CN219883847U - 新能源工矿牵引机车 - Google Patents

Abstract

提供一种新能源工矿牵引机车，属于铁路工程车辆技术领域。具有车架，车架两端设有牵引装置，车架下部设有前后转向架；车架上平面两端分别设有大机器间和小机器间，车架上平面中部设有驾驶室，大机器间内部设有动力系统，动力系统通过传动装置驱动前后转向架走行实现机车牵引运行，小机器间内部设有空气系统。本实用新型解决内燃机车噪音污染大，油耗、维护成本高，配置高效率新型永磁同步电机和动力控制系统，是一款智能新能源环保运输设备。

Description

新能源工矿牵引机车

技术领域

本实用新型属于铁路工程车辆技术领域，具体涉及一种新能源工矿牵引机车。

背景技术

随着国家对冶金、钢铁企业、港口、物流等铁路专用自备车辆节能环保、减排降耗等要求的提升，对于环保、清洁、经济、高效、安全的牵引车辆需求不断增加。传统的内燃牵引机车噪音污染大，油耗和维护成本高，已不能满足轨道牵引运输企业对车辆的实际要求。内燃机车采用柴油机为动力，通过工作进气、压缩、燃烧膨胀和排气这四个过程做功输出动力，柴油燃烧膨胀工作过程产生大量工作废气排入大气，废气中含有氮氧化合物、碳氢化合物及一氧化碳等有毒气体,造成环境污染并消耗大量燃油。柴油机工作过程还会产生九十分贝以上的噪音，对周围环境产生二次污染。柴油机曲柄连杆机构、配气机构、进排气系统，燃油系统、润滑系统、冷却系统、起动系统等总成需定期检查保养并维护，机车将产生后期维护成本高。受以上因素影响和限制，因此必须尽快对内燃机车进行一次升级改进，以满足和适应节能环保的产品要求。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种新能源工矿牵引机车，本实用新型解决内燃机车噪音污染大，油耗、维护成本高，不同于传统交流异步电机、变频器驱动的方案，配置高效率新型永磁同步电机和动力控制系统，形成一款智能新能源环保运输设备。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案：

新能源工矿牵引机车，具有车架，所述车架两端设有牵引装置，所述车架下部设有前后转向架即机车走行部；所述车架上平面两端分别设有大机器间和小机器间，所述车架上平面中部设有驾驶室，所述大机器间内部设有动力系统，所述动力系统通过传动装置驱动前后转向架走行实现机车牵引运行，所述小机器间内部设有空气系统。

对上述方案的进一步限定，所述动力系统包括动力电池系统和永磁同步电机及动力控制系统，所述动力电池系统包括固定于大机器间内的磷酸铁锂电池；所述动力控制系统包括多功能驱动器；所述传动装置包括固定在车架中部的减速箱和传动轴Ⅱ；所述前后转向架包括轮对轴箱总成和基础制动、二级车轴齿轮箱、一级车轴齿轮箱；两台所述永磁同步电机输出端通过电磁离合器分别与减速箱两输入端连接，所述减速箱两输出端通过传动轴Ⅱ与前后转向架上的二级车轴齿轮箱连接，所述二级车轴齿轮箱通过传动轴Ⅰ连接一级车轴齿轮箱。

对上述方案的进一步限定，所述驾驶室内设有电气系统，所述电气系统包括电气控制系统、视频装置、辅助装置及遥控系统，其中，所述电气控制系统包括动力电池系统、多功能驱动器、整车控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用NXP最新的32位ARMCortex-M4F内核的工业级MCU，主频高达112MHz，具有512KB的FLASH以及3路独立的CAN接口，其中一个接口支持CANFD，满足整车多路CAN通讯所需。

对上述方案的进一步限定，所述车架上平面的大机器间内设有水冷却系统，所述水冷却系统包括左水散热器、右水散热器、水泵、电机、风扇、散热连接管路；所述前后转向架上设有制动系统，所述制动系统包括空气系统、基础制动和设于车架前端的手制动，所述手制动采用JZ7单机制动；所述空气系统包括设于小机器间内的两个空压机、空气干燥器和储风包，每个所述前后转向架分别安装两个制动缸，空气管路上装有油水分离器和空气干燥器。

对上述方案的进一步限定，所述车架下部一端的前后转向架上设有测速从动轮。

对上述方案的进一步限定，所述驾驶室内前端设有司机操作台、司机座椅，所述驾驶室顶部安装有顶置嵌入式空调，所述驾驶室内后端设有卧铺，所述驾驶室前后端设有前车门和后车门，所述前车门和后车门为对角布置，整车采用外走道式结构形式。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、本方案中新能源机车选用先进的永磁同步电机，采用最大扭矩电流比和最大扭矩电压比控制，电机持续工作在最高效率点，电机效率高于96％，电机的损耗最小，发热得到有效控制，系统稳定可靠，使用寿命得到很大提升，零转速时，输出最大扭矩，机车起动性能优异。增加电机反牵引制动，兼顾电动机的能量回收；相较原有同功率内燃机车，新能源机车起动牵引力提升35％；

2、本方案中动力系统及动力控制系统的配置，可满足平直道起动牵引3500t，最高运行速度为20km/h要求；

3、本方案中机车装备有测速从动轮，可以迅速检测到驱动轮打滑空转，通过自动撒沙，脉动转矩控制等措施，有效防止打滑；

4、本方案中两台电机可独立驱动也可同步驱动，实现轻重载荷转换作业，同时满足一台电机故障，机车可单台电机正常作业；

5、本方案起动平稳，起动冲击小、噪音低，智能化操纵系统和美观舒适的驾驶环境，司乘人员工作环境和安全得到改善。

附图说明

图1为本实用新型的结构主视图；

图2为本实用新型的结构俯视图；

图3为本实用新型的转向架走行部示意图；

图4为本实用新型中传动装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，需要理解的是：术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和的简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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”、“设置”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。再例如，可以是直接相连，也可以通过其他中间构件间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1-4，详述本实用新型的实施例。

新能源工矿牵引机车，如图1所示，具有车架6，所述车架6为车辆所有部件的安装基础。所述车架6两端设有牵引装置28，所述牵引装置28包括13号上作用式车钩和弹簧缓冲器，为铁路通用件。所述车架6上平面前端设有大机器间1，后端设有小机器间5，所述车架6上平面中部设有驾驶室2，所述车架6下部设有前后转向架11，转向架采用芯盘牵引方式。

所述大机器间1内部设有动力系统12，所述动力系统12通过传动装置31驱动前后转向架11走行实现机车牵引运行；所述小机器间5内部设有空气系统。

所述动力系统12包括动力电池系统13和永磁同步电机33及动力控制系统16，所述动力电池系统13包括固定于大机器间1内的磷酸铁锂电池，采用安全性能较高的磷酸铁锂电池；所述动力控制系统16包括多功能驱动器26；所述传动装置31包括固定在车架6中部的减速箱34和传动轴Ⅱ36；所述前后转向架11包括轮对轴箱总成9和基础制动7、二级车轴齿轮箱30、一级车轴齿轮箱29。其中，轴箱采用导框式均衡梁结构并带有一系内外圆柱弹簧，该结构有效缓解铁路线路不规范所引起的冲击振动。

两台所述永磁同步电机33输出端通过电磁离合器35分别与减速箱34两输入端连接，所述减速箱34两输出端通过传动轴Ⅱ36与前后转向架11上的二级车轴齿轮箱30连接，所述二级车轴齿轮箱30通过传动轴Ⅰ32连接一级车轴齿轮箱29。采用两套电磁离合器35，可实现单台电机独立工作和两台电机同步工作。动力系统12采用直-交传动，电池系统通过所述永磁同步电机33，将电能转换为机械能，通过传动装置31驱动前后转向架11，实现机车牵引运行。

所述驾驶室2内设有电气系统4，所述电气系统4包括电气控制系统、视频装置、辅助装置及遥控系统，其中，所述电气控制系统包括动力电池系统13、多功能驱动器26、整车控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用NXP最新的32位ARM Cortex-M4F内核的工业级MCU，主频高达112MHz，具有512KB的FLASH以及3路独立的CAN接口，其中一个接口支持CANFD，满足整车多路CAN通讯所需。整车控制器是新能源机车的核心控制部件，它采集操纵台按钮和智能仪表及其他传感器信号，并作出相应判断后，协调控制下层的各部件控制器如BMS、MCU等的工作；采集司机驾驶信号和车辆状态，通过CAN总线对网络信息进行管理、调度、分析和运算，实现整车驱动控制、能量回收控制、辅助控制、走行数据记录、故障诊断及报警等功能。机车在车架两侧分别设有两组充电插座，用外部充电桩给动力电池充电，可大大缩短充电时间。配置慢充，可定期对电池进行涓流充电，从而延长电池使用寿命，机车可实现遥控控制。

所述车架6上平面的大机器间1内设有水冷却系统14，所述水冷却系统14包括左水散热器15、右水散热器27、水泵、电机、风扇、散热连接管路；通过两套水循环散热系统对磷酸铁锂电池、多功能驱动器和永磁同步电机分别进行冷却，通过水泵使水进行循环，电机驱动散热风扇将散热器的热量排入大气，大大降低了动力电池和永磁同步电机的发热，保证动力电池系统的安全使用，同时配备电池自动消防系统，消除安全隐患。

所述前后转向架11上设有制动系统10，所述制动系统10包括空气系统、基础制动7和设于车架6前端的手制动22，所述空气系统采用JZ7单机制动；所述空气系统包括设于小机器间5内的两个空压机21、空气干燥器20和储风包23、固定在所述前后转向架11上的两个制动缸，两套独立的基础制动装置，采用单侧制动方式。空气管路上装有油水分离器和空气干燥器20。保证各阀件工作的可靠，使空气系统性能符合TB/T2180之规定。本方案中空气系统10采用两个无油电动空压机，打风迅速、故障低，制动系统保留传统空气制动和手制动，增加电机反牵引制动，兼顾电动机的能量回收，采用智能电磁阀设计，可以精准控制制动缸压力，制动力线形流畅，同时增加急停装置，在发生紧急情况时按下急停按钮，车辆进入紧急制动状态：动力停止输出，确保车辆在最短时间内停止运行。操控电控制动手柄或机械制动手柄，通过制动缸充排风作用，驱动制动缸鞲鞴杆、基础制动杆件作用，实现机车制动、停车、缓解、运行。

所述动力系统12传动噪音低，无污染，传动效率高，故障率低。电机变速范围大且可无级调速，结合电机不同于传统内燃机的特性曲线，可实现低转速横扭矩输出。本实用新型中动力电池系统13及动力控制系统16的配置，满足平直道最大牵引3500t，最高运行速度20km/h要求，传动装置31、前后转向架11匹配满足持续低速牵引运行且不发热要求，整车满足标准轨距铁路机车车辆限界。

所述车架6下部一端的前后转向架11上设有测速从动轮8。所述测速从动轮8可以迅速检测到驱动轮打滑空转，通过自动撒沙，脉动转矩控制等措施，有效防止打滑，紧急制动防抱死。

所述驾驶室2内前端设有司机操作台19、司机座椅18，所述驾驶室2顶部安装有顶置嵌入式空调3，所述驾驶室2内后端设有卧铺25，所述驾驶室2前后端设有前车门24和后车门17，所述前车门24和后车门17为对角布置，整车采用外走道式结构形式，便于检查、修理。所述驾驶室2前后端设置安全挡风玻璃，并配有喷水式刮雨器，两侧设有推拉窗，司乘人员工作环境得到有效改善。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.新能源工矿牵引机车，具有车架(6)，所述车架(6)两端设有牵引装置(28)，所述车架(6)下部设有前后转向架(11)，其特征在于：所述车架(6)上平面两端分别设有大机器间(1)和小机器间(5)，所述车架(6)上平面中部设有驾驶室(2)，所述大机器间(1)内部设有动力系统(12)，所述动力系统(12)通过传动装置(31)驱动前后转向架(11)走行实现机车牵引运行，所述小机器间(5)内部设有空气系统。

2.根据权利要求1所述的新能源工矿牵引机车，其特征在于：所述动力系统(12)包括动力电池系统(13)和永磁同步电机(33)及动力控制系统(16)，所述动力电池系统(13)包括固定于大机器间(1)内的磷酸铁锂电池；所述动力控制系统(16)包括多功能驱动器(26)；所述传动装置(31)包括固定在车架(6)中部的减速箱(34)和传动轴Ⅱ(36)；所述前后转向架(11)包括轮对轴箱总成(9)和基础制动(7)、二级车轴齿轮箱(30)、一级车轴齿轮箱(29)；两台所述永磁同步电机(33)输出端通过电磁离合器(35)分别与减速箱(34)两输入端连接，所述减速箱(34)两输出端通过传动轴Ⅱ(36)与前后转向架(11)上的二级车轴齿轮箱(30)连接，所述二级车轴齿轮箱(30)通过传动轴Ⅰ(32)连接一级车轴齿轮箱(29)。

3.根据权利要求1所述的新能源工矿牵引机车，其特征在于：所述驾驶室(2)内设有电气系统(4)，所述电气系统(4)包括电气控制系统、视频装置、辅助装置及遥控系统，其中，所述电气控制系统包括动力电池系统(13)、多功能驱动器(26)、整车控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用NXP最新的32位ARMCortex-M4F内核的工业级MCU，主频高达112MHz，具有512KB的FLASH以及3路独立的CAN接口，其中一个接口支持CANFD，满足整车多路CAN通讯所需。

4.根据权利要求1所述新能源工矿牵引机车，其特征在于：所述车架(6)上平面的大机器间(1)内还设有水冷却系统(14)，所述水冷却系统(14)包括左水散热器(15)、右水散热器(27)、水泵、电机、风扇、散热连接管路；所述前后转向架(11)上设有制动系统(10)，所述制动系统(10)包括空气系统、基础制动(7)和设于车架(6)前端的手制动(22)，所述空气系统采用JZ7单机制动；所述空气系统包括设于小机器间(5)内的两个空压机(21)、空气干燥器(20)和储风包(23)、固定在所述前后转向架(11)上的两个制动缸、空气管路上的油水分离器和空气干燥器(20)。

5.根据权利要求1所述的新能源工矿牵引机车，其特征在于：所述车架(6)下部一端的前后转向架(11)上设有测速从动轮(8)。

6.根据权利要求1所述的新能源工矿牵引机车，其特征在于：所述驾驶室(2)内前端设有司机操作台(19)、司机座椅(18)，所述驾驶室(2)顶部安装有顶置嵌入式空调(3)，所述驾驶室(2)内后端设有卧铺(25)，所述驾驶室(2)前后端设有前车门(24)和后车门(17)，所述前车门(24)和后车门(17)为对角布置，整车采用外走道式结构形式。