CN107299567B - 一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车 - Google Patents

Abstract

公开了一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车，包括提供整车作业、走行所需动力的动力车和设置有铣磨作业装置的作业车，动力车设置有蓄电池室和牵引电气柜室，蓄电池室内设置有蓄电池，牵引电气柜室内设置有辅助变流柜、辅助电源柜和蓄电池管理柜，其中辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入；辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电；蓄电池管理柜包括断路器、充电模块以及直流并联组件，用于对蓄电池的保护和充放电控制；蓄电池可为动力车和作业车临时供电。本发明既能适用于地铁等封闭环境中运行，保证车辆安全稳定运行，低震动，铣磨切削效果优秀。

Description

一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车

技术领域

本发明涉及铁路维保领域，尤其涉及一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车。

背景技术

钢轨铣磨车是钢轨维护的重大智能装备。钢轨投入使用后，表面会逐渐产生形变和微裂纹等病害，恶化后形成肥边、剥落等缺陷，新开通的线路在使用3-9个月之后，即产生波浪磨耗、鱼鳞纹等损伤。这会加剧列车和轨道震动，造成部件损坏，给轨道运营的安全性、舒适性带来重大不利影响。

对钢轨进行科学维护将会有效保障铁路安全经济地运行，重载铁路经过定期钢轨维护，可将钢轨寿命从通过重量4亿吨提高到22亿吨，大大降低了钢轨更换造成的材料、人力及运力损失。钢轨铣磨车是专门用于轨道维护保养的重大智能装备，能有效修复钢轨波浪磨耗、鱼鳞纹等损伤，延长钢轨使用寿命。

目前主流钢轨铣磨车依然采用内燃机作为驱动动力。目前市场上出现的钢轨铣磨车都是以内燃机作为驱动动力。其有两个优点：第一，内燃机技术非常成熟，生产设计成本和使用成本都较低，维修方便；第二，燃机在电气化区段和非电气化区段都可以运行，非常灵活。

但是，它具有较为突出的缺点：1.在地铁等封闭环境中运行，需要低噪声和低排污量，而采用内燃机作为驱动动力则会产生大量噪声和烟尘；2.钢轨铣磨车在作业过程中，需要低震动甚至无震动，而采用内燃机作为驱动动力则会产生震动，影响钢轨铣磨的效果。

因此，以内燃机作为驱动动力的钢轨铣磨车，就无法满足上述的要求了。

目前越来越多的地铁和高铁都采用电力接触网供电，因此采用电力为动力的钢轨铣磨车更具有优势了。

针对现有技术中存在的上述问题，亟需一种既能适用于地铁等封闭环境中运行，低震动甚至无震动的钢轨铣磨车。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车，既能适用于地铁等封闭环境中运行，能够保证车辆安全稳定运行，低震动甚至无震动，铣磨切削效果优秀。

本发明的一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车，包括：提供整车作业、走行所需动力的动力车和设置有铣磨作业装置且具有实现对钢轨检测、铣削修复及铁屑收集功能的作业车，所述动力车设置有蓄电池室和牵引电气柜室，所述蓄电池室内设置有蓄电池，所述牵引电气柜室内设置有辅助变流柜、辅助电源柜和蓄电池管理柜，其中：

所述辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入；

所述辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电；

所述蓄电池管理柜包括断路器、充电模块以及直流并联组件，用于对蓄电池的保护和充放电控制；

所述蓄电池可为动力车和作业车临时供电。

所述动力车还设置有动力车司机室、受电弓、打磨系统和动力车转向架；所述作业车设置有作业车司机室、铣磨作业电器柜室、铣磨装置和作业车转向架；所述动力车司机室和所述作业车司机室设置有行驶控制模块和铣磨作业控制模块

所述动力车司机室设置有自诊断系统和操作仪表、按钮、手柄、显示控制屏、监视显示屏及报警装置。

所述动力车司机室内设置有风笛、刮雨器、司机室灯操纵台、座椅、空调和灭火器。

所述牵引电气柜室内还设置有牵引变频柜、变频水冷柜和控制柜。

所述打磨系统包括打磨液压系统、打磨气动系统、打磨集屑装置和打磨电机。

所述动力车转向架和所述作业车转向架为两轴焊接转向架，其中，动力车转向架为交流电传动转向架，所述作业车转向架为非动力转向架。

所述铣磨作业电气柜室内设置有铣磨作业核心数控模块和控制器。

一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车的工作方法，包括：

步骤一、上电前，闭合开关铣磨作业系统开关QF3，车载AC380V用电系统开关QF4和车载AC220V用电系统QF5，使得钢轨铣磨车进入准备工作状态；

步骤二、手动闭合UPS电源开关QF6，使得UPS电源供电给车辆控制系统和电池BMS系统；车辆控制系统和电池BMS系统分别进行自检，若自检通过，则进入步骤三，若自检失败，则停止工作并报警；

步骤三、控制放电接触器KM1闭合，车辆控制系统控制辅助电源柜接触器KM2、KM3、KM4闭合，辅助电源柜输出AC380V/AC220V供给整车用电设备，同时UPS切换为充电状态；

步骤四、车辆控制系统控制受电弓升弓，受电弓完成接触网取电，放电接触器KM1断开，蓄电池切换为充电状态；

步骤五、从车上触网开关柜高速断路器后级获取DC1500V电压，经输入电抗器滤波处理后，作为直流母线电压给直流变换柜供电；

步骤六、直流变换柜将波动的直流输入电压进行DC/DC斩波降压稳定到750VDC；

步骤七、直流变换柜的输出连接至牵引变频柜和辅助变流柜，辅助变流柜将直流输入电压进行DC/AC变换，三相输出电压稳定在380V，单相输出稳定在220V；

步骤八、牵引变频柜将直流母线电压变换后驱动异步牵引电动机；

步骤九、辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入，辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电，若电池充满时，则停止充电；

步骤十、辅助电源柜给铣磨作业装置供电后，铣磨作业装置开始作业；

步骤十一、铣磨车作业结束，车辆开回车库，蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态，并发送接触网收弓命令；

步骤十二、接触网收到命令开始收攻，收弓完成后，切断开关QF5，然后UPS由充电状态转到放电状态；

步骤十三、发送控制命令断开接触器KM1，接触器KM2，接触器KM3和接触器KM4，蓄电池供电系统断电；

步骤十四、手动断开UPS开关，完成整车断电。

优选地，包括电源切换步骤，包括

步骤十五、检测机车线路，若线路故障或检修失电，进入步骤十六，若正常，则维持原状运行；

步骤十六、蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态；

步骤十七、蓄电池输出电压经牵引变频柜变换后驱动异步牵引电动机；同时蓄电池经辅助变流柜输送能量至辅助电源柜，由辅助电源柜给车上辅助设备供电。

目前，城市地铁供电系统大都是接触网供电，本发明的轨道铣磨车取电方便，用户认可度较高；当接触网故障或检修失电时，采用铅蓄电池临时供电，和接触网升弓、降弓前辅助用电也需要蓄电池供电，可靠的应急直流供电是车辆安全稳定运行的基本条件之一，蓄电池供电是电力机车驱动系统的重要组成部分。从而本发明将蓄电池作为辅助供电。接触网和蓄电池双动力铣磨车无噪音，无污染，有利于在城市轨道地铁中运行。接触网和蓄电池双动力轨道铣磨车无震动，对传感器高精度测量无干扰，铣磨作业效果好。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明动力车结构示意图；

图2是本发明作业车车结构示意图；

图3是本发明双动力方案的工作示意图；

图4是本发明双动力方案的电气连接示意图；

图5是本发明的工作流程图；

图6是本发明电源切换步骤流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

目前主流的采用内燃机作为驱动动力钢轨铣磨车存在的缺点，本发明提供了一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车。本发明的设计思路以及关键点：

第一，针对轨道交通领域的钢轨维护问题，传统的轨道铣磨车自行走都是以内燃机发电给牵引电机，同时通过内燃机发电供给车上的铣磨单元、打磨单元及车上其他设备。由于铣磨车的工作原理基于高精度传感器的数据采集，传统内燃机驱动方式产生的车辆振动会对传感器高精度测量产生极大的影响。另外，内燃机的排放将对特定环境(如地铁等封闭空间)产生一定的空气污染，会限制传统轨道铣磨车在此场景的应用，现在的地铁线路大都采用受电弓接触网供电，因此研制的轨道铣磨车采用受电弓接触网供电。

其次，由于轨道维护车辆可能运行在断电或故障线路，单纯的受电弓电力驱动无法满足所有工况要求，因此在没有受电弓接触网的时候，可以切换到蓄电池供电。

最后，在接触网供电时，蓄电池要处于充电状态，接触网断电时，蓄电池要切换放电状态，满足车辆的用电要求，接触网和蓄电池之间要实现合理的无缝切换，因此设计正确、安全的电气控制系统是本发明的关键。

下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。本发明实施例提供的一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车，包括：提供整车作业、走行所需动力的动力车和设置有铣磨作业装置且具有实现对钢轨检测、铣削修复及铁屑收集功能的作业车，所述动力车设置有蓄电池室和牵引电气柜室，所述蓄电池室内设置有蓄电池，所述牵引电气柜室内设置有辅助变流柜、辅助电源柜和蓄电池管理柜，其中：

所述辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入；

所述辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电；

所述蓄电池管理柜包括断路器、充电模块以及直流并联组件，用于对蓄电池的保护和充放电控制；

所述蓄电池可为动力车和作业车临时供电。本发明的蓄电池室内安装中倍率、免维护，免加水、环保性好、安全可靠性高的密封蓄电池。

所述动力车还设置有动力车司机室、受电弓、打磨系统和动力车转向架；所述作业车设置有作业车司机室、铣磨作业电器柜室、铣磨装置和作业车转向架；所述动力车司机室和所述作业车司机室设置有行驶控制模块和铣磨作业控制模块

所述动力车司机室设置有自诊断系统和操作仪表、按钮、手柄、显示控制屏、监视显示屏及报警装置。

所述动力车司机室内设置有风笛、刮雨器、司机室灯操纵台、座椅、空调和灭火器。

所述牵引电气柜室内还设置有牵引变频柜、变频水冷柜和控制柜。

所述打磨系统包括打磨液压系统、打磨气动系统、打磨集屑装置和打磨电机。

所述动力车转向架和所述作业车转向架为两轴焊接转向架，其中，动力车转向架为交流电传动转向架，所述作业车转向架为非动力转向架。

所述铣磨作业电气柜室内设置有铣磨作业核心数控模块和控制器。

铣磨作业电气柜室分强电柜和弱电柜，铣磨作业核心数控模块和控制器安装于这两个电柜内。铣磨作业系统主要实现钢轨铣磨作业的控制，通过对铣磨电机、打磨电机、液压电机、集屑电机等的控制，完成对钢轨表面的切削修复，铣磨作业系统分上位机监控系统、数控驱动系统、PLC、传感器等组成。

一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车的工作方法，包括：

步骤一、上电前，闭合开关铣磨作业系统开关QF3，车载AC380V用电系统开关QF4和车载AC220V用电系统QF5，使得钢轨铣磨车进入准备工作状态；

步骤二、手动闭合UPS电源开关QF6，使得UPS电源供电给车辆控制系统和电池BMS系统；车辆控制系统和电池BMS系统分别进行自检，若自检通过，则进入步骤三，若自检失败，则停止工作并报警；

步骤三、控制放电接触器KM1闭合，车辆控制系统控制辅助电源柜接触器KM2、KM3、KM4闭合，辅助电源柜输出AC380V/AC220V供给整车用电设备，同时UPS切换为充电状态；

步骤四、车辆控制系统控制受电弓升弓，受电弓完成接触网取电，放电接触器KM1断开，蓄电池切换为充电状态；

步骤五、从车上触网开关柜高速断路器后级获取DC1500V电压，经输入电抗器滤波处理后，作为直流母线电压给直流变换柜供电；

步骤六、直流变换柜将波动的直流输入电压进行DC/DC斩波降压稳定到750VDC；

步骤七、直流变换柜的输出连接至牵引变频柜和辅助变流柜，辅助变流柜将直流输入电压进行DC/AC变换，三相输出电压稳定在380V，单相输出稳定在220V；

步骤八、牵引变频柜将直流母线电压变换后驱动异步牵引电动机；

步骤九、辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入，辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电，若电池充满时，则停止充电；

步骤十、辅助电源柜给铣磨作业装置供电后，铣磨作业装置开始作业；

步骤十一、铣磨车作业结束，车辆开回车库，蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态，并发送接触网收弓命令；

步骤十二、接触网收到命令开始收攻，收弓完成后，切断开关QF5，然后UPS由充电状态转到放电状态；

步骤十三、发送控制命令断开接触器KM1，接触器KM2，接触器KM3和接触器KM4，蓄电池供电系统断电；

步骤十四、手动断开UPS开关，完成整车断电。

优选地，包括电源切换步骤，包括

步骤十五、检测机车线路，若线路故障或检修失电，进入步骤十六，若正常，则维持原状运行；

步骤十六、蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态；

步骤十七、蓄电池输出电压经牵引变频柜变换后驱动异步牵引电动机；同时蓄电池经辅助变流柜输送能量至辅助电源柜，由辅助电源柜给车上辅助设备供电。

如附图1和附图2所示，本发明的钢轨铣磨车包括动力车和作业车，每节车各设一个司机室，配备有1铣1磨单元，铣磨作业一次成型，恢复钢轨横断面轮廓形状、提高钢轨的纵向平顺性、消除轨面部分侧磨、波磨、碾压层、表面细小裂纹、剥离等缺陷，从而提高列车运行的平稳性和舒适度、降低运行噪音和振动、延长钢轨的使用寿命。

本发明的钢轨铣磨车从接触网或蓄电池两种直流电源接入，经变换后实现整车电牵引系统的控制，并为铣磨作业装置及车上辅助设备供电，采用交流电传动，满足自牵引运行行驶及作业的动力需要。按照深圳地铁限界设计。每节车采用两台两轴转向架，动力车转向架轴列式B0-B0，作业车转向架轴列式B-B。采用13#标准车钩。铣磨装置和打磨装置分别安装在作业车和动力车的车下，钢轨铣磨车具有0.3～3km/h范围内的低恒速作业功能，作业过程中产生的铣削铁屑可被高效率回收。

本发明的钢轨铣磨车供电方式之一是接触网供电，接触网供电是指通过沿轨道线路上架设的特殊电线向行走在线路上的电动列车不间断地供应电能。电动列车利用顶部的受电弓与接触网滑动磨查而获得电能，受电弓是城市轨道交通车辆的受流装置，安装在与车体顶部，当受电弓升起时，弓和网接触滑行，从接触网受取电流，通过车顶母线传送到车辆内部，供车辆设备使用，电流经过车辆轮对、钢轨(或回流装置)回到变电所，形成闭合回路

本系统中有两台牵引变频柜，每台牵引变频柜内安装两个牵引变频器，整个系统共包含4个牵引变频器，四台牵引变流器共同负责整车的牵引运行，实现恒牵引力准恒速自运行以及低恒速作业。牵引变频器主电路采用两电平电压型拓扑，两台牵引变频柜实现两个转向架四台电机的分别控制。

辅助电源柜内主要设备为三相逆变电源1和三相逆变电源2，三相逆变电源3。其中，逆变电源1输出三相380V后滤波，供给铣磨作业装置和蓄电池充电机；逆变电源2与逆变电源3输出三相380V后滤波并隔离，为空压机、液压站、通风机、空调、照明等其它辅助电气设备提供三相380V和单相220V电源。为保障系统供电的安全可靠，逆变电源2与逆变电源3这两个逆变电源互为备用，当其中一路出现故障时，可将其切除，然后将备用逆变电源切入系统。

辅助电源柜将辅助变流柜输出的380V三相交流进行滤波，并经变压器隔离后，输出三相380V、单相220V两种规格的辅助电源供给其他电气设备。其中，一路三相380V专供给铣磨作业装置和蓄电池充电模块，一路三相380V供给包括空压机、通风机、空调及散热机等辅助设备，单相220V供给整车交流控制电源及空调、仪表。

蓄电池管理柜主要用于对牵引蓄电池的保护和充放电控制，并在接触网断电时，实现系统750V直流母线的不间断供电。

控制柜为牵引供电系统的集中控制器，主要实现4个牵引变流器的协调控制，同时对直流变换柜、冷却系统以及辅助电源柜进行状态监控显示和操作控制。控制器与车辆控制监视系统之间通过总线实现数据的传输，接受控制器的指令，并向车辆控制监视系统反馈相应的运行状态数据和故障报警信息。控制器还配备有调试通讯接口，用以协助进行深入的调试和测试工作。

如附图3所示，本钢轨铣磨车主供电采用接触网供电，满足不铣磨作业时机车高速牵引用电、铣磨作业时低恒速铣磨作业用电，机车辅助设备的用电的需求，副供电采用蓄电池供电，当线路故障或检修失电时，采用蓄电池为机车临时供电，满足机车牵引用电，可以开回车库中，同时也可以满足机车辅助设备的用电，蓄电池供电时不能进行低恒速铣磨作业，接触网供电时，蓄电池放电电路断开，接触网可以给蓄电池充电，蓄电池处于充电状态，同时设计有车间库电接口，铣磨车开会车库中后，可以插入库电进行铣磨车的调试，维修，同时可以为库电可以给蓄电池充电，以防止铣磨车长期停放未使用时蓄电池缺电，铣磨车前期调试时也要用到库电。

如附图4所示，本轨道铣磨车电控系统主要功能是从接触网或蓄电池两种直流电源接入，经变换后实现整车电牵引系统的控制，并为铣磨作业装置及车上辅助设备供电。整车电控系统由触网开关柜、直流变换柜、牵引变频柜、辅助变流柜、辅助电源柜、蓄电池管理柜、控制柜、充电机、铣磨系统电气柜等几部分组成。

如附图4所示，本轨道铣磨车电控系统包括车载AC380V和车载AC220V用电系统。车载AC380V用电系统主要是车载空调、通风机、散热机、空压机灯车体辅助设备的用电。车载AC220V用电系统主要是车载维修插座、照明系统等辅助设备的用电。

本发明的直流变换柜直流的输入为1500伏直流电压。

本发明可以接入外部的380V交流电源，例如库用电。外部380V交流电源接入后，辅助电源柜的输出侧三相380V、单相220V均能正常工作。另外，外部380V交流电源接入后，将自动切断KM1,从而断开蓄电池直流供电回路，以有效充电并避免电池电量浪费。

本发明的轨道铣磨车驱动方式为电力驱动，轨道铣磨车电力主取用方式为接触网受电弓取电，轨道铣磨车电力副取用方式为铅酸蓄电池取电。当受电弓供电时，蓄电池处于充电状态；当受电弓断开时，蓄电池处于放电状态，自动切换到蓄电池供电。外供电调试时可以边调试，边进行蓄电池充电

以往的采用柴油内燃机发电，有污染，有震动，有噪音。本发明的轨道铣磨车驱动方式能提供足够大功率的电，负载所用功率都足够用。目前，城市轨道地铁大都采用接触网供电，取电方便。本发明具有无污染，环保，体积小，无震动，无噪音的有点。接触网和蓄电池双动力供电之间实现无缝衔接，供电系统安全可靠，电能充分利用，节能，环保。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电力接触网和蓄电池组双动力钢轨铣磨车的工作方法，其特征在于：包括：步骤一、上电前，闭合开关铣磨作业系统开关QF3，车载AC380V用电系统开关QF4和车载AC220V用电系统QF5，使得钢轨铣磨车进入准备工作状态；

步骤二、手动闭合UPS电源开关QF6，使得UPS电源供电给车辆控制系统和电池BMS系统；车辆控制系统和电池BMS系统分别进行自检，若自检通过，则进入步骤三，若自检失败，则停止工作并报警；

步骤三、控制放电接触器KM1闭合，车辆控制系统控制辅助电源柜接触器KM2、KM3、KM4闭合，辅助电源柜输出AC380V/AC220V供给整车用电设备，同时UPS切换为充电状态；

步骤四、车辆控制系统控制受电弓升弓，受电弓完成接触网取电，放电接触器KM1断开，蓄电池切换为充电状态；

步骤五、从车上触网开关柜高速断路器后级获取DC1500V电压，经输入电抗器滤波处理后，作为直流母线电压给直流变换柜供电；

步骤六、直流变换柜将波动的直流输入电压进行DC/DC斩波降压稳定到750VDC；

步骤七、直流变换柜的输出连接至牵引变频柜和辅助变流柜，辅助变流柜将直流输入电压进行DC/AC变换，三相输出电压稳定在380V，单相输出稳定在220V；

步骤八、牵引变频柜将直流母线电压变换后驱动异步牵引电动机；

步骤九、辅助变流柜的输出连接至辅助电源柜的输入，辅助电源柜给铣磨作业装置及车上辅助设备供电，并且给充电机供电，充电机给牵引蓄电池充电，若电池充满时，则停止充电；

步骤十、辅助电源柜给铣磨作业装置供电后，铣磨作业装置开始作业；

步骤十一、铣磨车作业结束，车辆开回车库，蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态，并发送接触网收弓命令；

步骤十二、接触网收到命令开始降弓，降弓完成后，切断开关QF5，然后UPS由充电状态转到放电状态；

步骤十三、发送控制命令断开接触器KM1，接触器KM2，接触器KM3和接触器KM4，蓄电池供电系统断电；

步骤十四、手动断开UPS开关，完成整车断电；

步骤十五、检测机车线路，若线路故障或检修失电，进入步骤十六，若正常，则维持原状运行；

步骤十六、蓄电池放电接触器KM1闭合，车辆切换到电池供电状态；

步骤十七、蓄电池输出电压经牵引变频柜变换后驱动异步牵引电动机；同时蓄电池经辅助变流柜输送能量至辅助电源柜，由辅助电源柜给车上辅助设备供电。

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