新能源两轴轨道牵引机车的制作方法

1.本实用新型属铁路工程车辆技术领域，具体涉及一种新能源两轴轨道牵引机车。


背景技术：

2.随着国家对冶金、钢铁企业、港口、物流等铁路专用自备车辆节能环保、减排降耗等方面要求的提升，对于环保、清洁、经济、高效、安全的牵引车辆需求不断增加。传统的内燃机车噪音污染大，油耗和维护成本高，已不能满足轨道牵引运输企业对车辆的实际要求，研制更具环保性和经济性的新能源纯电动轨道牵引机车势在必行。因此有必要提出改进。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的技术问题：提供一种新能源两轴轨道牵引机车，本实用新型能解决内燃机车噪音污染大，油耗、维护成本高，不同于传统交流异步电机配变频器驱动的方案，配置永磁同步电机，是智能型新能源环保运输设备。
4.本实用新型采用的技术方案：新能源两轴轨道牵引机车，包括车架，所述车架两端设有牵引装置，所述车架下部设有走行部和制动系统，所述车架上平面前端设有驾驶室，所述车架上平面后端设有机器间，所述机器间内部设有动力电池系统和用于对动力电池系统进行散热的水冷却系统，所述动力电池系统通过动力控制系统控制永磁同步电机，所述永磁同步电机通过传动系统驱动走行部走行实现机车牵引运行。
5.对上述技术方案的进一步限定，所述走行部包括设于车架下部的轴箱总成和轮对总成；所述动力电池系统包括固定于机器间内的磷酸铁锂电池和动力电池控制器，所述动力控制系统包括永磁同步电机、多功能智能控制器和电机控制器，所述传动系统包括设于车架中部的减速箱、车轴齿轮箱和传动轴，所述永磁同步电机输出端与减速箱输入端连接，所述减速箱输出端通过传动轴与车轴齿轮箱输入端连接。
6.对上述技术方案的进一步限定，所述车架上平面中部机器间内设有水冷却系统，所述水冷却系统包括水泵、水散热器、电机和扇热风扇、散热管路，所述水冷却系统通过水循环散热对磷酸铁锂电池和永磁同步电机进行冷却。
7.对上述技术方案的进一步限定，所述制动系统包括固定于车架下部的空气系统、基础制动和设于驾驶室内的手制动；所述空气系统采用jz-7型单制动机，所述空气系统包括固定在车架下部的空压缩机、储风缸、油水分离器和空气干燥器。
8.对上述技术方案的进一步限定，所述驾驶室内设有电气系统，所述电气系统包括直流系统和交流系统，所述直流系统包括电气控制系统、视频装置及辅助装置，其中所述电气控制系统包括动力电池系统、整车控制器、多功能智能控制器、电机控制器、车身控制器、低压控制盒、司机控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用nxp的32位arm cortex-m4f内核的汽车级mcu，主频高达112mhz，具有512kb的flash以及3路独立的can接口，其中一个接口支持canfd，满足整车多路can通讯所需；所述交流系统包括交流用电器空压缩机。
9.对上述技术方案的进一步限定，所述驾驶室内前端设有司机操作台、司机座椅，所述驾驶室顶部安装有顶置嵌入式空调，所述驾驶室内后端设有卧铺，所述驾驶室后端设有车门ⅰ和车门ⅱ。
10.对上述技术方案的进一步限定，所述车架的司机操作台一端下部设有测量速度的从动轮。
11.本实用新型与现有技术相比的优点：
12.1、本方案中新能源机车采用先进的永磁同步电机，采用最大扭矩电流比和最大扭矩电压比控制，电机持续工作在最高效率点，电机效率高于96％，电机的损耗最小，发热得到有效控制，系统稳定可靠，使用寿命得到很大提升，零转速时，输出最大扭矩，机车起动性能优异。相较原有同功率内燃机车，新能源机车起动牵引力提升30％、持续牵引力提升25％；
13.2、本方案中新能源机车采用专用无油空压机，保留传统空气制动和手制动，增加电机反牵引制动，兼顾电动机的能量回收。同时机车装备有测量速度的从动轮，可以迅速检测到驱动轮打滑空转，通过自动撒沙，脉动转矩控制等措施，有效防止打滑；
14.3、本方案中动力电池系统及动力控制系统的配置方案，可满足平直道起动牵引1500t要求，传动系统的匹配满足最高运行速度为20km/h的速度要求，每台电机与减速箱直连，传动效率高，传动系统故障率大大降低；
15.4、本方案起动平稳，起动冲击小、噪音低，通过减速箱速比调整，可实现高速牵引运行，整车满足标准轨距铁路机车车辆限界。
附图说明
16.图1为本实用新型的结构主视图；
17.图2为本实用新型的结构俯视图；
18.图3为本实用新型的动力传动装置示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图1-3描述本实用新型的具体实施例。值得理解的是，下面描述实施例仅是示例性的，而不是对本实用新型的具体限制。
20.以下的实施例便于更好地理解本实用新型，但并不限定本实用新型。下述实施例中所用的部件以及材料，如无特殊说明，均为市售。下述实施例中控制电路的实现，如无特殊说明，均为常规控制方式。
21.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，需要理解的是：术语
““
上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的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实用新型和的简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，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”、“设置”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。再例如，可以是直接相连，也可以通过其他中间构件间接相连。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实用新型中的具体含义。
23.新能源两轴轨道牵引机车，如图1、2所示，具有车架5，所述车架5为车辆所有部件的安装基础。所述车架5两端设有牵引装置18，所述牵引装置18采用2号上作用式车钩，为铁路通用件。
24.如图1、3所示，所述车架5下部设有走行部7，所述走行部7包括设于车架5下部的轮对总成28和轴箱总成30，轴箱总成30采用导框式均衡梁结构，该结构有效缓解铁路线路不规范所引起的冲击振动。所述车架5上平面前端设有驾驶室3，所述车架5上平面后端设有机器间1，所述机器间1内部设有动力电池系统11和水冷却系统12、动力控制系统14及多功能智能控制器24，所述动力电池系统11通过动力控制系统14控制永磁同步电机35，所述永磁同步电机35通过传动系统8驱动和走行部7实现机车牵引运行。
25.所述动力电池系统11包括固定于机器间1内的磷酸铁锂电池25和动力电池控制器13，所述动力控制系统14包括永磁同步电机35、电机控制器23 及多功能智能控制器24，所述传动系统8包括设于车架5中部的减速箱36、车轴齿轮箱33和传动轴34，所述永磁同步电机35输出端与减速箱36输入端连接，减速箱36输出端通过传动轴34与车轴齿轮箱33输入端连接。其中，所述磷酸铁锂电池25采用宁德时代品牌、安全性能较高的磷酸铁锂电池，采用水冷散热系统，极大的降低了电池的发热，保证电池的安全使用，同时配备电池自动消防系统，消除安全隐患。所述永磁同步电机35驱动减速箱36，通过传动轴34与车轴齿轮箱33连结，带动走行部牵引运行，运转传动部件少，噪音低，无污染，传动效率高，传动系统故障率大大降低。电机变速范围大且可无级调速，结合电机不同于传统内燃机的特性曲线，可实现低转速持续输出和起动最大扭矩输出。本实用新型中动力电池及动力控制系统的配置方案，满足平直道最大牵引1500t要求，传动系统的匹配满足持续低速牵引运行且不发热要求，整车满足标准轨距铁路机车车辆限界。
26.如图2、3所示，所述车架5上的机器间1内设有水冷却系统12。所述水冷却系统12包括水泵、水散热器、电机和扇热风扇、散热管路。水冷却系统12通过水循环散热对所述磷酸铁锂电池25和永磁同步电机35进行冷却。通过水泵带动水循环，电机驱动散热风扇将散热器的热量排入大气，极大的降低了电池和同步永磁电机的发热，保证动力电池系统的安全使用。
27.所述车架5下部设有制动系统9，所述制动系统9包括空气系统10、基础制动29和手制动19，所述空气系统10采用jz-7型空气单制动机，所述空气系统10包括空压缩机27、储风缸32、油水分离器26和空气干燥器31。所述空气系统10的空气管路上设有油水分离器和空气干燥器，保证各阀件工作的可靠性，使空气系统性能符合tb/t2180之规定。本方案中空气系统10将原有的活塞空压机升级为新能源专用无油空压机，保留传统空气制动和手制动，增加电机反牵引制动，兼顾电动机的能量回收，采用智能电磁阀设计，可以精准控制制动缸压力，制动力线形流畅，同时增加急停刹车系统，在发生紧急情况时按下急停按钮，车辆进入紧急制动状态：动力停止输出，确保制动力最大，车辆在最短时间内停止运行。操控电控制动手柄或机械制动手柄，通过制动风缸充排风作用，驱动制动风缸鞲鞴杆、基础制动杆件作用，实现机车制动停车、缓解运行。
28.如图2所示，所述驾驶室3内前端设有司机操作台17和司机座椅16、侧面设有停车手制动；所述驾驶室3顶部安装有顶置嵌入式空调2，所述驾驶室 3后端两侧设有车门ⅰ15和
车门ⅱ21，方便进入机器间1进行机车检修和维护，所述驾驶室3前端设置行车安全挡风玻璃，并配有喷水式刮雨器，驾驶室3两侧设有推拉窗，增加操纵视野、方便瞭望。
29.所述驾驶室3内设有电气系统4，所述电气系统4包括直流系统和交流系统，所述直流系统包括电气控制系统、视频装置及辅助装置及遥控系统，其中所述电气控制系统包括动力电池系统11、电机控制器23、整车控制器、多功能智能控制器24、车身控制器22、低压控制盒、司机控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用nxp的32位arm cortex-m4f内核的汽车级mcu (s32k144系列)，主频高达112mhz，具有512kb的flash以及3路独立的can接口，其中一个支持canfd，满足整车多路can通讯所需。整车控制器是整个新能源机车的核心控制部件，它采集控制台按钮和智能仪表及其他传感器信号，并作出相应判断后，协调控制下层的各部件控制器如bms、mcu等的工作；采集司机驾驶信号和车辆状态，通过can总线对网络信息进行管理、调度、分析和运算，实现整车驱动控制、能量回收控制、辅助控制、走行数据记录、故障诊断及报警等功能。机车在车架两侧分别设有两组充电插座，用外部充电桩给动力电池充电，可大大缩短充电时间。配置慢充，可定期对电池进行涓流充电，从而延长电池使用寿命，机车可实现遥控控制；所述交流系统包括交流用电器27。
30.所述车架5的司机操作台17一端的下部设有测量速度的从动轮6，所述从动轮6可以迅速检测到驱动轮打滑空转，通过自动撒沙，脉动转矩控制等措施，有效防止打滑，紧急制动防抱死。
31.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
32.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.新能源两轴轨道牵引机车，包括车架(5)，所述车架(5)两端设有牵引装置(18)，所述车架(5)下部设有走行部(7)和制动系统(9)，其特征在于：所述车架(5)上平面前端设有驾驶室(3)，所述车架(5)上平面后端设有机器间(1)，所述机器间(1)内部设有动力电池系统(11)和用于对动力电池系统(11)进行散热的水冷却系统(12)，所述动力电池系统(11)通过动力控制系统(14)控制永磁同步电机(35)，所述永磁同步电机(35)通过传动系统(8)驱动走行部(7)走行实现机车牵引运行；所述走行部(7)包括设于车架(5)下部的轴箱总成(30)和轮对总成(28)；所述动力电池系统(11)包括固定于机器间(1)内的磷酸铁锂电池(25)和动力电池控制器(13)，所述动力控制系统(14)包括永磁同步电机(35)、多功能智能控制器(24)和电机控制器(23)，所述传动系统(8)包括设于车架(5)中部的减速箱(36)、车轴齿轮箱(33)和传动轴(34)，所述永磁同步电机(35)输出端与减速箱(36)输入端连接，所述减速箱(36)输出端通过传动轴(34)与车轴齿轮箱(33)输入端连接。2.根据权利要求1所述的新能源两轴轨道牵引机车，其特征在于：所述车架(5)上平面中部机器间(1)内设有水冷却系统(12)，所述水冷却系统(12)包括水泵、水散热器、电机和扇热风扇、散热管路，所述水冷却系统(12)通过水循环散热对磷酸铁锂电池(25)和永磁同步电机(35)进行冷却。3.根据权利要求1所述的新能源两轴轨道牵引机车，其特征在于：所述制动系统(9)包括固定于车架(5)下部的空气系统(10)、基础制动(29) 和设于驾驶室(3)内的手制动(19)；所述空气系统(10)采用jz-7型单制动机，所述空气系统(10)包括固定在车架(5)下部的空压缩机(27)、储风缸(32)、油水分离器(26)和空气干燥器(31)。4.根据权利要求3所述的新能源两轴轨道牵引机车，其特征在于：所述驾驶室(3)内设有电气系统(4)，所述电气系统(4)包括直流系统和交流系统，所述直流系统包括电气控制系统、视频装置及辅助装置，其中所述电气控制系统包括动力电池系统(11)、整车控制器、多功能智能控制器(24)、电机控制器(23)、车身控制器(22)、低压控制盒、司机控制器、显示仪表及控制开关，所述整车控制器采用nxp的32位arm cortex-m4f内核的汽车级mcu，主频高达112mhz，具有512kb的flash以及3路独立的can接口，其中一个接口支持canfd，满足整车多路can通讯所需；所述交流系统包括交流用电器空压缩机(27)。5.根据权利要求1所述的新能源两轴轨道牵引机车，其特征在于：所述驾驶室(3)内前端设有司机操作台(17)、司机座椅(16)，所述驾驶室(3)顶部安装有顶置嵌入式空调(2)，所述驾驶室(3)内后端设有卧铺(20)，所述驾驶室(3)后端设有车门ⅰ(15)和车门ⅱ(21)。6.根据权利要求5所述的新能源两轴轨道牵引机车，其特征在于：所述车架(5)的司机操作台(17)一端下部设有测量速度的从动轮(6)。

技术总结
提供一种新能源两轴轨道牵引机车，具有车架，车架下部设有走行部和制动系统，车架上平面前端设有驾驶室，车架上平面后端设有机器间，机器间内部设有动力电池系统和水冷却系统，动力电池系统包括大容量的磷酸铁锂电池，动力电池系统通过动力控制系统控制永磁同步电机，永磁同步电机通过传动系统驱动走行部走行实现机车牵引运行。本实用新型解决了由柴油机尾气造成的空气污染，达到无烟尘排放，噪音下降30％以上，绿色环保，大容量磷酸铁锂电池充电速度快、循环寿命长。与传统的内燃轨道车相比，机车维护部件少，降低维护费用，智能及遥控系统控制大大降低工人操作难度，避免误操作，同时，司乘人员工作环境得到有效改善。司乘人员工作环境得到有效改善。司乘人员工作环境得到有效改善。


技术研发人员：魏青 魏文天 赵茜 袁丽平 吴艳萍
受保护的技术使用者：宝鸡中铁秦岭重工有限责任公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2023/3/23