专利名称：一种电动轮矿用卡车电传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电传动装置，具体是一种电动轮矿用卡车电传动装置，属于矿用卡车的动力传动技术领域。
背景技术：
矿用卡车是露天矿山开采和大规模土方建设中的关键设备，是用于矿石或土方运输的专业设备，具有载重大、工作效率高等特点。根据传动方式的不同，矿用卡车分为两大类，即机械传动式和电传动式。机械传动采用发动机+变速箱+差速器的传动方式，特点是传动效率高，传递系统机械结构复杂，能传递的扭矩有限，一般小吨位矿用卡车采用机械传动。随着矿用卡车吨位的增加，传动扭矩的上升，无法制造机械传动所使用的大型离合器或液力变矩器，机械传动的方式受到了限制，电传动系统由此诞生。电传动采用柴油机+发电机+轮毂电机的方式传动，代替了传统的发动机、变速箱、差速器等机械机构，从而使传动系统大为简单可靠，能够传递较大的力矩。另一方面，电传动具有牵引性能好，爬坡能力强， 可以实现无级调速，运行平稳，发动机可以稳定在经济工况下运转，操作简单，行车安全可靠等优点。全世界100吨级以上的矿用卡车中，约有2/3-3/4为电传动系统，300t级以上的矿用卡车全部为电传动系统。随着发电机、电动机和控制系统技术的发展，目前已有的矿用卡车电传动系统分为下列3种
1、直-直流传动系统。发动机带动直流发电机，发出的电能直接供给直流电动机，以驱动车辆行驶。这种传动装置的优点就是不通过任何转换装置，因此系统结构简单。但缺点是直流发电机体积大、重量大和成本高，传动效能低。直流电动机具有电刷换向器，电刷具有较高的故障率，易造成直流电机环火等故障。进行这种传动系统在早期的矿用卡车有所应用，目前已经完全被淘汰。2、交-直流传动系统。发动机带动交流发电机发出控制器交流电，经过大功率硅整流器整流成直流电，再供给驱动位于后轮的直流轮毂电动机。该驱动技术为较为传统、较为成熟的技术，目前在电动轮矿用卡车上还有着广泛的应用。但是和直-直流传动系统一样，均使用直流电动机，存在一定的缺陷。3、交-直-交流传动系统。交直交传动技术是伴随着大功率逆变装置的成熟而诞生的，为目前最新的技术。交直交系统中，发动机带动交流发电机发电，发出的交流电经过可控硅整流、滤波单元转变成直流电，再经过逆变装置，变成电压幅值、频率可调的交流电， 然后驱动位于后轮的轮毂电动机，从而使交流电动机实现变幅、变频调速。这种传动的特点是结构简单，交流电动机尺寸小重量轻，系统运行可靠，维护方便。众所周知，车辆在转弯时，两侧轮胎位于不同的转弯半径上，因此需要轮间差速装置保证两侧轮胎均与地面贴合，不发生打滑的现象。例如中国发明专利200680035965. 8提供了用于工程机械的电传动系统，包括发动机、发电机、至少一个电动机和控制系统，该专利提供的传动系统仍然采用传统的机械式轮间差速装置，机械差速器结构复杂。目前已有的电传动系统，在系统组成、控制方式、轮间差速等技术上还有进一步发展的空间。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种电动轮矿用卡车电传动装置，遵循制动优先原则，可提供矿用卡车的启动加速、勻速行驶(包括倒车)、减速制动和驻车的功能。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种电动轮矿用卡车电传动装置， 包括加速踏板、刹车踏板、档位手柄、控制器、发动机、交流发电机、整流器、变频器、散热风扇、电阻栅、电制动转换器、传感器、机械制动器、交流电动机、轮边减速器、左轮对、右轮对; 加速踏板、刹车踏板和档位手柄分别通过控制电路与控制器电连接，传感器与控制器电性连接，发动机与交流发电机电连接，交流发电机与整流器电连接，整流器与变频器电连接， 变频器与电制动转换器电连接，电制动转换器与电阻栅电连接，散热风扇安装在电阻栅之间，电制动转换器与交流电动机电连接，交流电动机轴与机械制动器电连接，交流电动机轴端与轮边减速器电连接，交流电动机与左轮对和右轮对电连接；
进一步地，交流电动机和变频器有复数个，且每个交流电动机对应与一个变频器电连
接；
进一步地，左轮对和右轮对间无机械系统直接相连； 进一步地，档位手柄包括空档、前进挡、倒档和驻车档； 进一步地，传感器为转速传感器； 进一步地，轮边减速器为行星齿轮减速器。本发明的有益效果是本装置遵循制动优先原则，能提供矿用卡车的启动加速、 勻速行驶(包括倒车)、减速制动和驻车的功能，减速制动过程中，高速时(3-10Km/h以上) 为电制动，交流电动机转换为发电机，发出的电能通过电阻栅以热能的型式耗散；低速时 (3-10Km/h以下)电制动效能下降，切换到机械制动。左轮对和右轮对由独立的交流电动机驱动，每个交流电动机由独立的变频器控制，控制器可以比对左轮对和右轮对交流电动机的驱动功率，实现左轮对和右轮对的驱动力平衡，防止矿用卡车跑偏，其次，左轮对和右轮对间无机械系统直接相连，保持相互独立，允许转弯过程中左右轮对转速不同，实现柔性差速。控制器控制矿用卡车的运行姿态，并将驾驶员对加速踏板、刹车踏板、档位开关的操作转换为整车的运行指令，实现驾驶员的控制意志，其它各部件的控制均由控制器来完成，实现集中式控制。
图1为本发明结构电原理框图； 图2为本发明控制流程图。图中1、加速踏板，2、刹车踏板，3、档位手柄，4、控制器，5、发动机，6、交流发电机， 7、整流器，8L、8R、变频器，9、散热风扇，10、电阻栅，11、电制动转换器，12、转速传感器，13、 机械制动器，14、交流电动机，15、轮边减速器，16L、左轮对，16R、右轮对。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，一种电动轮矿用卡车电传动装置，由加速踏板1、刹车踏板2、档位手柄3、控制器4、发动机5、交流发电机6、整流器7、变频器8、散热风扇9、电阻栅10、电制动转换器11、传感器12、机械制动器13、交流电动机14、轮边减速器15、左轮对16L和右轮对 16R组成；加速踏板1、刹车踏板2和档位手柄3分别通过控制电路与控制器4电连接，传感器12与控制器4电性连接，发动机5与交流发电机6电连接，交流发电机6与整流器7电连接，整流器7与变频器8电连接，变频器8与电制动转换器11电连接，电制动转换器11 与电阻栅10电连接，散热风扇9安装在电阻栅10之间，电制动转换器11与交流电动机14 电连接，交流电动机14轴与机械制动器13电连接，交流电动机14轴端与轮边减速器15电连接，交流电动机14与左轮对16L和右轮对16R电连接；
所述的交流电动机14和变频器8有复数个，且每个交流电动机14对应与一个变频器 8电连接；
所述的左轮对16L和右轮对16R间无机械系统直接相连； 所述的档位手柄3包括空档、前进挡、倒档和驻车档； 所述的传感器12为转速传感器； 所述的轮边减速器15为行星齿轮减速器； 发动机5提供动力源；
交流发动机6发出控制器4交流电，提供矿用卡车各用电设备所需要的电能； 整流器7将控制器4交流电整流为直流电；
变频器8将直流电转换为频率、幅度可调的控制器4交流电；至少一对交流电动机14 用于矿用卡车的驱动，交流电动机14由单独的变频控制器提供电力；交流电动机14轴端与减速器15相连，经减速器15减速增矩后，分别驱动左轮对16L和右轮对16R ；
减速器15结构至少为一级行星齿轮减速器15 ；交流电动机14轴连接机械制动器，为行车和驻车提供制动；
电阻栅10为电能消耗装置，将电制动过程中产生的电能转换成热能； 散热风扇9提供气流扰动，有助于电阻栅10的散热； 控制系统的核心为控制器4 ；
加速踏板1、刹车踏板2向控制器4传递踩踏角度信号；
档位手柄3至少有空档、前进挡、倒档、驻车档，并将档位信号传递给控制器4 ；发动机 5接受控制器4发出的油门开度控制，以控制发动机5的输出功率，同时发动机5将自身的转速信号反馈给控制器4 ；发电机的励磁电流大小受控制器4控制；变频器8的输出电流频率、幅度受控制器4控制；
电制动转换器11受控制器4控制；转速传感器将轮对运行的转速信号传递给控制器4。本装置能提供矿用卡车的启动加速、勻速行驶(包括倒车)、减速制动和驻车的功能。控制器4控制矿用卡车的运行姿态，并将驾驶员对加速踏板1、刹车踏板22、档位开关的操作转换为整车的运行指令，实现驾驶员的控制意志。其它各部件的控制均由控制器4来完成，实现集中式控制。左轮对16L和右轮对16R由独立的交流电动机14驱动，每个交流电动机14由独立的变频器8控制，控制器4可以比对左右交流电动机14的驱动功率，实现左右轮对的驱动力平衡，防止矿用卡车跑偏。左轮对16L和右轮对16R间无机械系统直接相连，保持相互独立，允许转弯过程中左右轮对转速不同，实现柔性差速。左右轮对16由独立的交流电动机14驱动，每个交流电动机14由独立的变频器8 控制，控制器4通过变频器控制信号CiL和CiR对比交流电动机14L和14R的功率，并调节交流电动机14L和14R的功率使之平衡，最终表现为左右轮对16的驱动力相等，防止矿用卡车跑偏。本装置的电传动系统属于交直交传动系统的一种，在交流发电机6和整流器7之间为交流，整流器7和变频器8之间为直流，变频器8之后为交流电。如图2所示，启动矿用卡车后，可以实现起启动加速、勻速行驶(包括倒车)、减速制动和驻车的功能，其速度控制精度Δ V值可以在控制器4中设定(如设定Δ V=2km/h或 Δ V=Vt*5%)。本装置遵循制动优先的原则，减速制动过程中，高速时(3-10Km/h以上)为电制动，交流电动机14转换为发电机，发出的电能通过电阻栅10以热能的型式耗散；低速时 (3-10Km/h以下)电制动效能下降，切换到机械制动。长下坡缓行制动由电制动来完成；驻车制动由机械制动器来完成；将行星齿轮减速器用于矿用卡车，能大幅减轻传动系统的体积和重量；制动器4与交流电动机14轴相连， 通过减速器15将制动力矩放大，可以提高制动效能。本装置中散热风扇9与电阻栅10配合使用，左右电阻栅10共用一只散热风扇9 ； 散热风扇9数量也可以为多个。机械制动盘与交流电动机14轴、行星齿轮减速器输入轴同轴，制动盘和行星齿轮减速器位于交流电动机14的同一侧或两侧。本电动轮矿用卡车电传动装置的电传动系统属于交直交传动系统的一种。
权利要求
1.一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，包括加速踏板(1)、刹车踏板(2)、 档位手柄(3)、控制器(4)、发动机(5)、交流发电机(6)、整流器(7)、变频器(8)、散热风扇 (9)、电阻栅(10)、电制动转换器(11)、传感器(12)、机械制动器(13)、交流电动机(14)、轮边减速器(15)、左轮对(16L)、右轮对(16R);加速踏板(1)、刹车踏板(2)和档位手柄(3)分别通过控制电路与控制器(4)电连接，传感器(12)与控制器(4)电性连接，发动机(5)与交流发电机(6)电连接，交流发电机(6)与整流器(7)电连接，整流器(7)与变频器(8)电连接，变频器(8)与电制动转换器(11)电连接，电制动转换器(11)与电阻栅(10)电连接，散热风扇(9)安装在电阻栅(10)之间，电制动转换器(11)与交流电动机(14)电连接，交流电动机(14)轴与机械制动器(13)电连接，交流电动机(14)轴端与轮边减速器(15)电连接， 交流电动机(14)与左轮对(16L)和右轮对(16R)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，所述的交流电动机(14)和变频器(8)有复数个，且每个交流电动机(14)对应与一个变频器(8)电连接。
3.根据权利要求1所述的一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，所述的左轮对(16L)和右轮对(16R)间无机械系统直接相连。
4.根据权利要求1所述的一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，所述的档位手柄(3)包括空档、前进挡、倒档和驻车档。
5.根据权利要求1所述的一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，所述的传感器(12)为转速传感器。
6.根据权利要求1所述的一种电动轮矿用卡车电传动装置，其特征在于，所述的轮边减速器(15)为行星齿轮减速器。
全文摘要
本发明涉及一种电动轮矿用卡车电传动装置，属于矿用卡车的动力传动技术领域，包括加速踏板、刹车踏板、档位手柄、控制器、发动机、交流发电机、整流器、变频器、变频器、散热风扇、电阻栅、电阻栅、电制动转换器、电制动转换器、传感器、机械制动器、交流电动机、轮边减速器、左轮对、右轮对。有益效果是本装置遵循制动优先原则，左轮对和右轮对由独立的交流电动机驱动，每个交流电动机由独立的变频器控制，控制器可以比对左轮对和右轮对交流电动机的驱动功率，实现左轮对和右轮对的驱动力平衡，防止矿用卡车跑偏，其次，左轮对和右轮对间无机械系统直接相连，保持相互独立，允许转弯过程中左右轮对转速不同，实现柔性差速。
文档编号B60L7/24GK102328595SQ20111022342
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者孟庆勇, 孟祥伟, 张杰山, 梁媛媛, 范旭辉, 蔡中义, 谢和平, 蹤雪梅, 马华栋, 马玉敏, 魏哲雷, 魏彬 申请人:徐工集团工程机械股份有限公司江苏徐州工程机械研究院