CN114347839A - 一种吊装式机车换电站及换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吊装式机车换电站，包括：行车轨道，用于机车的行走和停留；电池放置区，设置于行车轨道的侧方；包括至少一个置换电池箱，用于替换机车的待换电池箱；换电设备，设置于电池放置区和行车轨道上方，用于取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，并抓取置换电池箱转移至机车中。该吊装式机车换电站利用换电设备取下机车中亏电的待换电池箱，将换电站中预存的置换电池箱替换至机车中，实现机车的快速换电；设置换电站的基本建设投资和维护费用较低，适用范围广；该吊装式机车换电站可广泛用于现有机车车站的能源升级改造。本发明还公开了一种基于吊装式机车换电站的换电方法。本发明公开了一种吊装式机车换电方法。

Description

一种吊装式机车换电站及换电方法

技术领域

本发明涉及新能源设备技术领域，具体涉及一种吊装式机车换电站及换电方法。

背景技术

机车是牵引或推送铁路车辆运行，而本身不装载营业载荷的自推进车辆。现有技术中的电力机车的电传输方式为：外部电站输给沿铁路的变电所，再经轨道上方的接触网或铺设于轨道一侧的第三轨供给电能的机车。每隔一定距离设置变电所、铺设接触网或第三轨的基本建设投资和维护费用较高。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种吊装式机车换电站，电池放置于设置于行车轨道的侧方，换电设备可实现机车动力电池的快速更换，减少变电所、接触网等基础建设投资和维护成本。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种吊装式机车换电站，包括：

行车轨道，用于机车的行走和停留；

电池放置区，设置于所述行车轨道的侧方；包括至少一个置换电池箱，用于替换机车的待换电池箱；

换电设备，设置于所述电池放置区和行车轨道上方，用于取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，并抓取所述置换电池箱转移至机车中。

优选的技术方案为，所述电池放置区设置于所述行车轨道的一侧方或两侧方，所述电池放置区的电池箱放置位沿所述行车轨道的延伸方向依次排列。

优选的技术方案为，所述换电设备包括：

吊装架，至少包括沿所述行车轨道至电池放置区方向延伸的第一导轨；

移动架，与所述吊装架连接，并沿第一导轨的延伸方向运动；

抓取机构，用于抓取待换电池箱和置换电池箱，通过升降机构与所述移动架连接。

优选的技术方案为，所述吊装架还包括：

第二导轨，与所述行车轨道的延伸方向一致；

所述第一导轨固定设置，所述第二导轨与所述第一导轨连接并沿所述第一导轨运动，所述移动架与所述第二导轨连接并沿第二导轨运动；

或者第二导轨固定设置，所述第一导轨与所述第二导轨连接并沿所述第二导轨运动，所述移动架与所述第一导轨连接并沿第一导轨运动。

优选的技术方案为，所述电池箱放置区设置有电池箱托架，所述电池箱托架设置有电连接器，所述电连接器与充电机连接。

优选的技术方案为，还包括：

应急轨道，设置于所述行车轨道和/或电池放置区的侧方，具有行车轨道近端和行车轨道远端；

应急小车，沿所述应急轨道运动，用于承载机车和/或所述电池放置区的目标电池箱并输送至行车轨道远端；

所述换电设备设置于所述应急轨道的上方，用于取下机车或者电池放置区的目标电池箱转移至应急小车。

优选的技术方案为，还包括站顶遮挡件，所述换电设备和电池放置区设置于所述站顶遮挡件的下方，所述站顶遮挡件设置有容纳所述行车轨道穿设和机车穿行的开口。

优选的技术方案为，所述电池放置区还包括至少一个空置的电池箱放置位，所述换电设备用于取下机车的待换电池箱至空置的所述电池箱放置位。

优选的技术方案为，所述应急小车包括托板、与托板固定连接的驱动电机、与所述应急轨道延伸方向一致的第一传动件，所述驱动电机的输出端通过第二传动件与所述第一传动件配合连接。

优选的技术方案为，所述抓取机构包括：

主体支架，与所述升降机构连接；

抓取件，具有与电池箱挂接的第一工位和与电池箱相脱离的第二工位，包括相对的夹持件或者与电池箱顶部支架相挂接的旋转件；

抓取驱动件，驱动所述抓取件第一工位和第二工位的切换。

本发明的目的之二在于提供一种吊装式机车换电方法，基于上述的吊装式机车换电站，包括以下步骤：

机车停靠于行车轨道的停留位置；

换电设备将机车的待换电池箱取下，放置于机车和行车轨道外；然后将置换电池箱从电池放置区转移至机车中。

进一步的，换电方法还包括：换电设备将机车和/或电池放置区的目标电池箱取下，转入应急小车。更进一步的，还包括载有目标电池箱的应急小车运动至行车轨道远端。目标电池箱为待维修的电池箱或者异常电池箱。

本发明的优点和有益效果在于：

该吊装式机车换电站利用换电设备取下机车中亏电的待换电池箱，将换电站中预存的置换电池箱替换至机车中，实现机车的快速换电；

设置换电站的基本建设投资和维护费用较低，适用范围广；

该吊装式机车换电站可广泛用于现有机车车站的能源升级改造。

附图说明

图1是实施例吊装式机车换电站的立体结构示意图；

图2是另一实施例中换电设备的立体结构示意图；

图3是另一实施例中抓取机构的立体结构示意图；

图4是另一实施例吊装式机车换电站的立体结构示意图；

图5是另一实施例中电池箱托架的结构示意图；

图6是另一实施例中应急轨道和应急小车的结构示意图；

图7是另一实施例中移动架的结构示意图；

图中：1、行车轨道；2、电池放置区；21、电池箱托架；22、电连接器；23、充电机；

3、换电设备；31、第一导轨；32、第一运动件；33、第二导轨；34、移动架；35、抓取机构；351、主体支架；352、抓取件；353、气缸；354、第一导向件；355、第二导向件；36、升降机构；361、轮座；362、吊轮；363、吊索收卷辊；364、升降电机；365、抱刹组件；366、导向套；

4、置换电池箱；5、应急轨道；5a、行车轨道近端；5b、行车轨道远端；51、限位件；6、应急小车；61、托板；62、驱动电机；63、齿条；7、站顶遮挡件；71、第一开口；72、第二开口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指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。

需要说明的是，在本申请的描述中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

可选的，电池放置区设置于行车轨道的一侧或者两侧，两侧设置的结构换电站占地面积更大，机车上的电池箱呈沿机车车长方向的一列排列时，两侧同时换电，或者采取一侧换下待换电池、另一侧安装置换电池的配合作业，换电效率更高；而相对的，行车轨道一侧设置电池放置区，换电站结构紧凑，控制简单。

换电设备

换电设备将取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，待转电池箱转入电池放置区，也可转移至电池放置区外，优选为转入电池放置区。机车和电池放置区均设置有锁接机构，锁接机构用于锁接电池箱。

换电设备根据机车上电池箱的数量、电池放置区的置换电池箱位置和数量确定，包括但不限于：

1、第一导轨跨设于电池放置区和行车轨道上方，机车上的待换电池箱和电池放置区的置换电池箱位于轨道正下方，则移动架和抓取机构仅沿第一导轨运动；

2、第一导轨跨设与电池放置区和行车轨道上方，第二导轨与行车轨道延伸方向一致，则移动架和抓取机构仅沿第一导轨和第二导轨运动。第一导轨位置固定，第二导轨沿第一导轨运动，移动架与第二导轨连接并配合运动；第二导轨位置固定，第一导轨沿第二导轨运动，移动架与第一导轨连接并配合运动。以上结构能实现移动架在XY平面内两个方向的移动。

第一导轨与形成轨道相垂直，或者夹有锐角和钝角夹角，进一步的，第一导轨和第二导轨均为直线导轨，第一导轨的延伸方向与行车轨道的延伸方向相垂直，移动架的运动路径最短，确保换电效率。

应急轨道和应急小车

在行车轨道侧方设置应急轨道和应急小车，可充分利用现有的换电设备，将异常电池箱（通过检测电池箱内电池包的温度、烟雾、电压、电流等参数对比标准阈值获得，或者在检测基础上增加人工判断）带离机车、电池放置区或者与行车导轨相邻的位置，降低因异常电池箱起火、爆炸导致的其他电池箱、机车端设备或者行车轨道的受损程度。通过检测获得需要设备维护、更换元器件的待维修电池箱，将待维修电池箱转入应急小车，或者转移至行车轨道远端，可确保电池箱维护不影响正常的换电作业，同时保障电池箱维护人员的作业安全。

导轨与沿导轨运动的运动件组合结构（包括应急轨道和应急小车，运动件为应急小车）中，运动件的驱动机构包括但不限于以下结构：运动件通过滚轮与导轨滚动配合，成对导轨之间或者导轨的侧方设置有与其延伸方向一致的齿条、链条等第一传动件，运动件固定设置电机，电机的输出端通过齿轮、链轮等第二传动件与第一传动件传动连接；或者电机的输出端与主动滚轮连接，其他从动滚轮随主动轮转动，使运动件实现位移。

实施例

如图1所示，在一实施例中，吊装式机车换电站包括行车轨道1，电池放置区2和换电设备3；行车轨道1用于机车的行走和停留；电池放置区2设置于行车轨道1的侧方；包括六个置换电池箱4，置换电池箱4用于替换机车的待换电池箱；换电设备3，设置于电池放置区2和行车轨道上方，用于取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，并抓取置换电池箱4放入机车中。

电池放置区2域可为对置换电池箱4充电的充电区域，或者不具备对置换电池箱4充电功能的中转放置区域。

如图1所示，在另一实施例中，电池放置区2设置于轨道的一侧方，电池放置区2的电池箱放置位沿行车轨道1的延伸方向依次排列。

如图1-2所示，在另一实施例中，换电设备3包括：跨设于电池放置区2和行车轨道1上方的第一导轨31，第一导轨31通过支柱与站台基面固定连接，第一运动件32沿第一导轨31运动，第一运动件32设置有与行车轨道1的延伸方向一致的第二导轨33；移动架34沿第二导轨33运动；用于抓取待换电池箱和置换电池箱4的抓取机构35，抓取机构35通过升降机构36与移动架34连接。运动件沿相应的导轨运动，运动件与导轨之间滑动配合或者滚动配合，优选为滚动配合，例如具有滚轮的小车，滚动配合可减少运动阻力；此外，运动件上设置有驱动运动件的驱动机构，或者驱动机构与导轨传动连接，例如驱动电机带动主动轴、主动轮和从动轮旋转，或者驱动机构的输出端齿轮与相应导轨延伸方向一致的齿条啮合，或者驱动机构的输出端链轮与相应导轨延伸方向一致的链条啮合。如图中所示，第一导轨31通过支架设置于电池放置区2和行车轨道上方，第一运动件32为框形，第二导轨33设置于框形第一运动件32相对且相平行的侧边上，移动架34与第二导轨33滚动配合。

如图5所示，在另一实施例中，电池放置区2设置有电池箱托架，电池箱托架21设置有电连接器22，电连接器22与充电机23连接。利用电池箱托架21定位电池箱，利用电连接器22实现对从机车上替换下来的电池箱直接充电。电池箱托架21提升电池箱的高度，提高吊装式机车换电站水淹时的安全性。

如图1和6所示，在另一实施例中，还包括应急轨道5和应急小车6；应急轨道5设置于行车轨道1和电池放置区2的侧方，具有行车轨道近端5a和行车轨道远端5b，图中行车轨道近端5a设置于行车轨道1和电池放置区2的夹角中；应急小车6沿应急轨道5运动，用于承载异常电池箱并输送至行车轨道远端5b；换电设备3设置于应急轨道5的行车轨道近端5a上方，用于取下机车或者电池放置区2的异常电池箱放置于应急小车6上。还包括控制装置，换电和异常电池箱同时发生，控制装置用于控制换电设备优先处理异常电池箱。

如图4所示，在另一实施例中，还包括站顶遮挡件7，换电设备3和电池放置区2设置于站顶遮挡件7的下方，站顶遮挡件7设置有容纳行车轨道1穿设和机车穿行的第一开口71。站顶遮挡件7防护充电机23、电池箱等。另外，电池箱底部和机车顶面的电连接器22上下插接连接，站顶遮挡件7可确保雨雪天气换电更趋安全。

如图1所示，在另一实施例中，电池放置区2还包括一个空置的电池箱托架21，换电设备3用于取下机车的待换电池箱至空置的电池箱放置位。换电站中的电池箱能满足机车换电的周转需要。

如图4和6所示，在另一实施例中，应急小车6包括托板61、与托板61固定连接的驱动电机62、与应急轨道5延伸方向一致的齿条63，驱动电机的输出端通过齿轮与齿条63配合连接。更进一步的，应急轨道5的行车轨道近端5a和行车轨道远端5b均设置有限位件51，限位件51用于限制应急小车6的行车路径，保证位于行车轨道近端5a的应急小车6在换电设备3抓取机构35的运动区域下方。具体的，电机和齿条均设置于托板61的下方。站顶遮挡件7设置有容纳应急轨道5穿设以及应急小车6穿行的第二开口72，或者设置有开合可控的隔离门。应急小车还可用于将某一目标电池箱吊离机车或者电池放置区，进行常规的检查和维修，例如线束有些松动导致的电阻异常、低压高压内部元器件异常更换等等，检查维修工作远离机车和电池放置区域，不影响换电站的正常运营。

如图3和7所示，在另一实施例中，抓取机构35包括主体支架351、抓取件352和抓取驱动件，主体支架351与升降机构36连接，提升机构36包括与主体支架351固定连接的轮座361、与轮座转动连接的吊轮362、与移动架34固定连接的吊索收卷机构，吊索收卷机构的吊索（图中未示出）穿设于轮面下方，一端与移动架34固定连接。图中的吊轮为两组，每组中设置有两个吊轮，吊索收卷机构的吊索一一对应绕设在吊轮底面。吊索收卷机构设置于移动架34中，包括传动连接的吊索收卷辊363以及升降电机364。两个吊轮的吊索对应卷绕到一根吊索收卷辊外，升降电机364的输出轴通过传动轴和传动箱与吊索收卷辊传动连接。传动轴设置有制动机构，制动机构为抱刹组件365。制动机构为安全保护措施，电机失速时可减缓被吊物体下降的速度。移动架34设置有导向套366，导向套366的穿孔孔长方向与抓取机构的升降方向一致；抓取机构设置有与穿孔配合插接的导向杆。导向套366的底端为扩口状。在如上包含吊索收卷辊、升降电机和吊轮组的升降机构驱动作用下，抓取机构在最高工位和最低工位之间切换。为了使抓取机构本身或者抓取机构与电池箱的连接件在吊装过程中的横向摆动趋小，抓取机构处于最低工位时，导向杆保持穿设于导向套的穿孔中。

作为抓取件352的旋转件活动设置于主体支架351的下方，其具有与电池箱挂接的第一工位和与电池箱相脱离的第二工位。电池箱顶面设置有挂接架，挂接架与电池箱顶面之间具有容纳旋转件的间隔。旋转件的挂接部保持第二工位，抓取件352下行至挂接部与间隔等高，抓取驱动件的气缸353通过连杆驱动旋转件旋转，旋转件从第二工位切换至第一工位，升降机构36带动抓取件352上行，挂接部钩挂于挂接架底面。具体的，主体支架351还设置有导正其下落位置与电池箱正对的第一导向件354，以及导向主体支架351提升方向的第二导向件355导杆；导杆穿设于移动架34上的导向筒中；适于立方体型的电池箱，升降机构36带动抓取件352沿Z向升降；第一导向件354包括X向导向件和Y向导向件，均具有倾斜的导向面，设置有导向面的一端凸出于主体支架351的底面。

吊装式机车换电方法包括以下步骤：

S1：机车停靠于行车轨道的停留位置，解除对机车端电池箱的锁定；

S2：换电设备的第二导轨沿第一导轨移动，移动架沿第二导轨移动，直至移动架与机车的待换电池箱上下正对，升降机构驱动抓取机构下行，抓取件穿过待换电池箱顶部支架的通孔，抓取驱动件驱动抓取件旋转，与待换电池箱顶部支架相挂接，升降机构驱动抓取机构上行，移动架沿第二导轨移动，第二导轨沿第一导轨移动，直至移动架抓取的待换电池箱与电池放置区的电池箱托架上下正对，升降机构驱动抓取机构下行，将待换电池箱放置于电池箱托架上，亏电的待换电池箱与电池箱托架上的电连接器连接，通过充电机充电；

S3：换电设备的移动架沿第二导轨移动，直至移动架与电池放置区的置换电池箱上下正对，升降机构驱动抓取机构下行，抓取件穿过置换电池箱顶部支架的通孔，抓取驱动件驱动抓取件旋转，与置换电池箱顶部支架相挂接，升降机构驱动抓取机构上行，移动架沿第二导轨移动，第二导轨沿第一导轨移动，直至移动架抓取的置换电池箱与机车的电池箱托架上下正对，升降机构驱动抓取机构下行，满电的置换电池箱放置于机车端并与机车电连接；

S4：机车端锁定电池箱，机车换电完成，驶离S1的停留位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种吊装式机车换电站，其特征在于，包括：

行车轨道，用于机车的行走和停留；

电池放置区，设置于所述行车轨道的侧方；包括至少一个置换电池箱，用于替换机车的待换电池箱；

换电设备，设置于所述电池放置区和行车轨道上方，用于取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，并抓取所述置换电池箱转移至机车中。

2.根据权利要求1所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述电池放置区设置于所述行车轨道的一侧方或两侧方，所述电池放置区的电池箱放置位沿所述行车轨道的延伸方向依次排列。

3.根据权利要求1所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述换电设备包括：

吊装架，至少包括沿所述行车轨道至电池放置区方向延伸的第一导轨；

移动架，与所述吊装架连接，并沿第一导轨的延伸方向运动；

抓取机构，用于抓取待换电池箱和置换电池箱，通过升降机构与所述移动架连接。

4.根据权利要求3所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述吊装架还包括：

第二导轨，与所述行车轨道的延伸方向一致；

所述第一导轨固定设置，所述第二导轨与所述第一导轨连接并沿所述第一导轨运动，所述移动架与所述第二导轨连接并沿第二导轨运动；

或者第二导轨固定设置，所述第一导轨与所述第二导轨连接并沿所述第二导轨运动，所述移动架与所述第一导轨连接并沿第一导轨运动。

5.根据权利要求1所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述电池箱放置区设置有电池箱托架，所述电池箱托架设置有电连接器，所述电连接器与充电机连接。

6.根据权利要求1所述的吊装式机车换电站，其特征在于，还包括：

应急轨道，设置于所述行车轨道和/或电池放置区的侧方，具有行车轨道近端和行车轨道远端；

应急小车，沿所述应急轨道运动，用于承载机车和/或所述电池放置区的目标电池箱并输送至行车轨道远端；

所述换电设备设置于所述应急轨道的上方，用于取下机车或者电池放置区的目标电池箱转移至应急小车。

7.根据权利要求1所述的吊装式机车换电站，其特征在于，还包括站顶遮挡件，所述换电设备和电池放置区设置于所述站顶遮挡件的下方，所述站顶遮挡件设置有容纳所述行车轨道穿设和机车穿行的开口。

8.根据权利要求2所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述电池放置区还包括至少一个空置的电池箱放置位，所述换电设备用于取下机车的待换电池箱至空置的所述电池箱放置位。

9.根据权利要求6所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述应急小车包括托板、与托板固定连接的驱动电机、与所述应急轨道延伸方向一致的第一传动件，所述驱动电机的输出端通过第二传动件与所述第一传动件配合连接。

10.根据权利要求3所述的吊装式机车换电站，其特征在于，所述抓取机构包括：

主体支架，与所述升降机构连接；

抓取件，具有与电池箱挂接的第一工位和与电池箱相脱离的第二工位，包括相对的夹持件或者与电池箱顶部支架相挂接的旋转件；

抓取驱动件，驱动所述抓取件第一工位和第二工位的切换。

11.一种吊装式机车换电方法，其特征在于，基于权利要求1至10中任意一项所述的吊装式机车换电站，包括以下步骤：

机车停靠于行车轨道的停留位置；

换电设备将机车的待换电池箱取下，放置于机车和行车轨道外；然后将置换电池箱从电池放置区转移至机车中。

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