带常开式湿式制动器的车辆电动驱动机构

杨建国

（徐州生物工程职业技术学院，江苏 徐州 221006）

0 引言

目前大功率的车辆，如工程机械车辆、铁路机车牵引车辆及矿用重型车辆等，其行车驱动机构多采用液压马达驱动机构。该机构主要由发动机、液压系统 （主要有液压泵、液压马达及液压控制元件等）、制动器等零部件组成，其中液压马达在系统中起主要作用。基于液压马达的特点，该类驱动机构具有输出功率大，抗冲击，运动方向易于控制等优点。但是，液压马达行车驱动机构在实际使用时，存在工作噪音大、液压系统复杂、故障多及维修麻烦等缺点，愈来愈有被极具环保理念的电动驱动机构所代替的趋势。另外，现在的车辆驱动机构匹配的湿式制动器，其制动机构大多为常闭机构，在车辆行车制动时，易导致其晃动，驻车不稳，有一定的安全隐患。本文提供了一种新型的车辆电动驱动机构，该机构可选用普通三相异步电动机作为动力源，配备常开式湿式制动器，采用经典的差动减速机构降速，较好的解决了上述现有技术的缺点。

1 机构的组成

本车辆电动驱动机构由三部分组成：电动机、湿式制动器及差动减速机构。图1所示的是机构的右半部分，即电动机及湿式制动器的结构。

图1 电机及湿式制动器结构图

图2 三级差动减速机构

在图1中，电动机21为机构提供动力，电动机安装在联接盘20上，联接盘20安装在支撑轴17上；支撑轴和联接盘内孔处安装有制动毂18、活塞22，支撑轴内孔处安装有静摩擦片组15，外圆处安装有轮毂14；支撑轴上还安装有放气塞19和进出油接头28，支撑轴本身固定在车架上，二者静止不动；制动毂18上安装有动摩擦片组16，制动毂一端通过花键与半轴4联接，制动毂另一端通过花键与电机轴联接，以使电机的动力传递至半轴上；静摩擦片组15、动摩擦片组16、制动毂18、活塞22、复位弹簧26以及支撑轴17构成常开式湿式制动器。

图2所示的是机构的左半部分，为了实现较大的降速比，采用了三级差动减速机构。其中，齿圈9、行星轮2、太阳轮5组成行星轮系Ⅰ；齿圈10、行星轮8、太阳轮6组成行星轮系Ⅱ；齿圈10、行星轮13、太阳轮11组成行星轮系Ⅲ；各行星轮对应的安装在行星轴Ⅰ3、Ⅱ7、Ⅲ12上，行星轴上还对应安装行星轮架Ⅰ25、Ⅱ24、Ⅲ23；太阳轮Ⅰ5通过花键与半轴联接，太阳轮Ⅱ6、Ⅲ11及定位套27均空套在半轴4上；行星轮架Ⅰ25和行星轮架Ⅱ24通过花键对应联接在太阳轮Ⅱ6、太阳轮Ⅲ11上，并一起旋转。注意，行星轮架Ⅲ23与支撑轴17一起，通过平键与定位套27连成一体，不能旋转。

从图2中可看出，为方便齿圈内齿的加工，设计时将齿圈拆分成两个，即齿圈9和齿圈10，二者装配时用定位销定位，螺钉紧固；为使机构能承受大载荷及抗冲击能力，采取了以下措施：①将齿轮厚度适当加宽；②支撑轴承均选用双列圆柱滚子轴承；③合理选择主要零件的材料及热处理。其中，半轴、行星轴、齿轮、齿圈、行星轮架及支撑轴等零件，均选用优质合金钢40Cr，毛坯锻造成型；行星轴、齿轮及行星轮架采用整体淬火，半轴、齿圈及支撑轴采用调质处理，以提高其综合机械性能。

2 机构的工作原理

来自电池的电力经过逆变后，向电动机提供三相交流电源，电动机可选普通三相交流异步电动机，电机旋转后，动力通过制动毂18传递给半轴4，半轴4又将动力传递给差动传动机构，即：半轴4带动太阳轮Ⅰ5旋转，太阳轮Ⅰ5带动行星轮Ⅰ2旋转，行星轮Ⅰ2带动齿圈Ⅰ9旋转，实现第一级差速传动；齿圈Ⅰ9旋转时，行星轮架Ⅰ25旋转，带动太阳轮Ⅱ6旋转，太阳轮Ⅱ6带动行星轮Ⅱ8旋转，行星轮Ⅱ8带动齿圈Ⅱ10旋转，实现第二级差速传动；齿圈Ⅱ10旋转时，行星轮架Ⅱ24旋转，带动太阳轮Ⅲ11旋转，太阳轮Ⅲ11带动行星轮Ⅲ13旋转，行星轮Ⅲ13带动齿圈Ⅱ10旋转，实现第三级差速传动，但行星轮架Ⅲ23与支撑轴17一起通过平键与定位套27连成一体，不能旋转。本差动传动机构为大传动比三级传动机构，现以已设计定型的D1000QS电动驱动机构为例，计算机构的传动比i。

已知： ZⅠ9=60， ZⅠ5=18， ZⅡ10=63， ZⅡ6=18， ZⅢ10=63，ZⅢ11=17， 依据公式[2]:

式中：ntⅠ—太阳轮Ⅰ5的转速（即输入转速）；nqⅢ—齿圈9、10的转速（即输出转速），负号表示齿圈转向与太阳轮转向反向；k—三行星排的机构参数，等于齿圈转速与太阳轮转速之比，即：

将求得的 kⅠ、 kⅡ、 kⅢ值代入式（1）中， 得： i=90.8。由计算可知，本机构可将电动机输出的转速大幅降低，同时向轮毂14输出较大的扭矩，以驱动车辆的运动。

本车辆的电动驱动机构，由于驻车制动改在电动机轴上完成（电动机轴上自带抱闸装置），故机构上的湿式制动器可设计为常开机构。即当车辆驻车及正常行驶时，湿式制动器上活塞、复位弹簧等制动零部件为非受力状态，动、静摩擦片分离。当车辆需要制动时，压力油通过进油接头28及进油口29，进入活塞22右腔，推动活塞向左运动，进而推动静摩擦片15压紧动摩擦片16，由于动摩擦片16与制动毂18联接，而制动毂18又与半轴4联接，故半轴4得到制动，实现了半轴制动。当车辆不需要制动时，电磁换向阀换向，切断进油回路，活塞22在复位弹簧26的作用下复位，压力油通过进出油接头28回油，动静摩擦片分开，湿式制动器恢复为常开状态，车辆正常行驶。

3 结束语

（1）本车辆的电动驱动机构采用的电机，可选用普通三相交流异步电动机，故降低了使用成本。由于采用电动驱动，亦避免了液压马达工作噪音大、液压系统复杂及环保性差的缺点。

（2）由于湿式制动器的制动机构设计为常开机构，这就简化了湿式制动器的结构，延长了湿式制动器的寿命，解决了常闭机构刹车急、缓冲差、装载的货物易飞出等问题。

（3）本车辆的电动驱动机构，其差速传动机构为三级传动，可将电动机输出的转速大幅降低，输出扭矩大，特别适宜驱动重型车辆的运动。

（4）本车辆的电动驱动机构除电动机外露外，其余运动部分均被封闭在机构里，且机构里注入了油液，防爆效果好。如电动机选用防爆电机，本机构亦可用于矿用车辆或矿用牵引机械。

总之，本电动驱动机构简化了液压系统，降低了机器噪音，减轻了设备的维护维修工作，提高了行车制动的安全性，降速比大，输出力矩大，由于采用电动驱动，亦符合当今的环保理念。另：本车辆的电动驱动机构已被国家知识产权局授予实用新型专利 （专利号：201320086482.8）。

[1]朱增宝，季军，李灿，江志祥.基于高传动效率的行星齿轮传动系统优化设计[J].煤矿机械，2013，1.

[2]唐经世.高速铁路运梁车车轮减速器的构造和运动分析[J].工程机械，2008，8.

[3]胡江平，杨务滋.300t矿用自卸车全液压湿式制动系统研究[J].郑州大学学报，2011，3.

[4]张展，等.行星差动传动装置[M].北京：机械工业出版社，2009.