PL225050B1 - Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest nowoczesny układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej, przeznaczonej do napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń oraz do przewozu pracowników w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, przy równoczesnym zapewnieniu uzyskania optymalnych parametrów przewozowych, ekonomicznych i ekologicznych oraz pełnego bezpieczeństwa i komfortu pracy dla obsługi i przewożonych pracowników.

Dotychczas znane i stosowane są w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, rozwiązania kopalnianej lokomotywy dwuosiowej akumulatorowej typu LEA 12P3A, przeznaczonej do napędu pociągów towarowych i osobowych w podziemiach kopalń, zwłaszcza w pomieszczeniach ze stopniem „c” niebezpieczeństwa wybuchu przy koncentracji metanu nie przekraczającej 2%, Szkielet lokomotywy składa się z trzech części skręconych ze sobą śrubami, dla ułatwienia opuszczania lokomotywy w podziemie kopalni. Część środkowa jest przeznaczona na usytuowanie układów jezdnego, napędowego, hamulcowego i elektrycznego oraz baterii akumulatorowej, zaś obie części skrajne stanowią kabiny maszynisty z elementami sterowania poszczególnymi układami lokomotywy. Układ jezdny lokomotywy obejmuje zestawy kołowe, maźnice z łożyskami tocznymi, ślizgi i zwory i maźnic oraz resory piórowe. Układ napędowy lokomotywy zawiera jeden sinik trakcyjny prądu stałego budowy ognioszczelnej, którego moc jest przekazywana na zestawy kołowe poprzez wały przegubowe i przekładnie dwustopniowe, zasiany z baterii akumulatorowej budowy ognioszczelnej. Układ hamulcowy zawiera hamulec mechaniczny z napędem ręcznym z obu kabin oraz hamowanie elektryczne silnikiem trakcyjnym ze zwrotem energii elektrycznej do baterii akumulatorowej. Układ elektryczny lokomotywy jest wyposażony w tyrystorowy układ rozruchu, umożliwiający bezstopniową regulację rozruchu, prędkości jazdy oraz hamowania elektrycznego wraz ze zwrotem energii elektrycznej do baterii akumulatorowej w fazie hamowania.

Niedogodnością powyższego rozwiązania jest stosowanie układu napędowego z jednym silnikiem trakcyjnym, wspólnym do napędu dla obu zestawów kołowych, powodującego perturbacje ruchowe lokomotywy na krzywiznach torowych.

Znane jest także z opisu patentowego PL nr 184492 rozwiązanie układu do eksploatacji elektrycznych jednostek trakcyjnych, charakteryzującego się tym, że zawiera nastawnik mocy zadanej, nastawnik prędkości zadanej oraz układ pomiaru prędkości połączone ze sterownikiem, którego wyjścia sterujące są połączone z układem rozrządu silników trakcyjnych i układem rozrządu silników napędów pomocniczych. Sterownik jest połączony ponadto z siecią trakcyjną oraz z układem pomiaru prądu silników trakcyjnych włączonych w obwód prądowy zasilania siników trakcyjnych.

Znane jest również z opisu patentowego PL nr 171904 rozwiązanie sposobu sterowania układu napędowego pojazdu oraz układu napędowego pojazdu, zawierającego silnik asynchroniczny sprzęgnięty mechanicznie z kołem tego pojazdu doładowywalny akumulator, pierwszą przetwornicę wstawioną pomiędzy akumulatorem i silnikiem i tak przysposobioną, aby regulować moc elektryczną dostarczaną do silnika i generatora napędzanego silnikiem wewnętrznego spalania, jak również ma układ sterowania. Dla doładowania akumulatora w warunkach optymalnych układ ma również drugą przetwornicę tak przysposobioną, aby regulować moc dostarczoną przez generator do akumulatora i do pierwszej przetwornicy.

Także znane jest z opisu patentowego nr PL 171019 rozwiązanie układu silnikowego pojazdu elektrycznego, zawierającego co najmniej dwa asynchroniczne silniki elektryczne zasilane równolegle przez centralne zasilanie elektryczne, które jest sterowane przez urządzenie sterowania dostarczające do niego pierwszy sygnał sterowania określający wartość częstotliwości zasilania i drugi sygnał sterowania określający wartość amplitudy zasilania napięcia zasilania. Ten pierwszy i drugi sygnał sterowania jest regulowany zasadniczo w zależności od sygnału, który jest pomiarem głównego prądu zasilania, od sygnału rozkazowego i sygnału odwzorowującego maksymalną wartość częstotliwości obrotowej wirników wymienionych silników.

Również znane jest z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.386960 rozwiązanie układu ekologicznego zasilania obwodów instalacji elektrycznej pojazdów, polegającego na tym, że ma on baterie ogniw termoelektrycznych oraz baterie ogniw świetlnych, połączone do bloku rozdzielczo-zabezpieczającego, do którego przyłączony jest też akumulator i prądnica oraz obwody odbiorników energii elektrycznej. Baterie ogniw termoelektrycznych są zainstalowane przy zespołach układu wydechowego i układu chłodzenia silnika spalinowego pojazdu. Baterie ogniw świetlnych są zainstalowane przy elementach nadwozia pojazdu najbardziej oświetlonych światłem.

PL 225 050 B1

Ponadto znane jest z publikacji Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne Nr 91/2011 pt: „Badania wybranych rozwiązań napędu górniczej lokomotywy akumulatorowej” rozwiązanie innowacyjnego napędu górniczej lokomotywy akumulatorowej Lea. BM-12, wykonanego w ramach projektu badawczego rozwojowego pt. „Mechatroniczny układ napędowy do pojazdów szynowych przeznaczonych do pracy w atmosferze wybuchowej”, którego głównym elementem jest sinik synchroniczny z magnesami trwałymi w wykonaniu przeciwwybuchowym. W skład napędu wchodzą również moduł przekształtników w wykonaniu przeciwwybuchowym, w którym znajdują się falowniki napięcia wraz z urządzeniami kontrolno-pomiarowymi oraz moduł baterii akumulatorów w wykonaniu przeciwwybuchowym, służący do zasiania całego napędu górniczej lokomotywy akumulatorowej Lea BM-12. Powyższe rozwiązanie ma nadal charakter projektu badawczego.

Opisane powyżej oraz inne znane i stosowane rozwiązania układów i sposobów sterowania pojazdów elektrycznych, zwłaszcza lokomotyw akumulatorowych, wykazują pewne niedogodności, z uwagi na ograniczenie możliwości ich przystosowania dla napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń oraz do przewozu pracowników w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym oraz niemożność równoczesnego zapewnienia uzyskania odpowiednich parametrów przewozowych i ekonomicznych dla podziemnego transporty szynowego przewożonych materiałów, maszyn i urządzeń, przy jednoczesnym zachowaniu pełnego bezpieczeństwa i komfortu pracy dla obsługi i przewożonych pracowników.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie układu elektrycznej lokomotywy akumulatorowej, przeznaczonej do napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń oraz do przewozu pracowników w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, zawierającego zespół napędowy elektryczny w korpusie lokomotywy z dwiema kabinami obsługi, wsparty na dwóch zestawach kołowych oraz zespół hamulcowy i zespół hydrauliczny. Zgodnie z wynalazkiem zespół napędowy elektryczny układu jest sterowany w obwodach iskrobezpiecznych analogowym zadajnikiem prędkości - manipulatorem, zabudowanym w części iskrobezpiecznej skrzyni pulpitów sterujących w obu kabinach obsługi, którego wychylenie do pozycji „HAMOWANIE” powoduje hamowanie elektryczne silnikami trójfazowymi asynchronicznymi ze zwrotem energii do przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej.

Zespól napędowy elektryczny ma zamocowany na każdym zestawie kołowym niezależny napęd elektryczny z przekładnią i silnikiem trójfazowym asynchronicznym, zasilany z przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej budowy wzmocnionej, poprzez swój falownik zabudowany w ognioszczelnej skrzyni falowników i sterowników.

Natomiast zespół hamulcowy układu ma zestaw hamulca hydraulicznego manewrowo-awaryjnego z hamowaniem zrealizowanym przez sprężynę jego siłownika, którego zwolnienie następuje poprzez podanie medium hydraulicznego, przy czym ciśnienie w hydroakumulatorze powinno wystarczyć na pięciokrotne odhamowanie lokomotywy za pomocą tego hamulca hydraulicznego.

Zespół hamulcowy układu składa się z trzech niezależnych zestawów hamulcowych: z hamulca hydraulicznego manewrowo-awaryjnego, z hamulca elektrycznego z prowadzeniem hamowania elektrycznego silnikami ze zwrotem energii do baterii akumulatorowej oraz z hamulca mechanicznego-postojowego. Zastosowanie układu elektrycznej lokomotywy akumulatorowej w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym według wynalazku, umożliwia uzyskanie optymalnych parametrów przewozowych, ekonomicznych i ekologicznych oraz pełnego bezpieczeństwa i komfortu pracy dla obsługi i przewożonych pracowników przy prowadzeniu napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń i/lub przewozu pracowników w tych podziemnych zakładach górniczych. Celowe wprowadzenie zespołu napędowego elektrycznego, zawierającego niezależny napęd elektryczny z przekładnią i silnikiem trójfazowym asynchronicznym na każdym z obu zestawów kołowych, zasiany z przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej poprzez swój falownik, pozwala na całkowite wyeliminowanie perturbacji ruchowych, ujawniających się w czasie jazdy na krzywiznach torowych w dotychczas stosowanych kopalnianych lokomotywach dwuosiowych akumulatorowych. Natomiast wprowadzenie hamowania elektrycznego silnikami trójfazowymi asynchronicznymi umożliwia uzyskanie zwrotu energii do przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu elektrycznej lokomotywy akumulatorowej ELA-44, fig. 2 przedstawia schemat hydrauliczny układu elektrycznej lokomotywy akumulatorowej ELA-44, natomiast fig. 3 przedstawia schematycznie układ tej elektrycznej lokomotywy akumulatorowej ELA-44 w widoku z boku.

PL 225 050 B1

Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej ELA-44 w przykładowym wykonaniu według wynalazku, jest przeznaczony do napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń oraz do przewozu pracowników w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym i zawiera zasadniczy korpus lokomotywy 1 z zespołem napędowym i dwiema przykręconymi kabinami obsługi 2a i 2b. Zespół napędowy w korpusie lokomotywy 1 posiada dwa zestawy kołowe 3a i 3b wraz z niezależną przekładnią 4 i silnikiem 5 trójfazowym asynchronicznym o mocy 22 kW każdy. Zestawy kołowe 3a i 3b wyposażone są w maźnice z łożyskami tocznymi, ślizgi i zwory maźnic oraz resory. Każda kabina obsługi 2a, 2b posiada wejścia z dwóch stron, zabezpieczone drzwiami z otworami obserwacyjnymi. Na przodzie kabiny 2a, 2b pod oknem czołowym ze szkła bezodpryskowego zamontowane są dwa reflektory ognioszczelne 6 oraz urządzenie zderzakowo-pociągowe 7, zaś wewnątrz kabiny 2a, 2b zamontowane są ognioszczelne i iskrobezpieczne skrzynie pulpitów sterujących 8, zawierające elementy sterownicze i sygnalizacyjne oraz buczki ognioszczelne. W części ognioszczelnej skrzyń pulpitów sterujących 8 zabudowany jest wskaźnik prędkości WP typu OPT-2, składający się z ognioszczelnego zespołu elektroniki OZE-2, nadajnika impulsów INE-2 oraz wskaźników prędkości OWP-2. Natomiast w części iskrobezpiecznej skrzyń pulpitów sterujących 8 zabudowany jest analogowy zadajnik prędkości (8a) (manipulator) oraz przełącznik kierunku jazdy WKJ.

W korpusie lokomotywy 1 zabudowana jest ognioszczelna skrzynia falowników i sterowników 9, zawierająca dwa falowniki silników 5 trójfazowych asynchronicznych oraz falownik sinika 10 pompy hydrauliki. W korpusie lokomotywy 1 zamontowana jest również przeciwwybuchowa bateria akumulatorowa 11 budowy wzmocnionej, przeznaczona jako źródło energii do zasiania tej lokomotywy, a w czasie hamowania elektrycznego służąca jako odbiór energii, która zawiera 72 szt. ogniw kwasowych o napięciu znamionowym 144 V i pojemności 840 Ah. Przeciwwybuchowa bateria akumulatorowa 11, ma dla wyprowadzenia napięcia zabudowane na swej pokrywie trzy autonomiczne ognios zczelne gniazda wtykowe oraz gniazdo monitoringu.

Zespół hamulcowy układu elektrycznej lokomotywy akumulatorowej składa się z trzech całkowicie niezależnych zestawów hamulcowych: z hamulca hydraulicznego manewrowo-awaryjnego, z hamulca elektrycznego z prowadzeniem hamowania elektrycznego silnikami ze zwrotem energii do baterii akumulatorowej 11, oraz z hamulca mechanicznego-postojowego. Hamowanie mechaniczne i hydrauliczne odbywa się za pomocą klocków dociskanych za pomocą układu dźwigni do powierzchni kół jezdnych. Zestaw hamulca mechanicznego pozwala na odhamowanie z obu kabin obsługi 2a, 2b. Hamowanie elektryczne odbywa się sinikami 5 trójfazowymi asynchronicznymi ze zwrotem energii do baterii akumulatorowej 11. W lokomotywie tej jest zastosowany hamulec 8 klockowy, działający na obręcze zestawów kołowych 3a i 3b poprzez odpowiednio dobrany układ dźwigni, kół zębatych i łańcuchowych. Hamulec hydrauliczny wykorzystywany jest jako hamulec manewrowy w końcowej fazie hamowania elektrycznego. Wychylenie zadajnika prędkości (manipulatora) do pozycji „HAMOWANIE” powoduje hamowanie elektryczne, a w jego końcowej fazie nakłada się do progowo-nastawnej prędkości - hamowanie hydrauliczne. Hamulec hydrauliczny jest podstawowym układem hamowania awaryjnego, zainicjowanego w przypadkach: przerwania sygnału czuwaka poprzez zwolnienie przycisku na uchwycie zadajnika prędkości lub zwolnienia miejsca na fotelu maszynisty i sterownik pulpitu ster ującego 8 przesyła informacje do falowników o rozpoczęciu hamowania z maksymalnym momentem hamującym, przy braku komunikacji z falownikami sterownik ten pobudza odpowiednie przekaźniki, które w obwodzie awaryjnego zatrzymania falowników rozpoczynają procedurę hamowania oraz w przypadku zaniku napięcia 144V DC z baterii akumulatorowej 11 - poprzez wciśnięcie przycisku awaryjnego „HAMOWANIE AWARYJNE” na pulpicie sterującym 8.

Natomiast przez naciśnięcie pedału hamulca w każdej z obu kabin obsługi 2a, 2b istnieje możliwość hamowania hydraulicznego oprócz hamowania elektrycznego za pomocą zaworu nożnego proporcjonalnego.

Hamulec elektryczny wykorzystywany jest jako hamulec manewrowy. Wychylenie zadajnika prędkości-manipulatora (8a) do pozycji „HAMOWANIE” powoduje hamowanie elektryczne z momentem hamującym proporcjonalnym do wychylenia zadajnika prędkości oraz równocześnie zwrot energii do baterii akumulatorowej 11 poprzez silniki napędowe 5 i ich falowniki.

Hamulec mechaniczny jest wykorzystywany w czasie postoju lokomotywy i działa mechanicznie jako dźwignia uruchamiająca elementy głównego układu hamulcowego, które w czasie działania pedałem uruchamiane są hydraulicznie. Zespół hydrauliczny układu zawiera czujnik ciśnienia hydrauliki 12, rozdzielacze dwudrogowe 13, zawór nożny proporcjonalny 14 siłownika głównego zespołu hamulcowego, zawór przeciążeniowy 15, blok zabezpieczenia i odcinania hydroakumulatora 16 siłownik

PL 225 050 B1 hamulca głównego 17, pompa łopatowa 18 i hydroakumulator 19, którego ciśnienie zapewnia zgodnie z zaleconymi przepisami unijnymi pięciokrotne odhamowanie lokomotywy hamulcem hydraulicznym manewrowo-awaryjnym.

Claims (4)

1. Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej przeznaczonej do napędu transportu szynowego materiałów, maszyn i urządzeń oraz do przewozu pracowników w podziemnych zakładach górniczych, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, zawierający zespół napędowy elektryczny w korpusie lokomotywy z przykręconym dwiema kabinami obsługi, wsparty na dwóch zestawach kołowych, zespół hydrauliczny i zespół hamulcowy, znamienny tym, że ma zespół napędowy elektryczny sterowany w obwodach iskrobezpiecznych analogowym zadajnikiem prędkości - manipulatorem (8a), zabudowanym w części iskrobezpiecznej skrzyni pulpitów sterujących (8) w obu kabinach obsługi (2a i 2b), z tym, że sterowanie iskrobezpieczne posiada obwód bezpieczeństwa funkcjonalnego w skład którego wchodzą styki NZ (w czasie ruchu lokomotywy) czuwaka w rękojeści manipulatora (20a, 20b), styk NZ (w czasie ruchu lokomotywy) czujnika w siedzeniu operatora (21a, 21b), oraz styk NZ (w czasie ruchu lokomotywy) wyłącznika awaryjnego (22a, 22b). Otwarcie któregokolwiek z w/w styków powoduje natychmiastowe hamowanie lokomotywy. Wychylenie manipulatora do pozycji „HAMOWANIE” powoduje hamowanie elektryczne silnikami (5) trójfazowymi asynchronicznymi ze zwrotem energii do przeciwwybuchowej batem akumulatorowej (11).

2. Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół napędowy elektryczny ma zamocowany na każdy zestawie kołowym (3a i 3b) niezależny napęd elektryczny z przekładnią (4) i silnikiem (5) trójfazowym asynchronicznym, zasilany z przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej (11) budowy wzmocnionej, poprzez swój falownik zabudowany w ognioszczelnej skrzyni falowników i sterowników (9).

3. Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół hamulcowy układu ma zestaw hamulca hydraulicznego manewrowo-awaryjnego z hamowaniem zrealizowanym przez sprężynę jego siłownika, którego zwolnienie następuje poprzez podanie medium hydraulicznego.

4. Układ elektrycznej lokomotywy akumulatorowej według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół hamulcowy układu składa się z trzech niezależnych zestawów hamulcowych: z hamulca hydraulicznego manewrowo-awaryjnego, z hamulca elektrycznego z prowadzeniem hamowania elektrycznego silnikami (5) trójfazowymi asynchronicznymi ze zwrotem energii do przeciwwybuchowej baterii akumulatorowej (11) oraz z hamulca mechanicznego.