CN114604284A - 一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车及其控制方法，涉及混铁车技术领域，在不改变既有混铁车主体结构基础上，利用与既有转向架结构接口相同的动力转向架替换原无动力转向架，将其任意一个或两个无动力轴改为带有永磁直驱轮轴驱动装置的动力轴。在设有机械间一侧的转向架装配上集中设置一个或多个动力转向架，通过置于该侧车体底架上方机械间内的动力系统为动力转向架的轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动，可大幅提高混铁车的周转率和运用效率，具有成本低、部件通用性好的特点；永磁直驱轮轴驱动系统结构简单，维护方便，采用全数字化控制，配备无人驾驶系统，可为混铁车无人驾驶、智慧运维提供保障。

Description

一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车及其控制方法
技术领域
本发明涉及混铁车技术领域，特别是涉及一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车及其控制方法。
背景技术
采用混铁车装运铁水是钢铁企业铁水运输的主要方式，目前混铁车均采用机车牵引的运行模式，具有时间刚性强、作业计划变更频繁等特点。为了组织好铁水运输，保证高炉正常生产和铁钢生产节奏要求，经常根据需要采用一台机车牵引一台或多台混铁车运行，因此存在机车调度、作业等待、摘挂钩等环节上的影响混铁车运行效率的情况。
混铁车的运行效率直接影响到生产效率和铁水的温降，如何改变混铁车运行方式，提升混铁车的运行效率，是铁水运输技术领域共同面对和迫切需要解决的问题。
随着技术的不断发展和进步，混铁车自带动力行走的方案为解决上述问题提供了可能。目前，已经提出的混铁车自行走方案，大多是对混铁车一侧走行装置进行重新设计，更改后的走行装置包括从动走行装置、永磁电机直驱走行装置、运载单元，其中从动走行装置与传统无动力走行装置完全一致，永磁电机直驱走行装置通过永磁电机直接驱动行进，实现对运载单元和从动走行装置的牵引或推行。更改后的走行装置与混铁车另一侧未改动走行装置相比，结构有很大变化：走行架体为非对称结构，大车架中心盘左侧走行架体与更改前走行架体结构基本相同，在其下方安装有从动转向架，大车架中心盘右侧走行架体与更改前走行架体结构相比发生了很大变化，由于安装有永磁电机直接驱动的转向架的车轮直径变大，右侧走行架体高度明显高于左侧，长度也大幅增加，走行架体右侧心盘位置向上、向外偏移，从动转向架与动力转向架轴重分配不均衡，且走行架体受力情况和动力学性能较更改前发生较大变化，很多部件与改造前不通用，改造及维护成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，在不改变既有混铁车主体结构基础上，利用与既有转向架结构接口相同的动力转向架替换原无动力转向架，提供一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车及其控制方法，降低各转向架间轴重分配不均衡性，实现混铁车自带动力行驶，提高混铁车运用效率、降低运用成本。
为此，本发明提供了以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，包括：
鱼雷罐体、位于所述鱼雷罐体左侧的车体底架I和位于所述鱼雷罐体右侧的车体底架II；
其中，所述车体底架I上方设置有机械间，通过螺栓与焊接在车体底架I上的角钢连接；所述车体底架I下方设置有动力转向架装配，所述车体底架II下方设置有无动力转向架装配设置；所述动力转向架装配设备与所述无动力转向架装配以所述鱼雷罐体为中心呈左右对称布置；
所述动力转向架装配包括4个两轴转向架、2个小车架及1个大车架，沿所述车体底架I至所述车体底架II的方向上自左向右分别为第1～4转向架，共8个轴，沿所述车体底架I至所述车体底架II的方向上自左向右分别为第1～8轴，4个转向架中包括至少1个动力转向架，其余为无动力转向架；动力转向架包括单动力轴动力转向架及双动力轴动力转向架两种，单动力轴动力转向架在其一根轴上设有永磁直驱轮轴驱动装置，双动力轴动力转向架在其两根轴上设有永磁直驱轮轴驱动装置，同时在设有所述永磁直驱轮轴驱动装置的轴所在转向架侧面设有基础制动单元；通过置于所述机械间内的动力系统为动力转向架的永磁直驱轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动；
所述无动力转向架装配包括4个两轴无动力转向架、2个小车架和1个大车架；所述动力转向架与所述无动力转向架具有相同的结构和对外接口。
进一步地，第1、2转向架为动力转向架，第3、4转向架为无动力转向架，所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，第1、4轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
所述动力转向架装配的大车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
进一步地，第1、3转向架为动力转向架，第2、4转向架为无动力转向架，所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈同向布置，第1、5轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
所述动力转向架装配的大车架为右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
进一步地，第1、4转向架为动力转向架，第2、3转向架为无动力转向架；所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，第1、8轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
在第4转向架上方及鱼雷罐体下方设置保温隔热装置。
进一步地，第1转向架为动力转向架，其余转向架为无动力转向架；
当采用单动力轴动力转向架时，动力轴为1轴；
当采用双动力轴动力转向架时，所述动力转向架装配左侧小车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，动力轴为1、2轴；所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
进一步地，所述动力转向架装配的大车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长和右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构；所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间，且车架结构完全对称。
进一步地，所述永磁直驱轮轴驱动装置包括车轴、轴箱装配、永磁电机、电机吊座、枕梁吊座和吊杆；所述电机吊座与对应转向架枕梁吊座通过吊杆连接；所述永磁电机采用自然冷却结构，电机定子设有钢结构机壳，机壳外部设有多组环形散热片，电机两端端盖上设置带有吸热筋的铝合金散热片，绕组和铁心的热量通过定子铁芯及内部空气传导到机壳、端盖及铝合金散热片上，散热片与车辆行进方向平行，电机轴承设隔热腔。
进一步地，所述机械间内的动力系统包括：储能装置、空气制动装置、变流装置、车辆控制装置、遥控接收装置和无人驾驶装置；
所述变流装置包括牵引变流器和辅助变流器，分别与所述储能装置通过中间直流回路相连；在所述车辆控制装置控制下，牵引变流器将储能装置输出的直流电源变换为电压、频率可调的交流电源，为所述永磁直驱轮轴驱动装置供电，同时能够将牵引电机再生制动产生的电能回馈到中间直流回路，给所述储能装置充电；所述辅助变流器为辅助负载供电；
所述空气制动装置包括风源装置、停放制动模块和紧急制动模块，安装于所述机械间内的空气制动柜中，其中风源装置包括空压机和干燥器；
所述车辆控制装置包括车辆控制单元、牵引控制单元、远程I/O模块、交换机、无线重联模块、数据记录单元；
所述遥控接收装置通过无线方式与手持遥控终端通信，获取控制指令，并反馈机车状态；
所述无人驾驶装置包括无人驾驶控制器、车载防护设备、感知设备、定位设备和视频监控设备，通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并向地面控制中心实时反馈混铁车状态。
进一步地，所述车辆控制装置内各部件及遥控接收装置、无人驾驶装置之间采用基于TRDP协议的双回归环形拓扑结构的以太网进行通信；所述无线专网采用双链路聚合网络。
进一步地，所述车辆控制单元和所述牵引控制单元采用冗余设计，相互冗余的设备连接在不同的交换机上。
进一步地，所述永磁直驱电机采用轴控方式，所述牵引变流器与所述永磁直驱电机连接回路设有接触器，当所述连接回路故障时，通过接触器将该回路切断。
进一步地，牵引变流器具备任意转速下全转矩再生制动控制功能，在制动工况优先采用再生制动功能，所述空气制动装置作为备用制动装置；在紧急停车工况，再生制动和空气制动同时作用。
进一步地，为所述储能装置充电的充电装置由地面供装置和车载受电装置两部分组成，所述地面供装置包括智能机械臂、充电枪和充电电源，所述车载受装置包括受电插座、受电接触器和具有自动开闭功能的插座盖。
又一方面，本发明还提供了一种如上述一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的控制方法，包括：
当混铁车无人驾驶控制器接收到地面控制中心发送的无人驾驶请求信号，所述车辆控制单元进行自检确认具备无人驾驶条件后，向地面控制中心反馈无人驾驶允许信号，混铁车进入无人驾驶模式；
在无人驾驶过程中，如果所述遥控接收装置接收到手持遥控终端发送的输入指令，则混铁车自动退出无人驾驶模式，转为遥控模式；
在所述无人驾驶模式下，所述无人驾驶控制器通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并与所述车辆控制单元通信，以便所述车辆控制单元按照所述输入指令控制混铁车运行；所述无人驾驶控制器还向地面控制中心实时反馈混铁车状态；
在所述遥控模式下，所述遥控接收装置通过无线网络接收手持遥控终端发送的输入指令，并与所述车辆控制单元通信，以便所述车辆控制装置按照所述输入指令控制混铁车运行。
进一步地，还包括：所述车辆控制单元通过接收地面控制中心或手持遥控终端发出的无线重联指令，实现两个及以上混铁车的自动编组和解编。
本发明的优点和积极效果：
在传统没有自带动力行走的混铁车中，混铁车两侧均为无动力走行装置，两侧的无动力走行装置结构相同，呈对称布置，其中无动力走行装置包括：走行架体、大摇枕、无动力转向架，所述大摇枕通过小心盘连接无动力转向架，所述走行架体通过中心盘连接大摇枕，所述走行架体通过大心盘连接运载单元。
本发明在不改变传统没有自带动力行走的混铁车主体结构基础上，利用与既有转向架结构接口相同的动力转向架替换原无动力转向架，将其任意一个或两个无动力轴改为带有永磁直驱轮轴驱动装置的动力轴。在设有机械间一侧的转向架装配上集中设置一个或多个动力转向架，通过置于该侧车体底架上方机械间内的动力系统为动力转向架的轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动和一罐到底的运输方式，可大幅提高混铁车的周转率和运用效率，具有成本低、部件通用性好的特点；采用空气制动和再生制动两种制动方式，具有良好的安全性和可靠性；混铁车可实现全速度范围内的再生制动和电能回收功能，节能效果良好；可实现“0”速度全制动力功能，通过速度及位置控制，可实现混铁车精准定点停车，为自动充电和铁水灌装提供精确的定位保障；永磁直驱轮轴驱动系统结构简单，维护方便；采用全数字化控制，配备无人驾驶系统，可为混铁车无人驾驶、智慧运维提供保障。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的结构示意图；
图2为本发明实施例中机械间的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种动力转向架装配的结构示意图；
图4为本发明实施例中无动力转向架装配的结构示意图；
图5为本发明实施例中单动力轴动力转向架的结构示意图；
图6为本发明实施例中双动力轴动力转向架的结构示意图；
图7为本发明实施例中无动力转向架的结构示意图；
图8为本发明实施例中动力轴为1、4轴的动力转向架装配结构示意图；
图9为本发明实施例中动力轴为1、5轴的动力转向架装配结构示意图；
图10为本发明实施例中动力轴为1轴的动力转向架装配结构示意图；
图11为本发明实施例中动力轴为1、2轴的动力转向架装配结构示意图；
图12为本发明实施例中动力轴为1、8轴的动力转向架装配结构示意图；
图13为本发明实施例中机械间置于车体底架II上方的集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车结构示意图；
图14所示为本发明实施例中与图8对称布置的动力转向架装配示意图。
图15所示为本发明实施例中动力轴为1、4轴的动力转向架装配的大车架结构示意图；
图16所示为本发明实施例中动力轴为1、5轴的动力转向架装配的大车架结构示意图；
图17所示为本发明实施例中动力轴为1、2轴的动力转向架装配的左侧小车架结构示意图；
图18为本发明实施例中永磁直驱轮轴驱动装置的结构示意图；
图19为本发明实施例中集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的牵引传动系统的结构框图；
图20为本发明实施例中集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的控制系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车包括：机械间1、车体底架II2、车体底架I3、转向架装配I5、转向架装配II4、车载受电装置6、倾翻机构7以及鱼雷罐体8。车体底架I3位于鱼雷罐体8左侧，车体底架II2位于所述鱼雷罐体8右侧；其中：
机械间1设置在车体底架I3上方，通过螺栓与焊接在车体底架I3上的角钢连接，可方便拆卸。在机械间1内设置有动力系统。
转向架装配I5、转向架装配II4分别设置在混铁车车体底架I3和车体底架II2下方，以鱼雷罐体为中心呈左右对称布置，转向架装配I5及转向架装配II4分别由4个两轴转向架、2个小车架、1个大车架组成。机械间1一侧的转向架装配(转向架装配I5)称为动力转向架装配，另一侧的转向架装配(转向架装配II4)成为无动力转向架装配。
转向架分为动力转向架和无动力转向架两种，动力转向架与无动力转向架具有相同的结构和对外接口，在动力转向架装配上集中设置一个或多个动力转向架，通过置于该侧车体底架上方机械间内的动力系统为动力转向架的轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动。
转向架装配I5设有4个两轴转向架，沿车体底架I3至车体底架II2的方向上自左向右分别为第1～4转向架，共8个轴，沿车体底架I3至车体底架II2的方向上自左向右分别为第1～8轴，其中，4个转向架中，包括至少1个动力转向架，其余为无动力转向架。具体地，可以将其中1个设置为动力转向架，其余3个为无动力转向架，还可以将其中2个设置为动力转向架，其余2个为无动力转向架，还可以将其中3个设置为动力转向架，其余1个为无动力转向架，各种情况都在本发明的保护范围内。可以理解的是，动力转向架的数量越多，动力越足，但改造成本会相应提升，在具体实施中可以根据实际需要进行设置。
转向架装配II4包括4个两轴无动力转向架、2个小车架和1个大车架。
永磁直驱轮轴驱动装置包括车轴、轴箱装配、永磁电机、电机吊座、枕梁吊座和吊杆；电机吊座与对应转向架枕梁吊座通过吊杆连接。永磁电机采用自然冷却结构，电机定子设有钢结构机壳，机壳外部设有多组环形散热片，电机两端端盖上设置带有吸热筋的铝合金散热片，绕组和铁心的热量通过定子铁芯及内部空气传导到机壳、端盖及铝合金散热片上，散热片与车辆行进方向平行，提高对流和散热能力；电机轴承设隔热腔，避免内部热量传递至轴承。永磁直驱电机采用轴控方式，牵引变流器与永磁直驱电机连接回路设有接触器，当连接回路故障时，可通过接触器将该回路切断。牵引变流器具备任意转速下全转矩再生制动控制功能，在制动工况优先采用再生制动功能，空气制动装置作为备用制动装置。在紧急停车工况，再生制动和空气制动可同时作用。
如图2所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的机械间I1设置的部件包括储能装置9、空气制动装置10、变流装置11、车辆控制装置12、遥控接收装置13、无人驾驶装置14、头灯15、辐照灯16、司乘室17、司机座椅18、车窗19、车梯20、走廊21、车门22；
变流装置11包括牵引变流器和辅助变流器，分别与储能装置通过中间直流回路相连；在车辆控制装置12控制下，牵引变流器将储能装置输出的直流电源变换为电压、频率可调的交流电源，为永磁直驱轮轴驱动装置供电，同时能够将牵引电机再生制动产生的电能回馈到中间直流回路，给储能装置充电；辅助变流器为辅助负载供电。
空气制动装置10包括风源装置、停放制动模块和紧急制动模块，安装于机械间内的空气制动柜中，其中风源装置包括空压机和干燥器；空气制动装置在车辆控制单元控制下，可实现紧急制动和停放制动功能。
车辆控制装置12包括车辆控制单元、牵引控制单元、远程I/O模块、交换机、无线重联模块、数据记录单元，车辆控制装置通过有线通信的方式与遥控接收装置及无人驾驶装置连接。
遥控接收装置13通过无线专网与手持遥控终端通信，获取控制指令。
无人驾驶装置14包括无人驾驶控制器、车载防护设备、感知设备、定位设备和视频监控设备，通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并向地面控制中心实时反馈混铁车状态。
为储能装置充电的充电装置由地面供装置和车载受电装置两部分组成，地面供装置包括智能机械臂、充电枪和充电电源，车载受装置包括受电插座、受电接触器和具有自动开闭功能的插座盖。混铁车接收到充电指令，定点停车后，插座盖自动打开，智能机械臂可在定点停车误差距离范围内自动识别受电插座位置并驱动充电枪插入受电插座，车辆控制装置控制受电接触器闭合后，充电电源启动，对储能装置充电。当充电完成后，机械臂驱动充电枪离开受电插座，插座盖自动关闭。
其中，无线专网采用双链路聚合网络，网络的各个节点具有报文自动拼接和丢弃功能，可实现双链路冗余热备，数据先到先用，有效降低通信延时和传输可靠性。无线专网还可为车载设备之间的无线通信提供通道，也可作为与其他混铁车之间的无线重联的备用通信通道。
车辆控制装置各部件及遥控接收装置、无人驾驶装置等设备之间采用基于TRDP协议的双回归环形以太网拓扑结构，辆控制单元、牵引控制单元等关键部件采用冗余设计，相互冗余的设备连接在不同的交换机上，在一套设备故障情况下，另一套设备可维持混铁车正常运行。
如图3-4所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配和无动力转向架装配，动力转向架装配包括无动力转向架23、动力转向架24、小车架25、大车架26、基础制动单元27。无动力转向架装配包括无动力转向架23、小车架25、大车架26。在动力转向架装配上集中设置一个或多个动力转向架，通过置于该侧车体底架上方机械间内的变流装置分多路为动力转向架的各个轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动。
如图5-7所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架和无动力转向架，二者具有相同的结构和对外接口。如图5-6所示，动力转向架包括单动力轴动力转向架及双动力轴动力转向架两种，分别在其一根及两根轴上设有永磁直驱轮轴驱动装置。如图7所示，无动力转向架的两个轴均为无动力轴，与既有转向架相同。
在具体实施中，可以对既有混铁车结构进行改造来形成本发明中的集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，仅需在既有混铁车中4个无动力转向架中的1个或多个转向架的(1个或2个)轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元即可，在有些情况下，如在中间转向架的轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元时，由于安装空间不足，所以需要在原有尺寸的基础上增长大车架的左心盘距离中心心盘的距离，或增长大车架的右心盘距离中心心盘的距离，或者增长小车架的左心盘距离中心心盘的距离，或增长小车架的右心盘距离中心心盘的距离。具体增长哪一处的距离可以根据要安装永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元的动力轴的位置确定，增长的距离取决于永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元的尺寸以及安装空间的大小，以确保能够安装永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元为准。在另外一些情况下，如在转向架端部的轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置以及基础制动单元时，端部具有足够的安装空间，所以直接安装即可。
当混铁车的鱼雷罐体长度重新设计时，对应增长大车架左心盘和右心盘距中心心盘距离(两侧增长尺寸相同)，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间，且车架结构完全对称。这种情况下，第1轴、第4轴、第5轴和第8轴中的任一轴或任两轴上可作为动力轴安装永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元。
在另一种实施例中，可以在对应增长大车架左心盘和右心盘距中心心盘距离的同时，分别对应增长2个小车架左心盘和右心盘距中心心盘距离(两侧增长尺寸相同)，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间，且车架结构完全对称。这种情况下，第1～4转向架中任意转向架(至少1个)均可作为动力转向架，动力转向架上的任意轴(1个或2个)均可作为动力转向架，都有足够空间安装永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元。
下面以具体示例进行说明。
如图8所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配中第1、2转向架为动力转向架，第3、4转向架为无动力转向架，动力转向架装配的大车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，通过动力转向架装配的大车架的左侧心盘及与其连接的小车架连接第1转向架及第2转向架，通过动力转向架装配的大车架的右侧心盘及与其连接的小车架连接第3转向架及第4转向架，动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，动力轴为第1、4轴，在动力轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元。
如图9所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配中第1、3转向架为动力转向架，第2、4转向架为无动力转向架，动力转向架装配的大车架为右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，通过动力转向架装配的大车架左侧心盘及与其连接的小车架与第1转向架及第2转向架相连，通过动力转向架装配的大车架右侧心盘及与其连接的小车架与第3转向架及第4转向架相连，动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈同向布置，动力轴为第1、5轴，在动力轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元。
如图10所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配中第1转向架为动力转向架，其余转向架为无动力转向架，动力转向架为单动力轴动力转向架，第1轴为动力轴，在动力轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置，在第1轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元。
如图11所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配中第1转向架为动力转向架，其余转向架为无动力转向架，动力轴为第1、2轴，动力转向架为双动力轴动力转向架，动力转向架装配左侧小车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，在动力轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置，在第1、2轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元。
如图12所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的动力转向架装配中第1、4转向架为动力转向架，第2、3转向架为无动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，动力轴为第1、8轴，在动力轴上安装永磁直驱轮轴驱动装置，在第1、8轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元。
这种结构下，由于第4转向架靠近鱼雷罐体，在第4转向架作为动力转向架的情况下，容易产生较大热量，为了隔热，保证混铁车正常工作，在具体实施中，可以在第4转向架上方及鱼雷罐体下方设置保温隔热装置。
可以理解的是，图8～12示出的仅仅是几种优选的示例，在具体实施中，还可以有其他结构形式，如将1个转向架作为动力转向架时，可以是第2转向架、第3转向架或第4转向架作为动力转向架，动力轴可以是动力转向架中的任一轴或者两个轴等等，又如将3个转向架作为动力转向架，可以是第1～3转向架为动力转向架，还可以是第1、2、4转向架为动力转向架等等，各种动力转向架装配的结构形式都在本发明的保护范围内。
如图13所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的机械间也可设置在车体底架II上方，通过螺栓与焊接在车体底架II上的角钢连接，相对应的，动力转向架装配设置在车体底架II下方，无动力转向架装配设置在车体底架I下方。
如图14所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的机械间也可设置在车体底架II上方，此时动力转向架装配设备与上述设备呈左右对称布置，图中给出了与图8所示对称布置的转向架装配。与上述其他布置方式对称布置的转向架装配结构都在本发明保护范围之内，此处不再赘述。
上述提及的尺寸加长的架体结构主要是适当增长左侧心盘至中心心盘距离或左侧心盘至中心心盘距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间，该结构引起的大、小车架左、右心盘相对中心心盘的不对称度是轻微的，且各心盘高度不发生变化，可实现在既有混铁车基础上的自带动力行走改造。当混铁车的鱼雷罐体长度重新设计时，可通过同时增长相应大、小车架左、右心盘距中心心盘距离，实现相应车架结构的对称性。
如图15所示，本发明实施例提供的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车动力轴为第1、4轴的动力转向架装配的大车架，该大车架采用左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，本实施例中左侧心盘距中心心盘距离相对右侧心盘距中心心盘距离加长300mm(既有大车架的结构中左侧心盘距中心心盘的距离与右侧心盘距中心心盘的距离相同)，用于容纳第4轴动力轴及相应的基础制动单元，该结构引起引起的轴重变化是轻微的，以总重600的混铁车为例，原轴重为37.5t，结构更改后，1～4轴的轴重变为35t，4～8轴的轴重变为40t，轴重变化6.67％。
如图16所示，本发明一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车动力轴为1、5轴的动力转向架装配的大车架，该大车架采用右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，本实施例中右侧心盘距中心心盘距离相对左侧心盘距中心心盘距离加长300mm(既有大车架的结构中左侧心盘距中心心盘的距离与右侧心盘距中心心盘的距离相同)，用于容纳第5轴动力轴及相应的基础制动单元，同样以总重600的混铁车为例，原轴重为37.5t，结构更改后，1～4轴的轴重变为35t，4～8轴的轴重变为40t，轴重变化6.67％。
如图17所示，本发明一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车动力轴为1、2轴的动力转向架装配的左侧小车架，该小车架采用左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，本实施例中右侧心盘距中心心盘距离相对左侧心盘距中心心盘距离加长300mm(既有小车架的结构中左侧心盘距中心心盘的距离与右侧心盘距中心心盘的距离相同)，用于容纳第2轴动力轴及相应的基础制动单元，同样以总重600的混铁车为例，原轴重为37.5t，结构更改后，1～2轴的轴重变为33t，3～4轴的轴重变为42t，其余轴轴重不变，轴重变化12％。
如图18所示，本发明一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的永磁直驱轮轴驱动装置包括车轴28、轴箱装配29、永磁电机30、电机吊座31、枕梁吊座32、吊杆33、车轮34；电机吊座31与对应转向架枕梁吊座32通过吊杆连接。
如图19所示，本发明一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的牵引传动系统原理：混铁车设有一套集中动力牵引传动系统，图中所示为该集中动力牵引传动系统原理，其中虚线左端为地面充电装置，地面充电装置设有直流充电电源，通过CN连接器对储能装置充电。在车辆控制装置控制下，牵引逆变器和辅助逆变器分别为主、辅传动系统设备供电，本实施例中设置了两个永磁直驱轮轴驱动装置，因此设置了两个独立的牵引逆变器，这两个牵引逆变器通过两个不同的接触器与永磁电机相连。
如图20所示，本发明公开的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的控制系统原理如下：混铁车车辆控制装置包括车辆控制单元、牵引控制单元、远程I/O模块、交换机、无线重联模块、数据记录单元及与遥控接收装置和无人驾驶装置的通信接口。无人驾驶装置包括无人驾驶控制器、车载防护设备、感知设备、定位设备、视频监控设备，通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并向地面控制中心实时反馈混铁车状态。无线专网还可为车载设备之间的无线通信提供通道，也可作为与其他混铁车之间的无线重联的备用通信通道。
在无人驾驶过程中，如果遥控接收装置接收到手持遥控终端发送的输入指令，则混铁车自动退出无人驾驶模式，转为遥控模式；
在无人驾驶模式下，无人驾驶控制器通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并与车辆控制单元通信，以便车辆控制单元按照输入指令控制混铁车运行；无人驾驶控制器还向地面控制中心实时反馈混铁车状态；
在遥控模式下，遥控接收装置通过无线网络接收手持遥控终端发送的输入指令，并与车辆控制单元通信，以便车辆控制装置按照输入指令控制混铁车运行。
车辆控制单元通过通信到接收地面控制中心或手持遥控终端发出的无线重联指令，可实现两个及以上混铁车的自动编组和解编。地面控制中心或手持遥控终端向其中一辆被控混铁车车辆控制单元发送主控指令，接收到主控指令的车辆控制单元为编组主控单元。地面控制中心或手持遥控终端向其他被控混铁车车辆控制单元发送从控指令，接收到从控指令的车辆控制单元为编组从控单元。编组主控单元接收地面控制中心指令，通过无线重联模块或无线专网，将指令同步传送给各个编组从控单元，编组的主控单元及各个从控单元在地面控制中心或主控混铁车手持遥控终端的统一指挥下通过无线重联协同运行，在混铁车之间没有物理连接的情况下，实现混铁车的虚拟编组及同步控制。编组任务结束后，地面控制中心或主控混铁车手持遥控终端发出解编指令，被解编的各个混铁车停车后自动驻车。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，包括：鱼雷罐体、位于所述鱼雷罐体左侧的车体底架I和位于所述鱼雷罐体右侧的车体底架II；
其中，所述车体底架I上方设置有机械间，通过螺栓与焊接在车体底架I上的角钢连接；所述车体底架I下方设置有动力转向架装配，所述车体底架II下方设置有无动力转向架装配设置；所述动力转向架装配设备与所述无动力转向架装配以所述鱼雷罐体为中心呈左右对称布置；
所述动力转向架装配包括4个两轴转向架、2个小车架及1个大车架，沿所述车体底架I至所述车体底架II的方向上自左向右分别为第1～4转向架，共8个轴，沿所述车体底架I至所述车体底架II的方向上自左向右分别为第1～8轴，4个转向架中包括至少1个动力转向架，其余为无动力转向架；动力转向架包括单动力轴动力转向架及双动力轴动力转向架两种，单动力轴动力转向架在其一根轴上设有永磁直驱轮轴驱动装置，双动力轴动力转向架在其两根轴上设有永磁直驱轮轴驱动装置，同时在设有所述永磁直驱轮轴驱动装置的轴所在转向架侧面设有基础制动单元；通过置于所述机械间内的动力系统为动力转向架的永磁直驱轮轴驱动装置供电，实现混铁车永磁电机直接驱动；
所述无动力转向架装配包括4个两轴无动力转向架、2个小车架和1个大车架；所述动力转向架与所述无动力转向架具有相同的结构和对外接口。
2.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，第1、2转向架为动力转向架，第3、4转向架为无动力转向架，所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，第1、4轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
所述动力转向架装配的大车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
3.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，第1、3转向架为动力转向架，第2、4转向架为无动力转向架，所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈同向布置，第1、5轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
所述动力转向架装配的大车架为右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
4.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，第1、4转向架为动力转向架，第2、3转向架为无动力转向架；所述动力转向架为单动力轴动力转向架，两个动力转向架呈反向布置，第1、8轴为动力轴，分别安装永磁直驱轮轴驱动装置，在动力轴对应转向架侧面各安装一个基础制动单元；
在第4转向架上方及鱼雷罐体下方设置保温隔热装置。
5.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，第1转向架为动力转向架，其余转向架为无动力转向架；
当采用单动力轴动力转向架时，动力轴为1轴；
当采用双动力轴动力转向架时，所述动力转向架装配左侧小车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构，动力轴为1、2轴；所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间。
6.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述动力转向架装配的大车架为左侧心盘距离中心心盘尺寸加长和右侧心盘距离中心心盘尺寸加长的架体结构；所述尺寸加长主要是在原有尺寸的基础上增加预设距离，以使永磁直驱轮轴驱动装置和基础制动单元具有足够的安装空间，且车架结构完全对称。
7.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述永磁直驱轮轴驱动装置包括车轴、轴箱装配、永磁电机、电机吊座、枕梁吊座和吊杆；所述电机吊座与对应转向架枕梁吊座通过吊杆连接；所述永磁电机采用自然冷却结构，电机定子设有钢结构机壳，机壳外部设有多组环形散热片，电机两端端盖上设置带有吸热筋的铝合金散热片，绕组和铁心的热量通过定子铁芯及内部空气传导到机壳、端盖及铝合金散热片上，散热片与车辆行进方向平行，电机轴承设隔热腔。
8.根据权利要求1所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述机械间内的动力系统包括：储能装置、空气制动装置、变流装置、车辆控制装置、遥控接收装置和无人驾驶装置；
所述变流装置包括牵引变流器和辅助变流器，分别与所述储能装置通过中间直流回路相连；在所述车辆控制装置控制下，牵引变流器将储能装置输出的直流电源变换为电压、频率可调的交流电源，为所述永磁直驱轮轴驱动装置供电，同时能够将牵引电机再生制动产生的电能回馈到中间直流回路，给所述储能装置充电；所述辅助变流器为辅助负载供电；
所述空气制动装置包括风源装置、停放制动模块和紧急制动模块，安装于所述机械间内的空气制动柜中，其中风源装置包括空压机和干燥器；
所述车辆控制装置包括车辆控制单元、牵引控制单元、远程I/O模块、交换机、无线重联模块、数据记录单元；
所述遥控接收装置通过无线方式与手持遥控终端通信，获取控制指令，并反馈机车状态；
所述无人驾驶装置包括无人驾驶控制器、车载防护设备、感知设备、定位设备和视频监控设备，通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并向地面控制中心实时反馈混铁车状态。
9.根据权利要求8所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述车辆控制装置内各部件及遥控接收装置、无人驾驶装置之间采用基于TRDP协议的双回归环形拓扑结构的以太网进行通信；所述无线专网采用双链路聚合网络。
10.根据权利要求8所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述车辆控制单元和所述牵引控制单元采用冗余设计，相互冗余的设备连接在不同的交换机上。
11.根据权利要求8所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，所述永磁直驱电机采用轴控方式，所述牵引变流器与所述永磁直驱电机连接回路设有接触器，当所述连接回路故障时，通过接触器将该回路切断。
12.根据权利要求8所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，牵引变流器具备任意转速下全转矩再生制动控制功能，在制动工况优先采用再生制动功能，所述空气制动装置作为备用制动装置；在紧急停车工况，再生制动和空气制动同时作用。
13.根据权利要求8所述的一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车，其特征在于，为所述储能装置充电的充电装置由地面供装置和车载受电装置两部分组成，所述地面供装置包括智能机械臂、充电枪和充电电源，所述车载受装置包括受电插座、受电接触器和具有自动开闭功能的插座盖。
14.一种如权利要求1～13任一种集中动力式永磁直驱无人驾驶混铁车的控制方法，其特征在于，包括：
当混铁车无人驾驶控制器接收到地面控制中心发送的无人驾驶请求信号，所述车辆控制单元进行自检确认具备无人驾驶条件后，向地面控制中心反馈无人驾驶允许信号，混铁车进入无人驾驶模式；
在无人驾驶过程中，如果所述遥控接收装置接收到手持遥控终端发送的输入指令，则混铁车自动退出无人驾驶模式，转为遥控模式；
在所述无人驾驶模式下，所述无人驾驶控制器通过无线专网接收地面控制中心发出的指令，并与所述车辆控制单元通信，以便所述车辆控制单元按照所述输入指令控制混铁车运行；所述无人驾驶控制器还向地面控制中心实时反馈混铁车状态；
在所述遥控模式下，所述遥控接收装置通过无线网络接收手持遥控终端发送的输入指令，并与所述车辆控制单元通信，以便所述车辆控制装置按照所述输入指令控制混铁车运行。
15.根据权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：所述车辆控制单元通过接收地面控制中心或手持遥控终端发出的无线重联指令，实现两个及以上混铁车的自动编组和解编。
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