CN108808403B - 一种洞内电动施工机械的供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洞内电动施工机械的供电系统，包括供电机构和受电机构；所述供电机构包括架设在洞内的供电线架和沿电动施工机械行进方向设置在其上方的至少一条供电线路，所述供电线路通过悬吊线设于所述供电线架上，所述受电机构包括设于电动施工机械顶部的升降组件和设于升降组件顶部的用于与所述供电线路接触的导电接触带，所述导电接触带为中心处向上凸起的双向弧面结构，且当导电接触带上方的供电线路为多条时，多条所述供电线路中的每一条设置的高度均与所述导电接触带上表面的弧面结构相匹配。本系统能保证供电线路在不同相数或不同松紧程度下均能够与导电接触带接触，持续、有效为电动施工机械供电。

Description

一种洞内电动施工机械的供电系统

技术领域

本发明涉及洞内施工技术领域，特别是一种洞内电动施工机械的供电系统。

背景技术

洞室工程的施工空间狭小密闭，人员设备活动范围小，再加上施工机械种类数量繁多，而且一般均采用燃油动力，大量废气直接排放在洞室，造成施工环境空气质量差，影响施工人员身体健康和施工效率，甚至导致安全事故的发生。现普遍采用的通风系统，对洞内空气质量的改善较为有限，但不能从根源上避免有害气体排放的问题，且废气处理设备及费用投入高，纯自供电电动施工机械技术尚不成熟。现有技术中的火车或汽车受电弓不适用于为洞内施工机械供电，主要是因为：为高铁、地铁等有轨交通供电的受电弓主要适用于一根供电线(高压交流供电，一根供电线通过车体与轨道形成回路)的场合；为城市电动公交等供电的受电弓主要适用于两根供电线(高压直流)的场合。

如需为洞内施工机械供电，为具备通用性，既要适用于高压直流的供电场合，也要适用于高压交流的场合，应用的技术要求更高。如为汽车供应交流电，因无轨道接地，供电线为三根高压相线，且由于洞内道路不平坦，道路与洞顶供电线间的距离不固定(铁路和公路工况下，车辆与供电线间的距离固定)，受电弓与三根供电线在各种工况下保持可靠接触成为难点。因为一根供电线与受电弓接触为一个点接触；两根供电线与受电弓接触时为两点即线状接触；当三根供电线时，与受电弓接触为三点即为面接触。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种洞内电动施工机械的供电系统，本系统采用架空供电机构配合新型受电机构的方式为洞内施工机械供电，以实现机械全电动运行，减少废气排放，从而提高洞内工作环境质量，同时也减少废气处理设备和费用投入，提高了能源利用的经济效益，而且能保证供电线路在不同相数或不同松紧程度下均能够与导电接触带接触，持续、有效为电动施工机械供电。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种洞内电动施工机械的供电系统，包括供电机构和受电机构；所述供电机构包括架设在洞内的供电线架和沿电动施工机械行进方向设置在其上方的至少一条供电线路，所述供电线路通过悬吊线设于所述供电线架上，所述受电机构包括设于电动施工机械顶部的升降组件和设于升降组件顶部的用于与所述供电线路接触的导电接触带，所述导电接触带为中心处向上凸起的双向弧面结构，且当导电接触带上方的供电线路为多条时，多条所述供电线路中的每一条设置的高度均与所述导电接触带上表面的弧面结构相匹配。

作为一种优选的实施方式，所述导电接触带的顶部设有用于分隔多条供电线路的绝缘挡片，所述绝缘挡片为与所述导电接触带相匹配的弧形结构。

作为另一种优选的实施方式，所述升降组件包括基座和设于基座上的剪叉式升降平台，所述剪叉式升降平台最顶部相对的两组支撑杆的铰接处之间设有连杆，剪叉式升降平台的驱动气缸的伸缩杆与所述连杆连接，所述基座上设有与所述驱动气缸连接的高压气罐。

作为另一种优选的实施方式，所述连杆的两端与基座的顶部之间设有一对稳定弹簧，所述驱动气缸的伸缩杆与所述连杆之间通过球形关节连接。

作为另一种优选的实施方式，所述基座的底部和电动施工机械的顶部之间设有绝缘子。

作为另一种优选的实施方式，所述电动施工机械的操作室内设有与所述高压气罐信号连接的启闭按钮，所述电动施工机械上安装有与所述高压气罐信号连接的感应器，在洞口的进口处安装有与所述感应器信号连接的感应桩。

作为另一种优选的实施方式，所述升降组件和所述导电接触带之间设有集流头，所述集流头上设有电感应装置，电动施工机械的操作室内设有与所述集流头信号连接的接触显示灯和报警装置。

作为另一种优选的实施方式，所述供电线路上涂刷有反光漆，所述供电机构上设置有定位发射装置，电动施工机械的操作室内设有与所述定位发射装置信号连接的定位接收装置与路径显示屏。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用架空供电机构配合新型受电机构的方式为洞内施工机械供电，以实现机械全电动运行，减少废气排放，从而提高洞内工作环境质量，同时也减少废气处理设备和费用投入，提高了能源利用的经济效益。

2、本发明中导电接触带采用中心处向上凸起的双向弧面结构，多相供电线路设置的高度与其相匹配的非共面布置，保证了供电线路在不同相数或不同松紧程度下均能够与导电接触带接触，持续、有效为电动施工机械供电。

3、本发明中导电接触带顶部的导电材料之间用绝缘挡片进行绝缘，绝缘挡片采用中间高两边低的下坡形的弧形结构，能有效地避免绝缘挡片和供电线路高速运行中的损坏。

4、本发明受电机构中的升降组件采用剪叉式升降平台的垂直升降结构，避免与电动施工机械厢体、臂杆等发生干扰，不易变形、损坏，同时通过驱动气缸顶端的球形关节和稳定弹簧保证升降组件在工作中受弯变形后的及时回位，保证其长期、稳定可靠运行；气控式的驱动气缸使受电机构与供电线路的接触更平稳和迅速。

5、本发明中当电动施工机械进出工作区域，受电机构的启闭可通过自动感应启闭的方式完成，实用性强，自动化程度高。

6、本发明系统集成有集流头，通过其上电感应装置对电压或电流进行感应，实时监测供电线路是否与导电接触带接触良好，出现脱离而导致电源掉相的情况时，升降组件将继续提升导电接触带的高度直至良好接触，并及时报警提示。

7、本发明中供电线路上刷反光漆，起到了很好的行车指示作用；供电机构上设置定位发射装置，与设置在操作室内的定位接收装置配对作用，在操作室中的路径显示屏上实时显示电动施工机械与供电线路的偏移情况，从而确保施工机械在供电线路的范围内对位行驶。

8、本发明所提供的供电系统在洞内施工期间，供电机构除了为施工机械提供驱动电源外，也通过整流器为施工机械的蓄电池充电，在外供电源断电或驶出供电区域的情况下，可采用自带蓄电池为施工机械供电，保证机械全电动运行，而且在外供电源断电的情况下，可采用车载蓄电池通过供电系统供应给其他与供电机构连接的电动施工机械。

9、本发明提供的供电系统不光可为移动施工机械供电，还可为洞内的各种固定式生产设备、照明设备、控制设备等提供电源，简化洞内供电网敷设，起到一线多用的目的。

10、本发明所提供的供电系统通用性强，各类洞室施工机械均可应用此系统，使用范围广。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图；

图2为本发明实施例的侧视图；

图3为图1中细节A的结构示意图；

图4为图2中细节B的结构示意图；

图5为本发明实施例中供电线路与导电接触带其中一种接触形式的结构示意图；

图6为本发明实施例中供电线路与导电接触带另外一种接触形式的结构示意图；

图7为本发明实施例中绝缘挡片的结构示意图；

图8为本发明实施例中电动施工机械操作室内控制面板的结构示意图；

附图标记：

1、供电线架，2、电动施工机械，3、供电线路，4、悬吊线，5、导电接触带，6、绝缘挡片，7、基座，8、剪叉式升降平台，9、支撑杆，10、连杆，11、驱动气缸，12、高压气罐，13、气阀，14、稳定弹簧，15、球形关节，16、绝缘子，17、启闭按钮，18、感应器，19、集流头，20、接触显示灯，21、报警装置，22、定位发射装置，23、定位接收装置，24、路径显示屏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

本实施例选择三相交流电方式进行说明，具体应用中也可采用直流供电方式。

如图1-图4所示，该洞内电动施工机械的供电系统包括供电机构和受电机构；所述供电机构包括架设在洞内的供电线架1和沿电动施工机械2行进方向设置在其上方的至少一条供电线路3，所述供电线路3通过悬吊线4设于所述供电线架1上，所述受电机构包括设于电动施工机械2顶部的升降组件和设于升降组件顶部的用于与所述供电线路3接触的导电接触带5，所述导电接触带5为中心处向上凸起的双向弧面结构，且当导电接触带5上方的供电线路3为多条时，多条所述供电线路3中的每一条设置的高度均与所述导电接触带5上表面的弧面结构相匹配。

供电机构通过悬吊线4将供电线路3架设在电动施工机械2行进线路上方的供电线架1上，可按电动施工机械2进、出两个方向分别设置独立的供电线路3，也可仅设置一个方向的供电线路3。供电线路3可以采用将柔性线缆附着在钢性金属基体上(导线和钢性金属基体间附加绝缘层，避免钢性金属基层带电)等方式进行供电。通过控制升降组件的升降可使导电接触带5与供电线路3进行接触，导电接触带5的表面采用碳滑块等易导电物质，中心处向上凸起的双向弧面结构，即在供电线路3与导电接触带5接触的顶部、前侧、后侧三个部位均有碳滑块，可保证在供电线路3不同松紧程度时的合理、可靠接触，结构上碳滑块与导电接触带5之间设置成可拆卸结构，便于更换。根据供电线路3的相数不同，导电接触带5表面的碳滑块按不同的数量进行组合。本实施例为三向供电线路3，导电接触带5表面的碳滑块由三块组合成一个整体。

其具体的工作原理为：因导电接触带5需与三相供电线路3均保持良好接触，而各供电线路3松紧程度不同，导电接触带5与三相供电线路3为面接触(三点成面)，保障难度很大。然而，导电接触带5为双向弧面结构，且多条供电线路3中的每一条设置的高度均与导电接触带5上表面的弧面结构相匹配，这样，三相供电线路3呈中间一相供电线路3高，两边两相供电线路3低的拱形结构，十分有利于供电线路3与导电接触带5的有效接触。当中间一相供电线路3较松，两边两相供电线路3较紧时(如图5所示)，导电接触带5与三相供电线路3均接触时，且此时电动施工机械2前进时，中间一相较松的供电线路3与导电接触带5前侧碳滑块接触，两边两相供电线路3与导电接触带5顶部的碳滑块接触；如此电动施工机械2后退时，中间一相较松的供电线路3与导电接触带5后侧碳滑块接触，两边两相较紧的供电线路3与导电接触带5顶部碳滑块接触。当中间一相供电线路3较紧，两边两相供电线路3较松时(如图6所示)，导电接触带5与三相供电线路3均接触时，且此时电动施工机械2前进时，中间一相较紧的供电线路3与导电接触带5顶部碳滑块接触，两边两相供电线路3与导电接触带5前侧碳滑块接触；如此电动施工机械2后退时，中间一相较紧的供电线路3与导电接触带5顶部碳滑块接触，两边较松的两相供电线路3与导电接触带5后侧碳滑块接触。

本实施例中，如图3、图4和图7所示，所述导电接触带5的顶部设有用于分隔三相供电线路3的绝缘挡片6，所述绝缘挡片6为与所述导电接触带5相匹配的弧形结构。在导电接触带5顶部的三块碳滑块之间以绝缘挡片6进行间隔、绝缘，可有效避免短路，绝缘挡片6为与导电接触带5相匹配的弧形结构，使绝缘挡片6呈现中间高两边低的下坡形，以避免在电动施工机械2从非受电范围进入供电线路3范围时绝缘挡片6与供电线路3产生刮擦，导致供电线路3或绝缘挡片6损坏。

本实施例中，如图3和图4所示，所述升降组件包括基座7和设于基座7上的剪叉式升降平台8，所述剪叉式升降平台8最顶部相对的两组支撑杆9的铰接处之间设有连杆10，剪叉式升降平台8的驱动气缸11的伸缩杆与所述连杆10连接，所述基座7上设有与所述驱动气缸11连接的高压气罐12。

升降组件工作原理：高压气罐12通过气阀13释放高压气体到驱动气缸11中，驱动气缸11快速动作，驱动剪叉式升降平台8平稳、快速提升，直到三相供电线路3与导电接触带5全部接触后停止上升，反之亦然；选择剪叉式升降平台8作为升降组件的核心部件，而剪叉式升降平台8的升降模式为垂直升降，其相对于向前升降式或向后升降式具有以下优点：可避免受电机构与电动施工机械2上的零部件(如自卸车后厢体、反铲臂杆等)碰撞而发生干扰；洞内路面较为颠簸，可避免升降组件变形损坏，从了延长其使用寿命。

本实施例中，所述连杆10的两端与基座7的顶部之间设有一对稳定弹簧14，所述驱动气缸11的伸缩杆与所述连杆10之间通过球形关节15连接。

稳定弹簧14与剪叉式升降平台8的支撑杆9协同作用，保证受电机构的稳定，使供电线路3持续为电动施工机械2供电。电动施工机械2在快速行进过程振动较大，加之路面颠簸，导电接触带5与供电线路3的摩擦力较大，对升降组件有弯曲的作用，虽然此弯曲作用较上述提到的向前升降式或向后升降式的升降组件更小，但为了避免长期作用导致升降组件变形，故增设了稳定弹簧14。稳定弹簧14的具体工作原理为：当升降组件向一个方向弯曲，另外一侧的稳定弹簧14受力拉伸，一方面减少升降组件的弯曲量，另一方面在导电接触带5与供电线路3脱离接触时帮助升降组件迅速回位，另外也通过与驱动气缸11升缩杆的球形关节15共同作用(升降组件变形弯曲时，仅在球形关节15处发生转动变形，驱动气缸11不发生变形)，避免对驱动气缸11产生变形影响。

本实施例中，如图3和图4所示，为了避免漏电，保证施工的安全性，所述基座7的底部和电动施工机械2的顶部之间设有绝缘子16。

本实施例中，如图2和图4所示，所述电动施工机械2的操作室内设有与所述高压气罐12信号连接的启闭按钮17，所述电动施工机械2上安装有与所述高压气罐12信号连接的感应器18，在洞口的进口处安装有与所述感应器18信号连接的感应桩。

当电动施工机械2进入洞室，可以采用自动或手动两种方式受电：自动受电方式：电动施工机械2通过其上安装的感应器18与洞口进口处附近处安装的感应桩相互感应，从而驱动高压气罐12通过气阀13对驱动气缸11释放高压气体驱动升降组件上升使导电接触带5与供电线路3接触后受电；手动受电方式：通过电动施工机械2的操作室内的启闭按钮17使高压气罐12通过气阀13对驱动气缸11释放高压气体驱动升降组件上升使导电接触带5与供电线路3接触后受电。

本实施例中，如图3、图4和图8所示，所述升降组件和所述导电接触带5之间设有集流头19，所述集流头19上设有电感应装置，电动施工机械2的操作室内设有与所述集流头19信号连接的接触显示灯20和报警装置21。

电动施工机械2的操作室内的接触显示灯20将显示导电接触带5是否与供电线路3正常接触(原理为系统通过各相供电是否正常判断导电接触带5与供电线路3是否接触良好)。在导电接触带5未上升到预定高度与供电线路3正确接触之前，或因当地面不平、颠簸等因素导致导电接触带5与供电线路3脱离接触时，设于升降组件和导电接触带5之间的集流头19上的电感应装置对电压或者电流进行感应，可感应到电源掉相。而当导电接触带5与供电线路3非正常脱离接触而导致掉相时，报警装置21将自动报警，具体的还可设置语音报警模块，而此时升降组件将立即工作，确保导电接触带5与供电线路3迅速恢复接触。

本实施例中，如图1和图8所示，所述供电线路3上涂刷有反光漆，所述供电机构上设置有定位发射装置22，电动施工机械2的操作室内设有与所述定位发射装置22信号连接的定位接收装置23与路径显示屏24。

在供电线路3上涂刷反光漆，以便指示驾驶员对线行驶；也可在供电机构上设置定位发射装置22，与设置在操作室内的定位接收装置23配对作用，在操作室中的路径显示屏24上实时显示电动施工机械2与供电线路3的偏移情况，从而确保施工机械2在供电线路3的范围内对位行驶。

需要说明的是：在洞内施工期间，供电机构除了为电动施工机械2提供驱动电源外，也通过整流器将网供交流电整流成直流后为电动施工机械2的蓄电池充电，在电动施工机械2驶出洞室或行驶至未敷设供电机构的洞段，通过启闭按钮17手动或通过洞口的感应桩自动将受电机构收回放平，避免干扰，同时蓄电池将为电动施工机械2供电以实现全电动运行，或者在外供电源断电的情况下，可采用车载蓄电池通过供电系统给其他与供电机构接的电动施工机械2供电；另外，驱动气缸11中优选采用干燥气体介质，避免液体或非干燥气体导电；电动施工机械2应采用导电辫与大地接触，形成接地结构；随着洞内掘进施工的推进，供电线路3需要续接，新接的供电线路与原有供电线路3间采用令克等方式连接。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，包括供电机构和受电机构；所述供电机构包括架设在洞内的供电线架和沿电动施工机械行进方向设置在其上方的至少一条供电线路，所述供电线路通过悬吊线设于所述供电线架上，所述受电机构包括设于电动施工机械顶部的升降组件和设于升降组件顶部的用于与所述供电线路接触的导电接触带，所述导电接触带为中心处向上凸起的双向弧面结构，即在供电线路与导电接触带接触的顶部、前侧、后侧三个部位均有易导电物质，根据供电线路的相数不同，导电接触带表面的易导电物质按不同的数量进行组合，且当导电接触带上方的供电线路为多条时，多条所述供电线路中的每一条均与所述导电接触带上表面的双向弧面结构接触，双向弧面结构使供电线路呈中间供电线路高，两边供电线路低的拱形结构；所述升降组件包括基座和设于基座上的剪叉式升降平台，所述剪叉式升降平台最顶部相对的两组支撑杆的铰接处之间设有连杆，剪叉式升降平台的驱动气缸的伸缩杆与所述连杆连接，所述基座上设有与所述驱动气缸连接的高压气罐；所述连杆的两端与基座的顶部之间设有一对稳定弹簧，所述驱动气缸的伸缩杆与所述连杆之间通过球形关节连接。

2.根据权利要求1所述的洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，所述导电接触带的顶部设有用于分隔多条供电线路的绝缘挡片，所述绝缘挡片为与所述导电接触带相匹配的弧形结构。

3.根据权利要求1所述的洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，所述基座的底部和电动施工机械的顶部之间设有绝缘子。

4.根据权利要求1所述的洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，电动施工机械的操作室内设有与所述高压气罐信号连接的启闭按钮，所述电动施工机械上安装有与所述高压气罐信号连接的感应器，在洞口的进口处安装有与所述感应器信号连接的感应桩。

5.根据权利要求1所述的洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，所述升降组件和所述导电接触带之间设有集流头，所述集流头上设有电感应装置，电动施工机械的操作室内设有与所述集流头信号连接的接触显示灯和报警装置。

6.根据权利要求1所述的洞内电动施工机械的供电系统，其特征在于，所述供电线路上涂刷有反光漆，所述供电机构上设置有定位发射装置，电动施工机械的操作室内设有与所述定位发射装置信号连接的定位接收装置与路径显示屏。