CN103223843B - 具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆 - Google Patents
具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆。该工业车辆包括两组驱动轮、齿轮耦合箱、第一牵引电机、第二牵引电机、第一液压电机、第二液压电机、第一逆变器、第二逆变器、第三逆变器、第四逆变器、蓄电单元、泵/马达、双联齿轮泵、控制阀、液压制动装置、转向器、转向液压缸、起升液压缸、倾斜液压缸。本发明较常规车辆增加了一路下降能量再生回收系统，整车能量回收率提高1倍多；整车作业时间延长至少30%；在满足作业时间要求下，蓄电池容量可减小30%；更利于整车的空间布局；行驶传动系统采用双电机并行耦合驱动，解决了单个电机驱动带来的不利因素，如空间布局、成本、发热等。
Description
技术领域
本发明属于工业车辆技术领域，具体涉及电动工业车辆。
背景技术
当前，地球能源问题日益显现，一些主要的工业车辆制造商都在寻求车辆能源供应的解决方案。现在的电动工业车辆，尤其是叉式装卸车辆，绝大多数已经升级换代为交流驱动（含牵引和液压部分）形式，交流控制技术的应用为车辆再生能量回收重利用奠定了良好的基础。现有的电动工业车辆，能量回收主要来自于行驶能量再生，此部分的再生能量回收利用率很低，即节能型不够，不能很好的解决车辆能源供应问题；而对于叉式装卸车辆的液压装置部分，能够产生更大的再生能量，尤其是一些装卸货物较重的车辆，可产生的再生能量将更大，此部分的再生能量没有利用，无法进一步提升车辆的节能性。
发明内容
为了解决普通电动装卸车辆能量回收量小、整车节能性差问题，同时解决车辆蓄能装置（如蓄电池）容量大、成本高、体积大、对车辆布局不利等问题，本发明提供一种具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆，其中第一部分能量回收来自于车辆行驶时的再生能量，第二部分能量回收来自于车辆装卸的货物在从高位下降到低位的过程中产生的再生能量。
一种具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆，包括两组驱动轮1、齿轮耦合箱2、第一牵引电机3、第二牵引电机4、第一液压电机5、第二液压电机6、第一逆变器7、第二逆变器8、第三逆变器9、第四逆变器10、蓄电单元11、泵/马达12、双联齿轮泵13、控制阀14、液压制动装置15、转向器16、转向液压缸17、起升液压缸18、倾斜液压缸19；两组驱动轮1安装于车辆驱动桥两端的轮毂上。齿轮耦合箱2有两个输入轴和一个输出轴，输出轴通过外接传动轴与驱动桥输入端即主减速器螺旋主动齿轮连接，两个输入轴端分别通过花键与第一牵引电机3和第二牵引电机4的花键轴连接；齿轮耦合箱2的作用是将第一牵引电机3和第二牵引电机4输出的动力，经耦合箱后，将两股动力合并为一股，最后输出到两组驱动轮1上；
第一牵引电机3和第二牵引电机4均为三相交流异步电机。第一牵引电机3上的三相U极、V极、W极分别与第一逆变器7上的U极、V极、W极连接；第二牵引电机4上的三相U极、V极、W极分别与第二逆变器8上的U极、V极、W极连接；
第一逆变器7的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接；第二逆变器8的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接；第一逆变器7和第二逆变器8分别控制第一牵引电机3和第二牵引电机4；同样，能将车辆行驶再生能量通过第一牵引电机3和第二牵引电机4分别反馈到第一逆变器7和第二逆变器8；再生能量分别经第一逆变器7和第二逆变器8逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电；
第一液压电机5为三相交流异步感应电动机，其三相U极、V极、W极分别与第三逆变器9上的U极、V极、W极连接；
第二液压电机6为三相交流异步感应电动机，其三相U极、V极、W极分别与第四逆变器10上的U极、V极、W极连接；
第三逆变器9的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接；第四逆变器10的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接；第三逆变器9和第四逆变器10分别控制第一液压电机5和第二液压电机6；上升下降液压装置产生的再生能量通过第二液压电机6反馈到第四逆变器10，再生能量经第四逆变器10逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电；
蓄电单元11的正极、负极与第一逆变器7、第二逆变器8、第三逆变器9和第四逆变器10的正极、负极连接；蓄电单元11做为车辆系统的能量存储模块，首先为功率消耗单元提供电能，再者将第一逆变器7、第二逆变器8和第四逆变器10逆变后的没被直接利用的再生电能进行存储；
泵/马达12在工作装置起升时作为油泵，下降时为油马达使用，其花键轴与第二液压电机6的花键连接；输出口通过油路连接到控制阀14；泵/马达12能将第二液压电机6输出的机械能转换为液压能，再输出到控制阀14，进行液压能量分配；同样，该泵/马达能够将起升液压缸18在货物下降时，货物势能形成的液压能通过油路到达泵/马达入口，使马达产生机械能带动第二液压电机6旋转，由第二液压电机6产生再生能量反馈到第四逆变器10，再生能量经第四逆变器10逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电；
双联齿轮泵13的花键轴与第一液压电机5的花键连接；一路输出口通过油路连接到控制阀14，一路输出口通过油路连接到液压制动装置15；双联齿轮泵13将第一液压电机5输出的能量转换为液压能，双联齿轮泵13的主泵能量输出到控制阀14，进行液压能量分配；双联齿轮泵13的副泵能量输出到液压制动装置15，供车辆进行液压制动；
控制阀14与转向器16、起升液压缸18、倾斜液压缸19之间通过油路连接；转向器16与转向液压缸17之间通过油路连接；控制阀14将双联齿轮泵13输入到的液压能量，进行分流，分流能量优先传递到转向器16进而到达转向液压缸17，形成车辆转向动作；控制阀14将泵/马达12和双联齿轮泵13输入到的液压能量进行合流，合流能量传递到起升液压缸18，形成工作装置的起升动作；控制阀14将双联齿轮泵13输入到的液压能量，进行分流，将分流能量传递到倾斜液压缸19或其它属具执行机构使用，形成工作装置的倾斜或侧移等动作；
行驶传动系统由第一牵引电机3和第二牵引电机4并行驱动，动力经齿轮耦合箱2耦合后，输出到两组驱动轮1；
液压装置系统由第一液压电机5和第二液压电机6驱动，泵/马达12和双联齿轮泵13为液压执行机构提供能量，泵/马达12还能将液压装置的液压能转换为机械能带动第二液压电机6旋转并产生再生能量。
本发明与现有技术产品相比具有以下方面的优点：
1.增加了一路能量回收系统，使得原本在液压装置上浪费的能量有效得到回收再利用，经试验验证，整车能量回收率提高1倍多，进一步提升了车辆节能性；
2.整车作业时间延长至少30%；
3.在满足作业时间要求下，蓄电池容量可减小30%；这样，蓄电池体积也随之减小，更利于整车的空间布局；蓄电池成本随之下降；尤其对大吨位的工业车辆，效果更明显；
4.行驶传动系统，采用双电机并行耦合驱动，解决了单个电机驱动带来的不利，如单个大功率电机，其尺寸较大，对整车布局不利；同时，单个大功率电机需要匹配更大容量的控制器，目前大容量控制器在成本方面无优势。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
上图中序号：驱动轮1、齿轮耦合箱2、第一牵引电机3、第二牵引电机4、第一液压电机5、第二液压电机6、第一逆变器7、第二逆变器8、第三逆变器9、第四逆变器10、蓄电单元11、泵/马达12、双联齿轮泵13、控制阀14、液压制动装置15、转向器16、转向液压缸17、起升液压缸18、倾斜液压缸19。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。
参见图1，一种具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆，包括驱动轮1、齿轮耦合箱2、第一牵引电机3、第二牵引电机4、第一液压电机5、第二液压电机6、第一逆变器7、第二逆变器8、第三逆变器9、第四逆变器10、蓄电单元11、泵/马达12、双联齿轮泵13、控制阀14、液压制动装置15、转向器16、转向液压缸17、起升液压缸18、倾斜液压缸19等组件组成。
驱动轮1安装于车辆驱动桥两端的轮毂上。
齿轮耦合箱2有两个输入轴和一个输出轴，输出轴通过外接传动轴与驱动桥输入端即主减速器螺旋主动齿轮连接，两个输入轴端分别通过花键与第一牵引电机3和第二牵引电机4的花键轴连接。
第一牵引电机3和第二牵引电机4均为三相交流异步电机。第一牵引电机3上的三相U极、V极、W极分别与第一逆变器7上的U极、V极、W极连接；第二牵引电机4上的三相U极、V极、W极分别与第二逆变器8上的U极、V极、W极连接。
第一逆变器7的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接。
第二逆变器8的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接。
第一液压电机5，为三相交流异步感应电动机，其三相U极、V极、W极分别与第三逆变器9上的U极、V极、W极连接。
第二液压电机6，为三相交流异步感应电动机，其电机上的三相U极、V极、W极分别与第四逆变器10上的U极、V极、W极连接。
第三逆变器9的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接。
第四逆变器10的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元11的正极、负极连接。
蓄电单元11的正极、负极与第一逆变器7、第二逆变器8、第三逆变器9和第四逆变器10的正极、负极连接。
泵/马达12的花键轴与第二液压电机6的花键连接；输出口通过油路连接到控制阀14。
双联齿轮泵13的花键轴与第一液压电机5的花键连接；一路输出口通过油路连接到控制阀14，一路输出口通过油路连接到液压制动装置15。
控制阀14与转向器16、起升液压缸18、倾斜液压缸19之间通过油路连接。
转向器16与转向液压缸17之间通过油路连接。
各零部件主要介绍如下：驱动轮1，安装于车辆驱动桥的两端，起到支撑车辆作用，同时接收驱动桥输入来的动力，将驱动力转化到地面，使得车辆行驶。
齿轮耦合箱2，同属减速机构，其功用就是将第一牵引电机3和第二牵引电机4输出的动力，经耦合箱后，将两股动力合并为一股，最后输出到驱动轮1上。
第一牵引电机3和第二牵引电机4，均为三相交流异步感应电动机。
第一液压电机5和第二液压电机6，均为三相交流异步感应电动机。
第一逆变器7和第二逆变器8分别控制第一牵引电机3和第二牵引电机4；同样，能将车辆行驶再生能量通过第一牵引电机3和第二牵引电机4分别反馈到第一逆变器7和第二逆变器8；再生能量分别经第一逆变器7和第二逆变器8逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电。
第三逆变器9和第四逆变器10分别控制第一液压电机5和第二液压电机6；上升下降液压装置产生的再生能量通过第二液压电机6反馈到第四逆变器10，再生能量经第四逆变器10逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电。
蓄电单元11，做为车辆系统的能量存储模块，首先为功率消耗单元提供电能，再者将第一逆变器7、第二逆变器8和第四逆变器10逆变后的没被直接利用的再生电能进行存储。
泵/马达12在工作装置起升时作为油泵，下降时为油马达使用，能将第二液压电机6输出的机械能转换为液压能，再输出到控制阀14，进行液压能量分配；同样，该泵/马达能够将起升液压缸18在货物下降时，货物势能形成的液压能通过油路到达泵/马达入口，使马达产生机械能带动第二液压电机6旋转，由第二液压电机6产生再生能量反馈到第四逆变器10，再生能量经第四逆变器10逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电。
双联齿轮泵13，将第一液压电机5输出的能量转换为液压能，双联齿轮泵13的主泵能量输出到控制阀14，进行液压能量分配；双联齿轮泵13的副泵能量输出到液压制动装置15，供车辆进行液压制动。
控制阀14将双联齿轮泵13输入到的液压能量，进行分流，分流能量优先传递到转向器16进而到达转向液压缸17，形成车辆转向动作；控制阀14将泵/马达12和双联齿轮泵13输入到的液压能量进行合流，合流能量传递到起升液压缸18，形成工作装置的起升动作；控制阀14将双联齿轮泵13输入到的液压能量，进行分流，将分流能量传递到倾斜液压缸19或其它属具执行机构使用，形成工作装置的倾斜或侧移等动作。
行驶传动系统由第一牵引电机3和第二牵引电机4并行驱动，动力经齿轮耦合箱2耦合后，输出到两组驱动轮1。
液压装置系统由第一液压电机5和第二液压电机6分别驱动，泵/马达12和双联齿轮泵13为液压执行机构提供能量，泵/马达12还能将液压装置的液压能转换为机械能带动第二液压电机6旋转并产生再生能量。
本发明的能量回收路线是：
第一能量回收路线。车辆在行驶过程中，当接收到行驶减速或制动信号时，第一牵引电机3和第二牵引电机4会产生再生能量，再生能量分别经第一逆变器7和第二逆变器8逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电，将能量存储；
第二能量回收路线。当操作者给控制阀14下降操作动作，同时操纵机构给予第四逆变器10下降控制信号，第四逆变器10切断向第二液压电机6供电，即取消对货物被举升的输出保持扭矩；起升液压缸18所举升的货物从高位下降，货物势能推动起升液压缸18内的液压油回流，液压油回流到泵/马达12，使得泵/马达12产生机械能并再带动第二液压电机6转动，此时第二液压电机6变成为发电机产生再生能量，将再生能量经第四逆变器10逆变后，以直流电形式反馈到蓄电单元11的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元11进行充电，将能量存储。
本发明同时具备行驶能量再生回收系统和货物下降能量再生系统，为一种具有双重能量回收系统的电动工业车辆。
Claims (1)
1.具有行走能量再生和下降能量再生功能的电动工业车辆，包括两组驱动轮（1）、齿轮耦合箱（2）、第一牵引电机（3）、第二牵引电机（4）、第一液压电机（5）、第二液压电机（6）、第一逆变器（7）、第二逆变器（8）、第三逆变器（9）、第四逆变器（10）、蓄电单元（11）、泵/马达（12）、双联齿轮泵（13）、控制阀（14）、液压制动装置（15）、转向器（16）、转向液压缸（17）、起升液压缸（18）、倾斜液压缸（19）；两组驱动轮（1）安装于车辆驱动桥两端的轮毂上；其特征在于：齿轮耦合箱（2）有两个输入轴和一个输出轴，输出轴通过外接传动轴与驱动桥输入端即主减速器螺旋主动齿轮连接，两个输入轴端分别通过花键与第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）的花键轴连接；齿轮耦合箱（2）的作用是将第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）输出的动力，经耦合箱后，将两股动力合并为一股，最后输出到两组驱动轮（1）上；
第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）均为三相交流异步电机，第一牵引电机（3）上的三相U极、V极、W极分别与第一逆变器（7）上的U极、V极、W极连接；第二牵引电机（4）上的三相U极、V极、W极分别与第二逆变器（8）上的U极、V极、W极连接；
第一逆变器（7）的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元（11）的正极、负极连接；第二逆变器（8）的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元（11）的正极、负极连接；第一逆变器（7）和第二逆变器（8）分别控制第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）；同样，能将车辆行驶再生能量通过第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）分别反馈到第一逆变器（7）和第二逆变器（8）；再生能量分别经第一逆变器（7）和第二逆变器（8）逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元（11）的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元（11）进行充电；
第一液压电机（5）为三相交流异步感应电动机，其三相U极、V极、W极分别与第三逆变器（9）上的U极、V极、W极连接；
第二液压电机（6）为三相交流异步感应电动机，其三相U极、V极、W极分别与第四逆变器（10）上的U极、V极、W极连接；
第三逆变器（9）的输入为直流电，其正极、负极与蓄电单元（11）的正极、负极连接；第四逆变器（10）的输入为直流电，其正极、负极分别与蓄电单元（11）的正极、负极连接；第三逆变器（9）和第四逆变器（10）分别控制第一液压电机（5）和第二液压电机（6）；上升下降液压装置产生的再生能量通过第二液压电机（6）反馈到第四逆变器（10），再生能量经第四逆变器（10）逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元（11）的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元（11）进行充电；
蓄电单元（11）的正极、负极与第一逆变器（7）、第二逆变器（8）、第三逆变器（9）和第四逆变器（10）的正极、负极连接；蓄电单元（11）做为车辆系统的能量存储模块，首先为功率消耗单元提供电能，再者将第一逆变器（7）、第二逆变器（8）和第四逆变器（10）逆变后的没被直接利用的再生电能进行存储；
泵/马达（12）在工作装置起升时作为油泵，下降时为油马达使用，其花键轴与第二液压电机（6）的花键连接；输出口通过油路连接到控制阀（14）；泵/马达（12）能将第二液压电机（6）输出的机械能转换为液压能，再输出到控制阀（14），进行液压能量分配；同样，该泵/马达能够将起升液压缸（18）在货物下降时，货物势能形成的液压能通过油路到达泵/马达入口，使马达产生机械能带动第二液压电机（6）旋转，由第二液压电机（6）产生再生能量反馈到第四逆变器（10），再生能量经第四逆变器（10）逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元（11）的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元（11）进行充电；
双联齿轮泵（13）的花键轴与第一液压电机（5）的花键连接；一路输出口通过油路连接到控制阀（14），一路输出口通过油路连接到液压制动装置（15）；双联齿轮泵（13）将第一液压电机（5）输出的能量转换为液压能，双联齿轮泵（13）的主泵能量输出到控制阀（14），进行液压能量分配；双联齿轮泵（13）的副泵能量输出到液压制动装置（15），供车辆进行液压制动；
控制阀（14）与转向器（16）、起升液压缸（18）、倾斜液压缸（19）之间通过油路连接；转向器（16）与转向液压缸（17）之间通过油路连接；控制阀（14）将双联齿轮泵（13）输入到的液压能量，进行分流，分流能量优先传递到转向器（16）进而到达转向液压缸（17），形成车辆转向动作；控制阀（14）将泵/马达（12）和双联齿轮泵（13）输入到的液压能量进行合流，合流能量传递到起升液压缸（18），形成工作装置的起升动作；控制阀（14）将双联齿轮泵（13）输入到的液压能量，进行分流，将分流能量传递到倾斜液压缸（19）或其它属具执行机构使用，形成工作装置的倾斜或侧移等动作；
行驶传动系统由第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）并行驱动，动力经齿轮耦合箱（2）耦合后，输出到两组驱动轮（1）；
液压装置系统由第一液压电机（5）和第二液压电机（6）分别驱动，泵/马达（12）和双联齿轮泵（13）为液压执行机构提供能量，泵/马达（12）还能将液压装置的液压能转换为机械能带动第二液压电机（6）旋转并产生再生能量；
第一能量回收路线：
车辆在行驶过程中，当接收到行驶减速或制动信号时，第一牵引电机（3）和第二牵引电机（4）会产生再生能量，再生能量分别经第一逆变器（7）和第二逆变器（8）逆变后，通过直流电形式反馈到蓄电单元（11）的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元（11）进行充电，将能量存储；
第二能量回收路线：
当操作者给控制阀（14）下降操作动作，同时操纵机构给予第四逆变器（10）下降控制信号，第四逆变器（10）切断向第二液压电机（6）供电，即取消对货物被举升的输出保持扭矩；起升液压缸（18）所举升的货物从高位下降，货物势能推动起升液压缸（18）内的液压油回流，液压油回流到泵/马达（12），使得泵/马达（12）产生机械能并再带动第二液压电机（6）转动，此时第二液压电机（6）变成为发电机产生再生能量，将再生能量经第四逆变器（10）逆变后，以直流电形式反馈到蓄电单元（11）的母线上，如果母线上正在有用电单元取电，那么反馈到母线上的再生能量直接被用电单元使用，多余部分的再生能量再返回到蓄电单元（11）进行充电，将能量存储。
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