搭线控制系统及具有该系统的集电杆的制作方法

本发明涉及无轨电车控制汽车技术领域，主要涉及一种搭线控制系统，涉及一种具有该系统的集电杆，能够使集电杆实现回中和摇摆动作。

背景技术：

普通无轨电车在我国很多城市随处可见，但由于灵活性差、线路复杂以及占用城市空间等缺点，在汽车迅速普及和燃料公交车杀入竞争的大势下逐渐被边缘化。

在近几年城市空气污染加重和石油对外依存度越来越高的严峻形势下，传统的燃油动力公交已无法满足节能减排的需要，国家开始大力推广新能源公交车。

双源无轨电车的出现不仅克服了普通无轨电车受制于线网布局的天生缺陷，在节能环保方面与其他新能源客车相比也有明显的优势，而且双源无轨电车减少了对石油、天然气等不可再生能源的依赖。

双源无轨电车能够通过架空线网的外源供电获取电力，其利用集电杆获取电力，在集电杆下落后，还可以使用车载的辅助动力来源供车辆脱离线网行驶。

现有的搭载集电杆的双源无轨电车在进行自动搭线网操作时，驾驶员需要将车辆停在规定的区域，然后将集电杆自动升起，在“∧”形捕捉器的作用下，才能将集电杆顶部的集电头顺利搭入线网。

现有技术中的集电杆在搭线过程中，当车辆没有停在规定的位置，即集电头上升过程中不在捕捉器所辐射的空间时，此种自动搭线网的方法无法满足要求，集电头无法顺利搭入线网，需要驾驶员下车进行手动搭线网的操作，自动化程度不高。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种搭线控制系统，通过利用回中系统和摇摆系统的组合，并将摇摆系统与回中系统进行结合，形成回路，控制背向设置的气缸组进行运动，通过将该系统应用于集电杆，能够控制集电杆的回中和摇摆，使集电杆能够智能化搭线。

本发明的技术方案如下：

一种搭线控制系统，包括由背向相接的气缸形成的气缸组，回中系统和摇摆系统，摇摆系统的气路输出并入至回中系统的输出气路，回中系统的输出终端与气缸的有杆腔和无杆腔相接通；回中系统与摇摆系统在气源的输出气路上并联相接，回中系统能够独立控制或者与摇摆系统共同控制气缸组的行程，当车辆停靠地离线网有一定距离时，无需调整车辆位置，通过在摇摆系统中通气，根据位置关系确定左摆或者右摆，压缩气体经过摇摆系统后，进入回中系统形成同时对有杆腔或者无杆腔通气，利用活塞杆的运动实现对集电杆摆动方向的控制，当车辆脱网后，仅利用回中系统向气缸输入气体，能够使集电杆回归至车辆的正上方。

作为优选的一种方案，回中系统包括控制单元，控制单元连接第一阀组和第二阀组，第一阀组与每个气缸的有杆腔分别相接，第二阀组与每个气缸的无杆腔分别相接。

作为在前述方案上的进一步优化，控制单元为电磁阀，电磁阀的输出端的气路并联有第一阀组和第二阀组，由电磁阀控制向第一阀组和/或第二阀组通气或者断气。

作为进一步优化的方案，控制单元为并联相接的第一电磁阀和第二电磁阀，第一电磁阀与第一阀组相连接，第二电磁阀与第二阀组相连接。

在上述方案的基础上，第一阀组或者第二阀组采用进气选择阀。

作为优选的一种方案，摇摆系统包括气控单元，气控单元的一端通过气路与气源接通，另一端控制分支管路，其中一部分分支管路与第一阀组进入有杆腔的管路相接通，另一部分分支管路与第二阀组进入无杆腔的管路相接通。

作为进一步改进的方案，在气控单元的分支管路上设有保压控制系统，使得集电杆在摆动到一定角度时，保持回路中的内部压力稳定，使集电杆在指定位置停止摆动，以便能够顺利触网。

作为前述方案的优选方案，保压控制系统采用外先导电磁阀。

作为优选的一种方案，气控单元包括五位三通的外先导电磁阀。

进一步改进的方案，气控单元的上游装有节流阀，控制进入外先导电磁阀的气流大小。

一种用于集电杆的搭线控制系统，包括前述内容的搭线控制系统，两个控制系统并入同一气路，并与车辆的气源相接通，在管路上装有截止开关，控制气源的通断。

在前述方案上的进一步改进，在管路上装有减压阀，控制进入回中系统和摇摆系统的气压大小。

有益效果：本发明通过利用回中系统和摇摆系统的结合，利用摇摆系统和回中系统的结合，能够使背向相对的气缸组同时进行有杆腔或者无杆腔作业；在应用于双源无轨电车时，将集电杆与气缸组相连接，通过利用两个与气源相连接的控制系统，摇摆系统和回中系统能够在集电杆摆动过程中形成回路，使得气缸组有杆腔或者无杆腔的面积同时增大或者缩小，通过活塞杆拉动集电杆进行向左或者向右偏转；在脱网时，可以仅仅通过回中系统控制其在规定的时间内回正。

通过采用以上技术方案，本发明能够实现以下技术效果：

1、在脱网时，能够实现对集电杆的快速回中；

2、在搭线时，对车辆的位置要求较低，驾驶员无需攀爬到车顶拉线，能够自动实现摆动，使集电杆与线网自动对接，快速触网；

3、整体结构控制精度高，摇摆过程中提供的动力充足，能够满足实际工况需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所公开的第一种用于集电杆的搭线控制系统的气路结构示意图；

图2为本发明实施例2所公开的第二种用于集电杆的搭线控制系统气路结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1、摇摆系统；101、第一电磁阀；102、第一保压电磁阀；103、第二保压电磁阀；2、回中系统；201、电磁阀；202、第一进气选择阀；203、第二进气选择阀；204、第一气路；205、第二气路；206、电磁阀一；207、电磁阀二；3、第一气缸；4、第二气缸；5、截流开关；6、减压阀；7、节流阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

一种用于集电杆的搭线控制系统，其应用于双源无轨电车车顶，集电杆主要用于车辆从线网获取电能，以便为车辆提供动能。正如普通的双源无轨电车相一致，集电杆被固定在车顶，通过利用相应的机构能够使集电杆升降，从而来实现与线网的搭接与断开。

在实际使用过程中，集电杆只能进行垂直升降，当集电杆上升到与线网的高度相当的距离时，如何保证集电杆端部的碳刷与线网能够接触，是本技术方案中提到的搭线控制系统所能实现的。

本技术方案在集电杆的与安装碳刷相反的另一端，垂直连接一个连接臂，连接臂的另一端与气缸组相连接，两个背向相接的气缸相连接能够形成一个连接体，气缸组可以由一个或者多个并行相连的连接体组成。

本技术方案中的搭线控制系统包括回中系统，回中系统包括控制单元，控制单元连接有第一阀组和第二阀组，第一阀组与每个气缸的有杆腔分别相接，第二阀组与每个气缸的无杆腔分别相接，回中系统的输出终端与气缸的有杆腔和无杆腔相接通，通过利用回中系统能够独立控制集电杆进行运动，使集电杆在脱线状态下精准回归至车顶的正上方，且与车辆的行驶方向相一致，防止集电杆在脱线状态下与车辆周边的物体出现剐蹭。

本技术方案中的搭线控制系统还包括摇摆系统，其中摇摆系统是在回中系统的基础上建立，将摇摆系统的气路输出并入至回中系统的输出气路，回中系统与摇摆系统在气源的输出气路上并联相接，通过利用摇摆系统和回中系统的配合，能够使集电杆向线网靠近并最终与线网上的搭线器相连接，使车辆能够从线网顺利获得电能。

下面结合具体的实施例，对搭线控制系统如何控制集电杆进行回中和摇摆功能进行详细说明，以便本领域技术人员能够充分理解本技术方案的设计思路。

实施例1

第一种用于集电杆的搭线控制系统，包括气源，气源通常由车辆自身供应，利用气管接通气源，在该气管的端部连接有回中系统2和摇摆系统1，其中所述回中系统2与所述摇摆系统1并联相接，即从气管的端部形成分支管路一和分支管路二，回中系统2布置在分支管路一上，摇摆系统1主要布置在分支管路二上，并将摇摆系统1的气流并入至回中系统2。

所述回中系统2包括一个电磁阀201，该电磁阀的输入端与分支管路一的末端相对接，在该电磁阀上设有左右管路，为第一管路和第二管路，其中，第一管路连接有第一进气选择阀202，第二管路连接有第二进气选择阀203。

所述第一进气选择阀202连接有两根管路，为第一气路204和第二气路205，所述第一气路204和所述第二气路205均连接有气缸的有杆腔。

所述第二进气选择阀203连接有两根管路，为第三气路和第四气路，所述第三气路和所述第四气路均连接有气缸的无杆腔。

在此，我们以气缸组是由背向连接的两个气缸(第一气缸和第二气缸)所组成为例进行介绍，其中第一气缸、第二气缸均具有有杆腔和无杆腔，且无杆腔的一侧相靠近，有杆腔的一侧相远离，第一进气选择阀202上的第一气路204接入至第二气缸的无杆腔，第二气路205接入至第一气缸的无杆腔；第二进气选择阀203上的第三气路接入至第一气缸上的有杆腔，第四气路接入至第二气缸上的有杆腔。

下面以如何实现回中系统2如何运转，以及如何实现集电杆回中为例进行详细介绍，需要说明的是，本技术方案与现有技术中仅仅依靠单一的电磁阀控制气体进入气缸的通断不同，本技术方案能够提供更精准的控制，而且稳定性高。

将气管与车辆上的气源相接通，气流经过气管进入至所述电磁阀，当电磁阀得电时，气流经过第一管路进入至第一进气选择阀202，第二管路进入至第二进气选择阀203，气体由第二气路205和第四气路分别流向气缸，由于第二气路205接入至第一气缸的无杆腔，第四气路接入至第二气缸上的有杆腔，通气状态下，第二气路205和第四气路同时进气，能够使第一气缸的无杆腔的面积达到最大，同时第二气缸的有杆腔的面积达到最小，此时第一气缸和第二气缸相加的行程距离正好达到第一气缸和第二气缸最大行程距离与最小行程距离的中间值，集电杆在此时恰好处于车顶的正上方。

当电磁阀失电时，电磁阀切断进入至第一管路和第二管路的气流。

由此可知，电磁阀在此起到的作用是为第一进气选择阀202和第二进气选择阀203的进气进行控制，而第一进气选择阀202和第二进气选择阀203能够进行二次分配其所属分支气路上的气流。

本技术方案在回中系统2的基础上还具有一个摇摆系统1，所述摇摆系统1包括第一电磁阀101，该第一电磁阀101采用五位三通的外先导电磁阀，第一电磁阀101的输入端与一个分支管路末端相连接，第一电磁阀101的端部设置两个管路，具体为第三管路和第四管路，第四管路的末端可以直接并入至第一气路204或者第二气路205二者之一，使得回中系统2与摇摆系统1形成第一回路；第三管路的末端可以直接并入至第三气路或者第四气路二者之一，使得回中系统2与摇摆系统1形成第二回路。

在此，需要说明的是，第三管路与第四管路接入端的选择是针对不同的气缸，具体而言，以本实施例为例，气缸组由背向相接的第一气缸和第二气缸组成，正如前面所述的一致，回中系统2中的第一进气选择阀202上的第一气路204接入至第一气缸的有杆腔，第二气路205接入至第二气缸的有杆腔；第二进气选择阀203上的第三气路接入至第一气缸上的无杆腔，第四气路接入至第二气缸上的无杆腔，摇摆系统1与回中系统2的连接方式如下：

摇摆系统1中的第三管路如果并入至第三气路上，第四管路则只能并入至第一气路204上；

或者摇摆系统1中的第三管路如果并入至第四气路上，第四管路则只能并入至第二气路205上；

或者摇摆系统1中的第三管路如果并入至第一气路204上，第四管路则只能并入至第三气路上；

或者摇摆系统1中的第三管路如果并入至第二气路205上，第四管路则只能并入至第四气路上；

也就是说，第三管路并入一个气缸的有杆腔或者无杆腔的输入气路上，第四管路则并入另一个气缸的无杆腔或者有杆腔的输入气路上。

下面根据实际工况，对控制系统如何实现集电杆的回中和摇摆进行详细说明，当车辆需要从线网获取电能时，集电杆升起一定的高度，此时，当车辆停靠位置不在线网正下方时，或者停靠在远离线网的位置时，现有技术中集电杆的垂直升降并不能使集电杆实现触网，因此，正如背景技术中所描述的，车辆通常必须停靠在线网的下方，对车辆的位置固定，导致在实际工况中对车辆的准确定位要求极高，对驾驶人员的要求较高，一旦稍微偏离停靠区域，就需要驾驶人员到车顶进行手动拉动集电杆，来实现与线网的接触。

下面以车辆在偏离线网的情形下如何实现集电杆触网为题来进行详细描述，假设线网处于车辆的左上方，首先按照现有技术中的方式，将集电杆垂直升起，到达一起的高度后，然后接通气源，气体进入至回中系统2中的电磁阀和摇摆系统1中的第一电磁阀101。

如图1所示，回中系统2中的第一进气选择阀202上的第一气路204接入至第一气缸的有杆腔，第二气路205接入至第二气缸的有杆腔；第二进气选择阀203上的第三气路接入至第一气缸上的无杆腔，第四气路接入至第二气缸上的无杆腔，摇摆系统1中的第三管路并入至第三气路上，第四管路并入至第一气路204上。

通常情形下，集电杆在处于车辆正上方时，一个气缸的有杆腔面积最大，无杆腔面积最小；另一个气缸的有杆腔面积最小，无杆腔面积最大，在本实施例中，为了更好的进行说明，假设第一气缸的有杆腔面积最大，无杆腔面积最小；第二气缸的有杆腔面积最小，无杆腔面积最大。

由于线网处于集电杆的左侧，需要集电杆向左摆动，此时，第一电磁阀101分配气流至第三管路上，第三管路的末端由于并入至第三气路上，而第三气路接入至第一气缸的有杆腔，通过在第一气缸的有杆腔充入气体，能够逐步增大第一气缸的有杆腔的面积，从而使第一气缸3的活塞杆缩进；第三气路内部的一部分气体还会向上游流动，流入至第二进气选择阀203内，从第四气路流出并进入至第二气缸4的有杆腔，从而使第二气缸的有杆腔的面积增大，无杆腔的面积缩小，这样活塞杆能够拉动集电杆向左摆动，在此，第一气缸和第二气缸同步运动，能够为集电杆提供足够的动力。

假设线网位于车辆的右上方，此时需要集电杆向右摆动，第一电磁阀101分配气流至第四管路上，第四管路的末端并入至第一气路204上，由于第一气路204接入至第二气缸的无杆腔，通过在第二气缸的无杆腔充入气体，能够逐步增大无杆腔的面积，使第二气缸的活塞杆伸长；由第四管路输入至第一气路204的气体有一部分沿着第一气路204向第一进气选择阀202流动，并从第二气路205流出，流入至第一气缸的无杆腔内，从而使第一气缸的无杆腔面积增大，有杆腔面积缩小，第一气缸的活塞杆伸长，拉动集电杆向右摆动。

诚然，以上两种摇摆系统1的控制方式，仅仅是摇摆系统1与回中系统2的一种连接方式所采用的方法，基于前述内容描述的摇摆系统1与回中系统2的四种连接方式，在采用上述思路的前提下，可以形成相应的方法，来实现对集电杆的左右摆动控制。

通过以上技术方案，本实施例所提供的搭线控制系统，尤其是在应用到集电杆时，对车辆与线网的位置停靠要求较低，驾驶员无需下车辅助搭线，通过智能化操作，集电杆能够进行相应的摆动实现自动搭线作业；同时，在脱网状态下，回中系统2能够保证准确回中。

实施例2

第二种用于集电杆的搭线控制系统，与实施例1相同，包括气源，通过气管与气源相接通的回中系统2和摇摆系统1，所述回中系统2包括控制单元，控制单元由电磁阀一206和电磁阀二207组成，气管端部分为分支管路一、分支管路二和分支管路三，分支管路一与电磁阀一206相接通，分支管路二与电磁阀二207相接通，分支管路三与摇摆系统1相接通。

电磁阀一206连接有第一进气选择阀202，电磁阀二207连接有第二进气选择阀203，第一进行选择阀连接有第一气路204和第二气路205，第二进气选择阀203连接有第三气路和第四气路。

气缸组由并行相接的背靠背相接的气缸组成，即将两个气缸的无杆腔相对连接形成一个子组，将若干子组并行，通过连接件将同一方向上的活塞杆连接，使得相对左侧的气缸同步运行，相对右侧的气缸同步运行。

在第一气路204上设置若干子路，分别进入靠左的不同气缸的有杆腔，子路与靠左的气缸数量相同；在第二气路205上设置若干子路，分别进入靠右的不同气缸的有杆腔，子路与靠右的气缸数量相同；在第三气路上设置若干子路，分别进入靠左的不同气缸的无杆腔，子路与靠左的气缸数量相同；在第四气路上设置若干子路，分别进入靠右的不同气缸的无杆腔，子路与气缸的数量相同。

摇摆系统1包括气控单元，气控单元由电磁阀和节流阀组成，节流阀安装于电磁阀的上游，电磁阀的底端连接有第三管路和第四管路，第三管路的另一端连接有第一保压电磁阀102，第四管路的另一端连接有第二保压电磁阀103。

第一保压电磁阀102的另一端连接有第五气路，第二保压电磁阀103的另一端连接有第六气路，第五气路的终端并入至第二气路205，第六气路的终端并入至第四气路。

下面结合具体的工作过程，对如何调整车顶的集电杆进行详细描述，车辆通常在顶部有两根并行的集电杆，分别与线网同步接触，由此可知，在本技术方案中，气管需要连接两组回中系统2和两组摇摆系统1，下面仅针对一组回中系统2和一组摇摆系统1如何控制集电杆进行回中作业和摆动作业进行详述。

当车辆停靠在远离线网一定的范围内，需要进行搭线作业时，将集电杆进行垂直上升，此过程可以参照现有技术，待集电杆升到一定高度时，停止上升，此时根据线网与车辆的位置关系，来判断需要进行左右摇摆。

当车辆位于线网的左侧时，此时集电杆需要向右摆动，接通气源，气体进入至摇摆系统1中的电磁阀，电磁阀接通第一进气选择阀202，第一进气选择阀202得电，第二进气选择阀203失电，气体沿着第五气路进入至第二气路205，经过第二气路205，一部分进入至靠右的气缸的有杆腔，同时，另一部分气流返回自电磁阀一206，并从电磁阀一206上的第一气路204流出，最终进入至靠左气缸的有杆腔，此时，气缸组能够在最短的时间内使有杆腔面积增大，无杆腔面积缩小，从而快速拉动集电杆向右摆动。

同样的道理，当车辆位于线网的右侧时，此时集电杆需要向左摆动，接通气源，气体进入至摇摆系统1中的电磁阀，电磁阀接通第二进气选择阀203，第二进气选择阀203得电，第一进气选择阀202失电，气体沿着第六气路进入至第四气路，经过第四气路，一部分进入至靠右的气缸的无杆腔，同时，另一部分气流返回自电磁阀一206，并从电磁阀一206上的第一气路204流出，最终进入至靠左气缸的无杆腔，此时，气缸组能够在最短的时间内使有杆腔面积缩小，无杆腔面积增大，从而使活塞杆快速拉动集电杆向左摆动。

采用以上技术方案，能够实现对集电杆的左右摆动控制，而且控制精准，稳定性强。

在搭线过程中，当集电杆到达某一位置或者偏转到某一角度恰好可以搭线时，此时启动相应线路上的保压电磁阀(即第一保压电磁阀102、第二保压电磁阀103)，采用保压电磁阀能够使集电杆恰巧恒定停留在该位置，从而方便集电杆进行进一步上升，完成搭线作业。

当集电杆搭线成功后，控制回中系统2的第一电磁阀101和第二电磁、摇摆系统1中的电磁阀和第一保压电磁阀102、第二保压电磁阀103，使其全部处于失电状态，这样气缸组中的有杆腔和无杆腔在进排气状态不受回中系统2和摇摆系统1的控制，集电杆可以随着车辆的行驶路线自由摆动，牵引活塞杆进行伸缩。

当车辆停靠在某位置需要脱线时，此时，利用回中系统2能够将集电杆回归到车辆的正上方，具体工作过程如下：当线网位于车辆的左侧时，接通气源，压缩气体进入至第一电磁阀101，第一电磁阀101得电后，气体进入至第一进气选择阀202，第一气路204和第二气路205同时通气，能够使气缸的有杆腔面积增大，无杆腔面积缩小，活塞杆能够拉动集电杆向右摆动；当线网位于车辆的右侧时，压缩气体进入至第二电磁阀，第二电磁阀得电后，气体进入第二进气选择阀203，第三气路和第四气路同时通气，能够使气缸的无杆腔面积增大，有杆腔面积缩小，活塞杆能够拉动集电杆向左摆动。

通过采用以上技术方案，本实施例2所提供的技术路线能够在集电杆摆动和回中过程中提供较大的动力，同时能够实现快速精准的控制，通过结合回中系统和摆动系统，实现了方便高效的控制，解决了现有技术中存在的控制精度差的问题。

另外，本实施例在摇摆系统中的电磁阀的上游增设有节流阀7，通过利用节流阀，能够控制气体的开度，保证输入的气体压力。

同时，在气管上设有截流开关5和减压阀6，通过利用截流开关能够控制回中系统、摇摆系统与气源的通断，利用减压阀能够调整从车辆方向输入的气体压力，保证进入回中系统和摇摆系统的气压符合系统需求。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。