CN109532887B - 一种轨道车辆用混合动力单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆用混合动力单元，将动力单元及其辅助设备，包括内燃发电机组、电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统均安装在动力室的安装机座上，通过对动力单元设备的合理布局，减少了机车重量，提升可维护性及可拆卸性；通过设置动力室，实现降噪和防水功能；通过将内燃进气口设置于动力室箱体中部且设置上升的内燃机进气管道，保证了进入内燃机空气的新鲜与纯净。本发明解决了传统内燃调车机车动力室功能单一且体积大、系统集成性不高、检修拆装不宜等问题和现有部分蓄电池加接触网的混动机车的纯电模式下续航不高的问题。

Description

一种轨道车辆用混合动力单元

技术领域

本发明涉及轨道车辆领域，更具体地，涉及一种轨道车辆用混合动力单元。

背景技术

随着当今全球各个国家环境保护的标准要求逐年提高，混合动力机车由于其节能、使用范围广泛、低排放等特点成为研究与开发的一个重点。

由于部分的国家和地区的铁路还未普及成为电气化铁路，故在非电气化路段(包括机车维修厂区)进行调车作业仍需要使用内燃调车来完成，同时部分现有的混着动力机车选用蓄电池加接触网的形式，鉴于蓄电池技术的局限性，轨道交通车辆在纯蓄电池工况下，部分作业受限，且持久性不高。柴油机则可以与蓄电池或者接触网任意搭配，使机车的功能实现最大化。而当今传统的内燃机调车机车动力单元体积大、噪音大、检修不宜、燃油消耗高以及尾气的排放量大，不利于降低机车重量，作业条件缺乏灵活性且更不易于满足部分国家对环境保护的标准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种轨道车辆用混合动力单元，通过将动力单元及其辅助设备，安装在动力室的安装机座上，以及对动力单元设备的合理布局，减少了机车重量；通过设置动力室，实现降噪和防水功能；通过将内燃进气口设置于动力室箱体中部且设置上升的内燃机进气管道，保证了进入内燃机空气的新鲜与纯净。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种轨道车辆用混合动力单元，包括动力室以及位于动力室内的内燃发电机组、电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统，其特征在于，

动力室包括动力室箱体、安装机座和车体底板；

内燃发电机组通过减震设备安装在安装机座上，动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统通过紧固件安装在安装机座上或以吊挂安装的方式安装在动力室内部；

动力室箱体上设有内燃机进气口、冷却空气进气口、内燃机排气口和高温空气出口，内燃机进气口位于动力室一侧面中间位置，冷却空气进气口位于动力室两侧面且靠后端位置，内燃机排气口位于动力室后端位置，高温空气出口位于动力室前端；

内燃发电机组包括内燃机、发电机以及连接两者的联轴器；内燃机通过内燃机进气管路与动力室箱体上的内燃机进气口连接，内燃机通过内燃机排气管路与动力室箱体上的内燃机排气口连接；

连接动力室箱体上的内燃机进气口的内燃机进气管路的第一段呈上升状态；

动力辅助系统包括空气滤清器和DPF后处理设备，空气滤清器安装于内燃机进气管路上，且位于内燃机侧面，空气滤清器出口位置还安装有电子压差指示器；DPF后处理设备安装于内燃机排气管路上，且位于内燃机另一侧面。

进一步地，所述冷却换热系统包括风扇和散热器，风扇直联内燃机输出轴，内燃机输出端直驱风扇旋转，使动力室内部处于一个负压状态，带动箱外冷却空气从动力室两侧的冷却空气进气口进入，经过位于风扇后侧的散热器，然后从动力室上的高温空气出口排出动力室。

进一步地，所述动力室的底板通过车体螺栓安装在轨道车辆车体上，安装机座为固定在底板上的网格型平面刚架，动力室箱体通过动力室螺栓安装在安装机座上，裙板通过裙板螺栓固定在安装机座和动力室上；动力室箱体上开设有一个或多个检查门。

进一步地，所述电气件控制系统包括电气控制箱和金属感温探测器，其中金属探测器安装于动力室内侧壁。

进一步地，所述电能存储设备为蓄电池。

进一步地，所述动力辅助系统还包括水套预热器、燃油粗滤器和机油过滤器。

进一步地，所述风扇通过离合器直联内燃机输出轴。

进一步地，所述联轴器为弹性联轴器。

进一步地，所述内燃机排气口位于动力室后端顶部位置，所述DPF后处理设备固定安装于动力室内部的后端上方空间。

从上述技术方案可以看出，本发明通过将动力单元及其辅助设备安装在动力室的安装机座上，以及对动力单元设备的合理布局，减少了机车重量；通过设置动力室，实现降噪和防水功能；通过将内燃进气口设置于动力室箱体中部且设置上升的内燃机进气管道，保证了进入内燃机空气的新鲜与纯净。因此，本发明具有减重，易于维修，低油耗，低噪音的显著特点。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的轨道车辆用混合动力单元俯视布局示意图；

图2是图1所示的轨道车辆用混合动力单元的侧视结构示意图；

图3～图6是图1所示的动力室的各个视角的结构示意图；

图7是图3中方框所示的局部放大图；

图8是图2中方框所示的局部放大图；

图9是本发明一具体实施例的轨道车辆用混合动力单元的内燃机进气系统结构示意图；

图10是本发明一具体实施例的安装支座结构示意图；

图中011是发电机、012是发动机、013是联接法兰、0121是DPF后处理设备、0122是空气滤清器、0123是机油过滤器、0124是水套预热器、0125是燃油粗滤器、0126是柴油机增压器、021是风扇、022是散热器、023是导风道、024是膨胀水箱、03是动力室、04是蓄电池箱、05是电气控制箱、031是检修门、032是扶手、033是燃油机进气口、06是轨道车辆车体、034是车体底板、035是膨胀水箱加注孔、036是顶部防护网、037是导风道清洗盖、038是裙板、0381是裙板安装装置、039是动力室安装装置、071是进气箱、072是内燃机进气管路一、073是内燃机进气管路二、081是横梁、082是纵梁、083是减振装置、09是排水孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

参阅图1。如图所示，本发明的轨道车辆用混合动力单元，包括动力室以及位于动力室内的内燃发电机组、电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统。

动力室包括动力室箱体、安装机座和车体底板。内燃发电机组、电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统均安装在安装机座上。

内燃发电机组包括内燃机、发电机以及连接两者的联轴器。柴油机的飞轮壳通过联接法兰和发电机的外壳刚性连接，柴油机的飞轮通过弹性联轴器和所述发电机的转子相连。内燃机通过内燃机进气管路与动力室箱体上的内燃机进气口连接，内燃机通过内燃机排气管路与动力室箱体上的内燃机排气口连接。

在本实施例中，内燃机为直列六缸柴油机，额定功率为410kW，额定转速1800rpm，可以使调车机车保持在纯柴油机驱动模式下全速度范围持续运行，最高运营速度为80km/h。发电机为永磁同步交流发电机，发电机的机壳材质为铝合金，冷却方式为水冷式。

动力辅助系统包括空气滤清器和DPF后处理设备，空气滤清器安装于内燃机进气管路上，且位于内燃机侧面，空气滤清器出口位置还安装有电子压差指示器。本实施例中，空气滤清器由金属壳体和高强度树脂材料构成，通过卡箍使用刚性连接安装在安装机座上，用于柴油机进气预处理且位于进气管和柴油机增压器之间。电子压差指示器安装在空气滤清器的出气口位置，当进气阻力达到设定的报警阻力时，电子压差指示器会输出新号传递至机车主电脑。

DPF后处理设备安装于内燃机排气管路上，且位于内燃机另一侧面。本实施例中，DPF后处理装置通过卡箍使用刚性连接安装在动力室内部的隔板上，用于柴油机废气处理且位于所述排气烟道和柴油机排气口之间。

动力辅助系统还包括水套预热器、燃油粗滤器和机油过滤器，其均固定于安装机座的纵梁上，方便检修。水套预热器用于加热柴油机的冷却液。燃油粗滤器用于对燃油进行初步过滤，燃油粗滤器还包括预热功能，用于加热柴油机的柴油，以保证动力单元在-30℃条件下仍可以保持良好运行。

冷却换热系统包括风扇和散热器，风扇直联内燃机输出轴，数量为一个，内燃机直驱风扇旋转，带动外界冷却空气从动力室两侧的空气进气口进入，经过位于风扇后侧的散热器，然后通过导风道将高温空气经过高温空气出口排出动力室。导风道位于动力室前端位置，在动力室前侧设置有导风道清洁盖，便于对导风道进行清洁。在本实施例中，高温空气出口位于动力室前端顶部，在空气出口设置顶部防护网，避免垃圾进入。

风扇通过离合器直联内燃机输出轴。在本实施例中，风扇离合器通过风扇联接法兰与内燃机的自由端直接相连，通过内燃机提供源动力。

本发明实施例中，冷却换热系统还包括膨胀水箱。膨胀水箱通过刚性连接固定于动力室顶部内部，膨胀水箱外部设有加注孔和液位显示观察窗，内部有冷却液，通过位于动力室顶端的冷却液加注窗进行冷却液添加。

电气件控制系统可对整个动力单元实现多个设备的多种参数的进行实时监控和设置，也同时作为动力单元与机车主电脑通讯的媒介。在本实施例中，电气件控制系统安装于电气件控制箱内。

电能存储设备在本实施例中为蓄电池，安装在蓄电池箱内，发电机可以为蓄电池充电，蓄电池还为动力单元内的各种电气元件供电。

为了密切关注动力室内动力单元是否处于合理的使用温度范围内，在动力室两侧框架上安装了金属感温探测器，温度超过设定数值时会报警。

动力室的底板通过车体螺栓安装在轨道车辆车体上，安装机座为固定在底板上的网格型平面刚架，动力室箱体通过动力室螺栓安装在安装机座上，裙板通过裙板螺栓固定在安装机座上，密封底板与动力室箱体之间裸露的安装机座部分，裙板下方设置密封胶条，起到隔绝噪音、防水、防尘以及减少振动的效果。

安装机座为网格型平面刚架，具体地，参见图8，可由平行于动力室箱体长度方向的纵梁和垂直于动力室箱体长度方向的横梁焊接组成。纵梁和横梁可采用强度好质量轻的预制钢材如工字钢、方钢、箱型梁、槽梁或H型钢等。本实施例中，安装机座包括三根横向箱型梁和两根垂直于横向箱型梁的槽型纵梁。内燃发电机组通过减震设备安装在横向箱型梁上；电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统采用刚性连接在槽型纵梁。

动力单元及其辅助构件安装在安装机座上。为了减少动力单元及其辅助构件传递出来的振动从而降低噪音，可通过减震装置将其安装在安装机座上。本实施例中，减震设备为橡胶减震器，由天然橡胶制成，金属材料为45#钢，具备减震降噪，无毒，阻燃的特点。

动力室箱体开设有一个或多个检查门。为了保证维修便利性，开设有若干处检查门和顶部检查盖以方便对动力室及其内部的动力单元及其辅助构件进行维护维修工作。动力室箱体还设有加注盖。加注盖可以方便对动力单元及其辅助构件进行润滑油添加等维护工作，其位置根据动力单元及其辅助构件的需求确定。动力室头部侧壁设有导风道清洁盖。动力室箱体顶部还设有顶部防护网。为了便于工作，在动力室箱体上设有扶手。

动力室箱体设有内燃机进气口、冷却空气进气口、内燃机排气口和高温空气出口，内燃机进气口位于动力室一侧面中间位置，冷却空气进气口分别位于动力室两侧面且靠后端位置，内燃机排气口位于动力室后端位置，空气出口位于动力室前端。具体地，动力室后端两侧的检查门上设置为百叶窗结构的空气进气口，可以防水，也可以隔绝动力室内噪音，同时为了保证侧壁强度，将空气进气口分割为多个可开启的进气百叶门。门架为U型槽钢。两侧空气对流进入，可以增加动力室内的空气流动，且从后向前流动，可以为动力室内所有动力装置降温，充分提高空气冷却的冷却效率。内燃机排气口和空气出口远离设置方式，可以最大限度避免其互相影响。

本实施例中，内燃机排气口位于动力室后端顶部位置，与排气烟道相连，排气烟道末端设有排烟防雨罩。排烟防雨罩通过卡箍刚性连接在位于排气烟道上，当动力单元开始运行期间，由于气体力的作用，排烟防雨罩将自动开启，当动力单元停止运行期间，排烟防雨罩自动关闭，阻挡雨水顺着排气烟道的排烟口进入至所述柴油机中。排烟防雨罩由不锈钢制成，耐腐蚀性好。

安装机座外设置有吊装装置。当进行安装以及对动力单元及其辅助构件进行大规模维护维修时，可通过安装在安装机座上的吊耳把安装机座以及安装在其上的动力室箱体吊走。

为了保证动力室的防水性，底板设置有排水结构，检查门和顶部检查盖的内侧设有可隔音防水的密封胶条，裙板底部内侧布置有可隔音防水的密封胶条。在加注盖、导风道清洁盖处也设有可隔音防水的密封胶条。当动力车辆进入降水环境后，可通过设置在各处的密封胶条减少雨水进入动力室箱体内部；少量的雨水也可通过设置在底板上的排水结构排出，避免对动力单元及其辅助构件的损伤。

从车尾到车头依次布置发电机、柴油机、风扇、散热器、导风道，发电机、柴油机和风扇通过橡胶减震装置安装于横梁上，电气件控制箱、空气滤清器、水套预热器、燃油粗滤器和机油过滤器均固定安装于纵梁上，靠近动力室两侧面的检修门，便于维修，DPF后处理位于隔板上方，且靠近空气入口处，蓄电池也安装于隔板上方，且靠近另一侧的空气入口处，便于空冷系统对其进行冷却，可以更好的将温度维持在合理的工作温度范围内。连接动力室箱体上的内燃机进气口的内燃机进气管路的第一段呈上升状态，避免雨水进入。

本发明公开的动力单元具备高集成、模块化、体积小、易于吊装、拆卸和维修的特点。在本发明实施例中，对于350KW的调车机车用的动力单元，其外形尺寸可达到长*宽*高为3725mm*1718mm*1645mm。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轨道车辆用混合动力单元，包括动力室以及位于动力室内的内燃发电机组、电能存储设备、动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统，其特征在于，

动力室包括动力室箱体、安装机座和车体底板；

内燃发电机组通过减震设备安装在安装机座上，动力辅助系统、冷却换热系统和电气件控制系统通过紧固件安装在安装机座上或以吊挂安装的方式安装在动力室内部；

动力室箱体上设有内燃机进气口、冷却空气进气口、内燃机排气口和高温空气出口，内燃机进气口位于动力室一侧面中间位置，冷却空气进气口位于动力室两侧面且靠后端位置，内燃机排气口位于动力室后端位置，高温空气出口位于动力室前端；

内燃发电机组包括内燃机、发电机以及连接两者的联轴器；内燃机通过内燃机进气管路与动力室箱体上的内燃机进气口连接，内燃机通过内燃机排气管路与动力室箱体上的内燃机排气口连接；

连接动力室箱体上的内燃机进气口的内燃机进气管路的第一段呈上升状态；

动力辅助系统包括空气滤清器和DPF后处理设备，空气滤清器安装于内燃机进气管路上，且位于内燃机侧面，空气滤清器出口位置还安装有电子压差指示器；DPF后处理设备安装于内燃机排气管路上，且位于内燃机另一侧面。

2.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述冷却换热系统包括风扇和散热器，风扇直联内燃机输出轴，内燃机输出端直驱风扇旋转，使动力室内部处于一个负压状态，带动箱外冷却空气从动力室两侧的冷却空气进气口进入，经过位于风扇后侧的散热器，然后从动力室上的高温空气出口排出动力室。

3.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述动力室的车体底板通过车体螺栓安装在轨道车辆车体上，安装机座为固定在车体底板上的网格型平面刚架，动力室箱体通过动力室螺栓安装在安装机座上，裙板通过裙板螺栓固定在安装机座和动力室上；动力室箱体上开设有一个或多个检查门。

4.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述电气件控制系统包括电气控制箱和金属感温探测器，其中金属感温探测器安装于动力室内侧壁。

5.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述电能存储设备为蓄电池。

6.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述动力辅助系统还包括水套预热器、燃油粗滤器和机油过滤器。

7.根据权利要求2所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述风扇通过离合器直联内燃机输出轴。

8.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述联轴器为弹性联轴器。

9.根据权利要求1所述的轨道车辆用混合动力单元，其特征在于，所述内燃机排气口位于动力室后端顶部位置，所述DPF后处理设备固定安装于动力室内部的后端上方空间。

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