高加速度電動軌道車的製作方法
2023-06-09 08:23:31
專利名稱：高加速度電動軌道車的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軌道車技術，具體地說，涉及的是一種將電驅動技術與軌道車體系結合起來設計的一種具備高加速能力的電動軌道車。
背景技術：
隨著高鐵技術和城市地鐵的發展，軌道交通已經越來越多地影響著人們的生產、 生活。按照設計目的和主要用途的不同，軌道車可分為工業生產中專用軌道車體和一般列車。前者包括電動平車、鐵路檢修車等，它們多是基於機械、液壓、電傳動形式驅動鐵輪在工字型軌道上行駛。後者包括城際列車，地下鐵路，高鐵等。由於軌道車輪與鐵軌之間為純剛體接觸，車體行駛過程中的側向偏移會被極大程度地抑制，因此在高速行駛時車體穩定，側向運動性能良好。電動汽車的特點是以車載能源提供動力，電機驅動車輪行駛。由於其動力源與驅動輪之間取消了傳統機械連接而直接由電機驅動車輪，這使控制系統只需調節驅動電機的轉矩即可直接控制車輪驅動力，而電動機的響應性能較機械傳動系統要快得多，因此電動汽車具備良好的加減速能力。這一特性也為開發高性能、低成本的動力學控制系統和電動汽車奠定了基礎。例如，美國福特公司曾經製造出時速335km/h的電動汽車，其百公裡加速僅需2. 5秒。現有的軌道車技術，如高鐵技術，可以使車體加速運行到400km/h的高速度，但是其加速過程相對緩慢，加速距離需數千米。對於軌道道路環境下某些對時間響應要求較高的生產作業或者特種設備極限加速度下工況測試，需要提供能在較短距離加速到較大速度的移動平臺，該移動平臺必須具備高加速能力，比如實現在200米的距離內從靜止加速行駛到100Km/h。如果採用傳統軌道車移動平臺技術，勢必會因為加速能力不足，導致測試軌道過長，系統成本過高且難以實現。因此，考慮將電驅動技術與軌道車體系結合起來，設計一種具備高加速能力的電動軌道車。經過對現有技術的文獻檢索發現，劉進寶等在發明專利《電動軌道車》(專利申請號200420091905. 6)中涉及一種改進電動軌道車系統，由車廂、行走輪、限位導向輪、直流電動機、電刷、剎車裝置、防撞裝置和行走軌道、導電軌道組成。該軌道車實現了電驅動技術和軌道交通技術的結合，但是車體加速能力不強，軌道需要專門鋪設，限位導向輪安裝不便，不適合作為上文中提到的特種工況下的高加速度移動平臺。
發明內容
本發明的目的在於克服現有方案中軌道車普遍不具備較高加速能力的問題，結合電動汽車具備的高加速度能力和軌道車的導引作用及抑制偏移能力，設計了一種新型的高加速度電動軌道車，來作為特殊工況需求的具備高加速度能力的穩定移動平臺。同時該軌道車具有往復行駛、效率高、結構簡便、兼容現有高鐵軌道等複合型特點。為實現上述的目的，本發明採用的技術方案如下
本發明所述的高加速度電動軌道車，包括車身、導向架，驅動橋與驅動輪對，導向輪對，直流電機，能量系統，車載控制系統。所述軌道車為四輪走行、四輪導向的布局模式， 車身結構左右對稱，前後對稱，其中前後導向輪對通過導向橋進行橋接，並與導向架相連， 作用於兩側工字型鐵軌上，前後驅動輪對設置在驅動橋上，作用在導軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷並傳遞牽引力和制動力給路面。前後導向輪對和車身通過導向架連接， 直流電機、能量系統以及車載控制系統均設置在車身上，所述能量系統為車載超級電容，車載控制系統用於控制直流電機、能量系統進行工作。所述軌道車車身主要用來支撐整個車輛上裝結構，車上所有的負載包括車載能量、電機等及車體自重都會通過與車架相連來傳遞載荷。軌道車不設置轉向和懸掛系統，導向架主要用來連接前後導向輪和車身。所述導向架與車身之間採用移動副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。所述軌道車的動力形式採用電動車的驅動模式，即利用車載電源作為動力源，並由此啟動電機帶動傳動系，驅動前後驅動輪對帶著車體運動。所述的超級電容安放在車身居中部分。所述車載控制系統實時處理車載傳感器對輪胎速度、加速度的感知信息，並將相關命令發送給電機驅動器，控制底層驅動電機，以實現高加速度軌道車的速度控制、車體控制。與現有技術相比，本發明具有以下有益效果(1)結合電動汽車的動力源、驅動方式和傳統軌道車輪軌剛性接觸的特點，設計的裝有導向機構的軌道車，結構簡單，方案清晰，既具備電動車的高加速能力又能在高速運行時保持側向平穩。(2)高加速度軌道車所需的道路環境可直接利用現有高鐵軌道或者普通鐵路環境，而不需重新鋪設，且由於加速能力突出，在短距離內就可達到高速，對軌道長度和特殊性要求低。可以極大地用作具備高加速能力的移動測試平臺。(3)配備了超級電容作為能量系統，保證了車體頻繁加減速過程中系統的穩定性與可靠性，並可節約能源，實現了車輛的零汙染。
圖1為本發明實施例軌道車的俯視圖；圖2為本發明實施例軌道車的車體三維結構圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖1、圖2所示，本實施例中高加速度軌道車結構包括車身6、導向架4，前後導向橋2、11，前後驅動橋1、10，前後驅動輪對5、7，前後導向輪對3、9，直流電機，能量系統，車載控制系統。高加速度軌道車採用四輪走行、四輪導向的布局模式。車體結構左右對稱，前後對稱。其中2、11為前後導向橋，導向橋分布在軌道車的首位兩側，主要用來連接導向輪，並通過橋殼體和車輪實現承載及傳力作用。圖示3、9為前後導向輪對，選擇為火車輪對，通過導向橋進行橋接，並與導向架4相連，火車輪對作用於兩側工字型鐵軌8上。導向架4主要用來連接前後導向輪對和車身。圖示5、7表示前後驅動輪對，選擇為普通橡膠輪，通過前後驅動橋1、10進行橋接，作用在導軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷並傳遞牽引力和制動力給路面。軌道車車身6主要用來支撐整個車輛上裝結構，車上所有的負載包括車載能量、 電機等及車體自重都會通過與車身相連來傳遞載荷。為了減輕軌道車突然加減速時的車架變形，導向架與車身之間採用移動副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。軌道車行駛時，導向輪對3、9主要作用是通過與鐵軌8剛性接觸，抑制高速行駛時的側向偏移，同時對車體起導引作用。車體的自重等主要由前後兩對橡膠輪5、7來承擔。路面條件可以利用普通鐵路軌道，不需要專門鋪設。為了實現軌道車的高加速度能力，軌道車的動力形式採用電動車的驅動模式，即利用車載電源作為動力源，並由此啟動電機帶動傳動系，驅動橡膠輪5、7帶著車體運動。對於設計的軌道車為無人駕駛移動平臺，其車載控制系統是保證軌道車正常運行的核心部分。控制系統發送相關命令給電機驅動器，控制驅動電機，實現對軌道車的速度控制和制動控制等。高加速度軌道車的能量主要由車載超級電容提供，其具備電容量大、充放電壽命長、快速充放電、很寬的工作溫度範圍等優勢。選擇超級電容作為軌道車的動力源在重量、空間以及容量上均能滿足運行要求。由於超級電容器組重量較大，而且所佔空間較大，為了保證車體重心穩定，超級電容器組安放在車身居中部分。上述實施例用到無人車上，運行效果良好，同時該技術通過虛擬樣機的形式進行了整車仿真和動力學分析，仿真結果顯示，車體運行穩定，加速能力突出，從靜止加速行駛到100km/h只需要16秒，加速距離為200m。文中對軌道車的動力性能分析驗證了發明設計的正確性。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種高加速度電動軌道車，包括車身、導向架，驅動橋與驅動輪對，導向輪對，直流電機，能量系統，車載控制系統，其特徵在於所述軌道車為四輪走行、四輪導向的布局模式，車身結構左右對稱，前後對稱，其中前後導向輪對通過導向橋進行橋接，並與導向架相連，作用於兩側工字型鐵軌上，前後驅動輪對設置在驅動橋上，作用在導軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷並傳遞牽引力和制動力給路面；前後導向輪對和車身通過導向架連接，直流電機、能量系統以及車載控制系統均設置在車身上，所述能量系統為車載超級電容，車載控制系統用於控制直流電機、能量系統進行工作。
2.根據權利要求1所述的高加速度電動軌道車，其特徵在於所述導向架與車身之間採用移動副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。
3.根據權利要求1或2所述的高加速度電動軌道車，其特徵在於所述軌道車的動力形式採用電動車的驅動模式，即利用車載電源作為動力源，並由此啟動電機帶動傳動系，驅動前後驅動輪對帶著車體運動。
4.根據權利要求1所述的高加速度電動軌道車，其特徵在於所述的超級電容安放在車身居中部分。
5.根據權利要求1所述的高加速度電動軌道車，其特徵在於所述車載控制系統實時處理車載傳感器對輪胎速度、加速度的感知信息，並將相關命令發送給電機驅動器，控制底層驅動電機，以實現高加速度軌道車的速度控制、車體控制。
全文摘要
本發明公開一種高加速度電動軌道車，所述軌道車為四輪走行、四輪導向的布局模式，車身結構左右對稱，前後對稱，其中導向輪對通過導向橋連接，安裝在導向架上，位於軌道車車身的首尾兩側，作用於兩側工字型鐵軌上，前後驅動輪對安裝在驅動橋上，作用在鐵軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷並傳遞牽引力和制動力給路面；前後導向輪對和車身通過導向架連接，直流電機、能量系統以及車載控制系統均設置在車身上，所述能量系統為車載超級電容，車載控制系統用於控制直流電機、能量系統進行工作。本發明克服現有方案中軌道車普遍不具備較高加速能力的問題，具有電動汽車具備的高加速度能力和軌道車的導引作用及抑制偏移能力。
文檔編號B61L11/00GK102490728SQ20111038837
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者杜水平, 楊明, 王冰, 王春香 申請人:上海交通大學