CN204586915U - 有轨电动车辆减速器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型有轨电动车辆减速器装置，包括底座、车辆内制动钳与外制动钳、电机和连杆传动机构，以及大曲拐，连杆传动机构包括前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，后连杆还通过轴与底座活动连接，前连杆还与大曲拐铰接，其特征在于：所述有轨电动车辆减速器装置还包括平移机构，平移机构固定在平移机构的安装座上，平移机构与电机之间传动连接，平移机构包括滑块、由电机驱动转动并且推动滑块移动的传动杆，传动连杆与滑块铰接，传动连杆还与连杆传动机构相铰接。本实用新型制动过程平稳，可以有效避免运动累积误差而引起的制动不到位，有效降低对电机的冲击与震动，保护电机轴，提高制动精度。

Description

有轨电动车辆减速器装置

技术领域

   本实用新型涉及有轨电动车辆减速器技术领域，具体来说是一种有轨电动车辆减速器装置的技术。

背景技术

    现有的有轨电动车辆减速器的结构一般由浮动轨、制动轨、内外制动钳、承座、电机、多连杆传动机构等部分组成。以往的这种电动减速器在使用过程中一直存在着一些难以克服但又可能危及行车安全的难题：

    1）减速器制动或缓解到位时，电机转动轴突然刹车，电机主轴抗扭应力满足不了反复冲击易变形或扭断。

    2）车辆减速器在制动或缓解时，电机主轴始终处于悬臂梁的位置，无其它方式来分担制动时车辆重量通过制动钳组对电机主轴的冲击。缓解时制动钳急速落下，传动连杆高速剪切电机主轴。

    3）电机主轴微量变形，造成定子、转子相互磨擦，也就是通常讲的电机扫膛致使车辆减速器不缓解。

    4）系统里的单连杆机构，工作一段时间后由于磨损造成锁闭角度变大后电机解锁困难现象。

    针对上述问题，人们提出了如下解决方案即缓冲电机与五连杆机构：

    1）该技术采用弹性联轴器或摩擦联轴器并将电机与系统分离的方法来解决这些问题，用弹性联轴器或摩擦联轴器来限制系统对电机轴的冲击扭矩不超过1000牛米，是原电机轴的冲击扭矩13000牛米的1/13，甚至不及冲击扭矩的1/20，可以解决电机扭断问题；

    2）该技术采用两立板将电机与系统分离，使车辆减速器在制动过程中车辆反传给电机的冲击力全由两立板接受，解决了车辆减速器在制动过程中车辆反传给电机的冲击力所引起的电机轴变形导致电机扫膛造成车辆减速器不缓解故障；

    3）该技术采用五连杆机构具有三级力的放大作用，大大提高了电动车辆减速器的制动和缓解能力，同时五连杆机构提高了系统的自锁能力，更重要的是五连杆机构使系统的自锁角度范围加大，不像单连杆机构，工作一段时间后由于磨损造成锁闭角度变大后电机解锁困难现象；

   4）该技术采用拔叉联轴器，电机与系统分离是能过拔叉联轴器与摩擦联轴器完成分离，拔叉联轴器与摩擦联轴器之间有6MM的间隙，拔叉联轴器与电机轴相联，摩擦联轴器与系统相联，电机起动时不带任何负荷，当电机加速后，电机的转子像锤子一样带动拔叉联轴器锤击摩擦联轴器，摩擦联轴器带动五连杆机构，在五连杆机构的力放大的基础上，使五连杆机构更容易解锁。

    其基本原理是：异心五连杆机构具有三级力的放大作用，提高了电动车辆减速器的制动缓解能力，同时五连杆机构使系统的自锁角度范围变大，在系统工作一段时间磨损后即使锁闭角度变大，电机仍能顺利解锁，因为在同样锁闭角度下，五连杆机构的解锁能力比单连杆机构大几十倍；采用弹性联轴器或摩擦联轴器来解决电机轴的变形或扭断问题，提高各零部件使用寿命；让电机与系统分离阻断了车辆减速器制动过程中车辆反传给电机轴的冲击力，解决电机轴的折断问题和变形导致电机扫膛问题及因此造成的车辆减速器不缓解故障，也解决了电机主轴的悬臂问题。

    其中异心五连杆机构专利技术见专利号为ZL200610085157.4，异心五连杆机构包括前连杆、后连杆、起始连杆、曲柄，前连杆与后连杆铰接在C点，前连杆的另一个铰点与大曲拐铰接，铰接点为A点，后连杆通过铰座铰接在大底板上，铰接点为B点，大底板固定在轨枕上，当车辆减速器处于制动位时A、B、C三点成一条直线或基本成一条直线，曲柄与起始连杆铰接，起始连杆的另一端与后连杆铰接，铰接点为W点， BW比BC长，当曲柄在锁死位置前后摆动10度时（假设），W点移动量很小，C点移动量更小，这时A、B、C三点仍基本成一条直线，所以既是异心五连杆机构的过锁死角磨损为10度，曲柄仍不必用很大的力就可将C点拉起使系统解锁。在同样锁闭角度下，异心五连杆机构的解锁能力比单连杆机构大几十倍。五连杆机构即能将圆周运动转变成直线运动且能承受很大的冲击力，在电动车辆减速器缓解时，五连杆机构有三级放大作用，缓解能力极强，所以也允许五连杆机构可以有很大的过锁死角。五连杆机构的初始过锁死角β可以设计为5+ -2度，当五连杆机构工作数年后过锁死角β磨损为10度，五连杆机构仍可正常解锁，既是五连杆机构的过锁死角磨损为10度时，仍不影响异心五连杆机构的正常解锁，便于现场维修保养，当五连杆机构工作数年后过锁死角β磨损超过10度时，更换新的五连杆机构。

   缓冲电机专利号ZL200510118230.9，具体见该专利文件。

   但是上述解决方案依然存在如下问题： 1）异心五连杆与缓冲电机技术虽然可以解决稳定问题，但由于拔叉联轴器与摩擦联轴器之间有间隙，五连杆也存在误差，各种累积公差导致各电动装置之间对制动轨、制动钳的推力不一致；同样，当接到缓解命令时，异心五连杆与缓冲电机技术由于误差导致的制动钳起始位置不同，从而使得制动轨对少数内外制动钳着力；2）电机启动扭力启动电流较大；3）、制动过程中欠平稳；4）电机有冲击或过载现象发生；5、电机安装方面提出了一定的要求。

   总之，这种传统铁路电动车辆减速器连杆式驱动机构均是采用电机轴直接或经过联轴器带动连杆旋转从而推动机构动作的旋转式机构，因而对电机扭矩、电机轴及电机安装精度有较高要求，一般容易出现断轴 、扫堂等问题，如果采用特制电机又有成本高及互换性差等问题。

实用新型内容

   本实用新型的目的是提供一种制动过程平稳，可以有效避免运动累积误差而引起的制动不到位，消除安全隐患，在工作过程中有效降低对电机的冲击与震动，保护电机轴，提高制动精度的电动车辆减速器装置。

   本实用新型通过下述技术方案来实现：

   一种有轨电动车辆减速器装置，包括底座、车辆内制动钳与外制动钳、电机和连杆传动机构，所述内制动钳与外制动钳分别与一大曲拐相连，所述连杆传动机构包括前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，后连杆还通过轴与底座活动连接，前连杆还与大曲拐铰接，其特征在于：所述电动车辆减速器装置还包括传动连杆和将电动车辆减速器装置在制动与缓解过程所产生的冲击及由于所述电机安装精度造成的振动不直接作用于电机轴的平移机构，平移机构固定在平移机构的安装座上，平移机构与电机之间传动连接，平移机构包括滑块、由电机驱动转动并且推动滑块移动的传动杆，传动连杆与滑块铰接，传动连杆还与连杆传动机构相铰接，所述平移机构与传动连杆的作用是电机的驱动下使传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，移动速度由快变慢，并且前连杆和后连杆连杆接近自锁状态，从而实现推力增大而制动终点自然减速的作用；所述连杆传动机构在接近或处于制动终点时通过传动连杆、平移机构将部分冲击力卸载到平移机构及其安装座上。

所述前连杆和后连杆呈直线状态后电机断电，内制动钳与外制动钳呈保持制动位并锁闭状态；所述电机驱动所述平移机构与传动连杆解除前连杆和后连杆的直线状态后，连杆传动机构带动内制动钳与外制动钳动作，内制动钳与外制动钳下落，而后电机断电。

所述传动连杆铰接在前连杆和后连杆之间的铰接处，前连杆、后连杆和传动连杆共用铰接轴；或者所述传动连杆铰接前连杆或后连杆上。

所述平移机构上设有编码器测速装置。

所述传动杆为丝杆，平移机构为滚珠丝杆机构，平移机构与电机之间柔性连接。

所述传动杆与电机之间皮带连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型的原理是采用直线运动驱动连杆传动机构如四连杆机构，电机通过皮带等柔性连接带动滚珠丝杆等装置即所述平移机构转换成直线运动，滑块左右横移推动连杆传动机构实现电动车辆减速器的缓解及制动，所述缓解即非制动状态，相对于传统的电机轴直接驱动连杆传动机构的旋转式机构，在制动缓解过程的冲击及由于安装精度造成的振动本实用新型所述结构不会直接作用于电机轴，同时由于滑块推动传动连杆左右横移，传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，此时移动速度由快变慢，前后连杆接近自锁状态，从而实现了推力增大而制动终点自然减速的作用，不会出现传统旋转式机构到达制动终点时冲击振动大的问题，且接近或处于制动终点时连杆的冲击力大部分作用到平移机构及其安装座等结构上。

    因此本实用新型具有如下具体的优点：

   1）本实用新型通过电机驱动平移机构如滚珠丝杆与连杆传动机构如四连杆机构，从而可以精确控制内外制动钳的位置，避免由于各个连杆的间隙导致的运动累积误差而引起的制动钳不到位，消除安全隐患，提供高精度的制动效果。

   2）、电机启动扭力启动电流小，更节能，环保。

   3）、电机驱动滚珠丝杆与四连杆机构动作开始阶段，制动钳没夹紧前，速度快；制动钳将要夹紧时，速度变慢，推力增大。制动过程平稳，不会有较大冲击、振动，避免过载。

   4）、整个设备制动、缓解过程的冲击由四连杆与丝杆结构承担，不会对电机有冲击或过载。

   5）、电机安装简单，不会产生由于电机安装不同心导致的轴损坏问题，而且在同样制动力下,可以选用功率小的电机,达到节能环保的目的。

   6）本实用新型电动车辆减速器安装有编码器测速装置，可以实时监测丝杆等驱动机构的转速，机构异常时及时发出报警使减速装置停止，以免发生意外。

附图说明

   图1是本实用新型处于缓解状态的减速机构总体结构示意图；

   图2是本实用新型处于制动状态的减速机构总体结构示意图；

   图3是本实用新型处于缓解位的四连杆机构；

   图4是本实用新型处于制动状态的四连杆机构；

   图5是本实用新型有轨电动车辆减速器装置结构示意图；

   图6是本实用新型接近制动位的四连杆机构；

   图7是本实用新型到达制动位的四连杆机构；

   图8是本实用新型处于缓解位的四连杆机构；

   图9是现有技术的三连杆机构；

   图10是现有技术的五连杆机构。

具体实施方式

   下面对本实用新型作进一步描述。

   如图1-图8，示意出了滚珠丝杆机构1、起始连杆2、前连杆3、后连杆4、大曲拐5、支撑座6、马达7、皮带传动机构8、车辆制动钳组9、车轮10，其中滚珠丝杆机构1中有滑块11、丝杆12，起始连杆2为传动连杆，支撑座6包括底座，支撑座6还包括平移机构的安装座。大曲拐5的结构如中国专利ZL200420009399.1所示曲拐3的结构，为现有技术的结构。

   本实用新型的原理包括下列内容：

   实现有轨电动车辆减速制动的方法，包括设置底座、车辆内制动钳与外制动钳、电机，所述内制动钳与外制动钳分别与一大曲拐相连，设置控制所述内外制动钳处于制动位置状态与解除制动位置状态的连杆传动机构即四连杆机构，该连杆传动机构包括有前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，前连杆和大曲拐铰接。实现有轨电动车辆减速制动的方法还包括：1）所述电机柔性连接一平移机构将电机的转动转换成直线运动，通过平移机构经过一传动连杆推动连杆传动机构实现对有轨电动车辆的车轮进行缓解及制动，在制动缓解过程中所产生的冲击及由于电机安装精度造成的振动不直接作用于电机轴，对电机起到了隔离保护作用，其中平移机构包括滑块与传动杆，传动连杆的一端与滑块铰接，传动连杆的另一端与连杆传动机构相铰接，平移机构固定在平移机构安装座上；2）同时传动连杆在平移机构的推动下传动连杆移动，传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，此时移动速度由快变慢，前后连杆接近自锁状态，从而实现推力增大而制动终点自然减速的作用，且接近或处于制动终点时传动连杆的所受到的冲击力大部分作用到平移机构及其安装座上。其中平移机构为滚珠丝杆传到机构，所述滚珠丝杆传到机构处设置编码器测速装置，实时监测滚珠丝杆传到机构的转速，滚珠丝杆传到机构异常时及时发出报警使减速装置停止，以免发生意外。

前连杆和后连杆呈直线状态后电机断电，内制动钳与外制动钳呈保持制动位并锁闭状态；电机驱动平移机构与传动连杆解除前连杆和后连杆的直线状态后，连杆传动机构带动内制动钳与外制动钳动作，内制动钳与外制动钳下落，而后电机断电。

如图5，本实用新型有轨电动车辆减速器装置，包括底座、车辆内制动钳与外制动钳即制动钳组、电机和连杆传动机构，内制动钳与外制动钳分别与一大曲拐相连，连杆传动机构包括前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，后连杆还通过轴与底座活动连接，前连杆还与大曲拐铰接。电动车辆减速器装置还包括传动连杆和将电动车辆减速器装置在制动与缓解过程所产生的冲击及由于所述电机安装精度造成的振动不直接作用于电机轴的平移机构，平移机构固定在平移机构的安装座上，平移机构与电机之间柔性传动连接，平移机构包括滑块、由电机驱动转动并且推动滑块移动的传动杆，传动连杆与滑块铰接，传动连杆还与连杆传动机构相铰接，所述平移机构与传动连杆的作用是电机的驱动下使传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，移动速度由快变慢，并且前连杆和后连杆连杆接近自锁状态，从而实现推力增大而制动终点自然减速的作用，避免到达制动终点时冲击振动大；所述连杆传动机构在接近或处于制动终点时通过传动连杆、平移机构将部分冲击力卸载到平移机构及其安装座上。传动连杆铰接在前连杆和后连杆之间的铰接处，前连杆、后连杆和传动连杆共用铰接轴；或者所述传动连杆铰接前连杆或后连杆上，所述前连杆和后连杆呈直线状态后电机断电，内制动钳与外制动钳呈保持制动位并锁闭状态；所述电机驱动所述平移机构与传动连杆解除前连杆和后连杆的直线状态后，连杆传动机构带动内制动钳与外制动钳动作，内制动钳与外制动钳下落，而后电机断电。平移机构上设有编码器测速装置。传动杆为丝杆，平移机构为滚珠丝杆机构。传动杆与电机之间皮带连接。电机与平移机构构成一个整体形成电动缸装置。

下面是本实用新型中丝杆传动机构的应用，该丝杆传动机构即前述的平移机构，包括丝杆、安装在丝杆上的滑块，所述丝杆即前述传动杆，滑块铰接有一传动连杆，整个丝杆传动机构固定在一安装座上，该丝杆传动机构用于有轨电动车辆的减速器装置，该丝杆传动机构的丝杆由电机驱动，传动连杆与有轨电动车辆的减速器装置中的连杆传动机构铰接，其中有轨电动车辆的减速器装置包括底座、车辆内制动钳与外制动钳和所述电机，内制动钳与外制动钳分别与一大曲拐相连，连杆传动机构包括有前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，后连杆还通过轴与底座活动连接，前连杆还与大曲拐铰接，其中前连杆和后连杆成直线状态时电机断电，内制动钳与外制动钳保持制动位并锁闭，前连杆和后连杆成解除直线状态后，连杆传动机构带动内制动钳与外制动钳动作，内制动钳与外制动钳下落，电机断电，该丝杆传动机构具有如下用途：

1）所述电机柔性连接一平移机构将电机的转动转换成直线运动，通过平移机构经过一传动连杆推动连杆传动机构实现对有轨电动车辆的车轮进行缓解及制动，在制动缓解过程中所产生的冲击及由于电机安装精度造成的振动不直接作用于电机轴；

2）减速与力的放大作用：传动连杆在平移机构的推动下传动连杆移动，传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，此时移动速度由快变慢，前后连杆接近自锁状态，从而实现推力增大而制动终点自然减速的作用；

3）在接近或处于制动终点时传动连杆的所受到的冲击力大部分作用到平移机构及其安装座上；

4）减少电机与连杆传动机构之间的传动间隙，精确控制制动钳的位置，避免由于所述传动间隙导致的运动累积误差而引起的制动钳不到位。

    下面详细描述动作过程：

    机构处于缓解状态时，如图1所示，制动钳组松开，滑块11位于丝杆12最右侧，此时连杆夹角最大(A=165度)，接到启动信号后，电机通过皮带传动驱动丝杆使滑块开始向左侧移动。

此时滑块移动速度V1=丝杆转速X丝杆行程=1400X0.02=28m/分钟，滑块推力F1=2*PI*K*T/P=14420N；（效率K=0.9，电机扭矩T=51NM，丝杆节距P=0.02m）前连杆与后连杆关节夹角B=80.5度;后连杆倾角C=58.7度；后连杆长度L1=0.185m；上连杆即传动连杆的长度L2=0.26m连杆关节点F处的线速度V2=V1*COS(A)/SIN(A+C)=39m/分钟，推力F2=F1/COS(180-A)=14928N。

   图6所示，连杆机构接近制动位时，夹角A=127.5度；B=168度；C=2.4度，连杆关节点F处的线速度V2=V1*COS(A)/SIN(A+C)=22m/分钟，推力F2=F1/COS(180-A)=23687N。

   图7所示连杆机构到达制动位瞬间，夹角A=120度；B=180度；C=-4.1度连杆关节点F处的线速度V2=V1*COS(A)/SIN(A+C)=15m/分钟，推力F2=F1/COS(180-A)=28840N。

   由上述制动开始到制动到位三个过程数据分析可见，机构自然实现制动速度由快变慢，制动力由小变大的作用。

   区别与传统连杆旋转式制动机构：

   图9、图10所示，为两个传统制动机构，均采用电机轴输出带动连杆旋转的方式(电机扭矩180NM，转速200转分钟，电机参数参考现有传统制动机构的范围），电机一般为定制大扭矩、低速电机。以上图五连杆机构接近制动过程为例：图示F点处速度V2=W1*L1*L2/L3=27.5m/分钟 (电机转速W1=200转/分钟，L1=0.08m，L2=0.244m，L3=0.142m)，F点处推力F2=P*L3/(L1*L2)=1310N。

由上述计算可见传统五连杆装置F点处速度在制动过程基本受到电机轴限制而变化不大，所以没有一个明显减速的过程，而制动力也收到电机扭矩直接限制，到达终点时容易产生冲击振动，对电机或联轴器、离合器等元件的耐用性也是个考验。而新型的直线运动式四连杆驱动机构在电机扭矩比传动五连杆专用电机扭矩小很多的情况能在制动位放大得到大很多的推力和少一半的速度。通过上述可知，在同样制动力下,可以选用功率小的电机,达到节能环保的目的。

    本实用新型由于安装有编码器测速装置实时监测丝杆等驱动机构的转速，机构异常时及时发出报警使减速装置停止，以免发生意外。

Claims (6)

1.一种有轨电动车辆减速器装置，包括底座、车辆内制动钳与外制动钳、电机和连杆传动机构，所述内制动钳与外制动钳分别与一大曲拐相连，所述连杆传动机构包括前连杆和后连杆，前连杆和后连杆铰接，后连杆还通过轴与底座活动连接，前连杆还与大曲拐铰接，其特征在于：所述有轨电动车辆减速器装置还包括传动连杆和将有轨电动车辆减速器装置在制动与缓解过程所产生的冲击及由于所述电机安装精度造成的振动不直接作用于电机轴的平移机构，平移机构固定在平移机构的安装座上，平移机构与电机之间传动连接，平移机构包括滑块、由电机驱动转动并且推动滑块移动的传动杆，传动连杆与滑块铰接，传动连杆还与连杆传动机构相铰接，

所述平移机构与传动连杆的作用是电机的驱动下使传动连杆与滑块运动方向的夹角在制动过程由大变小，靠近制动终点时角度最小，移动速度由快变慢，并且前连杆和后连杆连杆接近自锁状态，从而实现推力增大而制动终点自然减速的作用；所述连杆传动机构在接近或处于制动终点时通过传动连杆、平移机构将部分冲击力卸载到平移机构及其安装座上。

2.根据权利要求1所述有轨电动车辆减速器装置，其特征在于：所述前连杆和后连杆呈直线状态后电机断电，内制动钳与外制动钳呈保持制动位并锁闭状态；所述电机驱动所述平移机构与传动连杆解除前连杆和后连杆的直线状态后，连杆传动机构带动内制动钳与外制动钳动作，内制动钳与外制动钳下落，而后电机断电。

3.根据权利要求1所述有轨电动车辆减速器装置，其特征在于：所述传动连杆铰接在前连杆和后连杆之间的铰接处，前连杆、后连杆和传动连杆共用铰接轴；或者所述传动连杆铰接前连杆或后连杆上。

4.根据权利要求1所述有轨电动车辆减速器装置，其特征在于：所述平移机构上设有编码器测速装置。

5.根据权利要求1所述有轨电动车辆减速器装置，其特征在于：所述传动杆为丝杆，平移机构为滚珠丝杆机构，平移机构与电机之间柔性连接。

6.根据权利要求5所述有轨电动车辆减速器装置，其特征在于：所述传动杆与电机之间皮带连接。