矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统的制作方法

本发明属于煤矿井下无轨辅助运输设备的设计与制造的技术领域，具体是一种矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统。

背景技术：

随着以防爆柴油机为动力胶轮车的推广使用，以柴油机为动力的胶轮车，存在着排气污染和噪音污染，造成了煤矿井下工作环境的进一步恶化，对井下工作人员的健康造成很大危害，同时也埋下了一定程度上的安全隐患，以及在氧气稀薄环境中表现出的动力不足，成为无轨辅助运输发展的瓶颈和制约我国煤炭生产发展的薄弱环节。

目前诸多国内厂家和研究机构都在开展矿用井下电动无轨运输车辆的研究，但主要集中在使用柴油机机车改装的锂电池车辆，动力传动方案仍然是基于传统动力驱动系统（主要由离合器、变速箱、传动轴、分动箱、驱动桥及轮胎等组成），导致该类车辆传动链冗长、电机工作高效区窄、整机能源利用率低等问题，严重制约着纯电动防爆车辆在煤矿井下的推广与发展。

鉴于煤矿井下工作环境恶劣，对整机的可靠性和通过性均有较高要求。因此，研究符合煤矿井下工况，实现车辆的多种驱动力输出及前、后驱和四驱实时切换，确保电机长期工作于高效区间，提高车辆的能量利用率及对矿井多种工况的适用性，集驱动模式、驱动力切换、自动变速于一体的动力驱动系统，解决目前矿用电驱动车辆不能高效满足煤矿井下复杂变化工况需求的问题。

技术实现要素：

本发明为了解决矿用电驱动车辆不能高效满足煤矿井下复杂变化工况需求的问题，提供一种矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统。

本发明采取以下技术方案：一种矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统，包括水冷式中置双驱动防爆电机、行星减速机构ⅰ、行星减速机构ⅱ、左输出法兰和右输出法兰，所述双驱动防爆电机通过贯穿中心的左转轴和右转轴分别与行星减速机构ⅰ和行星减速机构ⅱ及左输出法兰和右输出法兰连接。

所述水冷式中置双驱动防爆电机为水冷式双定子中空结构，水冷式中置双驱动防爆电机包括电机ⅰ与电机ⅱ，穿过电机ⅰ的左转轴与穿过电机ⅱ的右转轴位于同一轴线上，左转轴和右转轴结合处设有转轴离合装置，水冷式中置双驱动防爆电机还包括左定子、左转子及右定子和右转子，左定子和左转子中间设置有电磁绕组，右定子和右转子之间设置有磁极，左转子和右转子采用中空结构，左转子和右转子分别通过左转子轴承和右转子轴承转动支撑在左转子轴承座和右转子轴承座中；左转轴和右转轴的另一端通过花键与行星减速机构ⅰ和行星减速机构ⅱ的左侧太阳轮和右侧太阳轮相联接。

所述的行星减速机构ⅰ与水冷式中置双驱动防爆电机、行星减速机构ⅱ同轴排列布置，行星减速机构ⅰ位于水冷式中置双驱动防爆电机与右输出法兰之间，通过连接螺栓与右壳体、右端盖固定联接，右转轴活动穿过水冷式中置双驱动防爆电机的右半部和行星减速机构ⅰ；行星减速机构ⅰ包括分别可转动设置的右ⅰ挡齿圈和右侧行星架、绕自身轴线转动设置在右侧行星架上的右侧第一行星轮、与右侧第一行星轮啮合并可绕自身轴线转动的右ⅰ挡齿圈、可绕自身轴线转动地安装在右侧行星架上的左侧第二行星轮、与右侧第二行星轮啮合并可绕自身轴线转动的右ⅱ挡齿圈、用于对右ⅰ挡齿圈进行制动的右ⅰ挡离合器以及用于对右ⅱ挡齿圈进行制动的右ⅱ挡离合器，水冷式中置双驱动防爆电机的右转轴的右端与行星减速机构ⅰ上的右侧太阳轮同轴固定联接；右侧行星架与右转轴同轴联接，右侧行星架分别通过右侧行星架第一轴承和右侧行星架第二轴承支承在电动机右转子的轴颈和右ⅱ挡齿圈的内孔中；其中，右侧第一行星轮的直径大于右侧第二行星轮；右ⅰ挡齿圈的直径大于右ⅱ挡齿圈，右ⅰ挡齿圈通过右ⅰ挡齿圈轴承ⅰ支承在右侧行星架一端的轴颈上，右ⅰ挡齿圈、右ⅱ挡齿圈和右侧行星架同心设置并可相对转动，右壳体上设有右侧行星排轴承座，右ⅱ挡齿圈通过右ⅱ挡齿圈轴承支承在右壳体的右侧行星排轴承座的孔中，右侧行星架通过右侧行星架第二轴承支承在右ⅱ挡齿圈的中心孔中。

行星减速机构ⅱ与水冷式中置双驱动防爆电机、行星减速机构ⅰ同轴排列布置，行星减速机构ⅱ位于防爆电机与左输出法兰之间，通过连接螺栓与左壳体、左端盖固定联接，左转轴活动穿过水冷式中置双驱动防爆电机的左半部和行星减速机构ⅱ；行星减速机构ⅱ包括分别可转动设置的左ⅰ挡齿圈和左侧行星架、绕自身轴线转动设置在左侧行星架上的左侧第一行星轮、与左侧第一行星轮啮合并可绕自身轴线转动的左ⅰ挡齿圈、可绕自身轴线转动地安装在左侧行星架上的左侧第二行星轮、与左侧第二行星轮啮合并可绕自身轴线转动的左ⅱ挡齿圈、用于对左ⅰ挡齿圈进行制动的左ⅰ挡离合器以及用于对左ⅱ挡齿圈进行制动的左ⅱ挡离合器，电机左转轴的左端与行星减速机构ⅱ上的左侧太阳轮同轴固定联接；左侧行星架与左转轴同轴联接，左侧行星架分别通过左侧行星架第一轴承和左侧行星架第二轴承支承在电动机左转子的轴颈和左ⅱ挡齿圈的内孔中；其中，左侧第一行星轮的直径大于左侧第二行星轮；左ⅰ挡齿圈的直径大于左ⅱ挡齿圈，左ⅰ挡齿圈通过左ⅰ挡齿圈轴承ⅰ支承在左侧行星架一端的轴颈上，左ⅰ挡齿圈、左ⅱ挡齿圈和左侧行星架同心设置并可相对转动，左壳体上设有左侧行星排轴承座，左ⅱ挡齿圈通过左ⅱ挡齿圈轴承支承在左壳体的左侧行星排轴承座的孔中，左侧行星架通过左侧行星架第二轴承支承在左ⅱ挡齿圈的中心孔中。

水冷式中置双驱动防爆电机配有强制水冷循环系统，电机ⅰ与电机ⅱ的共用外层设有水冷机壳、及电机壳体，二者通过热套工艺进行固定，形成冷却水循环通道。

因此，相比传统驱动桥及直驱减速驱动桥，矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统在矿井条件限制下具有明显优势，在驱动系统中集成双电机驱动、自动变速、驱动力切换于一体，将驱动模式、驱动力切换、自动变速进行一体式集成，结构紧凑，使煤矿车辆实现车辆的多种驱动力输出及前、后驱和四驱实时切换，确保电机长期工作于高效区间，提高车辆的能量利用率及对矿井多种工况的适用性，集驱动模式、驱动力切换、自动变速于一体，非常符合煤矿井下车辆的使用条件和发展方向。

本发明相对现有技术具有如下有益效果：基于上述技术方案，本发明采用水冷式中置双驱动防爆电机及ngw-nw复合型行星耦合机构，优点包括：（1）矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统，其主要由置于中间的双定子水冷式防爆电机及两端两挡速比的行星自动变速装置组成，具有传动链短，结构紧凑，功率密度高，传动效率高等特征；（2）矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统的驱动电机采用水冷中空式双定子电机驱动结构，实现了两种功率的输出，具有结构紧凑、比功率大、功率利用率高、散热效果好等特点。（3）双电机两种功率驱动配置两档速比，完成了前、后驱和四驱实时切换，实现动力输出10种工作状态，确保电机长期工作于高效率区间，提高车辆的能量利用率，并能避免某个电机出现故障时，车辆无法行驶的故障。（4）矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统的两端布置两档速比的自动变速装置使车辆能够兼顾整车最高车速和最大爬坡度对传动比的不同要求，同时降低了对电动机转速和扭矩的要求；（5）矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统采用湿式多片电磁离合器自动换挡，实现了车辆的挡位自动切换，前、后驱和四驱实时切换，提高车辆的操控性能。

附图说明

图1及图2为本发明的结构示意图；

图中：1-水冷式中置双驱动防爆电机，2-左侧行星排轴承座，3-左定子，4-左转子，5-右定子，6-右转子，7-右转子轴承，8-行星减速机构ⅰ，9-右ⅰ挡齿圈轴承，10-右ⅰ挡离合器，11-右侧第一行星轮，12-右ⅰ挡齿圈，13-左转子轴承，14-右侧行星架第一轴承，15-右侧行星架第二轴承，16-右ⅱ挡齿圈轴承，17-右转子轴承座，18-右侧第二行星轮，19-右ⅱ挡齿圈，20-右ⅱ挡离合器，21-右侧太阳轮，22-右侧行星排轴承座，23-右侧行星架，24-右壳体，25-右端盖，26-右输出法兰，27-右转轴，28-转轴离合装置，29-左转轴，30-左转子轴承座，31-左侧行星架第一轴承，32-左ⅰ挡齿圈轴承，33-左侧行星架第二轴承，34-行星减速机构ⅱ，35-左侧行星架，36-左侧太阳轮，37-左侧第一行星轮，38-左ⅰ挡齿圈，39-左ⅰ挡离合器，40-左侧第二行星轮，41-左ⅱ挡齿圈，42-左ⅱ挡离合器，43-左壳体-44-左端盖，45-左输出法兰，46-电机水冷机壳，47-电机壳体，48-左输出轴，49-右输出轴，50-左ⅱ挡齿圈轴承，51-电机ⅰ，52-电机ⅱ，53-湿式防爆电磁换挡离合器，54-励磁线圈，55-滑环，56-摩擦片，57-衔铁，58-挡圈，59-引出线。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明提供一种矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统，如图1所示，包括水冷式中置双驱动防爆电机1、行星减速机构ⅰ8、行星减速机构ⅱ34、左输出法兰45和右输出法兰26，所述双驱动防爆电机1通过贯穿中心的左转轴29和右转轴27分别与行星减速机构ⅰ8和行星减速机构ⅱ34及左输出法兰45和右输出法兰26连接，左转轴29和右转轴27结合处设有转轴离合装置28，通过控制离合装置28摩擦盘的分离与结合来实现驱动模式的切换。

所述水冷式中置双驱动防爆电机1为水冷式双定子中空结构。水冷式中置双驱动防爆电机1由电机ⅰ51与电机ⅱ52组成，主体均采用双定子永磁无刷结构，穿过电机ⅰ51的左转轴29与穿过电机ⅱ52的右转轴27位于同一轴线上，左转轴29和右转轴27结合处设有转轴离合装置28，通过控制离合装置28摩擦盘的分离与结合来实现两个不同功率段完成向左、向右及左右同时输出三种驱动模式的设置。水冷式中置双驱动防爆电机1包括左定子3、左转子4及右定子5和右转子6，在左定子3和左转子4中间设置有电磁绕组，右定子5和右转子6之间设置有磁极，每组定子和转子的磁极之间有一个夹角，左转子4和右转子6采用中空结构，左转子4和右转子6分别通过左转子轴承13和右转子轴承7转动支撑在左转子轴承座30、右转子轴承座17中；水冷式中置双驱动防爆电机1配有强制水冷循环系统，电机ⅰ51与电机ⅱ52的共用外层设有水冷机壳46及电机壳体47，二者通过热套工艺进行固定，形成冷却水循环通道，冷却水由图示进水口进入电机的水冷机壳46和电机壳体47之间的循环水路内对电机进行循环水冷却，从出水口排出进入散热系统，提升电机功率密度和比功率。左转轴29和右转轴27的另一端通过花键与左右两侧行星减速机构ⅰ8和行星减速机构ⅱ34的左太阳轮36和右侧太阳轮21相联接，完成动力的两端输出。

行星减速机构ⅰ8与水冷式中置双驱动防爆电机1、行星减速机构ⅱ34同轴排列布置，行星减速机构ⅰ8位于水冷式中置双驱动防爆电机1与右输出法兰26之间，通过连接螺栓与右壳体24、右端盖25固定联接。右转轴27活动穿过水冷式中置双驱动防爆电机1的右半部和行星减速机构ⅰ8；行星减速机构ⅰ8采用多级行星齿轮传动机构，包括分别可转动设置的右ⅰ挡齿圈12和右侧行星架23、绕自身轴线转动设置在右侧行星架23上的右侧第一行星轮11与右侧第一行星轮11啮合并可绕自身轴线转动的右ⅰ挡齿圈12、可绕自身轴线转动地安装在右侧行星架23上的左侧第二行星轮18与右侧第二行星轮18啮合并可绕自身轴线转动的右ⅱ挡齿圈19、用于对右ⅰ挡齿圈12进行制动的右ⅰ挡离合器10、用于对右ⅱ挡齿圈19进行制动的右ⅱ挡离合器20以及驱动部件进行制动换挡的操纵装置。电机的右转轴27的右端与行星减速机构ⅰ8上的右侧太阳轮21同轴固定联接；右侧行星架23与右转轴27同轴联接，右侧行星架23分别通过右侧行星架第一轴承14和右侧行星架第二轴承15支承在电动机右转子6的轴颈和右ⅱ挡齿圈19的内孔中；其中，右侧第一行星轮11的直径大于右侧第二行星轮18；右ⅰ挡齿圈12的直径大于右ⅱ挡齿圈19。右ⅰ挡齿圈12通过右ⅰ挡齿圈轴承ⅰ9支承在右侧行星架23一端的轴颈上，右ⅰ挡齿圈12、右ⅱ挡齿圈19和右侧行星架23同心设置并可相对转动，右壳体24上设有右侧行星排轴承座22，右ⅱ挡齿圈19通过右ⅱ挡齿圈轴承16支承在右壳体24的右侧行星排轴承座22的孔中，右侧行星架23通过右侧行星架第二轴承15支承在右ⅱ挡齿圈19的中心孔中。

行星减速机构ⅱ34采用ngw-nw复合型行星齿轮传动机构，行星减速机构ⅱ34与水冷式中置双驱动防爆电机1和行星减速机构ⅰ8同轴排列布置，行星减速机构ⅱ34位于防爆水冷式中置双驱动防爆电机1与左输出法兰45之间，通过连接螺栓与左壳体43、左端盖44固定联接。左转轴29活动穿过冷式中置双驱动防爆电机1的左半部、行星减速机构ⅱ34；行星减速机构ⅱ59采用多级行星齿轮传动机构，包括分别可转动设置的左ⅰ挡齿圈38和左侧行星架35、绕自身轴线转动设置在左侧行星架35上的左侧第一行星轮37、与左侧第一行星轮37啮合并可绕自身轴线转动的左ⅰ挡齿圈38、可绕自身轴线转动地安装在左侧行星架35上的左侧第二行星轮40、与左侧第二行星轮40啮合并可绕自身轴线转动的左ⅱ挡齿圈41、用于对左ⅰ挡齿圈38进行制动的左ⅰ挡离合器39、用于对左ⅱ挡齿圈41进行制动的左ⅱ挡离合器42以及驱动部件进行制动换挡的操纵装置。电机左转轴29的左端与行星减速机构ⅱ34上的左侧太阳轮36同轴固定联接；左侧行星架35与左转轴29同轴联接，左侧行星架35分别通过左侧行星架第一轴承31和左侧行星架第二轴承33支承在电动机左转子4的轴颈和左ⅱ挡齿圈41的内孔中；其中，左侧第一行星轮37的直径大于左侧第二行星轮40；左ⅰ挡齿圈38的直径大于左ⅱ挡齿圈41。左ⅰ挡齿圈38通过左ⅰ挡齿圈轴承ⅰ32支承在左侧行星架35一端的轴颈上，左ⅰ挡齿圈38、左ⅱ挡齿圈41和左侧行星架35同心设置并可相对转动，左壳体43上设有左侧行星排轴承座2，左ⅱ挡齿圈41通过左ⅱ挡齿圈轴承50支承在左壳体43的左侧行星排轴承座2的孔中，左侧行星架35通过左侧行星架第二轴承33支承在左ⅱ挡齿圈41的中心孔中。

矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统的传动轴分为左转轴29、右转轴27和左输出轴48、右输出轴49四个半轴，左转轴29和右转轴27活动穿过左转子4和右转子6；左转轴29一端活动穿过行星减速机构ⅱ34与左输出轴48连接，另一端连接转轴离合装置28；右转轴27一端活动穿过行星减速机构ⅰ8与右输出轴49连接，另一端连接转轴离合装置28；壳体包括依次连接的左壳体43、电机壳体47和右壳体24，左、右壳体43和电机壳体47之间设有左转子轴承座30和右转子轴承座17；左壳体43、电机壳体47和右壳体24相邻两两之间通过壳体螺栓固定联接，外侧由左端盖44和右端盖25封闭。左输出轴48和右输出轴49通过花键与左输出法兰45和右输出法兰26相联，完成动力输出。

左ⅰ挡离合器39、左ⅱ挡离合器42、右ⅰ挡离合器10及右ⅱ挡离合器20采用湿式防爆电磁换挡离合器53，实现对档位齿圈进行制动的档位制动部件，操纵装置用于驱动档位制动部件，实现档位及工作模式的切换。湿式防爆电磁换挡离合器53采用湿式多片结构，是一种摩擦片在磁路内式有滑环湿式多片电磁离合器，本体及控制方式均满足煤矿井下防爆性能要求。湿式防爆电磁换挡离合器53利用激磁线圈电流产生的电磁力来操纵结合元件，使离合器结合或脱开，相比相同转矩容量的带式制动器摩擦面积变大，吸收能量的容量增大，启动力矩大，动作反应快，作为反作用力元件使用时，不产生径向的集中反作用力。离合器通电时，直流电经滑环55导入励磁线圈54后，产生磁通量使线圈吸引衔铁57，衔铁57将两组摩擦片56压紧，湿式防爆电磁换挡离合器53处于结合状态。当湿式防爆电磁换挡离合器53断电时，衔铁57复位，两组摩擦片56松开离合器处于脱开状态。湿式防爆电磁换挡离合器53外侧由挡圈58封闭，并设置有引出线59。该离合器结构简单，转矩大而稳定，剩磁和漏磁小，接通和断开时间短，摩擦片几乎没有磨损，使用寿命长，免调整。

矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统能够实现多种模式，包括：电机驱动模式，驱动时，如果驱动需求功率较小，可选择电机ⅰ51或电机ⅱ52单独驱动，以获得良好的驱动经济性能，此时，如果转轴离合装置28分离，根据所选择驱动电机的不同，可以分别选择左ⅰ、ⅱ挡齿轮组或右ⅰ、ⅱ档齿轮组驱动，实现前轮驱动或后轮驱动。如果转轴离合装置28结合，则可以选择左ⅰ、ⅱ挡齿轮组或右ⅰ、ⅱ档齿轮组中任意档位进行驱动，实现前轮驱动或后轮驱动。

当大功率驱动需求时，可通过转轴离合装置28的结合来实施双电机联合驱动，实现四轮驱动，获得良好的动力性能，可选择1-4档齿轮组中任意档位进行驱动。具体的驱动方法组合见下表：

注：“○”表示工作状态；“×”表示非工作状态。

矿用适时四驱自动变速多模式动力驱动系统，集驱动模式、驱动力切换、自动变速于一体，结构紧凑、易于实现多模式的换档，通过两个电机与两组行星减速机构的驱动组合控制，即可实现动力性和经济性的优化组合，提高了车辆的能量利用率及对矿井多种工况的适用性。