楊建國(guó)

（徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221006）

0 引言

目前大功率的車(chē)輛，如工程機(jī)械車(chē)輛、鐵路機(jī)車(chē)牽引車(chē)輛及礦用重型車(chē)輛等，其行車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng) （主要有液壓泵、液壓馬達(dá)及液壓控制元件等）、制動(dòng)器等零部件組成，其中液壓馬達(dá)在系統(tǒng)中起主要作用。基于液壓馬達(dá)的特點(diǎn)，該類(lèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)具有輸出功率大，抗沖擊，運(yùn)動(dòng)方向易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但是，液壓馬達(dá)行車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在實(shí)際使用時(shí)，存在工作噪音大、液壓系統(tǒng)復(fù)雜、故障多及維修麻煩等缺點(diǎn)，愈來(lái)愈有被極具環(huán)保理念的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所代替的趨勢(shì)。另外，現(xiàn)在的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)匹配的濕式制動(dòng)器，其制動(dòng)機(jī)構(gòu)大多為常閉機(jī)構(gòu)，在車(chē)輛行車(chē)制動(dòng)時(shí)，易導(dǎo)致其晃動(dòng)，駐車(chē)不穩(wěn)，有一定的安全隱患。本文提供了一種新型的車(chē)輛電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可選用普通三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，配備常開(kāi)式濕式制動(dòng)器，采用經(jīng)典的差動(dòng)減速機(jī)構(gòu)降速，較好的解決了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。

1 機(jī)構(gòu)的組成

本車(chē)輛電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由三部分組成：電動(dòng)機(jī)、濕式制動(dòng)器及差動(dòng)減速機(jī)構(gòu)。圖1所示的是機(jī)構(gòu)的右半部分，即電動(dòng)機(jī)及濕式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。

圖1 電機(jī)及濕式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖

圖2 三級(jí)差動(dòng)減速機(jī)構(gòu)

在圖1中，電動(dòng)機(jī)21為機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)安裝在聯(lián)接盤(pán)20上，聯(lián)接盤(pán)20安裝在支撐軸17上；支撐軸和聯(lián)接盤(pán)內(nèi)孔處安裝有制動(dòng)轂18、活塞22，支撐軸內(nèi)孔處安裝有靜摩擦片組15，外圓處安裝有輪轂14；支撐軸上還安裝有放氣塞19和進(jìn)出油接頭28，支撐軸本身固定在車(chē)架上，二者靜止不動(dòng)；制動(dòng)轂18上安裝有動(dòng)摩擦片組16，制動(dòng)轂一端通過(guò)花鍵與半軸4聯(lián)接，制動(dòng)轂另一端通過(guò)花鍵與電機(jī)軸聯(lián)接，以使電機(jī)的動(dòng)力傳遞至半軸上；靜摩擦片組15、動(dòng)摩擦片組16、制動(dòng)轂18、活塞22、復(fù)位彈簧26以及支撐軸17構(gòu)成常開(kāi)式濕式制動(dòng)器。

圖2所示的是機(jī)構(gòu)的左半部分，為了實(shí)現(xiàn)較大的降速比，采用了三級(jí)差動(dòng)減速機(jī)構(gòu)。其中，齒圈9、行星輪2、太陽(yáng)輪5組成行星輪系Ⅰ；齒圈10、行星輪8、太陽(yáng)輪6組成行星輪系Ⅱ；齒圈10、行星輪13、太陽(yáng)輪11組成行星輪系Ⅲ；各行星輪對(duì)應(yīng)的安裝在行星軸Ⅰ3、Ⅱ7、Ⅲ12上，行星軸上還對(duì)應(yīng)安裝行星輪架Ⅰ25、Ⅱ24、Ⅲ23；太陽(yáng)輪Ⅰ5通過(guò)花鍵與半軸聯(lián)接，太陽(yáng)輪Ⅱ6、Ⅲ11及定位套27均空套在半軸4上；行星輪架Ⅰ25和行星輪架Ⅱ24通過(guò)花鍵對(duì)應(yīng)聯(lián)接在太陽(yáng)輪Ⅱ6、太陽(yáng)輪Ⅲ11上，并一起旋轉(zhuǎn)。注意，行星輪架Ⅲ23與支撐軸17一起，通過(guò)平鍵與定位套27連成一體，不能旋轉(zhuǎn)。

從圖2中可看出，為方便齒圈內(nèi)齒的加工，設(shè)計(jì)時(shí)將齒圈拆分成兩個(gè)，即齒圈9和齒圈10，二者裝配時(shí)用定位銷(xiāo)定位，螺釘緊固；為使機(jī)構(gòu)能承受大載荷及抗沖擊能力，采取了以下措施：①將齒輪厚度適當(dāng)加寬；②支撐軸承均選用雙列圓柱滾子軸承；③合理選擇主要零件的材料及熱處理。其中，半軸、行星軸、齒輪、齒圈、行星輪架及支撐軸等零件，均選用優(yōu)質(zhì)合金鋼40Cr，毛坯鍛造成型；行星軸、齒輪及行星輪架采用整體淬火，半軸、齒圈及支撐軸采用調(diào)質(zhì)處理，以提高其綜合機(jī)械性能。

2 機(jī)構(gòu)的工作原理

來(lái)自電池的電力經(jīng)過(guò)逆變后，向電動(dòng)機(jī)提供三相交流電源，電動(dòng)機(jī)可選普通三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)后，動(dòng)力通過(guò)制動(dòng)轂18傳遞給半軸4，半軸4又將動(dòng)力傳遞給差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即：半軸4帶動(dòng)太陽(yáng)輪Ⅰ5旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)輪Ⅰ5帶動(dòng)行星輪Ⅰ2旋轉(zhuǎn)，行星輪Ⅰ2帶動(dòng)齒圈Ⅰ9旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)第一級(jí)差速傳動(dòng)；齒圈Ⅰ9旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星輪架Ⅰ25旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪Ⅱ6旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)輪Ⅱ6帶動(dòng)行星輪Ⅱ8旋轉(zhuǎn)，行星輪Ⅱ8帶動(dòng)齒圈Ⅱ10旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)第二級(jí)差速傳動(dòng)；齒圈Ⅱ10旋轉(zhuǎn)時(shí)，行星輪架Ⅱ24旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)太陽(yáng)輪Ⅲ11旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)輪Ⅲ11帶動(dòng)行星輪Ⅲ13旋轉(zhuǎn)，行星輪Ⅲ13帶動(dòng)齒圈Ⅱ10旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)第三級(jí)差速傳動(dòng)，但行星輪架Ⅲ23與支撐軸17一起通過(guò)平鍵與定位套27連成一體，不能旋轉(zhuǎn)。本差動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為大傳動(dòng)比三級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，現(xiàn)以已設(shè)計(jì)定型的D1000QS電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，計(jì)算機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比i。

已知： ZⅠ9=60， ZⅠ5=18， ZⅡ10=63， ZⅡ6=18， ZⅢ10=63，ZⅢ11=17， 依據(jù)公式[2]:

式中：ntⅠ—太陽(yáng)輪Ⅰ5的轉(zhuǎn)速（即輸入轉(zhuǎn)速）；nqⅢ—齒圈9、10的轉(zhuǎn)速（即輸出轉(zhuǎn)速），負(fù)號(hào)表示齒圈轉(zhuǎn)向與太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)向反向；k—三行星排的機(jī)構(gòu)參數(shù)，等于齒圈轉(zhuǎn)速與太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速之比，即：

將求得的 kⅠ、 kⅡ、 kⅢ值代入式（1）中， 得： i=90.8。由計(jì)算可知，本機(jī)構(gòu)可將電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速大幅降低，同時(shí)向輪轂14輸出較大的扭矩，以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。

本車(chē)輛的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于駐車(chē)制動(dòng)改在電動(dòng)機(jī)軸上完成（電動(dòng)機(jī)軸上自帶抱閘裝置），故機(jī)構(gòu)上的濕式制動(dòng)器可設(shè)計(jì)為常開(kāi)機(jī)構(gòu)。即當(dāng)車(chē)輛駐車(chē)及正常行駛時(shí)，濕式制動(dòng)器上活塞、復(fù)位彈簧等制動(dòng)零部件為非受力狀態(tài)，動(dòng)、靜摩擦片分離。當(dāng)車(chē)輛需要制動(dòng)時(shí)，壓力油通過(guò)進(jìn)油接頭28及進(jìn)油口29，進(jìn)入活塞22右腔，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)靜摩擦片15壓緊動(dòng)摩擦片16，由于動(dòng)摩擦片16與制動(dòng)轂18聯(lián)接，而制動(dòng)轂18又與半軸4聯(lián)接，故半軸4得到制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了半軸制動(dòng)。當(dāng)車(chē)輛不需要制動(dòng)時(shí)，電磁換向閥換向，切斷進(jìn)油回路，活塞22在復(fù)位彈簧26的作用下復(fù)位，壓力油通過(guò)進(jìn)出油接頭28回油，動(dòng)靜摩擦片分開(kāi)，濕式制動(dòng)器恢復(fù)為常開(kāi)狀態(tài)，車(chē)輛正常行駛。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）本車(chē)輛的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的電機(jī)，可選用普通三相交流異步電動(dòng)機(jī)，故降低了使用成本。由于采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，亦避免了液壓馬達(dá)工作噪音大、液壓系統(tǒng)復(fù)雜及環(huán)保性差的缺點(diǎn)。

（2）由于濕式制動(dòng)器的制動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為常開(kāi)機(jī)構(gòu)，這就簡(jiǎn)化了濕式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)了濕式制動(dòng)器的壽命，解決了常閉機(jī)構(gòu)剎車(chē)急、緩沖差、裝載的貨物易飛出等問(wèn)題。

（3）本車(chē)輛的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其差速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為三級(jí)傳動(dòng)，可將電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速大幅降低，輸出扭矩大，特別適宜驅(qū)動(dòng)重型車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。

（4）本車(chē)輛的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)除電動(dòng)機(jī)外露外，其余運(yùn)動(dòng)部分均被封閉在機(jī)構(gòu)里，且機(jī)構(gòu)里注入了油液，防爆效果好。如電動(dòng)機(jī)選用防爆電機(jī)，本機(jī)構(gòu)亦可用于礦用車(chē)輛或礦用牽引機(jī)械。

總之，本電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，降低了機(jī)器噪音，減輕了設(shè)備的維護(hù)維修工作，提高了行車(chē)制動(dòng)的安全性，降速比大，輸出力矩大，由于采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，亦符合當(dāng)今的環(huán)保理念。另：本車(chē)輛的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予實(shí)用新型專(zhuān)利 （專(zhuān)利號(hào)：201320086482.8）。

[1]朱增寶，季軍，李燦，江志祥.基于高傳動(dòng)效率的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2013，1.

[2]唐經(jīng)世.高速鐵路運(yùn)梁車(chē)車(chē)輪減速器的構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)分析[J].工程機(jī)械，2008，8.

[3]胡江平，楊務(wù)滋.300t礦用自卸車(chē)全液壓濕式制動(dòng)系統(tǒng)研究[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，3.

[4]張展，等.行星差動(dòng)傳動(dòng)裝置[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.