CN110401298A - 一种用于铁路货车的轴端发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种用于铁路货车的轴端发电系统及方法，包括液压传动系统及电力提供系统；所述液压传动系统包括定量泵、定量马达及补油泵；所述电力提供系统包括异步发电机及整流逆变器；所述定量马达、异步发电机、补油泵三者用联轴器连接并同轴传动，有正反两个方向；所述的定量泵安装在铁路货车的车轴的轴端并由其提供动力；所述异步发电机和补油泵由定量马达提供动力；所述整流逆变器与异步发电机相连，将异步发电机发出的电进行整流逆变后输出至负载。本公开符合铁路机车车辆限界要求；定量泵、定量马达、补油泵、异步发电机均可双向旋转工作，正向与反向所提供电力等同。

Description

一种用于铁路货车的轴端发电系统及方法

技术领域

本公开涉及铁路机车车辆电气设备技术领域，特别是涉及一种用于铁路货车的轴端发电系统及方法。

背景技术

铁路货运是我国立体交通网中重要一部分，具有运量大、距离长、成本低、节能环保等优势。目前国内在铁路货车上尚未设计常规的供电系统，因此无法为需求电力的设备提供需求，严重制约了铁路货运的自动化、信息化、多样性的发展；在国内外特别是大功率用电设备的电力提供方面也少有应用先例。

申请号200610156743.3公开了用于铁路客车等的车轴驱动发电机，可实现高达30kW的电功率，其安装位置位于车轮间的车轴上，需要足够安装空间。目前使用的铁路货车转向架多存在此处安装空间受限，采用车轴轴端发电方式是一种良好的解决方法。

申请号201610134607.8的中国专利也是采用车轴经皮带驱动发电机实现100W以内的电功率。申请号201510100002.2、201210561240.X、20120561264.5、201510086225.8均是关于铁路货车车轴轴端发电装置，因受铁路机车车辆限界空间限制其输出的功率均在200W以内。此处的空间是轴端和车辆限界间的空间，是在车轴轴端和限界间安装发电机，由于轨道车辆的运行方向上都有车辆限界中横截面的尺寸要求，限制了发电机的尺寸进而限定了其发电机的最大输出功率。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本公开提供了一种不改变铁路货车转向架现有结构、合理利用铁路机车车辆限界和车轴轴端的空间的用于铁路货车的轴端发电系统。

本说明书实施方式的目的是提供一种用于铁路货车的轴端发电系统，可提供40kW电功率，使铁路货车上大功率用电设备的运用提供前提条件。

本说明书实施方式提供一种用于铁路货车的轴端发电系统，通过以下技术方案实现：

包括：液压传动系统及电力提供系统；

所述液压传动系统包括定量泵、定量马达及补油泵；

所述电力提供系统包括异步发电机及整流逆变器；

所述定量马达、异步发电机、补油泵三者用联轴器连接并同轴传动，有正反两个方向；

所述的定量泵安装在铁路货车的车轴的轴端并由其提供动力,定量泵与车轴或车轴端盖优先采用花键同轴连接，定量泵的外壳与轴箱或侧架优先采用螺栓连接；

所述异步发电机和补油泵由定量马达提供动力；

所述整流逆变器与异步发电机相连，将异步发电机发出的电进行整流逆变后输出至负载。

进一步的技术方案，所述定量马达通过液压软管或钢管连接阀组。

进一步的技术方案，所述异步发电机的额定转速不小于车轴最高转速的最小匹配值，以适合异步发电机的极对数要求。

进一步的技术方案，所述定量泵、定量马达及阀组共同组成闭式液压系统。

进一步的技术方案，所述整流逆变器有外部的电力电源、内部的异步发电机和内部的电池组三种电力来源，其内部控制器根据这三种电力来源提供的电功率、优先级结合负载需求进行选择处理并输出；

所述整流逆变器能够给电池组充电；

所述整流逆变器的内部控制器，具备GPS定位功能、对外联网功能、电力来源选择功能及与负载信息交换功能。

本说明书实施方式提供一种用于铁路货车的轴端发电方法，包括：

定量泵安装在铁路货车的车轴轴端并由其提供动力；

定量泵跟随车轴同速同向旋转，有正反两个方向；

异步发电机和补油泵由定量马达提供动力；

所述异步发电机发出的电传输至整流逆变器，所述整流逆变器将异步发电机发出的电进行整流逆变后输出至负载。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开符合铁路机车车辆限界要求；定量泵、定量马达、补油泵、异步发电机均可双向旋转工作，正向与反向所提供电力等同；对所需电力的负载提供大功率的供电能力；具有远程监控功能，用户可随时掌握发电系统及与其相关车辆和负载的运行状态；具备高寿命、高稳定性、易维护；是解决铁路货车电力需求的一种方法，进而为大功率电力需求的货车灵活编组提供了可能性。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例子的结构组成框图；

图2为本公开实施例子的液压原理图；

图3为本公开实施例子的阀组原理图；

图中，1、车轴；2、定量泵；3、阀组；4、定量马达；5、异步发电机；6、补油泵；7、油箱；8、外部电力；9、整流逆变器；10、电池组；11、负载；12、滤油器；13、溢流阀1；14、液控换向阀；15、溢流阀2；16、单向阀2；17、溢流阀3；18、单向阀3；19、单向阀1；20、溢流阀4。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例子一

该实施例公开了一种用于铁路货车的轴端发电系统，主要由定量泵(2)、定量马达(4)、补油泵(6)等组成的液压传动系统及主要由异步发电机(5)、整流逆变器(9)、电池组(10)等组成的电力提供系统组成。

定量泵(2)安装在铁路货车的车轴(1)轴端并由其提供动力。定量泵采用花键与车轴轴端同轴心连接，并通过液压软管连接阀组(3)。定量泵(2)跟随车轴同速同向旋转，有正反两个方向。选用的定量泵(2)安装于车轴(1)轴端后的尺寸符合铁路机车车辆限界要求。

选用的定量马达(4)通过液压软管或钢管连接阀组(3)。

异步发电机(5)和补油泵(6)由定量马达(4)提供动力。定量泵(2)、定量马达(4)、补油泵(6)、异步发电机(5)均可双向旋转工作，正向与反向所提供电力等同。

定量马达(4)、异步发电机(5)、补油泵(6)三者用联轴器连接并同轴传动，有正反两个方向。补油泵的进油端连接滤油器(12)。

异步发电机(5)的额定转速是不小于车轴(1)最高转速的最小匹配值，以适合异步发电机的极对数要求。

定量泵(2)、定量马达(4)及阀组(3)组成闭式液压系统，利于提高整个系统的效率，减少能量损失。

具体实施例子中，如图3所示，阀组(3)由组成冲洗阀、单向阀和溢流阀。冲洗阀由溢流阀1(13)和液控换向阀(14)组成。溢流阀4(20)调节补油油路的最高压力值、溢流阀2(15)和溢流阀3(17)调节闭式液压系统最高工作压力值。单向阀2(16)、单向阀3(18)、单向阀1(19)据其两端压力值用于调节液压油的流向。

单相阀调节各自油路中的液压油的流向。溢流阀调节所处的油路的压力，以限制油路压力以保护其系统安全可靠运行。

整流逆变器(9)有外部的电力提供(8)、内部的异步发电机(5)电力提供和内部的电池组(10)电力提供共三种电力来源，其内部控制器可根据这三种电力来源提供的电功率、优先级结合负载(11)需求进行选择处理并输出；也具有给电池组(10)充电功能。整流逆变器(9)的内部控制器，具备GPS定位信号、对外联网(通过3G/4G/5G等方式)功能、电力来源选择功能、与负载信息交换功能(通过RS485、局域网、CANbus等方式)。

本公开的轴端发电系统不改变铁路货车转向架现有结构、合理利用铁路机车车辆限界和车轴轴端的空间的用于铁路货车的轴端发电系统，可提供40kW电功率，使铁路货车上大功率用电设备的运用提供前提条件。

通过匹配的异步发电机(5)，能产生高达40kW的电功率。异步发电机(5)选择时，要充分考虑闭式液压系统的能量、各部分的效率、补油泵的消耗。

异步电动机的扭矩小于车轮提供的扭矩，扭矩计算时需要考虑车轮和轨道的摩擦系数、车辆自重等参数的极限值。

整流逆变器(9)内部控制器具有远程监控功能，用户可随时掌握发电系统及与其相关车辆和负载的运行状态；具备高寿命、高稳定性、易维护。

其他实施例子。

所述的轴端发电系统，异步发电机也可选用同步发电机，定量马达也可选用变量马达；也是实现铁路货车轴端大功率发电的可选实施方法之一；也可在阀组中添加恒定流量控制阀，通过调整其恒定流量值适配异步发电机、同步发电机或永磁发电机的额定转速等参数，也是铁路货车轴端大功率发电的可选实施方法之一。

具体的，该用于铁路货车的轴端发电方法可以基于实施例子一中的用于铁路货车的轴端发电系统实现。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，包括：液压传动系统及电力提供系统；

所述液压传动系统包括定量泵、定量马达及补油泵；

所述电力提供系统包括异步发电机及整流逆变器；

所述定量马达、异步发电机、补油泵三者用联轴器连接并同轴传动，有正反两个方向；

所述的定量泵安装在铁路货车的车轴的轴端并由其提供动力；所述异步发电机和补油泵由定量马达提供动力；

所述整流逆变器与异步发电机相连，将异步发电机发出的电进行整流逆变后输出至负载。

2.如权利要求1所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述定量马达通过液压软管或钢管连接阀组。

3.如权利要求1所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述异步发电机的额定转速不小于车轴最高转速的最小匹配值，以适合异步发电机的极对数要求。

4.如权利要求2所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述定量泵、定量马达及阀组共同组成闭式液压系统。

5.如权利要求1所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述整流逆变器有外部的电力电源、内部的异步发电机和内部的电池组三种电力来源，其内部控制器根据这三种电力来源提供的电功率、优先级结合负载需求进行选择处理并输出。

6.如权利要求5所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述整流逆变器能够给电池组充电；

所述整流逆变器的内部控制器，具备GPS定位功能、对外联网功能、电力来源选择功能及与负载信息交换功能。

7.如权利要求1所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，所述的轴端发电系统，异步发电机替换为同步发电机，定量马达替换为变量马达。

8.如权利要求2所述的一种用于铁路货车的轴端发电系统，其特征是，在阀组中添加恒定流量控制阀，通过调整其恒定流量值适配异步发电机、同步发电机或永磁发电机的额定转速参数。

9.一种用于铁路货车的轴端发电方法，其特征是，包括：

定量泵安装在铁路货车的车轴轴端并由其提供动力；

定量泵跟随车轴同速同向旋转，有正反两个方向；

异步发电机和补油泵由定量马达提供动力；

所述异步发电机发出的电传输至整流逆变器，所述整流逆变器将异步发电机发出的电进行整流逆变后输出至负载。