CN102211614B

CN102211614B - 一种交流电传动铰接式自卸车

Info

Publication number: CN102211614B
Application number: CN201110117429A
Authority: CN
Inventors: 张文明; 金纯�; 阳斌
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2031-05-09
Also published as: CN102211614A

Abstract

本发明专利涉及一种采用交流电传动的铰接式自卸车。一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车包括2个前电动轮单元、4个后电动轮单元，所述6个电动轮单元分别独立驱动自卸车的六轮，所述6个电动轮单元具有完全的互换性；所述自卸车包括前车架（6）、后车架（8）、铰接体（7）；前车架（6）与后车架（8）通过铰接体（7）铰接；铰接体（7）两侧分别安装有转向缸（5），用于车辆铰接转向。本发明的优点是：简化了整车结构，减少了传动部件设计制造难度；免维护的轮边驱动电机提高了车辆可靠性，有效降低系统维护成本；六个电动轮单元可以任意互换，具有优良的互换性。

Description

一种交流电传动铰接式自卸车

技术领域

本发明涉及一种电传动铰接式自卸汽车，特别是涉及一种六轮独立电传动驱动的自卸车。

背景技术

铰接式自卸车(Articulated Dump Trucks ，简称ADT)是指驾驶室（13）与车体之间具有铰接点和摆动环的自卸汽车。其中, 摆动环允许前车架（6）相对于车体独立转动, 铰接点允许前车架（6）相对后车架（8）可达到45°转向角, 从而实现转向功能。当在不平坦的路面行驶时, 能够保证所有车轮与地面接触, 以维持整体的稳定性、通过性和最大生产率。

目前，铰接式自卸车通常采用6x6的驱动方式，传动方式为液力机械传动，其结构相当复杂。

铰接式自卸车由于运行工况比较复杂，需要配备专门的液力机械变速机构，该类型变速机构开发需要较长的周期及较高的成本。因此，液力机械变速机构已成为阻碍铰接式自卸车系列化的主要因素。6x6的铰接式自卸车要想实现全轮驱动，需要动力分配装置及三根以上的传动轴和中间支撑装置。考虑到六个车轮的运动轨迹不同，须采用五个差速机构，同时为了保证车辆在泥泞湿滑路面或深坑路面具有驱动力，还必须为这五个差速机构配置相应的锁紧机构；另外，为了保证动力方向的改变及增大高档位的扭矩，还须配置相应的主减机构。此外，由于铰接式车辆长时间在低速大扭矩工况下工作，液力变矩器的效率很低，液力变矩器和变速器及驱动桥的故障率相当高，维护成本较高。

铰接式自卸车主要工作在崎岖的山地或泥泞的路面，整车质心的高低对操控稳定性有很大的影响，而目前该类车辆由于采用机械式传动结构，驱动桥只能采用非断开式，这样货箱底部必须位于驱动桥的上方，从而大大增高了铰接式自卸车的重心高度，影响了操控稳定性。

由于以上因素，液力机械式铰接式自卸车目前只有国外少数几个企业有能力进行设计制造，近几年，我国徐工、通联重工等企业样车开发都没有成功。

在铰接式自卸车上使用柴电动力、电传动的优势在于去掉了铰接式车辆所必须的液力机械式变速箱、传动轴、主减速器、差速器及相应的锁止机构，从而简化了整车结构，减少了传动部件设计制造难度；免维护的轮边驱动电机提高了车辆可靠性，有效降低系统维护成本；采用电子差速控制，使得六个驱动轮任何时刻都能发挥最大牵引力；在多轮驱动系统中，依靠电控闭环控制系统能方便实现多轮协调驱动。

到目前为止，在市场及文献资料中，未查到已使用或已公开发表的这种类型铰接式自卸车辆。

发明内容

本发明的目的，是解决目前铰接式自卸车传动部分结构复杂、故障点多、设计制造难度大的问题，提供一种六轮独立电传动驱动的自卸车。

本发明一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车包括2个前电动轮单元、4个后电动轮单元，所述6个电动轮单元分别独立驱动自卸车的六轮，所述6个电动轮单元具有完全的互换性；

所述自卸车包括前车架（6）、后车架（8）、铰接体（7）；前车架（6）与后车架（8）通过铰接体（7）铰接；铰接体（7）两侧分别安装有转向缸（5），用于车辆铰接转向。

上述技术方案可以进一步改进为：所述电动轮单元由以下三个部分组成：水冷永磁交流电动机（30）、二级行星齿轮减速器（29）、轮边电机制动器（31）；所述水冷永磁交流电动机（30）、二级行星齿轮减速器（29）、轮边电机制动器（31）通过螺栓连接。

上述技术方案可以进一步改进为：所述自卸车柴油发动机（2）与发电机（3）连接，发动机（2）运转时带动发电机（3）工作，发出的电能用来驱动水冷永磁交流电动机（27）；所述发动机（2）与发电机（3）采用机械连接，具体连接方式是：发动机飞轮（25）与发电机转子（28）分别与重叠在一起的六片挠性盘（27）通过螺栓连接，发动机（2）工作时飞轮带动发电机转子（28）转动，产生交流电，该交流电经过整流器（16）整流，产生的直流电分别供给六个逆变器，逆变器经过逆变形成交流电再分别驱动六个轮边水冷永磁交流电动机（30），六个轮边水冷永磁交流电动机（30）分别把动力传递给六个二级行星齿轮减速器（29），实现动力的传输。

上述技术方案可以进一步改进为：所述自卸车包括六个控制器，分别对应左前轮控制器（17）、右前轮控制器（18）、左中轮控制器（19）、右中轮控制器（20）、左后轮控制器（21）和右后轮控制器（22），每个控制器控制对应的轮边水冷永磁电动机（30），实现对车轮的单独控制；所述的控制器采用基于CAN总线的分布式网络控制，上位机采用嵌入式系统。

上述技术方案可以进一步改进为：左前轮控制器（17）、右前轮控制器（18）、左中轮控制器（19）、右中轮控制器（20）、左后轮控制器（21）和右后轮控制器（22）都安装在一个控制器支架（36）内，该控制器支架（36）固定在车架上。

上述技术方案可以进一步改进为：所述自卸车悬架系统采用全地形的独立悬挂系统，前悬架采用独立式斜置纵摆臂式牵引结构（34），同时承担纵向力和侧向力；垂直方向的力由油气弹簧承担；中、后悬架采用独立式斜置纵摆臂平衡梁式结构（35），车架与车桥刚性连接，垂直方向的弹性变形完全由子午线轮胎承担；在前后摆臂各安置一个阻尼缸来衰减振动。

上述技术方案可以进一步改进为：所述冷却系统集成到每一个电动轮单元内，保证车轮在泥泞、灰尘和水较多的情况下都能保证正常冷却。

本发明所设计的铰接式自卸车优点在于采用了柴电动力，全地形的独立悬挂系统，集成的底盘系统等技术，简化了整车结构，减少了设计制造难度，提高了车辆可靠性以及复杂路面条件下的通过性能，增强了零部件的互换性，有效降低了系统维护成本。

附图说明

图1 是本发明专利交流电传动铰接式自卸车主视图；

图2是本发明专利交流电传动铰接式自卸车俯视图；

图3（a）是本发明专利交流电传动铰接式自卸车发动机与发电机示意图；

图3（b）是本发明专利交流电传动铰接式自卸车发动机与发电机连接部分局部放大示意图；

图4（a）是本发明专利交流电传动铰接式自卸车电动轮集成单元结构示意图；

图4（b）是本发明专利交流电传动铰接式自卸车电动轮集成单元剖视图，方向是沿图4（a）中的B-B方向；

图5 是本发明专利交流电传动铰接式自卸车前桥结构示意图；

图6是本发明专利交流电传动铰接式自卸车后桥结构示意图；

图7是本发明专利交流电传动铰接式自卸车控制系统框图；

图8 是本发明专利交流电传动铰接式自卸车动力及传动系统框图；

图9 是本发明专利交流电传动铰接式自卸车前端控制器组合示意图；

其中

1 发动机罩	19左中轮控制器
		2 发动机	20右中轮控制器
3 发电机	21左后轮控制器
		4 前车桥	22右后轮控制器
5 转向缸	23电动轮集成单元
		6 前车架	24发动机飞轮壳
7 铰接体	25发动机飞轮
		8 后车架	26发电机壳体
9 后车桥	27挠性盘
		10 货箱	28发电机转子
11 举升缸	29减速器
		12 电阻箱	30水冷永磁电动机
13 驾驶室	31制动器
		14 液压油箱	32前桥悬挂缸总成
15 燃油箱	33前桥悬挂缸支座焊接总成
		16整流器	34前桥纵臂总成
17左前轮控制器	35后桥平衡梁焊接总成
		18右前轮控制器	36控制器支架

具体实施方式

本发明专利将结合附图作进一步详细说明。

图1是本发明专利结构示意图，如图所示本发明专利的交流电传动铰接式自卸车的结构主要包括发动机罩1、发动机2、发电机3、前车桥4、转向缸5、前车架6、铰接体7、后车架8、后车桥9、货箱10、举升缸11、电阻箱12、驾驶室13、液压油箱14、燃油箱15、电动轮集成单元23、控制器等。

如图1所示的交流电传动铰接式自卸车，该发明专利采用铰接式转向，前车架6与后车架8通过铰接体7相连，铰接体7两侧分别安装有转向缸5，用于车辆铰接转向。车架上安装悬挂系统，前悬架采用独立式斜置纵摆臂式牵引结构34，同时承担纵向力和侧向力；垂直方向的力由油气弹簧承担；中、后悬架采用独立式斜置纵摆臂平衡梁式结构35，车架与车桥刚性连接，考虑到车辆速度较低，垂直方向的弹性变形完全由子午线轮胎承担。在前后摆臂各安置一个阻尼缸来衰减振动。在底盘上，轮边减速机构、制动机构集成到一个电动轮集成单元（23）内，该单元可在六个车轮间任意替换。模块化的电动轮系统可以提高零部件的互换性，降低系统维护成本。

发动机飞轮25与发电机转子28通过一组挠性盘27连接，当发动机2运转时，飞轮带着发电机转子28转动，产生感应电动势，接上负载即产生感应电流，此感应电流虽然是交流电，但不够稳定，不能用来驱动电动机。因此，将此电流传向整流器16，由整流器16将交流电变为稳定的直流电，再将该直流电传输至各车轮的控制器，该控制器再将直流电逆变为稳定的交流电，将此交流电传输至各控制器对应的轮边水冷永磁电动机30，电动机转子转动，动力传至减速器29，减速器采用两级差动行星齿轮传动，经减速器29调整速度后传至对应车轮，完成动力传输。

本发明专利的交流电传动铰接式自卸车上有一个整流器16，用于将发电机3发出的交流电逆变为直流电。两个制动电阻，用于能耗制动时消耗电能。六个控制器，分别对应左前轮控制器17、右前轮控制器18、左中轮控制器19、右中轮控制器20、左后轮控制器21和右后轮控制器22。一个控制器控制一个轮边水冷永磁电动机30。所述的控制器采用基于CAN总线的分布式网络控制，上位机采用嵌入式系统，实现对车轮的单独控制，使电动机发挥最大效能，依靠控制系统能方便实现多轮协调驱动，通过多轮驱动汽车的控制系统、控制策略与嵌入式软件，可以精确的控制车辆在复杂路面上的行驶、转向及制动。左前轮控制器17、右前轮控制器18、左中轮控制器19、右中轮控制器20、左后轮控制器21和右后轮控制器22安装在一个控制器支架36内，该控制器支架固定在车架上，如图9。

如图所示的交流电传动铰接式自卸车，制动分为能耗制动和机械制动两部分。电动机能耗制动主要用于减速或下坡缓行时，一般在45km/hr-5km/hr采用能耗制动，电流从轮边电动机传递到制动控制器，制动控制器再将电流传递至制动电阻，制动电阻将电能消耗，即可实现能耗制动。机械制动主要用于驻车制动和应急制动以及5km/hr以下行车制动，由于针对轮边电动机的机械制动，制动力矩小。

Claims

1.一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车包括2个前电动轮单元、4个后电动轮单元，所述6个电动轮单元分别独立驱动自卸车的六轮，所述6个电动轮单元具有完全的互换性；

2.根据权利要求1所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述电动轮单元由以下三个部分组成：水冷永磁交流电动机（30）、二级行星齿轮减速器（29）、轮边电机制动器（31）；所述水冷永磁交流电动机（30）、二级行星齿轮减速器（29）、轮边电机制动器（31）通过螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车柴油发动机（2）与发电机（3）连接，发动机（2）运转时带动发电机（3）工作，发出的电能用来驱动水冷永磁交流电动机（30）；所述发动机（2）与发电机（3）采用机械连接，具体连接方式是：发动机飞轮（25）与发电机转子（28）分别与重叠在一起的六片挠性盘（27）通过螺栓连接，发动机（2）工作时飞轮带动发电机转子（28）转动，产生交流电，该交流电经过整流器（16）整流，产生的直流电分别供给六个逆变器，逆变器经过逆变形成交流电再分别驱动六个轮边水冷永磁交流电动机（30），六个轮边水冷永磁交流电动机（30）分别把动力传递给六个二级行星齿轮减速器（29），实现动力的传输。

4.根据权利要求1所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车包括六个控制器，分别对应左前轮控制器（17）、右前轮控制器（18）、左中轮控制器（19）、右中轮控制器（20）、左后轮控制器（21）和右后轮控制器（22），每个控制器控制对应的轮边水冷永磁电动机（27），实现对车轮的单独控制；所述的控制器采用基于CAN总线的分布式网络控制，上位机采用嵌入式系统。

5.根据权利要求4所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：左前轮控制器（17）、右前轮控制器（18）、左中轮控制器（19）、右中轮控制器（20）、左后轮控制器（21）和右后轮控制器（22）都安装在一个控制器支架（36）内，该控制器支架（36）固定在车架上。

6.根据权利要求1所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车悬架系统采用全地形的独立悬挂系统，前悬架采用独立式斜置纵摆臂式牵引结构（34），同时承担纵向力和侧向力；垂直方向的力由油气弹簧承担；中、后悬架采用独立式斜置纵摆臂平衡梁式结构（35），车架与车桥刚性连接，垂直方向的弹性变形完全由子午线轮胎承担；在前后摆臂各安置一个阻尼缸来衰减振动。

7.根据权利要求6所述的一种交流电传动铰接式自卸车，其特征在于：所述自卸车还包括冷却系统，所述冷却系统集成到每一个电动轮单元内，保证车轮在泥泞、灰尘和水较多的情况下都能保证正常冷却。