CN101117176B - 车辆传动系统以及使车辆传动系统运行的方法 - Google Patents

车辆传动系统以及使车辆传动系统运行的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车辆传动系统，它具有一条沿着行车行道运动的传动链和至少一个设置在一辆车辆上的传动单元，该传动单元具有一个齿轮，用来嵌入到传动链中；并具有一个作用到该齿轮上的制动装置。

Description

车辆传动系统以及使车辆传动系统运行的方法
技术领域
特别是在集装箱码头需要能够快速挪动较大载荷的传动系统，以便由此尽量缩短在集装箱内运载的货物的周转时间。 
背景技术
迄今为止的轮-轨系统特别是在很大集装箱码头的情况下由于相当小的大约只有0.4米/秒2的最大加速度并由此需要较长的运输时间而只可能大致满足上述要求。W-R Canders等人在1998年日本东京LDIA上发表的题为“集装箱码头的线性电动机运送技术(Linear MotorTransfer Technology)(LMTT)”一文中所描述的线性电动机系统具有明显较好的加速度值和明显高的速度。 
发明内容
本发明的目的是在这种公知的现有技术的基础上提出一种价格合理的车辆传动系统，这种车辆传动系统可实现重的货物的快速运输。 
根据本发明，这个目的是通过一种具有权利要求1所述的特征的车辆传动系统来实现的。在权利要求9、11、15中给出了一种适用于本发明车辆传动系统的车辆传动单元以及用于使车辆传动系统运转的一种方法和一种控制程序。在各项从属权利要求中给出了本发明的诸多优选改进方案。 
本发明的一个重要方面在于：设置一个沿着一条车行道运动的传动链，且根据本发明的车辆传动系统具有至少一个设置在一辆车辆上的传动单元，这种传动单元具有一个嵌入到传动链中的齿轮以及一个作用到这该齿轮上的制动装置。这种车辆传动系统对于超过100吨重的载货可达到至少1米/秒2的加速度。 
在一种具有多个基本平行的行车道的系统中，在此情况下得到一种尤其有利的系统构造：所述传动链沿着一条第二基本上平行的行车道循环地运动。最好在车辆上设置一个第二传动单元，它的齿轮嵌入到一个第二沿着行车道相反运行地运动的传动链中。由此一条传动链可以同时对于多个行车道用于加速或减速。当至少一个齿轮形状配合 地嵌入到一个传动链中时，能达到特别有效的力传递。 
制动装置可设计成涡流制动器、或设计成反馈到一个电网和/或蓄电池系统中的直流电动机、交流电动机或三相交流电动机。也可以是涡流制动器和车辆中用于向用户供电的附加发电机的组合。可象发电机那样运行的电动机作为制动装置的应用具有能量回收的优点，而不象常规制动装置那样由动能转变为热能。 
为了按照需要来对于加速和减速进行控制，制动装置在其制动力矩方面最好在空转和全制动力矩之间可进行无级调节。 
一种适于按照权利要求1所述车辆传动系统的车辆传动单元按照本发明包括一个用于嵌入到一条沿着车行道运行的传动链中的齿轮和一个在该齿轮上施加作用的制动单元。 
相应于根据本发明的用于使车辆传动系统运行的方法，至少一个循环的传动链以基本上恒定的循环速度运行。最好通过在一个齿轮上施加制动力矩而使车辆加速，该齿轮嵌入到一条沿着行车道在行驶方向上运动的传动链中。在第二阶段中此外还可通过在所述齿轮上施加驱动力矩而使车辆加速，该齿轮嵌入到沿着车行道在行驶方向上运动的传动链中。 
最好通过将制动力矩施加到一个齿轮上来实现车辆的制动，该齿轮嵌入到一条沿着车行道与行驶方向相反地运动的传动链中。可以将反馈到蓄电池系统中的马达用作制动装置，并且所述制动装置在车辆停止时如此进行马达运行，使得将在数量上相等大小的相反方向的驱动力矩传递到相反运行的传动链上，该传动链将驱动力矩传递到传动链的以发电机方式工作的传动单元上。通过均匀地分布在传动链上的驱动力矩，在车辆上的力的作用在能量反馈时在静止状态下相互上升，以致于对车辆定位不产生不利的影响。 
此外，借助于一条沿着行驶方向运动的传动链的一种被调节的加速以及借助于一条逆着行驶方向运动的传动链的一种被调节的制动提供了这样的优点：可以使车辆非常准确地进行定位。 
根据本发明的用于使车辆传动系统运行的方法最好通过一种控制程序来实施，该控制程序可装载到一个计算器的工作存储器中。该控制程序具有至少一个代码段，在该代码段运行时至少一条循环的传动 链以基本上恒定的循环速度来运行，此时所述控制程序在计算机中运行。此外车辆通过将一种制动力矩施加到一个齿轮上来实现加速，该齿轮嵌入到一条沿着车行道在行驶方向上运动的传动链中。以相应的方式使得车辆通过将一种制动力矩施加到一个齿轮上来实现制动，该齿轮嵌入到一条沿着车行道逆向于行驶方向运动的传动链中。 
附图说明
下面结合附图所示的一个实施例来详细说明本发明。 
附图表示车辆传动系统的示意俯视图。 
具体实施方式
该图中示出的一辆车辆11、12通过循环的机械链21～23进行传动。其中，条链21～23在第一方向上沿车辆11、12的一个纵侧面进行运动，另一条链21～23或者相同链21～23的其它段则沿车辆11、12的对面的纵侧面在一个相反的第二方向上进行运动。循环链21～22由中央传动单元31～33保持恒定的循环速度。这种恒定的循环速度例如可与车辆11、12的要达到的最终速度一样大。 
在本实施例中，在每个车辆11、12上配置至少一个制动装置111、121，它们借助于一个小齿轮112、122啮入到循环链21～23中。所述小齿轮112、122耦联到一个制动单元上。该制动单元的制动力矩在空转一无制动力矩一和全制动力矩一小齿轮112、122闭锁一之间可无级变化。其中制动力矩可跟随一个预先给定的理论值。 
在空转的情况下，链21～23自由地从车辆11、12旁边通过，而且没有力从链21～23传递到车辆上。车辆11、12例如在停止时处于空转状态。当车辆11、12处于运动时，则在小齿轮112、122上给定一个制动力矩。从而相应于小齿轮112、122的有效直径把一个牵引力从循环链21～23传递到车辆11、12上。制动单元的同步力从制动力矩和小齿轮112、122的有效半径的商值中得出。在车辆11、12上可安装多个制动单元。由于车辆11、12的每个纵侧面对于行驶方向来说都是适合的，所以总的推进力可从相应纵侧面上的制动单元的推进力之和中得出。车辆11、12通过同步力被加速，而链21～23与车辆11、12之间的相对速度则减小。当小齿轮112、122的旋转完全被制动时，车辆11、12则与循环链21～23同步运动。 
由制动单元产生的扭矩可通过变速器与小齿轮112、122匹配。这 在使用发电机式的或磁作用的制动单元的情况下特别有意义。 
车辆11、12的加速度可通过驱动装置111、121的制动力矩预先确定。只要小齿轮112、122以形状配合连接的方式嵌入到链21～23中，则可达到比用轮-轨系统高得多的加速度。 
如果车辆11、12要进行减速，则可把制动力矩预给到这些小齿轮112、122上，该小齿轮嵌入到与行驶方向4相反的循环链21～23中。这样就可通过相应配量地预先规定制动力矩而使车辆11、12停在一个要求的位置上。当车辆到达要求的位置时，通过支承轮的闭锁就可使它停在相应的位置内。通过嵌入到一个配对链中而得到的车辆11、12减速比起存在摩擦的轮-轨系统达到更高的减速值。 
在加速阶段开始时，制动功率较大，这是因为小齿轮的转速较大的缘故。在加速阶段快结束时，制动功率较小，因为小齿轮的转速较小。由于制动功率有时可取相当大的值，业已证明有利的是，将一个有反馈能力的单元设置为制动单元。如果放弃反馈能力，则可节省费用。下面介绍各种使用场合。 
无反馈的无源机械制动的制动单元
在加速过程中的制动单元的功率与载重车辆的制动功率可以进行比较。所以，作为制动单元可以使用例如气动或液压控制的载重车辆制动器。但与车辆的安全概念相反，可靠状态不是制动器的锁住而是制动器的打开，因为在锁住制动单元的情况下，车辆与循环链同步运动。 
载重车辆制动器不反馈能量。但如果例如为了辅助功能和控制功能而在车辆内配备电能时，则可在车辆上附加安装较小的发电单元，在循环链和车辆之间存在相对速度的情况下，通过小齿轮驱动这种发电单元。如果发电机的扭矩被均匀地分配到两条沿着一条行车行道反向运动的链上，则力对于车辆的影响就消失，而不影响定位。 
也可以使用带有机械或电控的制动磁场的涡流制动单元来代替载重车辆制动单元。带有可电控的制动磁场的涡流制动单元例如可以是一台标准异步电动机，这种异步电动机借助于直流电进行激励。这种标准异步电动机的滑动特性曲线可借助变速器来匹配于随动小齿轮需要的扭矩。 
通过三相交流电动机的有源反馈的制动单元
作为制动单元可以使用无刷的三相交流电动机。在这里，电动机扭矩也可借助变速器匹配于小齿轮的所需扭矩。在制动时，能量被反馈到一个直流电压中间回路中。为了使中间回路电压在制动过程中保持恒定，这种直流电压中间回路应该是蓄电池支持的。 
由于车辆在加速和减速时总是反馈能量，所以应当注意，使蓄电池支持的直流电压中间回路的能量平衡得以补偿。必要时应把多余的能量重新从该中间回路取出。这可例如在车辆停止时进行。在车辆停止状态内，制动单元可用马达驱动。如果扭矩均匀分布到两个反向运动的链上，则可抵消力对车辆的影响，而且不影响定位的精度。链把输入的机械能传递到中央传动单元，于是中央传动单元的马达以发电机方式把能量反馈到电网中。 
中间回路的能量平衡的补偿也可如此来实现：使链以小于用于车辆最终速度的速度的旋转速度来循环。在第一加速阶段中，车辆通过小齿轮的制动和牵引而被加速到链的速度。在第二阶段中，制动单元被马达驱动，所以跟链相比，车辆被加速，而且达到比链的速度高的速度。 
作为有源反馈的马达用的三相交流电动机原则上既可用同步电动机又可用异步电动机。 
通过直流电动机的有源反馈的制动单元
在用三相交流制动单元进行制动时，需要的换流器原则上必须设置一种相当于车辆传动功率的功率。对典型的使用情况来说，这个功率可能为几百千瓦。如果制动单元使用他激的直流电动机，则换流器功率可以减少。通过对于励磁线圈的控制可调节一种要求的制动力矩。与传动功率比较，对于励磁线圈的控制只需该功率的很小一部分。 
马达线圈可连接到一个中间回路上，且电流可反馈到该中间回路中，在空转时(此时车辆停止)可把马达线圈与中间回路分开。 
对于本发明的应用并不局限于所述的实施例。 

Claims (10)

1.车辆传动系统，具有
-沿着车行道(4)在第一方向上运动的传动链(21-23)，
-至少一个在车辆(11，12)上设置的传动单元，它带有一个嵌入到传动链(21-23)中的齿轮(112，122)以及一个作用到该齿轮(112，122)上的制动装置(111，121)，
其中所述传动链沿着一条与第一方向相反的第二方向循环地运动，
其特征在于，在车辆上设有一个第二传动单元，它的齿轮嵌入到所述传动链的沿着第二方向运动的部段中，或者嵌入到一条第二沿着车行道反向运动的传动链中。
2.按权利要求1所述的车辆传动系统，其中至少一个齿轮以形状配合连接的方式嵌入到一条传动链中。
3.按权利要求1或2所述的车辆传动系统，其中至少一个制动装置是涡流制动器。
4.按权利要求1或2所述的车辆传动系统，其中至少一个制动装置是反馈到一个电网和/或蓄电池系统中的直流电动机。
5.按权利要求1或2所述的车辆传动系统，其中至少一个制动装置是反馈到一个电网和/或蓄电池系统中的三相交流电动机。
6.按权利要求1或2所述的车辆传动系统，其中至少一个制动装置在其制动力矩方面可在空转和全制动力矩之间进行无级调节。
7.用于操作按照权利要求1至6中任一项所述的车辆传动系统的方法，其中
-至少一条循环的传动链(21-23)以基本恒定的循环速度运行，
-一辆车辆(11，12)通过在第一传动单元的一个齿轮(112，122)上施加制动力矩而加速，该齿轮嵌入到一条沿着车行道在第一方向上运动的传动链(21-23)中，其中该传动链(21-23)沿着一条与第一方向相反的第二方向运动，
其特征在于，所述车辆(4)通过在第二传动单元的一个齿轮(112，122)上施加制动力矩而被制动，该齿轮嵌入到传动链(21-23)的沿着第二方向运动的部段中，或者
嵌入到一条第二沿着车行道逆向行驶方向运动的传动链(21-23)中。
8.按照权利要求7所述的方法，其中将反馈到一个蓄电池系统中的马达用作为制动装置，
在车辆静止状态下使所述制动装置如此进行马达运行，使得将在数量上相等大小的相反方向的驱动力矩传递到相反运行的传动链上，该传动链将驱动力矩传递到传动链的以发电机方式工作的传动单元上。
9.按照权利要求7或8所述的方法，一辆车辆通过在一个齿轮上减少制动力矩而达到减速，该齿轮嵌入到沿着车行道在行驶方向上运动的传动链中。
10.按照权利要求7或8所述的方法，一辆车辆通过在原侧齿轮上减少制动力矩来达到减速，该齿轮嵌入到沿着车行道在行驶方向上运动的传动链中；与此同时在另侧齿轮上施加制动力矩，该齿轮嵌入到沿其车行道逆向行驶方向运动的传动链中。
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