电动机车的变速机构
阅读说明：本技术 电动机车的变速机构 (Speed change mechanism of electric locomotive ) 是由 吴健铭 邹忠全 王东勋 王柏翔 王政杰 王楷茵 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电动机车的变速机构,所述变速机构包含驱动皮带轮组、从动皮带轮组、传动皮带和油压装置。驱动皮带轮组沿着输入轴的轴向方向移动以调整第一节圆半径。从动皮带轮组沿着输出轴的轴向方向移动以调整第二节圆半径。传动皮带连接驱动皮带轮组和从动皮带轮组。油压装置包含设置于驱动皮带轮组上的驱动端缸体和设置于从动皮带轮组上的从动端缸体,通过压力槽连通,槽内压力对驱动皮带轮和从动皮带轮提供推力,以保持对传动皮带的夹持力。(The invention discloses a speed change mechanism of an electric locomotive, which comprises a driving pulley set, a driven pulley set, a transmission belt and an oil pressure device. The drive pulley set moves in an axial direction of the input shaft to adjust the first pitch radius. The driven pulley set moves along the axial direction of the output shaft to adjust the second pitch circle radius. The driving belt is connected with the driving pulley set and the driven pulley set. Oil pressure device contains the drive end cylinder body that sets up on drive pulley group and sets up the driven end cylinder body on driven pulley group, through the pressure tank intercommunication, and the inslot pressure provides thrust to drive pulley and driven pulley to keep the clamping-force to driving belt.)
技术领域
本发明涉及电动机车变速机构领域，特别涉及一种通过油压装置来避免传动皮带打滑的电动机车变速机构。
背景技术
在传统使用燃油引擎的机车上，会设置无段变速传动装置(ContinuouslyVariable Transmission,CVT)来驱动机车行进。如图1所示，传动装置包含驱动皮带轮组10、从动皮带轮组11和传动皮带12。驱动皮带轮组10连接燃油引擎13，随着燃油引擎13运转而转动。驱动皮带轮组10转动时，随着转速增加，离心滚子14的离心力也随之增加并推动可动的驱动皮带轮产生轴向位移，进而改变传动皮带12在驱动皮带轮组10的位置(节圆直径变化)，而使传动装置的减速比随着车速增加而变小。传动皮带12是驱动皮带轮组10与从动皮带轮组11之间的动力传输媒介，由于传动皮带12的长度是固定的，当驱动皮带轮组10或从动皮带轮组11产生轴向位移时，传动皮带12在驱动皮带轮组10或从动皮带轮组11上的半径也会随之产生改变，进而达到无段变速的目的。
另一方面，从动皮带轮组11则是系统输出端，透过传动皮带12将动力传递至从动皮带轮组11，带动轮胎15转动。从动皮带轮组11上设置压缩弹簧16和扭力凸轮17，压缩弹簧16提供基础的轴向推力，以确保从动皮带轮组11对传动皮带12的基本夹持力。扭力凸轮17主要目的在于当车辆行驶中遭遇阻力增加时，因从动皮带轮组11的两侧皮带轮承受的扭力不一致，使可动的从动皮带轮产生轴向位移，改变传动皮带12在从动皮带轮组11的位置(半径变大)，即使传动装置的减速比变大，提供车辆行驶所需的扭力。
不过，传统燃油机车因为在怠速时引擎是持续运转，故设有离心式离合器18，以确保车辆在怠速时切断燃油引擎13与轮胎15的链接，即让引擎处于无负载状态下空转。当车辆起步，离心式离合器18达到设定的接合转速时，离合器18才接合并将引擎输出的动力传递至轮胎15，使车辆前进。传统燃油机车起步时，驱动皮带轮组10的离心滚子14已处于相对较高的转速，可对传动皮带提供一定的夹持力，以传递动力，但此时的传动皮带12因夹持力不足，仍处于打滑状态(约需时速达到60km/h时，打滑现象才会消失)。若是要将传统燃油机车的无段变速传动装置用在电动机车上，由于电动机车的马达无怠速运转问题，并不会设置离合器，避免离合器未接合前马达空转虚耗电力，且若电动机车直接采用传统燃油机车的传动装置，在中低车速时，因传动装置打滑现象，会耗费大量电力，将使电动机车的续航力大幅缩减。
因此，如何建立一种适用于电动机车之无段变速传动机构，避免使用上述燃油引擎传动装置所遇到的问题，是值得在电动机车领域中思考的。因此，本发明的发明人思索并设计了一种电动机车的变速机构，针对现有技术中存在的问题加以改进，进而增进产业上的实施利用。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电动机车的变速机构，以解决现有燃油引擎机车的无段变速传动装置用于电动机车上所造成的问题。
本发明提出的一种电动机车的变速机构，包含驱动皮带轮组、从动皮带轮组、传动皮带和油压装置。其中，驱动皮带轮组包含第一驱动皮带轮和第二驱动皮带轮，第一驱动皮带轮固定在输入轴上，与电动马达连接，第二驱动皮带轮沿输入轴的轴向方向移动以调整驱动皮带轮组的第一节圆半径。从动皮带轮组包含第一从动皮带轮和第二从动皮带轮，第一从动皮带轮固定在输出轴上，第二从动皮带轮沿着输出轴的轴向方向移动以调整从动皮带轮组的第二节圆半径。传动皮带连接驱动皮带轮组与从动皮带轮组。油压装置包含驱动端缸体和从动端缸体，驱动端缸体设置在驱动皮带轮组上而从动端缸体设置在从动皮带轮组上，驱动端缸体与从动端缸体通过压力槽连通，压力槽内的压力使第二驱动皮带轮朝第一驱动皮带轮移动，并且使第二从动皮带轮朝第一从动皮带轮移动，以提供传动皮带的夹持力。
可选地，驱动端缸体包含驱动端活塞和驱动端加压板，压力槽中的压力通过驱动端活塞推动驱动端加压板，使第二驱动皮带轮朝第一驱动皮带轮移动。
可选地，从动端缸体包含从动端活塞和从动端加压板，压力槽中的压力通过从动端活塞推动从动端加压板，使第二从动皮带轮朝第一从动皮带轮移动。
可选地，从动皮带轮组包含扭力凸轮，当输出轴遭遇外部阻力时，扭力凸轮使第二从动皮带轮朝向第一从动皮带轮移动，增加第二节圆半径。
可选地，驱动皮带轮组与驱动端缸体之间设置调速弹簧，当标准单人驾驶时，调速弹簧对第二驱动皮带轮施加推力以保持传动皮带的张力，当电动马达在重负荷低速启动时，扭力凸轮动作使第二从动皮带轮朝向第一从动皮带轮移动，调速弹簧被第二驱动皮带轮移动压缩使其远离第一驱动皮带轮，减少第一节圆半径。
可选地，驱动皮带轮组与驱动端缸体之间设置离心调速机构，当电动马达转速增加，通过离心滚子的离心力使离心调速机构施加压力将第二驱动皮带轮推向第一驱动皮带轮，增加第一节圆半径。
可选地，油压装置包含压力弹簧和压力槽活塞，压力槽活塞一端连接压力弹簧，另一端连接压力槽，当压力槽内压力与容积变化时，由压力弹簧吸收。
可选地，压力弹簧连接在调整螺帽上，由调整螺帽调整压力弹簧位置，控制压力槽内之压力。
本发明所提供的电动机车变速机构具有一或多个下述优点：
(1)所述电动机车的变速机构能让电动机车通过变速传动装置降低高速行驶时电动马达的转速，进而减少电能消耗，提升电动机车所能行驶的里程数。
(2)所述电动机车的变速机构能解决电动机车未设置燃油机车的离合器所产生的问题，通过油压装置提供夹持力，避免启动时传动皮带的打滑现象造成电能消耗，提高电动机车的续航力。
(3)所述电动机车的变速机构通过调速弹簧设计，使电动机车在重负荷低速起步时，提供较大的减速比以降低马达转速，避免马达进入较低效率的转速范围，提升车辆操控的便利性和实用性。
附图说明
图1为现有技术燃油机车的无段变速传动装置示意图；
图2为本发明实施例电动机车的变速机构示意图；
图3为本发明实施例变速机构起步负重时的示意图；
图4为本发明实施例变速机构极速时的示意图。
符号说明
10、20：驱动皮带轮组；
11、30：从动皮带轮组；
12、40：传动皮带；
13：燃油引擎；
14、63：离心滚子；
15：轮胎；
16：压缩弹簧；
17、64：扭力凸轮；
18：离合器；
21：第一驱动皮带轮；
22：第二驱动皮带轮；
23：输入轴；
31：第一从动皮带轮；
32：第二从动皮带轮；
33：输出轴；
50：油压装置；
51：驱动端缸体；
52：从动端缸体；
53：压力槽；
54：压力弹簧；
55：压力槽活塞；
56：调整螺帽；
57：驱动端活塞；
58：驱动端加压板；
59：从动端活塞；
60：从动端加压板；
61：调速弹簧；
62：离心调速机构；
63：离心滚子；
64：扭力凸轮；
90：电动马达；
100：变速机构；
R、R1、R2：第一节圆半径；
L、L1、L2：第二节圆半径。
具体实施方式
为利于审查委员了解本发明的技术特征、内容与优点和其所能达成的功效，因此将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意和辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明在实际实施上的权利范围，特在此说明。
以下结合附图，通过详细说明较佳具体实施例，对本发明做进一步阐述。
图2为本发明实施例电动机车的变速机构示意图。如图2所示，电动机车的变速机构100包含驱动皮带轮组20、从动皮带轮组30、传动皮带40以和油压装置50。驱动皮带轮组20包含第一驱动皮带轮21和第二驱动皮带轮22，第一驱动皮带轮21为固定的皮带轮，其中心固定在输入轴23上，输入轴23的一端与电动马达90连接。第二驱动皮带轮22为可动的皮带轮，其设置在输入轴23相对于电动马达90的一侧，第二驱动皮带轮22可沿输入轴23的轴向方向移动以调整驱动皮带轮组20的第一节圆半径R。
从动皮带轮组30包含第一从动皮带轮31和第二从动皮带轮32，第一从动皮带轮31为固定的皮带轮，其中心固定在输出轴33的一端，输出轴33的另一端与电动机车的轮胎连接。第二从动皮带轮32为可动的皮带轮，其设置在输出轴33的两端之间，第二从动皮带轮32可沿着输出轴33的轴向方向移动以调整从动皮带轮组30的第二节圆半径L。传动皮带40连接驱动皮带轮组20与从动皮带轮组30，其可为V型皮带，具有固定长度。当驱动皮带轮组20或从动皮带轮组30的可动皮带轮产生轴向位移时，驱动皮带轮组20的第一节圆半径R或从动皮带轮组30的第二节圆半径L会随之改变，进而使环绕在驱动皮带轮组20或从动皮带轮组30上的传动皮带40的半径也随之改变，进而使得电动马达90运转时，变速机构100能达到无段变速传动的目的。
现有技术中的传统燃油机车的无段变速传动装置，若将其直接转用于电动机车上，由于电动机车并未设置离合器，且在中低速时存在打滑问题会耗费大量电能，降低可行驶的里程，因此本发明提供的电动机车的变速机构100当中设置了油压装置50来解决上述问题。油压装置50包含驱动端缸体51和从动端缸体52，驱动端缸体51设置在驱动皮带轮组20上而从动端缸体52设置在从动皮带轮组30上，驱动端缸体51与从动端缸体52通过压力槽53连通，形成密闭的空间。油压装置50内的压力可通过压力弹簧54和压力槽活塞55调整，压力槽活塞55一端连接压力弹簧54，另一端连接压力槽53，当压力槽53内压力与容积变化时，由压力弹簧54吸收。当需要调整压力时，也可由连接压力弹簧54的调整螺帽56调整空间内的压力。由于油压装置50内为整体连通的密闭空间，其内部压力会分别压迫驱动端缸体51和从动端缸体52，通过驱动端活塞57推动驱动端加压板58，使第二驱动皮带轮22朝第一驱动皮带轮21移动，同时也通过从动端活塞59推动从动端加压板60，使第二从动皮带轮32朝第一从动皮带轮31移动，进而提供对于传动皮带40的夹持力，确保传动皮带40不会打滑，也不会因此而耗费不必要的电能。
除此之外，电动机车因马达出力特性关系，在低速时即可输出最大扭力，但在高速行驶时，反而会增加电量消耗速度，降低电动机车的续航力。若在中高速时能使电动机车以较小减速比行驶，即降低马达转速，可降低电量消耗速度，有效提高电动机车行驶里程。对此，需要能调整驱动皮带轮20与从动皮带轮30的机构，使其能通过调整传动皮带40的半径，达到调整减速比的效果。在本实施例中，驱动皮带轮组20与驱动端缸体51之间设置调速弹簧61和离心调速机构62，调速弹簧61设置在第二驱动皮带轮22上，可调整第二驱动皮带轮22与第一驱动皮带轮21之间的距离，进而达到调整第一节圆半径R的大小。离心调速机构62设置在驱动皮带轮组20与驱动端缸体51之间，其包含离心滚子63，当电动马达90带动输入轴23转动时，离心滚子63通过离心力推动离心调速机构62，同样能调整第二驱动皮带轮22与第一驱动皮带轮21之间的距离，即通过调整第一节圆半径R来调整减速比。两种调速装置使用的时机不同，以下将分别说明电动机车起步负重时与达到中高速时传动装置运作的内容。
图3为本发明实施例变速机构在起步负重时的示意图。如图3所示，电动机车的变速机构100包含驱动皮带轮组20、从动皮带轮组30、传动皮带40和油压装置50。其中，与前述实施例相同的标号表示相同组件，其内容不再重复描述。当电动机车起步时，其负重阻力较大，在驱动皮带轮组20的部分，因扭力凸轮64机构动作，使第二从动皮带轮32朝向第一从动皮带轮31移动，第二节圆半径L1增加，增加传动皮带40在从动皮带轮组30的半径，此时调速弹簧61被第二驱动皮带轮22移动压缩，第二驱动皮带轮22朝远离第一驱动皮带轮21的方向产生轴向位移，使得第一节圆半径R1缩小，即减少传动皮带40在驱动皮带轮组20的半径，使得减速比变大，提供电动机车行驶时所需的扭力。
当电动机车启动后，行驶速度逐渐提升，相应的电动马达90的转速也逐渐提升，然而，电动马达90在高转速时耗电量大，对于电池续航力有所影响，若是能在达到中高速的时候以较小减速比行驶，即降低电动马达90的转速，将有利于提升电池续航力，让电动机车能行驶更多的里程。
图4为本发明实施例的变速机构在极速时的示意图。如图4所示，电动机车的变速机构100包含驱动皮带轮组20、从动皮带轮组30、传动皮带40以和油压装置50。其中，与前述实施例相同的标号表示相同组件，其内容不再重复描述。当前述负重启动后，电动机车逐渐加速，这里的极速并非为车辆所能达到的最高速度，而是达到设定的切换速度时，即可进行调整。如图4所示，随电动马达90转速增加，离心滚子63的离心力也随之提升，此时离心调速机构62会因此上顶而向第二驱动皮带轮22施以轴向推力，使第二传动皮带轮22朝第一轴向皮带轮21的方向产生轴向位移，增加第一节圆半径R2，即使得传动皮带40在驱动皮带轮组20的半径变大，而让传动装置的减速比变小，进而降低电动马达转速以节省电力。
当减速比变小时，从动端油压缸活塞59往回退，使得第二从动皮带轮22朝远离第一从动皮带轮21的方向产生轴向位移，使得第二节圆半径L2减小，此时油压装置50的容积变化由压力弹簧54吸收。上述实施例为适用于电动机车的无段变速传动装置，针对不同车款设计，可通过调整离心滚子63重量、调速弹簧61、压力弹簧54、油压缸活塞面积、轴距等参数，以匹配不同车款的变速特性，使得零件能达到最佳效果，降低设计新传动装置的开发成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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