CN112406944B - 一种电力驱动单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路编组站驼峰车辆调速领域，具体涉及一种电力驱动单元。本发明针对设备的特殊负载特性，采用合理的机械结构组合和电机工作方式，对负载进行多次适配，解决了以往电力驱动单元冲击电流过大、机械冲击大、重复制动能力弱的问题，降低了单元电功率及单元成本，也使设备安装、维修变得方便、简单。

Description

一种电力驱动单元

技术领域

本发明涉及铁路编组站驼峰车辆调速领域，具体涉及一种电力驱动单元，特别是涉及到一种用于铁路驼峰调速设备的电力驱动单元。

背景技术

在铁路编组站驼峰车辆调速领域，已有各种形式的车辆安全、调速设备在应用，特别是车辆减速器应用更广泛，现行驼峰车辆减速器主要为液压、风动、电动三种形式，其中后起之秀电动车辆减速器同其他形式车辆减速器相比具有较为鲜明的特点，近几年电动车辆减速器在一些编组站驼峰上得到推广应用，但这些电动车辆减速器在推广应用中也暴露出一些问题，即动力驱动单元问题，虽然不同电动车辆减速器因采用动力驱动单元有所不同，所表现出的问题也不尽相同，但总体而言都存在机械结构设计的不合理，导致电动器件(电机)必须正、反转运动，频繁重复启、停动作。这就带来如下问题：

1.急停、急起；电动器件(电机)到位后堵转急停，再动作时，又需要反向静态急起，造成电动器件(电机)频繁承受过载电流或启动电流冲击，这不仅造成很大的能量损失，而且对电动器件(电机)和传动机构的寿命都有较大的影响；

2.动力单元设计没有针对负载特性，合理地使用动力，造成电动器件(电机)使用效率低下，选用的电动器件(电机)功率过大，导致整个系统储能环节设置困难，难以满足相关规范要求；

3.重复制动能力较弱。

而由本人为第一发明人，在中国专利ZL 2009 2 0015206.6《车辆减速器电驱动转置》(2010年2月24日公告)采用的方案是：使用两个旋转方向不同的电机通过电磁离合器与双输入、单输出减速器的接合与断开，控制制动和缓解动作，工作时，电机连续运转不需要频繁启、停。这个方案虽然解决了上述问题，在实际使用中效果也很好，但在电机功率和电力驱动单元成本上还有很大的降低空间。

为更好地解决上述问题、降低电机功率和电力驱动单元成本，本发明提供了一种新型电力驱动单元。

发明目的

本发明的目的是：解决现有电驱动装置冲击电流过大、机械冲击大、供电设备容量偏大、储能环节设置困难、重复制动能力较弱、成本偏高的问题，提供一种低功率、低成本的电力驱动单元。

技术方案

本发明所述电力驱动单元的特征在于：所述电力驱动单元设有提供驱动力的电磁离合电机，所述电磁离合电机输出轴与所述减速器输入轴相联，所述槽式连接曲柄安装在所述减速器的输出轴上，所述槽式连接曲柄槽中嵌有所述槽式连接曲柄滑块，所述槽式连接曲柄滑块可在所述槽式连接曲柄槽中滑动，所述槽式连接曲柄滑块、所述摇臂通过所述连杆轴构成所述摇臂与所述槽式连接曲柄的连接、所述摇臂固定在所述摇臂支撑轴上，所述摇臂支撑轴安装在所述底座上，所述滚轮曲拐通过所述滚轮曲拐支撑轴安装在所述底座上，且通过滚轮所述曲拐连接轴与所述连杆相连，所述连杆通过所述连杆轴与所述摇臂连接，所述电磁离合电机、所述减速器均安装在所述底座上；上述零件构成一个联动机构，它将所述电磁离合电机的旋转运动转化为所述滚轮曲拐的摆动，所述滚轮曲拐摆动的高、低点分别对应于制动位和缓解位；

所述电磁离合电机可以采用单速形式，也可以采用双速形式；

所述电磁离合电机采用双速形式时，在制动过程中，以低速运转；在缓解过程中，以高速运转；

所述电磁离合电机具有离合功能，所述电磁离合电机为连续旋转电机与电磁离合器的功能组合，所述电磁离合电机可以是整体式，也可以是电机与电磁离合器组合式；

所述摇臂、所述连杆、所述滚轮曲拐和所述底座构成一个曲柄摇杆机构，所述摇臂旋转运动带动所述连杆转化为所述滚轮曲拐的摆动；

所述摇臂每旋转一周，所述滚轮曲拐就相应摆动一个周期，所述摇臂具有急回特性，所述滚轮曲拐的摆动具有急回特性；

所述摇臂的急回特性与所述槽式连接曲柄旋转方向相关，所述滚轮曲拐摆动的急回特性与所述摇臂旋转方向相关；

所述滚轮曲拐的急回特性同缓解过程对应；

所述槽式连接曲柄在每一个旋转周期内，所述摇臂的中心线和连杆的中心线有两次重合，两次重合分别对应所述滚轮曲拐摆动的高点和低点，也是所述摇臂、所述连杆、所述滚轮曲拐和所述底座构成的曲柄摇杆机构的两个死点，当所述摇臂、所述连杆、所述滚轮曲拐和所述底座构成的机构运动到死点时，所述电磁离合电机断开同所述减速器的连接，即可锁闭所述滚轮曲拐，所述滚轮曲拐锁闭点与机构死点对应；

所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴平行而不同轴；

所述槽式连接曲柄在转动过程中通过所述槽式连接曲柄滑块在所述槽式连接曲柄槽内的滑动，所述槽式连接曲柄与所述摇臂构成周期性变传动比连接；

所述摇臂的每个旋转周期内，所述摇臂具有变化的输出转矩与变化的角速度；

所述槽式连接曲柄在每个旋转周期内所述槽式连接曲柄的中心线与摇臂的中心线有两次重合，所述摇臂在两次重合时分别输出最大转矩、最小转矩；

所述摇臂在最小转矩处出现最大角速度，所述摇臂在最大转矩处出现最小角速度，所述摇臂最小转矩侧平均角速度大于最大转矩侧平均角速度；

所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴通过合理的错轴布置，使所述摇臂在最大转矩侧对应制动过程；所述摇臂在最小转矩侧对应缓解过程；

所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴通过调整相对位置使所述滚轮曲拐的最大输出转矩对应于制动过程中所述滚轮曲拐所受的最大负载力矩；

本发明具有如下优点及有益效果：

1.本发明解决了以往电力驱动单元冲击电流过大、机械冲击大、重复制动能力弱的问题，增加了电机和传动机构的使用寿命；

2.节电；本发明针对设备特殊的负载特性，进行多次负载适配，充分地提高了电机的使用效率，极大地减少了电能浪费；

3.本发明较好地解决了降低单元电功率、增加制动输出力矩、减少缓解时间三者之间的矛盾，做到更精准地控制车辆溜放速度；

4.本发明降低了单元电功率及单元成本，降低了系统所需电容量，可以采用经济、适用的三相UPS作为后备电源，在主电源故障时能够对已经解体的车辆进行有效的作业，从而保证设备符合规范要求，本发明也使设备安装、维修变得方便、简单，有利于推广使用；

附图及附图标记说明

图1为实施例1处于制动位时的轴测示意图；

图2为实施例1正面制动位(实线)、缓解位(虚线)交替位置示意图；

图3为实施例1正面局部剖视图；

图4为实施例1正面剪裁示意图；

图5为实施例1的底座轴测示意图；

图6为实施例2处于缓解位时的轴测示意图；

图7为实施例2正面缓解位(实线)、制动位(虚线)交替位置示意图；

图8为实施例2的正面剪裁、局部剖视图；

图9为实施例2的正面剪裁、局部剖视图；

图10为实施例2的底座1轴测示意图；

图11为实施例3处于制动位时的轴测示意图；

图12为实施例3正面制动位(实线)、缓解位(虚线)交替位置示意图；

图13为槽式连接曲柄的轴测示意图；

图14为连接曲柄的轴测示意图；

图15为摇臂的轴测示意图；

1-电磁离合电机、2-减速器、3-槽式连接曲柄、3-1-连接曲柄、4-槽式连接曲柄滑块、5-摇臂支撑轴、6-摇臂、6-1-内摇臂、7-连杆、8-滚轮曲拐、9-底座、9-1-底座1、9-2-底座2、10-滚轮曲拐支撑轴、11-滚轮曲拐连接轴、12-连杆轴、12-1-内摇臂连杆轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

实施例1：

该例的电力驱动单元适用于驱动浮轨重力式车辆减速器。

众所周知浮轨重力式车辆减速器的负载是向下的重力，制动时，所述滚轮曲拐(8)对车和设备进行举升，所述滚轮曲拐(8)举升过程中，其间会出现最大负载力矩；缓解时，在所述滚轮曲拐(8)解锁后车和设备依靠自重下落，此时所述滚轮曲拐(8)最大负载力矩出现在解锁处，制动最大负载力矩远大于缓解最大负载力矩；浮轨重力式车辆减速器快速缓解有利于提高车辆溜放速度的控制精度。为此将普通连续电机的动力输出与负载特性尽可能相匹配；使缓解时间尽量小，以期达到对车辆溜放速度的高质量控制，是我们要做的工作。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述电磁离合电机(1)安装在所述减速器(2)输入轴一侧，所述电磁离合电机(1)输出轴与所述减速器(2)输入轴相联，所述槽式连接曲柄(3)安装在所述减速器(2)的输出轴上、所述槽式连接曲柄滑块(4)通过所述连杆轴(12)同所述摇臂(6)及所述连杆(7)相连，所述槽式连接曲柄滑块(4)嵌入所述槽式连接曲柄(3)槽中，并可在所述槽式连接曲柄(3)槽中滑动，构成所述摇臂(6)与所述槽式连接曲柄(3)的连接、所述摇臂(6)固定在所述摇臂支撑轴(5)上，所述摇臂支撑轴(5)安装在所述底座(9)上，所述滚轮曲拐(8)通过所述滚轮曲拐支撑轴(10)安装在所述底座(9)上，且通过所述滚轮曲拐连接轴(11)与所述连杆(7)相连，所述电磁离合电机(1)、所述减速器(2)均安装在所述底座(9)上；上述零件构成一个联动机构，它将电磁离合电机(1)的旋转运动转化为滚轮曲拐(8)的摆动，如图2制动位(实线)、缓解位(虚线)交替位置示意图所示滚轮曲拐(8)摆动的高、低点分别对应于浮轨重力式车辆减速器的制动位和缓解位；

本发明所述电磁离合电机(1)，具有离合功能，所述电磁离合电机(1)为连续旋转电机与电磁离合器的功能组合，所述电磁离合电机(1)可以是整体式，也可以是电机与电磁离合器组合式，所述电磁离合电机(1)输出轴同所述减速器(2)输入轴相连，通过电磁离合动作控制减速器(2)是否输出动力；

所述电力驱动单元启动时，将所述电磁离合电机(1)同所述减速器(2)断开，所述电磁离合电机(1)空载启动，进入工作状态，当所述电磁离合电机(1)同所述减速器(2)接合时，固定在所述减速器(2)输出轴上的所述槽式连接曲柄(3)通过嵌入槽中的所述槽式连接曲柄滑块(4)、所述连杆轴(12)带动所述摇臂(6)旋转，所述摇臂(6)带动连杆(7)转化为所述滚轮曲拐(8)的摆动，所述电力驱动单元为浮轨重力式车辆减速器提供制动、缓解两个位置，通过电磁离合动作控制减速器(2)是否输出动力，实现浮轨重力式车辆减速器的制动和缓解；当所述电磁离合电机(1)同所述减速器(2)接合时，所述电力驱动单元对浮轨重力式车辆减速器提供驱动力，浮轨重力式车辆减速器即进行工位转换，此时所述电磁离合电机(1)带载运行；浮轨重力式车辆减速器在制动或缓解到位后，电磁离合电机(1)断开同减速器(2)的连接，使滚轮曲拐(8)停止在制动或缓解位置，此时电磁离合电机(1)空载运行；

所述摇臂(6)、所述连杆(7)、所述滚轮曲拐(8)和所述底座(9)构成曲柄摇杆机构，所述摇臂(6)旋转运动带动所述连杆(7)转化为所述滚轮曲拐(8)的摆动，所述摇臂(6)具有急回特性，将此急回特性用于浮轨重力式车辆减速器的缓解过程，可以减少浮轨重力式车辆减速器的缓解时间，提高车辆溜放速度的控制精度，

所述摇臂(6)的急回特性与所述槽式连接曲柄(3)旋转方向相关，所述滚轮曲拐(8)摆动的急回特性与所述摇臂(6)旋转方向相关；

所述摇臂(6)的急回特性同浮轨重力式车辆减速器缓解过程对应；

图2绘出两次重合中心线的夹角α和β，可以看出α＜β，它表明这个结构属于曲柄摇杆机构，它具有急回特性，当本实施例所述摇臂(6)按图2所示的旋转方向旋转时，所述摇臂(6)急回特性将对应浮轨重力式车辆减速器的缓解过程；

所述摇臂(6)在每一个旋转周期内，所述摇臂(6)的中心线和所述连杆(7)的中心线有两次重合，如图2实线图所示所述摇臂(6)的中心线和所述连杆(7)的中心线重合时，所述滚轮曲拐(8)摆动到高点，即制动位；如图2虚线图所示所述摇臂(6)的中心线和所述连杆(7)的中心线重合时，所述滚轮曲拐(8)摆动到低点，即缓解位；所述连杆轴(12)所在点即所述摇臂(6)、所述连杆(7)、所述滚轮曲拐(8)和所述底座(9)构成的曲柄摇杆机构的两个死点，当所述摇臂(6)、所述连杆(7)、所述滚轮曲拐(8)和所述底座(9)构成的曲柄摇杆机构运动到死点时，所述电磁离合电机(1)断开同所述减速器(2)的连接，就可以将所述滚轮曲拐(8)锁闭在与死点相对应的高点或低点，使所述滚轮曲拐(8)保持在稳定状态，当所述电磁离合电机(1)同所述减速器(2)接合时，驱动所述摇臂(6)就可以将所述滚轮曲拐(8)解锁；所述滚轮曲拐(8)锁闭时，施加在所述滚轮曲拐(8)上的反冲击力无法使机构运动，反冲击力通过所述滚轮曲拐(8)、所述连杆(7)、所述摇臂(6)、所述摇臂支撑轴(5)传导到所述底座(9)上；

如图1、图2、图3、图4所示所述减速器(2)输出轴与所述摇臂支撑轴(5)平行而不同轴，利用这种错轴布置和所述槽式连接曲柄滑块(4)在所述槽式连接曲柄(3)的槽内滑动，使所述槽式连接曲柄(3)与所述摇臂(6)构成周期性变传动比连接，所述摇臂(6)在每个旋转周期具有变化的输出转矩与变化的角速度，在所述槽式连接曲柄(3)的每个旋转周期内，所述槽式连接曲柄(3)的中心线与所述摇臂(6)的中心线有两次重合，所述摇臂(6)在两次重合时分别输出最大转矩、最小转矩；

所述摇臂(6)在最小转矩处出现最大角速度，所述摇臂(6)最小转矩侧平均角速度大于最大转矩侧平均角速度；

所述电力驱动单元通过对减速器(2)输出轴与摇臂支撑轴(5)合理的错轴布置，所述电力驱动单元的动力特性可以同浮轨重力式车辆减速器的负载特性进行适配：所述摇臂(6)的输出最大转矩侧对应浮轨重力式车辆减速器的制动过程，以增加浮轨重力式车辆减速器的制动力；所述摇臂(6)输出最小转矩侧，对应浮轨重力式车辆减速器的缓解过程，以减少浮轨重力式车辆减速器的缓解时间，进一步提高车辆溜放速度的控制精度；

如图4所示所述槽式连接曲柄(3)中心线与所述摇臂(6)中心线的重合状态，此处即所述摇臂(6)输出最大转矩处；

所述减速器(2)输出轴与摇臂支撑轴(5)通过调整相对位置使所述滚轮曲拐(8)的最大输出转矩对应于制动过程中所述滚轮曲拐(8)的最大负载力矩。

实施例2：

该例的电力驱动单元适用于驱动浮轨重力式车辆减速器。

如图6、图7、图8、图9和图10所示，所述电磁离合电机(1)安装在所述减速器(2)输入轴一侧，所述电磁离合电机(1)输出轴与所述减速器(2)输入轴相联、所述槽式连接曲柄(3)安装在所述减速器(2)的输出轴上、所述槽式连接曲柄滑块(4)通过所述内摇臂连杆轴(12-1)同所述内摇臂(6-1)相连、所述槽式连接曲柄滑块(4)嵌入所述槽式连接曲柄(3)槽中，构成所述内摇臂(6-1)与所述槽式连接曲柄(3)的连接、所述内摇臂(6-1)和所述摇臂(6)固定在所述摇臂支撑轴(5)两端，所述摇臂支撑轴(5)安装在所述底座2(9-1)上、所述摇臂(6)通过所述连杆轴(12)同所述连杆(7)相连，所述滚轮曲拐(8)通过所述滚轮曲拐支撑轴(10)安装在所述底座2(9-1)上，且通过所述滚轮曲拐连接轴(11)与所述连杆(7)相连，所述电磁离合电机(1)、所述减速器(2)均安装在所述底座(9)上；上述零件构成一个联动机构，它将所述电磁离合电机(1)的旋转运动转化为所述滚轮曲拐(8)的摆动，如图7制动位(虚线)、缓解位(实线)交替位置示意图所示滚轮曲拐(8)摆动的高、低点分别对应于浮轨重力式车辆减速器的制动位和缓解位；

从图中可以看出实施例2与实施例1相比，只是增加了所述内摇臂(6-1)和所述内摇臂连杆轴(12-1)，所述底座2(9-1)和安装形式也有所改变、但机构的原理是相同的，动作过程也相同，效果也一致；

实施例2与实施例1相比增加了调整滚轮曲拐(8)输出最大转矩位置的手段，实施例2既可以通过调整所述减速器(2)输出轴与所述摇臂支撑轴(5)相对位置来调整所述滚轮曲拐(8)输出最大转矩位置；也可以所述调整摇臂(6-1)与所述摇臂(6)之间的夹角来调整所述滚轮曲拐(8)输出最大转矩位置，使所述滚轮曲拐(8)最大的输出转矩对应于制动过程中最大负载力矩；如图9所示槽式连接曲柄(3)中心线与摇臂(6-1)中心线的重合处是所述滚轮曲拐(8)输出最大转矩位置，调整摇臂(6-1)与摇臂(6)之间的夹角ω就可以调整滚轮曲拐(8)输出最大转矩位置。

实施例3：

该例的电力驱动单元既适合于在铁路编组站车辆调速领域小驼峰浮轨重力式车辆减速器；也适合于在铁路编组站驼峰车辆调速领域的防溜设备和停车器上应用。

如图11和图12所示，所述电磁离合电机(1)安装在所述减速器(2)输入轴一侧，所述电磁离合电机(1)输出轴与所述减速器(2)输入轴相联、所述连接曲柄(3-1)安装在所述减速器(2)的输出轴上、连接曲柄(3-1)通过所述连杆轴(12)同所述连杆(7)相连，所述滚轮曲拐(8)通过所述滚轮曲拐支撑轴(10)安装在所述底座3(9-2)上，且通过所述滚轮曲拐连接轴(11)与所述连杆(7)相连，所述电磁离合电机(1)、所述减速器(2)均安装在所述底座(9)上；上述零件构成一个联动机构，它将所述电磁离合电机(1)的旋转运动转化为所述滚轮曲拐(8)的摆动，如图12制动位(实线)、缓解位(虚线)交替位置示意图所示所述滚轮曲拐(8)摆动的高、低点分别对应于浮轨重力式车辆减速器的制动位和缓解位；

如图11所示实施例3与实施例1相比对电力驱动单元的机械结构进行了简化，将错轴相对位置调整为零，即两轴合二为一，取消了所述摇臂支撑轴(5)和所述摇臂(6)，在工作原理上，除了错轴布置特征之外，其他特征均被保留，这样做减小了安装空间，具有结构简单、成本低的特点。

在应用于防溜设备和停车器时：设备的缓解时间长短对控制性能影响不大，也可将电机双速功能取消。

上述实施例只是典型优选的实施例，对以其权利要求基本特征为组合的构思，仍属本发明范围。

Claims (11)

1.一种电力驱动单元，其特征在于：所述电力驱动单元设有提供驱动力的电磁离合电机，所述电磁离合电机输出轴与减速器输入轴相联，槽式连接曲柄安装在所述减速器的输出轴上，槽式连接曲柄槽中嵌有槽式连接曲柄滑块，所述槽式连接曲柄滑块可在所述槽式连接曲柄槽中滑动，槽式连接曲柄滑块、摇臂通过连杆轴构成摇臂与槽式连接曲柄的连接、摇臂固定在摇臂支撑轴上，所述摇臂支撑轴安装在底座上，滚轮曲拐通过滚轮曲拐支撑轴安装在所述底座上，且通过滚轮曲拐连接轴与连杆相连，所述连杆通过连杆轴与所述摇臂连接，所述电磁离合电机、所述减速器均安装在所述底座上；上述零件构成一个联动机构，将所述电磁离合电机的旋转运动转化为所述滚轮曲拐的摆动，所述滚轮曲拐摆动的高、低点分别对应于制动位和缓解位；所述摇臂每旋转一周，所述滚轮曲拐就相应摆动一个周期，所述摇臂具有急回特性，所述滚轮曲拐的摆动具有急回特性；所述滚轮曲拐的急回特性同缓解过程对应；所述槽式连接曲柄在每个旋转周期内所述槽式连接曲柄的中心线与摇臂的中心线有两次重合，所述摇臂在两次重合时分别输出最大转矩、最小转矩；所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴通过合理的错轴布置，使所述摇臂在最大转矩侧对应制动过程；所述摇臂在最小转矩侧对应缓解过程；所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴通过调整相对位置使所述滚轮曲拐的最大输出转矩对应于制动过程中所述滚轮曲拐所受的最大负载力矩。

2.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述电磁离合电机采用单速形式或双速形式。

3.根据权利要求2所述的电力驱动单元，其特征在于：所述电磁离合电机采用双速形式时，在制动过程中，以低速运转；在缓解过程中，以高速运转。

4.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述电磁离合电机具有离合功能，所述电磁离合电机为连续旋转电机与电磁离合器的功能组合。

5.根据权利要求4所述的电力驱动单元，所述电磁离合电机是整体式，或是电机与电磁离合器组合式。

6.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述摇臂旋转运动带动连杆转化为滚轮曲拐的摆动。

7.根据权利要求1的电力驱动单元，其特征在于：所述摇臂的急回特性与所述槽式连接曲柄旋转方向相关，所述滚轮曲拐摆动的急回特性与所述摇臂旋转方向相关。

8.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述滚轮曲拐锁闭点与机构死点对应。

9.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述减速器输出轴与所述摇臂支撑轴平行而不同轴。

10.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述槽式连接曲柄与所述摇臂构成周期性变传动比连接。

11.根据权利要求1所述的电力驱动单元，其特征在于：所述摇臂的每个旋转周期内，所述摇臂具有变化的输出转矩与变化的角速度。

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