一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统

技术领域

本发明涉及轨道运输技术领域，尤其是涉及一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统。

背景技术

目前在交通领域，纯电技术取得了飞速进展，尤其是在汽车领域，纯电动汽车在商用领域占据了相当大的一部分比例，同时私人领域也开始了大幅度地进行扩展和应用。新能源的运用为节能环保带来了重要贡献。在火车轨道领域，尤其是在工业制造中，传统机车仍占很大一部分比例，传统机车在使用时存在噪音大、尾气排放多、能源使用效率低、工作效率低等诸多问题。

新能源轨道机车在使用过程，相较原有同功率内燃机车，启动牵引力提升约50％、持续牵引力提升约25％，并且比柴油机传统动力节省一半的维护费用。从根本上解决了由柴油机尾气造成的空气污染，达到无烟尘排放，噪音低，绿色环保。

但是轨道牵引机车自重大(运电池)、充电慢、应用能效相对较低等问题依然存在。为了解决以上问题，本发明提供一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，包括牵引机车、车厢模块，所述牵引机车上设置有牵引车电池组、牵引车电机，所述牵引车电池组为所述牵引车电机供电，所述车厢模块包括车厢承载架、车厢，所述车厢承载架上设置有两个用于固定车厢的固定座，所述车厢与所述车厢承载架可拆卸式连接，所述车厢承载架与所述牵引机车相连，所述车厢承载架上安装有车厢组电机，每个所述车厢上均安装有车厢电池组，所述车厢电池组为所述车厢组电机供电，所述车厢承载架与所述车厢之间设置有定位固定单元。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中每个所述车厢与所述车厢组电机并联连接，且所述车厢与所述车厢组电机之间设置有通电开关。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述定位固定单元包括多个第一定位套组件、多个第一定位销组件，所述第一定位套组件与所述第一定位销组件一一对应，所述第一定位套组件设置在所述车厢的底部，所述第一定位销组件设置在所述车厢承载架的上侧。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述第一定位套组件包括第一定位套本体，所述第一定位套本体的内壁两侧均设置有卡槽；所述第一定位销组件包括导向管、气缸，所述气缸安装在所述导向管的内部，所述气缸的活动轴端铰接有连杆锁定机构，所述导向管的两侧侧壁上均设置有通孔，所述连杆锁定机构在所述气缸的推动下穿过通孔并卡入在所述卡槽内。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述第一定位套本体的下端设置有扩张口，所述导向管的上端呈锥台状。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述导向管的底部外壁上固定有接近开关。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述定位固定单元还包括第二定位套组件、第二定位销组件，所述第二定位套组件固定在所述车厢的底部中心位置，所述第二定位销组件安装在所述车厢承载架的上侧。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述第二定位套组件包括第二定位套本体，所述第二定位套本体的内壁顶部中心位置设置有光线发射器；所述第二定位销组件包括旋转电机、液压缸、套筒支架，所述旋转电机的输出轴上安装有第一齿轮，所述套筒支架上安装有套筒，所述套筒与所述套筒支架轴向固定连接、径向转动连接，所述套筒的外侧固定套设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合，所述液压缸的活动轴端固定有第二定位销，所述第二定位销穿过所述套筒的内部，所述第二定位销与所述套筒轴向活动连接、径向固定连接，所述第二定位销与所述第二定位套本体位置对应。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述第二定位销端部呈锥台状，所述第二定位销外侧等距设置有一圈卡位齿，所述第二定位套本体的内壁设置有一圈齿凹槽，所述卡位齿与所述齿凹槽相适配，所述卡位齿上端宽度递减，所述齿凹槽的端部开口呈扩张状。

优选地，上述的纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，其中所述第二定位套本体的外部固定有环形加强板，所述第二定位销的外部固定有环形支撑板。

本发明的有益效果是：本发明的纯电动轨道牵引机车及车组进行了模块化设置，使得牵引组与车厢组的动力布置实现独立及模块化，车厢组的储能系统布置实现独立及模块化。提高了纯电动轨道机车及车组排列的灵活性，同时降低了轨道牵引机车的负荷，使得负荷由轨道牵引机车分散到各个机组中，提高了能源使用效率；车厢组的储能系统独立模块化，便于电池换电和使用效率，使得整个系统的运行效率得到提升，同时对于车辆调度、维护和管理带来便捷性。同时，先通过第二定位套组件与第二定位销组件的初步定位，再通过旋转电机的角度调节定位，可使多个第一定位套组件与第一定位销组件能够快速对位，在第一定位套组件与第一定位销组件对位安装后通过气缸推动连杆锁定机构将两者锁定，使车厢牢牢固定在车厢承载架上，从而使车厢及电池组件的更换更加高效方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为车厢模块的结构示意图；

图3为车厢承载架的俯视图；

图4为车厢的仰视图；

图5为第一定位套组件与第一定位销组件的配合结构图；

图6为图5中第一定位套组件与第一定位销组件锁紧后的结构示意图；

图7为第二定位销组件的结构示意图；

图8为第二定位套组件的仰视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、牵引机车，2、车厢，3、牵引车电池组，4、牵引车电机，5、车轮，6、车厢承载架，7、车厢电池组，8、车厢组电机，9、第一定位套组件，91、第一定位套本体，92、卡槽，93、扩张口，10、第二定位套组件，1001、第二定位套本体，1002、齿凹槽，1003、环形加强板，1004、光线发射器，11、第二定位销组件，1101、旋转电机，1102、液压缸，1103、第一齿轮，1104、第二齿轮，1105、套筒支架，1106、套筒，1107、第二定位销，1108、环形支撑板，12、第一定位销组件，1201、气缸，1202、导向管，1203、接近开关，1204、连杆，1205、锁紧杆，1206、固定铰接点，1207、通孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、图2所示，一种纯电动轨道牵引机车及车组模块化运行系统，包括牵引机车1、车厢模块。牵引机车1上设置有牵引车电池组3、牵引车电机4，牵引车电池组3用于为牵引车电机4供电，从而驱动车轮5。车厢模块包括车厢承载架6、车厢2，车厢承载架6上设置有两个用于固定车厢2的固定座，即一个车厢承载架6上可放置两个车厢2，且车厢2与车厢承载架6可拆卸式连接。车厢承载架6与牵引机车1相连。车厢承载架6上安装有单独的车厢组电机8，每个车厢2上均安装有车厢电池组7，并包含电池管理系统(BMS)、温度监控装置、自动灭火装置、阻燃装置等管理和安全系统。每个车厢2与车厢组电机8并联连接，且车厢2与车厢组电机8之间设置有通电开关。车厢电池组7为车厢组电机8供电。因此，牵引机车1、车厢模块分别采用各自独立的动力模块以及供电模块。

车厢电池组7的蓄电量大于牵引车电池组3的蓄电量。在无牵引机车1牵引的条件下，仍然可以满足自身运动要求；在有牵引机车牵引的条件下，车厢组能够分担牵引机车的牵引载荷，提高牵引效率。同时，因车厢组配置大容量储能电池，具备了较长的续驶能力，在牵引机车电量不足的情况下，仍可以驱动列车组继续前进。具体地，在列车组运行的轨道上，牵引机车牵引车厢组进行运行，通过车厢自身动力驱动，减少了牵引机车动力负荷要求；通过车厢自身电量储能，减少了牵引机车电池充电量要求，也就减少了牵引机电池配置的重量要求。模块的统一协调运行，使得各模块的电池容量保持在一个良好的区间段，降低了牵引机车电池损耗，维持了所有模块的电池活性，同时延长了电池的使用寿命，增加了电池的使用效率。电池为磷酸铁锂电池，在电动牵引机车和车厢组均进行配置，电池组采用换电模式进行更换补电，提升补电效率。电池组及其管理系统(BMS)为具有一致性的单体电芯、模块和统一型号，可对储能系统进行统一管理。两个集装车厢2是独立可拆卸的，在电池组放电后采用整体换电模式对集装车厢2进行更换，提升车辆使用效率。并可根据装载需求任意组合集装车厢2，具备灵活配置的特点，集装车厢2在电池组电量放电后，可直接更换电池组充满电的集装车厢2，更换下来的集装车厢2在集中区域进行充电或补电以满足下次换电需求。

如图3－图8所示，由于车厢电池组7在放电完毕后可通过更换带有充满电的车厢电池组7的车厢2，以实现快速提高续航的能力，因此车厢2的吊装更换频率相对较高，车厢2与车厢承载架6须满足快速方便的定位安装固定，因此，在车厢承载架6与车厢2之间设置有定位固定单元。

如图3、图4、图5、图6所示，定位固定单元包括多个第一定位套组件9、多个第一定位销组件12，第一定位套组件9与第一定位销组件12一一对应。具体地，每个车厢2的底部四角位置处均设置有第一定位套组件9，第一定位销组件12设置在车厢承载架6的上侧对应位置处。

第一定位套组件9包括第一定位套本体91，第一定位套本体91的内壁两侧均设置有卡槽92，第一定位套本体91的下端设置有扩张口93。

第一定位销组件12包括导向管1202、气缸1201，气缸1201安装在导向管1202的内部。导向管1202的上端呈锥台状，同时结合扩张口93的设计，便于导向管1202插入第一定位套本体91内。导向管1202的两侧侧壁上均设置有通孔1207。气缸1201的活动轴端铰接有连杆锁定机构，具体地，气缸1201的活动轴端铰接有两根连杆1204，每根连杆1204上端均铰接有一个锁紧杆1205，两个锁紧杆1205上端铰接于固定铰接点1206处。固定铰接点1206的设置可通过在导向管1202内侧固定一根固定轴，两个锁紧杆1205上端与该固定轴铰接实现。锁紧杆1205一侧设有卡位部，卡位部下侧呈弧线形设计，在气缸1201的推动下两根连杆1204推动两个锁紧杆1205转动，从而使其卡位部穿过通孔1207并卡入在卡槽92内，从而实现了第一定位套组件9与第一定位销组件12的固定连接，即实现了车厢2与车厢承载架6的连接。导向管1202的底部外壁上固定有接近开关1203，在导向管1202插入第一定位套本体91的过程中，在完全插入后，接近开关1203感应到第一定位套本体91，从而触发气缸1201动作，将第一定位套组件9与第一定位销组件12锁定。

由于四个第一定位套组件9和四个第一定位销组件12需要同时对位，即四点对位，在吊装对位时相对较麻烦，因此，本发明进一步地对其进行了优化，在车厢2的底部中心位置(矩形两条对角线的交叉点位置)设置一个第二定位套组件10，在车厢承载架6的上侧对应位置设置第二定位销组件11。

第二定位套组件10包括第二定位套本体1001，第二定位套本体1001的内壁顶部中心位置设置有光线发射器1004(如激光笔)，用于沿第二定位套本体1001的轴向发射光线。第二定位套本体1001的外部固定有环形加强板1003。

第二定位销组件11包括旋转电机1101、液压缸1102、套筒支架1105，旋转电机1101、液压缸1102、套筒支架1105均固定安装在车厢承载架6上。旋转电机1101的输出轴上安装有第一齿轮1103，套筒支架1105上安装有套筒1106，套筒1106与套筒支架1105轴向固定连接、径向转动连接，即套筒1106可转动，但不可沿其轴向移动。套筒1106的外侧固定套设有第二齿轮1104，第一齿轮1103与第二齿轮1104啮合。液压缸1102的活动轴端固定有第二定位销1107，第二定位销1107穿过套筒1106的内部，第二定位销1107与套筒1106轴向活动连接、径向固定连接，即套筒1106转动时带动第二定位销1107同步转动，第二定位销1107可在套筒1106内沿轴向自由滑动。第二定位销1107与第二定位套本体1001位置对应。

在液压缸1102复位时第二定位销1107上端未突出至车厢承载架6的上侧平面，在安装车厢2时，液压缸1102提前将第二定位销1107顶起，光线发射器1004向下发射光线，当光线射在第二定位销1107顶部时，第二定位销1107与第二定位套本体1001正对，为便于操作，可在第二定位销1107顶部设置光线感应器，当光线射在第二定位销1107顶部时，光线感应器感应到光线，便于吊装操作人员知晓此时已完成对位。该对位完成后将车厢2向下慢慢下落，最终第二定位销1107插入在第二定位套本体1001内部，此时第二定位销1107承受着整个车厢2的重力，车厢2其他部位均悬空。第二定位销1107的外部固定有环形支撑板1108，环形支撑板1108与环形加强板1003抵接，从而增大了压力接触面，从而更加稳定。在此过程中，由于第二定位销1107端部呈锥台状，从而便于插入第二定位套本体1001内。随后通过旋转电机1101转动，并通过第一齿轮1103、第二齿轮1104的传动，带动套筒1106转动，套筒1106带动第二定位销1107转动。第二定位销1107外侧等距设置有一圈卡位齿，第二定位套本体1001的内壁设置有一圈齿凹槽1002，卡位齿与齿凹槽1002相适配，第二定位销1107转动时带动第二定位套本体1001转动以及整个车厢2转动，第一齿轮1103的齿数小于第二齿轮1104的齿数，从而使车厢2转动速度较慢，使车厢2转动是为了将四个第一定位套组件9与四个第一定位销组件12对位，由于旋转点为车厢底部中心位置，在调整车厢2的角度旋转到位后，仅需确认其中一个第一定位套组件9与第一定位销组件12对位即可实现四个同时对位。二次对位完成后，旋转电机1101停止转动，液压缸1102复位，从而使第二定位销1107落下，车厢2落下，随后将第一定位套组件9与第一定位销组件12锁定，即完成了车厢2的吊装更换。

在车厢2底部的第二定位套本体1001下落与第二定位销1107结合时，存在第二定位销1107外侧的卡位齿无法精准对位齿凹槽1002的概率，因此在卡位齿设计时，使其上端宽度递减，在齿凹槽1002的下端设置逐渐扩张状的开口(或豁口状，开口横截面递增)，从而便于卡位齿插入齿凹槽1002内。从而实现整个吊装对位安装的快速进行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示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发明和简化描述，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、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅用于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，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”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。