一种矿用5G轨道机车换电补能装置

技术领域

本发明涉及轨道机车补能技术领域，具体公开了一种矿用5G轨道机车换电补能装置。

背景技术

传统矿用轨道机车主要有内燃机和电机驱动式两种，随着我国新能源汽车的高速发展，矿用轨道机车也逐步向新能源的方向逐步转型。但现有电机驱动式的矿用轨道机车因为其作业环境恶劣，蓄电池无法进行外置，导致后续换电池补能困难，只能够采用充电的形式对其进行补充。然而矿用轨道机车需要不停的进行调度运作，因此需要配备两台轨道机车切换使用，导致设备成本增加。

申请号为2021114930928的发明专利公开了一种吊装式机车换电站，包括行车轨道，用于机车的行走和停留；电池放置区，设置于行车轨道的侧方；包括至少一个置换电池箱，用于替换机车的待换电池箱；换电设备，设置于电池放置区和行车轨道上方，用于取下机车的待换电池箱转移至机车和行车轨道外，并抓取置换电池箱转移至机车中。该发明专利公开的吊装式机车换电站用于矿用轨道机车换电补能时存在一些不足。其一，对于目前一些无人驾驶的5G轨道机车而言，无法及时判断出机车上蓄电池的电池量，导致无法及时进行换电补能；其二，由于矿用轨道机车在轨道上行驶过程中惯性较大，无法及时精准地将机车停在待更换电池的工位处，因此在无人驾驶的5G轨道机车停止后需要操作人员在人工驾驶将其位置进行调整，以方便后续电池的抓取和更换。因此，针对现有吊装式机车换电站在用于矿用轨道机车上电池更换的不足，本申请提出了一种能够有效解决上述技术问题的矿用5G轨道机车换电补能装置。

发明内容

本发明旨在于提供了一种矿用5G轨道机车换电补能装置，以解决现有吊装式机车换电站在用于矿用5G轨道机车时存在的不足和技术问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种矿用5G轨道机车换电补能装置，包括垂直于机车轨道设置的调度机架，所述调度机架的一端设置有电池包储存室，机车轨道上设置有机车车头，所述调度机架上移动设置有电池包抓取机构，所述电池包储存室的出料口设置有位于调度机架正下方的皮带输送机，所述电池包储存室的旁侧设置控制柜，所述控制柜的内部设置有控制模块、5G无线通信模块和卫星定位模块；

所述机车车头包括车头本体和车轮，所述车头本体的上表面设置有电池包装配槽，所述电池包装配槽中设置有电池包，所述车头本体的后端设置有电气箱，所述电气箱中设置有控制模块、5G无线通信模块、电池电量检测模块以及卫星定位模块。

作为上述方案的进一步设置，所述调度机架包括两侧的支撑架，两侧所述支撑架的顶端固定连接有两个平行的滚轮轨道，且支撑架上还设置有实现电池包抓取机构沿滚轮轨道移动的牵引装置。

作为上述方案的进一步设置，所述电池包抓取机构包括移动板，所述移动板的下表面设置有与滚轮轨道相匹配的滚轮，所述移动板上设置有升降电机，所述升降电机的下端连接有板座，所述板座的两侧均设置有夹持块，所述板座上设置有实现两侧夹持块相互靠近或远离的驱动组件。

作为上述方案的进一步设置，所述驱动组件包括双向丝杆和移动块，所述双向丝杆的一端连接有丝杆电机，两个所述移动块分别螺纹连接在双向丝杆的两端，所述移动块的两侧均连接有活动杆，同一侧的两个所述活动杆端部共同连接有移动条，所述移动条的外侧面通过移动杆连接有夹持块。

作为上述方案的进一步设置，所述牵引装置包括牵引电机和牵引绳，所述牵引电机的电机轴上设置有卷绕轮，所述牵引绳的两端分别与卷绕轮、移动板相连接。

作为上述方案的进一步设置，位于所述电池包装配槽处的车头本体上表面转动连接有盖罩，所述车头本体上还设置有用于将盖罩打开或关闭的伸缩驱动件。

作为上述方案的进一步设置，所述车头本体的上表面两端均设置有一对定位轮，位于所述调度机架前方的机车轨道两侧各设有立架，所述立架的上端设置有液压缸，每个所述液压缸朝向机车轨道的活动端均连接有推动定位块。

作为上述方案的进一步设置，每对所述定位轮中的两个定位轮间隙设置在8~15cm，所述推动定位块的形状呈三角形，且三角形的尖端伸入两个定位轮的间隙中设置。

本发明公开的矿用5G轨道机车换电补能装置在机车车头中设置有电气箱，通过电气箱中的电池电量检测模块实时对车载用的电池包电量进行检测，当电池包电量低于设定值后控制模块会5G无线通信模块向控制柜中发出信号。

控制柜在接收到信号后会发出相应的动作指令使得牵引装置和电池包抓取机构开始运行，从而将电池包抓取机构移动至机车车头停下换电补能位置的正上方。同时还在电气箱和控制柜中均设置有卫星定位模块，通过卫星定位模块来实时判断机车车头与换电补能位置之间的距离，然后使得机车车头在设定位置开始制动，使的机车车头在停止时能够正好位于电池包抓取机构的正下方。

最后，再次启动电池包抓取机构使其先将机车车头上的电池包取下，然后再抓取从电池包储存室中送出的满电的电池包，并将满电的电池包直接装入机车车头上即可使得矿用5G轨道机车换电补能完成。

另外，本发明还进一步通过机车车头上两侧定位轮与机车轨道两侧推动定位块之间的作用，在机车车头停止后能够通过推动定位块两侧斜边与定位轮之间的作用使得整个机车车头沿着机车轨道进行微小移动，从而使得车头本体上的电池包装配槽正好与电池包抓取机构上下对齐，保证后续电池包抓取更换的顺利进行。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明公开的矿用5G轨道机车换电补能装置能够在轨道机车无人驾驶的过程中通过电池电量检测模块实时对车载用的电池包电量进行检测，然后利用5G无线传输作用使得在轨道机车进行换电补能之前即可使得电池包抓取机构开始相应的动作，当无人驾驶的轨道机车停止后能够立马进行换电补能动作，极大提高了矿用5G轨道机车的换电补能速度，使得矿用5G轨道机车能够连续调度使用。

本发明公开的矿用5G轨道机车还通过卫星定位作用能够实现无人驾驶的矿用轨道机车在换电补能前进行及时刹车，使得矿用5G轨道机车能够初步停止设定的换电补能位置处，然后再利用液压缸、推动定位块与机车车头上定位轮的作用，使得机车车头在初步停止后能够沿着机车轨道进行微小移动，从而使得车头本体上的电池包装配槽正好与电池包抓取机构上下对齐，保证后续电池包抓取更换的顺利进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一角度立体结构示意图；

图2为本发明的第二角度立体结构示意图；

图3为本发明中调度机架、电池包抓取机构的立体结构示意图；

图4为本发明中电池包抓取机构的立体结构示意图；

图5为本发明中板座、双向丝杆、夹持块等立体结构示意图；

图6为本发明中机车车头的体结构示意图；

图7为本发明图2中A处的放大结构示意图；

图8为本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1~8，并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

实施例1公开了一种矿用5G轨道机车换电补能装置，参考附图1，该装置的主体包括电池包储存室1、电池包抓取机构2、调度机架3和机车车头4。调度机架3垂直于机车轨道5设置，并将电池包储存室1平行于机车轨道5设置在调度机架3的端部正下方。在电池包储存室1的上端出料口设置有皮带输送机6，在皮带输送机6的外端部设置有定位挡板，使得电池包储存室1中的电池包100能够由皮带输送机6送出，经过定位挡板的定位作用使其位于调度机架3端部的正下方。

参考附图3、附图4和附图5，调度机架3包括两侧的支撑架301，并在两侧支撑架301的顶端固定连接有两个平行的滚轮轨道302，然后还在滚轮轨道302之间设置有牵引装置300。电池包抓取机构2包括移动板201，并在移动板201下表面的设置有两排与对应滚轮轨道302相匹配的滚轮202，然后将牵引装置300与移动板201相连接，使得在牵引装置300的作用下使得整个电池包抓取机构2能够沿着滚轮轨道302进行移动。具体的牵引装置300为常规设计，其包括牵引电机和牵引绳，在牵引电机的电机轴上设置有卷绕轮，然后将牵引绳的两端分别与卷绕轮、移动板201相连接。

在移动板201的上表面安装有升降电机203，在升降电机203的下端连接有升降架204，并在升降架204的下端连接有U字型的板座205，在板座205的左右两侧面均插设有移动杆206。在每侧移动杆206的外端部均连接有夹持块207，并在每侧移动杆206的内端部连接有位于板座205上表面的移动条208。在板座205的前后两端分别设置有丝杆电机209和轴承座210，然后在丝杆电机209的电机轴与轴承座210之间设置有双向丝杆211，并且该双向丝杆211位于两个移动条208之间的对称中心线上。在板座205上设置有两个移动块212，并将两个移动块212分别与双向丝杆211前后两端的外螺纹进行螺纹连接，然后还在每个移动块212与对应的移动条208之间转动连接有活动杆213。

本实施例中的电池包抓取机构2在运行过程中先通过牵引装置300将其沿着滚轮轨道302移动至设定位置，然后启动升降电机203将板座205往下移动，待移动至所需高度后，再启动丝杆电机209使得双向丝杆211转动，在双向丝杆211转动的过程中使得两个移动块212发生相应运动，从而通过活动杆213来使得两侧的移动条208相互靠近，进而使得两侧的夹持块207相互靠近对电池包100进行夹持。

参考附图6和附图8，机车车头4包括车头本体401和两排车轮402，在车头本体401的上表面开设有电池包装配槽，将电池包100装入其中即可实现机车车头4的供电。为了避免矿洞中掉落的碎石砸落在电池包100上，还在电池包装配槽的位置处转动连接有盖罩403，并且车头本体401上还设置有用于驱动盖罩402将电池包装配槽打开或关闭的伸缩驱动件404。

在车头本体401的后端还设置有电气箱405，电气箱405里面设置有控制模块、5G无线通信模块、电池电量检测模块以及卫星定位模块。其中，电池电量检测模块用于实时检测电池包100的剩余电量，并将采集到的数据传输至控制模块，当电池包100的剩余电量低于设定值后，控制模块会5G无线通信模块发出无线信号。

参考附图2，本矿用5G轨道机车换电补能装置还包括设置在电池包储存室1旁侧的控制柜7，该控制柜7的内部也设置有控制模块、5G无线通信模块和卫星定位模块。当机车车头4发出无线信号后，控制柜7能够及时获取机车车头4的实时位置以及车头本体中电池包100的剩余电量。

接着，控制柜7中的控制模块会发出控制指令使得牵引装置300运行，从而将电池包抓取机构2移动至机车轨道5的正上方。同时，机车车头4根据实时定位判断两者之间的距离，然后进行及时启动刹车装置使得机车车头4能够停在电池包抓取机构2的正下方，整个控制过程可参考附图8。

最后，启动电池包抓取机构2先将机车车头4上的电池包100取下摆放，再将从电池包储存室1中送出的满电备用电池包进行抓取并放入电池包装配槽中表示轨道机车换电补能完成，此时机车车头4即可快速投入继续使用。

实施例2

实施例2公开了一种以实施例1为基础进行改进设计的矿用5G轨道机车换电补能装置，其主要针对如何实现机车车头4在止停后，车头本体401上的电池包装配槽正好与电池包抓取机构2上下对齐，本实施例2与实施例1相同之处不做再次说明，其不同之处参考附图1、附图6和附图7。

在车头本体401的上表面两端均设置有一对定位轮406，并且两个定位轮406之间留有8~15cm左右的距离。在调度机架3前方的机车轨道5左右两侧各固定有一个立架8，在每个立架8的上端均固定安装有一个液压缸9，并且两个液压缸9均受控制柜7内部控制模块的控制作用，然后在液压缸9朝向机车轨道5的活动端均连接有推动定位块10。该推动定位块10与车头本体401上的定位轮406处于同一水平高度，并且整体结构呈三角形。

本实施例2通过上述结构设计，在车头本体401需要换电补能止停后，并在电池包抓取机构2开始运行前，控制柜7内部的控制模块会发出控制指令使得两个液压缸9同时伸长，从而使得两个推动定位块10的尖端均伸入到对应一对定位轮406的间隙中，由于推动定位块10呈三角形结构设计，能够通过推动定位块10两侧斜边与定位轮406之间的作用使得整个机车车头4沿着机车轨道5进行微小移动，从而使得车头本体401上的电池包装配槽正好与电池包抓取机构2上下对齐，然后再进行后续更换电池包的相关步骤即可。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。