再生铁路制动系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于安装在铁路车辆的转向架上的再生制动系统。再生系统包括用于以机械能形式或动能形式存储能量的能量存储系统、变速器系统和控制单元。变速器系统可选择性地在不同的模式之间操作，这些不同的模式包括：变速器系统将机械能或动能从转向架的轮轴传递到能量存储系统的制动模式，以及变速器系统将机械能或动能从能量存储系统传递到转向架的轮轴的驱动模式。控制单元在使用中与列车和变速器系统的原动机通信，以便接收来自原动机的控制信号，并且响应于该控制信号自动地操作变速器系统的模式。本发明专利技术还涉及一种包括再生制动系统、再生能量管理系统的铁路转向架，并涉及操作再生制动系统的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】再生铁路制动系统
技术介绍
本专利技术涉及再生铁路制动系统。具体地，但并非排他地，本专利技术涉及一种用于铁路货车的分布式机械再生制动系统。典型的货运列车具有用作原动机的多个机车，以及为客车或货运货车的形式的轨道车辆。列车中的货车的数量有很大差异，并且有些可包括多于300个。每个货车都有许多转向架，转向架包括在轨道上运行的车轮。典型的货车车轮是非动力的，并且不向列车提供牵引力。然而，它们却包含制动系统以改善列车的整体制动。众所周知，在传统制动操作期间产生的能量以热和噪声的形式消散，并且希望捕获该能量以再利用。这将导致有意义的能量节省，并且还将减少列车的某些部件上的应变。在大型铁路网络中，由有效的再生制动系统提供的能量节省将转化为大量的财政节约。再生制动系统的优点是众所周知的，并且已经提出了许多不同应用中的一系列不同的解决方案。一种已知类型的再生制动系统将机械能转换成电能以存储在存储单元中。当需要时，制动系统将电能转换回机械能，通常被施加在转向架的驱动轴处，该转向架上安装有制动系统。在US8,789,472的说明书中描述了这种再生制动系统的示例。该现有技术的说明书中描述的系统包括能量存储系统(ESS)，以根据需要接收、存储和传送能量；马达/发电机，将电能转换成机械能，反之亦然；以及电转换器，该电转换器将由ESS供应或接收的电能转换成适于供应或回收马达/发电机能量的电压和电流。该已知系统的一个缺点是需要在电形式和机械形式之间连续转换能量，反之亦然。其结果是系统相对复杂，并且需要将电气可操作的部件安装在每个转向架上，每个转向架上安装有制动系统。这不仅增加了在铁路网络上安装这种系统的资本支出，而且增加了维护和运营成本。已经提出的另一种类型的再生能量管理系统，其以加压液压流体的形式存储能量。在WO2004/026657的说明书中描述了这种系统。该系统包括能量积累装置，该能量积累装置可操作以通过控制加压液压流体的接收和释放、正排量流体泵/马达和低压液压存储器来存储和释放能量。正排量泵/马达组件具有用于连接到转向架的车轮中的至少一个的驱动轴。在制动模式下，泵/马达组件通过将液压流体泵送到积累装置中使相关联的车轮减速，而在驱动模式下，泵/马达组件使用来自积累装置的液压流体供应补充动力。在该系统中，仅将泵/马达组件安装在铁路货车的转向架上，而其余的设备(诸如蓄能器)安装在承载转向架的铁路货车上，转向架上安装有泵/马达组件。这种安装又复杂，并且需要将液压部件网络安装在铁路货车上。该系统安装也昂贵，并且具有显著的操作和维护成本。已经提出了简化的机械系统，并且在GB2425290的说明书中描述了这种系统的示例。该现有技术的说明书描述了一种系统，其中飞轮和具有动力源的内燃机或电动马达安装在铁路货车的转向架上。还包括减速齿轮箱、多个静压转换器、离合器和耦接到转向架的轮轴的输出轴，以便将动力从发动机或马达传递到飞轮并最终传递到货车车轮。所提出的系统仅仅是用于存储由发动机或马达提供的能量供以后使用的机械能存储系统。该系统不允许再生制动，并且通过安装在转向架上的发动机或马达向飞轮简单地提供动力。本专利技术的目的是减轻现有的再生能量管理系统所经受的至少一些问题。本专利技术的另外目的是提供一种再生制动系统，该再生制动系统将是现有系统的有用的替代形式。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于安装在铁路车辆的转向架上的再生制动系统，该再生系统包括：能量存储系统，用于以机械能形式或动能形式存储能量；变速器系统，所述变速器系统选择性地在不同的模式之间操作，所述不同的模式包括：其中变速器系统将机械能或动能从转向架的轮轴传递到能量存储系统的制动模式，以及其中变速器系统将机械能或动能从能量存储系统传递到转向架的轮轴的驱动模式；以及控制单元，所述控制单元在使用中与列车的原动机和变速器系统通信，以便接收来自原动机的控制信号，并且响应于控制信号自动地操作变速器系统的模式。铁路车辆可以是非动力车辆，优选地为铁路货车。变速器系统可为无级变速器(CVT)的形式。再生制动系统可包括用于在转向架的轮轴与变速器系统之间传递机械能或动能的变速器-轮轴联接件。变速器-轮轴联接件可为驱动链、皮带和带轮装置或一组齿轮的形式的。在系统的一个实施例中，变速器-轮轴联接件可为一组齿轮的形式的，所述一组齿轮中的一个齿轮固定到转向架的轮轴，使得该一个齿轮与轮轴一致地旋转，并且另一个齿轮承载在变速器系统的第一输入/输出轴上。再生制动系统可包括位于变速器系统的第一输入/输出轴上的离合器，用于在离合器接合时接合变速器系统和该组变速齿轮，并且在离合器脱离时将变速器系统从该组变速齿轮脱离。能量存储系统可包括飞轮。在系统的一个实施例中，飞轮在使用中安装在转向架的与安装变速器系统相同的轮轴上，使得飞轮的旋转轴线与转向架的轮轴同轴。飞轮优选通过轴承组件安装在转向架的轮轴上，使得允许飞轮独立于转向架的轮轴而旋转。在再生制动系统的另选的实施例中，飞轮在使用中可安装在平行于转向架的轮轴的轴上。再生制动系统可包括变速器-能量存储系统联接件。变速器-能量存储系统联接件可为驱动链、皮带和带轮装置或一组齿轮的形式。在系统的一个实施例中，变速器-能量存储系统联接件可为一组齿轮的形式，所述一组齿轮中的一个齿轮由轴承组件承载，并且另一个齿轮承载在变速器系统的第二输入/输出轴上。再生制动系统还可包括位于变速器系统的第二输入/输出轴上的离合器，用于在离合器接合时接合变速器系统和变速器-能量存储系统联接件，并且在离合器脱离时将变速器系统从变速器-能量存储系统联接件脱离。根据本专利技术的第二方面，提供了一种铁路转向架，包括安装在转向架的每个轮轴上的根据本专利技术的第一方面的再生制动系统，其中，制动系统可独立于彼此操作。根据本专利技术的第三方面，提供了一种列车的再生能量管理系统，该列车具有原动机和多个铁路货车，该能量管理系统包括安装在铁路货车中每一个上的多个根据权利要求1至16中任一项所述的再生制动系统，其中，再生制动系统的控制单元独立地与原动机通信。根据本专利技术的第四方面，提供了一种操作再生制动系统的方法，该再生制动系统包括用于以机械能形式或动能形式存储能量的能量存储系统、变速器系统和用于控制变速器系统的控制单元，所述方法包括：接收控制信号；响应于所述控制信号，在不同操作模式之间切换，其中，所述不同的模式包括以下各项：隔离模式，其中变速器系统从转向架的轮轴和能量存储系统脱离；自放能模式，其中能量存储系统从变速器系统脱离，并且能量从能量存储系统消散；制动模式，其中能量存储系统以这样的方式与变速器系统接合，使得将力施加到转向架的轮以便在制动转向架的轮的方向上起作用的，从而对能量存储系统进行充能；空转模式，其中能量存储系统已被充能但不被进一步充能，也不向转向架的轮轴施加牵引力；以及驱动模式，其中能量存储系统以这样的方式与变速器系统接合，使得将力施加到转向架的车以便在驱动转向架的轮的方向上起作用。可通过任何系统部件中检测的故障或缺陷的信号来激活隔离模式。可通过检测系统部件故障的信号或者在行程结束时系统部件需要关闭的信号来激活自放能模式。在自放能模式下，通过向能量存储系统施加制动以将能量作为热和噪声消散，而优选地从能量存储系统消散能量。可通过指示能量存储系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于安装在铁路车辆的转向架上的再生制动系统，所述再生系统包括：能量存储系统，用于以机械能形式或动能形式存储能量；变速器系统，所述变速器系统选择性地在不同的模式之间操作，这些不同的模式包括：制动模式，在该制动模式中所述变速器系统将机械能或动能从所述转向架的轮轴传递到所述能量存储系统；以及驱动模式，在该驱动模式中所述变速器系统将机械能或动能从所述能量存储系统传递到所述转向架的轮轴；以及控制单元，在使用中所述控制单元与列车的原动机和所述变速器系统通信，以接收来自所述原动机的控制信号，并且响应于所述控制信号而自动地操作所述变速器系统的模式。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.02 ZA 2015/022921.一种用于安装在铁路车辆的转向架上的再生制动系统，所述再生系统包括：能量存储系统，用于以机械能形式或动能形式存储能量；变速器系统，所述变速器系统选择性地在不同的模式之间操作，这些不同的模式包括：制动模式，在该制动模式中所述变速器系统将机械能或动能从所述转向架的轮轴传递到所述能量存储系统；以及驱动模式，在该驱动模式中所述变速器系统将机械能或动能从所述能量存储系统传递到所述转向架的轮轴；以及控制单元，在使用中所述控制单元与列车的原动机和所述变速器系统通信，以接收来自所述原动机的控制信号，并且响应于所述控制信号而自动地操作所述变速器系统的模式。2.根据权利要求1所述的再生制动系统，其中，所述铁路车辆是非动力车辆。3.根据权利要求2所述的再生制动系统，其中，所述非动力车辆是铁路货车。4.根据权利要求1至3中任一项所述的再生制动系统，其中，所述变速器系统为无级变速器(CVT)的形式的。5.根据权利要求1至4中任一项所述的再生制动系统，包括：用于在所述转向架的轮轴与所述变速器系统之间传递机械能或动能的变速器-轮轴联接件。6.根据权利要求5所述的再生制动系统，其中，所述变速器-轮轴联接件为驱动链、皮带和带轮装置的形式，或为一组齿轮的形式。7.根据权利要求6所述的再生制动系统，其中，所述变速器-轮轴联接件为一组齿轮的形式，所述一组齿轮中的一个齿轮固定到所述转向架的轮轴，使得该一个齿轮与所述轮轴一致地旋转，并且另一个齿轮承载在所述变速器系统的第一输入/输出轴上。8.根据权利要求7所述的再生制动系统，包括：位于所述变速器系统的所述第一输入/输出轴上的离合器，用于在所述离合器接合时接合所述变速器系统和所述一组变速齿轮，并且在所述离合器脱离时将所述变速器系统从所述一组变速齿轮脱离。9.根据权利要求1至8中任一项所述的再生制动系统，其中，所述能量存储系统包括飞轮。10.根据权利要求9所述的再生制动系统，其中，在使用中所述飞轮安装在所述转向架的与安装所述变速器系统相同的轮轴上，使得所述飞轮的旋转轴线与所述转向架的轮轴同轴。11.根据权利要求10所述的再生制动系统，其中，所述飞轮通过轴承组件安装在所述转向架的轮轴上，使得允许所述飞轮独立于所述转向架的轮轴而旋转。12.根据权利要求9所述的再生制动系统，其中，在使用中所述飞轮安装在与所述转向架的轮轴平行的一轴上。13.根据权利要求1至12中任一项所述的再生制动系统，其中，所述再生制动系统包括变速器-能量存储系统联接件。14.根据权利要求13所述的再生制动系统，其中，所述变速器-能量存储系统联接件为驱动链、皮带和带轮装置的形式的或一组齿轮的形式。15.根据权利要求14所述的再生制动系统，其中所述变速器-能量存储系统联接件为一组齿轮的形式，所述一组齿轮中的一个齿轮由轴承组件承载，并且另一个齿轮承载在所述变速器系统的第二输入/输出轴上。16.根据权利要求15所述的再生制动系统，包括：位于所述变速器系统的所述第二输入/输出轴上的离合器，用于在该离合器接合时接合所述变速器系统和所述变速器-能量存储系统联接件，并且在该离合器脱离时将所述变速器系统从所述变速器-能量存储系统联接件脱离。17.一种铁路的转向架，包括安装在所述转向架的每个轮轴上的根据权利要求1至16中任一项所述的再生制动系统，其中，所述制动系统能独立于彼此地操作。18.一种用于列车的再生能量管理系统，该列车具有原动机和多个铁路货车，所述能量管理系统包括安装在所述铁路货车中每一个上的多个根据权利要求1至16中任一项所述的再生制动系统，其中，所述再生制动系统的控制单元独立地与所述原动机通信。19.一种操作再生制动系统的方法，所述再生制动系统包括用于以机械能形式或动能形式存储能量的能量存储系统、变速器系统和用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德列亚斯·派珀，
申请(专利权)人：南非国营运输公司，
类型：发明
国别省市：南非,ZA