CN103114978A - 工程机械及用于该工程机械的压电吸能发电系统 - Google Patents

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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
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Abstract

本发明公开了一种用于工程机械的压电吸能发电系统及包含该系统的工程机械，该系统包括：发电装置；以及控制装置，用于将所述发电装置所产生的电能储存至储能装置或供给用电系统，其中，所述发电装置包括以下至少一者：声波发电装置，位于所述工程机械上产生噪音的位置，将所述噪音转换为电能；振动发电装置，位于所述工程机械产生振动的位置，将所述振动转换为电能。通过上述技术方案，可将工程机械上的有害噪声和/或振动转化为有用的电能并加以利用，提高了工程机械的能量利用率，在一定程度上减少其功耗及排放。

Description

工程机械及用于该工程机械的压电吸能发电系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种用于工程机械的压电吸能发电系统及包含该系统的工程机械。
背景技术
随着世界范围内工业技术的迅速发展，能源短缺和环境污染问题也日趋严重，工程机械由于用量大、耗油高、排放差已逐渐成为人们普遍关注的对象。
目前国内国际工程机械的节能模式主要归纳为以下几种：
（1）基于发动机-泵-负载功率匹配的节能：根据外界负载变化情况，通过对发动机油门、油泵排量的协调控制可以实现发动机-泵-负载三者的完全功率匹配，有效的提高机器运行效能。
（2）基于液压系统的节能：通过改变液压元件的控制策略和控制方法，优化液压系统架构，尽量减少内泄、溢流、节流、沿程压力损失，最大化的提高整机液压系统效率。
（3）建立能源回收：将挖掘机、装载机和起重机等动臂、铲斗和吊具回落下降时产生的重力势能通过蓄能器储存起来，或者直接将负荷侧的溢流通过必要的连接元件供给液压系统的另一侧，以达到回收能源、降低能量损耗、提高发动机效率的目的。
然而，如何在现有的节能模式基础上，进一步更大幅度地降低工程机械能耗在行业内依旧存在极大的需求。
发明内容
近年来，工业化社会对能源需求猛增与化石能源供给有限的矛盾日益突出，大力发展各种可再生能源，能量回收技术成为研发热点。压电发电装置正是这样一种技术。利用压电材料的正压电效应将机械振动能转变为电能，从而将如人体走路的踩踏、机械振动，甚至噪音等形式的振动能量收集起来，经过能量转换-整流-存储-供电等诸多环节，应用于用电设备。
本发明的目的是提供一种用于工程机械的压电吸能发电系统及包含该系统的工程机械，其可进一步降低工程机械能耗。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于工程机械的压电吸能发电系统，该系统包括：发电装置；以及控制装置，用于将所述发电装置所产生的电能储存至储能装置或供给用电系统，其中，所述发电装置包括以下至少一者：声波发电装置，位于所述工程机械上产生噪音的位置，用于将所述噪音转换为电能；振动发电装置，位于所述工程机械产生振动的位置，用于将所述振动转换为电能；及压力发电装置，位于所述工程机械的上装或整机与支撑面之间，将所述上装或整机的压力产生的机械能转换为电能。
相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包含上述压电吸能发电系统。
通过上述技术方案，可将工程机械上的无用噪声和/或振动和/或压力转化为电能并加以利用，而且提高了工程机械的能量利用率，可在一定程度上减少其功耗及排放。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的压电吸能发电系统的结构示意图。
附图标记说明
110     声波发电装置       120      振动发电装置
130     压力发电装置       20       整流装置
30      控制装置           410      照明系统
420     冷却系统           430      声讯系统
440     储能装置
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种用于工程机械的压电吸能发电系统，该系统包括：发电装置；以及控制装置30，用于将所述发电装置所产生的电能储存至储能装置440（例如，电瓶）或供给用电系统，其中，所述发电装置包括以下至少一者：声波发电装置110，位于所述工程机械上产生噪音的位置，将所述噪音转换为电能；及振动发电装置120，位于所述工程机械产生振动的位置，将所述振动转换为电能；以及压力发电装置130，位于所述工程机械的上装或整机与支撑面之间，将所述上装或整机的压力（即，重力）产生的机械能转换为电能。通过上述技术方案，可将工程机械上的无用噪声、压力和/或振动等机械能转化为电能并加以利用，提高了工程机械的能量利用率，可在一定程度上减少其功耗及排放。
其中，所述压电吸能发电系统还可包括整流模块20，该整流模块20对所述声波发电装置110、振动发电装置120和/或压力发电装置130所产生的电能进行整流，以配合所述储能装置440或用电系统。
其中，所述声波发电装置110优选位于噪声源最大的位置处，以最大程度地吸收噪声能量并对该能量进行转换。例如，可位于所述工程机械的泵送系统和/或电笛处。
其中，所述振动发电装置120优选位于振动最大的位置处，以最大程度地吸收振动能量并对该能量进行转换。例如，对于混凝土泵送机械而言，可位于该混凝土泵送机械的泵送系统和末节臂架处。
其中，所述压力发电装置130优选位于所承受压力形变最大的位置处，以最大程度地吸收重力变化产生的机械形变能量并对该能量进行转换。例如，可位于支腿与地面接触面和/或副车架与上装接触面的受力处。
其中，所述用电系统可包括以下至少一者：照明系统410、冷却系统420、以及声讯系统430。当然本发明并不限于此，任何需要用电的设备均是可以的。
以下以混凝土泵送机械为例对本发明加以说明。
混凝土泵车除了利用柴油发动机带动主油泵工作以为液压系统提供足够动力之外，还需要将近750w-1000w的电能，以供电控设备消耗。耗电元件主要为：电控柜内的控制元件、电磁阀、照明系统、声讯系统和冷却系统等等。
目前混凝土泵车底盘发电机的电流范围在50-80A之间。通过实际应用测试和反馈，发电机发电量越小，生产单位产品的耗油量就越小，其排放量就越低。如，50A的发动机，比60A发电机底盘的节油量至少高5-10%，但发电量太小，又易导致底盘亏电故障。在泵车的实际应用中就不时存在底盘亏电的故障。
按发电量最小的底盘计算：如果发电机电流为50A，在发动机怠速状态下，发电机输出功率约为720W，在1600rpm时则为1200W，在打开大、小灯及冷却系统时，泵车本身电器的耗电量约为450W，因此提供给上装使用的电能只剩将近300W。而在怠速状态下，上装处于待料状态，耗电约需400W左右，所以在怠速状态上装用电设备只能慢慢透支电瓶内积蓄的电能。上装待料时间越长，透支电瓶的时间就越长，最终导致电瓶亏电，电瓶亏电后设备仍继续工作，结果是轻则影响发动机的启动，重则烧坏发电机。
由以上数据可知，泵车待料状态时缺电约100W，而在上装泵料和待料状态，一直处于工作状态的是小功率的声讯系统、冷却系统和照明系统。而本发明刚好可在不提高泵车能耗的情况下，通过将无用的噪声、压力和/或振动等机械能转换为电能，弥补所缺的这一部分的电能，解决泵车底盘的亏电问题。
相应地，本发明还提供了一种工程机械，该工程机械包含上述压电吸能发电系统。该工程机械可为诸如混凝土机械的各种工程机械。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种用于工程机械的压电吸能发电系统，该系统包括：
发电装置；以及
控制装置，用于将所述发电装置所产生的电能储存至储能装置或供给用电系统，
其中，所述发电装置包括以下至少一者：
声波发电装置，位于所述工程机械上产生噪音的位置，用于将所述噪音转换为电能；
振动发电装置，位于所述工程机械产生振动的位置，用于将所述振动转换为电能；及
压力发电装置，位于所述工程机械的上装或整机与支撑面之间，将所述上装或整机的压力产生的机械能转换为电能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声波发电装置位于所述工程机械的泵送系统和/或电笛处。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述振动发电装置位于所述工程机械的泵送系统或末节臂架处。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用电系统包括照明系统、声讯系统和/或冷却系统。
5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的系统，其特征在于，还包括整流模块，该整流模块对所述声波发电装置、振动发电装置和/或压力发电装置所产生的电能进行整流，以配合所述储能装置或用电系统。
6.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包含根据权利要求1-5中任一项权利要求所述的系统。
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