礦用電動無軌膠輪車無離合自動變速系統研究

劉月廣

摘 要：本文介紹了我國礦用鋰離子蓄電池無軌膠輪車的驅動系統發展現狀，系統闡述了礦用電動無軌膠輪車的基于EMT無離合自動變速系統的組成、構造和工作原理。研究結果表明：基于EMT無離合自動變速系統，能夠滿足礦用電動無軌膠輪車礦井下的實際應用，通過整車控制策略可以有效控制電池組和電機的負荷，并提高續航里程和操控性，降低維護成本，增加了可靠性和使用壽命，并為重型礦用電動無軌膠輪車驅動系統解決方案提供了參考。

關鍵詞：電動無軌膠輪車；無離合自動變速；驅動系統

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

目前，礦用防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車已經開始應用到煤礦無軌輔助運輸，解決了防爆柴油機無軌膠輪車產生的尾氣和噪音污染，做到了零排放、零污染、低噪音。驅動系統是礦用電動無軌膠輪車的核心技術，是重要的攻關項目之一。

1 礦用電動無軌膠輪車驅動系統發展現狀

目前礦用電動無軌膠輪車主要有比塞洛斯防爆電池鏟運車、運煤車、支架搬運車等，都是采用的電機直驅方式，但是這些車輛的速度都很低，不能滿足長距離運輸。

由石煤機公司引領發展的礦用防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車已經取得了第一款礦用防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車的井下試驗證，正在礦井進行工業性試驗。此車采用試電機+離合器+變速箱的驅動方式，能夠同時滿足爬坡和高速行駛的要求。并且正在探索其他更高效、更可靠的驅動系統方案，其他研發電動膠輪車廠家，如德塔、太科院、常州科試等，也采用過電機直驅、電機+兩檔變速箱、電機+AMT變速箱等多種驅動方案。

2 基本EMT的無離合自動變速系統技術研究

由于礦用防爆鋰離子蓄電池無軌膠輪車具有自重大，電池組容量相對較小，適應路況復雜等特點，因此高效的驅動系統是其最關鍵的技術。隨著電子技術和控制技術的發展，自動變速器技術發展越來越成熟。無離合自動變速系統應運而生。此系統融合了電機驅動技術和機械傳動技術，運用電子控制技術，以電機主動與變速箱同步原理，實現自動變速功能。

（1）基本EMT的無離合自動變速系統組成和結構：

（a）此系統主要由隔爆型電源裝置、隔爆型電機、EMT變速箱、變速操縱機構、整車控制系統、控制閥組、控制壓力源、電機控制系統、換檔開關、控制踏板等主要部分組成。

（b）基本結構為隔爆型電動機的輸出軸直接與變速箱的輸入軸連接，去掉了離合器，結構緊湊。并在變速箱內每個換擋上設置傳感器，準確判斷目前檔位。在變速箱上設置有變速操縱機構，變速操縱機構利用控制閥組開啟和關閉通過控制壓力源來實現換擋操作。控制系統由整車控制系統和電機控制系統組成。整車控制系統對各種傳感器所檢測到的數據進行處理和分析并得出加速信號或者減速信號，并將加速信號或者減速信號傳遞給電機控制系統和控制閥組，通過主動同步技術，實現自動換擋功能。隔爆型電源裝置為整車控制系統、電機控制系統、隔爆型電機提供電源。

（2）加減速及換擋工作原理與控制

煤礦用電動無離合自動變速無軌膠輪車在行進過程中，通過整車控制系統對整車各模塊進行實施監控，協調各項性能模塊協調工作，完成自動變速功能。

下面根據附圖（如圖1所示）說明煤礦用電動無離合自動變速無軌膠輪車在加減速及換檔過程中的工作原理：

①加速減速控制：在電動無軌膠輪車運行的過程中，司機觸動控制踏板后，控制踏板上的傳感器將控制電信號傳遞給整車控制系統，在通過整車控制系統對個模塊監測的數據進行對比分析和處理后，判斷是加減速還是換擋，如果是加減速，只把控制命令發給電機控制系統，實現對隔爆型電機轉速的控制，已達到對礦用電動無軌膠輪車的加減速控制。

②換檔控制：礦用電動無軌膠輪車在運行過程中，司機要根據行駛要求需換擋或改變車速，司機通過觸動換檔開關或觸動控制踏板，會將控制電信號傳輸到整車控制系統，整車控制系統對各模塊數據進行分析和處理后后，將分別發出控制指令：其中一路信號發給電機控制系統，電機控制系統進行整理分析后控制隔爆型電機輸出相應轉速，使此轉速與變速箱準備切入檔位所需轉速相同，從而實現主動同步；而另一路信號發給控制閥組，通過控制氣壓（或液壓）的換向，通過變速操縱機構將齒輪式變速箱切入相應的檔位，從而實現自動換擋。

（3）特點

此系統采用的變速箱可以實現2～5個傳動比的自動切換檔位，能分別滿足不同等級的車型驅動需求，并且可以保證電動無軌膠輪車在各種復雜路況下所需牽引力，進而避免電池組和電機的長時過載，使其協調工作在電機的高效區內，并保障電動無軌膠輪車具有良好的動力性和經濟性。

結語

（a）無離合自動變速系統，去掉了離合器，提高了傳動效率和可靠性，降低維護成本；

（b）無離合自動變速系統，增加了車輛的調速范圍，可以兼顧爬坡要求和速度要求，為重型礦用電動無軌膠輪車提供驅動系統解決方案。

（c）無離合自動變速系統，可以有效控制電池組和牽引電機的負荷，使其工作在高效區，增加續航里程，同時可以增加電池組和電機可靠性和壽命，進而增加電動無軌膠輪車可靠性和使用壽命。

參考文獻

[1]GB/T18358-2005，電動汽車動力性能試驗方法[S].

[2]習軍強，王雷.純電動客車自動機械變速器換擋過程控制[J].北京理工大學學報，2010（05）：42-45.

[3]電動汽車電驅動自動變速器系統的設計及研究[J].裝備制造技術，2011（04）：57-59.