CN113674940A - 一种电动矿车制动电阻模块化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动矿车制动电阻模块化设计方法，是将电动矿车制动电阻设计成由两个以上独立的制动电阻模块装配组成，每个制动电阻模块均设置有导电带；根据电动矿车的自重、最大载重、最高行驶速度和制动距离计算所需要的制动电阻功率，然后根据制动电阻模块的额定功率计算所需要的制动电阻模块数量；按计算的数量选取制动电阻模块，将各制动电阻模块装配组成制动电阻，并固定在电动矿车上，将各制动电阻模块的导电带通过并联/串联的方式与制动电路连接。这种模块化设计能够根据所需的制动电阻功率选取制动电阻模块，快速装配成制动电阻，以适应产品多样化和系列化的需要，实现制动电阻模块批量化生产，降低制动电阻生产成本。

Description

一种电动矿车制动电阻模块化设计方法

技术领域

本发明属于电动轮矿用车技术领域，具体涉及一种电动矿车制动电阻模块化设计方法。

背景技术

重型电动轮矿用车主要由发动机、前桥结构及悬架系统、液压系统、制动系统、电传动系统、轮胎等组成。由发动机带动同轴发电机工作产生三相交流电，经整流、逆变后控制三项异步电机工作。矿用车缓行或制动时三相异步电动机处于再生发电状态，其作用主要是减速制动以及控制下坡车速。如果再生发电的能量大于自身损耗的能量，多余的再生能量通过制动电阻转化为热能，耗散于大气中。

鉴于大型露天矿山的重型电动轮矿用车呈现“大型化”趋势，对可靠性及制动性能要求也是越来越高，因而对制动电阻器的制动性能、负载能力、使用寿命、可靠性提出更高要求。

由于重型电动轮矿用车的型号众多，其自重及装载量各不相同，因此所需的制动电阻型号和功率各不相同，安装方式也各不相同，导致制动电阻不能形成规模化生产，导致制造成本高，因此提高制动电阻的标准化，以便能够实现规模化生产，以降低制造成本。

经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：

1、申请号为“201611222817.9”、申请日为“2016.12.27”、公开号为“CN106782946A”、公开日为“2017.05.31”、名称为“一种大功率电阻器及其测控系统”、申请人为“深圳市富临特科技有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种大功率电阻器及其测控系统，包括防护风罩、圆形电阻本体、安装底座、通风机、电机防护罩和接线盒，圆形电阻本体由多个电阻片和陶瓷电阻座构成，电阻片和陶瓷电阻座构成六组扇形的通道组成圆形电阻本体，与现有技术相比，该发明瓷件之间可以相互替换，方便维护和更换；使用先进的传感器阵列融合技术、电子技术、故障诊断技术、通讯技术，实现了大功率电阻器智能化功能。

2、申请号为“201621442950.0”、申请日为“2016.12.27”、公开号为“CN206441594U”、公开日为“2017.08.25”、名称为“一种大功率电阻器”、申请人为“深圳市富临特科技有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种大功率电阻器，包括防护风罩、圆形电阻本体、安装底座、通风机、电机防护罩和接线盒，圆形电阻本体由多个电阻片和陶瓷电阻座构成，电阻片和陶瓷电阻座构成六组扇形的通道组成圆形电阻本体，与现有技术相比，本实用新型瓷件之间可以相互替换，方便维护和更换；使用先进的传感器阵列融合技术、电子技术、故障诊断技术、通讯技术，本实用新型所设计的大功率电阻器具有网络化、智能化功能，实现了大功率电阻器智能化功能。

3、申请号为“201721653187.0”、申请日为“2017.12.01”、公开号为“CN 207466381U”、公开日为“2018.06.08”、名称为“交流牵引矿用卡车制动电阻组件”、申请人为“安徽功率电气有限公司”的实用新型专利，该实用新型专利包括壳体，壳体为圆柱体形，顶端开口，壳体底部设置一个进风段，进风段底面封闭，立面上开设均匀分布的进风口，进风段的上端为壳体的安装段，安装段底部固定安装架；安装架中心固定一个上下开口的圆柱形导流筒，导流筒内固定一个电机，电机转轴顶端固定一个排风轴流扇叶，底端固定一个进风轴流扇叶；转轴上还固定涡流扇叶，涡流扇叶通过固定在转轴上的固定盘与转轴固定连接，固定盘位于排风轴流扇叶和导流筒顶端之间，涡流扇叶为长方形，纵向设置，其底端与安装架之间的距离不大于三厘米；制动电阻围绕导流筒均匀分布。

4、申请号为“201920034008.8”、申请日为“2019.01.08”、公开号为“CN209216679U”、公开日为“2019.08.06”、名称为“一种电动轮矿车用制动电阻装置”、申请人为“湖南联诚轨道装备有限公司”的实用新型专利，该实用新型提供了一种电动轮矿车用制动电阻装置。包括安装座、箱体、风机以及多个电阻框；箱体设置在安装座上，箱体包括骨架和包裹在骨架表面的面板，箱体通过隔板分隔成风机柜和电阻柜；空气从风机柜一侧导入，从电阻柜另一侧导出，以实现对整个制动电阻装置通风冷却。该实用新型，优化了安装座的结构，减少了焊接应力集中。通过在骨架上加强梁，增强了骨架整体的刚度和强度，提高了制动电阻装置的使用寿命，降低了制动电阻装置的维护成本。优化了电阻框的侧板结构，减少了侧板连接板与侧板焊缝的承受力；同时，在电阻框的底部设置有弹簧，用以支撑电阻框以及缓冲电阻框的振幅，提高了电阻框的稳定性。

5、申请号为“201910522175.1”、申请日为“2019.06.17”、公开号为“CN110289144A”、公开日为“2019.09.27”、名称为“一种提高片式电阻单元绝缘性能的方法”、申请人为“株洲中车奇宏散热技术有限公司”的中国发明专利，该提高片式电阻单元绝缘性能的方法，将电阻带或电阻片组合排列在一起，并将相邻的电阻带或电阻片之间通过绝缘材料进行隔离开来，采用整体绝缘管隔离相邻的电阻带或电阻片，通过整根绝缘管对相邻的电阻带或电阻片之间进行隔离绝缘和定位。在整根绝缘管上开卡槽，将所有电阻带或电阻片卡入整根绝缘管的卡槽内，通过卡槽对电阻带或电阻片之间形成隔离绝缘和定位。

6、申请号为“201320701683.4”、申请日为“2013.11.08”、公开号为“CN203521078U”、公开日为“2014.04.02”、名称为“一种用于钻井设备的卧式大功率强迫风冷制动电阻装置”、申请人为“株洲南车奇宏散热技术有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种用于钻井设备的卧式大功率强迫风冷制动电阻装置，其包括底架、过渡风道、风机、设置在所述底架上的电阻柜、设置在所述电阻柜一侧的接线盒、设置在所述底架一侧上的固定架；所述电阻柜通过过渡风道与所述风机的出风端相连接，所述风机的进风端设置在所述固定架上。该实用新型通过卧式结构设计，使其整体结构紧凑，布局合理，有效的解决了立式制动电阻装置不利于防雨以及在VFD 房里面不便于安装的问题。

7、申请号为“CN201120528767.3”、申请日为“2011.12.16”、公开号为“CN202394619U”、公开日为“2012.08.22”、名称为“扇形电阻单元以及采用扇形电阻单元的电阻器”、申请人为“上海吉泰电阻器有限公司”的实用新型专利，该实用新型涉及一种扇形电阻单元以及采用扇形电阻单元的一种电阻器，所述的扇形电阻单元包括支撑外箱、绝缘件、电阻组件和接线抽头，支撑外箱的内壁设有绝缘件，支撑外箱的外壁设有接线抽头，电阻组件固定在绝缘件上；所述的电阻器由多个扇形电阻单元、连接板以及风机组成，多个扇形电阻单元通过连接板连接形成一个圆形的电阻器主体，所述的风机设在电阻器主体的一侧。

上述专利均没有涉及模块化设计，规格型号繁多，标准化程度低，生产效率低，生产成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种电动矿车制动电阻模块化设计方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种电动矿车制动电阻模块化设计方法，将电动矿车制动电阻设计为：由两个以上独立的制动电阻模块装配组成，每个制动电阻模块均设置有导电带；根据电动矿车的自重、最大载重、最高行驶速度和制动距离计算所需要的制动电阻功率，然后根据制动电阻模块的额定功率计算所需要的制动电阻模块数量；按计算的数量选取制动电阻模块，将各制动电阻模块装配组成制动电阻，并固定在电动矿车上，将各制动电阻模块的导电带通过并联/串联的方式与制动电路连接。这种模块化设计能够根据制动产生的热量选取制动电阻模块，快速装配成制动电阻，以适应产品多样化和系列化的需要，实现制动电阻模块批量化生产，降低制动电阻生产成本。

进一步地，将制动电阻模块设计成圆环柱形，导电带设计在圆环柱形的外周，两个以上独立的制动电阻模块通过模块外壳沿轴向叠合连接，装配组成圆环柱形的制动电阻，在制动电阻轴向的一端引入流动的空气，利用空气沿轴向流过制动电阻，带走热量实现散热降温。

进一步地，制动电阻模块由两个以上扇形柱的制动电阻单元通过径向连接的方式，拼成圆环柱形，相邻制动电阻单元之间通过连接片实现电路之间的串联/串联连接，或通过导电带与制动电路连接。进一步实现标准化生产。

进一步地，制动电阻单元的扇形柱圆心角α为120°，制动电阻单元由三块制动电阻单元组装而成。相邻制动电阻单元通过连接片串联/串联连接，或通过导电带与制动电路连接。以减少每个制动电阻模块所需的制动电阻单元数量，减少连接缝隙，提高有效散热面积；同时三块120°圆心角的制动电阻单元沿径向连接时，具有容易对准圆心的效果，装配更为简便。

进一步地，制动电阻单元包括：电阻带及电阻绝缘块，电阻带沿扇形柱的径向分布，电阻绝缘块沿扇形柱的内外圈圆周分布；相邻电阻带采用Z形串联连接，电阻带两端插入电阻绝缘块的电阻插孔中固定。

进一步地，电阻带横截面为S形，以增加与风冷空气的接触面积，并使风冷空气产生紊流，增加散热效果。

进一步地，电阻绝缘块为方块或圆弧块，背面设置有电阻插孔，相对的正面设置有安装螺孔。能够方便地安装到模块外壳或内圈上，同时能够快速便捷地安装导电带。

进一步地，电阻插孔为盲孔，以确保电阻绝缘块的绝缘性能。

进一步地，电阻绝缘块采用陶瓷，绝缘性能好，成本低。

进一步地，导电带穿过导电带绝缘块导出模块外壳，与制动电路连接。

本发明的有益效果为：将电动矿车制动电阻设计为：由两个以上独立的制动电阻模块装配组成，每个制动电阻模块均设置有导电带；根据电动矿车的自重、最大载重、最高行驶速度和制动距离计算所需要的制动电阻功率，然后根据制动电阻模块的额定功率计算所需要的制动电阻模块数量；按计算的数量选取制动电阻模块，将各制动电阻模块装配组成制动电阻，并固定在电动矿车上，将各制动电阻模块的导电带通过并联/串联的方式与制动电路连接。这种模块化设计能够根据制动产生的热量选取制动电阻模块，快速装配成制动电阻，以适应产品多样化和系列化的需要，实现制动电阻模块批量化生产，降低制动电阻生产成本。

附图说明

图1为制动电阻立体结构示意图，

图2为制动电阻正视示意图，

图3为制动电阻俯视示意图，

图4为制动电阻侧视示意图，

图5为制动电阻模块（去除模块外壳14后）立体结构示意图，

图6为制动电阻模块（去除模块外壳14后）正视示意图，

图7为制动电阻模块（去除模块外壳14后）俯视示意图，

图8为图6中A局部放大示意图，

图9为图6中B局部放大示意图，

图10为制动电阻单元块立体结构示意图，

图11为制动电阻单元块正视示意图，

图12为制动电阻单元块俯视示意图，

图13为电阻带的立体结构示意图，

图14为电阻绝缘块背面立体结构示意图

图15为电阻绝缘块正面立体结构示意图，

图16为导电带绝缘块立体结构示意图，

图17为导电带与导电带绝缘块装配立体结构示意图，

图18为U形连接片立体结构示意图，

图19为板形连接片立体结构示意图，

图中：1—制动电阻模块、11—制动电阻单元、111—电阻带、1111—定位头、112—电阻绝缘块、1121—电阻插孔、1122—绝缘槽、1123—安装螺孔、12—连接片、13—折回片、14—模块外壳、15—导电带、151—导电带绝缘块、1511—导电带孔、1512—定位台阶，α—制动电阻单元圆心角。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：

本发明电动矿车制动电阻如图1至4所示：制动电阻为圆环柱形，由两个以上圆环柱形的制动电阻模块1，沿轴向叠合组成，用螺栓穿过模块外壳14上的螺栓孔，将相邻的制动电阻模块1连接。同时将各制动电阻模块1的导电带15通过串联或并联方式与制动电路连接。这样就能够根据制动产生的热量选取制动电阻模块1，利用电阻模块1快速装配成制动电阻，以适应制动电阻多样化和系列化的需要，实现制动电阻模块1批量化生产，以降低制动电阻生产成本。

制动电阻模块1如图5至9所示：制动电阻模块1包括：制动电阻单元11，模块外壳14、模块内圈（图中未示出）、连接片12、折回片13及两根导电带15组成，采用三块圆心角α为120°的制动电阻单元11沿径向连接。圆心角α为120°的制动电阻单元11具有容易对准圆心的效果，装配更为简便。同时三块制动电阻单元11只有三个连接缝隙，可以减少连接缝隙数量，提高有效散热面积。

制动电阻单元11如图11至12所示：制动电阻单元11为扇形柱状，包括：电阻带111及电阻绝缘块112。电阻带111沿扇形柱的径向分布，电阻绝缘块112沿扇形柱的内外圈圆周分布；相邻的电阻带111采用Z形串联连接，电阻带111两端插入电阻绝缘块112的电阻插孔1121中固定。在本实施例中，制动电阻单元11由两层电阻带111组成，两层电阻带111之间电绝缘。每层电阻带111通过连接片12与相邻的制动电阻单元11实现电连接，或通过导电带15与制动电路连接。在导电带15穿过模块外壳14处设置有导电带绝缘块151，导电带绝缘块151上设置有导电带孔1511，导电带15穿过导电带孔1511后导出模块外壳14，导电带绝缘块151保证了导电带15与模块外壳14之间的电绝缘。

电阻带111如图13所示：电阻带111横截面为S形，以增加风冷空气流经的电阻带111的长度，以增加与风冷空气的接触面积，并使风冷空气产生紊流，增加散热效果。电阻带111两端设置有用来安装在电阻绝缘块112上的定位头1111，定位头1111为针形，每一端设有两个定位头1111，用来与电阻绝缘块112上的电阻插孔1121配合进行方向定位，使电阻带111的宽度方向与风冷空气流动方向一致。

电阻绝缘块112如图14至15所示：电阻绝缘块112为方块或圆弧块，包括内圈电阻绝缘块和外圈电阻绝缘块，内圈电阻绝缘块小于外圈电阻绝缘块，以便能够组合成扇形。电阻绝缘块112一面设置有电阻插孔1121，电阻插孔1121可以是与两个与定位头1111配合的圆孔，也可以是能够同时插入两个定位头1111的矩形孔。电阻插孔1121为盲孔，以确保电阻绝缘块112的绝缘性能。相对的另一面设置有安装螺孔1123，螺栓穿过模块外壳114或内圈上的螺孔，拧入安装螺孔1123，从而将电阻绝缘块112固定在模块外壳114或内圈上。在电阻插孔1121和安装螺孔1123两侧的表面设置有绝缘槽1122，以增加爬电距离，提高绝缘性能，绝缘槽1122为圆弧形或方形。电阻绝缘块112采用热导率大，耐热冲击性好的氧化铍瓷，电阻绝缘块112的导热系数λ为200～250W/m.K。

电阻带绝缘块151如图16至17所示：导电带绝缘块151为台阶形方块，设置有导电带孔1511和定位台阶1512。电带孔1511用来穿过导电带15，定位台阶1512用来插在模块外壳14上进行定位。电阻带绝缘块151采用热导率大，耐热冲击性好的氧化铍瓷，电阻绝缘块112的导热系数λ为200～250W/m.K。

连接片12如图18所示：采用导电的金属板弯制从U形，利用U形金属板的弹性变形，将连接片12分别压在相邻的制动电阻单元11的电阻带111上，使得相邻的制动电阻单元11的电阻带111实现串联连接。

折回片13如图19所示：为矩形的金属片，折回片13与制动电阻单元11中的两层电阻带111同时接触，使得电阻单元11中的两层电阻带111实现串联连接。

如图6所示：在制动电阻模块1中，第一块制动电阻单元11的扇形柱的一侧设置有两根导电带15，分别与第一块制动电阻单元11中的电阻带111导电连接。第一块制动电阻单元11的扇形柱的另一侧设置有两块连接片12，连接片12为U形金属片，利用U形金属片的弹性，U形金属片的两侧分别与第一块制动电阻单元11的电阻带11与第二块制动电阻单元11的电阻带111弹性接触，实现串联连接。两块连接片12使得第一块制动电阻单元11的两层带111与第二块制动电阻单元11的两层电阻带111分别实现串联连接。同样第二块制动电阻单元11的两层电阻带111与第三块制动电阻单元11的两层电阻带111分别实现串联连接。在第三块制动电阻单元11的另一侧设置有折回片13，折回片13同时与第三块制动电阻单元11中的第一层和第二层电阻带111接触，以实现第三块制动电阻单元11中的两层电阻带111的串联连接。

电动矿车制动时，电动机处于发电状态，所产生的制动电流通过制动电路进入制动散热器。然后制动电流通过并联的导电带15导入各块制动电阻模块1。电流导入制动电阻模块1中的一根导电带15，流经第一块制动电阻单元11中的第一层电阻带111，然后经过连接片12流经第二块制动电阻单元11中的第一层电阻带111，再经过连接片12流经第三块制动电阻单元11中的第一层电阻带111；再经过折回11折回到第三块制动电阻单元11中的第二层电阻带111，再经过连接片12流经第二块制动电阻单元11中的第二层电阻带111，再经过连接片12流经第一个制动电阻单元11中的第二层电阻带111，最后经过另一根导电带15返回到制动电路。

制动电流流经上述电阻所产生的热量被风冷气流带走，同时制动电流对电动矿车产生制动力，使得电动矿车减速和停车，从而将电动矿车的动能转化为热能，耗散于大气中。

综上所述：本发明的有益效果为：将电动矿车制动电阻设计为：由两个以上独立的制动电阻模块装配组成，每个制动电阻模块均设置有导电带；根据电动矿车的自重、最大载重、最高行驶速度和制动距离计算所需要的制动电阻功率，然后根据制动电阻模块的额定功率计算所需要的制动电阻模块数量；按计算的数量选取制动电阻模块，将各制动电阻模块装配组成制动电阻，并固定在电动矿车上，将各制动电阻模块的导电带通过并联/串联的方式与制动电路连接。这种模块化设计能够根据制动产生的热量选取制动电阻模块，快速装配成制动电阻，以适应产品多样化和系列化的需要，实现制动电阻模块批量化生产，降低制动电阻生产成本。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：将电动矿车制动电阻设计为：由两个以上独立的制动电阻模块（1）装配组成，每个制动电阻模块（1）均设置有导电带（15）；根据电动矿车的自重、最大载重、最高行驶速度和制动距离计算所需要的制动电阻功率，然后根据制动电阻模块（1）的额定功率计算所需要的制动电阻模块（1）数量；按计算的数量选取制动电阻模块（1），将各制动电阻模块（1）装配组成制动电阻，并固定在电动矿车上，将各制动电阻模块（1）的导电带（15）通过并联/串联的方式与制动电路连接。

2.根据权利要求1所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：将制动电阻模块（1）设计成圆环柱形，导电带（15）设计在圆环柱形的外周，两个以上独立的制动电阻模块（1）通过模块外壳（14）沿轴向叠合连接，装配组成圆环柱形的制动电阻，在制动电阻轴向的一端引入流动的空气，利用空气沿轴向流过制动电阻，带走热量实现散热降温。

3.根据权利要求2所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：制动电阻模块（1）由两个以上扇形柱的制动电阻单元（11）通过径向连接的方式，拼成圆环柱形，相邻制动电阻单元（11）之间通过连接片（12）实现电路之间的串联/串联连接，或通过导电带（15）与制动电路连接。

4.根据权利要求3所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：制动电阻单元（11）的扇形柱圆心角α为120°，制动电阻单元（11）由三块制动电阻单元（11）组装而成。

5.根据权利要求4所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：制动电阻单元（11）包括：电阻带（111）及电阻绝缘块（112），电阻带（111）沿扇形柱的径向分布，电阻绝缘块（112）沿扇形柱的内外圈圆周分布；相邻电阻带（111）采用Z形串联连接，电阻带（111）两端插入电阻绝缘块（112）的电阻插孔（1121）中固定。

6.根据权利要求5所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：电阻带（111）横截面为S形。

7.根据权利要求6所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：电阻绝缘块（112）为方块或圆弧块，背面设置有电阻插孔（1121），相对的正面设置有安装螺孔（1122）。

8.根据权利要求7所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：电阻插孔（1121）为盲孔。

9.根据权利要求8所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：电阻绝缘块（112）采用陶瓷。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的电动矿车制动电阻模块化设计方法，其特征在于：导电带（15）穿过导电带绝缘块（151）导出模块外壳（14），与制动电路连接。

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