CN205901530U - 一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置 - Google Patents

一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置。目的是将车轴转动的机械能转变为可为监测装置供电的电能，使主动监测货运列车的安全行驶状态成为切实可行。该装置包括车轴、安装在车轴上的车轮，车轴外侧为转向架侧架，在转向架侧架内侧与车轮外轮缘之间为车轴上的防尘板座凹槽，转向架侧架在朝向运行前方的端面上开有侧架凹槽，靠近下部的侧架凹槽内嵌入一尺寸与凹槽内部形状相吻合的楔块并在楔块外面用抱箍Ⅰ与转向架侧架固定，楔块外侧再经抱箍Ⅱ固定一转轴式发电机，发电机的转轴伸向车轮方向并在轴的端部安装发电机驱动轮，在发电机驱动轮与防尘板座凹槽之间连有传动皮带；转轴式发电机输出的交流电能经电路单元处理后存储于储能单元。

Description

一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置。适用于为货运列车的运行安全监测系统提供电能。
背景技术
作为铁路运输系统中获取经济效益良好的货运列车，长期以来一直面临一个技术难题，就是无法对运行中的列车进行实时状态监测。现有的监测手段都是在铁路道边安装红外线温度监测装置，当列车驶过时，被动地对相应的照射进行测量。但是，这种监测手段缺乏实时性和存在漏检，虽然铁路部门投入了大量的资金来安装和维护这些设备，却没能真正达到所希望的安全要求。另一方面货车系统无法进行大规模的提速，从而限制了货车发挥应有的经济效益。
要实现对货运列车运行状态参量进行可靠、准确地测量，最终有效的方式是要在货运列车车厢上安装实时监测装置，以实现主动式监测测量，而安装实时监测装置又面临的一个难题是如何在每节货运列车上给监测装置提供电源。现有的文献中解决发电问题的方案有：1)中国南车集团眉山车辆厂的“带发电装置的宽轨转向架200620034961.5”；2)同济大学的“铁路快捷货运车辆轴端电源装置201210561264.5”；3)张健的“铁路货车的安全监测系统201110326854.5”，1)的不合理之处在于在转向架侧架的构架另设置延长的一个支架，增加了转向架向外侧空间占用的体积；2)和3)的问题在于将发电装置体安装在转轴套与前盖位置，将会影响日常的转向架车轴的检修工作，这些问题对行车安全都是极为不利的。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种不改变现有结构、合理利用原有空间且隐蔽安全的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，目的在于将车轴转动的机械能转变为可为监测装置供电的电能，使主动监测货运列车的安全行驶状态成为切实可行。
本实用新型所采用的技术方案是：用于货运列车安全监测系统的自发电装置，包括车轴、安装在车轴上的车轮，车轴的外侧为转向架侧架，在转向架侧架内侧与车轮外轮缘之间为车轴上的防尘板座凹槽，所述转向架侧架在朝向运行前方的端面上开有侧架凹槽，其特征在于靠近下部的侧架凹槽内嵌入一尺寸与该凹槽内部形状相吻合的楔块并在楔块外面用抱箍Ⅰ与转向架侧架固定，楔块外侧再经抱箍Ⅱ固定一转轴式发电机，该发电机的转轴伸向车轮方向并在轴的端部安装发电机驱动轮，在发电机驱动轮与防尘板座凹槽之间连有传动皮带；转轴式发电机输出的交流电能经电路单元处理后存储于储能单元。
所述楔块内部掏成空腔，电路单元的所有元器件集中安装于一电路板上，储能单元为超级电容组，所述电路板和超级电容组均置于楔块内部的空腔中，仅通过电线与外部的转轴式发电机实现电连接。
所述电路单元包括AC/DC电源转换模块、电源管理切换模块、超级电容组充电管理模块和DC/DC电源转换模块，转轴式发电机输出交流电压到AC/DC电源转换模块转换成直流电，一路输出到超级电容组充电管理模块，实现对超级电容组的充电；另一路输出到电源管理切换模块，电源管理切换模块同时还接收超级电容组供电输出；电源管理切换模块还实现AC/DC电源转换模块和超级电容组的自动切换，在输出端形成不间断的12V直流供电。
所述电源管理切换模块输出的12V不间断直流电还输入到DC/DC电源转换模块，用于将12V直流电压转换为5V直流电压，以供后端系统直接使用。
所述转轴式发电机外罩有防护罩，防护罩呈薄壁圆筒形，对应于传动皮带处开有皮带孔，一侧加有端盖，底部开有排水孔。
所述楔块轴向截面为梯形，垂直于纵轴线方向开有两个用于穿抱箍Ⅰ的抱箍孔。
所述楔块材料选用氟橡胶加不锈钢层。
所述楔块材料选用木材。
本实用新型的有益效果是：本实用新型巧妙地利用了列车转向架侧架的原有空隙位置，安装了本自发电装置，实施简便，不需在侧架上打孔焊接，对转向架及侧架的结构没有任何改动；传动部分采用柔性连接，占用位置相对隐蔽，不占用轴端侧的外侧空间，对列车转向架行走部分无任何影响；同时，本实用新型采用备用储能方式，使用超级电容器来替代胶体蓄电池或铅酸蓄电池，以提高储能元件的使用寿命，实现列车行驶或停靠期间的不间断供电；本实用新型安全可靠、维护简便、适于推广。
附图说明
图1是本实用新型未安装于转向架轮轴时的结构图。
图2是本实用新型的俯视图。
图3是图2的B-B向视图。
图4是图2的A-A向视图。
图5是本实用新型中防护罩的主视图。
图6是本实用新型中防护罩的仰视图。
图7是本实用新型中楔块的主视图。
图8是本实用新型中楔块的俯视图。
图9是本实用新型中电路单元和储能单元的电路框图。
具体实施方式
图1是本实用新型自发电装置还未安装在转向架轮轴上的结构图，它包括车轴6、安装在车轴上的车轮7，车轴的外侧有转向架侧架8，在转向架侧架8内侧与车轮7外轮缘之间为车轴上的防尘板座凹槽6－1(为车轴的一部分)，所述转向架侧架8在朝向运行前方的端面上具有若干个侧架凹槽5，这些凹槽原本就有，为铸造转向架侧架时留下。
如图2、3、4所示，本实用新型的特点是在最下端的一个侧架凹槽5内嵌 入一尺寸与该凹槽内部形状相吻合的楔块2，用抱箍Ⅰ9将楔块2与转向架侧架8固定牢固。在楔块2外侧再用抱箍Ⅱ10固定一转轴式发电机1，该发电机的转轴1－2伸向车轮方向并在轴的端部安装发电机驱动轮1－3，发电机驱动轮与防尘板座凹槽6－1之间用传动皮带3连接，当车轮转动时即可带动转轴式发电机1发电，发电机输出的交流电能通过电线输送给电路单元及储能单元。
如图5、6、7所示，本例在转轴式发电机1外罩有防护罩4，防护罩采用防磁防水型，用钛金属加工，其形状为薄壁圆筒形，对应于传动皮带3处开有长方形的皮带孔4－2，内侧加有端盖4－1，底部开有排水孔4－3。
如图8所示，所述楔块2材料选用氟橡胶加不锈钢层，也可以采用木质的楔块。楔块的形状轴向截面为梯形，底部的斜面与侧架凹槽5的斜面一致，前端呈圆弧形，在垂直于纵轴线方向(贯通两个侧面)开有两个用于穿抱箍Ⅰ9的抱箍孔2－1。楔块2内部被掏空形成长条形的空腔。
抱箍Ⅰ9和抱箍Ⅱ10均采用不锈钢制作，与抱箍配合的紧固件也采用防松动的不锈钢螺栓螺母。
图9为本实施例中电路单元和储能单元的电路框图，电路单元包括AC/DC电源转换模块101、电源管理切换模块102、超级电容组充电管理模块103和DC/DC电源转换模块104；储能单元为超级电容组(105)。AC/DC电源转换模块101，用于接收从转轴式发电机1输出的交流电压，将其转换成直流电，并稳压成24V直流电压输出，一路输出到超级电容组充电管理模块103，通过充电管理模块将24V电压转换成12V直流电，实现对超级电容组105的充电；另一路输出到电源管理切换模块102，被转换成12V的直流电压后输出，电源管理切换模块102同时还接受超级电容组105供电输出。电源管理切换模块102还实现对输入24V直流电的监控，一旦该电压过低，就将供电电源从AC/DC电源转换模块101切换到超级电容组105，从而在输出端形成不间断的12V直流供电。为了简化后端系统的方便实用，本例中的电路单元还包括一个DC/DC电源转换模块104，用于将12V直流电压转换为5V直流电压，以供后端系统直接使用。
本自发电装置以转轴式发电机作为主供电电源，超级电容组作为备用供电电源，当主供电电压不足时，自动切换到超级电容的备用供电，可确保长期不间断地为监测装置提供直流电源。
本例所选的转轴式发电机为防尘防水永磁式发电机，功率为100w以内，电压24V交流式或直流，厂家为苏州三禾机电公司。传动皮带为耐老化橡胶汽车用专用皮带，使用梯形皮带，厂家为邢台市金众橡胶制品公司。
本实用新型所选的AC/DC电源转换模块101使用Semikron的整流器DBI15-02和Onsemi的功率因子控制器MC33262实现；超级电容组充电管理模块103采用Linear Tech的大电流超级电容器后备控制器和系统监视器LTC3350实现；超级电容器组105采用3～4个由上海绿态电子科技有限公司的SM-12V-100FZS 12V/100F的超级电容器串联而成；电源管理切换模块102采用Linear Tech的LTC4417实现，其中24V/12V DC/DC电源转换模块采用德州仪器的LM27341；12V/5V DC/DC电源转换模块104采用德州仪器的TPS54329实现。
上述器件均采用微型集成的元器件，超级电容器的尺寸只有数个毫米，而侧架凹槽5的尺寸足够大，嵌入楔块2后其内部的空腔已足够放置集中安装在一块电路板上的电路单元和超级电容组。
本实用新型的工作原理是：当列车运行时，车轴6转动(也即防尘板座凹槽6－1转动)带动传动皮带3运动，进而使发电机驱动轮1－3旋转，最终带动发电机转子转动发电，并利用AC/DC转换模块转换成直流电，通过超级电容组将电能存储，电容器的能量密度高，户外工作寿命比可充电蓄电池高出5-10倍，工作寿命可长达10年，实现列车整个运行及停靠周期的不间断供电，为安装在货车车厢内的安全监测装置提供不间断电力供应。

Claims (8)

1.一种用于货运列车安全监测系统的自发电装置，包括车轴(6)、安装在车轴上的车轮(7)，车轴的外侧为转向架侧架(8)，在转向架侧架(8)内侧与车轮(7)外轮缘之间为车轴上的防尘板座凹槽(6－1)，所述转向架侧架(8)在朝向运行前方的端面上开有侧架凹槽(5)，其特征在于：靠近下部的侧架凹槽(5)内嵌入一尺寸与该凹槽内部形状相吻合的楔块(2)并在楔块外面用抱箍Ⅰ(9)与转向架侧架(8)固定，楔块(2)外侧再经抱箍Ⅱ(10)固定一转轴式发电机(1)，该发电机的转轴(1－2)伸向车轮方向并在轴的端部安装发电机驱动轮(1－3)，在发电机驱动轮与防尘板座凹槽(6－1)之间连有传动皮带(3)；转轴式发电机(1)输出的交流电能经电路单元处理后存储于储能单元。
2.根据权利要求1所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述楔块(2)内部掏成空腔，电路单元的所有元器件集中安装于一电路板上，储能单元为超级电容组(105)，所述电路板和超级电容组(105)均置于楔块(2)内部的空腔中，仅通过电线与外部的转轴式发电机(1)实现电连接。
3.根据权利要求2所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述电路单元包括AC/DC电源转换模块(101)、电源管理切换模块(102)、超级电容组充电管理模块(103)和DC/DC电源转换模块(104)，转轴式发电机(1)输出交流电压到AC/DC电源转换模块(101)转换成直流电，一路输出到超级电容组充电管理模块(103)，实现对超级电容组(105)的充电；另一路输出到电源管理切换模块(102)，电源管理切换模块(102)同时还接收超级电容组(105)供电输出；电源管理切换模块(102)还实现AC/DC电源转换模块(101)和超级电容组(105)的自动切换，在输出端形成不间断的12V直流供电。
4.根据权利要求3所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述电源管理切换模块(102)输出的12V不间断直流电还输入到DC/DC电源转换模块(104)，用于将12V直流电压转换为5V直流电压，以供后端系统直接使用。
5.根据权利要求1或4所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述转轴式发电机(1)外罩有防护罩(4)，防护罩呈薄壁圆筒形，对应于传动皮带(3)处开有皮带孔(4－2)，一侧加有端盖(4－1)，底部开有排水孔(4－3)。
6.根据权利要求1或4所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述楔块(2)轴向截面为梯形，垂直于纵轴线方向开有两个用于穿抱箍Ⅰ(9)的抱箍孔(2－1)。
7.根据权利要求6所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述楔块(2)材料选用氟橡胶加不锈钢层。
8.根据权利要求6所述的用于货运列车安全监测系统的自发电装置，其特征在于：所述楔块(2)材料选用木材。
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