CN108622145B - 一种悬挂式单轨机车运输系统 - Google Patents

一种悬挂式单轨机车运输系统 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种悬挂式单轨机车运输系统,其驱动所述单轨机车运行与停止的驱动系统,所述单轨机车包括至少一个驾驶室和承载车组,所述运输系统还包括用于整个运输系统的监测、控制、对所述单轨机车的调度管理的控制总台、监控整个运输系统能耗的能量管理系统、用于轨道标识和机车定位的行驶跟踪系统、用于多电机多工况下的功率动态匹配的多机耦合控制系统以及用于轨道监测与道岔的智能控制的轨道及其控制系统,所述单轨机车连接于所述轨道上,所述能量管理系统、行驶跟踪系统、轨道及其控制系统、多机耦合控制系统以及所述控制总台之间均相互通信连接。本发明为智能的现代化矿井建设提供了一套先进的解决方案。

Description

一种悬挂式单轨机车运输系统
技术领域
本发明涉及一种运输系统,特别涉及一种悬挂式单轨机车运输系统。
背景技术
我国煤矿辅助运输机械化起步较晚,现阶段国内煤矿高效辅助运输技术与设备的实际应用水平距世界先进采煤国家还有一定的差距。据统计,我国煤矿辅助运输人员约占井下职工总数的30%以上,掘进队中一般有30%~50%的人员从事辅助运输,综采矿井每百万吨煤辅助运输用工是先进煤炭开采国家的7~10倍。近年来随着我国煤矿采掘工作面机械化程度的迅速发展,传统的煤矿辅助运输更加难于满足高产高效工作面的辅助运输需求,煤矿采掘与辅助运输之间的供需不匹配的矛盾成为制约我国现代化煤矿进一步发展的重要因素。
现阶段我国煤矿轨道辅助运输多采用单轨吊、卡轨车、齿轨车等运输方式,以上传统方式要么采用外部钢丝绳牵引载重车要么采用驱动机车头牵引载重车,从而造成设备冗余、自动化程度低、能耗高、运输效率低、控制复杂且精度低。因此借鉴井上其他行业交通运输系统的设计理念、消化吸收先进成熟的技术、引进先进的自动化设备,开发一套智能绿色的现代化单轨运输系统具有较高的社会推广价值。
中国专利文件(申请号201310450869.1)公开了一种单轨吊机车坡起控制装置及方法,该专利通过检测单元的传感装置实时监测机车启动时的工况参数分析出合理的启动力。该方式难以在本质上避免大倾角下机车打滑无法正常驱动,仍对机车负载力、轨道倾角具有较大的局限性。
中国专利文件(申请号201420097878.7)公开了一种矿用防爆型永磁直驱传动单轨吊车,该专利创新性的用永磁同步电机替换了传统单轨机车的驱动电机,并没有在驱动结构、驱动控制系统上有更进一步、更详细的创新。
中国专利文件(申请号201610645041.5)公开了一种单轨吊综合集控系统,包括传电台、无线射频基站、拾音器、语音识别装置、手持无线终端、西门子PLC、以太网模块、操作台、触摸屏、控制手柄、网络交换机、工控机、人车闭锁装置、红外人体传感器、无线射频卡、单轨道检测传感器、车载无线控制装置、漏电保护装置、运行显示及声光报警装置、电控元件、无线控制模块。该专利控制系统复杂,并且在矿井恶劣工旷条件下语音控制、远距离无线控制均难以取得良好的工作效果。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷,提供一种悬挂式单轨机车运输系统,以满足高产高效的现代化矿井辅助运输需求。
为实现上述发明目的,本发明采用了如下技术方案:一种悬挂式单轨机车运输系统,其包括驱动所述单轨机车运行与停止的驱动系统,所述运输系统还包括控制总台、能量管理系统、行驶跟踪系统、多机耦合控制系统以及轨道及其控制系统;
所述控制总台用于监测、控制整个运输系统,并能调度管理所述单轨机车;
所述能量管理系统用于监控整个运输系统的能耗,并向所述控制总台实时反馈运输系统的能耗情况;
所述行驶跟踪系统用于轨道标识和机车定位,其能根据所述单轨机车所在轨道信息匹配出最佳运行参数,并将所述运行参数发送给所述多机耦合控制系统;
所述多机耦合控制系统接受所述能量管理系统和所述行驶跟踪系统发送的信号,对多电机多工况下的功率进行动态匹配;
所述轨道及其控制系统包括轨道,所述轨道及其控制系统接收所述控制总台、能量管理系统、行驶跟踪系统发送的信号进行轨道监测及道岔的智能控制,保证所述运输系统内单轨机车的合理有序运行。
此外,本发明还提出如下附属技术方案:
所述单轨机车包括至少一个驾驶室和至少一个承载重物的承载车组,所述驱动系统包括驱动装置,各个所述承载车组和各个所述驾驶室均设置有所述驱动装置。
所述驱动装置包括驱动所述单轨机车的永磁电机,所述多机耦合控制系统包括荷载检测单元和基于所述永磁电机的转矩-速度平衡单元;
所述荷载检测单元实时接收设置于承载车组底部起吊梁上的传感装置信号,并向能量管理系统、转矩-速度平衡单元反馈信号;
所述转矩-速度平衡单元设置有平轨多驱平衡模式、斜轨降速匹配模式以及下坡反馈制动模式。
所述控制总台包括远程可视化监测单元、远程调度单元、远程协助单元、总线交互单元以及就地控制单元;
所述远程可视化监测单元包括屏幕,所述远程可视化监测单元接入整个运输系统的各个监测与传感装置,实时访问并向所述屏幕传回各系统、单元的运行状态;
所述远程调度单元接收矿区辅助的需求运输指令,并向轨道及其控制系统、驱动系统下达调度指令;
所述总线交互单元采用CAN总线交互协议;
所述就地控制单元设置于所述驾驶室,其包括紧急制动装置和人工驾驶操作平台;
所述远程协助单元的数据访问及控制指令传输接线与就地控制单元接线采用并联式,两并联回路之间设置有电气互锁,远程协助单元指令信号权限高于就地控制单元,两回路指令信号冲突时优先执行高权限信号。
所述能量管理系统包括电池组及其管理单元、低电预警单元、能耗控制单元、车场自动充电单元以及机车召回单元;
所述电池组及其管理单元收集电池的耗损信号、热信号和电量信号;
所述的低电预警单元实时接收所述电量信号并向所述远程可视化监测单元、就地控制单元进行信息反馈,当电量低于第一低电量值时触发声光报警装置,当电量低于第二低电量值时启动机车召回单元;
所述的能耗控制单元实时接收所述荷载检测单元的信号对机车用电进行最优匹配;
所述的车场自动充电单元接收行驶跟踪系统机车位置信号,自动唤醒车场充电装置;
所述的机车召回单元触发能耗控制单元的最佳省电模式,向轨道及其自动控制系统传送优先通行信号。
所述第一低电量值为20%,所述第二低电量值为5%。
所述行驶跟踪系统包括设置在所述单轨机车上的轨道识别单元和设置在所述轨道上的位置标识单元;
所述位置标识单元包括信息模块,所述信息模块间隔设置在所述轨道上,所述信息模块记录有所在位置轨道的坐标、倾角、坡道长度、工况等级、环境参数,所述的信息模块设置有供轨道识别单元识别的近距离无线访问端口;
所述的轨道识别单元写有轨道位置-机车运行参数映射程序,轨道识别单元接收位置标识单元的无线信号并匹配出最佳运行参数,将信号发送给多机耦合控制系统。
所述轨道及其控制系统包括道岔控制单元、红外识别与超声检测单元、空间移动闭塞分析单元以及色灯指示单元;
所述的道岔控制单元接收所述能量管理系统、所述行驶跟踪系统以及所述控制总台发出的信号,控制道岔动作并向空间移动闭塞分析单元、色灯指示单元反馈信号;
所述红外识别与超声检测单元用于检测附近有没有其他机车占道运行,并向空间移动闭塞分析单元实时反馈信号。
所述轨道包括平轨,所述驱动装置包括与所述平轨配合的承重驱动轮。
所述轨道包括斜轨以及与所述斜轨相连的斜轨传动链,所述驱动装置包括与所述斜轨传动链相啮合的坡道驱动轮。
相比于现有技术,本发明的优点在于:
1)本发明提出了基于多电机驱动单轨机车的智能化矿井辅助运输控制技术与装备,为智能绿色的现代化矿井建设提供了一套先进的解决方案。
2)本发明实现机车的随车驾驶、远程集中人工控制或程序控制,具备机车无人值守运行等功能,并通过物联网和计算机控制等技术提升运输管理水平,实现辅助运输连续、安全低耗、可矿井巷道全覆盖的目标。
3)本发明提出了一种基于永磁电机多点驱动的单轨机车驱动模式,提出了一套速度敏感、环境敏感、负载敏感的单轨机车多机耦合控制系统,保证各个机车驱动模块输出功率平衡。
附图说明
图1是本发明运输系统的组成示意图。
图2是本发明驱动装置的结构示意图。
图3是本发明中机车布置示意图。
其中:1电机传动齿轮;2从动齿轮;3坡道驱动轮;4承重驱动轮;5轨道;6斜轨传动链;7永磁电机;8箱体;9电液伺服制动装置;10就地控制单元;11驾驶室;12快速换接装置;13承载车组。
具体实施方式
以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。
如图1至图3所示,一种悬挂式单轨机车运输系统,包括:悬挂式永磁多点直驱的单轨机车、控制总台、能量管理系统、轨道及其控制系统、行驶跟踪系统、多机耦合控制系统和驱动系统。
优选的,所述悬挂式永磁多点直驱的单轨机车通过驱动装置活动吊接在轨道下侧,具体包括承载车组13、驾驶室11。
单轨机车采用多点驱动方式,各个承载车组、驾驶室均设置有驱动装置,不单独设置驱动车头。采用多点驱动可以对负载进行合理的分配,相对原有的车头驱动模式极大地降低了驱动装置的工作负荷,提高了机车对轨道的粘着力。承载车组与驾驶室之间均采用总线协议进行控制,具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点。承载车组底部起吊梁与重载之间、各承载车组及驾驶室之间均采用可快速脱挂的快速换接装置12,方便车组的换接,缩短工作时间。
优选的,所述控制总台用于整个运输系统的监测、控制、机车的调度管理,具体设置有远程可视化监测单元、远程调度单元、远程协助单元、总线交互单元和就地控制单元。
远程可视化监测单元接入整个运输系统的各个监测与传感装置,实时访问并向屏幕传回各系统、单元的运行状态。方便管理人员及时准确的了解整个运输系统的工作情况,极大的缩短了故障发生时间。远程调度单元接收矿区辅助运输的需求指令,并向轨道及其控制系统、驱动系统下达调度指令。机车调度人员可以根据矿区实际的辅助运输需求合理安排最近的空车到达工作现场,可以有效的缩短调度时间。总线交互单元采用CAN总线交互协议,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线,能量管理系统、轨道及其控制系统、行驶跟踪系统、多机耦合控制系统和驱动系统等均是在总线协议下经过总线交互单元进行信息传递的。就地控制单元布置在驾驶室,具体包括紧急制动装置、人工驾驶操作平台。远程协助单元数据访问及控制指令传输接线与就地控制单元接线采用并联式,两并联回路之间设置有电气互锁,远程协助单元指令信号权限高于就地控制单元,两回路指令信号冲突时优先执行高权限信号。远程协助单元在机车正常运行下保持信息静默,只有在紧急状况或突发事故时,远程调度单元将取代就地控制单元,以达到对机车的远程控制,由于远程控制单元是在全局了解整个运输系统状况后下达动作指令,因此该指令信号要比操作司机在单一信息条件下的操作指令考虑更加详细全面。
优选的,所述的能量管理系统用于整个运输系统的能耗控制,机车电量的管理与检测,具体设置有低电预警单元、能耗控制单元、电池组及其管理单元、车场自动充电单元、机车召回单元。
低电预警单元实时接收电池组及其管理单元发送的电量信号并向可视化监测单元、就地控制单元进行信息反馈,当电量低于20%时触发声光报警装置,当电量低于5%时启动机车召回单元。能耗控制单元实时接收多机耦合控制系统内负载监测单元信号对机车用电进行最优匹配,极大地降低了整个运输系统的电量消耗。电池组及其管理单元收集电池的耗损信号、热信号、电量信号,对电池进行有效的监控,提高其使用寿命。车场自动充电单元接收行驶跟踪系统机车位置信号,自动唤醒车场充电装置,减少充电过程中造成的误工时间,提高机车的工作效率。机车召回单元触发能耗控制单元的最佳省电模式,向轨道及其控制系统传送优先通行信号,低电机车优先通行是为了防止机车等车错车过程中在运输轨道上断电停机,造成整个运输系统的瘫痪。
优选的,所述的行驶跟踪系统用于轨道标识与机车定位,具体包括设置在机车上的轨道识别单元、设置在轨道上的位置标识单元。
位置标识单元以5米为间隔设置信息模块并均布在整个轨道上,信息模块记录有所在位置轨道的坐标、倾角、坡道长度、工况等级、环境参数,信息模块设置有供轨道识别单元识别的近距离无线访问端口。轨道识别单元写有轨道位置-机车运行参数映射程序,轨道识别单元接收位置标识单元的无线信号并匹配出最佳运行参数,将信号发送给多机耦合控制系统。这种近距离信息交互模式避免了井下恶劣工况对长距离信息传输造成的延时、中断。机车只需要根据提前写好的映射程序映射出相应的机车运行参数,不用根据坐标实时进行运算分析,降低了对硬件设备的要求,提高了分析计算速度。
优选的,所述的轨道及其控制系统用于轨道监测与道岔的智能控制,具体设置有道岔控制单元、红外识别与超声检测单元、空间移动闭塞分析单元、色灯指示单元、普通平轨、斜轨。
道岔控制单元接收能量管理系统、行驶跟踪系统、控制总台信号,控制电液伺服平开道岔并向空间移动闭塞分析单元、色灯指示单元反馈信号。红外识别与超声检测单元用于检测附近有没有其他机车占道运行,向空间移动闭塞分析单元实时反馈信号。空间移动闭塞分析单元以机车为中心自动计算列车的最佳安全间隔,根据红外识别与超声检测单元信号自动控制机车的运行状态以及道岔动作,保证整个运输系统合理有序的运行,避免撞车事故的发生。道岔采用电液伺服系统进行控制,可以有效的提高系统的响应速度与控制精度。斜轨设置有绕过倾斜轨道首尾的斜轨传动链6,增强了机车的爬坡能力,提高了单轨机车对巷道倾角的适应能力。
优选的,所述的多机耦合控制系统用于多电机多工况下的功率动态匹配,具体设置有荷载检测单元、基于永磁电机的转矩-速度平衡单元。
荷载检测单元实时接收设置于承载车组底部起吊梁上的传感装置信号,并向能量管理系统、转矩-速度平衡单元反馈信号。基于永磁电机的转矩-速度平衡单元设置有平轨多驱平衡模式、斜轨降速匹配模式、下坡反馈制动模式。平轨多驱平衡模式用于机车的平轨运行状态下,能将机车负载平均分配给各个电机,并保证电机速度同步、转矩平衡。斜轨降速匹配模式用于机车上坡,能够根据坡角自动降低电机转速为机车爬坡匹配足够的电机转矩。下坡反馈制动模式用于机车下坡,通过电机反馈发电提供机车制动力。从而根据负载状况控制各个永磁电机对功率进行合理分配,建立一套速度敏感、环境敏感、负载敏感的机车驱动控制系统。在上坡阶段对电机进行合理调速以增加机车爬坡驱动力,下坡时进行反馈制动发电。
优选的,所述的驱动系统用于机车的驱动与制动,以驱动模块的形式设置在每一节单轨机车上,具体设置有永磁电机7、承重驱动轮4、坡道驱动轮3、电机传动齿轮1、承载轴、从动齿轮2、从动轴和电液伺服制动装置9。
永磁电机输出轴通过平键与电机传动齿轮1连接,电机传动齿轮1与从动齿轮2啮合,从动齿轮2通过键连接安装在从动轴一端,从动轴另一端安装有承重驱动轮4、坡道驱动轮3。从动轴两端通过轴承安装在机车箱体上。承重驱动轮为圆柱形金属平轮,与普通平轨内端面直接摩擦驱动。坡道驱动轮3为链轮形式,与斜轨传动链6进行啮合驱动。通过永磁电机直接驱动有效的简化了传动结构,优化了调速方案。机车斜轨爬坡时采用链齿啮合,增加了机车的坡道驱动能力。
本发明的有益效果在于:
1)本发明提出了基于多电机驱动单轨机车的智能化矿井辅助运输控制技术与装备,为智能的现代化矿井建设提供了一套先进的解决方案。
2)本发明实现机车的随车驾驶、远程集中人工控制或程序控制,具备机车无人值守运行等功能,并通过物联网和计算机控制等技术提升运输管理水平,实现辅助运输连续、安全低耗、可矿井巷道全覆盖的目标。
3)本发明提出了一种基于永磁电机多点驱动的单轨机车驱动模式,提出了一套速度敏感、环境敏感、负载敏感的单轨机车多机耦合控制系统,保证各个机车驱动模块输出功率平衡。
需要指出的是,上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬挂式单轨机车运输系统,其包括驱动所述单轨机车运行与停止的驱动系统,其特征在于:所述运输系统还包括控制总台、能量管理系统、行驶跟踪系统、多机耦合控制系统以及轨道及其控制系统;
所述控制总台用于监测、控制整个运输系统,并能调度管理所述单轨机车;
所述能量管理系统用于监控整个运输系统的能耗,并向所述控制总台实时反馈运输系统的能耗情况;
所述行驶跟踪系统用于轨道标识和机车定位,其能根据所述单轨机车所在轨道信息匹配出最佳运行参数,并将所述运行参数发送给所述多机耦合控制系统;
所述多机耦合控制系统接受所述能量管理系统和所述行驶跟踪系统发送的信号,对多电机多工况下的功率进行动态匹配;
所述轨道及其控制系统包括轨道,所述轨道及其控制系统接收所述控制总台、能量管理系统、行驶跟踪系统发送的信号进行轨道监测及道岔的智能控制,保证所述运输系统内单轨机车的合理有序运行。
2.按照权利要求1所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述单轨机车包括至少一个驾驶室和至少一个承载重物的承载车组,所述驱动系统包括驱动装置,各个所述承载车组和各个所述驾驶室均设置有所述驱动装置。
3.按照权利要求2所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述驱动装置包括驱动所述单轨机车的永磁电机,所述多机耦合控制系统包括荷载检测单元和基于所述永磁电机的转矩-速度平衡单元;
所述荷载检测单元实时接收设置于承载车组底部起吊梁上的传感装置信号,并向能量管理系统、转矩-速度平衡单元反馈信号;
所述转矩-速度平衡单元设置有平轨多驱平衡模式、斜轨降速匹配模式以及下坡反馈制动模式。
4.按照权利要求3所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述控制总台包括远程可视化监测单元、远程调度单元、远程协助单元、总线交互单元以及就地控制单元;
所述远程可视化监测单元包括屏幕,所述远程可视化监测单元接入整个运输系统的各个监测与传感装置,实时访问并向所述屏幕传回各系统、单元的运行状态;
所述远程调度单元接收矿区辅助的需求运输指令,并向轨道及其控制系统、驱动系统下达调度指令;
所述总线交互单元采用CAN总线交互协议;
所述就地控制单元设置于所述驾驶室,其包括紧急制动装置和人工驾驶操作平台;
所述远程协助单元的数据访问及控制指令传输接线与就地控制单元接线采用并联式,两并联回路之间设置有电气互锁,远程协助单元指令信号权限高于就地控制单元,两回路指令信号冲突时优先执行高权限信号。
5.按照权利要求4所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述能量管理系统包括电池组及其管理单元、低电预警单元、能耗控制单元、车场自动充电单元以及机车召回单元;
所述电池组及其管理单元收集电池的耗损信号、热信号和电量信号;
所述的低电预警单元实时接收所述电量信号并向所述远程可视化监测单元、就地控制单元进行信息反馈,当电量低于第一低电量值时触发声光报警装置,当电量低于第二低电量值时启动机车召回单元;
所述的能耗控制单元实时接收所述荷载检测单元的信号对机车用电进行最优匹配;
所述的车场自动充电单元接收行驶跟踪系统机车位置信号,自动唤醒车场充电装置;
所述的机车召回单元触发能耗控制单元的最佳省电模式,向轨道及其自动控制系统传送优先通行信号。
6.按照权利要求5所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述第一低电量值为20%,所述第二低电量值为5%。
7.按照权利要求1所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述行驶跟踪系统包括设置在所述单轨机车上的轨道识别单元和设置在所述轨道上的位置标识单元;
所述位置标识单元包括信息模块,所述信息模块间隔设置在所述轨道上,所述信息模块记录有所在位置轨道的坐标、倾角、坡道长度、工况等级、环境参数,所述的信息模块设置有供轨道识别单元识别的近距离无线访问端口;
所述的轨道识别单元写有轨道位置-机车运行参数映射程序,轨道识别单元接收位置标识单元的无线信号并匹配出最佳运行参数,将信号发送给多机耦合控制系统。
8.按照权利要求1所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述轨道及其控制系统包括道岔控制单元、红外识别与超声检测单元、空间移动闭塞分析单元以及色灯指示单元;
所述的道岔控制单元接收所述能量管理系统、所述行驶跟踪系统以及所述控制总台发出的信号,控制道岔动作并向空间移动闭塞分析单元、色灯指示单元反馈信号;
所述红外识别与超声检测单元用于检测附近有没有其他机车占道运行,并向空间移动闭塞分析单元实时反馈信号。
9.按照权利要求3所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述轨道包括平轨,所述驱动装置包括与所述平轨配合的承重驱动轮。
10.按照权利要求3所述悬挂式单轨机车运输系统,其特征在于:所述轨道包括斜轨以及与所述斜轨相连的斜轨传动链,所述驱动装置包括与所述斜轨传动链相啮合的坡道驱动轮。
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