论文部分内容阅读
摘要：动力传动系统的型式决定了臂式高空作业平台整机的结构布局、动力性和燃油经济性。为掌握不同传动系统与整机的关系，通过分析国内外臂式高空作业平台的动力传动系统，从本质上对其进行了分类，并进一步探究了动力传动系统的发展趨势。
Abstract： The layout，power performance and fuel economy of the Arm aerial working platform depends on its driveline system.For the purpose of grasping the relationship between different driveline system and vehicle，it was classified from the essence according to analyzing the driveline system of Arm aerial working platform at Home and Abroad.Finally， the tends of driveline system were discussed.
关键词：臂式高空作业平台;动力传动系统;发展趋势
Key words： arm type aerial work platform;power transmission system;development trend
中图分类号：U211.4 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）12-0048-03
0 引言
臂式高空作业平台是用动力驱动行走，且能在工作平台上进行控制，运载人员、工具和材料到工作位置的设备[1]，其外形如图1所示。其动力传动系统，不仅要满足整机行驶和工作性能的要求，传动系的方案和结构布局，还应与整机的总体布置相匹配。在适应市场需求的变化和不断的技术积累过程中，国内外设备制造商逐渐形成了各自产品的动力传动系统技术路线。
1 发动机驱动的动力传动系统
以发动机为动力源的臂式高空作业平台，其传动系统有液压机械传动系统、静液压传动系统两种。
1.1 液压机械传动系统
液压机械传动结合了液压和机械两种传动方式的优点，是一种新型传动方式。以浙江鼎力为代表，其新款柴动系列臂式高空作业平台，采用液压机械传动方式，如图2所示。动力传递路线为：发动机→变量液压泵→变量液压马达→箱桥一体式转向驱动前桥→传动轴→转向驱动后桥→车轮。
该方案使得柴动系列整机结构布局与电动系列一致，整体部件下移设计，降低了整机高度、长度，便于集装箱整体运输，如图3所示。同时实现了臂式系列模块化设计理念，保证主要零部件的通用性、互换性。
1.2 静液压传动系统
静液压传动采用容积调速的方式，不仅可以双向无级变速，还实现了“无驱动桥”的新型布局。以徐工、中联重科、JLG、Genie、Haulotte为代表，其发动机驱动臂式高空作业平台，采用静液压传动系统，如图4所示。动力传递路线为：发动机→变量液压泵→变量液压马达+行走减速机→车轮组成。
该方案使得整机结构布局以回转支承为界线，总体可简单分为下车底盘、上车转台和工作装置部分。下车底盘和上车转台实现了同一款底盘和转台配置多机型的结构形式，不同型号、不同高度的臂式高空作业平台，仅需要将工作装置进行重新设计即可。此模块化设计思想更利于产品的高效开发，缩短研发周期。
2 混合动力系统
根据动力传递方式的不同，臂式高空作业平台混合动力技术路线有串联式混合动力系统和并联式混合动力系统两种。
2.1 串联式混合动力系统
串联式混合动力系统主要由发动机、发电机、驱动电机和蓄电池等部件组成。以JLG公司最新H系列H340AJ（图5）为代表，其配置的是串联式混合动力系统。电力驱动是串联式结构混合动力的唯一驱动模式，蓄电池电能经逆变器处理后，向轮边电动机供电，驱动车辆行走。发动机的主要用途是发电，带动发电机输出的交流电经整流器变为直流电后向蓄电池充电[2]。
配置该动力系统的高空作业平台，可以在室内、室外同时应用。室内应用时，为减少噪音和发动机排气污染，选择关闭发动机，由蓄电池为整机提供动力。室外应用时，选择开启发动机，当电池电量下降到一定容量时发动机启动，驱动发电机向蓄电池充电，增加整机续航时间。
2.2 并联式混合动力系统
并联式混合动力系统采用发动机和电机两套独立的动力系统，主要由发动机、电动/发电机两大部件组成。以JLG公司最新H系列H800AJ为代表，其配置的并联式混合动力以发动机为主动力装置，电机作为辅助动力装置，控制原理图如图6所示[3]。
当臂式高空作业平台在怠速、低速等小功率工况下运行时，关闭发动机，由电动机向轮边电机提供电能，驱动车辆行驶;在原地作业工况下，发动机处于高效区，发动机单独驱动液压泵向液压系统输出功率。在整机需要大功率输出时（爬坡、通过复杂地形等），发动机和电动机叠加共同输出功率。由于功率可以叠加，发动机和电机选择较小的功率就可以获得需要的动力性能。 3 分布式电驱动系统
电驱动系统相对于发动机驱动，整机在行驶和工作过程中基本没有任何排放污染。臂式高空作业平台分布式电驱动系统主要有两种：前后桥式电驱动和轮边减速器式四轮独立电驱动[4]。
3.1 前后桥式电驱动
以浙江鼎力为代表，其新款电动系列臂式高空作业平台，采用前后桥式电驱动布置方式，如图7所示。动力传递路线为：动力电池→电机驱动器→电机→箱桥一体式转向驱动前桥→传动轴→转向驱动后桥→车轮。
采用前后桥式电驱动，使其底盘结构布局与柴动系列底盘一致，实现了90%主要零部件通用化，大大降低了开发成本、维護成本和备件存储成本。
3.2 轮边减速器式四轮独立电驱动
以徐工、JLG、Haulotte为代表，其纯电动臂式高空作业平台，采用轮边减速器式四轮独立电驱动布置方式，如图8所示。动力传递路线为：动力电池→电机驱动器→电机+减速机→车轮。
与前后桥式电驱动对比，驱动桥被两个轮边电机和减速机所代替，两电机以不同转速运转来实现转弯功能，整个传动系统得到很大的简化。
4 臂式高空作业平台动力传动系统的主要发展趋势
①在环保核查趋严、排放标准不断升级的背景下，对产品的需求也将趋向于绿色和环保。因此，电驱动和混合动力系统会是未来臂式高空作业平台动力传动系统的主要发展趋势。
②随着锂离子电池技术和现场充电基础设施的不断发展，锂电池将逐步取代铅酸、镍氢、镍镉等蓄电池成为臂式高空作业平台动力电池的标配。
③根据行业和应用环境进行细化，在户外重型工作、崎岖路面等场合，发动机驱动的设备将是首选。在住宅建筑、商场等室内领域的作业环境，电驱动产品以其节能环保、无噪音、全生命周期的使用成本低等优势会成为越来越多租赁商的选择。
5 结论
在产品应用呈现多元化的大背景下，对国内外臂式高空作业平台动力传动系统进行系统分析得出，从动力源上形成了发动机驱动和电驱动两大类产品，传动系统以静液压传动为主，液压机械传动为辅，电驱动和混合动力将是未来市场的主要选择。对企业在产品开发过程中动力传动系统的选择，具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]GB25849-2010，移动式升降工作平台-设计计算、安全要求和测试方法[S].
[2]Iqbal Husain著，林程译.纯电动及混合动力汽车设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012：44-52.
[3]吴剑.并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D].济南：山东大学，2008：2-19.
[4]杨智宇.前后桥独立电驱动装载机状态估计及转矩优化控制[D].吉林：吉林大学，2017：2-20.
Abstract： The layout，power performance and fuel economy of the Arm aerial working platform depends on its driveline system.For the purpose of grasping the relationship between different driveline system and vehicle，it was classified from the essence according to analyzing the driveline system of Arm aerial working platform at Home and Abroad.Finally， the tends of driveline system were discussed.
关键词：臂式高空作业平台;动力传动系统;发展趋势
Key words： arm type aerial work platform;power transmission system;development trend
中图分类号：U211.4 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）12-0048-03
0 引言
臂式高空作业平台是用动力驱动行走，且能在工作平台上进行控制，运载人员、工具和材料到工作位置的设备[1]，其外形如图1所示。其动力传动系统，不仅要满足整机行驶和工作性能的要求，传动系的方案和结构布局，还应与整机的总体布置相匹配。在适应市场需求的变化和不断的技术积累过程中，国内外设备制造商逐渐形成了各自产品的动力传动系统技术路线。
1 发动机驱动的动力传动系统
以发动机为动力源的臂式高空作业平台，其传动系统有液压机械传动系统、静液压传动系统两种。
1.1 液压机械传动系统
液压机械传动结合了液压和机械两种传动方式的优点，是一种新型传动方式。以浙江鼎力为代表，其新款柴动系列臂式高空作业平台，采用液压机械传动方式，如图2所示。动力传递路线为：发动机→变量液压泵→变量液压马达→箱桥一体式转向驱动前桥→传动轴→转向驱动后桥→车轮。
该方案使得柴动系列整机结构布局与电动系列一致，整体部件下移设计，降低了整机高度、长度，便于集装箱整体运输，如图3所示。同时实现了臂式系列模块化设计理念，保证主要零部件的通用性、互换性。
1.2 静液压传动系统
静液压传动采用容积调速的方式，不仅可以双向无级变速，还实现了“无驱动桥”的新型布局。以徐工、中联重科、JLG、Genie、Haulotte为代表，其发动机驱动臂式高空作业平台，采用静液压传动系统，如图4所示。动力传递路线为：发动机→变量液压泵→变量液压马达+行走减速机→车轮组成。
该方案使得整机结构布局以回转支承为界线，总体可简单分为下车底盘、上车转台和工作装置部分。下车底盘和上车转台实现了同一款底盘和转台配置多机型的结构形式，不同型号、不同高度的臂式高空作业平台，仅需要将工作装置进行重新设计即可。此模块化设计思想更利于产品的高效开发，缩短研发周期。
2 混合动力系统
根据动力传递方式的不同，臂式高空作业平台混合动力技术路线有串联式混合动力系统和并联式混合动力系统两种。
2.1 串联式混合动力系统
串联式混合动力系统主要由发动机、发电机、驱动电机和蓄电池等部件组成。以JLG公司最新H系列H340AJ（图5）为代表，其配置的是串联式混合动力系统。电力驱动是串联式结构混合动力的唯一驱动模式，蓄电池电能经逆变器处理后，向轮边电动机供电，驱动车辆行走。发动机的主要用途是发电，带动发电机输出的交流电经整流器变为直流电后向蓄电池充电[2]。
配置该动力系统的高空作业平台，可以在室内、室外同时应用。室内应用时，为减少噪音和发动机排气污染，选择关闭发动机，由蓄电池为整机提供动力。室外应用时，选择开启发动机，当电池电量下降到一定容量时发动机启动，驱动发电机向蓄电池充电，增加整机续航时间。
2.2 并联式混合动力系统
并联式混合动力系统采用发动机和电机两套独立的动力系统，主要由发动机、电动/发电机两大部件组成。以JLG公司最新H系列H800AJ为代表，其配置的并联式混合动力以发动机为主动力装置，电机作为辅助动力装置，控制原理图如图6所示[3]。
当臂式高空作业平台在怠速、低速等小功率工况下运行时，关闭发动机，由电动机向轮边电机提供电能，驱动车辆行驶;在原地作业工况下，发动机处于高效区，发动机单独驱动液压泵向液压系统输出功率。在整机需要大功率输出时（爬坡、通过复杂地形等），发动机和电动机叠加共同输出功率。由于功率可以叠加，发动机和电机选择较小的功率就可以获得需要的动力性能。 3 分布式电驱动系统
电驱动系统相对于发动机驱动，整机在行驶和工作过程中基本没有任何排放污染。臂式高空作业平台分布式电驱动系统主要有两种：前后桥式电驱动和轮边减速器式四轮独立电驱动[4]。
3.1 前后桥式电驱动
以浙江鼎力为代表，其新款电动系列臂式高空作业平台，采用前后桥式电驱动布置方式，如图7所示。动力传递路线为：动力电池→电机驱动器→电机→箱桥一体式转向驱动前桥→传动轴→转向驱动后桥→车轮。
采用前后桥式电驱动，使其底盘结构布局与柴动系列底盘一致，实现了90%主要零部件通用化，大大降低了开发成本、维護成本和备件存储成本。
3.2 轮边减速器式四轮独立电驱动
以徐工、JLG、Haulotte为代表，其纯电动臂式高空作业平台，采用轮边减速器式四轮独立电驱动布置方式，如图8所示。动力传递路线为：动力电池→电机驱动器→电机+减速机→车轮。
与前后桥式电驱动对比，驱动桥被两个轮边电机和减速机所代替，两电机以不同转速运转来实现转弯功能，整个传动系统得到很大的简化。
4 臂式高空作业平台动力传动系统的主要发展趋势
①在环保核查趋严、排放标准不断升级的背景下，对产品的需求也将趋向于绿色和环保。因此，电驱动和混合动力系统会是未来臂式高空作业平台动力传动系统的主要发展趋势。
②随着锂离子电池技术和现场充电基础设施的不断发展，锂电池将逐步取代铅酸、镍氢、镍镉等蓄电池成为臂式高空作业平台动力电池的标配。
③根据行业和应用环境进行细化，在户外重型工作、崎岖路面等场合，发动机驱动的设备将是首选。在住宅建筑、商场等室内领域的作业环境，电驱动产品以其节能环保、无噪音、全生命周期的使用成本低等优势会成为越来越多租赁商的选择。
5 结论
在产品应用呈现多元化的大背景下，对国内外臂式高空作业平台动力传动系统进行系统分析得出，从动力源上形成了发动机驱动和电驱动两大类产品，传动系统以静液压传动为主，液压机械传动为辅，电驱动和混合动力将是未来市场的主要选择。对企业在产品开发过程中动力传动系统的选择，具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]GB25849-2010，移动式升降工作平台-设计计算、安全要求和测试方法[S].
[2]Iqbal Husain著，林程译.纯电动及混合动力汽车设计基础[M].北京：机械工业出版社，2012：44-52.
[3]吴剑.并联式混合动力汽车能量管理策略优化研究[D].济南：山东大学，2008：2-19.
[4]杨智宇.前后桥独立电驱动装载机状态估计及转矩优化控制[D].吉林：吉林大学，2017：2-20.