CN103507650B - 一种牵引集成整体模块及动车组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种牵引集成整体模块及动车组，其中牵引集成整体模块包括牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备，所述牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备集成设置，以设置在一辆动车上；所述控制设备分别与所述牵引系统和辅助系统连接，用于控制所述牵引系统和辅助系统工作；所述冷却设备中的冷却管系穿设在所述牵引系统和辅助系统中，以使所述牵引系统和辅助系统共用一个所述冷却设备。本发明提供的牵引集成整体模块及动车组能够解决现有的动车组固定编组和维修较困难的问题，实现动车组可变编组，且降低维修难度。

Description

一种牵引集成整体模块及动车组

技术领域

本发明涉及牵引动力技术，尤其涉及一种牵引集成整体模块及动车组。

背景技术

动车组作为城市之间交通网络中的主要交通工具，穿梭于各城市之间。动车组的驱动方式主要是交流电力驱动。动车组的动力系统包括牵引系统和辅助系统，其中牵引系统用于为动车组提供牵引动力，辅助系统为动车组中的辅助设备提供电源，例如车辆照明、控制设备、应急供风、空调等。牵引系统主要包括高压电器、变压器、牵引变流器、控制系统、传动装置以及牵引电机等，其中牵引变流器包括整流器和牵引逆变器，辅助系统主要包括辅助变流器、辅助供电设备、电器控制设备、辅助设备等，其中辅助变流器包括辅助逆变器。牵引系统中的变压器通过高压电器和受电弓与高压接触网连接，其中受电弓通过与高压接触网滑动接触接收电网电压，并通过高压电器传送给变压器。

动车组中的单节车辆通常分为两类，即牵引动力车辆(简称：动车)和拖车，其中动车装有动力转向架，具有牵引能力，拖车装有无动力转向架。现有的动车组包括至少两个牵引动力单元，其中每个牵引动力单元包括一套牵引系统和一套辅助系统，依据车辆的重量均衡分布原则安装在两节以上的车辆上，每个牵引动力单元中的变压器、变流器、控制系统、辅助变流器以及辅助供电设备分别安装于不同的车辆上，相互之间使用冗长的电缆连接。图1为现有的动车组中牵引动力单元的分布架构示意图。动车组包括至少两个牵引动力单元，每个牵引动力单元分布在两节以上的车辆上，如图1所示，以第一牵引动力单元为例，其中的牵引变流器设置在第一节车辆(动车)上，变压器和高压电器设置在第二节车辆(拖车)上，另一个牵引变流器设置在第三节车辆(动车)上，辅助变流器设置在第四节车辆(拖车)上，导致整列动车组必须固定编组。且每个变压器和变流器都需要设置单独的冷却单元，占用了大量的空间，且各车辆中的电器设备采用电缆相互连接，布置过程需考虑安装路径、绝缘和电磁辐射等因素。现有的动车组的牵引动力单元的分布方式存在成本较高、整列动车组必须固定编组，且当某个电器设备出现故障时，必须整车停运，同时现有的动车组制造、检修和维护的难度较大。

发明内容

本发明提供一种牵引集成整体模块及动车组，用于解决现有的动车组必须固定编组和维修较困难的问题，能够实现动车组可变编组，且降低维修难度。

本发明实施例提供一种牵引集成整体模块，包括牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备，所述牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备集成设置，以设置在一辆动车上；

所述控制设备分别与所述牵引系统和辅助系统连接，用于控制所述牵引系统和辅助系统工作；

所述冷却设备中的冷却管系穿设在所述牵引系统和辅助系统中，以使所述牵引系统和辅助系统共用一个所述冷却设备。

本发明实施例还提供一种动车组，包括：

至少一辆动车，各所述动车中设置有如上所述的牵引集成整体模块；

至少一辆拖车，所述拖车的数量与所述动车的数量按照动力和速度等级匹配编组，所述拖车和动车之间拖挂连接。

本发明实施例提供的牵引集成整体模块及动车组，通过将牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备集成设置，牵引系统和辅助系统共用一个冷却设备，使得牵引动力单元可进行整体装配和拆解，减小整车制造的工作量，将上述牵引动力单元设置在一辆动车上，能够解决现有的动车组固定编组和维修较困难的问题，能够实现动车组可变编组，且降低维修难度。按照牵引动力单元的牵引功率设置匹配的拖车数量，组成可变编组的动车组，当某个设备出现故障时，只更换单个中间动车或拖车即可，而不需要长时间停运整列动车组。

附图说明

图1为现有的动车组中牵引动力单元的分布架构示意图；

图2为本发明实施例一提供的牵引集成整体模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的牵引集成整体模块的安装布局结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的冷却设备的安装布局示意图一；

图5为本发明实施例二提供的动车组的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

图2为本发明实施例一提供的牵引集成整体模块的结构示意图，图3为本发明实施例一提供的牵引集成整体模块的安装布局结构示意图，图4为本发明实施例一提供的冷却设备的安装布局示意图一。该牵引集成整体模块可以应用在动车组上，也可以应用在城市轨道车辆上。如图2至图4所示，牵引集成整体模块包括牵引系统1、辅助系统2、冷却设备3和控制设备4，该牵引系统1、辅助系统2、冷却设备3和控制设备4集成设置，以设置在一辆动车上，构成独立的牵引动力单元。控制设备4分别与牵引系统1和辅助系统2连接，用于控制牵引系统1和辅助系统2工作。冷却设备3中的冷却管系穿设在牵引系统1和辅助系统2中，以使牵引系统1和辅助系统2共用一个冷却设备3。牵引集成整体模块可以通过统一的布局设计，以减小体积和重量，例如可以设置电器柜体，将牵引集成整体模块设置柜体内部，并将柜体设置在动车底部。

由于现有的动车组都将每个牵引动力单元中的不同设备分布在至少两个车辆上。各车辆中的设备之间采用电缆连接，电缆布线时需考虑安装路径、绝缘和电磁辐射等因素，导致布线难度较大，过程较繁琐，且分布在各车辆上的设备都需要设置冷却设备，提升了成本。当某个设备发生故障时，往往需要整车停运进行修理或更换设备。基于上述缺陷，本申请提出了一种将牵引集成整体模块集成设置的方案，具体可采用如下技术方案：

对于动车组而言，牵引系统1包括高压电器、变压器11、牵引变流器和牵引电机，辅助系统2包括辅助变流器和辅助供电设备，其中，牵引变流器包括整流器12和牵引逆变器13，辅助变流器包括辅助逆变器21，辅助供电设备包括充电机22和蓄电池组23。辅助变流器的输入端经电缆直接连接至牵引变流器的中间直流输出端。

动车组的供电电压通常为交流高压电，变压器11的原边与高压电器连接，高压电器经电缆与设置在动车车顶的受电弓连接。受电弓通过与高压接触网滑动接触，接收交流高压电。变压器将交流高压电进行降压后提供给整流器12，整流器12将交流电整流为直流电输出给牵引逆变器13，牵引逆变器13中的开关器件根据控制设备4发出的脉冲信号实现高频率通断，将直流电转换为交流电，并提供给牵引系统1中的牵引电机14以驱动单节动车行驶。

而辅助逆变器21的输入端经电缆直接连接至牵引变流器的中间直流输出端，具体与整流器12的直流输出端连接，接收整流器12输出的直流电，辅助逆变器21中的开关器件根据控制设备4发出的脉冲信号实现高频通断，将直流电转换为交流电，提供给动车中的充电机22以及其它辅助设备。

控制设备4一方面与牵引逆变器13和辅助逆变器21中的开关器件的驱动控制端连接，用于发出脉冲信号控制开关器件高频通断，实现对电压进行调节，另一方面控制设备4接收牵引动力单元中设置的各传感器的信号，例如在牵引逆变器13和辅助逆变器21的输出端分别设置有电压传感器，用于检测各逆变器的输出电压，控制设备4接收电压传感器发送的电压信号进行分析和处理后，调整输出脉冲信号以调节各开关器件的通断频率。

动车组中的牵引控制单元采集、记录控制设备4中电压传感器、温度传感器及开关器件的工作状态和模拟/数字信号，经逻辑判断后将控制指令发送至开关器件执行。牵引控制单元与列车网络控制系统之间，对动车组行进方向、牵引力和电制动力配置、高压电器状态等信息，以及工作状态、故障诊断等数据进行交互，实现对动车组运行、故障监控等的智能化控制。

上述牵引集成整体模块将牵引系统1、辅助系统2、冷却设备3及控制设备4集成设置，能够缩短控制设备4与其它设备的连接线路长度，使得布线过程更为简洁，且较短的连接线路能够提升信号传输品质，降低故障率。且缩短了各器件之间连接的电缆长度，减少连接的线路，使得器件布局更加紧凑，缩小体积。

另外，本领域技术人员也可以考虑调整电路结构，选用适当的电路器件，合理布线，以减少连接的导线长度或数量，以使牵引变流器和辅助变流器的整体重量小于2t，纵向长度小于2.5m，横向宽度小于2.8m，高度小于1m。

针对集成设置的牵引系统1和辅助系统2，可设计一个冷却设备3，使得牵引系统1和辅助系统2共用一个冷却设备3，以缩小牵引集成整体模块的体积，该冷却设备3的电源由辅助系统2提供。

本实施例提供一种具体的实现方式：例如，冷却设备3可以包括冷却管系31、冷却泵组32、散热器33和冷却风机34，冷却风机34的出风口朝向散热器33，以对流经所述散热器33的冷却剂进行散热。散热器33设置有入液口和出液口，冷却管系31的一端与散热器33的出液口连接，另一端穿设在牵引系统1和辅助系统2中，然后与散热器33的入液口连接。冷却泵组32设置在冷却管系31上，冷却管系31中的冷却剂在冷却泵组32的驱动下在冷却管系31中流动，以吸收牵引系统1和辅助系统2中的热量，冷却剂可以为冷却液或矿物质油。冷却风机34对冷却管系31中的冷却剂以强制风冷的方式进行冷却，冷却剂分别吸收变流器和变压器散发的热量，再进入散热器中以强制风冷的方式进行冷却，以降低温度后，再循环流入变流器和变压器中吸收热量。冷却后的热空气可通过离心风机吹向外部环境。

与现有技术相比，本申请仅需要一个冷却设备3即可对牵引系统1和辅助系统2进行冷却，大大缩小了牵引集成整体模块的体积和重量。本领域技术人员可依据上述技术方案设计实现多种具体的冷却设备3，可以对冷却设备3与牵引系统1及辅助系统2之间的电气连接以及机械连接线路进行优化设计，以缩小牵引集成整体模块的体积和重量，使得冷却设备3的重量小于1t，纵向长度小于1.5m，横向宽度小于2.8m，高度小于1m，其散热功率大于200kW。

采用上述技术方案能够使得单个牵引集成整体模块的重量小于4t，纵向长度小于5m，横向宽度小于3m，高度小于1m。当然，本领域技术人员也可根据经验采取其它方式调整牵引动力单元中各器件的结构与线路连接，以实现将牵引动力单元集成设置。

本实施例通过将牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备集成设置，形成一个牵引集成整体模块，牵引系统和辅助系统共用一个冷却设备，使得牵引集成整体模块可进行整体装配和拆解，各部件能够实现选型及安装模块化设计，减小整车制造的工作量，确保动力系统的可靠性和稳定性。将上述牵引集成整体模块设置在一辆动车上，以使一辆动车具备完整的电气和机械运行设备，能够独立运行或与其它动车组合运行。因此，可根据动力及速度等级的要求配比动车和拖车的数量，可组成1-20节可变编组的动车组，解决了现有的动车组的车辆固定编组和维修较困难的问题，能够实现动车组可变编组，且降低维修难度。可根据需要对动车组进行扩编或拆解，例如动车组中的硬座、硬卧、软卧、餐车或双层车辆等都可以自由编组。当某个设备出现故障时，只更换单个整体模块即可，或更换单辆动车或拖车即可，而不需要长时间停运整列动车组，大幅度提高了应急能力。

在上述技术方案的基础上，本领域技术人员可以根据牵引动力单元中各器件的具体尺寸来合理设置安装位置，以达到缩小整个牵引动力单元体积的目的。上述牵引集成整体模块能够应用在高速动车组、城际动车组、城轨车辆以及地铁上，还能够应用于电力机车等其它类型的轨道交通装备中。

本领域技术人员可根据轨道列车各车辆编组的状态，设计实现车辆控制系统的匹配控制方法，以使控制系统能够快捷方便地识别各车辆运行状态以及及时进行故障分析和处理。

实施例二

图5为本发明实施例二提供的动车组的结构示意图。如图5所示，动车组包括至少一辆动车，各动车中设置有如上述实施例所提供的牵引集成整体模块30。动车组还包括至少一辆拖车20，拖车20的数量与动车的数量按照动力和速度等级匹配编组，拖车20和动车之间采用机械拖挂连接。在动车组的两端设置有端车101，该端车101可以为动车，也可以为拖车20，设置在两端的端车101之间的动车可以称之为中间动车102。

端车101中可以设置有操控设备，端车101顶端设置有受电弓，当端车101为动车时，其中设置有牵引集成整体模块30、操控设备和动力转向架，能够在驾驶员的操控下独立运行。当端车为拖车20时，其中设置有无动力转向架，需与其它动车组合运行。在端车101的车顶可以设置双受电弓，作为冗余设备，提高动车组的运行稳定性。本领域技术人员可以理解的是，双受电弓也可以设置在其它车辆上。

端车101对全列车的操控是通过列车网络控制系统实现智能化控制的。列车网络控制系统中，列车总线、车辆总线、网关、中央控制单元、车辆控制单元、远程输入输出模块、显示屏、远程数据传输系统采用合理的冗余结构，实现对动车组的安全、可靠和智能化操控。

而中间动车102上设置有牵引集成整体模块30和动力转向架，中间动车102设置在动车组两端的端车101的中间，与端车101拖挂连接，并从端车101的受电弓的输出端取电，实现与端车101组合运行。拖车20与中间动车102拖挂连接，拖车20上设置有无动力转向架，与101和动车102组合运行。中间动车102可集中设置在动车组的两端连续编挂，动车组的中间设置拖车20，或者中间动车102与拖车20间隔分散编挂。上述牵引集成整体模块30可以整体安装在一个动车上，或者分体安装在一个动车上。

本实施例提供的动车组，包括至少一辆动车以及至少一辆拖车，各动车上设置有上述实施例所提供的牵引集成整体模块，以使一辆动车具备完整的电气和机械运行设备，形成独立的牵引动力单元，能够独立运行或与其它动车组合运行。单个动车中的牵引集成整体模块可整体装配和拆解，各部件能够实现选型及安装模块化设计，减小整车制造的工作量，确保动力系统的可靠性和稳定性。可根据动力及速度等级的要求配比动车和拖车的数量，可组成1-20节可变编组的动车组，解决了现有的动车组的车辆固定编组和维修较困难的问题，能够实现动车组可变编组，且降低维修难度。可根据需要对动车组进行扩编或拆解，例如动车组中的硬座、硬卧、软卧、餐车或双层车辆等都可以自由编组。当某个设备出现故障短时间不能修复时，只需更换单节车辆即可，而不需要长时间停运整列动车组，减少维修时间，大幅度提高了应急能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种牵引集成整体模块，包括牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备，其特征在于，所述牵引系统、辅助系统、冷却设备和控制设备集成设置，以设置在一辆动车上；

所述控制设备分别与所述牵引系统和辅助系统连接，用于控制所述牵引系统和辅助系统工作；

所述冷却设备中的冷却管系穿设在所述牵引系统和辅助系统中，以使所述牵引系统和辅助系统共用一个所述冷却设备。

2.根据权利要求1所述的牵引集成整体模块，其特征在于，所述牵引系统包括高压电器、变压器、牵引变流器和牵引电机，所述辅助系统包括辅助变流器和辅助供电设备；

所述辅助变流器的输入端经电缆直接连接至所述牵引变流器的中间直流输出端。

3.根据权利要求2所述的牵引集成整体模块，其特征在于，所述冷却设备包括冷却管系、冷却泵组、散热器和冷却风机；

所述散热器设置有入液口和出液口，所述冷却管系的一端与所述散热器的出液口连接，另一端穿设在所述牵引系统和辅助系统中，然后与所述散热器的入液口连接；

所述冷却泵组设置在所述冷却管系上，所述冷却管系中的冷却剂在所述冷却泵组的驱动下在所述冷却管系中流动，以吸收所述牵引系统和辅助系统中的热量，所述冷却风机对所述散热器中的冷却剂进行冷却。

4.一种动车组，其特征在于，包括：

至少一辆动车，各所述动车中设置有如权利要求1-3任一项所述的牵引集成整体模块；

至少一辆拖车，所述拖车的数量与所述动车的数量按照动力和速度等级匹配编组，所述拖车和动车之间拖挂连接。

5.根据权利要求4所述的动车组，其特征在于，所述动车组的两端设置有端车，所述端车为动车或拖车。

6.根据权利要求5所述的动车组，其特征在于，所述端车上设置有操控设备，所述端车的车顶设置有双受电弓，以使单个所述端车独立运行。

7.根据权利要求4-6任一项所述的动车组，其特征在于，所述牵引集成整体模块整体安装在一个所述动车上，或分体安装在一个所述动车上。