CN109515199B - 一种中低速城轨列车集电靴及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中低速城轨列车集电靴及其工作方法，包括分别设置在集电靴两端的第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁；还包括设置在受电正极和受电负极之间的受力平衡电磁铁；还包括均通过信号处理电路连接控制装置的激光传感器和压力传感器；控制装置接收激光传感器采集到的信号，对固定块上的感应纹路信号进行识别，根据识别结果控制第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁电流的通断，实现铜排的抬起和脱落；控制装置接收压力传感器采集到的永磁铁和供电轨钢带之间相互作用力，控制受力平衡电磁铁电流大小；本发明可有效避免拉弧，减轻铜排的腐蚀，并可保证集电靴过弯时的受流平衡。

Description

一种中低速城轨列车集电靴及其工作方法
技术领域
本发明涉及城市轨道交通技术领域，具体涉及一种中低速城轨列车集电靴及其工作方法。
背景技术
TramWave技术采用电力实现无碳工作，地面供电接触轨安装简单，适用于既有或新建轻轨轨道；这种新型供电系统不使用架空线和电线杆，可以最大限度的美化城市景观；地面供电轨是由连续的模块(2m、3m或5m)串接而成，每个模块依序排列数个50cm长的传导金属板(称为区段)，各区段彼此隔离，且仅当列车转向架位于区段正上方时才会导电；地面供电轨导电的必要条件为区段上有列车，且列车集电靴处于放下状态，供电轨模块内部才会被激活而传输电流；此时仅有与集电靴接触的区段金属板有电，其余区段仍维持无电状态，可确保行人与车辆的安全。
集电靴在工作过程中，需要与地面的区段金属板间接触，正、负极靴才能导通，给机车供电；因此在供电阶段，集电靴是在拖拽状态，正负极靴与金属板摩擦，造成损耗；同时当集电靴通过供电模块的连接处时容易拉弧，这是接触带端部铜排腐蚀的重要原因。
发明内容
本发明提供一种可有效避免供电轨产生拉弧、减小铜排的摩擦损耗，过弯受流稳定的中低速城轨列车集电靴及其工作方法。
本发明采用的技术方案是：一种中低速城轨列车集电靴，包括分别设置在集电靴两端的第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁；还包括设置在受电正极和受电负极之间的受力平衡电磁铁；还包括均通过信号处理电路连接控制装置的激光传感器和压力传感器；控制装置接收激光传感器采集到的信号，对设置有感应纹路的固定块进行识别，根据识别结果控制第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁电流的通断，实现铜排的抬起和脱落；控制装置接收压力传感器采集到的永磁铁和供电轨钢带之间相互作用力，控制受力平衡电磁铁电流大小。
进一步的，还包括检测装置，检测装置包括相互连接的GPS定位模块和脉冲发生器；脉冲发生器连接到滤波放大电路，滤波放大电路连接到控制装置。
进一步的，所述信号处理电路包括相互连接的A/D转换电路和滤波放大电路。
一种中低速城轨列车集电靴的工作方法，包括以下步骤：
激光传感器采集与地面供电轨连接处设置有感应纹路的固定块进行识别；采集到的信号经信号处理电路处理后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；判断集电靴是否到达地面供电模块连接处，若到达供电轨连接处控制第一预抬电磁铁或第二预抬电磁铁上流过的电流，将铜排抬起；否则控制第一预抬电磁铁或第二预抬电磁铁上流过的电流，将铜排脱落；
压力传感器采集永磁铁和供电轨钢带之间相互作用力F，信号经处理电路后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁上流过的电流；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁上流过的电流。
一种中低速城轨列车集电靴的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：激光传感器采集与地面供电轨连接处设置有感应纹路的固定块进行识别；采集到的信号经信号处理电路处理后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；判断集电靴是否到达地面供电模块连接处，若到达供电轨连接处控制第一预抬电磁铁或第二预抬电磁铁上流过的电流，将铜排抬起；否则控制第一预抬电磁铁或第二预抬电磁铁上流过的电流，将铜排脱落；
步骤2：压力传感器采集永磁铁和供电轨钢带之间相互作用力F，信号经处理电路后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁上流过的电流，增大供电轨钢带的受力；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁上流过的电流，减小供电轨钢带的受力；
步骤3：GPS定位模块采集列车位置信息，采集到的信号经脉冲发生器和滤波放大电路传输到控制装置；与激光传感器采集到的距离信息进行比较；若GPS采集到的位置信息与激光传感器采集到的距离信息一致，则按照步骤1控制过程控制第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁上流过的电流；若不一致，则控制第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁不动作。
本发明的有益效果是：
(1)本发明设置有第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁，让集电靴预抬能力大大增强，减少了对永磁铁的依赖，减小了永磁铁的体积，降低了铜排的摩擦损耗，减轻了集电靴的重量；
(2)本发明通过对第一预抬电磁铁和第二预抬电磁铁电流的控制，过缝时不通电没有磁场，可避免拉弧，减轻铜排的腐蚀；
(3)本发明设置有受力平衡电磁铁，通过对通过其电流的大小控制保证集电靴过弯时的受流平衡；
(4)本发明设置检测装置，可防止感应纹路受到污染和破坏导致集电靴误动作，保证了集电靴的可靠性。
附图说明
图1为发明控制结构连接示意图。
图2为本发明中集电靴俯视结构示意图。
图3为本发明中地面供电轨的俯视结构示意图。
图4为本发明中地面供电系统的剖面图。
图5为本发明中地面供电轨模块结构示意图。
图中：1-第一预抬电磁铁，2-第二预抬电磁铁，3-受力平衡电磁铁，4-激光传感器，5-永磁铁，6-受电正极，7-受电负极，8-紧固块，9-压力传感器，10-供电轨钢带，11-铜排，12-正极触点，13-负极触点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种中低速城轨列车集电靴，包括分别设置在集电靴两端的第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2；还包括设置在受电正极6和受电负极7之间的受力平衡电磁铁3；还包括均通过信号处理电路连接控制装置的激光传感器4和压力传感器9；控制装置接收激光传感器4采集到的信号，对设置有感应纹路的固定块8进行识别，根据识别结果控制第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2电流的通断，实现铜排11的抬起和脱落；控制装置接收压力传感器4采集到的永磁铁5和供电轨钢带10之间相互作用力，控制受力平衡电磁铁3电流大小；信号处理电路包括相互连接的A/D转换电路和滤波放大电路。
感应纹路可以是突起，只要是激光传感器4能够识别即可；设置有感应纹路的固定块8设置在地面供电轨连接处，是为了区别其他的固定块8，便于判断地面供电模块连接处的位置。
还包括检测装置，检测装置包括相互连接的GPS定位模块和脉冲发生器；脉冲发生器连接到滤波放大电路，滤波放大电路连接到控制装置。
检测电路中用到的滤波放大电路可以采用信号处理电路中的滤波放大电路也可以单独设置。
一种中低速城轨列车集电靴的工作方法，包括以下步骤：
步骤1：激光传感器4采集与地面供电轨连接处设置有感应纹路的固定块8进行识别；采集到的信号经信号处理电路处理后将光信号转换成电信号，传输到控制装置；控制装置对信号进行识别；判断集电靴是否到达供电轨连接处，若到达供电轨连接处控制第一预抬电磁铁1或第二预抬电磁铁2上流过的电流，将铜排11抬起；否则控制第一预抬电磁铁1或第二预抬电磁铁2上流过的电流，将铜排11脱落。
以列车行驶方向向左为例，对第一预抬电磁铁1进行主动控制，当集电靴达到地面供电模块连接处时，对第一预抬电磁铁1通电，产生磁场强度更大的磁场，第一预抬电磁铁1和供电轨钢带10之间的相互作用力变大，使得地面供电模块连接处前方的铜排11快速的抬起；当集电靴离开地面供电模块连接处时，对第二预抬电磁铁2进行主动控制；通入第二预抬电磁铁2的电流为0，第二预抬电磁铁2没有磁场，对供电轨钢带10不产生吸力，使得地面供电模块(如图5所示)连接处后方铜排11快速脱落，避免拉弧，减轻铜排11腐蚀；由于结构改进后永磁铁5的体积减小，设置在集电靴中部的永磁铁5对地面供电模块连接处后方铜排11的吸力变小，几乎可以忽略。列车行驶方向向右时，对第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2的控制相反。
第一预抬电磁铁1、第二预抬电磁铁2和永磁铁5与供电轨钢带10之间形成磁场回路，产生对供电轨钢带10的吸力，托起铜排11处于工作状态完成受流；本发明中第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2位置传统的集电靴设置永磁铁，传统的集电靴中永磁铁的体积较大，重量大；为了便于控制将减小了传统集电靴中永磁铁的大小，将原来设置永磁铁的位置(集电靴的两端)设置第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2。
步骤2：压力传感器4采集永磁铁5和供电轨钢带10之间相互作用力F，信号经处理电路后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁3上流过的电流，增大供电轨钢带10的受力；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁3上流过的电流，减小供电轨钢带10的受力。
集电靴上有两块电刷，分别为受电正极6和受电负极7，工作时和地面供电轨间接触受流；传统的工字型永磁铁5对供电模块的铜排11下部的供电轨钢带10产生大小不一致的力，使得铜排两侧工作时收到的摩擦不均匀；同时车厢过弯时，传统的工字型永磁铁结构不能使得铜排受力均衡。通过主动控制，供电系统在工作时，通过设置在受电正极6上的压力传感器9采集永磁铁5和供电轨钢带10之间的相互作用力；经过信号转换电路和滤波放大电路，将信号转换为电信号传输给控制装置；控制装置控制受力平衡电磁铁3的电流，当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁3上流过的电流，减小供电轨钢带10的受力；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁3上流过的电流，减小供电轨钢带10的受力；从而使得供电轨钢带10受力均匀，从而减小摩擦，减少更换次数。
步骤3：GPS定位模块采集列车位置信息，采集到的信号经脉冲发生器和滤波放大电路传输到控制装置；与激光传感器4采集到的距离信息进行比较；若GPS采集到的位置信息与激光传感器4采集到的距离信息一致，则按照步骤1控制过程控制第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2上流过的电流；若不一致，则控制第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2不动作。
通过GPS定位模块监测列车位置，根据定位调用预存信息发出脉冲信号，通过处理装置与激光传感器4采集到的信号进行对比；若GPS定位模块监测得到的位置信息与激光传感器4采集到的信号经识别后的位置一致则按照步骤1进行控制；若GPS定位模块监测得到的位置信息与激光传感器4采集到的信号经识别后的位置不一致，则控制第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2不动作，与供电接触轨不形成磁场回路，不产生力的作用。
传统的永磁集电靴由于永磁铁吸力不可控、缺少主动控制，在离开某一供电区段时，会对这部分供电段的铜排11产生水平方向和垂直方向的力，形成“拖拽”，容易拉弧，这是端部铜排11腐蚀的一个重要原因；本发明增加控制装置，通过第一预抬电磁铁1和第二预抬电磁铁2让集电靴预抬能力大大增加，减少了对永磁铁的依赖，可以减小永磁铁的体积，降低了铜排11的摩擦损耗，减轻了集电靴的重量；并且可避免过供电轨钢带10时产生拉弧；通过设置受力平衡电磁铁3，通过控制流过其电流的大小保证集电靴过弯时的受流稳定；在地面供电轨表面连接处的固定块8上刻录感应纹路，可降低激光传感器4的误动作；设置检测装置可以进一步保证集电靴动作的可靠性。

Claims (5)

1.一种中低速城轨列车集电靴，其特征在于，包括分别设置在集电靴两端的第一预抬电磁铁(1)和第二预抬电磁铁(2)；还包括设置在受电正极(6)和受电负极(7)之间的受力平衡电磁铁(3)；还包括均通过信号处理电路连接控制装置的激光传感器(4)和压力传感器(9)；控制装置接收激光传感器(4)采集到的信号，对设置有感应纹路的固定块(8)的进行识别，根据识别结果控制第一预抬电磁铁(1)和第二预抬电磁铁(2)电流的通断，实现铜排(11)的抬起和脱落；控制装置接收压力传感器(4)采集到的永磁铁(5)和供电轨钢带(10)之间相互作用力，控制受力平衡电磁铁(3)电流大小。
2.根据权利要求1所述的一种中低速城轨列车集电靴，其特征在于，还包括检测装置，检测装置包括相互连接的GPS定位模块和脉冲发生器；脉冲发生器连接到滤波放大电路，滤波放大电路连接到控制装置。
3.根据权利要求1所述的一种中低速城轨列车集电靴，其特征在于，所述信号处理电路包括相互连接的A/D转换电路和滤波放大电路。
4.一种如权利要求1所述中低速城轨列车集电靴的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
激光传感器(4)采集与地面供电轨连接处设置有感应纹路的固定块(8)进行识别；采集到的信号经信号处理电路处理后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；判断集电靴是否到达供电轨连接处，若到达地面供电模块连接处控制第一预抬电磁铁(1)或第二预抬电磁铁(2)上流过的电流，将铜排(11)抬起；否则控制第一预抬电磁铁(1)或第二预抬电磁铁(2)上流过的电流，将铜排(11)脱落；
压力传感器(4)采集永磁铁(5)和供电轨钢带(10)之间相互作用力F，信号经处理电路后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁(3)上流过的电流；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁(3)上流过的电流。
5.一种如权利要求2所述中低速城轨列车集电靴的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：激光传感器(4)采集与地面供电轨连接处设置有感应纹路的固定块(8)进行识别；采集到的信号经信号处理电路处理后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；判断集电靴是否到达供电轨连接处，若到达地面供电模块连接处控制第一预抬电磁铁(1)或第二预抬电磁铁(2)上流过的电流，将铜排(11)抬起；否则控制第一预抬电磁铁(1)或第二预抬电磁铁(2)上流过的电流，将铜排(11)脱落；
步骤2：压力传感器(4)采集永磁铁(5)和供电轨钢带(10)之间相互作用力F，信号经处理电路后传输到控制装置，控制装置对信号进行识别；当F大于预设值F0时，减小受力平衡电磁铁(3)上流过的电流，增大供电轨钢带(10)的受力；当F小于预设值F0时，增大受力平衡电磁铁(3)上流过的电流，减小供电轨钢带(10)的受力；
步骤3：GPS定位模块采集列车位置信息，采集到的信号经脉冲发生器和滤波放大电路传输到控制装置；与激光传感器(4)采集到的距离信息进行比较；若GPS采集到的位置信息与激光传感器(4)采集到的距离信息一致，则按照步骤1控制过程控制第一预抬电磁铁(1)和第二预抬电磁铁(2)上流过的电流；若不一致，则控制第一预抬电磁铁(1)和第二预抬电磁铁(2)不动作。
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