CN104203521B - 具有用以使混凝土搅拌机滚筒旋转的装置的搅拌车及相应方法 - Google Patents

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Abstract

一种搅拌车，所述搅拌车包括：车辆(11)，所述车辆配置有热力发动机(20)，所述热力发动机与具有车轮的移动单元(14)协作以实现车辆(11)的移动；安装在车辆(11)上且包括滚筒(16)的混凝土搅拌机(15)；以及选择性使滚筒(16)旋转的装置(29)。所述装置(29)包括连接到滚筒(16)的电动马达(31)和适于选择性供给电动马达(31)的发电机单元(30)。

Description

具有用以使混凝土搅拌机滚筒旋转的装置的搅拌车及相应 方法
技术领域
本发明涉及一种搅拌车，该搅拌车配置有用以使混凝土搅拌机的滚筒旋转的装置。
尤其是，该装置至少部分使用被提供用以驱动车辆的热力发动机(engine)的机械能，以便供给与旋转滚筒相关联的第二马达(motor)。
背景技术
已知的是，使用搅拌车将混凝土由生产地运输至混凝土被使用所在的建筑地。
在生产地的装载步骤期间以及向使用地运输步骤期间，混凝土都必须维持其可塑性，因此含有混凝土的旋转滚筒必须保持恒定的旋转以防止混凝土变干或变硬。
而且，在到达地点时，搅拌车有时必须等待它的顺序以卸载。在这一过程，旋转滚筒也必须保持恒定的旋转。
在卸载步骤之前，混凝土经历了均化步骤，在均化步骤中，使搅拌车的滚筒以它的最大旋转速率旋转。
在混凝土的卸载步骤期间，使该滚筒以与混合方向相反的方向旋转。
在已知的搅拌车中，旋转滚筒的旋转通常使用液压马达实现，液压马达通过一组由热力发动机控制的泵驱动，热力发动机通常是柴油发动机。该热力发动机可以是驱动车辆的那个发动机，或者是独立于该车辆的安装在其上的发动机的辅助发动机。
已知的搅拌车的一个缺点是，为了控制与旋转滚筒相关联的液压马达，该热力发动机在混凝土的装载步骤期间以及在卸载步骤期间都必须保持一直运动，至少直到卸载步骤完成，还伴随着不断释放出对健康和环境都有害的废气。
由文件JP-A-2003/226192、JP-A-2003/301802以及文件DE-U-20 2009 001416所已知的一个方案中，搅拌车的旋转滚筒通过电动马达的方式驱动。
特别是，文件JP-A-2003/226192描述了一种搅拌车，其配置有通过减速部件直接相连到电动马达的旋转滚筒。该电动马达依赖于运行条件被供给：要么是通过由搅拌车的热力发动机直接驱动的发电机，要么是通过电能蓄电池组。通过开关来选择是由发电机还是电池组对电动马达进行供给。还提供了稳定装置以便稳定通过发电机和速率调整装置供应的电能。
这一方案不是很有效率，它的操作稳定性降低，电力产量较低，并且运行自主性不断降低。
本发明的目的在于获取一种搅拌车，其滚筒被使得排他地仅通过电力设备且无需例如文件JP-A-2003/301802所提供的液压型设备而旋转。
本发明的另一目的是为了获得配置有用以驱动滚筒的电力设备的搅拌车，该电力设备是有效率的、灵活的，而且允许获取更高的运行自主性。
本发明的另一目的是为了获得配置有能够使混凝土搅拌机的旋转滚筒旋转且当车辆停止时无需保持热力发动机运行的装置的搅拌车。
本发明的另一目的是为了获得燃料消耗上的减少，例如柴油；以及相应的排放的减少，例如二氧化碳和颗粒，如此避免了成本和环境污染问题。
另一目的是为了获取噪音方面的降低，以及为了保护在搅拌车附近的人的健康，包括在搅拌车所在的建筑地的操作者的健康。
本发明的发明人已经设计、检测并实施了本发明，以克服现有技术目前的缺点，并获取这些或其他的目的及优点。
发明内容
本发明阐述于独立权利要求中，并以独立权利要求为特征，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或主体发明构思的变型。
根据上述发明目的，根据本发明的搅拌车包括：配置有第一马达装置的车辆，所述第一马达装置与具有车轮的移动单元协作以移动车辆；安装在车辆上且具有旋转滚筒的混凝土搅拌机；和用以使滚筒通过第二马达装置选择性旋转的装置。
根据本发明的一个特征，第二马达装置包括直接连接(意思是说，通过合理的机械装置)到混凝土搅拌机的滚筒上的电动马达，以及适用于选择性供给电动马达的发电机单元。
根据另一特征，所述发电机单元适用于与第一马达装置相关联，将由第一马达装置生成的至少部分机械能转换为电能。
在这一方式中，利用且使用由主要用于移动车辆的第一马达装置生成的至少部分机械能，以便控制连接到旋转滚筒上的电动马达是可能的。
此外，本发明中，排他地仅通过电力装置的方式使所述滚筒旋转，避免了液压元件的使用。这因此避免了石油的使用，因而环境危害降低，降解石油的成本降低和维修介入降低。
根据本发明的另一特征，所述发电机单元包括:
-交流发电机，其可被连接至第一马达装置以便将第一马达装置供应的机械能转换至电能；
-从交流到直流的第一电压(tension)转换装置，其连接至所述交流发电机以便转换交流发电机产生的电能；
-至少一个直流电蓄能器，其被连接至第一转换装置以便至少积蓄第一转换装置生成的电能；
-从直流到交流的第二电压转换装置，其连接至所述蓄能器以便为电动马达供应交流电。
根据本发明的第二特征，前述第一马达装置包括配置有主动轴的热力发动机和包括交流发电机的发电机单元，交流发电机被连接至热力发动机的主动轴以便吸收来自主动轴的机械能将其转换至电能。
所述至少一个蓄能器与交流发电机和可能的外部电源是可相关联的，所述蓄能器至少当第一马达装置被激活时允许积蓄由交流发电机生成的电能。因此，所述电动马达从交流发电机和蓄能器均可以直接获得电能。
根据一种变型，所述蓄能器可以被连接至外部能源，例如外部电网。为了这一目的，由交流到直流的另一电压转换装置被连接至蓄能器以便转换外部电源所供给的电能。
使用根据本发明的搅拌车，我们获得了降低燃料和相应的气体排放的优势，所述气体对健康和环境是有害的。
此外，卸载混凝土操作过程产生的所有噪音也被减小至最小值，这是因为这些操作是在热力发动机关闭的情况进行的，利用蓄能器中储蓄的能量供给与混凝土的滚筒连接的电动马达。
此外，使用电动马达和相关联的发电机单元，在能量转换链中获得了更高的效率，这是考虑到电动元件与已知的搅拌车中使用的液压元件相比通常具有更好的产率。
本发明还考虑到使如上所述搅拌车的滚筒旋转的方法：所述方法包括第一步骤，其中第二马达装置包括连接至所述滚筒的电动马达，所述第二马达装置使所述滚筒旋转；和第二步骤，其中所述电动马达装置由发电机单元供给。
所述方法还提供了，在所述第二步骤中其提供为：
-将第一马达装置连接至交流发电机以生成交流电，
-将交流发电机生成的交流电转换成直流电，
-在电能蓄能器中积蓄所述直流电，
-将蓄能器的直流电再次转换至交流电，及
-用交流电供给电动马达以便使所述滚筒直接旋转。
附图说明
通过参考附图对实施例的优选形式进行下列描述，本发明的这些特征和其他特征通过下列的描述变得清楚，其中：
图1是根据本发明的搅拌车的横向图和示意图。
图2是图1所示搅拌车的图示化视图。
具体实施方式
参考附图1，根据本发明的搅拌车10包括车辆11，例如任何已知类型的货车，其上提供有框架12，在框架上面安装有混凝土搅拌机15的旋转滚筒16。滚筒16具有例如，4立方米到12立方米之间的容积。
车辆11具有主体马达单元13，主体马达单元包括热力发动机20(图2)，例如所述柴油型，通过容纳于罐19中的燃料供给。热力发动机20具有主动轴21，主动轴配置为通过任何已知的类型的离合器23和变速器24使移动单元14的传动轴22旋转，所述移动单元14配置有驱动轮27。
热力发动机20，能够供应例如250kW至350kW之间的能源，通过移动单元14允许车辆11沿着公路移动，例如，由混凝土生产地到建筑地，或反之由建筑地到混凝土生产地。
一个或更多的回收动能/机械能的电动装置28也称为KERS(动能回收系统)与驱动轮27相关联，并允许回收所述移动单元14的部分动能/机械能，否则这些动能/机械能将在搅拌车10的减速和制动期间通过制动器以热的形式被分散。
适用于使滚筒16选择性旋转的装置29安装在车辆11上。
在这一实例中，装置29包括发电机单元30，适用于供给电动马达31，例如，三相式类型的电动马达。电动马达31例如通过诸如减速器32的减速部件被机械连接至滚筒16上。
发电机单元30包括交流发电机35，交流发电机35通过从动轴36连接至主动轴21，所述从动轴36可能介入有减速装置37。
交流发电机35适用于将主动轴21的机械能转换为交流电形式的电能，交流电随后被转换至需要加载到一个或更多个电能蓄能器40的直流电，电能蓄能器40是可充电的，例如锂离子类型。
电动发电机单元30还包括下述三个电能转换装置，在这一例子中，三个电流转换器是：
-第一转换器41，其将通过交流发电机35生成的交流电压转换为供给至少一个蓄能器40的直流电压；
-第二转换器43，在这一例子中为电流变流器，其将从蓄能器40获得的直流电压转换为需要供给电动马达31的交流电压，和
-另一个且可能的第三转换器42，其将来自外部电网45的交流电压转换为需要供给蓄能器40的直流电压。第一转换器41和第三转换器42可以每一个各包括一个或更多个电流整流器以允许蓄能器40的适宜的供给。
由发电机单元30供给的电动马达41能够为滚筒16的旋转供应所需的功率，例如50kW至80kW之间的功率。
蓄能器40可以以下述三种模式中的一种进行再充电。
第一再充电模式提供为将发电机单元30连接至外部电网45。在这一例子中，通过外部电网45供应的交流电由第三转换器42转换至直流电用以对蓄能器40充电。如果使用工业网络则通过外部电网45对蓄能器40再充电可以是快速的，或者如果使用家用型网络则通过外部电网45对蓄能器40再充电是缓慢的。为了这一目的，发电机单元30可以配置有适用的电动元件以允许连接至家庭网络或工业网络。
第二再充电模式提供为使用可从主动轴21导出的机械能。事实上，通过从动轴36，这一能量能够使交流发电机35激活，交流发电机35通过第一转换器41能够为蓄能器40供应再充电所必须的能量。
第三再充电模式提供为蓄能器40使用移动单元14的部分动能/机械能是可再充电的，蓄能器40通过电动装置以回收动能/机械能28。
电动马达31由蓄能器40直接供给，依赖于运行条件，蓄能器40是可再充电的，通电可直接通过交流发电机35或者通过电网45或者通过回收动能/机械能的电动装置28或可选地通过这三种方式的组合。这一方案允许独立于电动马达31所同时需要的具体运行需要，而优化蓄能器40的充电。这允许获得极其可逆的发电机单元30，其具有高运行率和高运行自主性。
本文迄今所述搅拌车10的功能如下。
当搅拌车10停止相当长的一段周期时，例如长于一小时，例如当它在混凝土生产地即将装满混凝土时，前面所述第一模式用于对电能蓄能器40充电。
当搅拌车10移动时，电动马达31使滚筒16缓慢旋转，随后还会使用主动轴21的部分机械能，也就是使用第二再充电模式同时为蓄能器40再充电，以及可能使用电动装置28产生的部分电能，也就是使用第三再充电模式为蓄能器40再充电。
另一方面，当搅拌车10在建筑地或附近停止时，滚筒16必须继续旋转，排他地仅使用蓄能器40的电能供给电动马达31。由于蓄能器40完全充电，这一步骤的特征是：混凝土卸载期间搅拌车10的运行。
在这一例子中，当蓄能器40完全放电时，总能从热力发动机20获得动力以使用交流发电机35将其转换为电能。
清楚的是，可以对如上所述搅拌车10作出修改和/或附加，并且并不超出本发明的领域和范围。
同样清楚的是，尽管本发明已经参考具体实施例进行了描述，但本领域技术人员必然能够获得具有如权利要求所述特征的搅拌车的其他等同形式，因此所有等同形式都在保护限定的范围内。

Claims (8)

1.一种搅拌车，包括配置有第一马达装置(13)的车辆(11)，所述第一马达装置(13)通过主动轴(21)与具有车轮(27)的移动单元(14)相连接，以实现所述车辆(11)的移动；还包括安装在所述车辆(11)上且包括滚筒(16)的混凝土搅拌机(15)；还包括通过第二马达装置(30，31)使所述滚筒(16)选择性旋转的装置(29)，所述第二马达装置(30，31)包括被机械连接至所述滚筒(16)的电动马达(31)和适用于选择性供给所述电动马达(31)的发电机单元(30)，其特征在于，所述发电机单元(30)包括：
-交流发电机(35)，其通过介入有减速装置(37)的从动轴(36)被连接至所述第一马达装置(13)的所述主动轴(21)，以将主动轴(21)的机械能转换为电能；
-从交流到直流的第一电压转换装置(41)，其被连接至所述交流发电机(35)以便转换所述交流发电机(35)所生成的电能；
-至少一个直流电蓄能器(40)，其连接至所述第一电压转换装置(41)；
-从直流到交流的第二电压转换装置(43)，其被连接至所述蓄能器(40)以便为所述电动马达(31)供给交流电；
-由交流到直流的第三电压转换装置(42)，其被连接至所述蓄能器(40)以将由外部电源(45)所供给的电能转换至所述蓄能器(40)。
2.根据权利要求1所述的搅拌车，其特征在于，所述搅拌车还包括至少一个回收动能或机械能的装置(28)，所述动能或机械能由所述移动单元(14)的制动生成，并适用于与所述电动马达(31)相关联。
3.根据权利要求2所述的搅拌车，其特征在于，所述回收动能或机械能的装置(28)被连接至所述蓄能器(40)。
4.根据前述权利要求任一所述的搅拌车，其特征在于，所述第一马达装置(13)包括热力发动机(20)，且所述交流发电机(35)可被选择性连接至所述热力发动机(20)的主动轴(21)。
5.根据权利要求4所述的搅拌车，其特征在于，所述电动马达(31)通过减速部件(32)被连接至所述滚筒(16)。
6.一种使根据权利要求1-5任一项所述的搅拌车(10)的滚筒(16)旋转的方法，所述搅拌车(10)具有车辆(11)，所述车辆(11)配置有与车轮移动单元(14)协作以便实现所述车辆(11)移动的第一马达装置(13)，所述方法包括第一步骤，其中包括连接至所述滚筒(16)的电动马达(31)的第二马达装置(30，31)使所述滚筒(16)旋转；还包括第二步骤，其中所述电动马达(31)通过发电机单元(30)供给，其特征在于，所述第二步骤提供为：
-将所述第一马达装置(13)连接至交流发电机(35)以生成交流电，
-将所述交流发电机(35)生成的交流电转换成直流电，
-在电能蓄能器(40)中积蓄所述直流电，
-将所述蓄能器(40)的所述直流电再次转换成交流电，
-用交流电供给所述电动马达(31)以便直接使所述滚筒(16)旋转，
-经由第三电压转换装置(42)将所述蓄能器(40)连接至外部电源(45)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第二步骤期间，所述发电机单元(30)将所述第一马达装置(13)所生成的至少部分机械能转换成电能。
8.根据权利要求6或7任一所述的方法，其特征在于，在所述第二步骤期间，所述至少一个蓄能器(40)由至少一个回收动能或机械能的装置(28)被电供给，所述动能或机械能由所述移动单元(14)的制动生成。
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