CN112590855A - 电传动地铁调车机车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地铁调车机车，具体为电传动地铁调车机车。解决液力‑机械传动地铁调车机车存在的缺陷和问题。电传动地铁调车机车包括车体、车架、转向架I、转向架Ⅱ、柴油机、空气制动系统、传动系统；传动系统包括主发电机、整流柜、车架下悬挂的直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ，柴油机带动主发电机发出三相交流电输出到整流柜，将三相交流电整流为直流，直流电供给直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ，直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ分别驱动转向架I、转向架Ⅱ。还包括制动电阻，制动电阻连接于牵引电动机电枢端。还包括牵引电机通风机，为两台直流牵引电动机提供冷却用风。

Description

电传动地铁调车机车

技术领域

本发明涉及地铁调车机车，具体为电传动地铁调车机车。

背景技术

地铁调车机车主要用于地铁车辆段内线路、正线线路上进行调车作业，也用于事故列车的救援牵引，同时可用于设备物资的运输及其他无动力轨道车辆的牵引作业，是一种重要的用于地铁工务作业的设备。

目前国内地铁调车机车以液力-机械传动调车机车为主要车型。如图1、图2所示，液力-机械传动地铁调车机车主要由柴油机及其辅助系统、空气制动系统、车体、车架、传动系统、走行系统、电气系统等组成。该车为内走道双司机室结构，分上、下两部分，如图1所示。上部为车体及车内安装设备，自I端至II端分别为司机室I、辅助动力室、动力室、冷却室、司机室II。下部为车架，车架下部为走行系统。车架中部左右两侧分别布置燃油箱及蓄电池箱。柴油机及其辅助系统采用下沉安装方式，一部分位于上部动力室内，一部分下沉至车架下。

车体为内走廊式、双端司机室结构。车体采用型钢、压型梁、钢板等组焊而成；车架主要由侧梁、纵横梁、旁承梁、牵引梁及车架盖板等组成，车架的前后端安装有100型车钩及100-3型缓冲器。

走行系统由车架两端的转向架I、转向架Ⅱ组成，两台转向架结构相同，可以互换。转向架主要由转向架构架、轴承箱、车轴齿轮箱、轮对、旁承、牵引装置、基础制动装置、砂箱等部件组成。转向架I、转向架Ⅱ组成地铁调车机车的走行系统，其承载整车上部的结构重量，产生牵引力和制动力；两台转向架通过中心牵引销与车架联接，并通过橡胶旁承承载整车上部重量。

传动系统中，液力变矩器将柴油机的机械动力分配给两端的转向架，针对转向架I，动力通过万向轴Ⅱ带动二级车轴齿轮箱旋转，二级车轴齿轮箱先经过一级减速后，一部分动力经过第二级减速驱动其所在轮对运行，另一部分动力通过万向轴I输出到一级车轴齿轮箱，带动另一轮对运行。

空气制动系统主要由风源系统、司机室管路、车体管路、制动阀柜等组成，用来完成地铁调车机车的制动、缓解、鸣笛、自动控制和一些辅助功能。其主要部件包括空压机、干燥器、制动机、总风缸及阀类等零部件。空压机、制动阀柜以及各类风缸与管路组成空气制动系统，通过空气制动系统实现地铁调车机车或整列车组的减速或停车。

液力-机械传动地铁调车机车存在如下缺陷：

1、传动效率低，液力-机械传动地铁调车机车的最高传动效率为81%；

2、起动加速慢，爬坡能力差；液力-机械传动地铁调车机车采用液力变矩器+变速箱进行能量传递，而液力变矩器在低速区的传动效率很低，导致其起动加速慢，爬坡能力差；

3、不具备工频发电功能，无法为工程机械及事故救援提供大功率的三相工频交流电源；

4、不具备电阻制动功能；

5、液力-机械传动地铁调车机车存在液力传动油跑、冒、滴、漏的现象，不利于地铁线路的环境保护。

发明内容

本发明解决液力-机械传动地铁调车机车存在的缺陷和问题，提供一种电传动地铁调车机车。

本发明是采用如下技术方案实现的：电传动地铁调车机车，包括车体、车架、转向架I、转向架Ⅱ、柴油机、空气制动系统、传动系统；传动系统包括主发电机、整流柜、车架下悬挂的直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ，柴油机带动主发电机发出三相交流电输出到整流柜，将三相交流电整流为直流，直流电供给直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ，直流牵引电动机I和直流牵引电动机Ⅱ分别驱动转向架I、转向架Ⅱ。

本发明技术方案带来的有益效果：

1、提高地铁调车机车传动系统的效率，采用交-直流电传动系统，将最高传动效率由液力-机械传动的81%提高到85%；

2、提高地铁调车机车的起动加速性能；电传动地铁调车机车传动系统的最终输出装置为直流串励牵引电动机。在起动时，由于直流牵引电动机转速和反电势均为零，故电枢电流和励磁电流都较大，因而起动转矩大，较小的输入功率就可以产生较大的转矩，因而使整车起动加速快，爬坡能力强，再加上直流串励电动机1.5倍的过载能力进一步强化了该优势。

3、使地铁调车机车具备一车两用的功能；柴油机和主发电机组成的柴油发电机组，在牵引工况时发出的三相交流电经整流后输出到直流牵引电动机进而驱动整车运行；在发电工况时，通过控制直接发出AC380V、50Hz、100kVA的三相交流电源，为线路施工或救援设备提供电源。

4、使地铁调车机车具备电阻制动功能；电阻制动可以提高地铁调车机车在下坡道上的运行速度，提高天窗作业时间利用率；同时可以大大降低轮毂的磨耗，减少制动闸瓦的更换；另外可以最小限度地使用空气制动，使闸瓦、轮毂的发热减小，提高了使用闸瓦制动时的制动效果。

5、采用交-直流电传动系统，消除了液力-机械传动地铁调车机车液力传动油的跑、冒、滴、漏现象，利于地铁线路的环境保护。

附图说明

图1为现有液力-机械传动地铁调车机车的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明所述的电传动地铁调车机车的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

图中：1－司机室I、2－辅助动力室、3－动力室、4－冷却室、5－司机室Ⅱ、6－走形系统、7－传动系统、8－柴油机及其辅助系统、9－燃油箱及蓄电池箱、11－转向架I、12－一级车轴齿轮箱、14－万向轴I、15－二级车轴齿轮箱、16－万向轴Ⅱ、17－直流牵引电动机I、18－主发电机、19－整流柜、20－柴油机、21－高弹性联轴器、22－燃油箱、23－直流牵引电动机Ⅱ、24－牵引电机通风机、25－车架、26－制动电阻、27－电器柜、28－转向架Ⅱ、30－操纵台Ⅱ、31－空气制动阀柜、32－辅助柴油发电机组、33－空压机、34－机器间、35－蓄电池、36－操纵台I。

具体实施方式

电传动地铁调车机车，包括车体、车架25、转向架I11、转向架Ⅱ28、柴油机20、空气制动系统、传动系统；传动系统包括主发电机18、整流柜19、车架下悬挂的直流牵引电动机I17和直流牵引电动机Ⅱ23，柴油机20带动主发电机18发出三相交流电输出到整流柜19，将三相交流电整流为直流，直流电供给直流牵引电动机I17和直流牵引电动机Ⅱ23，直流牵引电动机I17和直流牵引电动机Ⅱ23分别驱动转向架I、转向架Ⅱ。

具体实施时，柴油机20通过高弹性联轴器21与主发电机18联接。传动系统还包括电器柜27，电器柜27连接于整流柜19和直流牵引电动机I17、直流牵引电动机Ⅱ23之间，通过电器柜27控制和分配后，将直流电输出到车架下悬挂的直流牵引电动机I17和直流牵引电动机Ⅱ23。还包括制动电阻26，制动电阻26连接于牵引电动机电枢端，当电传动地铁调车机车下坡或减速时，司机通过操作操纵台上的司机控制器切换到电阻制动工况，此时直流牵引电动机被改接成他励直流发电机工作，将整车的动能或势能转换为电能消耗到制动电阻上，减少空气制动使用的频率。还包括牵引电机通风机24，为两台直流牵引电动机提供冷却用风，牵引电机通风机24通过主发电机18自由端的双联皮带轮利用三角皮带驱动工作；空气制动系统的空压机33通过主发电机18自由端的双联皮带轮利用三角皮带驱动工作。车体自I端至II端分别为司机室I1、机器间34、司机室Ⅱ5，柴油机20、高弹性联轴器21、主发电机18、整流柜16、牵引电机通风机24、空气制动系统的空压机33、制动电阻26、电器柜27、空气制动阀柜31、辅助柴油发电机组32、蓄电池35安装在机器间34，这些设备与其安装架通过螺栓联接，安装架焊接在车架25上。直流牵引电动机I17、直流牵引电动机Ⅱ23悬挂在车架中部左右两侧的下方，预留了充足的检修维护及牵引电动机整机故障后更换的空间，它们通过螺栓与其安装座联接。辅助柴油发电机组32主要为地铁调车机车空调机组及插座等生活设施提供电能。柴油机20采用额定功率为450kW的电喷柴油机。燃油箱22悬挂在车架中部下方右侧，其通过螺栓与其吊挂板联接。蓄电池35主要为柴油机启动及控制电路系统提供电源。电器柜27与空气制动阀柜31安装布局方式满足各自检修维护需求，电器柜27正面检修维护利用过道侧的空间实施，电器柜27背面与空气制动阀柜31的检修维护利用两者之间的共用空间实施；整流柜16以“骑乘式”的方式安装于主发电机18上部，充分利用了主发电机上部的空间，节约了单独安装整流柜16的空间；蓄电池35安装于柴油机20起动马达附近，缩短了蓄电池35与柴油机20起动马达之间的电缆长度，减少了线路损耗，更利于柴油机的起动。

在牵引状态下，直流牵引电动机I17、直流牵引电动机Ⅱ23为直流串励电动机；在下坡或减速利用电阻制动时，直流牵引电动机I17、直流牵引电动机Ⅱ23为他励励磁发电机。在功率相同情况下，地铁调车机车的过载能力取决于传动装置，电传动调车机车的最终输出装置为直流串励牵引电动机。在起动时，由于直流牵引电动机转速和反电势均为零，故电枢电流和励磁电流都很大，因而起动转矩大，较小的输入功率就可以产生较大的起动转矩，因而使整车起动加速快，爬坡能力强，再加上直流串励电动机1.5倍的过载能力进一步强化了该优势。电传动地铁调车机车通过柴油机20、高弹性联轴器21、主发电机18组成柴油发电机组。当地铁调车机车作为牵引车牵引运行时，通过对主发电机励磁电流的控制实现地铁调车机车的恒功率运行；当线路施工或施工救援需要三相工频交流电源时，通过转换开关将柴油机20、高弹性联轴器21、主发电机18组成的柴油发电机组切换到发电工况，此时控制主发电机励磁电流及柴油机转速恒定，使其输出AC380V、50Hz、100kVA的三相交流电源。

采用交-直流电传动系统提高了整车的传动效率：主发电机效率为0.95，整流柜效率为0.99，直流牵引电动机效率为0.95，二级齿轮传动效率为0.95，总传动系统效率为0.95×0.99×0.95×0.95=0.85。

Claims (10)

1.一种电传动地铁调车机车，包括车体、车架(25)、转向架I(11)、转向架Ⅱ(28)、柴油机(20)、空气制动系统、传动系统；其特征在于，传动系统包括主发电机(18)、整流柜(19)、车架下悬挂的直流牵引电动机I(17)和直流牵引电动机Ⅱ(23)，柴油机(20)带动主发电机(18)发出三相交流电输出到整流柜(19)，将三相交流电整流为直流，直流电供给直流牵引电动机I(17)和直流牵引电动机Ⅱ(23)，直流牵引电动机I(17)和直流牵引电动机Ⅱ(23)分别驱动转向架I、转向架Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，还包括制动电阻(26)，制动电阻(26)连接于牵引电动机电枢端。

3.根据权利要求1或2所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，还包括牵引电机通风机(24)与空压机(33)，牵引电机通风机(24)为两台直流牵引电动机提供冷却用风，空压机(33)为空气制动系统提供压缩空气，牵引电机通风机(24)和空压机(33)通过主发电机(18)自由端的双联皮带轮利用各自的三角皮带驱动工作，利用简单的皮带传动方式达到了单个动力源同时驱动两个部件工作的目的。

4.根据权利要求3所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，在牵引状态下，直流牵引电动机I(17)、直流牵引电动机Ⅱ(23)为直流串励电动机；在下坡或减速利用电阻制动的状态下，直流牵引电动机I(17)、直流牵引电动机Ⅱ(23)为他励励磁发电机。

5.根据权利要求4所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，传动系统还包括电器柜(27)，电器柜(27)连接于整流柜(19)和直流牵引电动机I(17)、直流牵引电动机Ⅱ(23)之间，通过电器柜(27)控制和分配后，将直流电输出到车架下悬挂的直流牵引电动机I(17)和直流牵引电动机Ⅱ(23)。

6.根据权利要求5所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，柴油机(20)通过高弹性联轴器(21)与主发电机(18)联接。

7.根据权利要求6所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，还包括空气制动阀柜（31）、辅助柴油发电机组（32）、蓄电池（35），车体自I端至II端分别为司机室I(1)、机器间(34)、司机室Ⅱ(5)，柴油机(20)、高弹性联轴器(21)、主发电机(18)、整流柜(16)、牵引电机通风机(24)、空气制动系统的空压机(33)、制动电阻(26)、电器柜(27)、空气制动阀柜（31）、辅助柴油发电机组（32）、蓄电池（35）安装在机器间(34)。

8.根据权利要求7所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，电器柜（27）与空气制动阀柜（31）安装布局方式满足各自检修维护需求，电器柜（27）正面检修维护利用过道侧的空间实施，电器柜（27）背面与空气制动阀柜（31）的检修维护利用两者之间的共用空间实施；整流柜(16)以“骑乘式”的方式安装于主发电机(18)上部，充分利用了主发电机上部的空间，节约了单独安装整流柜(16)的空间；蓄电池（35）安装于柴油机(20)起动马达附近，缩短了蓄电池（35）与柴油机(20)起动马达之间的电缆长度，减少了线路损耗，更利于柴油机的起动。

9.根据权利要求8所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，柴油机(20)、主发电机(18)、整流柜(16)、牵引电机通风机(24)、空气制动系统的空压机(33)、制动电阻(26)、电器柜(27)、空气制动阀柜（31）、辅助柴油发电机组（32）与各自的安装架通过螺栓联接，各自的安装架焊接在车架(25)上。

10.根据权利要求9所述的电传动地铁调车机车，其特征在于，直流牵引电动机I(17)、直流牵引电动机Ⅱ(23)悬挂在车架中部左右两侧的下方，预留了充足的检修维护及牵引电动机整机故障后更换的空间，它们通过螺栓与其安装座联接。

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