臂式高空作業平臺的動力傳動系統及未來發展趨勢

王政 程婷 張艷俠

摘要：動力傳動系統的型式決定了臂式高空作業平臺整機的結構布局、動力性和燃油經濟性。為掌握不同傳動系統與整機的關系，通過分析國內外臂式高空作業平臺的動力傳動系統，從本質上對其進行了分類，并進一步探究了動力傳動系統的發展趨勢。

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.

關鍵詞：臂式高空作業平臺;動力傳動系統;發展趨勢

Key words： arm type aerial work platform;power transmission system;development trend

中圖分類號：U211.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0048-03

0? 引言

臂式高空作業平臺是用動力驅動行走，且能在工作平臺上進行控制，運載人員、工具和材料到工作位置的設備[1]，其外形如圖1所示。其動力傳動系統，不僅要滿足整機行駛和工作性能的要求，傳動系的方案和結構布局，還應與整機的總體布置相匹配。在適應市場需求的變化和不斷的技術積累過程中，國內外設備制造商逐漸形成了各自產品的動力傳動系統技術路線。

1? 發動機驅動的動力傳動系統

以發動機為動力源的臂式高空作業平臺，其傳動系統有液壓機械傳動系統、靜液壓傳動系統兩種。

1.1 液壓機械傳動系統

液壓機械傳動結合了液壓和機械兩種傳動方式的優點，是一種新型傳動方式。以浙江鼎力為代表，其新款柴動系列臂式高空作業平臺，采用液壓機械傳動方式，如圖2所示。動力傳遞路線為：發動機→變量液壓泵→變量液壓馬達→箱橋一體式轉向驅動前橋→傳動軸→轉向驅動后橋→車輪。

該方案使得柴動系列整機結構布局與電動系列一致，整體部件下移設計，降低了整機高度、長度，便于集裝箱整體運輸，如圖3所示。同時實現了臂式系列模塊化設計理念，保證主要零部件的通用性、互換性。

1.2 靜液壓傳動系統

靜液壓傳動采用容積調速的方式，不僅可以雙向無級變速，還實現了“無驅動橋”的新型布局。以徐工、中聯重科、JLG、Genie、Haulotte為代表，其發動機驅動臂式高空作業平臺，采用靜液壓傳動系統，如圖4所示。動力傳遞路線為：發動機→變量液壓泵→變量液壓馬達+行走減速機→車輪組成。

該方案使得整機結構布局以回轉支承為界線，總體可簡單分為下車底盤、上車轉臺和工作裝置部分。下車底盤和上車轉臺實現了同一款底盤和轉臺配置多機型的結構形式，不同型號、不同高度的臂式高空作業平臺，僅需要將工作裝置進行重新設計即可。此模塊化設計思想更利于產品的高效開發，縮短研發周期。

2? 混合動力系統

根據動力傳遞方式的不同，臂式高空作業平臺混合動力技術路線有串聯式混合動力系統和并聯式混合動力系統兩種。

2.1 串聯式混合動力系統

串聯式混合動力系統主要由發動機、發電機、驅動電機和蓄電池等部件組成。以JLG公司最新H系列H340AJ（圖5）為代表，其配置的是串聯式混合動力系統。電力驅動是串聯式結構混合動力的唯一驅動模式，蓄電池電能經逆變器處理后，向輪邊電動機供電，驅動車輛行走。發動機的主要用途是發電，帶動發電機輸出的交流電經整流器變為直流電后向蓄電池充電[2]。

配置該動力系統的高空作業平臺，可以在室內、室外同時應用。室內應用時，為減少噪音和發動機排氣污染，選擇關閉發動機，由蓄電池為整機提供動力。室外應用時，選擇開啟發動機，當電池電量下降到一定容量時發動機啟動，驅動發電機向蓄電池充電，增加整機續航時間。

2.2 并聯式混合動力系統

并聯式混合動力系統采用發動機和電機兩套獨立的動力系統，主要由發動機、電動/發電機兩大部件組成。以JLG公司最新H系列H800AJ為代表，其配置的并聯式混合動力以發動機為主動力裝置，電機作為輔助動力裝置，控制原理圖如圖6所示[3]。

當臂式高空作業平臺在怠速、低速等小功率工況下運行時，關閉發動機，由電動機向輪邊電機提供電能，驅動車輛行駛;在原地作業工況下，發動機處于高效區，發動機單獨驅動液壓泵向液壓系統輸出功率。在整機需要大功率輸出時（爬坡、通過復雜地形等），發動機和電動機疊加共同輸出功率。由于功率可以疊加，發動機和電機選擇較小的功率就可以獲得需要的動力性能。

3? 分布式電驅動系統

電驅動系統相對于發動機驅動，整機在行駛和工作過程中基本沒有任何排放污染。臂式高空作業平臺分布式電驅動系統主要有兩種：前后橋式電驅動和輪邊減速器式四輪獨立電驅動[4]。

3.1 前后橋式電驅動

以浙江鼎力為代表，其新款電動系列臂式高空作業平臺，采用前后橋式電驅動布置方式，如圖7所示。動力傳遞路線為：動力電池→電機驅動器→電機→箱橋一體式轉向驅動前橋→傳動軸→轉向驅動后橋→車輪。

采用前后橋式電驅動，使其底盤結構布局與柴動系列底盤一致，實現了90%主要零部件通用化，大大降低了開發成本、維護成本和備件存儲成本。

3.2 輪邊減速器式四輪獨立電驅動

以徐工、JLG、Haulotte為代表，其純電動臂式高空作業平臺，采用輪邊減速器式四輪獨立電驅動布置方式，如圖8所示。動力傳遞路線為：動力電池→電機驅動器→電機+減速機→車輪。

與前后橋式電驅動對比，驅動橋被兩個輪邊電機和減速機所代替，兩電機以不同轉速運轉來實現轉彎功能，整個傳動系統得到很大的簡化。

4? 臂式高空作業平臺動力傳動系統的主要發展趨勢

①在環保核查趨嚴、排放標準不斷升級的背景下，對產品的需求也將趨向于綠色和環保。因此，電驅動和混合動力系統會是未來臂式高空作業平臺動力傳動系統的主要發展趨勢。

②隨著鋰離子電池技術和現場充電基礎設施的不斷發展，鋰電池將逐步取代鉛酸、鎳氫、鎳鎘等蓄電池成為臂式高空作業平臺動力電池的標配。

③根據行業和應用環境進行細化，在戶外重型工作、崎嶇路面等場合，發動機驅動的設備將是首選。在住宅建筑、商場等室內領域的作業環境，電驅動產品以其節能環保、無噪音、全生命周期的使用成本低等優勢會成為越來越多租賃商的選擇。

5? 結論

在產品應用呈現多元化的大背景下，對國內外臂式高空作業平臺動力傳動系統進行系統分析得出，從動力源上形成了發動機驅動和電驅動兩大類產品，傳動系統以靜液壓傳動為主，液壓機械傳動為輔，電驅動和混合動力將是未來市場的主要選擇。對企業在產品開發過程中動力傳動系統的選擇，具有重要的指導意義。

參考文獻：

[1]GB25849-2010，移動式升降工作平臺-設計計算、安全要求和測試方法[S].

[2]Iqbal Husain著，林程譯.純電動及混合動力汽車設計基礎[M].北京：機械工業出版社，2012：44-52.

[3]吳劍.并聯式混合動力汽車能量管理策略優化研究[D].濟南：山東大學，2008：2-19.

[4]楊智宇.前后橋獨立電驅動裝載機狀態估計及轉矩優化控制[D].吉林：吉林大學，2017：2-20.