電動車輛減速器自動控制系統設計

黃炎軍

摘 要：對電動車車輛進行了分析，指出減速器存在較大問題。本文對減速器存在的實際問題及新型減速器設計進行了闡述，對其中具體的傳動機構設置進行了探討，并針對技術優勢做出了總結，為新型減速器研發提供了有效的理論支持。

關鍵詞：電機;新型駝峰;車輛減速器;設計

1電動車輛減速器存在的問題

1.1在相關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

情況就會導致電機承受負荷進一步增大，再加上受到沖擊的次數往往比較多，就很容易收到扭轉沖擊的影響，從而使電機軸變形或者是扭斷的可能性進一步增大。

1.2在車輛減速器進行工作的時候，電機主軸始終和懸臂梁的位置相吻合。在這種情況下，剛連接的方式就會造成電機主軸始終要承受車輛制動時對電機主軸徑向的巨大沖擊。

1.3車輛在進行緊急制動時，在巨大推力的實際影響之下，就會造成電機主軸出現變形的是實際情況。進而使定子、轉子產生一定的摩擦現象，輸出動力出現了嚴重的下降，減速器功能發揮受到了明顯的限制。

1.4系統里的單連桿機構，在經受住長時間磨損后，往往會出現電機鎖發生不規則形變的情況，對于日常使用造成了較大制約。

2新型電動車輛減速器的設計

2.1設計目標

2.1.1傳動機構應該將相關作用力避免導向電機，以防止電機的實際損傷;

2.1.2電機自身應避免系統反向沖擊力對自身的實際作用，使其只接受動力來源;

2.1.3對相關動能進行吸收，從而在根源上避免對系統的電機主軸造成巨大的沖擊，從而避免形變的情況發生;

2.1.4在進行緩沖機構進行設計的時候應該充分解決同軸問題;

2.1.5確保電機在沒有任何負載的時候就可以迅速啟動;

2.1.6使電機在緩解時，利用電機轉子的動能錘擊系統，使自鎖機構瞬間解鎖。

2.2傳動機構設計

2.2.1異心五連桿機構

異心五連桿機構實現了三級力放大，提高了電動車輛減速器的制動緩解能力，還使異心五連桿機構的自鎖角度可以成倍增加。異心五連桿機構包括前連桿、后連桿、起始連桿、曲柄，前連桿與后連桿鉸接在c點，前連桿的另一個鉸點與大曲拐鉸接，鉸接點為A點，后連桿通過鉸座鉸接在大底板上，鉸接點為B點，大底板固定在軌枕上，當車輛減速器處于制動位時A、B、c三點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，鉸接點為w點，BW比BC長，當曲柄在鎖死位置前后擺動lO°時（假設），w點移動量很小，C點移動量更小，這時A、B、C三點仍基本成一條直線，所以即使異心五連桿機構的過鎖死角磨損為lO°，曲柄仍不必用很大的力就可將c點拉起使系統解鎖。在同樣鎖閉角度下，異心五連桿機構的解鎖能力比單連桿機構大幾十倍。五連桿機構能將圓周運動轉變成直線運動且能承受很大的沖擊力，在電動車輛減速器緩解時，五連桿機構有三級放大作用，緩解能力極強，所以也允許五連桿機構可以有很大的過鎖死角。五連桿機構的初始過鎖死角β可以設計為2±0.2°，既是當五連桿機構工作數年后過鎖死角β磨損為1O°，仍不影響異心五連桿機構的正常解鎖，便于現場維修保養，當五連桿機構工作數年后過鎖死角β磨損超過l0°時，只需更換新的五連桿機構中的起始連桿即可。

2.2.2反作用力轉移隔斷

制動所產生的反作用力作用在電機主軸上是現有的電動車在進行制動時存在的巨大問題，為了避免的反作用力帶來的巨大傷害，可以在曲柄支撐結構上做出一定的改變。通過該機構的全面前移和曲柄支撐點改為支撐立板的方式來有效避免反作用對電機主軸的傷害。這種設計最大的特點就是可以在減速器進行作用時，將反作用力傳至軌枕處，就可以有效傳統設計下所帶來的種種問題。

2.2.3可調心拔桿聯軸器

雖然將電機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。其中一點就是在于曲柄的心軸和電機軸中心無法在同一個點上，雖然經過多次調整但是這一個問題始終存在。后來通過加裝可調心拔桿聯軸器的方式使得這一個問題得到了很好的解決。為電機曲柄全面前移的實際應用打下了一定的技術基礎，能夠有效改變傳統制動方式帶來的作用力傷害。

由于該專利技術設計的可調心拔桿聯軸器是差動式可調心拔桿聯軸器，其最大特點是其主動端與被動端之間理論上有0到360度的間隙，即可調心拔桿聯軸器的被動端可落后于主動端0到360度，利用這個傳動特性，電機在起動時可以在一定的角度內無負荷起動，轉動一定的角度后才會帶動系統轉動，在電動車輛減速器緩解時，這種錘擊作用正好有利于電動車輛減速器的緩解，且作用明顯，因為五連桿機構過鎖死角一般在2°到3。之間，只要可調心拔桿聯軸器的被動端旋轉超過3°，即是電機斷電，電動車輛減速器也會自動緩解。也就說明了電動車輛減速器緩解耗能極低。

2.2.4緩沖設計

經過計算，我們發現在單連桿機構中，電機軸所受的沖擊扭矩隨電機軸的直徑增大而增大，當電機軸直徑達60毫米時，電機軸所受的沖擊扭矩超過13000NM（牛米），是電機正常傳遞扭矩180NM的6O多倍，沖擊扭矩越大除對電機軸的破壞能力越強外，對系統其它零部件的破壞能力也越強。我們最后決定用彈性聯軸器或摩擦聯軸器進行緩沖的辦法將電機與制動系統分開，用彈性聯軸器或摩擦聯軸器將電機與制動系統分開的最終原理是用彈性聯軸器或摩擦聯軸器將電機轉子動能吸收，解決了剛性系統無法吸收系統多余能量的問題。

2.3電機選型

采用啟動電流、堵轉電流與工作電流相差不大，充許堵轉時間長且加入了摩擦聯軸器的緩沖型低速電機。該種電機轉速250轉/分，工作轉矩170NM，工作電壓380V±10%絕緣等級E，旋轉角度290±5°，啟動電流工作電流一堵轉電流=18A。采用18A電流電機是為了保證制動力，在試用過程中發現采用13A電流的電機即可。

2.4應對斷電緩解問題

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輸出，而電動減速器本身就是一個瞬時消耗較大的一種電力設備。但是如果完全使用UPS方案，則會產生新的問題。往往需要配套應用功率比較大的輔助設備。這些輔助設備不僅僅造價高昂，而且在維修的時候也會出現工作量不斷增大的實際情況。為了證實UPS方案的可行性，在試驗中電動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，當動力電源斷電后，利用專用的控制電路，使已經制動的減速器7臺電機逐個緩解，以達到整臺減速器緩解的目的。

2.4.2機械式斷電緩解方案

該種技術方案的原理就是利用原本積累的一些動能和反向旋轉力使得機械裝置可以順利解鎖。因此，往往需要較少的電能就可以實現，在具體的電機選擇上可以采用較小的蓄電池。將減速直流電機作為重要的獨立輸出裝置來完成解鎖工作。但是該種方案往往需要對原有的機械結構做出大量的實際調整。因此，并不在現有技術選擇方案中。

3總結

新型（TJD3）電動車輛減速器在保留了傳統電動車減速器所具備的一系列優勢的同時，也針對存在著的很多問題進行了有效調整，實現了減速效果和使用壽命雙提升的實際結果。產品符合TB/T2845—2007車輛減速器技術條件，與主流的風動減速器除了動力源不同外，其它機械及安裝標準均保持一致，有利于推廣使用。接下來我們將在進一步降低電機功率、使用大功率電容供電的可行性及運行自動監測等方面做更深入的研究，努力在電動車減速器方面形成更多的技術突破，從有效提高減速效果。

參考文獻：

[1]付學偉，牛好振.新型駝峰自動化調速設備一電動車輛減速器[J].鐵路運營技術，1998（4）.

[2]高立中.電動駝峰車輛減速器傳動選型的研究[A].中國鐵道學會——2Oo4年度學術活動優秀論文評獎論文集[C].2005.

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