CN112758111A - 一种轨道工程车辆传动系统、方法及其应用 - Google Patents

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张宝明
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Abstract

本发明公开了一种轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，当采用接触网动力，来自接触网线的电能经受电弓、高压电路输入至牵引变压器，经牵引变压器降压后为牵引变流器供电，牵引变流器输出三相交流电为驱动电机供电，驱动电机驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行。牵引变流器同时通过第一变压器为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，并通过第二变压器为物料车电机供电。当采用内燃动力，发动机通过离合器驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行，辅助发电机组为动力车及作业车辅助负载供电，发电机组为物料车电机供电。本发明能解决现有动力传动系统不适应高海拔和长隧道环境，传动效率低、作业环境差的技术问题。

Description

一种轨道工程车辆传动系统、方法及其应用
技术领域
本发明涉及轨道工程机械电气技术领域，尤其涉及一种应用于轨道工程机械的接触网内燃轨道工程车辆传动系统、方法及其应用。
背景技术
铁路线路经长期使用，道床脏污，道碴破碎，对线路的状态及其性能有着很大的影响。脏污的道碴首先使道床失去弹性和排水性能，继而将使得整个道床出现“板结”现象。道床的“板结”对运输生产是很不利的。因此，当碎石、卵石道床其不洁程度按重量超过25％时，必须进行清筛。道碴的清筛是一项很繁重的工作，人力清筛不仅劳动强度大、效率低，而且质量差，不安全。为了降低劳动强度，提高生产率，提高清筛质量，近些年已经成功出现各种道床清筛机。
道碴清筛机按照类型主要可以分为边坡清筛机和枕底清筛机两大类。枕底清筛机按其动力的功率大小可分为：小、中、大型。其中，小型清筛机又可分为单面和双面枕底清筛机。以上两类道碴清筛机分别能对边坡以及道床全断面的道碴完成清筛工作。道碴清筛机的工作原理大致为：利用挖掘链耙挖掘道碴—道碴在清筛机构中与污物相分离—干净并符合规格的石碴沿回送机构回填至道床中去—污物和碎碴被送出线路以外。清筛机的结构可由挖掘机构、清筛机构、回填机构、走行升降机构、污物清扫机构及电气控制机构等部分组成。现有的清筛机械主要都以内燃机为动力，存在废气排放、环境污染、噪声大、高海拔降功、隧道内不能正常使用，以及传动系统结构复杂，传动效率低等技术缺陷。
在现有技术中，主要有以下技术方案与本发明申请相关：
株洲时代电子技术有限公司、株洲南车时代电气股份有限公司于2012年02月13日申请，并于2012年07月04日公开，公开号为CN102535280A的中国发明申请公开了一种混合动力钢轨打磨车，应用于大型轨道工程领域具有混合动力的钢轨打磨列车作业，钢轨打磨车包括：内燃机驱动动力车、电力驱动动力车和一节以上的拖车，拖车上安装有打磨装置，混合动力钢轨打磨车在有电区或隧道区间工作时通过电力驱动动力车的受电弓从接触网取电，经过变压器降压，并经过变流器整流、逆变成三相变频变压的交流电，为牵引电机和打磨装置提供所需的动力；混合动力钢轨打磨车在无电区切换到内燃机发电机组合模式，为混合动力钢轨打磨车的走行和打磨装置提供所需的动力。该申请混合动力钢轨打磨车包括一种适用于钢轨打磨车的动力传动装置，采用接触网电压25kV和柴油发电机组双动力，传动方式为交流电传动。同时，接触网或柴油发电机组的电能通过牵引变流器直接驱动转向架上的牵引电机，实现车辆走行。该发明申请能够解决现有打磨车作业和燃烧效率低、排放污染严重，以及使用和维护成本高的技术问题，使打磨车在有、无电区和隧道区实现全路段无缝作业。然而，该申请描述的混合动力钢轨打磨车，限定在国铁电气化线路使用，接触网电压为25kV；车辆由多节车组成，内燃驱动车与电力驱动车分别在不同的车上，内燃动力和电力驱动时均采用交流传动。此外，混合动力钢轨打磨车采用异步牵引电机交流电传动目前只能做到2～16km/h速度范围内，速度精度±0.5km/h。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，以解决现有动力传动系统不适应高海拔和长隧道环境，传动效率低、作业环境差的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道工程车辆传动系统的技术实现方案，轨道工程车辆传动系统，包括：接触网取电装置、离合器、发动机、分动箱、液压泵、整车生活负载及物料车电机。所述接触网取电装置包括高压电路、牵引变压器、牵引变流器、驱动电机、第一变压器及第二变压器。当采用接触网动力时，来自接触网线的电能通过所述受电弓、高压电路后输入至牵引变压器，经所述牵引变压器降压后为牵引变流器供电，所述牵引变流器将单相电压整流并逆变为三相交流电。所述牵引变流器为驱动电机供电，所述驱动电机驱动分动箱，所述分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行。所述牵引变流器同时通过第一变压器为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，并通过第二变压器为物料车电机供电。当采用发动机动力时，所述发动机通过离合器驱动分动箱，所述分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行。所述系统还包括发电机组和辅助发电机组，当采用发动机动力时，所述辅助发电机组为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，所述发电机组为物料车电机供电。
进一步的，所述系统还包括充电机，所述牵引变流器输出的电源经第一变压器变压后，再通过充电机为蓄电池充电及控制用电提供电源。
进一步的，所述系统还包括液压阀、液压马达、齿轮箱及车轴。所述分动箱驱动液压泵，所述液压泵为液压阀提供压力油，压力油通过液压阀后驱动所述液压马达，液压马达驱动齿轮箱，所述齿轮箱带动车轴，实现轨道工程车辆走行。
进一步的，所述分动箱设置有输入口A和输入口B，所述驱动电机通过万向轴与分动箱的输入口A相连，所述分动箱的输入口B通过离合器与发动机相连。当采用接触网动力时，所述发动机通过离合器与分动箱的输入口B脱开，所述驱动电机带动分动箱旋转提供动力。当采用发动机动力时，所述发动机通过离合器及分动箱的输入口B驱动分动箱旋转以提供动力，所述驱动电机的转子跟随旋转。
进一步的，所述牵引变流器包括第一整流器、第二整流器、主逆变模块、辅助逆变模块、作业逆变模块及中间直流环节。所述第一整流器及第二整流器的输入端分别连接至牵引变压器的两对输出触头，所述第一整流器及第二整流器的输出端并联至中间直流环节。所述主逆变模块、辅助逆变模块及作业逆变模块的输入端并联至中间直流环节。所述主逆变模块的输出端为驱动电机供电，所述辅助逆变模块的输出端通过第一变压器为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，所述作业逆变模块的输出端通过第二变压器为物料车电机供电。
进一步的，所述第一整流器及第二整流器将单相电整流后，分别为所述主逆变模块、辅助逆变模块及作业逆变模块供电。所述主逆变模块输出电压和频率可变的三相交流电，为驱动电机供电。所述辅助逆变模块输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第一变压器及第一滤波器后为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电。所述作业逆变模块输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第二变压器及第二滤波器后为物料车电机供电。所述第一变压器输出的三相交流电与第二变压器输出的三相交流电通过第一接触器及第二接触器相连。当所述第二变压器的支路供电发生故障时，通过断开第二接触器，以及闭合第一接触器使得所述第一变压器为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电。
优选的，在所述主逆变模块的斩波桥臂与负极母线之间设置有制动电阻，轨道工程车辆在减速或下坡时优先使用制动电阻进行制动。当下坡或制动时，所述液压马达被轮对反拖，将轨道工程车辆的动能通过所述液压阀及液压泵传递至分动箱，再由所述分动箱带动驱动电机旋转。所述主逆变模块控制驱动电机处于发电机工况，将所述驱动电机输出的三相交流电整流后施加于制动电阻的两端，将能量通过所述制动电阻消耗至空气中或反馈至接触网线。
进一步的，所述高压电路包括受电弓、第一避雷器、第二避雷器、第一高压电缆、第二高压电缆、真空断路器、高压电压互感器、高压侧电流互感器及高压接地开关。所述受电弓与接触网线接触受流，受电弓与第一高压电缆的车顶端及第一避雷器连接。所述第一高压电缆穿过车顶将高压电引入至轨道工程车辆内，并从高压侧电流互感器中穿过。所述第一高压电缆的车内端与真空断路器的前极相连，且与高压电压互感器原边的高压端相连，所述高压电压互感器的低压端与轨道工程车辆的车体相连。所述高压接地开关并联于真空断路器的前极与后极之间，当高压电路检修时，所述高压接地开关将真空断路器的前后极接地。所述真空断路器的后极连接至第二高压电缆的一端及第二避雷器，所述第二高压电缆的另一端与牵引变压器原边的高压端相连。所述牵引变压器原边的低压端通过绝缘电缆连接至轴端接地装置，所述牵引变压器将高压电降压后输送至牵引变流器。
本发明还另外具体提供了一种基于上述系统的轨道工程车辆传动方法的技术实现方案，包括以下步骤：
A)当采用接触网动力时，来自所述接触网线的电能通过所述受电弓、高压电路后输入至牵引变压器，经所述牵引变压器降压后为牵引变流器供电，所述牵引变流器将单相电压整流并逆变为三相交流电。所述牵引变流器为驱动电机供电，所述驱动电机驱动分动箱，所述分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行。所述牵引变流器同时通过第一变压器为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，并通过第二变压器为物料车电机供电。
B)当采用发动机动力时，发动机通过离合器驱动分动箱，所述分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行。通过辅助发电机组为所述动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，通过发电机组为所述物料车电机供电。
进一步的，在所述步骤A)和步骤B)中，所述分动箱驱动液压泵，所述液压泵为液压阀提供压力油，压力油通过所述液压阀后驱动液压马达，所述液压马达驱动齿轮箱，所述齿轮箱带动车轴，实现轨道工程车辆走行。
进一步的，通过万向轴将所述驱动电机与分动箱的输入口A相连，并通过离合器将所述分动箱的输入口B与发动机相连。当采用接触网动力时，所述发动机通过离合器与分动箱的输入口B脱开，所述驱动电机带动分动箱旋转提供动力。当采用发动机动力时，所述发动机通过离合器及分动箱的输入口B驱动分动箱旋转以提供动力，所述驱动电机的转子跟随旋转。
本发明还另外具体提供了一种上述系统在轨道工程车辆中应用的技术实现方案，所述轨道工程车辆包括：依次相连的作业车、动力车及一节以上的物料车，所述接触网取电装置设置于动力车上，每节物料车均设置有独立的发电机组。
通过实施上述本发明提供的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用的技术方案，具有如下有益效果：
(1)本发明轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，当采用接触网动力时，通过受电弓从接触网线取电为轨道工程车辆提供电能、高压电路后输入至牵引变压器，经牵引变压器降压后为牵引变流器供电，通过牵引变流器为驱动电机供电，驱动电机驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行；当采用发动机动力时，发动机通过离合器驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行，大幅提升了传动效率，能够很好地适应高海拔和长隧道作业环境；
(2)本发明轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，采用AC25kV接触网及内燃机为轨道工程车辆提供动力来源，无论在高速状态下，还是在低速状态下都采用静液压传动方式，传动效率高，能够满足轨道工程车辆作业时超低速0.2km/h～2km/h速度范围内，速度精度±0.1km/h的控制需求；
(3)本发明轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，当采用接触网动力时，牵引变流器为动力车辅助负载、作业车辅助负载及物料车电机供电；当采用发动机动力时，辅助发电机组为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，发电机组为物料车电机供电，且仅采用一个驱动电机，传动系统结构简单，工作稳定，可靠性高；同时，采用接触网和柴油机为轨道工程车辆提供动力，结合液压驱动，可以实现零排放、低噪声、适应高海波、超低恒速作业和适应隧道环境应用，具有绿色环保、节能减排、降低噪声和改善作业环境等优势；
(4)本发明轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，主逆变模块的斩波桥臂与负极母线之间设置有制动电阻，当车辆减速或下坡时优先使用制动电阻制动，将车辆动力转换为电能，电能通过制动电阻耗散至空气中，动力制动作为空气制动的补充，减少了闸瓦损耗，增强车辆下坡的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。
图1是本发明轨道工程车辆传动系统一种具体实施例电气传动部分的系统结构框图；
图2是本发明轨道工程车辆传动系统一种具体实施例电气传动部分的连接结构框图；
图3是本发明轨道工程车辆传动系统一种具体实施例液压传动部分的连接结构框图；
图4是本发明轨道工程车辆传动系统一种具体实施例电气传动部分的电气连接拓扑结构图；
图5是本发明轨道工程车辆传动系统一种具体实施例应用于清筛机整车的结构组成示意图；
图中：1-接触网取电装置，2-接触网线，3-轴端接地装置，4-离合器，5-发动机，6-分动箱，7-液压泵，8-动力车辅助负载，9-作业车辅助负载，10-物料车电机，11-高压电路，12-牵引变压器，13-牵引变流器，131-第一整流器，132-第二整流器，133-主逆变模块，134-辅助逆变模块，135-作业逆变模块，136-中间直流环节，137-制动电阻，14-驱动电机，15-第一变压器，16-第二变压器，17-充电机，18-第一滤波器，19-第二滤波器，20-辅助发电机组，21-发电机组，22-液压阀，23-液压马达，24-齿轮箱，25-车轴，100-动力车，200-作业车，300-第一物料车，400-第二物料车，500-第三物料车，AP-受电弓，HV-高压互感器，FA-避雷器，HB-真空断路器，TA-电流互感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1至附图5所示，给出了本发明轨道工程车辆传动系统、方法及其应用的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1所示，一种轨道工程车辆传动系统的实施例，具体包括：接触网取电装置1、离合器4、发动机5、分动箱6、液压泵7、整车生活负载8及物料车电机10。接触网取电装置1包括高压电路11、牵引变压器12、牵引变流器13、驱动电机14、第一变压器15及第二变压器16。当采用接触网动力时，来自接触网线2(在本实施例中，具体为单相25kV/50Hz架空接触网)的电能通过受电弓AP、高压电路11后输入至牵引变压器12，经牵引变压器12降压后为牵引变流器13供电，牵引变流器13将单相电压整流并逆变为三相交流电。牵引变流器13为驱动电机14供电，驱动电机14驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行。牵引变流器13同时通过第一变压器15为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，并通过第二变压器16为物料车电机10供电。当采用发动机动力(即内燃动力)时，发动机5通过离合器4驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行。轨道工程车辆传动系统还包括发电机组21和辅助发电机组20，当采用发动机动力时，辅助发电机组20为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，发电机组21为物料车电机10供电。动力车辅助负载8及作业车辅助负载9均具有供电冗余功能，如正常情况下的供电电源故障时，可以使用另外一路供电电源提供电能。轨道工程车辆传动系统还包括充电机17，牵引变流器13输出的电源经第一变压器15变压后，再通过110V的充电机17为DC24V蓄电池充电及车辆控制系统控制用电提供电源。
实施例1描述的轨道工程车辆传动系统，当采用接触网动力时，通过受电弓AP从接触网线2取电为轨道工程车辆提供电能，电能经过高压电路11后输入至牵引变压器12，经牵引变压器12降压后为牵引变流器13供电，通过牵引变流器13为驱动电机14供电，驱动电机14驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行。当采用发动机动力时，发动机5通过离合器4驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行，大幅提升了传动效率。同时，轨道工程车辆传动系统采用AC25kV接触网及内燃机为轨道工程车辆提供动力来源，无论在高速状态下，还是在低速状态下都采用静液压传动方式，传动效率高，能够满足轨道工程车辆作业时超低速0.2km/h～2km/h速度范围内，速度精度±0.1km/h的控制需求。
分动箱6进一步设置有输入口A和输入口B，驱动电机14通过万向轴与分动箱6的输入口A相连，分动箱6的输入口B通过离合器4与发动机5相连。当采用接触网动力时，发动机5通过离合器4与分动箱6的输入口B脱开，驱动电机14带动分动箱6旋转提供动力。当采用发动机动力时，发动机5通过离合器4及分动箱6的输入口B驱动分动箱6旋转以提供动力，驱动电机14的转子跟随旋转。
如附图2所示，牵引变流器13进一步包括第一整流器131、第二整流器132、主逆变模块133、辅助逆变模块134、作业逆变模块135及中间直流环节136。第一整流器131及第二整流器132的输入端分别连接至牵引变压器12的两对输出触头，第一整流器131及第二整流器132的输出端并联至中间直流环节136。主逆变模块133、辅助逆变模块134及作业逆变模块135的输入端并联至中间直流环节136。主逆变模块133的输出端为驱动电机14供电，辅助逆变模块134的输出端通过第一变压器15为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，作业逆变模块135的输出端通过第二变压器16为物料车电机10供电。
第一整流器131及第二整流器132将单相电整流后，分别为主逆变模块133、辅助逆变模块134及作业逆变模块135供电。主逆变模块133输出电压和频率可变的三相交流电，为驱动电机14供电。辅助逆变模块134输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第一变压器15及第一滤波器18后为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电。作业逆变模块135输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第二变压器16及第二滤波器19后为物料车电机10供电。第一变压器15输出的三相交流电与第二变压器16输出的三相交流电通过第一接触器KM21及第二接触器KM31相连。当第二变压器16的支路供电发生故障时，通过断开第二接触器KM31，以及闭合第一接触器KM21使得第一变压器15为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电。
辅助逆变模块134的输出通过第一变压器15及第一滤波器18后，为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9提供380V/220V/50Hz电源。作业逆变模块135通过第二变压器16及第二滤波器19后，为物料车电机10提供380V/220V/50Hz电源。辅助发电机组20为整车生活负载8提供380V/220V/50Hz电源。每节物料车均设置有独立的发电机组21，发电机组21为物料车电机10提供380V/220V/50Hz电源。物料车电机10由多个抛带电机(为物料车上抛动作的输送带提供动力)和主带电机(为物料车上的平移输送带提供动力)组成，总功率约为400kW，并要求三相380V/220V/50Hz供电。
作为本实施例的进一步改进，在主逆变模块133的斩波桥臂与负极母线之间设置有制动电阻137，轨道工程车辆在减速或下坡时优先使用制动电阻137进行制动。下坡或制动时，液压马达23被轮对反拖，将轨道工程车辆的动能通过液压阀22及液压泵7传递至分动箱6，再由分动箱6带动驱动电机14旋转。主逆变模块133控制驱动电机14处于发电机工况，将驱动电机14输出的三相交流电整流后施加于制动电阻137的两端，将能量通过制动电阻137消耗至空气中或反馈至接触网线2。当进行动力制动时，液压系统将轨道工程车辆的动能转换为驱动电机14的动能，主逆变模块133控制驱动电机14处于发电机工况，将驱动电机14输出的三相交流电整流后施加于制动电阻137的两端，将能量消耗在制动电阻137中。实施例1描述的轨道工程车辆传动系统，当车辆减速或下坡时优先使用制动电阻制动，将车辆动力转换为电能，电能通过制动电阻耗散至空气中，动力制动作为空气制动的补充，减少了闸瓦损耗，增强车辆下坡的安全性。
如附图3所示，轨道工程车辆传动系统还包括液压阀22、液压马达23、齿轮箱24及车轴25。分动箱6驱动液压泵7，液压泵7为液压阀22提供压力油，压力油通过液压阀22后驱动液压马达23，液压马达23驱动齿轮箱24，齿轮箱24带动车轴25，实现轨道工程车辆走行。齿轮箱24安装在轮对的车轴25上，液压马达23通过联轴节驱动齿轮箱24。
如附图4所示，高压电路11进一步包括受电弓AP、第一避雷器FA1、第二避雷器FA2、第一高压电缆1CQ、第二高压电缆2CQ、真空断路器HB、高压电压互感器HV、高压侧电流互感器TA1及高压接地开关QS。受电弓AP与接触网线2接触受流，受电弓AP与第一高压电缆1CQ的车顶端及第一避雷器FA1连接。第一高压电缆1CQ穿过车顶将高压电引入至轨道工程车辆内，并从高压侧电流互感器TA1中穿过。第一高压电缆1CQ的车内端与真空断路器HB的前极相连，且与高压电压互感器HV原边的高压端相连，高压电压互感器HV的低压端与轨道工程车辆的车体相连。高压接地开关QS并联于真空断路器HB的前极与后极之间，当高压电路11检修时，高压接地开关QS将真空断路器HB的前后极接地。真空断路器HB的后极连接至第二高压电缆2CQ的一端及第二避雷器FA2，第二高压电缆2CQ的另一端与牵引变压器12原边的高压端相连。牵引变压器12原边的低压端通过绝缘电缆连接至轴端接地装置3(在本实施例中具体包括轴端接地装置EB1～EB4)，牵引变压器12将高压电降压后输送至牵引变流器13。
其中，受电弓AP通过三个支撑绝缘安装于轨道工程车辆的顶部，主要功能为从架空的接触网线2上取流，将接触网线2上的25kV/50Hz单相交流电引至车辆。第一避雷器FA1安装于车顶，第二避雷器FA2安装于车内的网侧柜内。第一避雷器FA1及第二避雷器FA2主要是为了消除电路过电压，如雷击过电压、操作过电压等，避免过电压对其他高压器件造成影响。当真空断路器HB闭合时，第一避雷器FA1及第二避雷器FA2均能够保护高压电路器件免受过电压损坏。当真空断路器HB断开时，第一避雷器FA1对受电弓AP至真空断路器HB的前极电路进行过电压保护，第二避雷器FA2对真空断路器HB的后极至牵引变压器12进行过电压保护。第一高压电缆1CQ穿过车顶，将车顶的高压电引入车内的网侧柜中。高压侧电流互感器TA1安装于车内网侧柜中，用于测量高压侧的电流，第一高压电缆1CQ从高压侧电流互感器TA1中穿过。真空断路器HB安装于车内网侧柜中，主要功能为分断和闭合高压电路，并具备短路分断能力。高压接地开关QS安装于车内网侧柜中，与真空断路器HB配套使用，当对高压电路进行检修时，高压接地开关QS将真空断路器HB的前后极接地，确保高压电路可靠接地。高压电压互感器HV安装于车内网侧柜中，用于实施测量高压侧电压，并反馈至车辆控制系统。同时在受电弓AP升弓前，通过高压电压互感器HV将低压电升压后施加至受电弓AP，以检查受电弓AP、第一避雷器FA1及第二避雷器FA2的绝缘性能。高压电缆2CQ将真空断路器HB的后极高压电引至牵引变压器12，实现高压电路11的联通，并与车辆的车体绝缘。回流侧电流互感器TA2安装于车内网侧柜中，用于测量回流侧电流，第二高压电缆2CQ从回流侧电流互感器TA2中穿过。牵引变压器12安装于车下，主要功能为将单相25kV/50Hz电压降压，并为牵引变流器13供电。同时牵引变压器12具有较大阻抗，能够减小车辆对接触网的谐波影响并限制断路电流。轴端接地装置EB1～EB4安装于轮对的一侧，将牵引变压器12的高压绕组的低压端电流引入轮对回流，避免电流通过轴承至轮对回流。
实施例1描述的轨道工程车辆传动系统，当采用接触网动力时，牵引变流器13为动力车辅助负载8、作业车辅助负载9及物料车电机10供电。当采用发动机动力时，辅助发电机组20为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，发电机组21为物料车电机10供电，且仅采用一个驱动电机14，传动系统结构简单，工作稳定，可靠性高。同时，采用接触网和柴油机为轨道工程车辆提供动力，结合液压驱动，可以实现零排放、低噪声、适应高海波、超低恒速作业和适应隧道环境应用，具有绿色环保、节能减排、降低噪声和改善作业环境等优势。
实施例2
一种基于实施例1所述系统的轨道工程车辆传动方法的实施例，具体包括以下步骤：
A)当采用接触网动力时，来自接触网线2的电能通过受电弓AP、高压电路11后输入至牵引变压器12，经牵引变压器12降压后为牵引变流器13供电，牵引变流器13将单相电压整流并逆变为三相交流电。牵引变流器13为驱动电机14供电，驱动电机14驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行。牵引变流器13同时通过第一变压器15为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，并通过第二变压器16为物料车电机10供电。
B)当采用发动机动力时，发动机5通过离合器4驱动分动箱6，分动箱6驱动液压泵7，实现轨道工程车辆走行。通过辅助发电机组20为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，通过发电机组21为物料车电机10供电。
在步骤A)和步骤B)中，分动箱6驱动液压泵7，液压泵7为液压阀22提供压力油，压力油通过液压阀22后驱动液压马达23，液压马达23驱动齿轮箱24，齿轮箱24带动车轴25，实现轨道工程车辆走行。
通过万向轴将驱动电机14与分动箱6的输入口A相连，并通过离合器4将分动箱6的输入口B与发动机5相连。当采用接触网动力时，发动机5通过离合器4与分动箱6的输入口B脱开，驱动电机14带动分动箱6旋转提供动力。当采用发动机动力时，发动机5通过离合器4及分动箱6的输入口B驱动分动箱6旋转以提供动力，驱动电机14的转子跟随旋转。
牵引变流器13进一步包括第一整流器131、第二整流器132、主逆变模块133、辅助逆变模块134、作业逆变模块135及中间直流环节136。主逆变模块133的输出端为驱动电机14供电，辅助逆变模块134的输出端通过第一变压器15为动力车辅助负载8及作业车辅助负载9供电，作业逆变模块135的输出端通过第二变压器16为物料车电机10供电。
作为本实施例的进一步改进，在主逆变模块133的斩波桥臂与负极母线之间设置制动电阻137，轨道工程车辆在减速或下坡时优先使用制动电阻137进行制动。当轨道工程车辆下坡或制动时，液压马达23被轮对反拖，将轨道工程车辆的动能通过液压阀22及液压泵7传递至分动箱6，再由分动箱6带动驱动电机14旋转。主逆变模块133控制驱动电机14处于发电机工况，将驱动电机14输出的三相交流电整流后施加于制动电阻137的两端，将能量通过制动电阻137消耗至空气中或反馈至接触网线2。
实施例3
如附图5所示，一种如实施例1所述系统在轨道工程车辆中的应用，轨道工程车辆包括：依次相连的作业车200、动力车100及一节以上的物料车。接触网取电装置1设置于动力车100上，每节物料车均设置有独立的发电机组21。以实施例1所述系统在清筛机整车中的应用为例，清筛机整车由一节动力车100、一节作业车200及三节物料车(在本实施例中，分别为第一物料车300、第二物料车400及第三物料车500)组成。接触网取电装置1设置于未进行清筛作业的动力车100上，因此无需考虑车辆清筛作业后轨道参数变化带来的弓网受流问题。
本发明具体实施例虽然以清筛机整车为例对轨道工程车辆传动系统、方法及其应用进行了说明，但实施例1-3描述的系统、方法及其应用也可以用于捣固车、打磨车、铣磨车等轨道作业车辆。
通过实施本发明具体实施例描述的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用的技术方案，能够产生如下技术效果：
(1)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，当采用接触网动力时，通过受电弓从接触网线取电为轨道工程车辆提供电能、高压电路后输入至牵引变压器，经牵引变压器降压后为牵引变流器供电，通过牵引变流器为驱动电机供电，驱动电机驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行；当采用内燃动力时，发动机通过离合器驱动分动箱，分动箱驱动液压泵，实现轨道工程车辆走行，大幅提升了传动效率，能够很好地适应高海拔和长隧道作业环境；
(2)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，采用AC25kV接触网及内燃机为轨道工程车辆提供动力来源，无论在高速状态下，还是在低速状态下都采用静液压传动方式，传动效率高，能够满足轨道工程车辆作业时超低速0.2km/h～2km/h速度范围内，速度精度±0.1km/h的控制需求；
(3)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，当采用接触网动力时，牵引变流器为动力车辅助负载、作业车辅助负载及物料车电机供电；当采用内燃动力时，辅助发电机组为动力车辅助负载及作业车辅助负载供电，发电机组为物料车电机供电，且仅采用一个驱动电机，传动系统结构简单，工作稳定，可靠性高；同时，采用接触网和柴油机为轨道工程车辆提供动力，结合液压驱动，可以实现零排放、低噪声、适应高海波、超低恒速作业和适应隧道环境应用，具有绿色环保、节能减排、降低噪声和改善作业环境等优势；
(4)本发明具体实施例描述的轨道工程车辆传动系统、方法及其应用，主逆变模块的斩波桥臂与负极母线之间设置有制动电阻，当车辆减速或下坡时优先使用制动电阻制动，将车辆动力转换为电能，电能通过制动电阻耗散至空气中，动力制动作为空气制动的补充，减少了闸瓦损耗，增强车辆下坡的安全性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (12)

1.一种轨道工程车辆传动系统，其特征在于，包括：接触网取电装置(1)、离合器(4)、发动机(5)、分动箱(6)、液压泵(7)、整车生活负载(8)及物料车电机(10)；所述接触网取电装置(1)包括高压电路(11)、牵引变压器(12)、牵引变流器(13)、驱动电机(14)、第一变压器(15)及第二变压器(16)；当采用接触网动力时，来自接触网线(2)的电能通过所述受电弓(AP)、高压电路(11)后输入至牵引变压器(12)，经所述牵引变压器(12)降压后为牵引变流器(13)供电，所述牵引变流器(13)将单相电压整流并逆变为三相交流电；所述牵引变流器(13)为驱动电机(14)供电，所述驱动电机(14)驱动分动箱(6)，所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，实现轨道工程车辆走行；所述牵引变流器(13)同时通过第一变压器(15)为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电，并通过第二变压器(16)为物料车电机(10)供电；当采用发动机动力时，所述发动机(5)通过离合器(4)驱动分动箱(6)，所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，实现轨道工程车辆走行；所述系统还包括发电机组(21)和辅助发电机组(20)，当采用发动机动力时，所述辅助发电机组(20)为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电，所述发电机组(21)为物料车电机(10)供电。
2.根据权利要求1所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述系统还包括充电机(17)，所述牵引变流器(13)输出的电源经第一变压器(15)变压后，再通过充电机(17)为蓄电池充电及控制用电提供电源。
3.根据权利要求1或2所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述系统还包括液压阀(22)、液压马达(23)、齿轮箱(24)及车轴(25)；所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，所述液压泵(7)为液压阀(22)提供压力油，压力油通过液压阀(22)后驱动所述液压马达(23)，液压马达(23)驱动齿轮箱(24)，所述齿轮箱(24)带动车轴(25)，实现轨道工程车辆走行。
4.根据权利要求3所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述分动箱(6)设置有输入口A和输入口B，所述驱动电机(14)通过万向轴与分动箱(6)的输入口A相连，所述分动箱(6)的输入口B通过离合器(4)与发动机(5)相连；当采用接触网动力时，所述发动机(5)通过离合器(4)与分动箱(6)的输入口B脱开，所述驱动电机(14)带动分动箱(6)旋转提供动力；当采用发动机动力时，所述发动机(5)通过离合器(4)及分动箱(6)的输入口B驱动分动箱(6)旋转以提供动力，所述驱动电机(14)的转子跟随旋转。
5.根据权利要求1、2或4所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述牵引变流器(13)包括第一整流器(131)、第二整流器(132)、主逆变模块(133)、辅助逆变模块(134)、作业逆变模块(135)及中间直流环节(136)；所述第一整流器(131)及第二整流器(132)的输入端分别连接至牵引变压器(12)的两对输出触头，所述第一整流器(131)及第二整流器(132)的输出端并联至中间直流环节(136)；所述主逆变模块(133)、辅助逆变模块(134)及作业逆变模块(135)的输入端并联至中间直流环节(136)；所述主逆变模块(133)的输出端为驱动电机(14)供电，所述辅助逆变模块(134)的输出端通过第一变压器(15)为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电，所述作业逆变模块(135)的输出端通过第二变压器(16)为物料车电机(10)供电。
6.根据权利要求5所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述第一整流器(131)及第二整流器(132)将单相电整流后，分别为所述主逆变模块(133)、辅助逆变模块(134)及作业逆变模块(135)供电；所述主逆变模块(133)输出电压和频率可变的三相交流电，为驱动电机(14)供电；所述辅助逆变模块(134)输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第一变压器(15)及第一滤波器(18)后为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电；所述作业逆变模块(135)输出频率和电压固定的三相交流电，并经过第二变压器(16)及第二滤波器(19)后为物料车电机(10)供电；所述第一变压器(15)输出的三相交流电与第二变压器(16)输出的三相交流电通过第一接触器(KM21)及第二接触器(KM31)相连；当所述第二变压器(16)的支路供电发生故障时，通过断开第二接触器(KM31)，以及闭合第一接触器(KM21)使得所述第一变压器(15)为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电。
7.根据权利要求6所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：在所述主逆变模块(133)的斩波桥臂与负极母线之间设置有制动电阻(137)，轨道工程车辆在减速或下坡时优先使用制动电阻(137)进行制动；当下坡或制动时，所述液压马达(23)被轮对反拖，将轨道工程车辆的动能通过所述液压阀(22)及液压泵(7)传递至分动箱(6)，再由所述分动箱(6)带动驱动电机(14)旋转；所述主逆变模块(133)控制驱动电机(14)处于发电机工况，将所述驱动电机(14)输出的三相交流电整流后施加于制动电阻(137)的两端，将能量通过所述制动电阻(137)消耗至空气中或反馈至接触网线(2)。
8.根据权利要求1、2、4、6或7所述的轨道工程车辆传动系统，其特征在于：所述高压电路(11)包括受电弓(AP)、第一避雷器(FA1)、第二避雷器(FA2)、第一高压电缆(1CQ)、第二高压电缆(2CQ)、真空断路器(HB)、高压电压互感器(HV)、高压侧电流互感器(TA1)及高压接地开关(QS)；所述受电弓(AP)与接触网线(2)接触受流，受电弓(AP)与第一高压电缆(1CQ)的车顶端及第一避雷器(FA1)连接；所述第一高压电缆(1CQ)穿过车顶将高压电引入至轨道工程车辆内，并从高压侧电流互感器(TA1)中穿过；所述第一高压电缆(1CQ)的车内端与真空断路器(HB)的前极相连，且与高压电压互感器(HV)原边的高压端相连，所述高压电压互感器(HV)的低压端与轨道工程车辆的车体相连；所述高压接地开关(QS)并联于真空断路器(HB)的前极与后极之间，当高压电路(11)检修时，所述高压接地开关(QS)将真空断路器(HB)的前后极接地；所述真空断路器(HB)的后极连接至第二高压电缆(2CQ)的一端及第二避雷器(FA2)，所述第二高压电缆(2CQ)的另一端与牵引变压器(12)原边的高压端相连；所述牵引变压器(12)原边的低压端通过绝缘电缆连接至轴端接地装置(3)，所述牵引变压器(12)将高压电降压后输送至牵引变流器(13)。
9.一种基于权利要求1至8任一项所述系统的轨道工程车辆传动方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)当采用接触网动力时，来自所述接触网线(2)的电能通过所述受电弓(AP)、高压电路(11)后输入至牵引变压器(12)，经所述牵引变压器(12)降压后为牵引变流器(13)供电，所述牵引变流器(13)将单相电压整流并逆变为三相交流电；所述牵引变流器(13)为驱动电机(14)供电，所述驱动电机(14)驱动分动箱(6)，所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，实现轨道工程车辆走行；所述牵引变流器(13)同时通过第一变压器(15)为动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电，并通过第二变压器(16)为物料车电机(10)供电；
B)当采用发动机动力时，发动机(5)通过离合器(4)驱动分动箱(6)，所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，实现轨道工程车辆走行；通过辅助发电机组(20)为所述动力车辅助负载(8)及作业车辅助负载(9)供电，通过发电机组(21)为所述物料车电机(10)供电。
10.根据权利要求9所述的轨道工程车辆传动方法，其特征在于：在所述步骤A)和步骤B)中，所述分动箱(6)驱动液压泵(7)，所述液压泵(7)为液压阀(22)提供压力油，压力油通过所述液压阀(22)后驱动液压马达(23)，所述液压马达(23)驱动齿轮箱(24)，所述齿轮箱(24)带动车轴(25)，实现轨道工程车辆走行。
11.根据权利要求10所述的轨道工程车辆传动方法，其特征在于：通过万向轴将所述驱动电机(14)与分动箱(6)的输入口A相连，并通过离合器(4)将所述分动箱(6)的输入口B与发动机(5)相连；当采用接触网动力时，所述发动机(5)通过离合器(4)与分动箱(6)的输入口B脱开，所述驱动电机(14)带动分动箱(6)旋转提供动力；当采用发动机动力时，所述发动机(5)通过离合器(4)及分动箱(6)的输入口B驱动分动箱(6)旋转以提供动力，所述驱动电机(14)的转子跟随旋转。
12.一种权利要求1至8任一项所述系统在轨道工程车辆中的应用，其特征在于，所述轨道工程车辆包括：依次相连的作业车(200)、动力车(100)及一节以上的物料车，所述接触网取电装置(1)设置于动力车(100)上，每节物料车均设置有独立的发电机组(21)。
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