CZ2010962A3

CZ2010962A3 - Zarízení pro optimalizaci chodu pohonné jednotky

Info

Publication number: CZ2010962A3
Application number: CZ20100962A
Authority: CZ
Inventors: Zegzulka@Jirí; Necas@Jan; Juchelková@Dagmar; Smelik@Roman; Mlcák@Tomáš
Original assignee: Vysoká škola bánská - Technická univerzita Ostrava
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-01-18
Also published as: CZ302938B6

Abstract

Soucástí pohonné jednotky (1), spražené s nejméne jedním bremenem, jsou rídící jednotka (2), rekuperacní jednotka (11), elektromotor (12), akumulátor (13) a rídící panel (14). Rekuperacní jednotka (11), elektromotor (12), akumulátor (13) a rídící panel (14) jsou každý samostatne pripojeny k rídící jednotce (2). Rídící jednotka dále obsahuje nejméne jeden první vstup (21), ke kterému je svým nejméne jedním výstupem (411, 421, 431) pripojen nejméne jeden snímac (41, 42, 43) síly. Zarízení muže dále obsahovat nejméne jeden snímac (51, 52) délky dráhy, jehož nejméne jeden výstup (511, 521) je spojen s nejméne jedním druhým vstupem (22) rídící jednotky (2) a nejméne jeden snímac (61) náklonu dráhy, jehož výstup (611) je spojen se tretím vstupem (23) rídící jednotky. Nejméne jeden snímac (41, 42, 43) síly muže být soucástí pohonné jednotky (1) nebo muže být, jako soucást merící jednotky (9), zapojen mezi pohonnou jednotku (1) a nejméne jedním bremenem nebo mezi dvema bremeny. Nejméne jeden snímac (51, 52) délky dráhy muže být bud soucástí pohonné jednotky (1) nebo soucástí nejméne jednoho bremene a nebo se muže, jako soucást merící jednotky (9), nacházet mezi pohonnou jednotkou (1) a nejméne jedním bremenem nebo mezi dvema bremeny. Nejméne jeden snímac (61) náklonu dráhy muže být soucástí pohonné jednotky (1) nebo muže být soucástí nejméne jednoho bremene, a nebo se muže, jako soucást merící jednotky (9), nacházet mezi pohonnou jednotkou (1) a nejméne jedním bremenem nebo mezi dvema bremeny.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro optimalizaci chodu pohonné jednotky dopravního prostředku a řeší úsporu energie, potřebné pro provoz dopravního prostředku, zejména úsporu elektrické energie u trakčních lokomotiv poháněných elektrickými akumulátory.

Popis dosavadního stavu techniky

Je známo, že chod pohonné jednotky lze optimalizovat v případě, že je předem znám, nebo lze předem odhadnout potřebný výkon pohonné jednotky, který závisí nejen na hmotnosti a vlastnostech dopravního prostředku, ale též na parametrech trati. Například řidič automobilu, pokud před sebou vidí stoupající silnici přeřadí na nižší převodový stupeň dříve, než otáčky motoru vlivem zvyšující se zátěže poklesnou pod nežádoucí mez. Nevýhodou takového řízení výkonu je značně individuální chování řidiče. Posuzování situace řidičem je subjektivní, protože se význačnou měrou řídí zvukem motoru. Pokud se v železničním provozu pro posun železničních vagónů nebo pro dojezd vlaku na kratší vzdálenost používají lokomotivy na elektrický pohon, napájené z akumulátorů, bývají tyto lokomotivy též vybaveny zařízení pro dobíjení akumulátoru při brždění. Dosažení co největší dojezdové vzdálenosti najedno nabití je v takovém případě nanejvýš žádoucí. Při snaze optimalizovat provoz lokomotivy napájené z elektrického akumulátoru však představuje lidský faktor vážný problém. Je známo, že u železničních souprav rychlovlaků se pro optimalizaci chodu pohonné jednotky používá jiným zařízením předem sejmutý profil tratě, který je uložen v paměti řídící jednotky. Této možnosti však nelze využít při posunu, kdy se opakovaně přejíždějí krátké úseky nebo kdy se přepravovaná hmotnost mění v širokém rozsahu, např. v důsledku postupného odpojování vagónů

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody řeší zařízení pro optimalizaci chodu pohonné jednotky obsahující řídící jednotku, kdy pohonná jednotka je spřažena s nejméně jedním břemenem. Podstatou vynálezu je, že zařízení dále obsahuje nejméně jeden snímač síly opatřený nejméně jedním výstupem, přičemž nejméně jeden výstup nejméně jednoho snímače síly je spojen s nejméně jedním

- 2 , prvním vstupem řídící jednotky. Nejméně jeden snímač síly může být buď součástí pohonné jednotky nebo může být zapojen mezi pohonnou jednotku a nejméně jedno břemeno, případně může být zapojen mezi dvěma břemeny. Zařízení alternativně dále obsahuje nejméně jeden snímač délky dráhy, jehož nejméně jeden výstup je spojen s nejméně jedním druhým vstupem řídící jednotky. Nejméně jeden snímač délky dráhy může být buď součástí pohonné jednotky nebo součástí nejméně jednoho břemene a nebo se může nacházet mezi pohonnou jednotkou a nejméně jedním břemenem, případně mezi dvěma břemeny. Dle další alternativy zařízení dále obsahuje nejméně jeden snímač náklonu dráhy, jehož výstup je spojen se třetím vstupem řídící jednotky. Nejméně jeden snímač náklonu dráhy může být buď součástí pohonné jednotky nebo součástí nejméně jednoho břemene, a nebo se může nacházet mezi pohonnou jednotkou a nejméně jedním břemenem, případně mezi dvěma břemeny. Dle další alternativy může být nejméně jeden ze snímačů součástí měřící jednotky, která se nachází mezi pohonnou jednotkou a prvním břemenem a/nebo mezi dvěma břemeny.

Výhodou vynálezu je optimalizace provozu v jednotlivých úsecích, která vede ke zvýšení efektivity dopravy a k úspoře energie, která se projeví např. snížením emisí a snížení opotřebení brzd. V případě napájení pohonné jednotky akumulátorem se dále zvyšuje životnost akumulátoru a dojezdová vzdálenost na jedno nabití, například v případe pohonu elektrickou energií z akumulátoru je výhodou též prodloužení životnosti akumulátoru a prodloužení dojezdu najedno nabití. Další výhodou je možnost identifikace zablokování nebo přibržďování kola a možnost mapování konkrétní trati pro různé zátěže, které je výhodné zejména v případech, kdy je pohonná jednotka na rovném úseku, ale část vagónů na úseku ve kterém trať stoupá, klesá nebo se zatáčí.

Popis obrázků na výkresech

Obrázky 1 až 5 znázorňují příkladné provedení podle příkladu 1, přičemž obrázek 1 představuje schematický pohled z boku. Obrázek 2 znázorňuje bokorysný pohled na vzájemné spojení pohonné jednotky a prvního břemene prostřednictvím měřící jednotky. Obrázek 3 znázorňuje půdorysný pohled na totéž, přičemž pro lepší názornost není jedna dvojice nárazníků plně zakreslena, obrázek 4 představuje detail z obrázku 3 a znázorňuje půdorysný pohled na část rámu, snímací kolo pro snímání délky dráhy a snímač délky dráhy. Obrázek 5 znázorňuje schéma elektrického zapojení jednotlivých součástí podle příkladů 1 a

5. Obrázek 6 znázorňuje schéma elektrického zapojení jednotlivých součástí podle příkladu 2. Obrázek 7 znázorňuje půdorysný pohled na spojení pohonné jednotky a prvního břemene

4

4 podle příkladu 4 nebo podle příkladu 6. Obrázek 8 znázorňuje bokorysný pohled na vzájemné spojení dvou břemen prostřednictvím měřící jednotky podle příkladu 5 a obrázek 9 znázorňuje elektrické zapojení jednotlivých součástí podle příkladu 6.

Příklady provedení

Příklad l

Pohonnou jednotkou 1 podle příkladu 1 je elektrická lokomotiva, ke které jsou postupně za sebou připojeny tři vagóny, představující první, druhé a třetí břemeno 31,32,33. První břemeno 31 je spojeno s pohonnou jednotkou 1 prostřednictvím měřící jednotky 9. Měřící

I jednotka 9 je opatřena oky 91^92, přičemž první oko 91 je zavěšeno na háku 111 pohonné jednotky 1 a druhé oko 92 je zavěšeno na háku 311 prvního břemene 31. Měřící jednotka 9 obsahuje vyhodnocovací jednotku 4 tažné síly a vyhodnocovací jednotku 5 délky dráhy. Vyhodnocovací jednotka 4 síly obsahuje snímače 41,42,43 síly, pro snímání tahových a tlakových sil mezi prvním okem 91 a druhým okem 92. Vyhodnocovací jednotka 5 délky dráhy sestává z rámu 54 se kterým jsou otočně spojena dvě snímací kola 53, nacházející se nad kolejnicemi 7. Každé snímací kolo 53 je s rámem 54 otočně spojeno, přičemž vzájemné spojení je opatřeno snímačem otáček, který při známém obvodu snímacího kola představuje snímač 51,52 délky dráhy. Součástí pohonné jednotky 1_ jsou řídící jednotka 2, rekuperační jednotka 14, elektromotor 12, akumulátor 13 a řídící panel 14. Rekuperační jednotka 11, elektromotor 12, akumulátor 13 a řídící panel 14, jsou každý samostatně připojeny k řídící jednotce 2. Řídící jednotka 2 je dále opatřena prvním vstupem 21 pro připojení snímačů

41,42,43 síly a druhým vstupem 22 pro připojení snímačů 51,52 délky dráhy. Snímače

41,42,43 síly jsou společně s měřící jednotkou 45 snímačů 41,42,43 síly součástí vyhodnocovací jednotky 4 síly a jsou připojeny k prvnímu vstupu 21 řídící jednotky 2 tak že výstupy 411,421,431 snímačů 41,42,43 jsou připojeny k samostatným vstupům měřící jednotky 45 snímačů síly, přičemž výstup měřící jednotky 45 snímačů síly je připojen k prvnímu vstupu 21 řídící jednotky 2. Snímače 51,52 délky dráhy jsou společně s měřící jednotkou 55 součástí vyhodnocovací jednotky 5 délky dráhy a jsou připojeny ke druhému vstupu 22 prostřednictvím vyhodnocovací jednotky 5 délky dráhy tak, že výstupy 511 a 521 snímačů 51,52 délky dráhy jsou připojeny k samostatným vstupům měřící jednotky 55 délky dráhy, přičemž výstup měřící jednotky 55. délky dráhy je připojen ke druhému vstupu 22 řídící jednotky 2. Řídící jednotka 2 reguluje v každém okamžiku požadovaný výkon elektromotoru

I

I 4

-4-:

tím, že při rozjezdu nebo plynulé jízdě řídí proud tekoucí z akumulátoru 13 do elektromotoru 12. Při brždění reguluje řídící jednotka 2 proud tekoucí z rekuperační jednotky do akumulátoru 13. Řídící jednotka 2 reguluje jak proud tekoucí z akumulátoru do elektromotoru, tak nabíjecí proud tekoucí do akumulátoru na základě údajů poskytovaných snímači 41.12,43 síly, snímači 51,52 délky dráhy a na základě povelů z řídícího panelu 14. Snímače 41,42,43 snímají tahové nebo tlakové síly, které vznikají mezi prvním a druhým okem 91,92 při jízdě, přičemž při rozjezdu a při jízdě po rovině nebo do kopce se jedná o sílu tahovou, zatímco při jízdě s kopce nebo při brždění o sílu tlakovou. Tahové i tlakové síly jsou síly jsou zpracovány měřící jednotkou 45 a výsledná hodnota, korespondující s momentálním výkonem potřebným pro tažení břemen 31,32,33 se zavádí do řídící jednotky 2. Řídící jednotka 2 ovlivňuje momentální výkon elektromotoru 12 řízením velikosti proudu tekoucího z akumulátoru 13 do elektromotoru 12, a to s ohledem na požadovanou rychlost o které dostává informaci z řídícího panelu 14. Řídící jednotka 2 při ovládání výkonu elektromotoru zohledňuje stav nabití akumulátoru tak, aby při provozu docházelo k využití v akumulátorem shromážděné elektrické energie s co nejvyšší účinností. Řídící jednotka může rovněž zaznamenávat hodnoty, vypovídající o parametrech dráhy a o chování lokomotivy při různých zátěžích. Tyto hodnoty lze využít při opakované jízdě na tomtéž úseku. V případě, že jsou známy parametry dráhy a velikost zátěže může řídící jednotka 2 při ovládání momentálního požadovaného výkonu elektromotoru 12 využít i prognózy, zejména setrvačných sil. Tato možnost se využije na takových úsecích dráhy, na kterých je elektrická lokomotiva již na šikmém úseku dráhy, zatímco vagóny, představující zátěž jsou ještě na úseku přímém nebo obráceně. Při brždění pracuje elektromotor 12 jako zdroj elektrického proudu. Získaný elektrický proud se po úpravě využije k dobíjení elektrického akumulátoru 13, což se projeví nejen úsporou energie potřebné k nabíjení elektrického akumulátoru 13, ale též prodlužováním intervalů mezi jednotlivými nabitími.

Příklad 2

Příkladné provedené podle příkladu 2 se liší od příkladu 1 tím, že měřící jednotka 9 dále obsahuje snímač 61 náklonu dráhy, který je společně s měřící jednotkou 65 snímače 61 náklonu dráhy součástí vyhodnocovací jednotky 6 snímače 61 náklonu dráhy. Snímač 61 náklonu dráhy je připojen ke třetímu vstupu 23 řídící jednotky 2, a to tak, že výstup 611 snímače 61 náklonu dráhy je spojen se vstupem měřící jednotky 65 snímače náklonu dráhy a výstup měřící jednotky 65 snímače náklonu dráhy je připojen ke třetímu vstupu 23 řídící jednotky 2.

Zařízení podle příkladu 2 pracuje prakticky shodně, jak bylo popsáno v příkladu 1, ale řídící jednotka při ovládáni momentálně požadovaného výkonu elektrického motoru 12 navíc zohledňuje hodnoty sklonu dráhy, které může i zaznamenat pro potřebu prognózování v případě, že je trať projížděna opakovaně.

Přiklad 3

Příkladné provedení podle příkladu 3 se liší od příkladu 2 tím, že vyhodnocovací jednotka 6 náklonu dráhy je včetně snímače 61 náklonu dráhy a měřící jednotky 65 snímače náklonu dráhy součástí pohonné jednotky 1.

Příklad 4

Příkladné provedení podle příkladu 4 se liší od příkladu 2 tím, že všechny snímače 41,42_T43,51,52,61, včetně příslušných meřících jednotek 45,55.65 a příslušných

4 . * K vyhodnocovacích jednotek 5,6 jsou součástí pohonné jednotky L Pohonná jednotka 1 je proto s prvním břemenem 31 spojena přímo. Vyhodnocovací jednotka 4 síly se včetně snímačů 41,42,43 síly a měřící jednotky 45 snímačů síly fyzicky nachází mezi podvozkem pohonné jednotky 1 a mezi hákem 111 pohonné jednotky. Snímače 5152 délky dráhy jsou

A fyzicky spojeny s koly pohonné jednotky 1 a snímač 61 náklonu je upevněn na podvozku pohonné jednotky L

Příklad 5

Příkladné provedení podle příkladu 5 se liší od příkladu 1 v tom, že měřící jednotka 9 se nachází mezi břemeny 31,32.

Příklad 6

Příkladné provedení podle příkladu 6 obsahuje pouze snímače 41,42,43 síly. Tyto snímače jsou včetně měřící jednotky 45 snímačů síly a vyhodnocovací jednotky 4 síly součástí pohonné jednotky 1. Pohonná jednotka 1 je proto stejně jako bylo popsáno v příkladu 4 ι τ ι t ι ι spojena s prvním břemenem 31 přímo. Vyhodnocovací jednotka 4 síly se včetně snímačů

41,42.43 síly a měřící jednotky 45 snímačů síly fyzicky nachází mezi podvozkem pohonné jednotky 1 a mezi hákem 111 pohonné jednotky. U příkladného provedení podle tohoto příkladu se snímá pouze tlaková nebo tahová síla, kterým vystaveno vzájemné spojení pohonné jednotky 1 a prvního břemene 31.

Průmyslová využitelnost

Vynálezu lze využít v oblastech železniční dopravy, u tahačů a návěsů používaných v silniční dopravě a též u vertikální dopravy, například u výtahů a nebo u zvedacích plošin

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro optimalizaci chodu pohonné jednotky (1) obsahující řídící jednotku (2), kdy pohonná jednotka (1) je spřažena s nejméně jedním břemenem (31,32,33), vyznačující se tím, že zařízení pro optimalizaci chodu pohonné jednotky (1) dále obsahuje nejméně jeden snímač (41,42,43) síly opatřený nejméně jedním výstupem (411, 421, 431), přičemž nejméně jeden výstup (411, 421, 431) nejméně jednoho snímače (41 42,43) síly je spojen s nejméně jedním prvním vstupem (21) řídící jednotky (2).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (41,42,43) síly je součástí pohonné jednotky (1).
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (41,42,43) síly je zapojen mezi pohonnou jednotku (1) a nejméně jedno břemeno (31,32,33) a/nebo mezi dvěma břemeny (31,32,33).
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jeden snímač (51,^>2) délky dráhy, jehož nejméně jeden výstup (511, 521) je spojen s nejméně jedním druhým vstupem (22) řídící jednotky (2).
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (51,52) délky dráhy je součástí pohonné jednotky (1) a/nebo nejméně jednoho břemene (31,32,33).

I
6. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (51,52) délky dráhy se nachází mezi pohonnou jednotkou (1) a nejméně jedním břemenem (31.32,33) a/nebo mezi dvěma břemeny (31,32,33).

i. i
7. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jeden snímač (61) náklonu dráhy, jehož výstup (611) je spojen se třetím vstupem (23) řídící jednotky.
8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (61) náklonu dráhy je součástí pohonné jednotky (1) a/nebo nejméně jednoho břemene (31,32,33).

t I

Í I I i

14 I ' »

1 I « k I I C C í < » I « I I —
9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že nejméně jeden snímač (61) náklonu dráhy je se nachází mezi pohonnou jednotkou (1) a nejméně jedním břemenem (31,32,33) a/nebo mezi dvěma břemeny (31,32,33).

\ *
10. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že nejméně jeden ze snímačů (41,42.43, 51,52,61) je součástí měřící jednotky (9), která se nachází mezi ' ’· * pohonnou jednotkou (1) a prvním břemenem (31) a/nebo mezi dvěma břemeny (31,32).