本發明涉及鐵路維保領域，尤其涉及一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車。

背景技術：

鋼軌銑磨車是鋼軌維護的重大智能裝備。鋼軌投入使用后，表面會逐漸產生形變和微裂紋等病害，惡化后形成肥邊、剝落等缺陷，新開通的線路在使用3-9個月之后，即產生波浪磨耗、魚鱗紋等損傷。這會加劇列車和軌道震動，造成部件損壞，給軌道運營的安全性、舒適性帶來重大不利影響。

對鋼軌進行科學維護將會有效保障鐵路安全經濟地運行，重載鐵路經過定期鋼軌維護，可將鋼軌壽命從通過重量4億噸提高到22億噸，大大降低了鋼軌更換造成的材料、人力及運力損失。鋼軌銑磨車是專門用于軌道維護保養的重大智能裝備，能有效修復鋼軌波浪磨耗、魚鱗紋等損傷，延長鋼軌使用壽命。

目前主流鋼軌銑磨車依然采用內燃機作為驅動動力。目前市場上出現的鋼軌銑磨車都是以內燃機作為驅動動力。其有兩個優點：第一，內燃機技術非常成熟，生產設計成本和使用成本都較低，維修方便；第二，燃機在電氣化區段和非電氣化區段都可以運行，非常靈活。

但是，它具有較為突出的缺點：1.在地鐵等封閉環境中運行，需要低噪聲和低排污量，而采用內燃機作為驅動動力則會產生大量噪聲和煙塵；2.鋼軌銑磨車在作業過程中，需要低震動甚至無震動，而采用內燃機作為驅動動力則會產生震動，影響鋼軌銑磨的效果。

因此，以內燃機作為驅動動力的鋼軌銑磨車，就無法滿足上述的要求了。

目前越來越多的地鐵和高鐵都采用電力接觸網供電，因此采用電力為動力的鋼軌銑磨車更具有優勢了。

針對現有技術中存在的上述問題，亟需一種既能適用于地鐵等封閉環境中運行，低震動甚至無震動的鋼軌銑磨車。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車，既能適用于地鐵等封閉環境中運行，能夠保證車輛安全穩定運行，低震動甚至無震動，銑磨切削效果優秀。

本發明的一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車，包括：提供整車作業、走行所需動力的動力車和設置有銑磨作業裝置且具有實現對鋼軌檢測、銑削修復及鐵屑收集功能的作業車，所述動力車設置有蓄電池室和牽引電氣柜室，所述蓄電池室內設置有蓄電池，所述牽引電氣柜室內設置有輔助變流柜、輔助電源柜和蓄電池管理柜，其中：

所述輔助變流柜的輸出連接至輔助電源柜的輸入；

所述輔助電源柜給銑磨作業裝置及車上輔助設備供電，并且給充電機供電，充電機給牽引蓄電池充電；

所述蓄電池管理柜包括斷路器、充電模塊以及直流并聯組件，用于對蓄電池的保護和充放電控制；

所述蓄電池可為動力車和作業車臨時供電。

所述動力車還設置有動力車司機室、受電弓、打磨系統和動力車轉向架；所述作業車設置有作業車司機室、銑磨作業電器柜室、銑磨裝置和作業車轉向架；所述動力車司機室和所述作業車司機室設置有行駛控制模塊和銑磨作業控制模塊

所述動力車司機室設置有自診斷系統和操作儀表、按鈕、手柄、顯示控制屏、監視顯示屏及報警裝置。

所述動力車司機室內設置有風笛、刮雨器、司機室燈操縱臺、座椅、空調和滅火器。

所述牽引電氣柜室內還設置有牽引變頻柜、變頻水冷柜和控制柜。

所述打磨系統包括打磨液壓系統、打磨氣動系統、打磨集屑裝置和打磨電機。

所述動力車轉向架和所述作業車轉向架為兩軸焊接轉向架，其中，動力車轉向架為交流電傳動轉向架，所述作業車轉向架為非動力轉向架。

所述銑磨作業電氣柜室內設置有銑磨作業核心數控模塊和控制器。

一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車的工作方法，包括：

步驟一、上電前，閉合開關銑磨作業系統開關qf3，車載ac380v用電系統開關qf4和車載ac220v用電系統qf5，使得鋼軌銑磨車進入準備工作狀態；

步驟二、手動閉合ups電源開關qf6，使得ups電源供電給車輛控制系統和電池bms系統；車輛控制系統和電池bms系統分別進行自檢，若自檢通過，則進入步驟三，若自檢失敗，則停止工作并報警；

步驟三、控制放電接觸器km1閉合，車輛控制系統控制輔助電源柜接觸器km2、km3、km4閉合，輔助電源柜輸出ac380v/ac220v供給整車用電設備，同時ups切換為充電狀態；

步驟四、車輛控制系統控制受電弓升弓，受電弓完成接觸網取電，放電接觸器km1斷開，蓄電池切換為充電狀態；

步驟五、從車上觸網開關柜高速斷路器后級獲取dc1500v電壓，經輸入電抗器濾波處理后，作為直流母線電壓給直流變換柜供電；

步驟六、直流變換柜將波動的直流輸入電壓進行dc/dc斬波降壓穩定到750vdc；

步驟七、直流變換柜的輸出連接至牽引變頻柜和輔助變流柜，輔助變流柜將直流輸入電壓進行dc/ac變換，三相輸出電壓穩定在380v，單相輸出穩定在220v；

步驟八、牽引變頻柜將直流母線電壓變換后驅動異步牽引電動機；

步驟九、輔助變流柜的輸出連接至輔助電源柜的輸入，輔助電源柜給銑磨作業裝置及車上輔助設備供電，并且給充電機供電，充電機給牽引蓄電池充電，若電池充滿時，則停止充電；

步驟十、輔助電源柜給銑磨作業裝置供電后，銑磨作業裝置開始作業；

步驟十一、銑磨車作業結束，車輛開回車庫，蓄電池放電接觸器km1閉合，車輛切換到電池供電狀態，并發送接觸網收弓命令；

步驟十二、接觸網收到命令開始收攻，收弓完成后，切斷開關qf5，然后ups由充電狀態轉到放電狀態；

步驟十三、發送控制命令斷開接觸器km1，接觸器km2，接觸器km3和接觸器km4，蓄電池供電系統斷電；

步驟十四、手動斷開ups開關，完成整車斷電。

優選地，包括電源切換步驟，包括

步驟十五、檢測機車線路，若線路故障或檢修失電，進入步驟十六，若正常，則維持原狀運行；

步驟十六、蓄電池放電接觸器km1閉合，車輛切換到電池供電狀態；

步驟十七、蓄電池輸出電壓經牽引變頻柜變換后驅動異步牽引電動機；同時蓄電池經輔助變流柜輸送能量至輔助電源柜，由輔助電源柜給車上輔助設備供電。

目前，城市地鐵供電系統大都是接觸網供電，本發明的軌道銑磨車取電方便，用戶認可度較高；當接觸網故障或檢修失電時，采用鉛蓄電池臨時供電，和接觸網升弓、降弓前輔助用電也需要蓄電池供電，可靠的應急直流供電是車輛安全穩定運行的基本條件之一，蓄電池供電是電力機車驅動系統的重要組成部分。從而本發明將蓄電池作為輔助供電。接觸網和蓄電池雙動力銑磨車無噪音，無污染，有利于在城市軌道地鐵中運行。接觸網和蓄電池雙動力軌道銑磨車無震動，對傳感器高精度測量無干擾，銑磨作業效果好。

附圖說明

通過以下參照附圖而提供的具體實施方式部分，本發明的特征和優點將變得更加容易理解，在附圖中：

圖1是本發明動力車結構示意圖；

圖2是本發明作業車車結構示意圖；

圖3是本發明雙動力方案的工作示意圖；

圖4是本發明雙動力方案的電氣連接示意圖；

圖5是本發明的工作流程圖；

圖6是本發明電源切換步驟流程圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發明及其應用或用法的限制。

雖然參照示例性實施方式對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明并不局限于文中詳細描述和示出的具體實施方式，在不偏離權利要求書所限定的范圍的情況下，本領域技術人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。

目前主流的采用內燃機作為驅動動力鋼軌銑磨車存在的缺點，本發明提供了一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車。本發明的設計思路以及關鍵點：

第一，針對軌道交通領域的鋼軌維護問題，傳統的軌道銑磨車自行走都是以內燃機發電給牽引電機，同時通過內燃機發電供給車上的銑磨單元、打磨單元及車上其他設備。由于銑磨車的工作原理基于高精度傳感器的數據采集，傳統內燃機驅動方式產生的車輛振動會對傳感器高精度測量產生極大的影響。另外，內燃機的排放將對特定環境(如地鐵等封閉空間)產生一定的空氣污染，會限制傳統軌道銑磨車在此場景的應用，現在的地鐵線路大都采用受電弓接觸網供電，因此研制的軌道銑磨車采用受電弓接觸網供電。

其次，由于軌道維護車輛可能運行在斷電或故障線路，單純的受電弓電力驅動無法滿足所有工況要求，因此在沒有受電弓接觸網的時候，可以切換到蓄電池供電。

最后，在接觸網供電時，蓄電池要處于充電狀態，接觸網斷電時，蓄電池要切換放電狀態，滿足車輛的用電要求，接觸網和蓄電池之間要實現合理的無縫切換，因此設計正確、安全的電氣控制系統是本發明的關鍵。

下面結合附圖詳細說明本發明實施例的技術方案。本發明實施例提供的一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車，包括：提供整車作業、走行所需動力的動力車和設置有銑磨作業裝置且具有實現對鋼軌檢測、銑削修復及鐵屑收集功能的作業車，所述動力車設置有蓄電池室和牽引電氣柜室，所述蓄電池室內設置有蓄電池，所述牽引電氣柜室內設置有輔助變流柜、輔助電源柜和蓄電池管理柜，其中：

所述輔助變流柜的輸出連接至輔助電源柜的輸入；

所述輔助電源柜給銑磨作業裝置及車上輔助設備供電，并且給充電機供電，充電機給牽引蓄電池充電；

所述蓄電池管理柜包括斷路器、充電模塊以及直流并聯組件，用于對蓄電池的保護和充放電控制；

所述蓄電池可為動力車和作業車臨時供電。本發明的蓄電池室內安裝中倍率、免維護，免加水、環保性好、安全可靠性高的密封蓄電池。

所述動力車還設置有動力車司機室、受電弓、打磨系統和動力車轉向架；所述作業車設置有作業車司機室、銑磨作業電器柜室、銑磨裝置和作業車轉向架；所述動力車司機室和所述作業車司機室設置有行駛控制模塊和銑磨作業控制模塊

所述動力車司機室設置有自診斷系統和操作儀表、按鈕、手柄、顯示控制屏、監視顯示屏及報警裝置。

所述動力車司機室內設置有風笛、刮雨器、司機室燈操縱臺、座椅、空調和滅火器。

所述牽引電氣柜室內還設置有牽引變頻柜、變頻水冷柜和控制柜。

所述打磨系統包括打磨液壓系統、打磨氣動系統、打磨集屑裝置和打磨電機。

所述動力車轉向架和所述作業車轉向架為兩軸焊接轉向架，其中，動力車轉向架為交流電傳動轉向架，所述作業車轉向架為非動力轉向架。

所述銑磨作業電氣柜室內設置有銑磨作業核心數控模塊和控制器。

銑磨作業電氣柜室分強電柜和弱電柜，銑磨作業核心數控模塊和控制器安裝于這兩個電柜內。銑磨作業系統主要實現鋼軌銑磨作業的控制，通過對銑磨電機、打磨電機、液壓電機、集屑電機等的控制，完成對鋼軌表面的切削修復，銑磨作業系統分上位機監控系統、數控驅動系統、plc、傳感器等組成。

一種電力接觸網和蓄電池組雙動力鋼軌銑磨車的工作方法，包括：

步驟一、上電前，閉合開關銑磨作業系統開關qf3，車載ac380v用電系統開關qf4和車載ac220v用電系統qf5，使得鋼軌銑磨車進入準備工作狀態；

步驟二、手動閉合ups電源開關qf6，使得ups電源供電給車輛控制系統和電池bms系統；車輛控制系統和電池bms系統分別進行自檢，若自檢通過，則進入步驟三，若自檢失敗，則停止工作并報警；

步驟三、控制放電接觸器km1閉合，車輛控制系統控制輔助電源柜接觸器km2、km3、km4閉合，輔助電源柜輸出ac380v/ac220v供給整車用電設備，同時ups切換為充電狀態；

步驟四、車輛控制系統控制受電弓升弓，受電弓完成接觸網取電，放電接觸器km1斷開，蓄電池切換為充電狀態；

步驟五、從車上觸網開關柜高速斷路器后級獲取dc1500v電壓，經輸入電抗器濾波處理后，作為直流母線電壓給直流變換柜供電；

步驟六、直流變換柜將波動的直流輸入電壓進行dc/dc斬波降壓穩定到750vdc；

步驟七、直流變換柜的輸出連接至牽引變頻柜和輔助變流柜，輔助變流柜將直流輸入電壓進行dc/ac變換，三相輸出電壓穩定在380v，單相輸出穩定在220v；

步驟八、牽引變頻柜將直流母線電壓變換后驅動異步牽引電動機；

步驟九、輔助變流柜的輸出連接至輔助電源柜的輸入，輔助電源柜給銑磨作業裝置及車上輔助設備供電，并且給充電機供電，充電機給牽引蓄電池充電，若電池充滿時，則停止充電；

步驟十、輔助電源柜給銑磨作業裝置供電后，銑磨作業裝置開始作業；

步驟十一、銑磨車作業結束，車輛開回車庫，蓄電池放電接觸器km1閉合，車輛切換到電池供電狀態，并發送接觸網收弓命令；

步驟十二、接觸網收到命令開始收攻，收弓完成后，切斷開關qf5，然后ups由充電狀態轉到放電狀態；

步驟十三、發送控制命令斷開接觸器km1，接觸器km2，接觸器km3和接觸器km4，蓄電池供電系統斷電；

步驟十四、手動斷開ups開關，完成整車斷電。

優選地，包括電源切換步驟，包括

步驟十五、檢測機車線路，若線路故障或檢修失電，進入步驟十六，若正常，則維持原狀運行；

步驟十六、蓄電池放電接觸器km1閉合，車輛切換到電池供電狀態；

步驟十七、蓄電池輸出電壓經牽引變頻柜變換后驅動異步牽引電動機；同時蓄電池經輔助變流柜輸送能量至輔助電源柜，由輔助電源柜給車上輔助設備供電。

如附圖1和附圖2所示，本發明的鋼軌銑磨車包括動力車和作業車，每節車各設一個司機室，配備有1銑1磨單元，銑磨作業一次成型，恢復鋼軌橫斷面輪廓形狀、提高鋼軌的縱向平順性、消除軌面部分側磨、波磨、碾壓層、表面細小裂紋、剝離等缺陷，從而提高列車運行的平穩性和舒適度、降低運行噪音和振動、延長鋼軌的使用壽命。

本發明的鋼軌銑磨車從接觸網或蓄電池兩種直流電源接入，經變換后實現整車電牽引系統的控制，并為銑磨作業裝置及車上輔助設備供電，采用交流電傳動，滿足自牽引運行行駛及作業的動力需要。按照深圳地鐵限界設計。每節車采用兩臺兩軸轉向架，動力車轉向架軸列式b0-b0，作業車轉向架軸列式b-b。采用13#標準車鉤。銑磨裝置和打磨裝置分別安裝在作業車和動力車的車下，鋼軌銑磨車具有0.3～3km/h范圍內的低恒速作業功能，作業過程中產生的銑削鐵屑可被高效率回收。

本發明的鋼軌銑磨車供電方式之一是接觸網供電，接觸網供電是指通過沿軌道線路上架設的特殊電線向行走在線路上的電動列車不間斷地供應電能。電動列車利用頂部的受電弓與接觸網滑動磨查而獲得電能，受電弓是城市軌道交通車輛的受流裝置，安裝在與車體頂部，當受電弓升起時，弓和網接觸滑行，從接觸網受取電流，通過車頂母線傳送到車輛內部，供車輛設備使用，電流經過車輛輪對、鋼軌(或回流裝置)回到變電所，形成閉合回路

本系統中有兩臺牽引變頻柜，每臺牽引變頻柜內安裝兩個牽引變頻器，整個系統共包含4個牽引變頻器，四臺牽引變流器共同負責整車的牽引運行，實現恒牽引力準恒速自運行以及低恒速作業。牽引變頻器主電路采用兩電平電壓型拓撲，兩臺牽引變頻柜實現兩個轉向架四臺電機的分別控制。

輔助電源柜內主要設備為三相逆變電源1和三相逆變電源2，三相逆變電源3。其中，逆變電源1輸出三相380v后濾波，供給銑磨作業裝置和蓄電池充電機；逆變電源2與逆變電源3輸出三相380v后濾波并隔離，為空壓機、液壓站、通風機、空調、照明等其它輔助電氣設備提供三相380v和單相220v電源。為保障系統供電的安全可靠，逆變電源2與逆變電源3這兩個逆變電源互為備用，當其中一路出現故障時，可將其切除，然后將備用逆變電源切入系統。

輔助電源柜將輔助變流柜輸出的380v三相交流進行濾波，并經變壓器隔離后，輸出三相380v、單相220v兩種規格的輔助電源供給其他電氣設備。其中，一路三相380v專供給銑磨作業裝置和蓄電池充電模塊，一路三相380v供給包括空壓機、通風機、空調及散熱機等輔助設備，單相220v供給整車交流控制電源及空調、儀表。

蓄電池管理柜主要用于對牽引蓄電池的保護和充放電控制，并在接觸網斷電時，實現系統750v直流母線的不間斷供電。

控制柜為牽引供電系統的集中控制器，主要實現4個牽引變流器的協調控制，同時對直流變換柜、冷卻系統以及輔助電源柜進行狀態監控顯示和操作控制。控制器與車輛控制監視系統之間通過總線實現數據的傳輸，接受控制器的指令，并向車輛控制監視系統反饋相應的運行狀態數據和故障報警信息。控制器還配備有調試通訊接口，用以協助進行深入的調試和測試工作。

如附圖3所示，本鋼軌銑磨車主供電采用接觸網供電，滿足不銑磨作業時機車高速牽引用電、銑磨作業時低恒速銑磨作業用電，機車輔助設備的用電的需求，副供電采用蓄電池供電，當線路故障或檢修失電時，采用蓄電池為機車臨時供電，滿足機車牽引用電，可以開回車庫中，同時也可以滿足機車輔助設備的用電，蓄電池供電時不能進行低恒速銑磨作業，接觸網供電時，蓄電池放電電路斷開，接觸網可以給蓄電池充電，蓄電池處于充電狀態，同時設計有車間庫電接口，銑磨車開會車庫中后，可以插入庫電進行銑磨車的調試，維修，同時可以為庫電可以給蓄電池充電，以防止銑磨車長期停放未使用時蓄電池缺電，銑磨車前期調試時也要用到庫電。

如附圖4所示，本軌道銑磨車電控系統主要功能是從接觸網或蓄電池兩種直流電源接入，經變換后實現整車電牽引系統的控制，并為銑磨作業裝置及車上輔助設備供電。整車電控系統由觸網開關柜、直流變換柜、牽引變頻柜、輔助變流柜、輔助電源柜、蓄電池管理柜、控制柜、充電機、銑磨系統電氣柜等幾部分組成。

如附圖4所示，本軌道銑磨車電控系統包括車載ac380v和車載ac220v用電系統。車載ac380v用電系統主要是車載空調、通風機、散熱機、空壓機燈車體輔助設備的用電。車載ac220v用電系統主要是車載維修插座、照明系統等輔助設備的用電。

本發明的直流變換柜直流的輸入為1500伏直流電壓。

本發明可以接入外部的380v交流電源，例如庫用電。外部380v交流電源接入后，輔助電源柜的輸出側三相380v、單相220v均能正常工作。另外，外部380v交流電源接入后，將自動切斷km1,從而斷開蓄電池直流供電回路，以有效充電并避免電池電量浪費。

本發明的軌道銑磨車驅動方式為電力驅動，軌道銑磨車電力主取用方式為接觸網受電弓取電，軌道銑磨車電力副取用方式為鉛酸蓄電池取電。當受電弓供電時，蓄電池處于充電狀態；當受電弓斷開時，蓄電池處于放電狀態，自動切換到蓄電池供電。外供電調試時可以邊調試，邊進行蓄電池充電

以往的采用柴油內燃機發電，有污染，有震動，有噪音。本發明的軌道銑磨車驅動方式能提供足夠大功率的電，負載所用功率都足夠用。目前，城市軌道地鐵大都采用接觸網供電，取電方便。本發明具有無污染，環保，體積小，無震動，無噪音的有點。接觸網和蓄電池雙動力供電之間實現無縫銜接，供電系統安全可靠，電能充分利用，節能，環保。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。