CN107605987B - 用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置 - Google Patents
用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置 Download PDFInfo
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Abstract
提供一种用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，具有永磁双向变矩离合装置且其包括飞轮组件、外转子、磁性内转子、输出轴和空心输出轴，飞轮组件与发动机曲轴固连，外转子与飞轮组件轴向可动式固连，空心输出轴转动支撑于外转子轮毂内腔中，输出轴转动支撑于空心输出轴内腔中，磁性内转子包括左内转子和右内转子，空心输出轴一端伸出轮毂外置于外转子圆筒内部且其上固定右内转子，输出轴一端伸出空心输出轴内腔外部并转动支撑于发动机曲轴上且其上固定左内转子，外转子轮毂外部转动连接轴承座，轴承座通过气动驱动装置与机车气源连接。本发明能够很好的控制离合装置扭矩调节，提高传递效率，实现动力不间断换挡，降低能量损失，消除有害振动磨损，结构简单，易操作。
Description
技术领域
本发明属铁路机车离合装置技术领域，具体涉及一种用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置。
背景技术
铁路内燃机车传动系统主要以机械式传动系统、液力传动系统、电力传动系统为主，内燃机车以内燃机作为原动力，通过扭矩传递元件(离合器、液力变矩器)将动力传递给变速箱、万向传动装置，传到驱动桥驱动车轮。铁路内燃机车的传动系统还是以机械式传动系统和液力传动系统为主，它们的动力传递元件主要还是离合器、液力变矩器。离合器是将发动机和整个汽车底盘系统连接起来的重要部件，位于发动机与变速箱之间，用来切断和连续发动机与传动系统之间的动力传递。它有主动部分和从动部分，两部分可以利用摩擦所需的压紧力，或是利用液体作为传动的介质，或是利用磁力传动等方式传递扭矩，主要起到保证平稳起步、实现平顺换挡、防止传动系过载和降低扭振冲击的作用。手动挡变速箱机车的离合器一般为干式多盘、柱状弹簧摩擦离合器。液力变矩器是由泵轮、涡轮、导轮及锁止离合器组成，位于发动机与变速箱之间，用来传递动力并替代离合器；它的原理是，发动机输出动力通过飞轮组件带动泵轮旋转，泵轮驱动工作液体形成高速旋转液流，高速旋转液流推动导轮旋转，在一定速度条件下泵轮和导轮共同推动涡轮旋转，并产生扭矩放大效果，涡轮则带动变速箱一轴旋转，从而实现动力传递。上述离合器和液力变矩器存在的缺点：现有的液力变矩器传动效率低，手动变速箱离合器换挡时动力中断、传动效率低，摩擦片更换频繁，振动和磨损大，使用寿命短，而且结构复杂，不易操作，扭矩调节可控性低。因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，本发明用永磁双向变矩离合装置代替离合器及液力变矩器，解决了现有的液力变矩器传动效率低，手动变速箱离合器换挡时动力中断、传动效率低以及摩擦片更换频繁的问题，提高自动变速箱机车的传递效率，实现动力不间断换挡，降低了能量损失，大大消除了有害振动和磨损，延长了变速装置的寿命，通过过载滑差保护避免了过载引起的危害，使用寿命长，同时，通过气动驱动装置控制永磁双向变矩离合装置的换挡和扭矩调节，利用机车上的气源执行装置动作，结构简单，易操作，扭矩调节可控有了性大大保证。
本发明采用的技术方案：用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，具有永磁双向变矩离合装置，所述永磁双向变矩离合装置包括飞轮组件、外转子、磁性内转子、输出轴和空心输出轴，所述飞轮组件为圆筒型结构，所述飞轮组件与发动机曲轴输出端固定连接，所述外转子为带轮毂的圆筒型结构，所述外转子圆筒型外表面与飞轮组件圆筒型内表面轴向可动式固定连接，所述空心输出轴转动支撑于轮毂内腔中且外转子可沿着空心输出轴轴向滑动，所述输出轴转动支撑于空心输出轴内腔中，所述磁性内转子包括左内转子和右内转子，所述输出轴和空心输出轴一端均与齿轮箱输入端连接，所述空心输出轴另一端伸出轮毂外置于外转子圆筒型结构内部且其上固定有右内转子，所述输出轴另一端伸出空心输出轴内腔外部并转动支撑于发动机曲轴上且其上固定有左内转子，所述外转子轮毂外部相对转动的连接有轴承座，所述轴承座通过气动驱动装置与机车气源连接实现通过驱动外转子沿着飞轮组件轴向左右往复运动使外转子与左内转子或右内转子套合产生磁力扭矩驱动输出轴Ⅰ或输出轴Ⅱ转动输出扭矩。
其中，所述气动驱动装置包括连杆机构、曲柄、摇杆和气缸，所述发动机曲轴上设有发动机壳体，所述永磁双向变矩离合装置外部设有与发动机壳体连接的变速箱壳体，所述曲柄两端转动支撑于变速箱壳体上，所述连杆机构一端与轴承座转动连接，所述连杆机构另一端与曲柄通过键连接，所述曲柄端伸出变速箱壳体外部且与摇杆一端通过渐开线花键配合连接，所述摇杆另一端与固定于变速箱壳体外部的气缸活塞杆转动连接。
进一步地，所述轴承座通过分离轴承相对转动支撑于外转子轮毂外表面上，所述分离轴承的内圈通过圆螺母固定连接于外转子轮毂外圆柱表面上并随着外转子同步旋转，所述分离轴承外圈通过轴承压盖固定于轴承座内。
进一步地，所述外转子圆筒型结构外表面通过花键副与飞轮组件圆筒型结构内表面轴向可动连接，所述飞轮组件圆筒型结构内壁上设有内花键，所述外转子圆筒型结构外壁上设有与飞轮组件的内花键适配构成花键副的外花键。
进一步地，所述外转子圆筒型结构内侧镶嵌永磁环，所述永磁环安装在外转子圆筒型结构内壁远离轮毂的一侧；所述左内转子和右内转子均为带轮毂的圆筒型结构，所述左内转子轮毂通过平键Ⅰ与输出轴固定连接，所述右内转子轮毂通过平键Ⅱ与空心输出轴固定连接；所述左内转子和右内转子上的感应环分别设于其对应的左内转子和右内转子的圆筒外壁上，所述左内转子和右内转子的感应环轴向宽度相等且等于外转子上的永磁环的轴向宽度；通过改变外转子的磁环几何尺寸和磁体安装数量或者改变左内转子和右内转子的几何尺寸和材质来控制传递功率的大小。
进一步地，所述飞轮组件圆筒型结构一端设有筒体，所述飞轮组件的筒体通过螺栓与发动机曲轴固定连接。
进一步地，所述空心输出轴外壁上套有滑套，所述滑套内圆柱表面与空心输出轴外圆柱壁面以微小间隙滑动套合，所述滑套外圆柱壁面通过滚针轴承转动支撑于外转子的轮毂内部；所述输出轴通过滚针轴承转动支撑于空心输出轴的内腔中，所述输出轴靠近发动机曲轴的一端穿过飞轮组件的底板并通过轴承转动支撑于发动机曲轴上对应的曲轴孔内。
本发明与现有技术相比的优点：
1、本发明用永磁双向变矩离合装置代替离合器及液力变矩器，通过气动驱动装置控制外转子套入或退出左内转子或右内转子上的深度及快慢的不同实现永磁双向变矩离合装置变矩的大小、快慢和动力输出的位置，解决了现有的液力变矩器传动效率低，手动变速箱离合器换挡时动力中断、传动效率低以及摩擦片更换频繁的问题，提高自动变速箱机车的传递效率，实现动力不间断换挡，降低了能量损失，大大消除了有害振动和磨损，延长了变速装置的寿命，通过过载滑差保护避免了过载引起的危害，使用寿命长；
2、本方案通过气动驱动装置驱动外转子沿着飞轮组件轴向往复移动，控制永磁双向变矩离合装置的换挡和扭矩调节，利用机车上的气源执行装置动作，结构简单，易操作，扭矩调节可控有了性大大保证。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为本发明俯视局部剖切示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-2描述本发明的实施例。
用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，如图1所示，具有永磁双向变矩离合装置1，所述永磁双向变矩离合装置1包括组件组件3、外转子5、磁性内转子6、输出轴14和空心输出轴13。所述飞轮组件3为圆筒型结构，所述飞轮组件3与发动机曲轴18输出端固定连接，所述飞轮组件3圆筒型结构一端设有筒体301，筒体301上加工有螺栓孔，所述飞轮组件3的筒体301通过螺栓与发动机曲轴18固定连接。所述外转子5为带轮毂501的圆筒型结构，所述外转子5圆筒型外表面与飞轮组件3圆筒型内表面轴向可动式固定连接，优选的，所述外转子5圆筒型结构外表面通过花键副与飞轮组件3圆筒型结构内表面轴向可动连接，所述飞轮组件3圆筒型结构内壁上设有内花键，所述外转子5圆筒型结构外壁上设有与飞轮组件3的内花键适配构成花键副的外花键。
所述磁性内转子6包括左内转子601和右内转子602，所述空心输出轴13转动支撑于轮毂501内腔中且外转子5可沿着空心输出轴13轴向滑动，所述空心输出轴13外壁上套有滑套9，所述滑套9内圆柱表面与空心输出轴13外圆柱壁面以微小间隙滑动套合，所述滑套9外圆柱壁面通过滚针轴承转动支撑于外转子5的轮毂501内部；所述输出轴14转动支撑于空心输出轴13内腔中，优选的，所述输出轴14通过滚针轴承转动支撑于空心输出轴13的内腔中，所述输出轴14和空心输出轴13一端均与齿轮箱输入端连接，所述空心输出轴13另一端伸出轮毂501外并置于外转子5圆筒型结构内部且其上固定有右内转子602，所述输出轴14另一端伸出空心输出轴13内腔外部并转动支撑于发动机曲轴18上且其上固定有左内转子601，所述输出轴14靠近发动机曲轴18的一端穿过飞轮组件3的筒体301并通过轴承转动支撑于发动机曲轴18上对应的曲轴孔内。
所述外转子5圆筒型结构内侧镶嵌永磁环，所述永磁环安装在外转子5圆筒型结构内壁远离轮毂501的一侧；所述左内转子601和右内转子602均为带轮毂的圆筒型结构，所述左内转子601轮毂通过平键Ⅰ4与输出轴14固定连接，所述右内转子602轮毂通过平键Ⅱ8与空心输出轴13固定连接；所述左内转子601和右内转子602上的感应环分别设于其对应的左内转子601和右内转子602的圆筒外壁上，所述左内转子601和右内转子602的感应环轴向宽度相等且等于外转子5上的永磁环的轴向宽度。磁性内转子6提供旋转永磁场，外转子5通过镶嵌的感应环旋转切割磁性内转子6的永磁场线，使外转子5产生感应磁场，从而获得两个磁场产生的感应力，感应力促使磁性内转子6与外转子5同步转动。通过改变外转子5的磁环几何尺寸和磁体安装数量或者改变左内转子601和右内转子602的几何尺寸和材质来控制传递功率的大小。
所述外转子5的轮毂501外部相对转动的连接有轴承座11，所述轴承座11通过分离轴承10相对转动支撑于外转子5轮毂501外表面上，所述分离轴承10的内圈通过圆螺母固定连接于外转子5轮毂501外圆柱表面上并随着外转子5同步旋转，所述分离轴承10外圈通过轴承压盖固定于轴承座11内。
所述轴承座11通过气动驱动装置19与机车气源连接实现通过驱动外转子5沿着飞轮组件3轴向左右往复运动使外转子5与左内转子601或右内转子602套合产生磁力扭矩驱动输出轴Ⅰ14或输出轴Ⅱ13转动输出扭矩。具体的，如图2所示，所述气动驱动装置19包括连杆机构12、曲柄15、摇杆16和气缸17，所述发动机曲轴18上设有发动机壳体2，所述永磁双向变矩离合装置1外部设有与发动机壳体2连接的变速箱壳体7，所述曲柄15两端转动支撑于变速箱壳体7上，所述连杆机构12一端与轴承座11转动连接，所述连杆机构12另一端与曲柄15通过键连接，所述曲柄15一端伸出变速箱壳体7外部且与摇杆16一端通过渐开线花键配合连接，所述摇杆16另一端与固定于变速箱壳体7外部的气缸17活塞杆转动连接。
工作时：发动机启动后输出的动力通过发动机曲轴18带动飞轮组件3转动，飞轮组件3以花键配合将发动机的动力输出给外转子5使其旋转，外转子5通过互相切割磁力线产生的磁力扭矩驱动磁性内转子6中的左内转子601或右内转子602旋转，进而驱动动力输出轴14或空心输出轴13旋转。外转子5套入或退出左内转子601或右内转子602的过程是通过气动驱动装置19驱动实现的，通过车辆气源动力推动气缸17往复运动来使摇杆16、曲柄15在一定角度内做旋转运动，从而使曲柄15带动通过键连接的连杆机构12拉动轴承座11、外转子5沿轴线做行程放大的直线往复运动，通过外转子5与磁性内转子6的感应位置，控制发动机动力输出给输出轴14和空心输出轴13。具体如下：当气缸17拉动摇杆16向右移动，产生对曲柄15的扭转力矩，使曲柄15逆时针旋转，从而使连杆机构12带动外转子5向右移动，当外转子5与右内转子602进入感应驱动状态时，旋转的外转子5的永磁场与右内转子602的感应磁场相互作用磁扭矩驱动右内转子602和空心输出轴13旋转，随着套入深度的增大，外转子5与右内转子602之间的磁扭矩也相应增大，进而增大了右内转子602和空心输出轴13的转速，当气缸17拉动摇杆16逆时针旋转到极限位置时，外转子5与右内转子602之间的耦合面积达到最大，他们之间的磁扭矩达到最大，此时外转子5与右内转子602转速相同，达到最大，进而空心输出轴13扭矩达到最大，此时发动机动力由空心输出轴13输出。当气缸17拉动摇杆16向左移动，产生对曲柄15的扭转力矩，使曲柄15顺时针旋转，从而使连杆机构12带动外转子5向左移动，外转子5与右内转子602之间的磁耦合面积和磁扭矩相应减小，进而减小了右内转子602和空心输出轴13的转速，当外转子5向左滑动到其上永磁环位于左内转子601或右内转子602之间时，外转子5与右内转子602之间的磁耦合面积和磁扭矩为零，此时右内转子602惯性转动或转速为零，进而空心输出轴13惯性转动或转速为零，没有动力输出。当气缸17拉动摇杆16继续向左移动，产生对曲柄15的扭转力矩，使曲柄15继续顺时针旋转，从而使连杆机构12带动外转子5继续向左移动，逐步开始套入左内转子601上，旋转的外转子5的永磁场与左内转子601的感应磁场相互作用磁扭矩驱动左内转子601和输出轴14旋转，随着套入深度的增大，外转子5与左内转子601之间的磁扭矩也相应增大，进而增大了左内转子601和输出轴14的转速，当气缸17拉动摇杆16顺时针旋转到极限位置时，外转子5与左内转子601之间的耦合面积达到最大，他们之间的磁扭矩达到最大，此时外转子5与左内转子601转速相同，达到最大，进而输出轴14扭矩达到最大，动力经输出轴14完全输出。
本发明中，永磁场是将发动机动力传递给负载设备的基础，通过气动驱动装置19控制外转子5套入或退出左内转子601或右内转子602上深度及快慢的不同实现永磁双向变矩离合装置变矩的大小、快慢和动力输出的位置，经过齿轮变速装置变速后就实现了机车速度和牵引力大小的调节，解决了现有的自动变速箱铁路机车的液力变矩器传动效率低和手动变速箱铁路机车的离合器换挡时动力中断、传动效率低以及摩擦片更换频繁的问题，提高传递效率，实现动力不间断换挡，降低了能量损失，大大消除了有害振动和磨损，延长了变速装置的寿命，通过过载滑差保护避免了过载引起的危害，使用寿命长。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (7)
1.用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：具有永磁双向变矩离合装置(1)，所述永磁双向变矩离合装置(1)包括飞轮组件(3)、外转子(5)、磁性内转子(6)、输出轴(14)和空心输出轴(13)，所述飞轮组件(3)为圆筒型结构，所述飞轮组件(3)与发动机曲轴(18)输出端固定连接，所述外转子(5)为带轮毂(501)的圆筒型结构，所述外转子(5)圆筒型外表面与飞轮组件(3)圆筒型内表面轴向可动式固定连接，所述空心输出轴(13)转动支撑于轮毂(501)内腔中且外转子(5)可沿着空心输出轴(13)轴向滑动，所述输出轴(14)转动支撑于空心输出轴(13)内腔中，所述磁性内转子(6)包括左内转子(601)和右内转子(602)，所述输出轴(14)和空心输出轴(13)一端均与齿轮箱输入端连接，所述空心输出轴(13)另一端伸出轮毂(501)外并置于外转子(5)圆筒型结构内部且其上固定有右内转子(602)，所述输出轴(14)另一端伸出空心输出轴(13)内腔外部并转动支撑于发动机曲轴(18)上且其上固定有左内转子(601)，所述外转子(5)的轮毂(501)外部相对转动的连接有轴承座(11)，所述轴承座(11)通过气动驱动装置(19)与机车气源连接实现通过驱动外转子(5)沿着飞轮组件(3)轴向左右往复运动使外转子(5)与左内转子(601)或右内转子(602)套合产生磁力扭矩驱动输出轴Ⅰ(14)或输出轴Ⅱ(13)转动输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述气动驱动装置(19)包括连杆机构(12)、曲柄(15)、摇杆(16)和气缸(17)，所述发动机曲轴(18)上设有发动机壳体(2)，所述永磁双向变矩离合装置(1)外部设有与发动机壳体(2)连接的变速箱壳体(7)，所述曲柄(15)两端转动支撑于变速箱壳体(7)上，所述连杆机构(12)一端与轴承座(11)转动连接，所述连杆机构(12)另一端与曲柄(15)通过键连接，所述曲柄(15)一端伸出变速箱壳体(7)外部且与摇杆(16)一端通过渐开线花键配合连接，所述摇杆(16)另一端与固定于变速箱壳体(7)外部的气缸(17)活塞杆转动连接。
3.根据权利要求2所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述轴承座(11)通过分离轴承(10)相对转动支撑于外转子(5)轮毂(501)外表面上，所述分离轴承(10)的内圈通过圆螺母固定连接于外转子(5)轮毂(501)外圆柱表面上并随着外转子(5)同步旋转，所述分离轴承(10)外圈通过轴承压盖固定于轴承座(11)内。
4.根据权利要求1所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述外转子(5)圆筒型结构外表面通过花键副与飞轮组件(3)圆筒型结构内表面轴向可动连接，所述飞轮组件(3)圆筒型结构内壁上设有内花键，所述外转子(5)圆筒型结构外壁上设有与飞轮组件(3)的内花键适配构成花键副的外花键。
5.根据权利要求4所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述外转子(5)圆筒型结构内侧镶嵌永磁环，所述永磁环安装在外转子(5)圆筒型结构内壁远离轮毂(501)的一侧；所述左内转子(601)和右内转子(602)均为带轮毂的圆筒型结构，所述左内转子(601)轮毂通过平键Ⅰ(4)与输出轴(14)固定连接，所述右内转子(602)轮毂通过平键Ⅱ(8)与空心输出轴(13)固定连接；所述左内转子(601)和右内转子(602)上的感应环分别设于其对应的左内转子(601)和右内转子(602)的圆筒外壁上，所述左内转子(601)和右内转子(602)的感应环轴向宽度相等且等于外转子(5)上的永磁环的轴向宽度；通过改变外转子(5)的磁环几何尺寸和磁体安装数量或者改变左内转子(601)和右内转子(602)的几何尺寸和材质来控制传递功率的大小。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述飞轮组件(3)圆筒型结构一端设有筒体(301)，所述飞轮组件(3)的筒体(301)通过螺栓与发动机曲轴(18)固定连接。
7.根据权利要求6所述的用于铁路内燃机车的永磁双离合驱动装置，其特征在于：所述空心输出轴(13)外壁上套有滑套(9)，所述滑套(9)内圆柱表面与空心输出轴(13)外圆柱壁面以微小间隙滑动套合，所述滑套(9)外圆柱壁面通过滚针轴承转动支撑于外转子(5)的轮毂(501)内部；所述输出轴(14)通过滚针轴承转动支撑于空心输出轴(13)的内腔中，所述输出轴(14)靠近发动机曲轴(18)的一端穿过飞轮组件(3)的筒体(301)并通过轴承转动支撑于发动机曲轴(18)上对应的曲轴孔内。
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