一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统及控制方法与流程

本发明属于铁路冷链物流领域，具体涉及一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统及其控制方法。

背景技术：

现代化物流技术的飞速发展给人们的生活带来便利的同时，人们的多样化需求也催生着现有物流技术的进步与新型物流技术的诞生，例如冷链物流技术。冷链物流是指冷冻物品在从供应地向接收地的实体流动过程中，将运输、储存、装卸搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合起来。冷链物流比一般常温物流系统的要求更高、更复杂，建设投资也要大很多，是一个庞大的系统工程，其时效性要求冷链各环节具有更高的组织协调性，冷链物流的运作始终是和能耗成本相关联。

目前主流的冷链运输形式包括：空运、海运、铁路、公路等。这些传统的运输方式中，物流运输网络庞大，运输步骤繁杂，需要经过诸多程序，人工劳动强度高、效果差，搬运时有损伤、易出差错，运输环境不稳定，运输过程影响因素众多，容易受交通拥堵和雨雪天气等影响，难以管理和掌控。而管道传输系统的产生已不仅实现了物品传送，更实现了物流管理的优化，使物流运输及管理更加便捷高效。

虽然在气液运输领域，也有以管道作为媒介的，比如现有的城市自来水、暖气、煤气、石油和天然气输送管道、排污管道等。但是这类管道只能运输气液等流体物质，无法适应固体货物的运输需求。

进一步的，在铁路冷链物流领域，铁路冷链物流集散基地之间和/或上下游之间，未见有采用管道运输方式的相关报道；而在传统管道运输领域，从未见有用于铁路冷链物流领域的相关应用，对铁路冷链物流管道运输中冷链传输管道分支转向等问题则更无从涉及。申请人首次提出的一种冷链物流管道运输方式以及一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统及其控制方法，旨在利用管道运输的优势，解决铁路冷链物流长期面临的问题。

技术实现要素：

本发明认识到并提出，传统的管道物流一般从大集散地到小集散地，而且是单根管道单向传递，这种方式虽然传输速度较快，但事实上集散地较为分散，若以集散地作为中转站，将使得整个管线网络庞大且运行效率低下，在铁路冷链物流领域已不能满足复杂的调配需求；单根管道单向运输，一次只能完成一次接收或一次发送，效率低下，而且是两点之间的单线单向传递，不能实现一地发往多地或一地接收多地冷链货物的功能；传统管道在分支处的转向，没有考虑和设置减速装置，转向过程中存在不可避免的碰撞，而且由于通过平顺性、角度的要求，在直角甚至更大角度转向的情况下无法使用，转向处的管道普遍较长，系统庞大，占地多。针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统及其控制方法，通过冷链传输管道实现了点对点的自动化运输，高速低噪，极大的提升运输效率，有效的解决了管道系统错综繁杂，路径规划复杂、货物间易发生碰撞的难题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，所述铁路冷链物流管道系统包括铁路冷链物流集散基地，铁路冷链物流集散基地之间和上下游通过冷链传输管道连接，冷链集装器运行于冷链传输管道中，所述冷链传输管道配置为所述冷链集装器的引导通道，所述冷链集装器内设冷链腔室，该冷链腔室内装载冷链货物；

所述铁路冷链物流管道系统还包括多孔转向底座，分布于冷链传输管道的换向节点处；所述多孔转向底座在周向上具有多个朝向不同方向的孔位，分别与冷链传输管道的不同分支进行无缝对接；

所述多孔转向底座均具有转向台，用于将冷链集装器进行转向，即从一根管道方向转换到另一根管道方向，同时作为冷链集装器的临时停放点；该转向台包括货物停放仓，用于临时停放冷链集装器，还包括监测装置，用于监测转向台内是否有冷链集装器停留；所述转向台构造为在不同的孔位之间可旋转地切换、接收和发射冷链集装器；

所述铁路冷链物流管道系统还包括电磁加减速单元，其至少配置在货物停放仓的外围；所述冷链集装器安装有磁铁；

所述电磁加减速单元配置为可选择性地产生与所述冷链集装器磁铁相异或相同的磁极，对运行而来的冷链集装器进行电磁减速止停，对货物停放仓内待发送的冷链集装器进行电磁加速启动。

优选地，所述多孔转向底座为圆柱状结构，内部设有空腔；

所述转向台为饼状，设置在所述空腔中。

优选地，所述货物停放仓设置在所述转向台的直径方向上。

优选地，所述电磁加减速单元包括第一环形电磁加减速器；

所述第一环形电磁加减速器包括电磁线圈、电磁控制器；

所述电磁线圈围绕所述货物停放仓的管壁，其构造为通入不同方向的电流，在所述电磁线圈包裹的管道区域产生不同方向的磁场，通过相反或相同的磁场对冷链集装器进行加速或减速。

优选地，所述电磁加减速单元包括第二环形电磁加减速器；

所述第二环形电磁加减速器包括支路管道电磁线圈、电磁控制器；

所述支路管道电磁线圈设置于支路管道的两端的管壁，其构造为通入不同方向的电流，在所述支路管道电磁线圈包裹的管道区域产生不同方向的磁场，通过相反或相同的磁场对通过的冷链集装器进行加速或减速。

优选地，所述货物停放仓和所述支路管道的管壁采用中空设计，包括管道内壁和管道外壁，所述电磁线圈和所述支路管道电磁线圈均设置在管道内壁和管道外壁之间。

优选地，所述支路管道上还设有感应器，分布于所述支路管道电磁线圈的两侧，用于探测冷链集装器的运行速度和方向。

优选地，所述冷链集装器包括轮毂，所述轮毂安装于所述冷链集装器的前后两端，所述轮毂的周向上均布有若干导向轮且通过各自的导向轮转轴固定于所述轮毂，所述轮毂通过所述导向轮滚动支撑于所述冷链传输管道中；

所述冷链集装器包括还包括触发器，用于在经过所述感应器时触发该感应器。

优选地，所述轮毂的外端还设置有定位装置和防碰撞装置；

所述防碰撞装置包括缓冲头和缓冲弹簧，所述缓冲弹簧设置于所述缓冲头和所述轮毂之间。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，还提供了一种如前所述的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统的控制方法，包括如下步骤：

s1、冷链集装器从铁路冷链物流集散基地的货物始发站输送到第一个转向台上；

s2、通过第二个转向台上的监测装置实时传回的信号判断该转向台是否空闲；

s3、若不空闲，则冷链集装器在第一个转向台上停留；

s4、若空闲，则通过经由上位机计算反馈回的转向角度信息，对第一个转向台和第二个转向台进行旋转固定角度，使得两个转向台正对，同时，在第一个转向台的电磁线圈中通电，将冷链集装器电磁加速发射出去；在第二个转向台的电磁线圈中通电，将运行而来的冷链集装器电磁减速加速止停在第二转向台中；

s5、冷链集装器从第二转向台重复步骤s2-s4转至下一个转向台前，通过设置在冷链集装器上的定位装置判断冷链集装器所在位置，由系统原先设定好的路径规划来决定冷链集装器的下一个转向台，直至输送到最后一个转向台，即货物达到目的地；

优选地，在s4中，在冷链集装器发射后，在支路管道的前半段对冷链集装器再进行电磁加速，在支路管道的后半段对冷链集装器在到达前预先进行电磁减速。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明在冷链物流领域，开创性地提出了一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统及其控制方法，突破了流体管道的限制，实现了冷链货物的管道传输，进一步地，冷链货物在冷链传输管道中运输时，通过多个多孔转向底座和转向台结构构造了独特的冷链传输管道网络，冷链集装器在铁路冷链物流管道系统中传输时，各个冷链集装器通过协调与控制，实现了不同冷链集装器的路径规划，并防止了冷链集装器间发生碰撞。

2、通过固定管道实现点对点的自动化运输，安全高速、低噪低阻，极大地提升运输效率，有效解决冷链物流最后一公里的问题。点对点的管道传输形式，空间相对封闭，温度湿度等环境因素相对恒定且可控；不会受到交通拥堵、交通事故、恶劣天气的影响，且不存在汽车尾气、航空废气、航运排污等环境问题，总体能耗低。

3、本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，通过多个多孔转向台底座，冷链传输管道分支，转向台和冷链集装器的构造，可实现冷链货物的多方向传输，且单次可传输多个冷链集装器，效率高。

4、本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，通过转向台自身的电磁发射装置来实现接收冷链集装器时的电磁减速缓冲，以及主动发送至下一个转向台，通过非接触式的反作用力进行加减速，有效保证了冷链货物和管道系统的安全。

5、本发明的冷链物流管道电磁加减速系统，通过环形电磁加减速器的构造，电磁线圈的匝数根据需求可调整，环形电磁加减速线圈通入不同方向的电流时，线圈两端会产生不同的磁极，当磁极与集装器端部电磁铁磁极相同时，对集装器排斥，即减速；当磁极与集装器端部电磁铁磁极相异时，对集装器吸引，即加速，从而同一个环形电磁加减速器可以兼顾加速和减速功能。

6、本发明的冷链物流管道电磁加减速系统，一方面，冷链传输管道的管壁采内壁和外壁的中空设计，管道内壁和管道外壁之间均布加强肋板，保证隔热性的同时满足管道的强度，以段为单位的管道与管道之间通过法兰连接；另一方面，将电磁线圈设置在管道内壁和管道外壁之间，无论是管道埋地还是架空都基本不外露，对电磁线圈进行由了有效地保护，而且，在特殊管道段预制时就能方便的进行安装，加快了施工速度。

7、本发明的冷链物流管道电磁加减速系统，可以根据需求设置多套电磁加减速单元前后间隔设置，对冷链集装器进行分层级加速或减速，以实现冷链集装器速度的更精确控制。

8、本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，转向台之间的冷链传输管道长度可根据实际情况调整，从一个转向台到下一个转向台单次传输的冷链集装器数量可为单个或者多个；冷链集装器的两端部配有防碰撞装置，包括缓冲头和缓冲弹簧，缓冲头优选为永磁磁铁，磁铁正反面为正负极，通过同级相斥的原理实现冷链集装器之间的防碰撞。

9、本发明的铁路冷链物流管道系统的硬件组成结构，分为上位机层，传感器层和执行层，上位机层由pc机组成，传感器层包括了红外传感器和定位器，执行层包括了转向台，电磁加减速单元；通过红外传感器来判断转向台是否空闲；通过安装在冷链集装器端部的定位装置来确定冷链货物的位置信息；转向台的转向角度是通过冷链集装器上定位装置传输位置信息给上位机，经过上位机算法处理后，传回给转向机构后得到的。

10、本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，模块化程度高，扩展性强，传输距离长，可处理数量不限的转向台的转向信息，可对大批量的货物进行路径规划和传输，稳定性高。

附图说明

图1是本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统的整体结构示意图；

图2是本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统的多孔转向底座及转向台示意图；

图3是本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统的冷链集装器示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。

如图1-3所示，本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，所述铁路冷链物流管道系统包括铁路冷链物流集散基地，铁路冷链物流集散基地之间和/或上下游通过冷链传输管道连接，冷链集装器6运行于冷链传输管道中，所述冷链传输管道配置为所述冷链集装器的引导通道，所述冷链集装器内设冷链腔室，该冷链腔室内装载冷链货物。

所述铁路冷链物流管道系统还包括多孔转向底座1，分布于冷链传输管道的换向节点处；所述多孔转向底座1在周向上具有多个朝向不同方向的孔位102，分别与冷链传输管道的不同分支进行无缝对接。所述多孔转向底座1均具有转向台105，用于将冷链集装器进行转向，即从一根管道方向转换到另一根管道方向，同时作为冷链集装器的临时停放点；该转向台包括货物停放仓103，用于临时停放冷链集装器，还包括监测装置106，用于监测转向台内是否有冷链集装器停留；所述转向台构造为在不同的孔位之间可旋转地切换、接收和发射冷链集装器。

所述铁路冷链物流管道系统还包括电磁加减速单元，其至少配置在货物停放仓的外围；所述冷链集装器安装有磁铁603；所述电磁加减速单元配置为可选择性地产生与所述冷链集装器磁铁相异或相同的磁极，对运行而来的冷链集装器进行电磁减速止停，对货物停放仓内待发送的冷链集装器进行电磁加速启动。

所述多孔转向底座1为圆柱状结构，内部设有空腔；所述转向台为饼状，设置在所述空腔中。所述货物停放仓设置在所述转向台的直径方向上。

本发明在冷链物流领域，开创性地提出了一种铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，突破了流体管道的限制，实现了冷链货物的管道传输，进一步地，冷链货物在冷链传输管道中运输时，通过多个多孔转向底座和转向台结构构造了独特的冷链传输管道网络，冷链集装器在铁路冷链物流管道系统中传输时，各个冷链集装器通过协调与控制，实现了不同冷链集装器的路径规划，并防止了冷链集装器间发生碰撞。通过固定管道实现点对点的自动化运输，安全高速、低噪低阻，极大地提升运输效率，有效解决冷链物流最后一公里的问题。点对点的管道传输形式，空间相对封闭，温度湿度等环境因素相对恒定且可控；不会受到交通拥堵、交通事故、恶劣天气的影响，且不存在汽车尾气、航空废气、航运排污等环境问题，总体能耗低。本发明的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统，通过多个多孔转向台底座，冷链传输管道分支，转向台和冷链集装器的构造，可实现冷链货物的多方向传输，且单次可传输多个冷链集装器，效率高。

如图1，所述电磁加减速单元包括第一环形电磁加减速器；所述第一环形电磁加减速器包括电磁线圈104、电磁控制器3，通过信号线2相连；所述电磁线圈104围绕所述货物停放仓103的管壁，其构造为通入不同方向的电流，在所述电磁线圈104包裹的管道区域产生不同方向的磁场，通过相反或相同的磁场对冷链集装器6进行加速或减速。

如图1，所述电磁加减速单元包括第二环形电磁加减速器；所述第二环形电磁加减速器包括支路管道电磁线圈5、电磁控制器3，通过信号线2相连；所述支路管道电磁线圈5设置于支路管道7的两端的管壁，其构造为通入不同方向的电流，在所述支路管道电磁线圈5包裹的管道区域产生不同方向的磁场，通过相反或相同的磁场对通过的冷链集装器6进行加速或减速。

优选地，所述货物停放仓103和所述支路管道7的管壁采用中空设计，包括管道内壁和管道外壁，所述电磁线圈104和所述支路管道电磁线圈5均设置在管道内壁和管道外壁之间。

优选地，所述支路管道7上还设有感应器4，分布于所述支路管道电磁线圈5的两侧，用于探测冷链集装器6的运行速度和方向。

优选地，所述冷链集装器包括轮毂，所述轮毂安装于所述冷链集装器的前后两端，所述轮毂的周向上均布有若干导向轮602且通过各自的导向轮转轴固定于所述轮毂，所述轮毂通过所述导向轮滚动支撑于所述冷链传输管道中；

所述冷链集装器包括还包括触发器601，用于在经过所述感应器4时触发该感应器。

优选地，所述轮毂的外端还设置有定位装置和防碰撞装置；

所述防碰撞装置包括缓冲头和缓冲弹簧，所述缓冲弹簧设置于所述缓冲头和所述轮毂之间。

为实现上述目的，按照本发明的第二方面，还提供了一种如前所述的铁路冷链物流电磁式节点换向的管道系统的控制方法，包括如下步骤：

s1、冷链集装器从铁路冷链物流集散基地的货物始发站输送到第一个转向台上；

s2、通过第二个转向台上的监测装置实时传回的信号判断该转向台是否空闲；

s3、若不空闲，则冷链集装器在第一个转向台上停留；

s4、若空闲，则通过经由上位机计算反馈回的转向角度信息(控制信息可通过can总线或者485总线的形式实现)，对第一个转向台和第二个转向台进行旋转固定角度，使得两个转向台正对，同时，在第一个转向台的电磁线圈中通电，将冷链集装器电磁加速发射出去；在第二个转向台的电磁线圈中通电，将运行而来的冷链集装器电磁减速加速止停在第二转向台中；

s5、冷链集装器从第二转向台重复步骤s2-s4转至下一个转向台前，通过设置在冷链集装器上的定位装置判断冷链集装器所在位置，由系统原先设定好的路径规划来决定冷链集装器的下一个转向台，直至输送到最后一个转向台，即货物达到目的地；

优选地，在s4中，在冷链集装器发射后，在支路管道的前半段通过第二电磁加减速单元对冷链集装器再进行电磁加速，在支路管道的后半段通过第二电磁加减速单元对冷链集装器在到达前预先进行电磁减速。

本发明的铁路冷链物流管道系统的控制系统硬件结构包括了上位机层，传感器层和执行层。其中，上位机层主要由pc机组成，用于控制整个系统的运行；传感器层主要包括红外传感器和定位器，作用是将检测到的信息实时反馈于上位机层，上位机层根据反馈的信息进行相应的决策；执行层包括了转向台，电磁加减速单元；执行层是系统的最终控制对象，执行层根据上位机层发出的指令来执行相应的动作，实现物流管道内货物的精准传输。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。