多动力混合驱动系统 |
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| 申请号 | CN201710085521.5 | 申请日 | 2017-02-17 | 公开(公告)号 | CN106627605A | 公开(公告)日 | 2017-05-10 |
| 申请人 | 秦皇岛鸿鼎轨道交通设备有限公司; | 发明人 | 陈吉海; | ||||
| 摘要 | 本 发明 多动 力 混合驱动系统涉及混合动力驱动领域。其目的是为了提供一种模 块 化混合驱动、环境污染小、便于多动力相互转换的多动力混合驱动系统。本发明多动力混合驱动系统，包括动力源、驱动模块和 驱动轮 ，动力源连接驱动模块，驱动模块连接驱动轮，动力源包括 蓄 电池 供电系统、 电缆 输送供电系统、燃油动力系统，驱动模块包括永磁 电机 驱动、减速机驱动、 液压 马 达 驱动；其中任意两个动力源连接任意一个或两个驱动模块形成混合动力驱动模式，多个混合动力驱动模式的设计集合构成齿轨卡轨车多动力混合驱动系统。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多动力混合驱动系统，其特征在于：包括动力源、驱动模块和驱动轮，动力源连接驱动模块，驱动模块连接驱动轮，动力源包括蓄电池供电系统、电缆输送供电系统、燃油动力系统，驱动模块包括永磁电机驱动、减速机驱动、液压马达驱动；其中任意一至两个动力源连接任意一个驱动模块形成如下驱动模式： |
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| 说明书全文 | 多动力混合驱动系统技术领域[0001] 本发明涉及混合动力驱动领域，特别是涉及一种多动力混合驱动系统。 背景技术[0003] 目前，国内现有的矿山齿轨卡轨车均为单一的柴油机液压驱动模式。齿轨卡轨车向山地观光领域发展，为旅客提供便利，但是单一的柴油机液压驱动模式用于观光车上时，会存在以下不足：首先，采用柴油机液压驱动模式，存在环境污染的缺陷；其次，对于轨道运输，一旦机车动力出现故障，不能及时排除，停在半途中时，不但对乘坐该车的旅客带来很大不便、还会引起整线瘫痪，给景区带来不好的影响；还有，对于停在半途中的故障车，进行故障排除，人员疏散也不方便。 [0004] 现有的齿轨卡轨车的驱动系统，参考授权公告号为CN 104108398 B的专利文件，提供了一种电牵引齿轨卡轨车，包括轨道和机架，机架上设有驾驶舱、防爆柴油发电机、防爆变频电机、三级齿轮减速器、电控箱、导向防侧翻转向架等，机车整体采用电-机械传动，以车载防爆柴油发电机为动力，通过防爆变频电机、三级齿轮减速，实现低速大扭矩驱动；采用防爆变频电机，通过变频调速和制动系统的协调运用，实现机车的紧急制动、行车制动、驻车制动等；采用带导向轮的导向防侧翻转向架，可起导向防侧翻作用。目前齿轨卡轨车多为传统的柴油机液压驱动和电力驱动，混合动力驱动还没有应用到齿轨卡轨车领域。 发明内容[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种模块化混合驱动、环境污染小、便于多动力相互转换的多动力混合驱动系统。 [0006] 本发明多动力混合驱动系统，包括动力源、驱动模块和驱动轮，动力源连接驱动模块，驱动模块连接驱动轮，动力源包括蓄电池供电系统、电缆输送供电系统、燃油动力系统，驱动模块包括永磁电机驱动、减速机驱动、液压马达驱动；其中任意一个动力源连接任意一个驱动模块形成如下驱动模式： [0008] Ⅰ-A型，以Ⅰ型为基础，以电缆输送供电系统为主电源，以蓄电池供电输送系统为备用电源，其余配置同Ⅰ型； [0009] Ⅰ-B型，以Ⅰ型为基础，采用减速机驱动连接驱动轮，其余配置同Ⅰ型； [0010] Ⅰ-AB型，以Ⅰ型为基础，采用电缆输送供电系统为主、蓄电池供电系统为辅供电，采用减速机驱动连接驱动轮； [0011] Ⅱ型，以燃油动力系统为主动力源，以蓄电池供电系统为辅动力源，其工作过程为，燃油动力系统连接有液压马达驱动，液压马达驱动连接驱动轮； [0012] 上述驱动模式任意两个或两个以上模式组合形成混合驱动系统。 [0013] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述混合驱动系统上配设有空压系统，空压系统上连接气动制动器，气动制动器设为制动驱动轮的气动钳式制动器和制动行走轮的气动夹轨式制动器。 [0014] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述气动钳式制动器包括铰链杠杆、第一气缸、两端分别连接第一气缸和铰链杠杆的第一弹性件，第一气缸上连接有第一活塞杆，第一活塞杆伸出第一气缸，第一活塞杆连接铰链杠杆，铰链杠杆上铰接有支座，支座上铰接有制动组件，制动组件和铰链杠杆与支座的铰接端相对固定，制动组件设置在销轮转动方向的两侧，销轮运行时，制动组件与销轮之间设有间隙；销轮制动时，制动组件贴合销轮的壁面。 [0015] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述气动夹轨式制动器包括车轮架、固定在车轮架上的行走轮，车轮架上连接有第二气缸，第二气缸上设有第二活塞杆，第二活塞杆上连接有制动装置，制动装置包括传动件和制动件，传动件的一端连接第二活塞杆、另一端铰接有第二弹性件，制动件靠近轨道且位于翼板的下方，第二弹性件的另一端连接在车轮架上；第二气缸进气，第二活塞杆伸出且推动传动件移动，传动件压缩第二弹性件，制动件松开轨道的翼板，行走轮行进；第二气缸排气，第二弹性件伸长，带动传动件转动，推动第二活塞杆回缩，推动制动件靠近轨道翼板、直至贴合压紧，行走轮制动。 [0016] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述减速机驱动包括减速电机、连接在减速电机上的链传动组，链传动组包括主动轮、从动轮和传动链，主动轮连接在减速电机上，从动轮上连接有传动轴，传动轴上连接有驱动轮，驱动轮在齿轨上运行；齿轨卡轨车上固定连接有行车底盘，行车底盘上转动连接有盘式悬挂支架，减速电机固定连接在盘式悬挂支架上。 [0017] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述液压马达驱动包括液压马达、液压泵、驱动部减速器，液压马达两端的输入端连接液压泵、输出端连接驱动部减速器，液压泵吸附压力油且输送至液压马达，液压马达将压力油的压力转换为机械动力输送至驱动部减速器，驱动部减速器的输出端连接驱动轮。 [0018] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述液压马达驱动上设有液压系统，液压系统上连接有液压盘式制动器，液压盘式制动器设有两个、分别安装在驱动轮的两侧，液压盘式制动器的两端设有制动片，车辆制动时，制动片夹持驱动轮。 [0019] 本发明多动力混合驱动系统，其中所述驱动轮上连接有驱动部，驱动部包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部上开设有第一槽孔，槽孔上连接有离心触发器，离心触发器抵接驱动轮。 [0021] 本发明多动力混合驱动系统与现有技术不同之处在于本发明多动力混合驱动系统设为蓄电池供电系统、电缆输送供电系统、燃油动力系统与驱动模块组合，形成Ⅰ型、Ⅰ-A型、Ⅰ-B型、Ⅰ-AB型、Ⅱ型驱动模式，上述5种驱动模式任意两个或两个以上配合，形成混合驱动系统。混合驱动系统中任何一个驱动模式发生故障时，其他的驱动模式还能正常运行，可以最大限度的保证线路通畅，避免旅客卡滞留在半途中；每个驱动模式进行模块化、系列化设计，方便组合使用，可以降低设计成本，制造周期；每个驱动模式可以不同配套条件的景区的不同的需要；其中，Ⅰ型模式避免了燃油发动机对环境造成的污尾气排放与噪声污染，以Ⅰ型模式为基础的Ⅰ-A型、Ⅰ-B型、Ⅰ-AB型均为环保低污染的清洁型驱动模式。 附图说明[0023] 图1为本发明多动力混合驱动系统的减速电机驱动结构示意图； [0024] 图2为本发明多动力混合驱动系统的气动钳式制动器结构示意图； [0025] 图3为本发明多动力混合驱动系统的气动夹轨式制动器的结构示意图； [0026] 图4为本发明多动力混合驱动系统的液压马达驱动结构示意图。 [0027] 附图标注：1、减速电机；2、链传动组；21、主动轮；22、传动链；23、从动轮；3、盘式悬挂支架；4、销轮；42、传动轴；43、齿轨轨道；5、气动钳式制动器；51、铰链杠杆；52、第一活塞杆；53、支座；54、制动组件；55、第一弹性件；56、第一气缸；6、气动夹轨式制动器；61、车轮架；62、第二弹性件；63、制动装置；631、传动件；632、制动件；64、第二气缸；65、第二活塞杆；7、液压马达驱动；71、第一驱动部；72、驱动装置框架；73、第二驱动部；8、行走轮；81、卡轨轨道。 具体实施方式[0028] 本发明多动力混合驱动系统，包括动力源、驱动模块和驱动轮，动力源连接驱动模块，驱动模块连接驱动轮，动力源包括蓄电池供电系统、电缆输送供电系统、燃油动力系统，驱动模块包括永磁电机驱动、减速机驱动、液压马达驱动；其中任意一个动力源连接任意一个驱动模块形成如下驱动模式： [0029] Ⅰ型，清洁能源型，作为基础型，采用蓄电池供电系统供电，蓄电池供电系统包括主蓄电池和备用蓄电池，以永磁同步电机驱动驱动轮；其工作过程为，蓄电池供电系统供给永磁同步电机电能，永磁同步电机驱动连接驱动轮； [0030] Ⅰ-A型，以Ⅰ型为基础，以电缆输送供电系统为主电源，以蓄电池供电输送系统为备用电源，其余配置同Ⅰ型； [0031] Ⅰ-B型，以Ⅰ型为基础，采用减速机驱动连接驱动轮，其余配置同Ⅰ型； [0032] Ⅰ-AB型，以Ⅰ型为基础，采用电缆输送供电系统为主、蓄电池供电系统为辅供电，采用减速机驱动连接驱动轮； [0033] Ⅱ型，以燃油动力系统为主动力源，以蓄电池供电系统为辅动力源，其工作过程为，燃油动力系统上连接有液压马达驱动，液压马达驱动包括液压系统、液压马达、驱动部减速器，液压系统连接液压马达，液压马达连接驱动部减速器，驱动部减速器连接驱动轮； [0034] 上述驱动模式任意两个或两个以上模式组合形成混合驱动系统。 [0035] 蓄电池供电系统，选用可反复充电的大容量的超级电容器电池或锂离子电池为机车驱动提供动力，并为辅助系统供电，机车上的辅助系统包括控制系统、制动系统、照明系统等； [0036] 电缆输送供电系统，采用电力火车常用的接触网供电方式，机车上的动力车厢通过车厢顶的受电弓将电流传递到动力部，动力部上连接变流器，变流器转换电压并供给至驱动模块为机车驱动提供动力，并为辅助系统供电； [0037] 燃油动力系统设有柴油发动机驱动或汽油发动机驱动，液压系统设为液压站，液压站包括液压泵、连接管路以及控制系统，柴油发动机或汽油发动机直接驱动液压泵，液压泵上连接有液压马达，液压泵传输液压油至液压马达，为液压马达提供动力，液压马达上连接减速器，减速器驱动驱动轮转动；并且燃油动力系统上挂带发电机，提供辅助系统用电。 [0038] 蓄电池供电系统、电缆输送供电系统、燃油动力系统与驱动模块组合，形成上述Ⅰ型、Ⅰ-A型、Ⅰ-B型、Ⅰ-AB型、Ⅱ型驱动模式，上述5种驱动模式任意两个或两个以上配合，形成混合驱动系统。混合驱动系统中任何一个驱动模式发生故障时，其他的驱动模式还能正常运行，可以最大限度的保证线路通畅，避免旅客卡滞留在半途中；每个驱动模式进行模块化、系列化设计，方便组合使用，可以降低设计成本，制造周期；每个驱动模式可以不同配套条件的景区的不同的需要；其中，Ⅰ型模式避免了燃油发动机对环境造成的污尾气排放与噪声污染，以Ⅰ型模式为基础的Ⅰ-A型、Ⅰ-B型、Ⅰ-AB型均为环保低污染的清洁型驱动模式。 [0039] 混合驱动系统上配设有空压系统，空压系统上连接气动制动器，气动制动器设为制动驱动轮的气动钳式制动器5和制动行走轮8的气动夹轨式制动器6。 [0040] 如图2所示，气动钳式制动器5包括铰链杠杆51、第一气缸56、两端分别连接第一气缸56和铰链杠杆51的第一弹性件55，第一气缸56上连接有第一活塞杆52，第一活塞杆52伸出第一气缸56，第一活塞杆52连接铰链杠杆51，铰链杠杆51上铰接有支座53，支座53上铰接有制动组件54，制动组件54和铰链杠杆51与支座53的铰接端相对固定；驱动轮设为在齿轨上行走的销轮4，制动组件54设置在销轮4转动方向的两侧，销轮4运行时，制动组件54与销轮4之间设有间隙；销轮4制动时，制动组件54贴合销轮4的壁面。当第一气缸56充气做功时，第一活塞杆52收缩移动、压缩第一弹性件55，带动铰链杠杆51正方向移动，制动组件54与销轮4之间留有间隙时，销轮4可以正常运行；当第一气缸56排气时，第一弹性件55伸长，带动铰链杠杆51反方向移动，铰链杠杆51移动带动制动组件54移动，制动组件54移动，制动组件54与销轮4之间的间隙发生改变，制动组件54贴合在销轮4的壁面时，制动组件54与销轮4之间的摩擦力，实现销轮4的制动。 [0041] 如图3所示，气动夹轨式制动器6包括车轮架61、固定在车轮架61上的行走轮8，车轮架61上连接有第二气缸64，第二气缸64上设有第二活塞杆65，第二活塞杆65上连接有制动装置63，制动装置63包括传动件631和制动件632，传动件631的一端连接第二活塞杆65、另一端铰接有第二弹性件62，制动件632靠近轨道且位于翼板的下方，第二弹性件62的另一端连接在车轮架61上；第二气缸64进气，第二活塞杆65伸出且推动传动件631移动，传动件631压缩第二弹性件62，制动件632松开轨道的翼板，行走轮8行进；第二气缸64排气，第二弹性件62伸长，带动传动件631转动，推动第二活塞杆65回缩，推动制动件632靠近轨道翼板、直至贴合压紧，行走轮8制动。第二气缸64进气，活塞杆伸出，活塞杆带动传动件631的一端移动，传动件631的另一端压缩第二弹性件62，传动件631移动带动制动件632远离轨道的翼板，行走轮8运行；第二气缸64排气，第二活塞杆65回缩，解除对第二弹性件62的压缩，第二弹性件62弹伸，带动传动件631转动，且制动件632靠近、贴合轨道的翼板，制动件632与轨道翼板之间产生摩擦力，摩擦力阻止行走轮8运行，行走轮8制动；通过第二气缸64的进排气，实现了对行走轮8运行状态的调控，结构简单，操作便捷，环境适应性强，无污染，可靠性高，使用寿命长。 [0042] 如图1所示，减速机驱动包括减速电机1、连接在减速电机1上的链传动组2，链传动组2包括主动轮21、从动轮23和传动链22，主动轮21连接在减速电机1上，从动轮23上连接有传动轴42，传动轴42上连接有销轮4，销轮4在齿轨上运行；齿轨卡轨车上固定连接有行车底盘，行车底盘上转动连接有盘式悬挂支架3，减速电机1固定连接在盘式悬挂支架3上。销轮4在链传动组2的驱动下转动行进，相对于齿轮组传动，链传动组2灵活简单；减速电机1固定连接在盘式悬挂支架3上，当卡轨转弯时，盘式悬挂支架3在行车底盘内转动，减速电机1随盘式悬挂支架3转动，解决了整体旋转和同步传动的问题，满足了弯道行驶的要求，实现了燃油驱动向电驱动的转变。 [0043] 蓄电池供电系统、电缆输送供电系统可以直接为减速机驱动供电，减速机驱动能够直接驱动销轮4转动，实现动力车厢的运行；设置盘式悬挂支架3，减速电机1能随盘式悬挂支架3转动，满足了弯道行驶的整体旋转和同步传动的需求。 [0044] 蓄电池供电系统、电缆输送供电系统还可以通过永磁同步电机驱动销轮4转动。永磁同步电机在正常运转时，转子转速和定子转速一致，定子上感应电流减小，功率因数高；永磁同步电机负载发生变化，功率因素仍然可以在0.9以上，具有较宽的经济运行范围，能够达到国家二级能效，部分规格达到一级能效。 [0045] 如图4所示，液压马达驱动7包括液压马达、液压泵、驱动部减速器，液压马达的输入端连接液压泵、输出端连接驱动部减速器，液压泵吸附压力油且输送至液压马达，液压马达将压力油的压力转换为机械动力输送至驱动部减速器，驱动部减速器的输出端连接驱动轮。液压马达是驱动单元的动力输入部件，来自液压泵的压力油进入液压马达，驱动液压马达正反向旋转，液压马达和驱动部减速器相连，驱动部减速器的输出端和驱动轮连接，这样液压马达通过驱动部减速器把动力传递给驱动轮，销轮4与齿轨轨道43的齿条啮合，进而实现机车在轨道系统上正反向行走。 [0046] 驱动轮设有两个，驱动轮上连接有驱动部，驱动部包括第一驱动部71和第二驱动部73，两个驱动轮上分别连接第一驱动部71和第二驱动部73，第一驱动部71和第二驱动部73通过驱动装置框架72连接。第一驱动部71上开设有第一槽孔，第一槽孔上连接有离心触发器，离心触发器抵接驱动轮。离心触发器是一种过速保护传感器，离心触发器直接接触销轮4的轮体，能监控机车的行走速度，一旦超过最大设定速度，机车将实施紧急制动。第二驱动部73上开设第二槽孔，第二槽孔上安装行驶速度传感器，行驶速度传感器抵接销轮4，行驶速度传感器连接电控系统，电控系统将信号传递至驾驶舱显示器。行驶速度传感器直接和销轮4的轮体接触，行驶速度传感器通过编码器把机车的行驶速度传送给电控系统，电控系统处理后把信号传递给驾驶舱显示器，这样驾驶人员可以通过显示器实时监控机车行驶速度。离心触发器和行驶速度传感器分别连接在两个驱动轮之中的一个，行驶速度传感器进行销轮4转速的实时监测；离心触发器进行销轮4转速检测并连接紧急制动，当销轮4运行速度超过最大设定速度时，机车紧急制动。 [0047] 混合驱动系统上设有液压系统，液压系统上连接有液压盘式制动器，液压盘式制动器设有两个、分别安装在驱动轮的两侧，成对使用，液压盘式制动器的两端设有制动片，车辆制动时，制动片夹持驱动轮。当机车行走需要释放制动时，液压盘式制动器上连接有液压泵，来自液压泵的压力油强迫制动片和销轮4的轮体分离；当需要制动时，压力油泄压，制动片和销轮4的轮体卡死，达到制动的目的。 |
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