CN113715852B - 动力分散式电机车装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提出动力分散式电机车装置，包括依次连接的电机车及多个渣土车，所述电机车上固定安装有主驱动电机，所述渣土车上固定安装有从驱动电机，其特征在于：所述从驱动电机的转矩小于所述主驱动电机的转矩，且所述从驱动电机配合所述主驱动电机使所述渣土车在钢轨上行走，以减小所述电机车的驱动功率及自重设置，本申请和现有技术相比所具有的优点是：通过从驱动电机的设置，使电机车的动力进行分散，减轻了电机车的轴重设置，降低了电机车的驱动功率和自重设置，增大了驱动车辆的最大粘重，不仅制造成本大大降低，而且将整车的爬坡能力从30‰提高到50‰，同时，整车的制动力也得到了分散，使整车在制动时的平稳性和可靠性得到提升。
Description
技术领域
本申请涉及建筑施工技术领域，尤其涉及一种动力分散式电机车装置。
背景技术
电机车及后配套系统是城市地铁隧道盾构施工时，向隧道外运出渣土和向隧道内运进砂浆、管片等其他物料的运输设备，整车的动力集中布置于1辆电机车上，在电机车的车轴上布置驱动电机，为整车提高牵引动力，后配套系统是由多辆渣土车、1-2辆砂浆车及2-4辆管片车组成，电机车牵引带动渣土车、砂浆车和管片车进行物料运输。
为了满足不同工况需求，为整车提供牵引动力的电机车需要在增加驱动动力的同时，增加电机车的自身粘重，以此避免车轮在钢轨上打滑，但此种方式会导致电机车自重过大，电机车的车轴轴重过大，车轮与钢轨的压力过大，对车轮和钢轨造成不可修复的影响。例如，现使用的85吨自重的电机车，其驱动力为217千牛，若想再加大牵引力，必将导致电机车重量更大，轴重更大，造成其制造成本更高，制动能力更差等诸多问题。
其中，整车制动上主要采用电制动、闸瓦制动，电制动是车辆行驶时常用的制动措施，在电机车处于下坡或减速运行时，其交流异步牵引电机处于一种发电的状态，其将电机车的动能转化成电能，例如传统85吨电机车集中动力驱动的结构，由于施工现场环境不可控的情况，整车在上坡加速或下坡制动时，可能会在轨道上存在油或水，降低了轮轨之间的摩擦系数，使车辆在上坡加速或下坡制动时也容易出现车轮与钢轨打滑的情况。
而且，由于传统85吨电机车受自身粘重的限制，电制动的电机反向制动扭矩只能与最大牵引扭矩一致，如出现超额扭矩制动会导致车轮与钢轨打滑的情况。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种动力分散式电机车装置。
为达到上述目的，本申请提出的动力分散式电机车装置，包括依次连接的一辆电机车及七辆渣土车，所述电机车上固定安装有主驱动电机，四辆所述渣土车上固定安装有从驱动电机，所述从驱动电机的转矩小于所述主驱动电机的转矩，且所述从驱动电机与所述主驱动电机的转矩之比为0.23:1，所述从驱动电机配合所述主驱动电机使所述渣土车在钢轨上行走，以减小所述电机车的驱动功率及自重设置；
动力分散式电机车装置还包括电气控制系统，所述电气控制系统、所述电气控制系统、所述主驱动电机及所述从驱动电机通过电机车变频器柜及渣土车变频器柜依次电连接，所述电气控制系统采用可编程控制器作为控制部件，所述可编程控制器通过PROFINET通讯将控制信号发送到所述电机车变频器柜中，所述电机车变频器柜控制所述主驱动电机的同时根据所述主驱动电机的转矩将相应的控制信号发送到所述渣土车变频器柜，所述渣土车变频器柜则控制所述从驱动电机；
动力分散式电机车装置还包括两辆砂浆车及四辆管片车，七辆所述渣土车、两辆所述砂浆车及四辆所述管片车依次连接，所述砂浆车与所述电气控制系统电连接，通过所述电气控制系统控制所述砂浆车上的电气部件，其中，所述主驱动电机的功率为160kW，所述从驱动电机的功率设置为37kW；
所述渣土车的转向架架体上固定安装有空气制动装置，所述空气制动装置与所述电气控制系统电连接，其制动端与所述轮对使用配合，所述空气制动装置制动时为反向扭矩超额定扭矩进行制动；
动力分散式电机车装置还包括锂电池工作组，所述锂电池工作组分别与所述电气控制系统、所述电机车变频器柜及所述渣土车变频器柜电连接，所述渣土车上配置三通分线盒，所述分线盒一进二出，且所述分线盒出线处设置加强电缆尾夹。
所述渣土车的转向架包括两组轮对，所述从驱动电机固定安装在所述渣土车的转向架架体上，且其与一组所述轮对传动连接。
所述从驱动电机通过渣土车齿轮箱与所述轮对传动连接。
采用上述技术方案后，本申请和现有技术相比所具有的优点是：通过从驱动电机的设置，使电机车的动力进行分散，减轻了电机车的轴重设置，降低了电机车的驱动功率和自重设置，增大了驱动车辆的最大粘重，不仅制造成本大大降低，而且将整车的爬坡能力从30‰提高到50‰，同时，整车的制动力也得到了分散，使整车在制动时的平稳性和可靠性得到提升。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的动力分散式电机车装置的结构示意图；
图2是本申请一实施例提出的动力分散式电机车装置中电机车的结构示意图；
图3是本申请一实施例提出的动力分散式电机车装置中渣土车的结构示意图；
图4是图3的左视剖面图；
图5是本申请一实施例提出的动力分散式电机车装置中主驱动电机功率为110kW时的电气示意图。
其中，kW为功率单位千瓦；
如图所示：1、电机车，2、渣土车，3、主驱动电机，4、从驱动电机，5、钢轨，6、电气控制系统，8、电机车变频器柜，9、渣土车变频器柜，10、锂电池工作组，11、渣土车齿轮箱，12、空气制动装置，13、砂浆车，14、管片车。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
如图1所示，本申请实施例提出一种动力分散式电机车装置，包括依次连接的电机车1及多个渣土车2。
如图2所示，电机车1的车体的前后端底部均通过螺栓固定安装有转向架，转向架的架体上通过轴箱转动安装有两组轮对，轮对的车轮滚动安装在钢轨5上，由此使电机车1能够在钢轨5上行走。
电机车1的转向架架体上通过螺栓固定安装有电机车齿轮箱，电机车齿轮箱的输入端上通过螺栓固定安装有主驱动电机3，从而使主驱动电机3固定安装在电机车1上，且主驱动电机3采用三相异步交流变频电机，同时，电机车齿轮箱的输入端固定套接在主驱动电机3的输出轴上，其输出端固定套接在电机车1的轮对车轴上，由此，主驱动电机3驱动电机车1的轮对转动，使电机车1在钢轨5上行走，以实现对多个渣土车2的牵引。
如图3及图4所示，渣土车2的底盘上通过卡接方式安装有渣斗，其底部通过螺栓固定安装有转向架，转向架的架体上通过轴箱转动安装有两组轮对，轮对的车轮滚动安装在钢轨5上，由此使渣土车2能够在钢轨5上行走。
渣土车2的底盘两端均固定安装有连接臂，连接臂上固定安装有连接座，通过连接座，便于渣土车2之间以及渣土车2与电机车1之间能够快速且稳定的连接。
至少一个渣土车2上固定安装有从驱动电机4，设置从驱动电机4的渣土车2数量应根据渣土车2、砂浆车13及管片车14的数量进行确定，在实现动力分散的同时避免能源的浪费。
其中，需设置从驱动电机4的渣土车2，其转向架架体上通过螺栓固定安装有渣土车齿轮箱11，渣土车齿轮箱11的输入端上通过螺栓固定安装有从驱动电机4，从而使从驱动电机4固定安装在该渣土车2的转向架架体上，且从驱动电机4也采用异步电机，同时，渣土车齿轮箱11的输入端固定套接在主驱动电机3的输出轴上，其输出端固定套接在渣土车2的轮对车轴上，从驱动电机4通过渣土车齿轮箱11与轮对传动连接，其为渣土车2的轮对提供驱动力，并配合主驱动电机3形成“一主多从”的动力模式，使渣土车2在钢轨5上行走。
由此，通过从驱动电机4的设置，使电机车1的动力进行分散，减轻了电机车1的轴重设置，降低了电机车1的驱动功率和自重设置，增大了驱动车辆的最大粘重，不仅制造成本大大降低，而且将整车的爬坡能力从30‰提高到50‰，同时，整车的制动力也得到了分散，使整车在制动时的平稳性和可靠性得到提升。
其中，渣土车2的转向架包括两组轮对，从驱动电机4与一组轮对传动连接，以使从驱动电机4在驱动渣土车2转向架的一组轮对时即能够满足渣土车2的行走。
如图2、图3及图4所示，动力分散式电机车装置还包括电气控制系统6，电气控制系统6安装在电机车1车体上的操作工作台上，其通过电机车变频器柜8与主驱动电机3电连接，电机车变频器柜8通过渣土车变频器柜9与从驱动电机4电连接，电气控制系统6采用可编程控制器作为核心控制部件，通过操作台钥匙启动开关、主令控制器、多个功能控制按键等外部输入部件向可编程控制器发送控制指令，可编程控制器通过PROFINET通讯将控制信号发送到电机车变频器柜8中，电机车变频器柜8控制主驱动电机3的同时根据主驱动电机3的转矩将相应的控制信号发送到渣土车变频器柜9，渣土车变频器柜9则控制从驱动电机4，[1]从而在主驱动电机3与从驱动电机4合理分配转矩的同时实现整车的前进、后退、加减速等功能。
动力分散式电机车装置还包括锂电池工作组10，锂电池工作组10固定安装在电机车1的车体上，其分别与电气控制系统6、电机车变频器柜8及渣土车变频器柜9电连接，锂电池工作组10用于电机车1及渣土车2上的供电，其安装时，渣土车2上配置三通分线盒，一进二出，且在分线盒出线处，设置加强电缆尾夹。
其中，电机车变频器柜8通过螺栓固定安装在电机车1的车体上，渣土车变频器柜9通过螺栓固定安装在渣土车2的转向架架体上，电机车变频器柜8及渣土车变频器柜9内均包括直流断路器、接触器、热继电器、直流开关电源、变频器、通讯电缆等电气部件，其将锂电池工作组10输出的直流电源转换成电压和频率同时可调的三相交流电，以供主驱动电机3及从驱动电机4使用。
渣土车2的转向架架体上固定安装有空气制动装置12，空气制动装置12与电气控制系统6电连接，锂电池工作组10为空气制动装置12供电，空气制动装置12的制动端与轮对使用配合，通过电气控制系统6使空气制动装置12的制动缸活塞杆动作，以实现渣土车2的车轮制动及释放。
如图1所示，动力分散式电机车装置还包括多个砂浆车13及多个管片车14，多个渣土车2、多个砂浆车13及多个管片车14通过连接座依次连接，以在渣土车2行走时，带动砂浆车13及管片车14行走。
其中，砂浆车与电气控制系统6及锂电池工作组10电连接，锂电池工作组10为砂浆车13上的各电气部件供电，通过电气控制系统6向砂浆车13上的各电气部件发送控制信号，以控制砂浆车13的搅料、放料等动作。
由于渣土车2空车时相对于电机车1重量较小，其行走所需的驱动转矩相对电机车1的驱动转矩也较小，因此，需使从驱动电机4的转矩小于主驱动电机3的转矩，以避免渣土车2为空车时其轮对的车轮相对钢轨5打滑，从而降低能耗的同时减小车轮与钢轨之间的磨损。
其中，由于渣土车2空车的重量在12吨左右，因此，从驱动电机4与主驱动电机3的转矩之比为0.04-0.23:1，并且进一步的，从驱动电机4与主驱动电机3的转矩之比为0.23:1。
在实际使用时，以一辆电机车1牵引7辆渣土车2、2辆砂浆车13及4辆管片车14为例，其中，4辆渣土车2上设置从驱动电机，如图5所示，主驱动电机3的功率为160kW，则从驱动电机4的功率设置为37kW，且主驱动电机3采用森兰高性能矢量控制变频器Hope800G160T4拖动，该变频器的额定容量为200kVA，额定输出电流为304A，从驱动电机4采用森兰变频器Hope800G37拖动，该变频器的额定容量为49kVA，额定输出电流为75A。
在相同的作业环境下，相比传统的45吨、55吨、65吨及85吨的电机车，本申请中电机车1的驱动总功率为传统电机车的二分之一，电机车1的自重降低为25-30吨左右，约为传统电机车自重的二分之一，且取消了传统电机车为了加重而增加的配重；
整车的牵引力进行分散，在爬坡起步的情况下，利用渣土车2自身重量大的优势，避免出现牵引打滑，提高了车辆的爬坡能力和安全性；
相较于传统电机车，本申请中电机车1的自重能够降低二分之一，制造成本大大降低，电机车轮对11的车轴轴重能够降低二分之一，减少了车轮与钢轨5之间的磨损，延长了车轮及钢轨5的使用寿命。
同时，整车的制动力进行分散，使整车在制动时，提高了制动的平稳性和可靠性。
其中，在整车下坡制动的情况下，利用渣土车自身重量大的优势，避免了车辆制动打滑，提高了车辆的制动能力和安全性；
利用渣土车数量多、自重大的优势，使得整车粘重远远大于传统电机车粘重，因此，利用整车制动时间短，通过提高电机制动扭矩，避免了车辆制动打滑的情况，缩短了车辆的制动时间和制动距离，提高了车辆安全性；
在电机回收能量制动时使整车的前后轴上合理分配制动力，避免车辆的车轮与钢轨打滑的现象，以此提升电制动效果，增强电制动稳定性；
动力和制动点进行分散布置，制动不受电机车粘重影响，可将电制动反向扭矩设置为小范围超额定扭矩进行制动，由于制动时间一般较为短，小范围超额扭矩制动不会对电机和变频器等电气元件造成影响，以此来提升制动能力；
由于不需要电机车增加粘重以此避免车轮打滑的要求，降低了电机车自重，降低了制造成本，减少对车轮和钢轨的磨损。
需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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申请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、材料或者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。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (3)
1.动力分散式电机车装置，其特征在于：包括依次连接的一辆电机车（1）及七辆渣土车（2），所述电机车（1）上固定安装有主驱动电机（3），四辆所述渣土车（2）上固定安装有从驱动电机（4），所述从驱动电机（4）的转矩小于所述主驱动电机（3）的转矩，且所述从驱动电机（4）与所述主驱动电机（3）的转矩之比为0.23:1，所述从驱动电机（4）配合所述主驱动电机（3）使所述渣土车（2）在钢轨（5）上行走，以减小所述电机车（1）的驱动功率及自重设置；
动力分散式电机车装置还包括电气控制系统（6），所述电气控制系统（6）、所述电气控制系统（6）、所述主驱动电机（3）及所述从驱动电机（4）通过电机车变频器柜（8）及渣土车变频器柜（9）依次电连接，所述电气控制系统（6）采用可编程控制器作为控制部件，所述可编程控制器通过PROFINET通讯将控制信号发送到所述电机车变频器柜（8）中，所述电机车变频器柜（8）控制所述主驱动电机（3）的同时根据所述主驱动电机（3）的转矩将相应的控制信号发送到所述渣土车变频器柜（9），所述渣土车变频器柜（9）则控制所述从驱动电机（4）；
动力分散式电机车装置还包括两辆砂浆车（13）及四辆管片车（14），七辆所述渣土车（2）、两辆所述砂浆车（13）及四辆所述管片车（14）依次连接，所述砂浆车（13）与所述电气控制系统（6）电连接，通过所述电气控制系统（6）控制所述砂浆车（13）上的电气部件，其中，所述主驱动电机（3）的功率为160kW，所述从驱动电机（4）的功率设置为37kW；
所述渣土车（2）的转向架架体上固定安装有空气制动装置（12），所述空气制动装置（12）与所述电气控制系统（6）电连接，其制动端与轮对使用配合，所述空气制动装置（12）制动时为反向扭矩超额定扭矩进行制动；
动力分散式电机车装置还包括锂电池工作组（10），所述锂电池工作组（10）分别与所述电气控制系统（6）、所述电机车变频器柜（8）及所述渣土车变频器柜（9）电连接，所述渣土车（2）上配置三通分线盒，所述分线盒一进二出，且所述分线盒出线处设置加强电缆尾夹。
2.根据权利要求1所述的动力分散式电机车装置，其特征在于：所述渣土车（2）的转向架包括两组轮对，所述从驱动电机（4）固定安装在所述渣土车（2）的转向架架体上，且其与一组所述轮对传动连接。
3.根据权利要求2所述的动力分散式电机车装置，其特征在于：所述从驱动电机（4）通过渣土车齿轮箱（11）与所述轮对传动连接。
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