矿用电动无轨胶轮车无离合自动变速系统研究

刘月广

摘 要：本文介绍了我国矿用锂离子蓄电池无轨胶轮车的驱动系统发展现状，系统阐述了矿用电动无轨胶轮车的基于EMT无离合自动变速系统的组成、构造和工作原理。研究结果表明：基于EMT无离合自动变速系统，能够满足矿用电动无轨胶轮车矿井下的实际应用，通过整车控制策略可以有效控制电池组和电机的负荷，并提高续航里程和操控性，降低维护成本，增加了可靠性和使用寿命，并为重型矿用电动无轨胶轮车驱动系统解决方案提供了参考。

关键词：电动无轨胶轮车；无离合自动变速；驱动系统

中图分类号：U469 文献标识码：A

目前，矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车已经开始应用到煤矿无轨辅助运输，解决了防爆柴油机无轨胶轮车产生的尾气和噪音污染，做到了零排放、零污染、低噪音。驱动系统是矿用电动无轨胶轮车的核心技术，是重要的攻关项目之一。

1 矿用电动无轨胶轮车驱动系统发展现状

目前矿用电动无轨胶轮车主要有比塞洛斯防爆电池铲运车、运煤车、支架搬运车等，都是采用的电机直驱方式，但是这些车辆的速度都很低，不能满足长距离运输。

由石煤机公司引领发展的矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车已经取得了第一款矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车的井下试验证，正在矿井进行工业性试验。此车采用试电机+离合器+变速箱的驱动方式，能够同时满足爬坡和高速行驶的要求。并且正在探索其他更高效、更可靠的驱动系统方案，其他研发电动胶轮车厂家，如德塔、太科院、常州科试等，也采用过电机直驱、电机+两档变速箱、电机+AMT变速箱等多种驱动方案。

2 基本EMT的无离合自动变速系统技术研究

由于矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车具有自重大，电池组容量相对较小，适应路况复杂等特点，因此高效的驱动系统是其最关键的技术。随着电子技术和控制技术的发展，自动变速器技术发展越来越成熟。无离合自动变速系统应运而生。此系统融合了电机驱动技术和机械传动技术，运用电子控制技术，以电机主动与变速箱同步原理，实现自动变速功能。

（1）基本EMT的无离合自动变速系统组成和结构：

（a）此系统主要由隔爆型电源装置、隔爆型电机、EMT变速箱、变速操纵机构、整车控制系统、控制阀组、控制压力源、电机控制系统、换档开关、控制踏板等主要部分组成。

（b）基本结构为隔爆型电动机的输出轴直接与变速箱的输入轴连接，去掉了离合器，结构紧凑。并在变速箱内每个换挡上设置传感器，准确判断目前档位。在变速箱上设置有变速操纵机构，变速操纵机构利用控制阀组开启和关闭通过控制压力源来实现换挡操作。控制系统由整车控制系统和电机控制系统组成。整车控制系统对各种传感器所检测到的数据进行处理和分析并得出加速信号或者减速信号，并将加速信号或者减速信号传递给电机控制系统和控制阀组，通过主动同步技术，实现自动换挡功能。隔爆型电源装置为整车控制系统、电机控制系统、隔爆型电机提供电源。

（2）加减速及换挡工作原理与控制

煤矿用电动无离合自动变速无轨胶轮车在行进过程中，通过整车控制系统对整车各模块进行实施监控，协调各项性能模块协调工作，完成自动变速功能。

下面根据附图（如图1所示）说明煤矿用电动无离合自动变速无轨胶轮车在加减速及换档过程中的工作原理：

①加速减速控制：在电动无轨胶轮车运行的过程中，司机触动控制踏板后，控制踏板上的传感器将控制电信号传递给整车控制系统，在通过整车控制系统对个模块监测的数据进行对比分析和处理后，判断是加减速还是换挡，如果是加减速，只把控制命令发给电机控制系统，实现对隔爆型电机转速的控制，已达到对矿用电动无轨胶轮车的加减速控制。

②换档控制：矿用电动无轨胶轮车在运行过程中，司机要根据行驶要求需换挡或改变车速，司机通过触动换档开关或触动控制踏板，会将控制电信号传输到整车控制系统，整车控制系统对各模块数据进行分析和处理后后，将分别发出控制指令：其中一路信号发给电机控制系统，电机控制系统进行整理分析后控制隔爆型电机输出相应转速，使此转速与变速箱准备切入档位所需转速相同，从而实现主动同步；而另一路信号发给控制阀组，通过控制气压（或液压）的换向，通过变速操纵机构将齿轮式变速箱切入相应的档位，从而实现自动换挡。

（3）特点

此系统采用的变速箱可以实现2～5个传动比的自动切换档位，能分别满足不同等级的车型驱动需求，并且可以保证电动无轨胶轮车在各种复杂路况下所需牵引力，进而避免电池组和电机的长时过载，使其协调工作在电机的高效区内，并保障电动无轨胶轮车具有良好的动力性和经济性。

结语

（a）无离合自动变速系统，去掉了离合器，提高了传动效率和可靠性，降低维护成本；

（b）无离合自动变速系统，增加了车辆的调速范围，可以兼顾爬坡要求和速度要求，为重型矿用电动无轨胶轮车提供驱动系统解决方案。

（c）无离合自动变速系统，可以有效控制电池组和牵引电机的负荷，使其工作在高效区，增加续航里程，同时可以增加电池组和电机可靠性和寿命，进而增加电动无轨胶轮车可靠性和使用寿命。

参考文献

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[2]习军强，王雷.纯电动客车自动机械变速器换挡过程控制[J].北京理工大学学报，2010（05）：42-45.

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