本實(shí)用新型涉及一種隧道施工用牽引機(jī)車(chē)，尤其是一種超級(jí)電容式直交變頻牽引機(jī)車(chē)。

背景技術(shù)：
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目前隧道施工用牽引機(jī)車(chē)大多數(shù)都是用蓄電池作為動(dòng)力源的隧道工程電力牽引機(jī)車(chē)，一方面，由于蓄電池的功率密度較低，為滿足牽引機(jī)車(chē)在啟動(dòng)、爬坡、加速等方面的大功率脈動(dòng)需求，選用的蓄電池容量往往超過(guò)隧道工程電力牽引機(jī)車(chē)的實(shí)際需要，這相應(yīng)地會(huì)導(dǎo)致蓄電池重量、體積及成本的增加。另一方面，蓄電池的反復(fù)充放電次數(shù)只有數(shù)千次，正常工作溫度范圍窄，大電流充放電也會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命，使得蓄電池電源壽命周期短，全壽命周期成本高。以下文中“隧道工程牽引機(jī)車(chē)”簡(jiǎn)稱“牽引機(jī)車(chē)”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種超級(jí)電容式直交變頻牽引機(jī)車(chē)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案：

一種超級(jí)電容式直交變頻牽引機(jī)車(chē)，包括操作控制系統(tǒng)、車(chē)體、行走裝置、制動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、變頻器、手動(dòng)轉(zhuǎn)閥、空氣制動(dòng)接口、傳動(dòng)軸、減速箱、氣缸彈簧腔、交流電機(jī)、行走車(chē)輪、氣缸、腳制動(dòng)閥、后置彈簧，所述車(chē)體上設(shè)有超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊的兩側(cè)分別設(shè)有配重塊，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊上設(shè)有空調(diào)，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊內(nèi)部充有氮?dú)?，所述?chē)體的前端設(shè)有防溜制動(dòng)裝置。

所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊由若干超級(jí)電容器進(jìn)行串并聯(lián)組合而成。

由于采用如上所述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)越性：

本實(shí)用新型所述的一種超級(jí)電容式直交變頻牽引機(jī)車(chē)，超級(jí)電容功率密度是蓄電池的功率密度的10-100倍，可以為牽引機(jī)車(chē)在啟動(dòng)、加速、爬坡時(shí)提供強(qiáng)大的電流，避免了蓄電池的大電流放電；而在下坡或制動(dòng)時(shí)，回饋的大電流被超級(jí)電容有效吸收的同時(shí)保護(hù)了整車(chē)電器系統(tǒng)不受大電流的沖擊。另外，由于超級(jí)電容的儲(chǔ)能過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且是可逆的，反復(fù)充電數(shù)十萬(wàn)次，且其充電時(shí)間短、充電效率高，免維護(hù)全壽命周期成本相對(duì)較低。

附圖說(shuō)明：

圖1是本實(shí)用新型的主視圖；

圖2是本實(shí)用新型的俯視圖；

其中：1、操作控制系統(tǒng)；2、車(chē)體；3、行走裝置；4、超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊；5、制動(dòng)裝置；6、傳動(dòng)系統(tǒng)；7、變頻器；8、手動(dòng)轉(zhuǎn)閥；9、空氣制動(dòng)接口；10、傳動(dòng)軸；11、減速箱；12、氣缸彈簧腔；13、交流電機(jī)；14、行走車(chē)輪；15、氣缸；16、腳制動(dòng)閥；17、后置彈簧；18、配重塊；19、防溜制動(dòng)裝置。

具體實(shí)施方式：

通過(guò)下面的實(shí)施例可以更詳細(xì)的解釋本實(shí)用新型，公開(kāi)本實(shí)用新型的目的旨在保護(hù)本實(shí)用新型范圍內(nèi)的一切變化和改進(jìn)，本實(shí)用新型并不局限于下面的實(shí)施例；

結(jié)合附圖所述的一種超級(jí)電容式直交變頻牽引機(jī)車(chē)，包括操作控制系統(tǒng)1、車(chē)體2、行走裝置3、制動(dòng)裝置5、傳動(dòng)系統(tǒng)6、變頻器7、手動(dòng)轉(zhuǎn)閥8、空氣制動(dòng)接口9、傳動(dòng)軸10、減速箱11、氣缸彈簧腔12、交流電機(jī)13、行走車(chē)輪14、氣缸15、腳制動(dòng)閥16、后置彈簧17，所述車(chē)體2上設(shè)有超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊4，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊4的兩側(cè)分別設(shè)有配重塊18，由于隧道內(nèi)施工環(huán)境溫度及高寒地區(qū)的影響，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊4上安裝有空調(diào)，防止低溫環(huán)境和高溫環(huán)境對(duì)其性能的影響；作為牽引機(jī)車(chē)的儲(chǔ)能裝置，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊4采用了防爆措施，其內(nèi)部填充有足量的氮?dú)?，所述?chē)體2的前端設(shè)有防溜制動(dòng)裝置19。

在所述牽引機(jī)車(chē)應(yīng)用中，所述超級(jí)電容器儲(chǔ)能模塊4可以等效為一個(gè)理想電容器C與一個(gè)較大阻值的電阻R1并聯(lián)，再與一個(gè)較小阻值的電阻R相串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，等效串聯(lián)電阻R一方面在充放電時(shí)產(chǎn)生熱損耗并引起超級(jí)電容發(fā)熱，另一方面在放電過(guò)程中由于電阻的分壓作用而縮小放電電壓范圍，R1在超級(jí)電容長(zhǎng)時(shí)間保持靜態(tài)儲(chǔ)能狀態(tài)時(shí)，才會(huì)對(duì)超級(jí)電容產(chǎn)生影響。因此，在超級(jí)電容充放電過(guò)程中，通?？梢院雎訰1的作用，綜上所述，在進(jìn)行儲(chǔ)能單元設(shè)計(jì)時(shí)，超級(jí)電容簡(jiǎn)化為一個(gè)理想電容器C與一個(gè)阻值較小的電阻R相串聯(lián)的模型。

通過(guò)分析45噸超級(jí)電容式變頻牽引機(jī)車(chē)設(shè)定的實(shí)際工況，認(rèn)為一旦牽引機(jī)車(chē)運(yùn)行中2‰的坡道占總運(yùn)行距離1/3以上時(shí)，存在牽引機(jī)車(chē)頻繁地大功率牽引輸出和制動(dòng)回饋問(wèn)題。

在這種運(yùn)行條件下，考慮用超級(jí)電容器電源系統(tǒng)代替蓄電池電源，假定電力牽引機(jī)車(chē)以常用速度勻速運(yùn)行、輔助系統(tǒng)、牽引機(jī)車(chē)的啟動(dòng)、加速功率等需要的功率均由超級(jí)電容組提供。

根據(jù)牽引機(jī)車(chē)在不同線路條件下，假定45噸牽引機(jī)車(chē)以8km/h的常用速度重載勻速行駛，持續(xù)牽引力為92kN，計(jì)算得出輸出功率P與持續(xù)時(shí)間t的關(guān)系曲線，可得出牽引機(jī)車(chē)以8km/h的常用速度勻速運(yùn)行時(shí)，最多需要蓄電池容量為460A.h，正常使用情況下，蓄電池最多可放出80％的容量，因此蓄電池容量的下限為460/0.8＝575A.h，考慮留有一定的裕度，可以把蓄電池的容量選為600A.h，蓄電池選取264節(jié)，單節(jié)額定電壓2V，總電壓為528V。牽引機(jī)車(chē)需要輸出的功率為P＝FV＝92×8×10³/3600/0.96＝213kW，圓整到標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)功率，選用兩臺(tái)110kW主電機(jī)。

由超級(jí)電容器系統(tǒng)作為電源，根據(jù)超級(jí)電容器的特性，需提供220kW的功率。

a)數(shù)值的選取

1)轉(zhuǎn)換效率η＝η₁η₂，其中η₁為電力電子變換器的效率，一般在90％以上；η₂為超級(jí)電容儲(chǔ)能模塊的效率，通常取80％以上才具有實(shí)用意義。所以，取η₁＝0.9，η₂＝0.8，η＝0.72。

2)選用某公司的S585V73-K7型超級(jí)電容模塊，容量C＝2200F，工作電壓為U＝590V，儲(chǔ)存能量60kwh，單體電壓4.1V，單體容量20000F。

b)電容數(shù)量的確定

1)根據(jù)輸出功率與時(shí)間的關(guān)系曲線，可得m×n≈2330，推出每組串聯(lián)的超級(jí)電容組的數(shù)目m＝U/4.1＝143.9，取m＝144，并聯(lián)數(shù)目n＝2330/144＝16.18，取16，設(shè)置成2×8組，最終得到超級(jí)電容的總數(shù)為：m×n＝144×2×8＝2304，即2×8并144串。

以上內(nèi)容中未細(xì)述部份為現(xiàn)有技術(shù)，故未做細(xì)述。