阅读说明：本技术 隧道电机车在线快速充电控制装置 (Online quick charge control device of tunnel electric locomotive ) 是由 陆凯忠 王传富 王坤宗 骆玉贤 景文才 *** 顾聪 刘刚 顾怡雯 俞秋兴 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种隧道电机车在线快速充电控制装置,通过在站台内安装一组滑触线、导向喇叭口、机车行走方向检测装置,使得机车在驶入站台后,集电器自动滑入滑触线,通过自动检测,进行在线充电,机车离开充电区域能够自动断电；电池充满后能够自动停止充电,防止过充电。充电过程中机车可以小范围内前后行驶,不影响泥斗、管片及其他隧道开挖所需的材料吊运,吊运完成后,通过机车行驶,集线器自动脱离滑触线,终止充电。能够有效节约充电时间,保证机车长时间续航。节省了大量的施工作业时间。(The invention relates to an online quick charging control device of a tunnel electric locomotive, which is characterized in that a group of sliding contact lines, a guide bell mouth and a locomotive walking direction detection device are arranged in a platform, so that a current collector automatically slides into the sliding contact lines after a locomotive drives into the platform, online charging is carried out through automatic detection, and the locomotive can automatically cut off power when leaving a charging area; after the battery is fully charged, the charging can be automatically stopped, and the overcharge can be prevented. The locomotive can go around in the small circle in the charging process, does not influence the mud bucket, section of jurisdiction and other required material handling of tunnel excavation, and after the handling is accomplished, through the locomotive traveles, the concentrator breaks away from the wiping line automatically, stops charging. The charging time can be effectively saved, and the long-time endurance of the locomotive is ensured. And a large amount of construction operation time is saved.)

隧道电机车在线快速充电控制装置

技术领域

本发明涉及一种充电控制技术，特别涉及一种隧道电机车在线快速充电控制装置。

背景技术

隧道施工中的电机车是负责隧道内水平运输的必备装备。它承担将隧道内的渣土运送到地面及将管片、螺栓、轨道等物件运送至隧道内。电机车依靠大型电池组供电，电池组需要充电，保证电机车的动力供应。

在以往施工中，电池组需要吊运至地面充电站，依靠三相交流通过整流以后，利用可控晶闸管、12脉冲触发电路来实现电流的可控性，电瓶充电线通常依靠两根带插头的橡皮电缆人工接插在电瓶桩上实现对电池组的充电，充电完成后，人工拆除充电线，实现整个充电流程。

在充电过程中，需要人工把充电电缆(正负极)接至电池组正负极桩头上，然后开启充电器进行充电(锂离子电池快速充电)，在此过程中由于电机车连着充电线，不能进行前后移动操作，拖车上的施工材料就不能及时吊运。需要停止施工一段时间，同时又导致前方盾构机不能及时施工(待机时间过长)，浪费了大量施工作业时间。

发明内容

本发明是针对充电需要人工插上充电线，充电过程中机车行走受限，浪费了大量施工作业时间的问题，提出了一种隧道电机车在线快速充电控制装置，能够在边施工的情况下进行在线快速补偿电池组电量，节约大量施工时间。

本发明的技术方案为：一种隧道电机车在线快速充电控制装置，包括一组滑触线、导向喇叭口、电机车行走方向检测装置、充电控制盒以及一组集电器；充电器正负极输出分别连接到设置于始发车站的站台层内的一组滑触线上；每个滑触线进入端部安装导向喇叭口，便于电机车顶端的集电器自由滑入；电机车行走方向检测装置包括导向喇叭口后面滑触线方向安装的铁板和电机车车顶的两个接近传感器；充电控制盒置于电机车驾驶室顶，充电控制盒旁边沿着电机车前后方向安装两个接近传感器，一组集电器通过支撑杆固定在电机车驾驶室顶；电机车行驶进入始发车站，一组集电器通过导向喇叭口滑入一组滑触线，分别与充电器正负极连通，两个接近传感器前后感应检测到铁板，信号先后送入充电控制盒，充电控制盒接收两个接近传感器信号后，判断电机车进入或离开充电区域，充电控制盒控制充电回路导通或断开。

所述充电控制盒中控制电路包括熔断器、电阻、晶闸管、时间继电器、直流接触器、电流传感器、稳压二极管和PLC；串接的熔断器FU、分压电阻R4和R5并联接于电池组正负极两端，分压电阻R4、R5串联连接点电压为控制电压Vc，Vc提供电流传感器和PLC电源电压，控制电压Vc与负极端接稳压二极管DW；串联的电阻R2与电阻R3并联在电池组正负极两端，串联的电阻R2与电阻R3连接点通过发光二极管LED接晶闸管触发门极；接触器KM线圈和时间继电器常开开关串联后与时间继电器SJ线圈的并联，并联后再与PLC控制开关、晶闸管和电阻R1串联构成充电控制回路；电流传感器检测主回路充电电流送PLC，两个接近传感器检测信号送PLC，PLC通过逻辑运算后控制PLC控制开关接通或切断接触器KM线圈通电回路，从而控制接触器KM常开开关接通或断开充电主回路。

本发明的有益效果在于：本发明隧道电机车在线快速充电控制装置，在充电器与机车之间接入该装置，当机车进入充电区域能够自动进行在线充电，机车离开充电区域能够自动断电；电池充满后能够自动停止充电，防止过充电，能够有效节约充电时间，保证机车长时间续航。节省了大量的施工作业时间。

附图说明

图1为本发明隧道电机车在线快速充电控制装置结构示意图；

图2为本发明装置电机车顶部的受电及控制器安装示意图；

图3为本发明装置中滑触线安装示意图；

图4为本发明装置充电流程图；

图5为本发明的停止充电流程图；

图6为本发明的电量充满后的流程图；

图7为本发明的电机车进入充电区域过程，接近传感器脉冲示意图；

图8为本发明的电机车离开充电区域过程，接近传感器脉冲示意图。

具体实施方式

在充电器与装有电池组的隧道机车之间加入本发明隧道电机车在线快速充电控制装置，通过在站台内安装一组滑触线、导向喇叭口、机车行走方向检测装置，使得机车在驶入站台后，一组集电器自动分别滑入一组滑触线，通过自动检测，进行在线充电，充电过程中机车可以小范围(取决于滑触线长度)内前后行驶，不影响泥斗、管片及其他隧道开挖所需的材料吊运，吊运完成后，通过机车行驶，集电器自动脱离滑触线，终止充电。

在充电器与电池组之间加入本发明的装置，如图1所示隧道电机车在线快速充电控制装置结构示意图，虚线框内为本发明装置示意。充电器正负极输出，分别连接到设置于始发车站后面的站台层内的两根滑触线上，充电控制盒通过集电器与两根滑触线连接上电，充电控制盒对机车电池组进行充电控制。

如图2所示本发明装置电机车顶部的受电及控制器安装示意图，充电控制盒3至于电机车驾驶室顶，充电控制盒旁边沿着电机车前后方向安装两个接近传感器2，集电器1为导电金属块，通过支撑杆固定在电机车驾驶室顶，作为充电对象的机车上电池组4、作为充电判断信号的接近传感器2和作为充电器连接点的集电器1均通过导线与充电控制盒内电路连接。

如图3所示滑触线安装示意图，在站台层混凝土顶层7上通过一根根安装滑触线支架6固定两根滑触线8，利用膨胀螺栓固定整套滑触线支架。滑触线8进入端部安装导向喇叭口5，便于电机车顶端的集电器1自由滑入，导向喇叭口5后面滑触线8方向安装一块长方形铁板9，用于接近传感器2检测。集电器1用于在电机车进入站台吊运拖车上的施工材料时自动滑触到滑触线8上，连接充电电路。控制盒判断、控制充电状态(充电、停止)。电机车驾驶室顶的接近传感器用于判断机车是在进入充电区域还是离开充电区域，当接近传感器2从图3中右往左经过时，接近传感器2判定为机车集电器1进入滑触线，当接近传感器2从左往右经过时，接近传感器2判定为机车集电器1脱开滑触线；导向喇叭口5用于集电器1刚刚进入滑触线时，引导集电器微调姿态，顺利进入滑触线。

接近传感器2采集信号送入充电控制盒3，充电控制盒3控制是否充电，接近传感器2测试点的设置，保证集电器1在进入滑触线和离开滑触线瞬间是空载不带电流负荷的，防止接触不良引起打火现象，损坏集电器1与滑触线3。电池组除了接通在线充电回路的端子外，另增设一组输入插座，供离线线充用。本装置的控制电源取自于机车电池组电源，电池组正负极并联串接的熔断器FU、分压电阻R4、R5，分压电阻R4、R5串联连接点Vc为控制电压，提供霍尔电流传感器HET、PLC电源，控制电压Vc与负极端接稳压二极管DW。通过PLC控制开关来控制直流接触器KM线圈通电或断电状态，从而控制充电主回路上直流接触器KM常开开关通断来实现充电回路的闭合与断开。串联的电阻R2与电阻R3并联在机车电池组电压两端，串联的电阻R2与电阻R3连接点通过发光二极管LED接晶闸管触发门极。时间继电器SJ线圈与串联的接触器KM线圈和时间继电器常开开关并联后，再与PLC控制开关、晶闸管和电阻R1串联构成充电控制回路。由霍尔电流传感器检测主回路充电电流送PLC，PLC通过逻辑运算后发出控制信号接通或切断控制回路，从而控制接触器KM线圈是否通电，接触器KM线圈通电，接触器KM常开开关闭合或断开，开控制充电回路接通或断开。下面按流程分类分别介绍一下其工作原理。

正常充电流程如图4，充电器上电开机，把输出电流传送至滑触线8(安全型滑触线)上，电机车从隧道内驶出慢慢靠近充电区域，当位于机车驾驶室顶部的集电器1靠近滑触线8导向喇叭口5时，集电器1收到导向喇叭口的制约，慢慢进入滑触线8。此时集电器1受电，但由于控制器中直流接触器KM未吸合，机车未能进行充电，所以在集电器1接触到滑触线8瞬间是没有电流输送的，不会发出电流火花，虽然控制装置上已经通过机车电池组有了电源供给，霍尔传感器与PLC处于工作状态，晶闸管也已经有了触发导通条件，但由于PLC未收到接近传感器2的指令，PLC控制开关处于断开状态，导致晶闸管无正向导通电压而处于断开状态，时间继电器SJ与接触器KM均未得电。

当集电器1滑过导向，进入滑触线后，在随后会设置一块长方形铁板9，接近传感器经过小铁板时，检测到信号(检测方法后续描述)，传感器把信号传送给PLC后，PLC通过判断得出机车运动状态(后退)，控制输出节点发出闭合指令，PLC控制开关闭合，晶闸管正向导通，时间继电器SJ线圈得电吸合，直流接触器KM线圈延时通电，充电回路延时导通，充电器开始对机车电池进行充电。此时，不影响机车小范围内前后慢速行驶，调节拖车位置来配合行车吊运泥斗、管片等施工材料，缩短电机车滞留在出发站台内的时间，节省施工时间。

当充电结束，流程如图5。当泥斗、管片等施工材料装卸完毕，电机车离开站台时，首先接近传感器通过小铁板，检测到信号(检测方法后续描述)，传感器把信号传送给PLC后，PLC通过判断得出机车运动状态(前进)，控制输出节点发出断开指令，PLC控制开关断开，直流接触器KM线圈失电，充电主回路断开，充电器停止对机车进行充电，然后集电器离开滑触线，此时，滑触线与集电器间已无电流流过，保证集电器断开滑触线瞬间是无负荷的，之间不会产生火花。最后，集电器离开导向喇叭口，机车离开站台进入隧道。在这段时间内无论电池组是否充满电量，很好的在不影响施工的前提下，自动补充了一部分电量，足够电机车在隧道行驶一个来回。

当电机车在充电区域充满电量时的流程，如图6。当机车因为本身电量比较充足或者由于其他原因长时间驻留在充电区域，还没有等待机车离开充电区域就充满了电量。此时，霍尔传感器检测到充电电流接近于零，把电流信号传送给PLC，PLC通过逻辑运算，输出触点断开指令，无论机车是否离开充电区域，及时断开充电回路，然后再闭合充电回路，进行充电电流检测，如此经过3个电流检测循环，PLC经过判断确认电量已经充满，充电停止。这样，在电机车充满电量的情况下，无论机车是否驻留在充电区域，及时地断开了充电回路，防止出现过充电，保护电池组。

电机车驶入充电区域的判定流程如图7。X1为1#接近传感器，X2为2#接近传感器，当电机车进入充电区域时，X1先遇到小铁板，发出一个信号脉冲，然后是X2遇到小铁板，同样发出一个信号脉冲。X1脉冲比X2脉冲超前。我们利用PLC高速计数器编程判断出电机车是在进入充电区域。反之，如图8。X2比X1超前，我们就判定电机车是在离开充电区域，通过PLC编程，控制接触器KM的吸合与断开，来达到控制充电状态的目的。

本发明滑触线配合导向喇叭口，在线对隧道电机车进行短期快速充电，补偿电机车电量损耗，以达到电机车不需要人工插接充电线，导致充电期间，电机车不能行走，提高工效，节约工期。

充电过程中机车可以小范围(取决于滑触线长度)内前后行驶，不影响泥斗、管片及其他隧道开挖所需的材料吊运，吊运完成后，通过机车行驶，集线器自动脱离滑触线，终止充电。这样，能够有效节约充电时间，保证机车长时间续航。节省了大量的施工作业时间。

利用接近传感器判断隧道电机车进出充电区域状态，使得集电器在接触、分离滑触线瞬间，保证无负荷接触与分断，防止电火花损坏滑触线与集电器。利用接近传感器判断隧道电机车进出充电区域状态，控制充电状态，实现电机车电池与充电器之间的“握手协议”。