CN114056355B - 捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统及捣固稳定车 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统及捣固稳定车。电驱全列驱动系统包括双动力源，用于为所述捣固稳定车提供电能；多个驱动电机，分别安装在捣固稳定车的各个车轴处和捣固稳定车的作业系统前端传动轴处；牵引变流装置，用于将所述双动力源提供的电能根据高速自运行及作业两种不同的工况分别匹配动力传递模式，将动力传递至各个驱动电机使得所述捣固稳定车走行及作业。捣固稳定车包括上述电驱动力全列驱动系统。这种传动系统排放污染小、更加绿色环保，应用场景多元，动力强劲，不受高原高寒等环境限制。

Description

捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统及捣固稳定车

技术领域

本申请涉及铁路工程机械技术领域，更具体地说，涉及一种捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统及捣固稳定车。

背景技术

新建铁路线路和既有线路的维护中现在已经广泛使用超平起拨道捣固车，该车可对轨道进行拨道，起道抄平，石碴捣固，床肩夯实等作业，可以保证铁路线路满足设计标准或线路维护规则要求，提高道床石碴密实度，增加轨道稳定性，保证列车安全运行。目前我国引进或自行生产的捣固车均是以内燃机作为动力源进行工作的。我国铁路总里程逐年增加，铁路电气化率也在逐年上升。截至2014年底铁路营业总里程超过11万km,电气化率达到50％以上。新建和己有线路维护需要大量捣固车。

由于捣固车作业速度缓慢，作业时产生大量粉尘，存在效率低、长隧道中连续作业困难、污染环境、工作量大、维修复杂、存在火灾隐患等缺陷，燃油消耗量大，经济性差等缺点。而我国现在大力推进铁路电气化，将有越来越多的线路实现电气化运营。

原本传统的捣固稳定车基于应用场景和技术储备条件，动力传动系统一直采用内燃驱动模式，主流为内燃液力机械驱动、内燃静液压驱动等，具有速度控制精度高，极低恒速作业状态稳定、机动性强、受线路条件限制较小的特点。

但是随着铁路线路电气化运营的推进，液力机械、静液压驱动模式也暴露出了许多问题：环境污染较大，能源消耗高，泄露风险高，易引发安全隐患，维护使用不够简便，高原、长大坡道应用受困于功率发挥受限、黏着等问题，内燃机组的使用存在较多问题。近几年主机厂和各科研单位也开展了针对铁路养路机械领域的新型动力传动方式的探索，发展方向主要集中于电力驱动如弓网取电、蓄电池供电等，为保证系统应急冗余和应用场景更广泛，大多都选择配合使用柴油发电机组，后续环节有电驱、静液压等模式。其中，随着基础建设的推进，弓网取电因为其清洁高效，结构紧凑而得到了广泛的应用，但是，由于铁路工程机械主要是以低速作业为主，如果只采用电力驱动，车辆进入分相区、非电气化铁路或者接触网停电时将无法使用。

因此近年来，针对大型铁路机械，业内开始探索双动力混合驱动技术。目前铁路市场已有的双动力或混合动力方案主要集中于铁路混合动力机车、混合动力动车组，铁路养路机械领域双动力主要推出隧道双动力作业车、打磨车、轨道综合巡检车、接触网作业车等，其中部分车型提出的双动力涉及到以柴油发电机组和蓄电池为动力源的双动力，其余大部车型提出的双动力与技术方案提出的双动力概念不同，技术方案为两种不同的动力源，而现有部分专利提出的双动力仅为两套驱动系统或两套相同动力源。故结合以上研究，在铁路养路机械市场，双动力传动(混合动力)的研究还处于开始阶段，尤其是针对捣固等基础车型研究还较为欠缺。

本申请将以现有捣固稳定车为依托，给出适应于捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统对应解决方案，后续也可对其余车型有借鉴应用意义。

发明内容

本申请提供了一种捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统及捣固稳定车，以解决传统的捣固车在隧道密闭环境、长大坡道、高原缺氧环境容易出现的污染大、动力不足的技术问题，以及在电气化基础建设不足或者断电工况下出现的无法作业等技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其包括：

双动力源，用于为所述捣固稳定车提供电能；

多个驱动电机，分别安装在捣固稳定车的各个车轴处和捣固稳定车的作业系统前端传动轴处；

牵引变流装置，用于将所述双动力源提供的电能根据高速自运行及作业两种不同的工况分别匹配动力传递模式，并将动力传递至对应驱动电机使得所述捣固稳定车走行及作业。

更进一步地，所述捣固稳定车包括捣固车、卫星小车和稳定车，所述驱动电机包括：

稳定车牵引电机，用于带动捣固稳定车高速走行，安装在每个稳定车车轴处；

捣固车牵引电机，用于在捣固稳定车作业时带动所述捣固稳定车低速走行；安装在每个捣固车车轴处；

卫星小车牵引电机，用于在捣固稳定车作业时带动所述卫星小车低速走行；安装在每个卫星小车车轴处。

更进一步地，所述驱动电机还包括作业系统驱动电机，用于在捣固稳定车作业时带动作业系统，为各工作装置提供动力源。所述的工作装置包括捣固装置、稳定装置、起拨道装置、道床清扫装置等。

更进一步地，所述双动力源包括弓网取电装置和车载发电机组，所述弓网取电装置、所述车载发电机组和所述牵引变流装置设置在捣固稳定车的稳定车上。

更进一步地，所述牵引变流装置包括整流器和主逆变器，用于：

在捣固稳定车高速走行时，为稳定车牵引电机供电；

在捣固稳定车作业时，为捣固车牵引电机、卫星小车牵引电机和作业系统电机供电；

其中，所述整流器和主逆变器设置在捣固稳定车的稳定车上。

更进一步地，所述牵引变流装置还包括：

辅助逆变器，用于将整流器输出的直流电转化交流电且输出，为捣固稳定车的辅助用电系统供电；

其中，所述辅助逆变器设置在捣固稳定车的稳定车上。

采用上述电驱动力全列驱动系统的捣固稳定车，还包括作业系统，用于在捣固稳定车的工作状态实现各项作业功能。所述作业功能包括捣固作业、稳定作业、起拨道作业、道床清扫作业等功能。

优选地，稳定车车轴上还安装有稳定车齿轮箱，稳定车牵引电机与稳定车齿轮箱相连接，驱动稳定车轴转动；

捣固车车轴上还安装有捣固车齿轮箱，捣固车牵引电机与捣固车车轴相连接，驱动捣固车车轴转动；

卫星小车车轴上还安装有捣固车齿轮箱，卫星小车牵引电机与捣固车车轴相连接，驱动卫星小车车轴转动。

优选地，所述作业系统还包括泵驱动齿轮箱、由液压泵组成的泵组以及工作装置，所述作业系统驱动电机通过作业系统的驱动轴驱动泵驱动齿轮箱，泵驱动齿轮箱带动泵组，组成泵组的各液压泵分别驱动安装在不同工作装置的马达，从而驱动作业系统的各工作装置进行作业。

本申请实施例由于采用以上技术方案，具有以下技术效果：整车高速牵引与作业牵引分开，高速牵引由稳定车四轴驱动实现，作业牵引时捣固车恒低速运行由捣固车四轴驱动实现，卫星小车两轴驱动小车实现步进式运行，高低速牵引功能分区更明确，有利于控制，车轴齿轮箱应用也更合理可靠。

排放污染小、更加绿色环保，应用场景更多元，在电气化区间可使用接触网供电作业，动力强劲、污染低，对于未来可能应用的川藏线等线路，能更好适应隧道密闭环境、长大坡道、高原缺氧环境，应对这些工况发动机可能出现的降工、排放污染大、动力发挥不足等问题；而柴油发电机组，可在线路区段末端无电区、线路建设前期无电工况、弓网供取电系统故障或分相区作业时作为备用，保证车辆各运行机能正常，提高动力系统冗余性。

此外，整车动力系统的布局方式也更加合理，液压系统做分区隔离，整车动力传递主要通过电缆进行，在动力链末端并入液压系统，总体效率更高、污染更小。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的电驱动力全列驱动系统方案布局示意图

图2为本申请的电驱动力全列驱动系统动力传递路线框图

图3为本申请的高速自运行动力传递路线示意图

附图标记：

11-受电弓12-主变压器13-柴油发电机组21-牵引变流装置22-辅助逆变器24-稳定车牵引电机25-捣固车牵引电机26-卫星小车牵引电机27-作业系统驱动电机31-捣固车车轴32-卫星小车车轴33-稳定车车轴34-捣固车齿轮箱35-卫星小车齿轮箱36-稳定车齿轮箱37-泵驱动齿轮箱38-泵组

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至3所示的适用于捣固稳定车的捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，包括受电弓11、主变压器12以及柴油发电机组13构成的双动力源、牵引变流装置21、捣固车、嵌入捣固车车架的卫星小车、稳定车以及作业系统。其中捣固车为前车，卫星小车在不工作状态下与捣固车车锁定，稳定车为后车。主变压器12通过电缆连接受电弓11，牵引变流装置21通过分别连接主变压器12和柴油发电机组13，对主变压器12或柴油发电机组13送来的交流电进行整流-滤波-逆变为可供系统使用的交流电通过电缆分别送到捣固车牵引电机25、稳定车牵引电机24、卫星小车牵引电机26和作业系统驱动电机27，由各电机将电能转变为机械能或液压能。在非工作的高速走行状态下，稳定车牵引电机24通过稳定车齿轮箱36驱动4根稳定车车轴33旋转，带动稳定车在铁轨上高速走行，此时捣固车牵引电机25及卫星小车牵引电机26不运行，稳定车通过连接构件与捣固车架相连接，由于稳定车是后车，其运动可以推动捣固车架在同步在铁轨上运动，同时由于卫星小车在不需要作业的时候与捣固车架锁定，所以，此时可以跟随捣固车一起运动。

在作业状态时，卫星小车与捣固车解锁，可自由移动，稳定车牵引电机24停止运行，捣固车牵引电机25通过捣固车齿轮箱34驱动捣固车车轴31低速旋转，驱动捣固车带动稳定车低速前进，卫星小车牵引电机通过卫星小车齿轮箱35带动卫星小车进行步进式运行；作业系统驱动电机27通过作业系统前端传动轴驱动泵驱动齿轮箱37，泵驱动齿轮箱带动泵组38，组成泵组的各液压泵分别驱动安装在不同工作装置的马达，从而驱动作业系统的各工作装置进行作业。作业时，操作人员可以通过控制系统分别控制捣固车牵引电机25以及卫星小车牵引电机26的运行状态。在处于作业状态时，稳定车牵引电机24停止工作。

其中，牵引变流装置21包括整流器和主逆变器，整流器用于将动力源的高压交流电转化成高压直流电并输出，主逆变器用于经高压直流电转换成高压交流电并输出并且在捣固稳定车高速走行时，为稳定车牵引电机供电；在捣固稳定车作业时，为捣固车牵引电机、卫星小车牵引电机和作业系统电机供电。

此外，牵引变流装置21中间直流环节处理后的直流电还送被到辅助逆变器22，经由辅助逆变器22处理后通过电缆送到辅助用电系统，提供整车照明、控制系统、插座、空调等生活用电。

上述主逆变器为两套，其中一套输出电压为1000V以上高压交流电到各牵引电机，另一套输送电压为380V的交流电到各作业电机。

上述电驱动力全列驱动系统有两条动力传输路线，分别对应高速自运行状态及整车作业工况状态。

在高速走行状态下，动力传递路线如图3所示：柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21→稳定车牵引电机24(4个)→稳定车齿轮箱36，此状态下卫星小车与捣固车架锁定，随捣固车架由稳定车推动在轨道上高速自运行，同时辅助供电路线为：柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21中间直流环节→辅助逆变器→辅助用电系统。

在作业工况状态下，动力传递路线如图1所示，分为4条子路线：

1.柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21→捣固车牵引电机25(4个)→捣固车齿轮箱34

2.柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21→卫星小车牵引电机(2个)→卫星小车车轴齿轮箱35

3.柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21→作业系统驱动电机27→泵驱动齿轮箱37→泵组38→作业系统

4.柴油发电机组或弓网取电装置→牵引变流装置21中间直流环节→辅助逆变器22→辅助用电系统。

实施例二

具体实施例二为应用上述电驱动力全列驱动系统的捣固稳定车，除了上述电驱动力全列驱动系统外，还包括用于在捣固稳定车的工作状态时进行捣固作业的作业系统。

实施中，稳定车车轴上还安装有稳定车齿轮箱36，稳定车牵引电机24与稳定车齿轮箱36相连接，驱动稳定车轴33转动；

捣固车车轴上还安装有捣固车齿轮箱34，捣固车牵引电机25与捣固车齿轮箱34相连接，驱动捣固车车轴31转动；

卫星小车车轴上还安装有卫星小车齿轮箱35，卫星小车牵引电机26与卫星小车齿轮箱35相连接，驱动卫星小车车轴32转动。

实施中，所述作业系统还包括泵驱动齿轮箱37、由液压泵组成的泵组38以及工作装置，所述作业系统驱动电机通过作业系统的驱动轴驱动泵驱动齿轮箱，泵驱动齿轮箱带动泵组，组成泵组的各液压泵分别驱动安装在不同工作装置的马达，从而驱动作业系统的各工作装置进行作业。

在本申请及其实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“高度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其特征在于，包括：

双动力源，用于为所述捣固稳定车提供电能；

多个驱动电机，分别安装在捣固稳定车全列的各个车轴处和捣固稳定车作业系统的前端传动轴处；

牵引变流装置，用于将所述双动力源提供的电能根据高速自运行及作业两种不同的工况分别匹配动力传递模式，并将动力传递至对应驱动电机使得所述捣固稳定车走行及作业；

所述捣固稳定车包括捣固车、卫星小车和稳定车，所述驱动电机包括：

稳定车牵引电机，用于带动捣固稳定车高速走行，安装在每个稳定车车轴处；

捣固车牵引电机，用于在捣固稳定车作业时带动所述捣固稳定车低速走行；安装在每个捣固车车轴处；

卫星小车牵引电机，用于在捣固稳定车作业时带动所述卫星小车低速走行；安装在每个卫星小车车轴处。

2.根据权利要求1所述的捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其特征在于，所述驱动电机还包括作业系统驱动电机，用于在捣固稳定车作业时带动作业系统，为各工作装置提供动力源。

3.根据权利要求1所述的捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其特征在于，所述双动力源包括弓网取电装置和车载发电机组，所述弓网取电装置、所述车载发电机组和所述牵引变流装置设置在捣固稳定车的稳定车上。

4.根据权利要求2所述的捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其特征在于，所述牵引变流装置包括整流器和主逆变器，用于：

在捣固稳定车高速走行时，为稳定车4个牵引电机供电；

在捣固稳定车作业时，为捣固车4个牵引电机、卫星小车2个牵引电机和作业系统电机供电；

其中，所述整流器和主逆变器设置在捣固稳定车的稳定车上。

5.根据权利要求4所述的捣固稳定车的电驱动力全列驱动系统，其特征在于，所述牵引变流装置还包括：

辅助逆变器，用于将整流器输出的直流电转化交流电且输出，为捣固稳定车的辅助用电系统供电；

其中，所述辅助逆变器设置在捣固稳定车的稳定车上。

6.一种捣固稳定车，其特征在于，包括：

权利要求1至5任一所述的电驱动力全列驱动系统；

作业系统，用于在捣固稳定车的作业工况时实现各项作业功能。

7.根据权利要求6所述的捣固稳定车，其特征在于，

稳定车车轴上还安装有稳定车齿轮箱，稳定车牵引电机与稳定车齿轮箱相连接，驱动稳定车轴转动；

捣固车车轴上还安装有捣固车齿轮箱，捣固车牵引电机与捣固车车轴齿轮箱相连接，驱动捣固车车轴转动；

卫星小车车轴上还安装有卫星小车齿轮箱，卫星小车牵引电机与卫星小车车轴齿轮箱相连接，驱动卫星小车车轴转动。

8.根据权利要求6所述的捣固稳定车，其特征在于，所述作业系统还包括泵驱动齿轮箱、由液压泵组成的泵组以及工作装置，作业系统驱动电机通过传动轴驱动泵驱动齿轮箱，泵驱动齿轮箱带动泵组，组成泵组的各液压泵分别驱动安装在不同工作装置的马达，从而驱动作业系统的各工作装置进行作业。

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