[发明专利]无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统

权利要求书

1.一种无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统，包括高架桥轨道、地面轨道、无床轨道、长轨道槽、高压输电线、开关控制器、光电接近开关、智能接触线、高铁动车组、独立受电牵引单元、底置受电弓，其特征在于：所述无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统设置高架桥轨道，高架桥轨道是一种享有的独立路权的高速通道，高架桥轨道与地面公路之间是互不干涉的立体交通，高架桥轨道设置多个等分的工字形桥墩（1），多个工字形桥墩上端设置长平台梁（2），长平台梁上端设置无床轨道，无床轨道省去了现有高铁轨道的有砟轨道床或者无砟轨道床，无床轨道上端设置左无缝钢轨（3）和右无缝钢轨（4），左、右无缝钢轨承载高铁动车组（5），高铁动车组设有头车厢和尾车厢，头车厢和尾车厢之间设有多节中车厢，每个车厢均为独立受电牵引单元，多个独立受电牵引单元的下端均设置底置受电弓（6）；高架桥右端设置多个等分的高压杆（7），高压杆上端设置高压绝缘子（8）、高压输电线（9）和变流器，无床轨道的中部设有多个等分的短接触线（10），所述短接触线与现代高铁接触网中的长接触线的结构相同，是一种铜包钢结构的裸体线，多个短接触线之间互相绝缘、并联耦合，组成很长的智能接触线，所述多个变流器均设有高压电子开关，分别给对应的多个短接触线进行区间动态供电，给智能接触线输入中压直流电源；所述智能接触线设有刚性支撑机构，所述多个底置受电弓设有弹性支撑机构，多个底置受电弓的下端均设有碳刷板（11），受电弓的弹性压力使碳刷板与智能接触线接触导电，多个碳刷板获取中压直流电源分别输送到高铁动车组的多个独立受电牵引单元，高铁动车组行驶时，多个底置受电弓在智能接触线上滑动接触导电，智能接触线跟随高铁动车组自动切换前、后短接触线，碳刷板不间断地给高铁动车组供电，行驶中，高铁动车组以外的智能接触线均为断电状态；所述高架桥轨道的线路上埋设排列整齐的等分的多个工字形桥墩，多个工字形桥墩的高度均相等，多个工字形桥墩之间的距离均为35米，多个工字形桥墩的上端设有长平台梁，长平台梁上端设置无床轨道，所述无床轨道左端设有多个等分的左半枕（12），所述左半枕为方块形，多个左半枕前、后之间的距离与现有高铁轨道的轨枕间距相等，多个左半枕中部均设有前螺杆孔和后螺杆孔，前、后螺杆孔上端均设有螺帽腔（13），长平台梁左端设有多个前螺杆（14）和后螺杆（15），多个前螺杆和后螺杆预制在长平台梁内部，多个前螺杆和后螺杆分别与多个左半枕的前螺杆孔和后螺杆孔对应，多个前螺杆和后螺杆上端均设有半枕螺帽（16），多个半枕螺帽均位于多个螺帽腔内，多个左半枕与长平台梁左上端平面之间均设有方形橡胶垫（17），方形橡胶垫与左半枕底部的方形一致，方形橡胶垫中部设有前定位孔和后定位孔，前定位孔和后定位孔内分别是前螺杆和后螺杆，多个半枕螺帽将多个左半枕紧固在长平台梁的左边上端；长平台梁右上端设有多个右半枕（18），多个右半枕与多个左半枕的型号、结构均相同，多个右半枕与多个左半枕分别左、右对应，多个右半枕与多个左半枕对称于长平台梁左、右端，多个右半枕与多个左半枕上端均设有左螺丝钉（19）和右螺丝钉（20），左螺丝钉和右螺丝钉均预制在与多个左半枕和多个右半枕的内部，多个左螺丝钉和右螺丝钉上端均设有轨道扣件（21）和轨道螺帽（22），多个左半枕的上端安装左无缝钢轨，左无缝钢轨设有多个左地线接线桩（23），多个左地线接线桩均连接左接地线（24）；多个右半枕的上端安装右无缝钢轨，右无缝钢轨设有多个右地线接线桩（25），多个右地线接线桩均连接右接地线（26），多个轨道扣件和轨道螺帽将左、右无缝钢轨分别紧固在多个左半枕和多个右半枕的上端，组成所述无床轨道；所述工字形桥墩和长平台梁以及左、右半枕均用钢筋混凝土制造，所述左、右半枕与长平台梁紧固为一体，相当于现有高铁轨道所用的轨枕，作用于左、右无缝钢轨的固定连接，左、右半枕的高度和宽度均大于现有高铁轨道轨枕的高度和宽度；所述左、右无缝钢轨的型号以及左、右无缝钢轨的安装工艺，与现有高铁轨道的左、右无缝钢轨的型号及安装工艺相同；所述无床轨道设有多个轨道伸缩调节器，长距离左、右无缝钢轨热胀冷缩的变化与现有高铁轨道长距离左、右无缝钢轨热胀冷缩的变化相同；左、右无缝钢轨互相平行，高铁动车组的左、右车轮分别座落在左、右无缝钢轨上端，多个前螺杆和后螺杆将多个左、右半枕的位置稳定在长平台梁的左、右端，无床轨道的结构稳定性与现有高铁轨道的结构稳定性相同，多个左、右半枕相当于现有高铁轨道多个轨枕的功能，多个左、右方形橡胶垫作用于轨道的减震、减噪音，多个左、右方形橡胶垫代替了体积庞大的有砟轨道床或者无砟轨道床；所述无床轨道包括单通道无床轨道和双通道无床轨道，双通道无床轨道设有左无床轨道和右无床轨道，左、右两个无床轨道的结构相同，左无床轨道和右无床轨道对称于长平台梁的左、右端；所述无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统设置地面轨道，地面轨道一般用于高铁站区域，所述地面轨道的路面上设有钢筋混凝土长平台（27），钢筋混凝土长平台与高架桥轨道的长平台梁相同，钢筋混凝土长平台上设置的无床轨道与长平台梁设置的无床轨道相同，地面轨道右端地面设置多个等分的高压杆，高压杆上端设置高压绝缘子、高压输电线和变流器，与高架桥轨道的高压杆、高压绝缘子、高压输电线和变流器相同，因此，地面轨道除了没有桥墩外，地面轨道的整体结构特征与高架桥轨道的整体结构特征均相同；多个左半枕和多个右半枕之间的空间在长平台梁中部形成长轨道槽（28），长轨道槽底部设有多个等分的接触线张紧机（29），多个接触线张紧机之间的距离均为1000米，多个接触线张紧机的结构均相同，所述接触线张紧机的右前端设有第一绝缘子（31），接触线张紧机的左后端设有第二绝缘子（30），第一绝缘子和第二绝缘子的下端固定在长轨道槽底部，第一绝缘子和第二绝缘子的上端均设有连接螺丝钉（32），连接螺丝钉上端均设有紧固螺丝帽（33），接触线张紧机设有张紧滑轮架，张紧滑轮架设有左条形板（34）和右条形板（35），左条形板和右条形板的前端均设有前轴孔，左、右前轴孔内安装前轮轴（36），前轮轴上安装前滑轮（37）；左条形板和右条形板的后端均设有后轴孔，左、右后轴孔内安装后轮轴（38），后轮轴上安装后滑轮（39），前、后滑轮的圆周均设有滑轮槽，前、后滑轮均为绝缘体；左条形板和右条形板的前下端焊接前连接板（40），前连接板右端设有螺丝孔，前紧固螺丝帽将前连接板右端固定在第一绝缘子的上端；左条形板和右条形板的后下端焊接后连接板（41），后连接板左端设有螺丝孔，后紧固螺丝帽将后连接板左端固定在第二绝缘子的上端，第一绝缘子和第二绝缘子支撑张紧滑轮架，并且使张紧滑轮架与地之间绝缘；张紧滑轮架的前端、长轨道槽底中端固定第三绝缘子（42），第三绝缘子上端设有拉簧前抓手（43），拉簧前抓手后端设有前拉簧（44），前拉簧后端设有前线头夹（45）；张紧滑轮架的后端、长轨道槽底中端固定第四绝缘子（46），第四绝缘子上端设有拉簧后抓手（47），拉簧后抓手前端设有后拉簧（48），后拉簧前端设有后线头夹（49），后线头夹上设有火线接线桩，火线接线桩连接下火线电缆（50）；多个接触线张紧机之间均安装短接触线，短接触线的前端绕过后滑轮一圈后，从后滑轮槽的下端向后固定在前线头夹上；短接触线的后端绕过前滑轮一圈后，从前滑轮槽的下端向前固定在后线头夹上，短接触线的前、后端在前拉簧和后拉簧的拉力下，将短接触线拉紧；多个接触线张紧机之间均设有多个等分的短接触线定位夹，所述短接触线定位夹设有第五绝缘子（51），第五绝缘子上端设有U型槽，U型槽支撑短接触线，U型槽的槽底深度小于短接触线的直径，使碳刷板与短接触线滑动接触时碰不到槽边，短接触线定位夹的高度等于前、后滑轮上端的高度，多个短接触线定位夹整齐排列，固定在长轨道槽底中部，多个短接触线定位夹之间的距离为5米左右，1000米长的短接触线，在200个短接触线定位夹的支撑下，在前、后接触线张紧机的拉力下, 使短接触线变成一根刚性的直线，多个接触线张紧机之间均形成多个短接触线，接触线张紧机使多个短接触线之间互相绝缘，使多个短接触线之间并联耦合，前短接触线的后端一段线与后短接触线前端一段线并联耦合，并联耦合的长度等于前、后滑轮之间的长度，前、后接触线并联耦合均在同一个平面，多个短接触线之间并联耦合的作用在于：碳刷板与智能接触线滑动接触时，使多个短接触线之间无缝连接、平滑过渡，使多个互相绝缘的短接触线连接为智能接触线；位于后线头夹的附近，长平台梁的中部设有电缆孔（52），后线头夹上设有火线接线桩和下火线电缆，下火线电缆经过电缆孔与变流器输出端的火线连接，左接地线和右接地线与下火线电缆对应，左接地线和右接地线与变流器输出端的地线连接；多个接触线定位夹和多个接触线张紧机在智能接触线上形成多个等分的支点，多个支点之间的距离只有5米左右，使张紧状态的智能接触线变成刚性的智能接触线，智能接触线的长度与高铁轨道线的长度相等，刚性的智能接触线不受大风环境的影响，使多个弹性的底置受电弓与智能接触线滑动接触导电稳定、可靠；多个工字形桥墩的右端均设有高压杆，多个高压杆上端均设有高压绝缘子，多个高压绝缘子的上端均支撑着高压输电线，高压输电线与智能接触线的长度相等，高压输电线在空中的高度高于现有高铁的高压接触网的高度，多个高压杆的右上方设有变流器，多个变流器之间的距离等于短接触线的长度为1000米左右；所述变流器设有外壳（53），外壳内中部设有变压器（54），变压器下端设有整流器（55），变压器的上端设有开关控制器（56），外壳的右上端设有光电接近开关（57），开关控制器内设有无线遥控开关接收模块和高压电子开关模块，多个无线遥控开关接收模块均设有不同的地址码，光电接近开关的输出端和无线遥控开关接收模块的输出端连接高压电子开关模块的输入端，高压电子开关模块的输出端连接变压器的初级线圈；在高压输电线的中部附近设有一个变电站，变电站给高压输电线输送高压交流电，为了减少线损，高压输电线的交流电压高于现有高铁的高压接触网的交流电压，所述的高压输电线是一线一地的独立高压线，允许承受较高的交流电压，高压输电线上的高压交流电经过高压电子开关模块到变流器内变压器初级线圈的火线端，初级线圈的地线端连接接地回路线，当高压电子开关打开，变压器初级线圈通电，变压器的次级线圈输出中压交流电输送到变流器内整流器的输入端，整流器输出中压直流电源到短接触线和左、右无缝钢轨，光电接近开关和无线遥控开关接收模块的低压电源从高压输电线上经过降压后获取；整流器输出的中压直流电的电压为1500V，中压直流电正极与智能接触线对应的下火线电缆连接，多个变流器之间的供电区间是1000米短接触线的范围，作为导电的火线，短接触线电阻低，允许大电流通过；整流器输出的中压直流电负极与长左无缝钢轨对应的左接地线连接，与长右无缝钢轨对应的右接地线连接；在多个变流器之间的供电区间内，作为导电的地线，并联电路的长左无缝钢轨和长右无缝钢轨的电阻低，允许大电流通过；多个变流器之间的距离与多个下火线电缆之间的距离和多个接地线之间的距离均等于1000米，多个下火线电缆与多个左接地线和右接地线分别对应；目前的高铁动车组长度不超过500米，短接触线是1000米，高铁动车组行驶中，为了提前高铁动车组前面的短接触线的供电时间和推迟高铁动车组后面的短接触线的断电时间，所述变流器设置在距离接触线张紧机500米的位置上，是短接触线的中间位置；所述光电接近开关是一种反射式光电传感器，当光电接近开关接近动车组时，光电接近开关立即导通，当光电接近开关离开动车组时，光电接近开关延长一段时间后关闭；所述头车厢和尾车厢均设有驾驶室，驾驶室内设有操作台（58），操作台下端设有中央电脑（59），中央电脑设有电脑壳（60），操作台上端设有操作键盘（61）、显示器（62）、调速器（63）和制动器（64），电脑壳内设有无线遥控开关发射模块（65），中央电脑内设有高铁动车组专用的卫星定位信息控制软件，高铁动车组启动前，本地短接触线为停电状态，先查看高铁动车组的所在位置，在电脑上显示所在位置的无线遥控开关接收模块的地址码，点击地址码，无线遥控开关发射模块发出所在位置的地址码开关信号，所在位置的无线遥控开关接收模块收到地址码开关信号，经过识别确认后，输出触发信号将所在位置的高压电子开关打开，所在位置的变流器通电后给本地短接触线供电；来电后，高铁动车组启动向前行驶，当高铁动车组的头部接近本地光电接近开关时，本地光电接近开关打开，输出触发信号将本地高压电子开关打开，本地变流器给本地短接触线前面的第一个短接触线供电；高铁动车组继续向前行驶，当高铁动车组的尾部离开本地光电接近开关时，本地光电接近开关延长一段时间后关闭，使第一个短接触线继续供电一段时间后断电；高铁动车组继续向前行驶，当高铁动车组的头部接近本地光电接近开关前面的第一个光电接近开关，本地变流器前面的变流器给第二个短接触线供电，使高铁动车组前面的短接触线始终保持连续不间断地供电，高铁动车组后面的短接触线延长一段时间后断电，使多个短接触线供电中的动态范围始终大于高铁动车组的长度；所述无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统设置多个独立受电牵引单元，多个独立受电牵引单元的受电机构和牵引机构均相同，多个独立受电牵引单元之间互相独立，互相不受影响，所述独立受电牵引单元的下端均设有底盘，底盘下端均设有前转向架（66）和后转向架（67），前、后转向架的上端均设有左空气弹簧和右空气弹簧（68）, 前、后、左、右4个空气弹簧支撑底盘，前、后转向架的下端均设有前轮对（69）和后轮对（70），前、后转向架的上端均设有前变频电机和后变频电机（71），多个变频电机的型号均相同，前变频电机驱动前轮对，后变频电机驱动后轮对，多个变频电机的旁边配置一对一的变频控制器（72），多个变频控制器的型号均相同，多个变频控制器的输出端分别连接多个变频电机，多个变频控制器的电源端均连接中压直流电源；多个变频控制器的输入端均连接中央电脑，调速器连接多个变频控制器的输入端，控制多个变频控制器输出变频电压，多个变频控制器同步驱动多个变频电机，使多个变频电机变速驱动多个前轮对和后轮对；多个独立受电牵引单元的底盘中部均设有底置受电弓，底置受电弓的后端设有炭刷板，炭刷板与所述智能接触线滑动接触，炭刷板上端连接上火线电缆，上火线电缆前端与变频控制器电源端的正极连接，变频控制器电源端的负极与导电的转向架连接，所述的整流器输出的中压直流电源通过智能接触线、底置受电弓和长左、右地线无缝钢轨直接输送到变频控制器的电源端；所述底置受电弓设有前绝缘子（73）和后绝缘子（74），前、后绝缘子的上端固定在所述底盘中部，前绝缘子下端设有条形板（75），条形板后下端设有叉架（76），叉架下端固定中轴（77），中轴的两端分别设有左弓架（78）和右弓架（79），左、右弓架大小相等、左、右对称，所述弓架为Y形，分别设有上弓（80）、下弓（81）和前弓（82），左、右弓架的中部均设有轴孔，左、右轴孔松配合安装在中轴的左、右端，左上弓和右上弓的后端固定上轴（83），左前弓和右前弓的前端固定前轴（84），左下弓和右下弓的后端固定下轴（85），上轴、前轴和中轴的长度均相等，上轴、前轴和下轴将左弓架和右弓架固定为一体化的受电弓架，受电弓架的宽度大于叉架的宽度，受电弓架围绕中轴转动，所述下轴的长度大于上轴、前轴和中轴的长度，下轴的左、右端松配合安装左3角形轴架和右3角形轴架（86），左、右3角形轴架下端设有方形铜框架（87），左、右3角形轴架分别焊接在方形铜框架的左边中部和右边中部，方形铜框架前边下端设有前炭刷板（88），方形铜框架后边下端设有后炭刷板（89），多个铜沉头螺丝钉（90）将前、后炭刷板固定在方形铜框架前边和后边的下端；所述右3角形轴架下端设有接线柱（91），接线柱连接上火线电缆（92），所述底盘（93）中部设有电缆孔（94），上火线电缆沿下弓走线固定，上火线电缆的上端经过电缆孔连接变频控制器的电源端；所述后绝缘子下端设有蜗轮蜗杆减速器（95），蜗轮蜗杆减速器后端设有永磁电机（96），蜗轮蜗杆减速器右端设有驱动轴（97），驱动轴右端安装拨杆（98），拨杆位于所述上轴的下方；永磁电机的输入端连接中央电脑的输出端，操作键盘控制永磁电机正反转，永磁电机驱动蜗轮蜗杆减速器的驱动轴正反转，驱动轴驱动拨杆上下摆动，当拨杆上升将上轴挑起，前、后炭刷板上升离开智能接触线，当拨杆下降离开上轴，前、后炭刷板下降与智能接触线连接，牵引供电系统在维修时，操作键盘控制前、后炭刷板上升或者下降；所述条形板前端设有拉簧（99），拉簧的下端挂接在所述前轴中部，拉簧的弹力使前、后炭刷板与智能接触线之间保持弹性压力的连接，弹性的底置受电弓和刚性的智能接触线的连接稳定性好于现有高铁牵引供电系统的刚性顶置受电弓和柔性长接触线的连接稳定性；根据我国高铁的左无缝钢轨与右无缝钢轨之间的距离通常为1435毫米，所述方形铜框架的边长设为60毫米，所述左半枕和右左半枕之间的距离设为70毫米，形成70毫米宽的长轨道槽，长轨道槽满足了所述底置受电弓和智能接触线必需的绝缘空间。

2.根据权利要求1所述的无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统，其特征在于：所述的智能接触线与无床轨道组成智能接触线供电轨道，智能接触线供电轨道全部在地面或者高架桥上施工，工程简单，规模小，便于建造和维护，建造成本低，智能接触线由多个绝缘子短距离支撑固定, 由多个拉簧拉成刚性的直线，结构稳定性好，智能接触线选用1500V的中压直流电源，确保智能接触线与地之间绝缘安全；底置受电弓位于高铁动车组的下端中部，智能接触线位于长轨道槽的中部，左、右无缝钢轨和高铁动车组对于智能接触线和底置受电弓均有一定保护作用，因此，智能接触线和底置受电弓不受外界环境的影响，在恶劣的大风、沙尘天气下，智能接触线不会发生振动、离线、刮弓、脱弓等事故；高铁动车组行驶区间内的智能接触线带电，行驶区间外大范围的智能接触线不带电，避免了人畜触电事故和中压直流线路的漏电损耗；因为所述的高压线的交流电压高、线路损耗小，所以无床高铁动车组底置受电弓智能接触线牵引供电系统只需要一个变电站供电；分散式的多个变流器使中压直流供电区间的线路损耗小，高铁动车组的总体受电功率和牵引功率分散到每个独立受电牵引单元，分散式的牵引供电系统使多个变流器、底置受电弓、变频电机和变频控制器的功率小、体积小、可靠性提高；如果某一个独立受电牵引单元出现故障，不影响其它各个独立受电牵引单元的正常工作；多个柔性的底置受电弓与刚性的智能接触线之间的滑动接触良好, 高铁动车组在高速行驶时，前、后碳刷板与智能接触线之间的接触稳定、可靠，多个前、后碳刷板受电的分流作用，使前、后碳刷板的电流减小到与现有顶置受电弓前、后碳刷板的电流相当；无床轨道的优点在于：地面轨道的钢筋混凝土长平台和高架桥轨道的长平台梁基础牢固，使高铁轨道的路基成为刚性的路基，左、右半枕用多个螺杆固定在钢筋混凝土长平台和长平台梁的左、右端，使高铁轨道更加牢固，寿命更长，刚性的路基与左、右方形橡胶垫、左、右半枕、左、右无缝钢轨组成的无床轨道省去了有砟轨道床和无砟轨道床，多个左、右方形橡胶垫使轨道噪音更小，多个左半枕和多个右半枕之间的空间自然形成长轨道槽，为智能接触线供电轨道创造有利的空间条件，多个左半枕和多个右半枕前后之间的空间自然形成多个排水口（100），解决长轨道槽的积水问题。