CN110406549B - 一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车。所述利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车包括：车架，所述车架下部从前端至后端依次布置钩缓装置Ⅰ、制动阀组、转向架Ⅰ、牵引通风系统Ⅰ、动力系统Ⅰ、燃油箱、牵引变流单元、动力系统Ⅱ、牵引通风系统Ⅱ、转向架Ⅱ，空气进化单元和电动螺杆空气压缩机。本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，既可采用内燃机驱动，又可采用动力蓄电池驱动，不仅具有静态下动力系统自负荷试验功能，而且具备电阻制动功能，并且可通过外接电源充电、柴油机充电和电制动能量回馈充电，噪声更小，密封性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及铁路交通领域，尤其涉及一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车。
背景技术
铁路运输是一种陆上运输方式，以机车牵引列车车辆在两条平行的铁轨上行驶。传统方式是钢轮行进，但广义的铁路运输尚包括磁悬浮列车、缆车、索道等非钢轮行进的方式，或称轨道运输。铁轨能提供极光滑及坚硬的媒介让列车车轮在上面以最小的摩擦力滚动，使这上面的人感到更舒适，而且它还能节省能量。如果配置得当，铁路运输可以比路面运输运载同一重量物时节省五至七成能量。而且，铁轨能平均分散列车的重量，使列车的载重能力大大提高。
然而现有的轨道车存在了一些缺点，比如现有的轨道车应用于铁路工务系统，而现有混合动力作业车应用于铁路供电系统，功率、动力蓄电池总容量小，并且在动力蓄电池牵引时，运行速度低，并且现有混合动力作业车动力传动方式采用液力传动，以及不具备可柴油机和动力蓄电池混合牵引，和不具备电阻制动功能，并且现有混合动力轨道车动力蓄电池只可通过外接电源充电，不具有对外供电功能，不具有静态下动力系统自负荷试验功能。
因此，有必要提供一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，解决了不具备可柴油机和动力蓄电池混合牵引，只可通过外接电源充电，不具有对外供电功能，不具有静态下动力系统自负荷试验功能的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车包括：
车架，所述车架下部从前端至后端依次布置钩缓装置Ⅰ、制动阀组、转向架Ⅰ、牵引通风系统Ⅰ、动力系统Ⅰ、燃油箱、牵引变流单元、动力系统Ⅱ、牵引通风系统Ⅱ、转向架Ⅱ，空气进化单元和电动螺杆空气压缩机；
钩缓装置Ⅱ，所述钩缓装置Ⅰ、钩缓装置Ⅱ均设置于所述车架的一端；
车棚，所述车棚的底部设置于所述车架的顶部，所述车棚两侧对称布置有车门Ⅰ、百叶风门、蓄电池门、侧窗、车门Ⅱ和斜拉窗，所述车棚顶部布置有制动电阻Ⅰ、空调Ⅰ、天线、空调Ⅱ、制动电阻Ⅱ和所述后端司机室，所述车棚内部布置有前端司机室、乘客室和后端司机室，所述前端司机室、后端司机室通过隔墙Ⅰ和隔墙Ⅱ隔开，所述前端司机室内布置有司机台Ⅰ、司机座椅和电气间Ⅰ，所述后端司机室内布置有司机台Ⅱ、司机座椅和电气间Ⅱ，所述乘客室内两侧分别设置有贯通座椅Ⅰ、贯通座椅Ⅱ，所述乘客室内地板设置有活动地板Ⅰ、活动地板Ⅱ、活动地板Ⅲ、活动地板Ⅳ和活动地板Ⅳ，所述贯通座椅Ⅰ下部依次布置有工具箱、动力蓄电池组Ⅰ、电池管理系统Ⅰ和斩波电抗器Ⅰ，所述贯通座椅Ⅱ下部依次布置有斩波电抗器Ⅱ、电池管理系统Ⅱ、动力蓄电池组Ⅱ和复轨器箱，所述动力系统Ⅰ由柴油发动机Ⅰ、空气滤清器Ⅰ、热交换器Ⅰ、发电机Ⅰ、消音器Ⅰ、辅助发电机组和空气滤清器Ⅰ组成，所述动力系统Ⅰ悬挂设置于车架下部，所述柴油发动机Ⅰ通过弹性联轴器Ⅰ与发电机Ⅰ连接，所述热交换器Ⅰ通过管路Ⅰ与柴油发动机Ⅰ连接，所述空气滤清器Ⅰ通过管路Ⅱ与柴油发动机Ⅰ连接，所述消音器Ⅰ通过管路Ⅲ与柴油发动机Ⅰ连接，所述动力系统Ⅱ由柴油发动机Ⅱ、空气滤清器Ⅱ、热交换器Ⅱ、发电机Ⅱ、消音器Ⅱ、车下工具箱和柴油发动机Ⅱ组成，所述动力系统Ⅱ悬挂设置于车架下部，所述柴油发动机Ⅱ通过弹性联轴器Ⅱ与发电机Ⅱ连接，所述热交换器Ⅱ通过管路Ⅳ与柴油发动机Ⅱ连接，所述空气滤清器Ⅱ通过管路Ⅴ与柴油发动机Ⅱ连接，所述消音器Ⅱ通过管路Ⅵ与柴油发动机Ⅱ连接，所述转向架Ⅰ为二轴转向架，所述转向架Ⅰ包括构架Ⅰ、牵引电机Ⅰ、牵引电机Ⅱ、车轴齿轮箱Ⅰ、车轴齿轮箱Ⅱ、弹性联轴器Ⅰ、弹性联轴器Ⅱ、轮对Ⅰ、轮对Ⅱ，所述转向架构架Ⅰ上分别悬挂有牵引电机Ⅰ和牵引电机Ⅱ，所述车轴齿轮箱Ⅰ与牵引电机Ⅰ通过弹性联轴器Ⅰ连接，所述车轴齿轮箱Ⅱ与牵引电机Ⅱ通过弹性联轴器Ⅱ连接，所述转向架Ⅱ为二轴转向架，所述转向架Ⅱ与转向架Ⅰ相同，所述燃油箱通过燃油管路Ⅰ与柴油发动机Ⅰ连接，给柴油发动机Ⅰ提供燃料，所述燃油箱通过燃油管路Ⅱ与柴油发动机Ⅱ连接，所述燃油箱通过燃油管路Ⅲ与辅助发电机组连接。
优选的，所述动力系统传动方式采用交—直—交电传动，所述主电路采用主辅助一体化牵引变流单元，所述主辅一体化变流单元设计了两路动力来源，其中一路通过柴油发电机组发出的三相交流电，经整流、逆变后给牵引电机供电，实现柴油机牵引；另一路通过动力蓄电池，经升压、整流、逆变后给牵引电机供电，实现动力蓄电池牵引。
优选的，所述柴油发电机组的电能与所述动力蓄电池的电能可在中间直流回路并联，经逆变后，给牵引电机供电，实现混合牵引，同时所述中间直流回路可经过辅助逆变模块输出至辅助负载和外接插座，实现柴油发电机组对外供电功能。
优选的，还包括配置2个柴油发电机组和2组动力蓄电池组，所述牵引变流单元由2套整流模块、2套牵引逆变模块、2套辅助逆变模块及2个DCU机箱组成，两路主电路控制回路，分别控制转向架Ⅰ和转向架Ⅱ，所述两路主电路控制回路独立工作，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，实现双套动力相互保驾功能。
优选的，所述主电路设计了电制动回路，当轨道车处于电制动状态时，所述牵引电机转为发电模式，发出的交流电经逆变模块逆变后通过中间直流回路给制动电阻或动力蓄电池供电，电能通过制动电阻转变成热能散失，也可通过中间直流回路给动力蓄电池充电，实现轨道车电阻制动和再生制动功能。
优选的，还包括配置有2套制动电阻，电制动回路对称设计两路，分别控制转向架Ⅰ和转向架Ⅱ，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常制动。
优选的，所述主电路设计了自负荷试验回路，在停车状态下，轨道车置自负荷位，所述柴油发电机组发出的三相交流电，经中间直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现轨道车动力系统静态负荷试验，同时，动力蓄电池输出，经直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现动力蓄电池自负荷试验；自负荷试验回路对称设计两路，可实现动力系统Ⅰ和动力系统Ⅱ，或动力蓄电池组Ⅰ和动力蓄电池组Ⅱ单独自负荷试验，也可实现两套动力系统，或动力蓄电池组同时自负荷试验。
优选的，所述主电路设计了动力蓄电池充电回路，所述柴油发电机组发出的三相交流电，通过整流、斩波后输出到动力蓄电池，给所述动力蓄电池充电，所述动力蓄电池充电回路对称设计两路，实现动力蓄电池组Ⅰ和动力蓄电池组Ⅱ分别充电。
与相关技术相比较，本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车具有如下有益效果：
本发明提供一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，该轨道车配置的动力单元、牵引逆变器布置在车下，使得室内空间更大，噪声更小，密封性能更好，作业人员的生活环境更优越；采用双套动力单元模式，且控制系统对称设计，两套动力单元各独立控制一个转向架走行，当一台转向架故障时，另一转向架可独立工作，实现双套动力相互保驾；内燃机牵引功率大，单台轨道车采用内燃机牵引，启动牵引力不小于220kN，持续牵引力不小于150kN；在平直线路上牵引重量为200吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h；本创新点使得轨道车牵引能力比现有轨道车更大，在相同牵引条件下运行速度更快；动力蓄电池牵引功率大，单台轨道车采用动力蓄电池牵引，在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于80km/h；动力蓄电池容量大，单台轨道车采用动力蓄电池牵引，在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，以最高运行速度运行，续航时间不小于2小时；本创新点在轨道车领域首次应用，能解决铁路隧道内施工作业时尾气排放危害人员健康问题；可柴油机和动力蓄电池混合牵引，单台轨道车采用内燃机和动力蓄电池混合牵引，在平直线路上牵引重量为350吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h；本创新点在轨道车领域首次应用，在高海拔地区，柴油机降功率后可通过动力蓄电池进行功率补偿，解决高海拔地区柴油机降功问题；具有电阻制动功能，单台轨道车牵引50吨的拖车，在33‰坡道线路上采用纯电阻制动下坡，最高可以50km/h的恒定速度持续运行；本创新点在轨道车领域首次应用，有效降低了轨道车在大坡道持续下坡时闸瓦磨耗，减少了闸瓦更换频次，消除空气制动系统存在的安全隐患，提高了作业效率；动力蓄电池可通过外接电源充电、柴油机充电和电制动能量回馈充电，其中外接电源充电功率不小于60kW，柴油机充电时间不大于3小时，电制动回馈充电能量回收利用率不低于30％；本创新点在轨道车上首次应用，使得动力电池的充电方式更加灵活，满足现场作业要求；具有对外供电功能，对外供电功率不小于260kVA；本创新点在轨道车领域首次应用，轨道车可通过主柴油机发电，给外接大功率电动机具提供电源，提升了轨道车野外作业能力，具有静态下动力系统自负荷试验功能，自负荷试验最大功率达到780kW。
附图说明
图1为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的一种较佳实施例的结构示意图；
图2为图1所示的车架的结构内部图；
图3为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的截面俯视图；
图4为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的侧视图；
图5为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的左侧面剖视图；
图6为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的右侧面剖视图；
图7为为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的转向架Ⅰ的结构示意图；
图8为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的转向架Ⅱ的结构示意图；
图9为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的动力系统Ⅰ的结构示意图；
图10为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的动力系统Ⅱ的结构示意图；
图11为为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的柴油发动机的结构示意图；
图12为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车电阻制动模式下电制动力传递路线图；
图13为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车再生制动模式下电制动力传递路线图；
图14为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车内燃机牵引模式下牵引力传递路线图；
图15为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车动力蓄电池牵引模式下牵引力传递路线图；
图16为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车内燃机+动力蓄电池混合牵引模式下牵引力传递路线图；
图17为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车主电路图示意图；
图18为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车牵引特性图示意图；
图19为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车电制动特性示意图。
图中标号：1、车架，2、车棚，3、车门Ⅰ，4、百叶风门，5、蓄电池门，6、车门Ⅱ，7、斜拉窗，8、制动电阻Ⅱ，9、空调Ⅱ，10、侧窗，11、天线，12、空调Ⅰ，13、制动电阻Ⅰ，14、钩缓装置I，15、制动阀组，16、转向架Ⅰ，17、牵引通风系统Ⅰ，18、动力系统Ⅰ，19、燃油箱，20、牵引变流单元，21、动力系统Ⅱ，22、牵引通风系统Ⅱ，23、转向架Ⅱ，24、空气净化单元，25、钩缓装置Ⅱ，26、电动螺杆空气压缩机，27、司机台Ⅱ，28、后端司机室，29、电气间Ⅱ，30、斩波电抗器Ⅰ，31、电池管理系统Ⅰ，32、乘客室，33、动力蓄电池组Ⅰ，34、工具箱，35、隔墙Ⅰ，36、电气间Ⅰ，37、前端司机室，38、司机台Ⅰ，39、司机座椅，40、斩波电抗器Ⅱ，41、活动地板I，42、电池管理系统Ⅱ，43、活动地板Ⅱ，44、活动地板Ⅲ，45、动力蓄电池组Ⅱ，46、活动地板Ⅳ，47、复轨器箱，48、活动地板V，49，隔墙Ⅱ、50、司机座椅，51、贯通座椅Ⅰ，52、贯通座椅Ⅱ，53、柴油发动机Ⅰ，54、空气滤清器Ⅰ，55、热交换器Ⅰ，56、管路Ⅰ，57、发电机Ⅰ，58、消音器Ⅰ，59、弹性联轴器Ⅰ，60、管路Ⅲ，61、辅助发电机组，62、管路Ⅱ，63、发电机Ⅱ，64、消音器Ⅱ，65、弹性联轴器Ⅱ，66、管路Ⅵ，67、车下工具箱，68、管路Ⅴ，69，柴油发动机Ⅱ、70，空气滤清器Ⅱ、71、热交换器Ⅱ，72、管路Ⅳ，73、转向架构架Ⅰ，74、轮对Ⅰ，75、车轴齿轮箱Ⅱ，76、轮对Ⅱ，77、弹性联轴器Ⅱ，78、牵引电机Ⅱ，79、牵引电机Ⅰ，80、车轴齿轮箱Ⅰ，81、弹性联轴器Ⅰ，82、转向架构架Ⅰ，83、轮对Ⅲ，84、车轴齿轮箱Ⅳ，85、轮对Ⅳ，86、弹性联轴器Ⅳ，87、牵引电机Ⅳ，88、牵引电机Ⅲ，89，车轴齿轮箱Ⅲ、90，弹性联轴器Ⅲ、91、燃油管路Ⅰ，92、燃油管路Ⅱ，93、燃油管路Ⅲ。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18和图19，其中，图1为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的一种较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的车架的结构内部图；图3为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的截面俯视图；图4为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的侧视图；图5为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的左侧面剖视图；图6为图1所示的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的右侧面剖视图；图7为为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的转向架Ⅰ的结构示意图；图8为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的转向架Ⅱ的结构示意图；图9为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的动力系统Ⅰ的结构示意图；图10为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的动力系统Ⅱ的结构示意图；图11为为本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的柴油发动机的结构示意图；图12为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车电阻制动模式下电制动力传递路线图；图13为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车再生制动模式下电制动力传递路线图；图14为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车内燃机牵引模式下牵引力传递路线图；图15为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车动力蓄电池牵引模式下牵引力传递路线图；图16为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车内燃机+动力蓄电池混合牵引模式下牵引力传递路线图；图17为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车主电路图示意图；图18为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车牵引特性图示意图；图19为利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车电制动特性示意图。利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车包括：车架，所述车架下部从前端至后端依次布置钩缓装置Ⅰ、制动阀组、转向架Ⅰ、牵引通风系统Ⅰ、动力系统Ⅰ、燃油箱、牵引变流单元、动力系统Ⅱ、牵引通风系统Ⅱ、转向架Ⅱ，空气进化单元和电动螺杆空气压缩机；钩缓装置Ⅱ，所述钩缓装置I、钩缓装置Ⅱ设置于所述车架的一端；车棚2，所述车棚2的底部设置于所述车架1的顶部。
(1)、所述轨道车主电路为主辅一体化牵引变流单元，所述主辅一体化牵引变流单元设计了两路动力来源，其中一路通过柴油发电机组发出的三相交流电，整流后经过接触器给中间直流回路供电；另一路通过动力蓄电池，经升压后给中间直流回路供电；柴油发电机组的电能与动力蓄电池的电能可在中间直流回路并联供电，实现混合牵引，中间直流回路可经过牵引逆变模块输出至牵引电机实现轨道车牵引，同时中间直流回路可经过辅助逆变模块输出至辅助负载和外接插座，实现柴油发电机组对外供电功能；(2)、所述轨道车配置2套柴油发电机组和2组动力蓄电池组，牵引变流单元由2套整流模块、2套牵引逆变模块、2套辅助逆变模块及2个DCU机箱组成两路主电路控制回路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，两路主电路控制回路独立工作，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，实现双套动力相互保驾功能；(3)、所述轨道车主电路设计了电制动回路，当轨道车处于电制动状态时，牵引电机转为发电模式，发出的交流电经逆变模块逆变后通过中间直流回路给制动电阻或动力蓄电池供电，电能通过制动电阻转变成热能散失，也可通过中间直流回路给动力蓄电池充电，实现轨道车电阻制动和再生制动功能，(4)、所述轨道车配置有2套制动电阻，电制动回路对称设计两路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常制动；(5)、所述轨道车主电路设计了自负荷试验回路，在停车状态下，轨道车置自负荷位，柴油发电机组发出的三相交流电，经中间直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现轨道车动力系统静态负荷试验，同时，动力蓄电池输出，经直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现动力蓄电池自负荷试验；自负荷试验回路对称设计两路，可实现动力系统Ⅰ18和动力系统Ⅱ21，或动力蓄电池组Ⅰ33和动力蓄电池组Ⅱ45单独自负荷试验，也可实现两套动力系统，或动力蓄电池组同时自负荷试验；(6)、所述轨道车主电路设计了动力蓄电池充电回路，柴油发电机组发出的三相交流电，通过整流、斩波后输出到动力蓄电池，给动力蓄电池充电，动力蓄电池充电回路对称设计两路，实现动力蓄电池组Ⅰ33和动力蓄电池组Ⅱ45分别充电。
所述车棚2两侧对称布置有车门Ⅰ3、百叶风门4、蓄电池门5、侧窗10、车门Ⅱ6和斜拉窗7，所述车棚2顶部布置有制动电阻Ⅰ13、空调Ⅰ12、天线11、空调Ⅱ9、制动电阻Ⅱ8和所述后端司机室28，所述车棚2内部布置有前端司机室37、乘客室32和后端司机室28，所述前端司机室37、后端司机室28通过隔墙Ⅰ35和隔墙Ⅱ49隔开，所述前端司机室37内布置有司机台Ⅰ38、司机座椅39和电气间Ⅰ36，所述后端司机室28内布置有司机台Ⅱ27、司机座椅48和电气间Ⅱ29，所述乘客室32内两侧分别设置有贯通座椅Ⅰ51、贯通座椅Ⅱ52和所述贯通座椅Ⅱ52，所述乘客室32内地板设置有活动地板Ⅰ41、活动地板Ⅱ43、活动地板Ⅲ44、活动地板Ⅳ46和活动地板V48，所述贯通座椅Ⅰ51下部依次布置有工具箱34、动力蓄电池组Ⅰ33、电池管理系统Ⅰ31和斩波电抗器Ⅰ30，所述贯通座椅Ⅱ52下部依次布置有斩波电抗器Ⅱ40、电池管理系统Ⅱ42、动力蓄电池组Ⅱ45和复轨器箱47，所述动力系统Ⅰ18由柴油发动机Ⅰ53、空气滤清器Ⅰ54、热交换器Ⅰ55、发电机Ⅰ57、消音器Ⅰ58、辅助发电机组61和空气滤清器Ⅰ54组成，所述动力系统Ⅰ18悬挂设置于车架1下部，所述柴油发动机Ⅰ53通过弹性联轴器Ⅰ59与发电机Ⅰ57连接，所述热交换器Ⅰ55通过管路Ⅰ56与柴油发动机Ⅰ53连接，给柴油发动机散热，所述空气滤清器Ⅰ54通过管路Ⅱ62与柴油发动机Ⅰ53连接，给柴油发动机提供净化空气，所述消音器Ⅰ58通过管路Ⅲ60与柴油发动机Ⅰ53连接，给本轨道车提供辅助电源给柴油发动机散热，所述动力系统Ⅱ21由柴油发动机Ⅱ69、空气滤清器Ⅱ70、热交换器Ⅱ71、发电机Ⅱ63、消音器Ⅱ64和车下工具箱67组成，所述动力系统Ⅱ21悬挂设置于车架1下部，所述柴油发动机Ⅱ69通过弹性联轴器Ⅱ65与发电机Ⅱ63连接，所述热交换器Ⅱ71通过管路Ⅳ72与柴油发动机Ⅱ69连接，给柴油发动机散热，所述空气滤清器Ⅱ70通过管路Ⅴ68与柴油发动机Ⅱ69连接，给柴油发动机提供净化空气，所述消音器Ⅱ64通过管路Ⅵ66与柴油发动机Ⅱ69连接，用于柴油发动机废气排放，所述转向架Ⅰ16为二轴转向架，所述转向架Ⅰ16包括转向架构架Ⅰ73、车轴齿轮箱Ⅰ80、车轴齿轮箱Ⅱ75、弹性联轴器Ⅱ77，所述转向架构架Ⅰ73上分别悬挂有牵引电机Ⅰ79和牵引电机Ⅱ78，所述车轴齿轮箱Ⅰ80和弹性联轴器Ⅰ81与牵引电机Ⅰ79通过轮对Ⅰ74连接，所述车轴齿轮箱Ⅱ75和所述弹性联轴器Ⅱ77与牵引电机Ⅱ78通过轮对Ⅱ76连接，所述转向架Ⅱ23为二轴转向架，所述转向架Ⅱ23包括牵引电机Ⅲ88、牵引电机Ⅳ87、转向架构架Ⅰ82、车轴齿轮箱Ⅲ89和车轴齿轮箱Ⅳ84，所述牵引电机Ⅲ88、牵引电机Ⅳ87悬挂在转向架构架Ⅰ82上，所述车轴齿轮箱Ⅲ89和所述弹性联轴器Ⅲ90与牵引电机Ⅲ88通过轮对Ⅲ83连接，所述车轴齿轮箱Ⅳ84和弹性联轴器Ⅳ86与牵引电机Ⅳ87通过轮对Ⅳ85连接，所述燃油箱19通过燃油管路Ⅰ91与柴油发动机Ⅰ53连接，给柴油发动机Ⅰ53提供燃料，所述燃油箱19通过燃油管路Ⅱ92与柴油发动机Ⅱ69连接，所述燃油箱19通过燃油管路Ⅲ93与辅助发电机组61连接，给辅助发电机组61提供燃料。
所述动力系统传动方式采用交—直—交电传动，在这里动力系统为动力系统Ⅰ18和动力系统Ⅱ11，，所述主电路采用主辅助一体化牵引变流单元20，所述主辅一体化变流单元设计了两路动力来源，其中一路通过柴油发电机组发出的三相交流电，经整流、逆变后给牵引电机供电，实现柴油机牵引；另一路通过动力蓄电池，经升压、整流、逆变后给牵引电机供电，实现动力蓄电池牵引，在这里牵引电机为牵引电机Ⅰ79、牵引电机Ⅱ78、牵引电机Ⅲ88和牵引电机Ⅳ87。
所述柴油发电机组的电能与所述动力蓄电池的电能可在中间直流回路并联，经逆变后，给牵引电机供电，实现混合牵引，同时所述中间直流回路可经过辅助逆变模块输出至辅助负载和外接插座，实现柴油发电机组对外供电功能。
还包括2个柴油发电机组和2组动力蓄电池组33，所述牵引变流单元由2套整流模块、2套牵引逆变模块、2套辅助逆变模块及2个DCU机箱组成，两路主电路控制回路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，所述两路主电路控制回路独立工作，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，实现双套动力相互保驾功能。
所述主电路设计了电制动回路，当轨道车处于电制动状态时，所述牵引电机转为发电模式，发出的交流电经逆变模块逆变后通过中间直流回路给制动电阻或动力蓄电池供电，电能通过制动电阻转变成热能散失，也可通过中间直流回路给动力蓄电池充电，实现轨道车电阻制动和再生制动功能。
还包括有2套制动电阻，电制动回路对称设计两路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常制动。
所述主电路设计了自负荷试验回路，在停车状态下，轨道车置自负荷位，所述柴油发电机组发出的三相交流电，经中间直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现轨道车动力系统静态负荷试验，同时，动力蓄电池45输出，经直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现动力蓄电池45自负荷试验；自负荷试验回路对称设计两路，可实现动力系统Ⅰ和动力系统Ⅱ，或动力蓄电池45组Ⅰ和动力蓄电池45组Ⅱ单独自负荷试验，也可实现两套动力系统，或动力蓄电池45组同时自负荷试验。
所述主电路设计了动力蓄电池45充电回路，所述柴油发电机组发出的三相交流电，通过整流、斩波后输出到动力蓄电池45，给所述动力蓄电池45充电，所述动力蓄电池45充电回路对称设计两路，实现动力蓄电池45组Ⅰ和动力蓄电池45组Ⅱ分别充电
本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车的工作原理如下：
S1、轨道车主电路采用主辅一体化牵引变流单元20，主辅一体化变流单元设计了两路动力来源，其中一路通过柴油发电机组发出的三相交流电，整流后经过接触器给中间直流回路供电；另一路通过动力蓄电池，经升压后给中间直流回路供电；柴油发电机组的电能与动力蓄电池的电能可在中间直流回路并联供电，实现混合牵引，中间直流回路可经过牵引逆变模块输出至牵引电机实现轨道车牵引，同时中间直流回路可经过辅助逆变模块输出至辅助负载和外接插座，实现柴油发电机组对外供电功能；
S2、轨道车配置2套柴油发电机组和2组动力蓄电池组，牵引变流单元20由2套整流模块、2套牵引逆变模块、2套辅助逆变模块及2个DCU机箱组成两路主电路控制回路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，两路主电路控制回路可独立工作，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，实现双套动力相互保驾功能；
S3、轨道车主电路设计了电制动回路，当轨道车处于电制动状态时，牵引电机转为发电模式，发出的交流电经逆变模块逆变后通过中间直流回路给制动电阻或动力蓄电池供电，电能通过制动电阻转变成热能散失，也可通过中间直流回路给动力蓄电池充电，实现轨道车电阻制动和再生制动功能；
S4、轨道车配置有2套制动电阻，电制动回路对称设计两路，分别控制转向架Ⅰ16和转向架Ⅱ23，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常制动；
S5、轨道车主电路设计了自负荷试验回路，在停车状态下，轨道车置自负荷位，柴油发电机组发出的三相交流电，经中间直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现轨道车动力系统静态负荷试验，同时，动力蓄电池输出的电流，经直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻I、制动电阻II，实现动力蓄电池自负荷试验。自负荷试验回路对称设计两路，可实现动力系统Ⅰ18和动力系统Ⅱ21，或动力蓄电池组Ⅰ33和动力蓄电池组Ⅱ45单独自负荷试验，也可实现两套动力系统，或动力蓄电池组同时自负荷试验；
S6、轨道车主电路设计了动力蓄电池充电回路，柴油发电机组发出的三相交流电，通过整流、斩波后输出到动力蓄电池，给动力蓄电池充电，动力蓄电池充电回路对称设计两路，实现动力蓄电池组Ⅰ33和动力蓄电池组Ⅱ45分别充电。
与相关技术相比较，本发明提供的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车具有如下有益效果：
该轨道车配置的动力单元、牵引逆变单元布置在车下，使得室内空间更大，噪声更小，密封性能更好，作业人员的生活环境更优越；采用双套动力单元模式，且控制系统对称设计，两套动力单元各独立控制一个转向架走行，当一台转向架故障时，另一转向架可独立工作，实现双套动力相互保驾；内燃机牵引功率大，单台轨道车采用内燃机牵引，启动牵引力不小于220kN，持续牵引力不小于150kN；在平直线路上牵引重量为200吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h；本创新点使得轨道车牵引能力比现有轨道车更大，在相同牵引条件下运行速度更快；动力蓄电池牵引功率大，单台轨道车采用动力蓄电池牵引，在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，最高运行速度不小于80km/h；动力蓄电池容量大、单台轨道车采用动力蓄电池牵引，在平直线路上牵引重量为50吨的拖车，以最高运行速度运行，续航时间不小于2小时；本创新点在轨道车领域首次应用，能解决铁路隧道内施工作业时尾气排放危害人员健康问题；可柴油机和动力蓄电池混合牵引，单台轨道车采用内燃机和动力蓄电池混合牵引，在平直线路上牵引重量为350吨的拖车，最高运行速度不小于120km/h；本创新点在轨道车领域首次应用，在高海拔地区，柴油机降功率后可通过动力蓄电池进行功率补偿，解决高海拔地区柴油机降功问题；具有电阻制动功能，单台轨道车牵引50吨的拖车，在33‰坡道线路上采用纯电阻制动下坡，最高可以50km/h的恒定速度持续运行；本创新点在轨道车领域首次应用，有效降低了轨道车在大坡道持续下坡时闸瓦磨耗，减少了闸瓦更换频次，消除空气制动系统存在的安全隐患，提高了作业效率；动力蓄电池可通过外接电源充电、柴油机充电和电制动能量回馈充电，其中外接电源充电功率不小于60kW，柴油机充电时间不大于3小时，电制动回馈充电能量回收利用率不低于30％；本创新点在轨道车上首次应用，使得动力电池的充电方式更加灵活，满足现场作业要求；具有对外供电功能，对外供电功率不小于260kVA；本创新点在轨道车领域首次应用，轨道车可通过主柴油机发电，给外接大功率电动机具提供电源，提升了轨道车野外作业能力，具有静态下动力系统自负荷试验功能，自负荷试验最大功率达到780kW。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1. 一种利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，其特征在于，包括：车架，所述车架下部从前端至后端依次布置钩缓装置I、制动阀组、转向架I、牵引通风系统I、动力系统I、燃油箱、牵引变流单元、动力系统II、牵引通风系统II、转向架II，空气进化单元和电动螺杆空气压缩机；钩缓装置II，所述钩缓装置I、钩缓装置II均设置于所述车架的一端；车棚，所述车棚的底部设置于所述车架的顶部，所述车棚两侧对称布置有车门I、百叶风门、蓄电池门、侧窗、车门II和斜拉窗，所述车棚顶部布置有制动电阻I、空调I、天线、空调II和制动电阻II，所述车棚内部布置有前端司机室、乘客室和后端司机室，所述前端司机室、后端司机室通过隔墙I和隔墙II隔开，所述前端司机室内布置有司机台I、司机座椅和电气间I，所述后端司机室内布置有司机台II、司机座椅和电气间II，所述乘客室内两侧分别设置有贯通座椅I、贯通座椅II，所述乘客室内地板设置有活动地板I、活动地板II、活动地板III、活动地板IV和活动地板Ⅴ，所述贯通座椅I下部依次布置有工具箱、动力蓄电池组I、电池管理系统I和斩波电抗器I，所述贯通座椅II下部依次布置有斩波电抗器II、电池管理系统II、动力蓄电池组II和复轨器箱，所述动力系统I由柴油发动机I、空气滤清器I、热交换器I、发电机I、消音器I、辅助发电机组和空气滤清器I组成，所述动力系统I悬挂设置于车架下部，所述柴油发动机I通过弹性联轴器I与发电机I连接，所述热交换器I通过管路I与柴油发动机I连接，所述空气滤清器I通过管路II与柴油发动机I连接，所述消音器I通过管路III与柴油发动机I连接，所述动力系统II由空气滤清器II、热交换器II、发电机II、消音器II、车下工具箱和柴油发动机II组成，所述动力系统II悬挂设置于车架下部，所述柴油发动机II通过弹性联轴器II与发电机II连接，所述热交换器II通过管路IV与柴油发动机II连接，所述空气滤清器II通过管路V与柴油发动机II连接，所述消音器II通过管路VI与柴油发动机II连接，所述转向架I为二轴转向架，所述转向架I包括构架I、牵引电机I、牵引电机II、车轴齿轮箱I、车轴齿轮箱II、弹性联轴器I、弹性联轴器II、轮对I、轮对II，所述转向架构架I上分别悬挂有牵引电机I和牵引电机II，所述车轴齿轮箱I与牵引电机I通过弹性联轴器I连接，所述车轴齿轮箱II与牵引电机II通过弹性联轴器II连接，所述转向架II为二轴转向架，所述转向架II与转向架I相同，所述燃油箱通过燃油管路I与柴油发动机I连接，给柴油发动机I提供燃料，所述燃油箱通过燃油管路II与柴油发动机II连接，所述燃油箱通过燃油管路III与辅助发电机组连接，还包括2 个柴油发电机组和2 组动力蓄电池组，所述牵引变流单元由2 套整流模块、2 套牵引逆变模块、2 套辅助逆变模块及2个DCU 机箱组成，两路主电路控制回路，分别控制转向架I和转向架II，所述两路主电路控制回路独立工作，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常牵引，实现双套动力相互保驾功能，所述动力系统传动方式采用交—直—交电传动，所述主电路采用主辅一体化牵引变流单元，所述主辅一体化牵引变流单元设计了两路动力来源，其中一路通过柴油发电机组发出的三相交流电，经整流、逆变后给牵引电机供电，实现柴油机牵引；另一路通过动力蓄电池，经升压、整流、逆变后给牵引电机供电，实现动力蓄电池牵引，所述柴油发电机组的电能与所述动力蓄电池的电能可在中间直流回路并联，经逆变后，给牵引电机供电，实现混合牵引，同时所述中间直流回路可经过辅助逆变模块输出至辅助负载和外接插座，实现柴油发电机组对外供电功能。
2.根据权利要求1所述的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，所述主电路设计了电制动回路，当轨道车处于电制动状态时，所述牵引电机转为发电模式，发出的交流电经逆变模块逆变后通过中间直流回路给制动电阻或动力蓄电池供电，电能通过制动电阻转变成热能散失，也可通过中间直流回路给动力蓄电池充电，实现轨道车电阻制动和再生制动功能。
3. 根据权利要求1 所述的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，其特征在于：还包括有2 套制动电阻，电制动回路对称设计两路，分别控制转向架I和转向架II，其中，有任一回路故障时，不影响另一转向架正常制动。
4. 根据权利要求3 所述的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，其特征在于：所述主电路设计了自负荷试验回路，在停车状态下，轨道车置自负荷位，所述柴油发电机组发出的三相交流电，经中间直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现轨道车动力系统静态负荷试验，同时，动力蓄电池输出，经直流环节，由斩波管控制逆变分别输出到制动电阻，实现动力蓄电池自负荷试验；自负荷试验回路对称设计两路，可实现动力系统I和动力系统II，或动力蓄电池组I和动力蓄电池组II单独自负荷试验，也可实现两套动力系统，或动力蓄电池组同时自负荷试验。
5. 根据权利要求4 所述的利用柴油机和动力蓄电池牵引的混合动力轨道车，其特征在于：所述主电路设计了动力蓄电池充电回路，所述柴油发电机组发出的三相交流电，通过整流、斩波后输出到动力蓄电池，给所述动力蓄电池充电，所述动力蓄电池充电回路对称设计两路，实现动力蓄电池组I和动力蓄电池组II分别充电。
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