纯电动矿车运输系统技术方案

提供一种纯电动矿车运输系统，在专用车道上埋设有电杆并在电杆上架设有中压直流接触网，电动矿车的整车控制器与监控中心无线连接，监控中心驾驶员发出控制指令控制双供电模式电源部分中受电弓上的碳刷滑块与中压直流接触网接触或分离后，实现中压直流接触网为电动矿车直接供电或由车载蓄电池为电动矿车供电。本实用新型专利技术采用中压直流接触网和蓄电池双模式供电方式为电动矿车供电，既保持了传统矿车的灵活性，又能实现长距离的续航和行进中充电，还能将电动矿车在下坡个刹车时再生制动发出的电能反馈到电网供其它车辆使用，采用较高的接触网电压使得每对接触线可以容纳更多的电动矿车和架设更长的线路。

【技术实现步骤摘要】
纯电动矿车运输系统
本技术属于电传动矿用车
，具体涉及一种纯电动矿车运输系统。
技术介绍
目前的矿车主要有“柴油机+变速器”为动力的自卸式矿车和由“柴油机+发电机+变频器+电动轮”为动力的电传动电动轮矿车两种。由于重型矿车主要用于大型露天矿的剥离土方和矿石的运输，其运行的道路不仅弯道多、坡度大，而且路面也较差，这就造成重型矿车的油耗非常大，一台100t左右的矿车一年的油费就高达百万元以上；另外，随着矿坑深度和直径的增加，发动机的排气会在露天矿深坑内造成严重空气污染，从而影响环境质量。电传动矿用自卸车主要用于大型露天矿山矿石、矿料的运输，随着矿坑深度和直径的增加，重载上坡速度小，由于没有机械变速器，发动机几乎都是工作在非高效区并严重降低了生产效率，为了解决这些问题，各矿卡厂家开展了所谓“架线辅助供电”的双动力方案的研究，例如专利号为CN201410570309.4且专利名称为“一种电传动矿用自卸车受电弓控制装置”，但是这些技术方案中，矿车的接触网供电模式中，缺少受电弓对接触线的跟踪功能，无法对接触网位置进行跟踪监测，要求司机必须有较高的驾驶技术，并在驾驶时注意力高度集中，司机很容易疲劳。另外，“架线辅助供电”内有解决制动能量的回收，实际上还是通过电阻将再生制动发出的电能并最后转化为热能用风机吹走了，不利于节能。近年也有人尝试采用锂电池供电的纯电驱动装置取代柴油机或柴油发电机组，但由于矿区常年采取连续生产，加上又是重载运行，电池的容量和放电功率都必须很大、很重才能满足矿车的要求，锂电池的一次性投入费用和后期的更换费用非常大，根据现有锂电池的技术水平和造价，电动矿车若完全采用锂电池供电，其节约的能源费用，都被购置和更换电池的费用所抵消了，考虑到生产锂电池需要消耗贵重金属以及制造过程的排放等，完全依靠锂电池做电动矿车在现阶段还不成熟。采用接触网给车辆供电在有轨、无轨电车上应用广泛，但要真正达到现有矿车的综合性能，还有较大距离，单纯的接触网供电，要求矿车必须沿特定路线行驶，如果脱离接触网，矿车就将失去了动力。虽然可以采用车载电缆绞盘从外部的电源插头引入电力，但这种做法对于作业位置相对固定的情况下是可行的，但对于机动性要求较高的露天矿就不合适了，频繁的插拔电源插头不仅麻烦，也存在安全隐患；由于矿山的运输采用轮班制，人歇车不停，所以在工作时，不仅矿车多，矿车司机更多，大量的矿车司机和维修人员常年生活、工作在空气午饭严重的矿区，对矿主和政府都有很大的经济和道义上的压力，针对上述问题，有必要进行改进。
技术实现思路
本技术解决的技术问题：提供一种纯电动矿车运输系统，采用中压直流接触网和蓄电池双模式供电方式为电动矿车供电，既可由蓄电池供电后保持电动矿车正常运行的灵活性，又能通过中压直流接触网为电动矿车供电并为蓄电池充电，解决了当前电池技术在电动矿车上应用的短板，实现电动矿车长时间连续作业，在进行再生制动时发出的电能又可以反馈到电网供其它车辆使用，采用较高的接触网电压使得每对接触线可以容纳更多的电动矿车和架设更长的线路。本技术采用的技术方案：纯电动矿车运输系统，包括电动矿车、专用车道、换流站和实时监控中心，所述专用车道上埋设有多根电杆且设于电杆上端的水平横担上设有电压范围为4.2kV～50kV的中压直流接触网，所述电动矿车1上设有双供电模式电源部分、行走部分、辅助功能部分、整车控制器和无线通信系统，且整车控制器通过CAN总线与双供电模式电源部分、行走部分、辅助功能部分和无线通信系统连接，所述整车控制器与实时监控中心无线连接，所述整车控制器根据监控中心或驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分中受电弓上的碳刷滑块与中压直流接触网接触或分离后，实现中压直流接触网为电动矿车直接供电或双供电模式电源部分中的蓄电池为电动矿车供电，所述实时监控中心与电动矿车、换流站和设于专用车道上的监控摄像头通过无线连接后实现电动矿车和换流站运行状态及路况信息的传递。其中，所述双供电模式电源部分包括受电弓机构、蓄电池、DC-DC动力电源变换器、充电器、DC-DC直流控制电源和通用工频电源，所述受电弓机构中的碳刷滑块与DC-DC动力电源变换器连接，且行走部分、受电弓机构、充电器、辅助功能部分、通用工频电源和DC-DC直流控制电源中的所有电源输入端按同极性并联后连接到与DC-DC动力电源变换器的低压动力母线上，所述蓄电池的正极经二极管与连接DC-DC动力电源变换器连接的低压动力母线的正极连接，所述整车控制器与DC-DC动力电源变换器、充电器和蓄电池连接，所述电动矿车在专用车道上行驶时受电弓机构中的碳刷滑块与中压直流接触网中的接触线接触后，由DC-DC动力电源变换器将来自中压直流接触网上的中压直流电变换为电动矿车所需的低压动力直流电。进一步地，所述受电弓机构包括碳刷滑块、受电弓、受电弓控制器、受电弓横移装置、受电弓升降装置和接触线位置检测装置，所述受电弓横移装置包括固定部分和移动部分，所述固定部分设于驾驶室顶部，与固定部分适配的移动部分设有两个和中压直流接触网中的接触线横向间距对应的受电弓升降装置，所述受电弓升降装置通过横移连接座与受电弓横移装置的移动部分连接，所述受电弓升降装置的升降部分与受电弓连接，所述受电弓控制器与受电弓横移装置、受电弓升降装置和接触线位置检测装置连接，所述驾驶室顶部至少设有一个接触线位置检测装置，所述受电弓控制器通过CAN总线与整车控制器连接，且受电弓控制器接收到整车控制器发出的横移与升降指令后，根据接触线位置检测装置反馈的检测信号控制受电弓横移装置和受电弓升降装置带动受电弓升降、横移后使固定于受电弓顶部的碳刷滑块与中压直流接触网中的接触线接触或分离。进一步地，所述受电弓升降装置的升降部分与受电弓固定连接，其中，所述受电弓升降装置的升降部分与受电弓铰接时受电弓为受电杆制成的结构，所述受电弓升降装置包括伸缩缸、弹簧和角度传感器，所述伸缩缸下端固定于横移连接座上且伸缩缸的伸缩杆顶端与受电杆一端铰接，而碳刷滑块固定于受电杆另一端，所述弹簧下端与设于伸缩缸伸缩杆上的固定板固定连接且弹簧上端与固定于受电杆一端的斜杆固定连接。优选地，所述受电弓升降装置的升降部分与受电弓铰接时受电弓为受电杆制成的结构，所述受电弓升降装置包括伸缩缸、双向气缸和角度传感器，所述伸缩缸下端固定于横移连接座上且伸缩缸的伸缩杆顶端与固定板固定连接，所述固定板一端与受电杆下端铰接且固定板另一端与双向气缸下端铰接，所述碳刷滑块固定于受电杆上端且双向气缸上端的伸缩杆端部与受电杆铰接。优选地，所述接触线位置检测装置包括高频扼流圈、屏蔽线和高频信号源，所述碳刷滑块采用双碳刷滑片结构且碳刷滑块的每个碳刷滑片Ⅰ和碳刷滑片Ⅱ一端分别经高频扼流圈接入DC-DC动力电源变换器的输入端，两个碳刷滑片Ⅰ和碳刷滑片Ⅱ另一端分别由固定导线Ⅰ和固定导线Ⅱ后经屏蔽线连接至高频信号源的两个输出端，两个所述碳刷滑片Ⅰ和碳刷滑片Ⅱ均与中压直流接触网中的接触线接触后形成高频信号回路，并通过测量高频信号回路的电流数值并反馈至受电弓控制器算出电感量后获得中压直流接触网中的接触线相对电动矿车的位置信息。优选地，所述接触线位置检测装置包括光发射器、两个光接收器、电机和转轴，所述转轴设于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.纯电动矿车运输系统，包括电动矿车(1)、专用车道(2)、换流站(3)和实时监控中心(4)，其特征在于：所述专用车道(2)上埋设有多根电杆(10)且设于电杆(10)上端的水平横担(11)上设有电压范围为4.2kV～50kV的中压直流接触网(12)，所述电动矿车(1)上设有双供电模式电源部分(5)、行走部分(6)、辅助功能部分(7)、整车控制器(8)和无线通信系统(9)，且整车控制器(8)通过CAN总线与双供电模式电源部分(5)、行走部分(6)、辅助功能部分(7)和无线通信系统(9)连接，所述整车控制器(8)与实时监控中心(4)无线连接，所述整车控制器(8)根据监控中心(4)或驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分(5)中受电弓(511)上的碳刷滑块(501)与中压直流接触网(12)接触或分离后，实现中压直流接触网(12)为电动矿车(1)直接供电或双供电模式电源部分(5)中的蓄电池(502)为电动矿车(1)供电，所述实时监控中心(4)与电动矿车(1)、换流站(3)和设于专用车道(2)上的监控摄像头通过无线连接后实现电动矿车(1)和换流站(3)运行状态及路况信息的传递。

【技术特征摘要】
1.纯电动矿车运输系统，包括电动矿车(1)、专用车道(2)、换流站(3)和实时监控中心(4)，其特征在于：所述专用车道(2)上埋设有多根电杆(10)且设于电杆(10)上端的水平横担(11)上设有电压范围为4.2kV～50kV的中压直流接触网(12)，所述电动矿车(1)上设有双供电模式电源部分(5)、行走部分(6)、辅助功能部分(7)、整车控制器(8)和无线通信系统(9)，且整车控制器(8)通过CAN总线与双供电模式电源部分(5)、行走部分(6)、辅助功能部分(7)和无线通信系统(9)连接，所述整车控制器(8)与实时监控中心(4)无线连接，所述整车控制器(8)根据监控中心(4)或驾驶员发出的控制指令控制双供电模式电源部分(5)中受电弓(511)上的碳刷滑块(501)与中压直流接触网(12)接触或分离后，实现中压直流接触网(12)为电动矿车(1)直接供电或双供电模式电源部分(5)中的蓄电池(502)为电动矿车(1)供电，所述实时监控中心(4)与电动矿车(1)、换流站(3)和设于专用车道(2)上的监控摄像头通过无线连接后实现电动矿车(1)和换流站(3)运行状态及路况信息的传递。2.根据权利要求1所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述双供电模式电源部分(5)包括受电弓机构、蓄电池(502)、DC-DC动力电源变换器(503)、充电器(504)、DC-DC直流控制电源(506)和通用工频电源(507)，所述受电弓机构中的碳刷滑块(501)与DC-DC动力电源变换器(503)连接，且行走部分(6)、受电弓机构、充电器(504)、辅助功能部分(7)、通用工频电源(507)和DC-DC直流控制电源(506)中的所有电源输入端按同极性并联后连接到与DC-DC动力电源变换器(503)的低压动力母线上，所述蓄电池(502)的正极经二极管(505)与连接DC-DC动力电源变换器(503)连接的低压动力母线的正极连接，所述整车控制器(8)与DC-DC动力电源变换器(503)、充电器(504)和蓄电池(502)连接，所述电动矿车(1)在专用车道(2)上行驶时受电弓机构中的碳刷滑块(501)与中压直流接触网(12)中的接触线(23)接触后，由DC-DC动力电源变换器(503)将来自中压直流接触网(12)上的中压直流电变换为电动矿车(1)所需的低压动力直流电。3.根据权利要求2所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述受电弓机构包括碳刷滑块(501)、受电弓(511)、受电弓控制器(508)、受电弓横移装置(509)、受电弓升降装置(510)和接触线(23)位置检测装置，所述受电弓横移装置(509)包括固定部分和移动部分，所述固定部分设于驾驶室(13)顶部，与固定部分适配的移动部分设有两个和中压直流接触网(12)中的接触线(23)横向间距对应的受电弓升降装置(510)，所述受电弓升降装置(510)通过横移连接座与受电弓横移装置(509)的移动部分连接，所述受电弓升降装置(510)的升降部分与受电弓(511)连接，所述受电弓控制器(508)与受电弓横移装置(509)、受电弓升降装置(510)和接触线位置检测装置连接，所述驾驶室(13)顶部至少设有一个接触线位置检测装置，所述受电弓控制器(508)通过CAN总线与整车控制器(8)连接，且受电弓控制器(508)接收到整车控制器(8)发出的横移与升降指令后，根据接触线位置检测装置反馈的检测信号控制受电弓横移装置(509)和受电弓升降装置(510)带动受电弓(511)升降、横移后使固定于受电弓(511)顶部的碳刷滑块(501)与中压直流接触网(12)中的接触线(23)接触或分离。4.根据权利要求3所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述受电弓升降装置(510)的升降部分与受电弓(511)固定连接，其中，所述受电弓升降装置(510)的升降部分与受电弓(511)铰接时受电弓(511)为受电杆制成的结构，所述受电弓升降装置(510)包括伸缩缸(512)、弹簧(513)和角度传感器，所述伸缩缸(512)下端固定于横移连接座上且伸缩缸(512)的伸缩杆顶端与受电杆一端铰接，而碳刷滑块(501)固定于受电杆另一端，所述弹簧(513)下端与设于伸缩缸(512)伸缩杆上的固定板(514)固定连接且弹簧(513)上端与固定于受电杆一端的斜杆(515)固定连接。5.根据权利要求3所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述受电弓升降装置(510)的升降部分与受电弓(511)铰接时受电弓(511)为受电杆制成的结构，所述受电弓升降装置(510)包括伸缩缸(512)、双向气缸(528)和角度传感器，所述伸缩缸(512)下端固定于横移连接座上且伸缩缸(512)的伸缩杆顶端与固定板(514)固定连接，所述固定板(514)一端与受电杆下端铰接且固定板(514)另一端与双向气缸(528)下端铰接，所述碳刷滑块(501)固定于受电杆上端且双向气缸(528)上端的伸缩杆端部与受电杆铰接。6.根据权利要求3所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述接触线位置检测装置包括高频扼流圈(516)、屏蔽线(517)和高频信号源(518)，所述碳刷滑块(501)采用双碳刷滑片结构且碳刷滑块(501)的每个碳刷滑片Ⅰ(519)和碳刷滑片Ⅱ(520)一端分别经高频扼流圈(516)接入DC-DC动力电源变换器(503)的输入端，两个碳刷滑片Ⅰ(519)和碳刷滑片Ⅱ(520)另一端分别由固定导线Ⅰ和固定导线Ⅱ后经屏蔽线(517)连接至高频信号源(518)的两个输出端，两个所述碳刷滑片Ⅰ(519)和碳刷滑片Ⅱ(520)均与中压直流接触网(12)中的接触线(23)接触后形成高频信号回路(521)，并通过测量高频信号回路(521)的电流数值并反馈至受电弓控制器(508)算出电感量后获得中压直流接触网(12)中的接触线(23)相对电动矿车(1)的位置信息。7.根据权利要求3所述的纯电动矿车运输系统，其特征在于：所述接触线位置检测装置包括光发射器(522)、两个光接收器(523)、电机(524)和转轴(525)，所述转轴(525)设于驾驶室(13)顶部的其中一个受电弓(511)旁，工作时位于中压直流接触网(12)中与其中一个受电弓(511)对应的接触线(23)下方，所述转轴(525)转动安装于驾驶室(13)顶部，且转轴(525)一端与电机(524)输出轴固定连接，所述轴(525)中部固定有光发射器(522)，且光发射器(522)两侧的转轴(525)上固定有接收方位不同的光接收器(523)，所述光发射器(522)发射出的光束射中中压直流接触网(12)中的接触线(23)时由接触线(23)反射后形成的散射光分别由两个光接收器(523)接收，两个所述光接收器(523)接收到散射光时电机(524)上的编码器测量到的转轴(525)角度等于中压直流接触网(12)中的接触线(23)相对光发射器(522)垂直线的偏移角，所述光接收器(523)和光发射器(522)均与受电弓控...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉少波，李天良，余艳飞，李海龙，李万博，杨明，陈涛，叶军玉，陈润涛，
申请(专利权)人：陕西通运专用汽车集团有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61