CN104986162A - 一种柴电混合动力井下机车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柴电混合动力井下机车，包括行驶系统、传动系统、动力系统、辅助系统和制动系统，柴油机与电动机呈并列形式安装，柴油机、电动机分别通过第二离合器、联轴器与扭矩耦合器连接，柴油机另一端通过第三离合器与发电机连接，扭矩耦合器通过第一离合器与传动装置相连接；第二离合器、第三离合器、柴油机、发电机、电动机、扭矩耦合器与控制装置连接。本发明防火花，防瓦斯爆炸，具有良好的续航能力和驱动能力，同时又不会对井下环境产生严重污染，解决了蓄电池机车动力不足、柴油机机车污染严重及架线式电机车基建投资大、易发生电火花、只能在低沼气矿井进风的主要运输巷道内使用等缺点，大大提高了井下机车的运行效率。

Description

一种柴电混合动力井下机车

技术领域

本发明涉及一种井下机车，具体涉及一种柴电混合动力井下机车，属于煤矿井下运输技术领域。

背景技术

目前，以机车为牵引设备的有轨运输是矿井运输的主要方式之一，现有的机车有电牵引和柴油机驱动两种，我国现在的电机车主要有架线式电机车和蓄电池电机车两类，其广泛应用于煤矿井下运输系统中。然而，传统的架线式电机车基础建设投资大，由于极易产生火花，引发瓦斯爆炸，对适用环境有严格要求；而蓄电池电机车电池体积大、续航能力弱、动力不足、充电工序繁琐、效率低，严重制约长距离运输。相较电机车，柴油机车在煤矿下应用范围小，主要由于柴油机车振动噪声大，炭烟和颗粒物排放严重，严重危害井下环境，影响煤矿工人身心健康。因此，现有机车严重制约煤矿运输的高效、连续、可靠、环保运行。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种柴电混合动力井下机车，防火花，防瓦斯爆炸，具有良好的续航能力和驱动能力，同时又不会对井下环境产生严重污染。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种柴电混合动力井下机车， 包括行驶系统、传动系统、动力系统、辅助系统和制动系统，行驶系统包括车架、司机室和车轮；传动系统包括扭矩耦合器、传动装置、传动轴、车轮轴和轴箱；动力系统包括蓄电池、电动机、柴油机和发电机，电动机与蓄电池电连接，发电机与柴油机连接；辅助系统包括照明信号灯、电喇叭、显示屏、操作手柄和控制装置，照明信号灯、电喇叭、显示屏、操作手柄与控制装置电连接；柴油机与电动机呈并列形式安装，柴油机、电动机分别通过第二离合器、联轴器与扭矩耦合器连接，柴油机另一端通过第三离合器与发电机连接，扭矩耦合器通过第一离合器与传动装置相连接；第二离合器、第三离合器、柴油机、发电机、电动机、扭矩耦合器与控制装置连接。

进一步的，控制装置包括五种控制模块，分别为柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块和整车控制模块，柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块均与整车控制模块电连接。

进一步的，扭矩耦合器为齿轮组合的耦合装置。

进一步的，电动机为同步电动机。

进一步的，还包括防爆水洗箱，防爆水洗箱与柴油机连接。

进一步的，蓄电池为磷酸铁锂电池。

进一步的，控制装置为PLC控制器。

进一步的，还包括撒砂装置，撒砂装置设置在车轮外侧。

进一步的，柴油机、发电机、蓄电池、电动机、控制装置、第一离合器、第二离合器和第三离合器均为防爆结构。

与现有技术相比：本发明具有多种工作模式：在机车启动和正常行驶时，蓄电池给电动机供电，由电动机驱动机车行驶；当蓄电池电量不足需要充电时，通过离合器的组合，使得柴油机带动发电机发电，给蓄电池充电；在机车重载或加速阶段电动机驱动能力不足时，断开柴油机与发电机之间的连接，柴油机和电动机通过扭矩耦合器共同驱动机车行驶；在机车减速和制动时，断开柴油机与扭矩耦合器之间的连接，电动机处于电磁制动状态，不仅可将制动能量回收到蓄电池中，还可配合机械制动系统实施制动；通过动力混合与控制模式的有机结合，既解决了蓄电池机车动力不足、架线式电机车基建投资大、易发生电火花、只能在低沼气矿井进风的主要运输巷道内使用等缺点，又避免了柴油机车尾气的大量排放，减轻井下空气污染；同时，其速度快、运能充足，持续时间长、工作效率高，对于推动煤矿井下高效连续运输有积极的影响。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明控制装置框图。

图4为本发明工作流程图。

图中：1、司机室，2、蓄电池，3、防爆水洗箱，4、油箱，5、撒砂装置，6、车轮， 7、轴箱，8、车轮轴，9、传动轴，10、传动装置，11、扭矩耦合器，12、联轴器，13、电动机，14、车架，15、制动装置，16、第一离合器，17、第二离合器，18、柴油机，19、第三离合器，20、发电机，21、电喇叭，22、照明信号灯，23、操作手柄，24、显示屏，25、控制装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本柴电混合动力井下机车，包括行驶系统、传动系统、动力系统、辅助系统和制动系统，行驶系统包括车架14、司机室1和车轮6，司机室1设置在车架14上方后部，车轮6设置在车架14下方；传动系统包括扭矩耦合器11、传动装置10、传动轴9、车轮轴8和轴箱7；传动装置10通过传动轴9与车轮轴8连接，车轮6通过车轮轴8安装于车架14上，制动装置15与车轮6连接，柴油机18通过油管与设置在车架14一侧的油箱4连接；动力系统包括蓄电池2、电动机13、柴油机18和发电机20，电动机13与蓄电池2电连接，发电机20与柴油机18连接；辅助系统包括照明信号灯22、电喇叭21、显示屏24、操作手柄23和控制装置25，照明信号灯22、电喇叭21、显示屏24、操作手柄23与控制装置25电连接；柴油机18与电动机13呈并列形式安装，柴油机18、电动机13分别通过第二离合器17、联轴器12与扭矩耦合器11连接，柴油机18另一端通过第三离合器19与发电机20连接，扭矩耦合器11通过第一离合器16与传动装置10相连接；第二离合器17、第三离合器19、柴油机18、发电机20、电动机13、油箱4、扭矩耦合器11与控制装置25连接。

机车还包括防爆水洗箱3，防爆水洗箱3与柴油机18连接，扭矩耦合器11为齿轮组合的耦合装置；蓄电池2为磷酸铁锂电池，支持快速充电技术；电动机13为同步电动机，包含有制动能量回收装置，减速和制动时充当发电机，实现制动能量回收；为了提高本发明制动效果，保证安全性能，还包括撒砂装置5，撒砂装置5设置在车轮6外侧；柴油机18、发电机20、蓄电池2、电动机13、控制装置25、第一离合器16、第二离合器17和第三离合器19均为防爆结构；显示屏24与控制装置25连接，显示机车的行驶速度、蓄电池电量、柴油机机油压力、油箱油量多少、工作模式等工作参数；为提高本发明的工作稳定性，控制装置25为PLC控制器。

如图3所示，为了提高本发明操作的直观性，进一步提高本发明的自动化程度，控制装置25包括五种控制模块，分别为柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块和整车控制模块，柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块均与整车控制模块电连接，柴油机控制子模块控制柴油机18的启停，并监测柴油机18的各种数据，如温度和转速等；智能电池控制子模块对蓄电池2进行充放电管理并监测蓄电池2的端电压、温度、电流等数据；电动机控制子模块控制电动机13的启停并监测电动机13 的电压、电流、振动等数据；辅助监测子模块对防爆水洗箱3、油箱4和整车速度数据进行监测；整车控制模块接收柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块传输的数据显示到显示屏24上，并可以根据操作手柄23的选择对离合器和辅助设备进行控制。

本发明可以根据实际运输过程，通过操作手柄23灵活选择工作模式，实现三种不同的工作模式：

如图4所示，在启动和正常行驶阶段，闭合第一离合器16，操作手柄23选择正常工作模式，控制装置25判断蓄电池2的电量，电量满足要求时，柴油机18不工作，启动电动机13，电动机13通过扭矩耦合器11、第一离合器16、传动装置10、传动轴9以及轮轴8，将动力传递给车轮6，驱动机车前进；当电量不满足要求时，控制装置25启动充电流程。

在加速行驶阶段，操作手柄23选择加速工作模式，控制装置25闭合第二离合器17，断开第三离合器19，蓄电池2带动电动机13与柴油机18在扭矩耦合器11处进行扭矩耦合，耦合的动力通过第一离合器16、传动装置10、传动轴9以及轮轴8，传递给车轮6，使机车加速前进。

在减速和制动阶段，操作手柄23选择减速工作模式，控制装置25断开第二离合器17和第三离合器19，柴油机18不工作，电动机13不作电动，此时，继续前进转动的车轮6带动轮轴8、传动轴9、传动装置10工作，通过扭矩耦合器11传递到电动机13，利用制动能量回收装置，带动电动机13发电，给蓄电池2充电，同时制动装置15进行制动，直至停车。

在停车阶段，判断蓄电池2电量，电量充足时，控制装置25断开第二离合器17和第三离合器19，关闭电动机13、柴油机18和发电机20，同时断开第一离合器16；电量不足时，控制装置25启动充电流程。

具体充电流程为：控制装置25闭合第三离合器19，断开第二离合器17，柴油机18带动发电机20工作给蓄电池2充电，充电的同时控制装置25实时监测蓄电池电量，当蓄电池2的电量到达上阈值时，控制装置自动停止柴油机18。

在实际运行过程中，机车工作模式通过控制装置25，配合第二离合器12和第三离合器19，实现不同的工作模式，大大提高了机车运行效率。

Claims (8)

1.一种柴电混合动力井下机车，包括行驶系统、传动系统、动力系统、辅助系统和制动系统，行驶系统包括车架（14）、司机室（1）和车轮（6）；

传动系统包括扭矩耦合器（11）、传动装置（10）、传动轴（9）、车轮轴（8）和轴箱（7）；

动力系统包括蓄电池（2）、电动机（13）、柴油机（18）和发电机（20），电动机（13）与蓄电池（2）电连接，发电机（20）与柴油机（18）连接；

辅助系统包括照明信号灯（22）、电喇叭（21）、显示屏（24）、操作手柄（23）和控制装置（25），照明信号灯（22）、电喇叭（21）、显示屏（24）、操作手柄（23）与控制装置（25）电连接；其特征在于，柴油机（18）与电动机（13）呈并列形式安装，柴油机（18）、电动机（13）分别通过第二离合器（17）、联轴器（12）与扭矩耦合器（11）连接，柴油机（18）另一端通过第三离合器（19）与发电机（20）连接，扭矩耦合器（11）通过第一离合器（16）与传动装置（10）相连接；

第二离合器（17）、第三离合器（19）、柴油机（18）、发电机（20）、电动机（13）、扭矩耦合器（11）与控制装置（25）连接。

2. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，所述的控制装置（25）包括五种控制模块，分别为柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块和整车控制模块，柴油机控制子模块、智能电池控制子模块、电动机控制子模块、辅助监测子模块均与整车控制模块电连接。

3. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，所述的扭矩耦合器（11）为齿轮组合的耦合装置。

4. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，所述的电动机（13）为同步电动机。

5. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，还包括防爆水洗箱（3），防爆水洗箱（3）与柴油机（18）连接。

6. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，所述的蓄电池（2）为磷酸铁锂电池。

7. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，所述的控制装置（25）为PLC控制器。

8. 根据权利要求1所述的一种柴电混合动力井下机车，其特征在于，还包括撒砂装置（5），撒砂装置（5）设置在车轮（6）外侧。