过直齿圆柱齿轮传递给扇形齿轮的驱动力矩使车厢与 扇形齿轮一起绕扇形齿轮的轴线作旋转运动， 实。
22、现车厢的举升和复位。直齿圆柱齿轮和扇 形齿轮传动机构的减速比为 2.5:1， 内部润滑方式采用脂润滑， 其模数确定公式为 ： 0042 0043 上式中， Md为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的传递力矩 (Nm)， m 为直齿圆柱齿 轮和扇形齿轮的模数， 由此公式计算后圆整为标准模数值。齿轮材料选用低碳合金钢， 如 20CrMnTi， 并进行渗碳后淬火处理， 表面硬度达到 56 62HRC ； 扇形齿轮 6 的齿数必须满足 当车厢举升到最大角度时直齿圆柱齿轮与扇形齿轮仍能正确啮合所需的最少齿数 ； 同时直 齿圆柱齿轮 5 的齿宽稍大于扇形齿轮 6 的齿宽， 以保证该齿轮传动机构足够的啮合刚度及 两齿。
23、轮充分啮合， 使传动平稳可靠。 0044 所述电动机 3 为普通交流变频调速电动机， 同步转速 n0 60f/p， 磁极对 p 4， 可在 550Hz 范围内恒转矩调速， 在 50100Hz 范围内恒功率调速。由于本专利中举升机构经 过机械驱动箱、 扇形齿轮机构减速增矩， 使车厢以一个很低的转速旋转， n 0.53r/min， 即 当最大举升角为50时， 15秒时间可将车厢举升至最大举升角度 ； 故电动机的工作转速 应较低， 此处采用320r/min。 电动机3安装固定在车架横梁2上， 由车载动力电池组给其供 电， 通过变频器调节电动机转速并通过转换装置控制启停时间和旋转方向。电动机 3 的额。
24、 定功率可根据下述公式计算 ： 0045 0046 式中， P 为电动机允许的最小额定功率 (kW)， Md为扇形齿轮与直齿圆柱齿轮间的 传递力矩 (Nm)。 0047 本举升自卸机构沿车架设置左右两套平行的导向装置， 该导向装置由系杆 10、 滑 块 9 及导轨槽 8 构成， 导轨槽的横截面形状如图 4 所示， 滑块 9 上装有滚轮， 可自由滚动， 保 说 明 书 CN 104442507 A 6 5/5 页 7 证滑块在导轨槽内滑动时摩擦阻力较小 ； 系杆10、 滑块9、 导轨槽8均由铝合金材料制成， 其 密度小， 强度好， 同时可使滚轮与导轨接触面滚动摩擦系数较小， 便于滑块动作。在车厢。
25、的 举升及复位过程中， 通过导向装置限制车厢侧向倾斜， 保持自卸车横向稳定性， 防止车厢在 举升过程中横向摆动甚至侧翻 ； 同时， 在车厢复位过程中， 导向装置起到一定的缓冲减震作 用。如图 2 所示， 导轨槽 8 通过螺钉安装在车架 1 纵梁外侧靠前位置， 系杆 10 的一端与车 厢 7 底板的支座铰接， 另一端通过转轴与滑块 9 铰接， 滑块 9 安装在导轨槽 8 内， 可沿导轨 槽往复滑动 ； 导轨槽长度须满足车厢举升及复位时滑块的行程要求。因常见粉体类货物安 息角为40-50， 所以保证车厢的最大举升角度为50， 使货物能顺利滑落卸出车厢 ； 系 杆 10 的长度须满足举升要求 ： 如。
26、图 3 所示， 车厢 7 在达到最大举升角度 50时， 系杆 10 与 车架 1 的夹角小于 80， 其转角的变化范围为 0-80， 防止车厢复位时滑块处于自锁卡死 状态， 使车厢不能降下。 0048 本发明提供的用于纯电动车的举升自卸机构， 其工作过程是 ： 当装载物需要卸下 时， 首先开启车厢 7 的后墙板， 然后操作电动车上的控制装置， 使电动机 3 接通电源并以设 定的较低转速稳定转动， 驱动机械驱动箱 4， 机械驱动箱上的直齿圆柱齿轮 5 带动扇形齿轮 6旋转， 使与扇形齿轮相连接的车厢7绕转轴转至一定角度， 货物滑出车厢， 实现卸货。 当卸 货完毕时， 使电动机反转， 机械驱动箱、。
27、 直齿圆柱齿轮及扇形齿轮也反转， 带动车厢回转至 初始位置， 完成一个卸货循环的工作过程。在此过程中， 导向装置起导向与稳定车厢作用 ； 当车厢举升时， 系杆 10 倾斜角增大， 拉着滑块 9 在导轨槽 8 中向车架后部滑动， 可以有效减 轻车厢在举升过程中的横向侧倾及摆动， 保证整个机构工作的稳定性及可靠性 ； 当车厢到 最大举升角时， 系杆倾斜角 也达到最大， 小于 80， 防止车厢复位时滑块处于自锁卡死 状态 ； 当车厢回转下降时， 系杆推动滑块在导轨槽中向车架前部滑动， 能起到导向及缓冲减 震作用。 说 明 书 CN 104442507 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104442507 A 8 2/2 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104442507 A 9 。