CN114347840A - 一种侧置式机车换电站及换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧置式机车换电站，包括：行车轨道，用于机车的行走和停留；电池放置区，包括至少一个置换电池箱，设置于行车轨道的侧方，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之间，用于在电池放置区和机车之间的转移置换电池箱和机车的待换电池箱；换电设备包括换电轨道、沿换电轨道运动的支撑架和与支撑架升降连接的电池箱货叉，电池箱货叉沿行车轨道至电池放置区的正反方向双向伸缩，电池箱货叉包括用于叉取待换电池箱和/或置换电池箱的前叉。该侧置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。

Description

一种侧置式机车换电站及换电方法

技术领域

本发明涉及换电设备技术领域，具体涉及一种侧置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，再经轨道上空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，提供一种侧置式机车换电站，设置于所述行车轨道的侧方，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：一种侧置式机车换电站，包括：

行车轨道，用于机车的行走和停留；

电池放置区，包括至少一个置换电池箱，设置于所述行车轨道的侧方，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之间，用于在所述电池放置区和机车之间的转移所述置换电池箱和机车的待换电池箱；

所述换电设备包括换电轨道、沿所述换电轨道运动的支撑架和与所述支撑架升降连接的电池箱货叉，所述电池箱货叉沿所述行车轨道至电池放置区的正反方向双向伸缩，所述电池箱货叉包括用于叉取所述待换电池箱和/或置换电池箱的前叉。

优选的技术方案为，所述换电轨道为地轨，所述支撑架包括与所述地轨运动配合的底座和与所述底座固定连接的支柱，所述支柱设置于所述电池箱货叉的一侧方。

优选的技术方案为，所述电池箱货叉包括依次连接的固定叉、中间叉和前叉，所述固定叉通过升降机构与所述支撑架连接。

优选的技术方案为，所述前叉设置于所述固定叉的下方，所述前叉设置有钩挂件，所述钩挂件用于与所述待换电池箱和/或置换电池箱的顶部相挂接。

优选的技术方案为，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，所述升降机构包括：

升降索链，第一端部与所述固定叉连接，第二端部与配重块连接；

链轮，高于所述固定叉和配重块设置，所述升降锁链相啮合绕设于所述链轮的顶部；

升降驱动件，驱动所述链轮双向转动。

优选的技术方案为，所述支撑架设置有导向件，用于导向所述电池箱货叉的升降方向。

优选的技术方案为，所述支撑架与所述换电轨道之间设置有防脱轨装置。

优选的技术方案为，所述防脱轨装置包括轮座，所述轮座设置有至少两组防脱轨轮组，所述防脱轨轮组包括与所述轮座转动连接的行走轮、第一防脱轮和成对的第二防脱轮，所述行走轮滚动压设于所述换电轨道的车轨顶面，所述第一防脱轮的转轴通过弹性复位件与所述行走轮的转轴连接，所述第一防脱轮与所述车轨朝向向下的防脱面抵紧且滚动配合；成对的所述第二防脱轮与所述车轨的相对侧面抵紧且滚动配合。进一步的，轮座为套设于车轨顶部翼板和腹板外的C形刚性件，行走轮和第一防脱轮设置于轮座的槽内；腹板的两侧分别设置有与顶部翼板抵紧且滚动配合的第一防脱轮；进一步的，行走轮的转轴为第一转轴，第一转轴与轮座固定连接且固定套设有定位环，第一转轴外活动套设有连杆；第一防脱轮的转轴为第二转轴，第二转轴与连杆固定连接；弹性复位件为扭簧，扭簧的两扭臂分别卡接于定位环和连杆中；轮座设置有限位孔，第二转轴穿设于限位孔中。

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

优选的技术方案为，所述换电轨道具有远离机车预定停车位的第一端部。

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。

本发明的目的之二在于提供一种侧置式机车换电方法，基于上述的侧置式换电站，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，放入电池放置区；然后将置换电池箱从电池放置区转移至机车中。

进一步的，还包括取下机车和/或电池放置区的目标电池箱，将目标电池箱转至行车轨道和电池放置区之外。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：

该侧置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；

与吊装的换电站相比，货叉与电池箱的叉取结构更稳定可靠，转移待换电池箱和/或置换电池箱的过程中，电池箱提升高度较小，有助于提高机车的换电效率；

设置换电站的基本建设投资和维护费用较低，适用范围广；

该侧置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是实施例侧置式机车换电站的主视结构示意图；

图2是另一实施例侧置式机车换电站的俯视结构示意图；

图3是另一实施例换电设备的立体结构示意图；

图4是换电设备的另一立体结构示意图；

图5是换电设备中防脱轨装置的结构示意图；

图6是换电设备中防脱轨装置的另一结构示意图；

图7是电池箱托架的结构示意图；

图8是另一实施例侧置式机车换电站的立体结构示意图；

图中：1、行车轨道；2、电池放置区；21、电池箱托架；22、电连接器；

3、换电设备；31、换电轨道；32、支撑架；321、底座；322、支柱；323、行走电机；324、行走主动轮；325、行走从动轮；326、导轨；327、导向杆； 33、电池箱货叉；331、前叉；332、固定叉；333、中间叉；334、钩挂件；34、升降机构；341、升降锁链；342、链轮；343、升降电机；344、主动轴；345、配重块；

35、防脱轨装置；351、轮座；352、第一防脱轮；353、第二防脱轮；354、扭簧；355、连杆；356、定位环；357、摆动通孔；

4、置换电池箱； 7、站顶遮挡件；71、第一开口。

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，两侧换电设备同时换电，或者采取一侧换下待换电池箱、另一侧安装置换电池箱的配合作业，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

换电轨道与行车轨道方向一致，便于采用同一换电设备依次实现待换电池箱从机车上取下、置换电池箱转入机车中的操作。具体的，待换电池箱在电池放置区中的位置和置换电池箱均位于换电轨道的侧方。

换电轨道为地轨，与码垛机相比，免去天轨的设置，即免去在行车轨道旁设置支撑架，换电站整体高度降低。

支柱设置于电池箱货叉的一侧方，可简化支撑架结构，便于支撑架的维修和维护；换电设备占地小，结构更趋紧凑，同时配套配重升降机构的使用。

前叉设置于固定叉的下方，则适配的电池箱顶部设置有与前叉相配合叉接的通槽，具体的，通槽的两端位于电池箱相对侧面呈贯通状，还具有开口向上的槽口，开口向上的槽口用于容纳中间叉和前叉连接部穿行，槽体用于容纳前叉穿行。以上结构的电池箱为长方体结构，侧面无与货叉相挂接的凸块，电池箱排布可趋紧凑设置，充分利用机车空间和电池放置区空间的。

另外，伸缩货叉取放电池箱的过程中电池箱位置稳定，同样利于电池箱趋紧凑排布。

货叉转移待换电池箱和/或置换电池箱过程中，会发生重心偏移，采用配重式升降，配重能增加货叉转移电池箱过程中的稳定性。

防脱轨装置固定支撑架和换电轨道的配合位置，避免支撑架重心偏移导致的脱轨问题。

防脱轨装置可以为支撑架运动至换电位置后的轨道锁定组件，或为与换电轨道防脱槽卡接配合的防脱轮。防脱轮滚动抵接的防脱轨装置区别于与车轨面有一定间隙的防脱轨结构，在支撑架的正常行走时也保持防脱轨的效果。

电池放置区的电连接器

可选的，置换电池箱直接放置于行车轨道的侧方站台基面上，进一步的，站台基面设置电连接件，为了避免水淹等影响电连接器的正常工作，电池放置区设置电池箱托架，相应的，电连接器设置于电池箱托架的顶面。电池箱底部与电池箱托架顶面的电连接器上下插接连接，货叉将电池箱提升至与电池箱托架相脱离的高度，然后伸缩平移电池箱，换电站整体作业高度降低，换电过程更趋稳定可靠。

导轨与沿导轨运动的运动件（因自重压设于导轨上）运动结构（包括换电轨道与支撑架）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1-2所示，在一实施例中，侧置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包括至少一个置换电池箱4，设置于行车轨道1的侧方，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1之间，用于在电池放置区2和机车之间的转移置换电池箱4和机车的待换电池箱；

换电设备3包括换电轨道31、沿换电轨道31运动的支撑架32和与支撑架32升降连接的电池箱货叉33，电池箱货叉33沿行车轨道1至电池放置区2的正反方向双向伸缩，电池箱货叉33包括用于叉取待换电池箱和置换电池箱4的前叉331。

如图3-4所示，在另一实施例中，换电轨道31为地轨；支撑架32包括与地轨运动配合的底座321和与底座321固定连接的支柱322，支柱322设置于电池箱货叉33的一侧方。

如图3-4所示，在另一实施例中，电池箱货叉33包括依次连接的固定叉332、中间叉333和前叉331，固定叉332通过升降机构34与支撑架32连接。

电池箱货叉33转移待换电池箱的过程为：中间叉333和前叉331向行车轨道一侧伸出，前叉331插接于机车端待换电池箱的通槽中；电池箱货叉33带动待换电池箱上升；中间叉333和前叉331缩回至固定叉332下方，待换电池箱位移至支撑架32中；中间叉333和前叉331向电池放置区2一侧伸出，待换电池箱位于电池箱放置位上方；电池箱货叉33带动待换电池箱下降，待换电池箱落位；中间叉333和前叉331缩回至固定叉332下方或者部分缩回，在支撑架32沿换电轨道运动，部分缩回的中间叉333和前叉331与落位的待换电池箱以及置换电池箱4不运动干涉。

电池箱货叉33转移置换电池箱4的过程为：电池箱货叉33随支撑架32运动至置换电池箱4侧方，中间叉333和前叉331向电池放置区2一侧伸出，前叉331插接于置换电池箱4的通槽中；电池箱货叉33带动置换电池箱4上升，然后中间叉333和前叉331缩回至固定叉332下方，置换电池箱4位移至支撑架32中；支撑架32沿换电轨道位移至空置的机车端电池箱放置位侧方；中间叉333和前叉331向行车轨道一侧伸出，置换电池箱4位移至机车端电池箱放置上方；电池箱货叉33带动置换电池箱4下降，置换电池箱4落位；

如图3-4所示，在另一实施例中，前叉331设置于固定叉332的下方，前叉331设置有钩挂件334，钩挂件334用于与待换电池箱和/或置换电池箱4顶部或者一侧面的通槽相挂接。钩挂件334分设于前叉331的两侧，叉取电池箱状态的电池箱货叉趋于平衡。

如图2所示，在另一实施例中，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。图中，电池放置区2设置有六个电池箱放置位。当电池放置区2仅设置于行车轨道1的单侧，则六个电池箱放置位中最多设置五个置换电池箱4，另一空置的电池箱放置为留作承载机车上取下的待换电池箱。

如图3-4所示，在另一实施例中，升降机构34包括：升降锁链341、链轮342和升降驱动件；升降索链341的第一端部与固定叉332连接，第二端部与配重块345连接；固定叉332固定设置于安装板上，链轮342高于安装板和配重块345设置，升降锁链341相啮合绕设于链轮342的顶部；升降驱动件，驱动链轮342双向转动。升降驱动件包括升降电机343，升降电机343的输出端与主动轴344连接，两个链轮342分设于支撑架32的两侧，均套接于主动轴344外。支撑架32的支柱322和底座321之间设置有斜撑杆，以提高支撑架32的稳定性。升降电机343驱动升降锁链341向电池箱货叉33一侧运动，则电池箱货叉33下降，配重块上升；升降电机343驱动升降锁链341向配重块一侧运动，则配重块下降，电池箱货叉33上升。底座321上设置有行走电机323，行走主动轮324和行走从动轮325套设于传动轴外，行走电机323驱动行走主动轮324沿第一旋转方向转动，支撑架32实现沿换电轨道31的第一方向行走；行走电机驱动行走主动轮324沿第一旋转方向的反方向转动，支撑架32实现沿换电轨道31的第一方向反方向行走。

如图3所示，在另一实施例中，支撑架32设置有导向件，用于导向电池箱货叉33的升降方向，导向件包括货叉导向件和配重导向件，货叉导向件包括导轨326，导轨326与安装板滑动配合或者滚动配合，配重导向件为导向杆327。

如图5-6所示，在另一实施例中，支撑架32与换电轨道31之间设置有防脱轨装置35。换电轨道31为工字钢，防脱轨装置35包括套设于换电轨道车轨上半部分的C形槽钢轮座351，轮座351设置于支撑架32中，轮座的槽内转动设置有行走从动轮325、第一防脱轮352，轮座的槽口外设置有成对的第二防脱轮353，行走轮352通过第一转轴与轮座的相对侧壁连接，第一转轴与轮座固定连接，行走轮滚动压设于换电轨道31车轨的顶面；第一转轴外活动套设有的扭簧354和连杆355；扭簧354的一扭壁设置于定位环的卡口中，定位环356与第一转轴固定连接，另一扭壁设置于连杆355的卡口中，连杆355的另一端与第一防脱轮352的第二转轴固定连接，轮座侧壁还设置有容纳第二转轴穿过的摆动通孔357；在扭簧的旋转力作用下，第一防脱轮352始终保持与换电轨道31车轨朝向向下的防脱面抵紧且滚动配合；成对的第二防脱轮353与换电轨道31车轨的相对侧面抵紧且滚动配合。

如图7所示，在另一实施例中，电池放置区2设置有电池箱托架21，电池箱托架21的顶面设置有电连接器22，电连接器22与充电机（图中未示出）连接。电池箱托架21为包括两个以上电池箱放置位的整体式托架，或为图中与电池箱数量一一对应的电池箱托架21，电池箱托架21上的电连接器22与电池箱底部的电连接器22呈上下插接式连接，放置电池箱的同时实现插接，电池箱的自重可使电连接器22之间的电连接更趋稳定可靠。

如图8所示，在另一实施例中，还包括站顶遮挡件5，换电设备3和电池放置区2设置于站顶遮挡件5的下方，站顶遮挡件5设置有容纳行车轨道1穿设和机车穿行的第一开口51。

在另一实施例中，换电轨道31具有远离机车预定停车位的第一端部（图中未示出）。机车预定停车位是指换电状态下机车在换电站中的停车位置，设置远离机车预定停车位的第一端部，其作用在于处理机车端待换电池箱或者站内置换电池箱中的异常电池箱。该异常电池箱通过电池箱内、机车端或者站内的烟雾传感器、温度传感器、电压传感器、图像监控设备等或者，或者基于以上传感器或者监控设备，结合人工判断确定。以机车端异常电池箱为例，电池箱货叉33取下机车端的异常电池箱，支撑架32沿换电轨道31向远离机车预定停车位的第一端部运动，远离机车和换电站中其他的置换电池箱，到达预定安全位置，电池箱货叉33放下异常电池箱，复位至机车预定停车位的侧方近处。具体的，站顶遮挡件还设置有容纳换电轨道穿设和支撑架穿行的开口。换电设备兼具换电和排除异常电池箱双重作用，减少换电站端设备数量，简化换电站的布局。

侧置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：支撑架沿换电轨道运动至机车的待换电池箱正侧方，电池箱货叉升降至叉接高度后向机车一侧伸出，前叉叉入待换电池箱顶部的插接槽中，升降机构驱动电池箱货叉上升，前叉与插接槽槽口两侧相挂接，电池箱货叉回缩复位，待换电池箱位于换电轨道上方；支撑架沿换电轨道行走至电池放置区中空置的电池箱托架正侧方，电池箱货叉向电池放置区伸出，直至前叉叉取的待换电池箱与空置电池箱托架上下正对，升降机构驱动电池箱货叉下降，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：支撑架沿换电轨道运动至电池放置区的置换电池箱正侧方，电池箱货叉升降至叉接高度后向置换电池箱一侧伸出，前叉叉入置换电池箱顶部的插接槽中，升降机构驱动电池箱货叉上升，前叉与插接槽槽口两侧相挂接，电池箱货叉回缩复位，置换电池箱位于换电轨道上方；支撑架沿换电轨道行走至机车中空置的电池箱托架正侧方，电池箱货叉向机车一侧伸出，直至前叉叉取的置换电池箱与空置电池箱托架上下正对，升降机构驱动电池箱货叉下升，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 (13)

1.一种侧置式机车换电站，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，包括至少一个置换电池箱，设置于所述行车轨道的侧方，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之间，用于在所述电池放置区和机车之间的转移所述置换电池箱和机车的待换电池箱；

所述换电设备包括换电轨道、沿所述换电轨道运动的支撑架和与所述支撑架升降连接的电池箱货叉，所述电池箱货叉沿所述行车轨道至电池放置区的正反方向双向伸缩，所述电池箱货叉包括用于叉取所述待换电池箱和/或置换电池箱的前叉。

2.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述换电轨道为地轨；所述支撑架包括与所述地轨运动配合的底座和与所述底座固定连接的支柱，所述支柱设置于所述电池箱货叉的一侧方。

3.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述电池箱货叉包括依次连接的固定叉、中间叉和前叉，所述固定叉通过升降机构与所述支撑架连接。

4.根据权利要求3所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述前叉设置于所述固定叉的下方，所述前叉设置有钩挂件，所述钩挂件用于与所述待换电池箱和/或置换电池箱顶部或者一侧面的通槽相挂接。

5.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，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。

6.根据权利要求3所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述升降机构包括：

升降索链，第一端部与所述固定叉连接，第二端部与配重块连接；

链轮，高于所述固定叉和配重块设置，所述升降锁链相啮合绕设于所述链轮的顶部；

升降驱动件，驱动所述链轮双向转动。

7.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述支撑架设置有导向件，用于导向所述电池箱货叉的升降方向。

8.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述支撑架与所述换电轨道之间设置有防脱轨装置。

9.根据权利要求8所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述防脱轨装置包括轮座，所述轮座设置有至少两组防脱轨轮组，所述防脱轨轮组包括与所述轮座转动连接的行走轮、第一防脱轮和成对的第二防脱轮，所述行走轮滚动压设于所述换电轨道的车轨顶面，所述第一防脱轮的转轴通过弹性复位件与所述行走轮的转轴连接，所述第一防脱轮与所述车轨朝向向下的防脱面抵紧且滚动配合；成对的所述第二防脱轮与所述车轨的相对侧面抵紧且滚动配合。

10.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述电池放置区设置有电池箱托架，所述电池箱托架的顶面设置有电连接器，所述电连接器与充电机连接。

11.根据权利要求2所述的侧置式机车换电站，其特征在于，所述换电轨道具有远离机车预定停车位的第一端部。

12.根据权利要求1所述的侧置式机车换电站，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。

13.一种侧置式机车换电方法，其特征在于，基于权利要求1至12中任意一项所述的侧置式换电站，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，放入电池放置区；然后将置换电池箱从电池放置区转移至机车中。

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