電動(dòng)車輛減速器自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃炎軍

摘 要：對(duì)電動(dòng)車車輛進(jìn)行了分析，指出減速器存在較大問題。本文對(duì)減速器存在的實(shí)際問題及新型減速器設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，對(duì)其中具體的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置進(jìn)行了探討，并針對(duì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)做出了總結(jié)，為新型減速器研發(fā)提供了有效的理論支持。

關(guān)鍵詞：電機(jī);新型駝峰;車輛減速器;設(shè)計(jì)

1電動(dòng)車輛減速器存在的問題

1.1在相關(guān)連接部位由于采用的直接連接，并沒任何吸收能量的裝置。這種

情況就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)承受負(fù)荷進(jìn)一步增大，再加上受到?jīng)_擊的次數(shù)往往比較多，就很容易收到扭轉(zhuǎn)沖擊的影響，從而使電機(jī)軸變形或者是扭斷的可能性進(jìn)一步增大。

1.2在車輛減速器進(jìn)行工作的時(shí)候，電機(jī)主軸始終和懸臂梁的位置相吻合。在這種情況下，剛連接的方式就會(huì)造成電機(jī)主軸始終要承受車輛制動(dòng)時(shí)對(duì)電機(jī)主軸徑向的巨大沖擊。

1.3車輛在進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，在巨大推力的實(shí)際影響之下，就會(huì)造成電機(jī)主軸出現(xiàn)變形的是實(shí)際情況。進(jìn)而使定子、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的摩擦現(xiàn)象，輸出動(dòng)力出現(xiàn)了嚴(yán)重的下降，減速器功能發(fā)揮受到了明顯的限制。

1.4系統(tǒng)里的單連桿機(jī)構(gòu)，在經(jīng)受住長時(shí)間磨損后，往往會(huì)出現(xiàn)電機(jī)鎖發(fā)生不規(guī)則形變的情況，對(duì)于日常使用造成了較大制約。

2新型電動(dòng)車輛減速器的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)

2.1.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該將相關(guān)作用力避免導(dǎo)向電機(jī)，以防止電機(jī)的實(shí)際損傷;

2.1.2電機(jī)自身應(yīng)避免系統(tǒng)反向沖擊力對(duì)自身的實(shí)際作用，使其只接受動(dòng)力來源;

2.1.3對(duì)相關(guān)動(dòng)能進(jìn)行吸收，從而在根源上避免對(duì)系統(tǒng)的電機(jī)主軸造成巨大的沖擊，從而避免形變的情況發(fā)生;

2.1.4在進(jìn)行緩沖機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該充分解決同軸問題;

2.1.5確保電機(jī)在沒有任何負(fù)載的時(shí)候就可以迅速啟動(dòng);

2.1.6使電機(jī)在緩解時(shí)，利用電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)能錘擊系統(tǒng)，使自鎖機(jī)構(gòu)瞬間解鎖。

2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1異心五連桿機(jī)構(gòu)

異心五連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了三級(jí)力放大，提高了電動(dòng)車輛減速器的制動(dòng)緩解能力，還使異心五連桿機(jī)構(gòu)的自鎖角度可以成倍增加。異心五連桿機(jī)構(gòu)包括前連桿、后連桿、起始連桿、曲柄，前連桿與后連桿鉸接在c點(diǎn)，前連桿的另一個(gè)鉸點(diǎn)與大曲拐鉸接，鉸接點(diǎn)為A點(diǎn)，后連桿通過鉸座鉸接在大底板上，鉸接點(diǎn)為B點(diǎn)，大底板固定在軌枕上，當(dāng)車輛減速器處于制動(dòng)位時(shí)A、B、c三點(diǎn)成一條直線或基本成一條直線，曲柄與起始連桿鉸接，起始連桿的另一端與后連桿鉸接，鉸接點(diǎn)為w點(diǎn)，BW比BC長，當(dāng)曲柄在鎖死位置前后擺動(dòng)lO°時(shí)（假設(shè)），w點(diǎn)移動(dòng)量很小，C點(diǎn)移動(dòng)量更小，這時(shí)A、B、C三點(diǎn)仍基本成一條直線，所以即使異心五連桿機(jī)構(gòu)的過鎖死角磨損為lO°，曲柄仍不必用很大的力就可將c點(diǎn)拉起使系統(tǒng)解鎖。在同樣鎖閉角度下，異心五連桿機(jī)構(gòu)的解鎖能力比單連桿機(jī)構(gòu)大幾十倍。五連桿機(jī)構(gòu)能將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)且能承受很大的沖擊力，在電動(dòng)車輛減速器緩解時(shí)，五連桿機(jī)構(gòu)有三級(jí)放大作用，緩解能力極強(qiáng)，所以也允許五連桿機(jī)構(gòu)可以有很大的過鎖死角。五連桿機(jī)構(gòu)的初始過鎖死角β可以設(shè)計(jì)為2±0.2°，既是當(dāng)五連桿機(jī)構(gòu)工作數(shù)年后過鎖死角β磨損為1O°，仍不影響異心五連桿機(jī)構(gòu)的正常解鎖，便于現(xiàn)場維修保養(yǎng)，當(dāng)五連桿機(jī)構(gòu)工作數(shù)年后過鎖死角β磨損超過l0°時(shí)，只需更換新的五連桿機(jī)構(gòu)中的起始連桿即可。

2.2.2反作用力轉(zhuǎn)移隔斷

制動(dòng)所產(chǎn)生的反作用力作用在電機(jī)主軸上是現(xiàn)有的電動(dòng)車在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)存在的巨大問題，為了避免的反作用力帶來的巨大傷害，可以在曲柄支撐結(jié)構(gòu)上做出一定的改變。通過該機(jī)構(gòu)的全面前移和曲柄支撐點(diǎn)改為支撐立板的方式來有效避免反作用對(duì)電機(jī)主軸的傷害。這種設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)就是可以在減速器進(jìn)行作用時(shí)，將反作用力傳至軌枕處，就可以有效傳統(tǒng)設(shè)計(jì)下所帶來的種種問題。

2.2.3可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器

雖然將電機(jī)曲柄全面前移能夠有效避免反作用帶來的直接影響，但是仍然存在很多的問題。其中一點(diǎn)就是在于曲柄的心軸和電機(jī)軸中心無法在同一個(gè)點(diǎn)上，雖然經(jīng)過多次調(diào)整但是這一個(gè)問題始終存在。后來通過加裝可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器的方式使得這一個(gè)問題得到了很好的解決。為電機(jī)曲柄全面前移的實(shí)際應(yīng)用打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，能夠有效改變傳統(tǒng)制動(dòng)方式帶來的作用力傷害。

由于該專利技術(shù)設(shè)計(jì)的可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器是差動(dòng)式可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器，其最大特點(diǎn)是其主動(dòng)端與被動(dòng)端之間理論上有0到360度的間隙，即可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器的被動(dòng)端可落后于主動(dòng)端0到360度，利用這個(gè)傳動(dòng)特性，電機(jī)在起動(dòng)時(shí)可以在一定的角度內(nèi)無負(fù)荷起動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度后才會(huì)帶動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)，在電動(dòng)車輛減速器緩解時(shí)，這種錘擊作用正好有利于電動(dòng)車輛減速器的緩解，且作用明顯，因?yàn)槲暹B桿機(jī)構(gòu)過鎖死角一般在2°到3。之間，只要可調(diào)心拔桿聯(lián)軸器的被動(dòng)端旋轉(zhuǎn)超過3°，即是電機(jī)斷電，電動(dòng)車輛減速器也會(huì)自動(dòng)緩解。也就說明了電動(dòng)車輛減速器緩解耗能極低。

2.2.4緩沖設(shè)計(jì)

經(jīng)過計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)在單連桿機(jī)構(gòu)中，電機(jī)軸所受的沖擊扭矩隨電機(jī)軸的直徑增大而增大，當(dāng)電機(jī)軸直徑達(dá)60毫米時(shí)，電機(jī)軸所受的沖擊扭矩超過13000NM（牛米），是電機(jī)正常傳遞扭矩180NM的6O多倍，沖擊扭矩越大除對(duì)電機(jī)軸的破壞能力越強(qiáng)外，對(duì)系統(tǒng)其它零部件的破壞能力也越強(qiáng)。我們最后決定用彈性聯(lián)軸器或摩擦聯(lián)軸器進(jìn)行緩沖的辦法將電機(jī)與制動(dòng)系統(tǒng)分開，用彈性聯(lián)軸器或摩擦聯(lián)軸器將電機(jī)與制動(dòng)系統(tǒng)分開的最終原理是用彈性聯(lián)軸器或摩擦聯(lián)軸器將電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能吸收，解決了剛性系統(tǒng)無法吸收系統(tǒng)多余能量的問題。

2.3電機(jī)選型

采用啟動(dòng)電流、堵轉(zhuǎn)電流與工作電流相差不大，充許堵轉(zhuǎn)時(shí)間長且加入了摩擦聯(lián)軸器的緩沖型低速電機(jī)。該種電機(jī)轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分，工作轉(zhuǎn)矩170NM，工作電壓380V±10%絕緣等級(jí)E，旋轉(zhuǎn)角度290±5°，啟動(dòng)電流工作電流一堵轉(zhuǎn)電流=18A。采用18A電流電機(jī)是為了保證制動(dòng)力，在試用過程中發(fā)現(xiàn)采用13A電流的電機(jī)即可。

2.4應(yīng)對(duì)斷電緩解問題

2.4.1UPS方案

UPS方案比較直觀，要想解決斷電問題，就要確保電流的持續(xù)輸出，而電動(dòng)減速器本身就是一個(gè)瞬時(shí)消耗較大的一種電力設(shè)備。但是如果完全使用UPS方案，則會(huì)產(chǎn)生新的問題。往往需要配套應(yīng)用功率比較大的輔助設(shè)備。這些輔助設(shè)備不僅僅造價(jià)高昂，而且在維修的時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)工作量不斷增大的實(shí)際情況。為了證實(shí)UPS方案的可行性，在試驗(yàn)中電動(dòng)減速器采用了折中的方案，即用小功率的逆變器和小型電池箱，當(dāng)動(dòng)力電源斷電后，利用專用的控制電路，使已經(jīng)制動(dòng)的減速器7臺(tái)電機(jī)逐個(gè)緩解，以達(dá)到整臺(tái)減速器緩解的目的。

2.4.2機(jī)械式斷電緩解方案

該種技術(shù)方案的原理就是利用原本積累的一些動(dòng)能和反向旋轉(zhuǎn)力使得機(jī)械裝置可以順利解鎖。因此，往往需要較少的電能就可以實(shí)現(xiàn)，在具體的電機(jī)選擇上可以采用較小的蓄電池。將減速直流電機(jī)作為重要的獨(dú)立輸出裝置來完成解鎖工作。但是該種方案往往需要對(duì)原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)做出大量的實(shí)際調(diào)整。因此，并不在現(xiàn)有技術(shù)選擇方案中。

3總結(jié)

新型（TJD3）電動(dòng)車輛減速器在保留了傳統(tǒng)電動(dòng)車減速器所具備的一系列優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也針對(duì)存在著的很多問題進(jìn)行了有效調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了減速效果和使用壽命雙提升的實(shí)際結(jié)果。產(chǎn)品符合TB/T2845—2007車輛減速器技術(shù)條件，與主流的風(fēng)動(dòng)減速器除了動(dòng)力源不同外，其它機(jī)械及安裝標(biāo)準(zhǔn)均保持一致，有利于推廣使用。接下來我們將在進(jìn)一步降低電機(jī)功率、使用大功率電容供電的可行性及運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)等方面做更深入的研究，努力在電動(dòng)車減速器方面形成更多的技術(shù)突破，從有效提高減速效果。

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