一种智能超级电容牵引机车的制作方法

本实用新型涉及隧道施工专用机械设备领域，特别是涉及一种智能超级电容牵引机车。

背景技术：

盾构和TBM隧道施工挖掘出的渣土通常使用机车编组运输到竖井，通过门吊运输至地面后再做进一步处理。随着地铁施工市场竞争日益激烈，地铁施工不仅注重施工质量及施工进度，也要求采用更加高效、环保、可靠及免维护的新型能源，这时候需要考虑的一个重要问题便是新型能源在机车上的运用，传统的蓄电池在高频率的工作场合下，损耗严重，并且不环保。利用超级电容来牵引机车，损耗小，成本低。但是其充放电问题需要具有专门的控制装置和方法，才能降低过高的维护成本。因此要求机车电源相配套的控制装置具备充电快捷、维护简便，这样电源寿命周期内的成本才能减少。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术中，盾构机及TBM隧道施工运输所用机车电源充电的步骤繁琐及维护成本高的问题，提供一种结构简单、成本较低的智能超级电容牵引机车。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的智能超级电容牵引机车：含有机车本体、超级电容本体、整车控制系统，机车本体上设有超级电容本体和整车控制系统，超级电容本体电连接整车控制系统，整车控制系统电连接控制机车本体，所述整车控制系统含有BMS模块、PLC控制器、档位智能控制器、主令控制器、第一触摸显示屏、第二触摸显示屏和直流电源，其中BMS模块将超级电容本体的SOC信号通过CAN总线传入档位智能控制器的CAN1和CAN2端子，档位智能控制器端子组A3中的1、2、3、4、5、6、7端子分别对应接入PLC控制器的I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7端子，档位智能控制器端子组A2中的1、2、3、4、5、6、7端子分别对应接入主令控制器的2、4、6、8、10、12、14端子，档位智能控制器端子组A4中的1、2端子分别对应接入报警器的两端，PLC控制器的I0.0端子串联叫醒按钮后接入直流电源的正极，PLC控制器的CAN1端子通过CAN总线分别对应接入第一触摸显示屏、第二触摸显示屏和档位智能控制器中的CAN1端子，PLC控制器的CAN2端子通过CAN总线分别对应接入第一触摸显示屏、第二触摸显示屏和档位智能控制器中的CAN2端子；主令控制器的1、3、5、7、9、11、13端子均接入直流电源的正极，主令控制器的叫醒按键和叫醒按钮并联。

所述第一触摸显示屏显示机车的运行数据，第二触摸显示屏显示超级电容本体的运行数据。

所述叫醒按钮和叫醒按键均为非自锁式按压开关。

所述机车本体包括车体框架、司机室、配重、驱动装置、牵引电动机、行走装置、制动装置和监控仪表，车体框架上固定设有司机室、配重、驱动装置、牵引电动机、行走装置、制动装置和监控仪表，其中司机室位于车体框架的前端，配重位于车体框架的中部，驱动装置、牵引电动机、行走装置和制动装置分别位于车体框架的底部，监控仪表位于司机室内部的前端。

所述驱动装置为直流变频驱动装置。

所述超级电容本体的充电接口通过充电电缆连接充电机的充电枪，其中充电枪为单枪或双枪，单枪充电电流值小于200A，双枪充电电流值小于400A。

所述整车控制系统中直流电源的电压为24V。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.档位智能控制器，能够减少超级电容本体的过放，延长超级电容本体的使用寿命；

2.整车控制系统具备防昏睡功能，减少因操作人员疲劳造成事故；

3.调整了超级电容本体预充电路，使其跟符合机车实际使用，机车具有变频控制功能；

4.具备电源管理系统，使用寿命长，监控数据全面，可实时了解机车整体运行状况；

5.充电接口和协议采用电动汽车国标接口和通信协议，互换性好；

6.通过使用超级电容本体作为机车的电源，无需备用电池组，节省人力，时间、地点要求较低；

7.充电简便快捷，充电时间短，充电场地无限制；

8.效地解决了机车电源的充电步骤繁琐及其维护成本过高的问题，大大提高了施工的效率，节省施工费用，简化了机车电源的充电步骤，缩短施工工期。

附图说明

图1是本实用新型智能超级电容牵引机车的整体结构示意图；

图2是本实用新型智能超级电容牵引机车中整车控制系统的电路结构示意图;

图3是本实用新型智能超级电容牵引机车中整车控制系统中主令控制器的结构示意图。

具体实施方式

附图说明中标号1是司机室，2是配重，3是超级电容本体，4是牵引电动机，5是驱动装置，6是监控仪表，7是主令控制器，8是档位智能控制器，9是BMS模块，10是第一触摸显示屏，11是第二触摸显示屏，12是叫醒按钮，13是叫醒按键，14是PLC控制器，15是报警器。

图2中主令控制器7中的端子序号1-14，档位智能控制器8中端子组A2中的端子序号1-7，端子组A3中的端子序号1-7均为端子组的固有序号，和本方案中组成部件的序号1-15不相关。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型智能超级电容牵引机车作进一步说明：如图所示，本实施例中含有机车本体、超级电容本体3、整车控制系统，机车本体上设有超级电容本体3和整车控制系统，超级电容本体3做为电源给整台机车供电，超级电容本体3电连接整车控制系统，整车控制系统电连接控制机车本体，所述整车控制系统含有BMS模块9、PLC控制器14、档位智能控制器8、主令控制器7、第一触摸显示屏10、第二触摸显示屏11和24V直流电源，

其中整车控制系统中BMS模块9控制超级电容本体3充放电，BMS模块9监控超级电容本体3的运行情况，与PLC控制器14通信。如图2所示，BMS模块9将超级电容本体3的SOC信号通过CAN总线传入档位智能控制器8的CAN1和CAN2端子，根据超级电容本体3的运行情况调整机车运行状况。

档位智能控制器8端子组A3中的1、2、3、4、5、6、7端子分别对应接入PLC控制器14的I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7端子，其中PLC控制器14控制机车本体运行，档位智能控制器8端子组A2中的1、2、3、4、5、6、7端子分别对应接入主令控制器7的2、4、6、8、10、12、14端子，档位智能控制器8端子组A4中的1、2端子分别对应接入报警器15的两端，当BMS模块9检测超级电容本体3的SOC低于40%时，BMS模块9传输信号给档位智能控制器8，档位智能控制器8只允许端子组A3的2、3、4、5端子输出，限制最高档位为前后3档，这时通过报警器15发出报警提示。当SOC低于20%时，BMS模块9传输信号给档位智能控制器8，档位智能控制器8只允许端子组A3的2、3、4端子输出，限制最高档位为前后2档，通过报警器15对司机进行语音提醒，提醒司机对超级电容本体3进行充电。

PLC控制器14的I0.0端子串联叫醒按钮12后接入24V直流电源的正极，PLC控制器14的CAN1端子通过CAN总线分别对应接入第一触摸显示屏10、第二触摸显示屏11和档位智能控制器8中的CAN1端子，PLC控制器14的CAN2端子通过CAN总线分别对应接入第一触摸显示屏10、第二触摸显示屏11和档位智能控制器8中的CAN2端子，第一触摸显示屏10和第二触摸显示屏11通过CAN总线与BMS模块9和PLC控制器14通信和交换数据，PLC控制器14根据通信数据调整机车运行状况。主令控制器7的1、3、5、7、9、11、13端子均接入24V直流电源的正极，主令控制器7的叫醒按键13和叫醒按钮12并联。

所述第一触摸显示屏10显示机车的运行数据，第二触摸显示屏11显示超级电容本体3的运行数据。

所述叫醒按钮12和叫醒按键13均为非自锁式按压开关。

整车防昏睡功能的原理如下：机车操作人员不在规定时间，如25s内按下叫醒按键13或主令控制器7上的叫醒按钮12，PLC控制器14的I1.0端子未接收到高电平信号，PLC控制器14会强制机车急停并通过CAN总线发送信号给BMS模块9切断超级电容本体3的电源供应。

所述机车本体包括车体框架、司机室1、配重2、牵引电动机4、行走装置、制动装置和监控仪表6，车体框架上固定设有司机室1、配重2、驱动装置5、牵引电动机4、行走装置、制动装置和监控仪表6，其中司机室1位于车体框架的前端，配重2位于车体框架的中部，驱动装置5、牵引电动机、行走装置和制动装置分别位于车体框架的底部，监控仪表6位于司机室内部的前端。

所述驱动装置5为直流变频驱动装置。

所述超级电容本体3的充电接口通过充电电缆连接充电机的充电枪，其中充电枪为单枪或双枪，单枪充电电流值小于200A，双枪充电电流值小于400A。充电接口和协议采用电动汽车国标接口和通信协议，互换性好。整车控制系统中直流电源的电压为24V。

超级电容本体3上电预充，超级电容本体3上电若检测充电桩不在线，则认为放电状态，闭合预充继电器，给点击控制器电容充电，预充3S后闭合放电继电器，延时2S后断开预充继电器，系统完成预充。