CN106364334A - 非道路机械的跟踪移动供电系统 - Google Patents

Abstract

非道路机械的跟踪移动供电系统，包括可移动供电车和被供电工程机械，可移动供电车为被供电工程机械的工作提供电力，可移动供电车中设有电源装置、电力控制装置、电力变换输出装置、通信装置及电缆收放装置，电缆收放装置中设有可收放的电缆；被供电工程机械上设有受电臂和通信装置；其中，可移动供电车中还设有驱动装置和障碍物识别装置。本发明的非道路机械的跟踪移动供电系统以车辆的跟踪移动技术为前提，并结合非道路移动机械的工作特点而提出的一种跟踪供电技术，解决了非道路机械的工作路面和工作空间比较复杂而使供电车不宜紧随机械之后的问题，提高了非道路电动机械连续工作的持续时间，进而提高非道路电动机械的工作效率。

Description

非道路机械的跟踪移动供电系统

技术领域

本发明属于工程机械设备技术领域，涉及车辆的跟踪移动技术，工程机械技术，通信技术，控制技术的非道路机械的跟踪移动供电系统。

背景技术

传统的非道路机械，如工程机械，农用机械等，一般具有依赖石油资源，污染大的缺点。电动化成为非道路机械的一个重要发展方向。另外，在我国的某些特别的地域，电力资源特别丰富，电价非常便宜，以电力作为能源不仅方便、可靠，而且还会大幅降低耗能和运营成本。

但是，因为电池的能量密度要远远低于燃油的能量密度，电池的充电时间要远远长于加油时间，这就决定了非道路电动机械很难进行长时间的连续工作，从而影响了机械的工作效率。在机械的后边拖带一个外接供电装置是一种合理的供电方法，但因为非道路机械的工作路面和工作空间比较复杂，使外接供电装置不宜紧随机械之后，而限制了其可施工的范围。

发明内容

本发明要解决现有技术的问题而构思出的非道路机械的跟踪移动供电系统可以很好地克服上述问题，可以大大促进工程机械的电动化，而且此供电设备易于实现集中化、智能化统筹管理控制，可以更加高效、安全、可靠地完成作业。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

非道路机械的跟踪移动供电系统，包括可移动供电车和被供电工程机械，可移动供电车为被供电工程机械的工作提供电力，所述可移动供电车中设有电源装置、电力控制装置、电力变换输出装置及电缆收放装置，电缆收放装置中设有可收放的电缆；所述被供电工程机械上设有受电臂，用于连接电缆；所述可移动供电车和所述被供电工程机械中都设有通信装置，用于可移动供电车和被供电工程机械之间信号的传输。电源装置中的电力经过电力变换输出装置变换成被供电工程机械需要的电力，然后经过电缆收放装置中的电缆，连接到供电车的受电臂上。电力控制装置可以通过通讯装置而接收被供电工程机械发来的指令，并控制电力变换输出装置执行。信号包括被供电工程机械发出的控制电力变换输出装置输出开始、结束，以及供电电量等的信号，以及可移动供电车的工作状态信号和电源中的残留电量信号等。

其中，所述可移动供电车中还设有：驱动装置，用于驱动可移动供电车的移动；可移动供电车与被供电工程机械之间的距离检测装置，用于识别被供电工程机械的位置，并自动驱动可移动供电车与其保持在一定的距离范围之内；障碍物识别装置，用于识别可移动供电车周围环境，可使可移动供电车自动避开障碍物。在被供电工程机械的工作过程中，电缆收放装置能自动收回和放出电缆，并使电缆始终保持悬空。

优选的，所述可移动供电车和所述被供电工程机械中都设有定位装置；设有导航装置，用于可移动供电车移动时的导航。可移动供电车中并没有自动驾驶功能，而只有跟踪导航装置的功能。在实际操作过程中，要把可移动供电车送到被供电工程机械附近时需要把导航导航装置放在其他移动工具上，把可移动供电车引领过去。其他移动工具可以是一般车辆，也可以是无人机等。同样的，当供电完毕的可移动供电车也可以用同样的方法把可移动供电车送回去。

优选的，所述电缆收放装置中设有拉力检测装置及自动收放装置，根据拉力检测装置检测的电缆拉力，自动收放装置对电缆进行调节；结合距离检测装置，当被供电工程机械向可移动供电车方向接近时，电缆所受拉力减小，电缆收放装置自动回收电缆，而当两者之间的距离小于指定距离时，供电车再向远离被供电工程机械的方向移动；当被供电工程机械向远离可移动供电车方向移动时，电缆收放装置自动放出电缆，而当两者之间的距离大于一定值时，可移动供电车的驱动装置驱动可移动供电车自动接近被供电工程机械。

优选的，所述受电臂上设有拉力传感器及电缆断开装置，当拉力传感器检测到电缆所受拉力超过临界值时，电缆断开装置可自动断开受电臂上的电缆。在正常工作下电缆经过电缆收放装置的自动收放及可移动供电车自主驱动，其所受拉力在安全范围内，但也有意外的情况，如电缆缠绕在其他物体上，或者电缆收放装置中的电缆完全放出，但可移动供电车因为障碍物无法接近被供电工程机械，此时被供电工程机械继续向远处活动会使电缆所受拉力增大，容易造成电缆、插头或可移动供电车的损坏，因此设置拉力传感器及电缆断开装置，并为拉力传感器设定一个临界值。

优选的，所述可移动供电车中的电力变换输出装置上设有电缆断开时的自动断电装置。主要出于安全考虑，电缆无论是正常断开或意外断开，自动断电装置都能停止电力变换输出装置对电缆的电力输出。

优选的，所述电缆收放装置的电缆输出端设有高度调节装置，用于调节电缆的高度。当障碍物识别装置检测到障碍物过高时，高度调节装置可提升电缆的高度避免被障碍物阻挡，为被供电工程机械正常供电。

优选的，所述可移动供电车上设有时间设定装置，可设定可移动供电车的供电时间，剩余时间可实时向被供电工程机械发送，在剩余时间不足时发出报警，在超过设定的时间后停止电力变换输出装置的电力输出。

优选的，所述可移动供电车上设有范围设定装置，结合定位装置，可设定可移动供电车的供电范围，位置信息可实时向被供电工程机械发送，在接近范围界限时发出报警，在超过设定的范围后停止电力变换输出装置的电力输出。

时间设定装置和范围设定装置的意义在于因为可移动供电车上可以无人操作，当可移动供电车被盗，或被任何有意或无意破坏了跟踪操纵程序时，可移动供电车都会在一定范围内自动停止，而把损失降到最低。

优选的，所述电缆收放装置中设有剩余电缆的传感装置，用于检测电缆收放装置中残余的电缆长度，传感装置中设有：

报警装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足时，向外部发出报警信号；

紧急停止装置，用于当传感装置检测到电缆收放装置中残余的电缆长度不足发出报警信号后，继续拉伸电缆至限定长度时，自动停止电源装置的电力输出。

优选的，所述受电臂可上下、左右自由转动，且在上下转动方向上有弹性装置支撑受电臂和电缆的重量，避免工程机械在运动时电缆和受电臂守到过大的力。

本发明的有益效果在于：本发明的非道路机械的跟踪移动供电系统以车辆的跟踪移动技术为前提，并结合非道路移动机械的工作特点而提出的一种跟踪供电技术，解决了非道路机械的工作路面和工作空间比较复杂而使供电车不宜紧随机械之后的问题，提高了非道路电动机械连续工作的持续时间，进而提高非道路电动机械的工作效率。

附图说明

图1是本发明正常工作时的示意图。

图2是本发明中的可移动供电车离开或接近被供电工程机械的示意图。

图3是本发明中的可移动供电车遇到障碍物过高时为被供电工程机械供电的示意图。

图4是本发明中的可移动供电车可局部拆卸的示例一示意图。

图5是本发明中的可移动供电车可局部拆卸的示例二示意图。

图6是本发明中的电缆插头断开装置的一种结构示意图。

图中：1、可移动供电车；2、被供电工程机械；3、电源装置；4、电力变换输出装置；5、电缆收放装置；6、电缆；6.1、电缆插头；6.2、凹槽；7、电力控制装置；8、驱动装置；9、通信装置；10、障碍物识别装置；11、受电臂；11.1、插座；11.2、槽孔；11.3、拉力保险销；12、高度调节装置；13、时间设定装置；14、范围设定装置；15、定位装置；16、导航装置；17、距离检测装置；18、其他移动工具。

具体实施方式

下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。

实施方式为：如图1和图2所示，非道路机械的跟踪移动供电系统，包括可移动供电车1和被供电工程机械2，可移动供电车1为被供电工程机械2的工作提供电力， 可移动供电车1中设有电源装置3、电力控制装置7、电力变换输出装置4及电缆收放装置5，电缆收放装置5中设有可收放的电缆6；被供电工程机械2上设有受电臂11，用于连接电缆6；可移动供电车1中还设有驱动装置8和障碍物识别装置10，驱动装置8用于以电源装置3的电力驱动可移动供电车1，障碍物识别装置10用于识别可移动供电车1周围环境，可使可移动供电车1自动避开障碍物。

其中，可移动供电车1和被供电工程机械2中都设有通信装置9和定位装置15，通信装置9用于可移动供电车1和被供电工程机械2之间信号的传输。

其中，可移动供电车1中装有距离检测装置17，用于检测可移动供电车1与被供电工程机械2间的距离，电缆收放装置5中设有拉力检测装置及自动收放装置，根据拉力检测装置检测的电缆6拉力，自动收放装置对电缆6进行调节；结合距离检测装置17，当被供电工程机械2向可移动供电车1方向接近时，电缆6所受拉力减小，电缆收放装置5自动回收电缆6，而当两者之间的距离小于指定距离时，可移动供电车1再向远离被供电工程机械2的方向移动；当被供电工程机械2向远离可移动供电车1方向移动时，电缆收放装置5自动放出电缆6，而当两者之间的距离大于一定值时，可移动供电车1的驱动装置8驱动可移动供电车1自动接近被供电工程机械2。

其中，可移动供电车1上设有时间设定装置13和范围设定装置14。时间设定装置13可设定可移动供电车1的供电时间，剩余时间可实时向被供电工程机械2发送，在剩余时间不足时发出报警，在超过设定的时间后停止电源装置3的电力输出；范围设定装置14可设定可移动供电车1的供电范围，结合定位装置15和通信装置9，位置信息可实时向被供电工程机械2发送，在接近范围界限时发出报警，在超过设定的范围后停止电源装置3的电力输出。

在被供电工程机械2的受电臂11上设有拉力传感器及电缆断开装置，当拉力传感器检测到电缆6所受拉力超过临界值时，电缆断开装置可自动断开受电臂11上的电缆6，可移动供电车1中的电力变换输出装置4上设有电缆6断开时的自动断电装置。在电力变换输出装置4以后的电力回路中，无论因为任何理由而不能形成完整回路时，电力变换输出装置4会自动断开电力输出。这样可以保住被供电工程机械2在非工作状态，或电缆6因为任何原因而被拉断时，电缆6中都不带电，而防止操作人员和辅助人员的误触电。

结合图2所示，设有导航装置16，用于可移动供电车1移动的导向。当被供电工程机械2需要使用可移动供电车1时，可移动供电车1在定位装置15和导航装置16的导航作用下，通过驱动装置8及障碍物识别装置10能自动接近被供电工程机械2为其充电。在可移动供电车1离被供电工程机械2很远时，比如，在远离施工工地的充电站时，导航装置16可以安置在引领用的其他移动工具18上，其他移动工具18可以是一般车辆，也可以是无人机等。即用人为操纵，或具有自动驾驶功能很强的其他交通工具18来引领可移动供电车1移动到被供电工程机械2附近，可移动供电车1引领到位后，把导航装置16从引领用其他交通工具18上转放到被供电工程机械2上，可移动供电车1就可以转而跟随被供电工程机械2移动了。同样的，当工作完毕需要把可移动供电车1还回驻地时也可以用同样的方法。

其中可移动供电车1上不设自动驾驶功能的理由是因为被供电工程机械2所在的路况往往非常复杂，自动驾驶的难度非常高，价格也很高，不适合每台可移动供电车1上都安装一套高度的自动驾驶系统，用跟踪导航装置的方法引领可移动供电车1是更合理的办法。

如图3所示，电缆收放装置5的电缆输出端设有高度调节装置12，当障碍物识别装置10检测到障碍物过高时，高度调节装置12可提升电缆6的高度避免被障碍物阻挡，为被供电工程机械正常供电。

电源装置3可以根据工作需求来选择，废气排放要求高的工地，如城市内，隧道内等，电源可以用蓄电池；在市区外，或者施工时间长的地方可以是发电机，比如燃油发电机。虽然用燃油发电机会有废气排放，但从一台工程机械所排放的总量来看，还是会减少很多。

此外，通信装置9在两车间的信号传输采用无线传输的方式，但也可以为有线的方式传输信号，即在电缆6等电力传输线中增加信号线。

在工作时，本发明的非道路机械的跟踪移动供电系统有三种跟踪供电模式，具体如下：

模式一：尾随跟踪模式，即当可移动供电车1与被供电工程机械2之间的地面比较平坦，中间也没有障碍物时，可移动供电车1跟着被供电工程机械2走，而且当被供电工程机械2行走的比较慢时，可移动供电车1并不是在被供电工程机械2一启动就立即启动，而是在可移动供电车1的电缆收放装置5的工作范围内，可移动供电车1并不移动，当两者之间的距离超过一定范围后可移动供电车1才自主行驶，使其接近被供电工程机械2。

模式二：中心跟踪模式，即当可移动供电车1与被供电工程机械2之间有障碍物，使可移动供电车1不能直接跟随在被供电工程机械2身后时，可移动供电车1将以被供电工程机械2为中心，通过障碍物识别装置10选择可以绕开障碍物的路径接近被供电工程机械2。

模式三：空间回避型跟踪模式，即当可移动供电车1与被供电工程机械2之间需要隔着有一定高度的障碍物或隔离带等而进行供电时，比如被供电工程机械2在道路外进行管道开挖施工时，可移动供电车1在道路上，中间隔着一些已经成活的小树，这时可启动可移动供电车1上的高度调节装置12，把电缆6抬高，从上方绕过障碍带给被供电工程机械2供电。

另外，在可移动供电车1的电源装置3采用蓄电池的结构中，可移动供电车1还具有可局部拆卸的功能，因为蓄电池的充电时间往往会比较长，在为蓄电池充电时，可以把蓄电池及相应结构从可移动供电车1上分离下来，而装配其它蓄电池及相应结构到工地上供电，从而提高可移动供电车1车体的使用效率。图4和图5为两种实现局部拆卸的示例。示例一：如图4所示，可移动供电车1中的电源装置3、电力变换输出装置4、电缆收放装置5、电缆6及电力控制装置7整合在一起并可以从可移动供电车1车体上拆卸下来；示例二：如图5所示，可移动供电车1中的电源装置3可以单独从可移动供电车1车体上拆卸下来。

图6为电缆插头断开装置的一种结构示例。把从可移动供电车1接过来的电缆插头6.1插入被供电工程机械2受电臂11上的插座11.1中，电缆插头6.1的侧面设有若干凹槽6.2，插座11.1侧壁设有与凹槽6.2相匹配的槽孔11.2，设有拉力保险销11.3从槽孔11.2插入到凹槽6.2内。拉力保险销11.3被用来承受电缆6受到正常拉伸时电缆插头6.1与插座11.1之间的拉力，但拉力保险销11.3又被设计的足够脆，而当拉力过大时能被率先拉断，使电缆插头6.1从插座11.1中脱离，以保护电缆6不被拉断。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (10)

1.非道路机械的跟踪移动供电系统，包括可移动供电车和被供电工程机械，可移动供电车为被供电工程机械的工作提供电力，其特征在于：

所述可移动供电车中设有电源装置、电力控制装置、电力变换输出装置及电缆收放装置，电缆收放装置中设有可收放的电缆；

所述被供电工程机械上设有受电臂，用于连接电缆；

所述可移动供电车和所述被供电工程机械中都设有通信装置，用于可移动供电车和被供电工程机械之间信号的传输；

电源装置中的电力经过电力变换输出装置变换成被供电工程机械需要的电力，然后经过电缆收放装置中的电缆，连接到供电车的受电臂上，电力控制装置可以通过通讯装置而接收被供电工程机械发来的指令，并控制电力变换输出装置执行；

其中，所述可移动供电车中还设有：

驱动装置，用于驱动可移动供电车的移动；

距离检测装置，用于测量可移动供电车与被供电工程机械之间的距离，并自动驱动可移动供电车与被供电工程机械保持在一定的距离范围之内。

2.根据权利要求1所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述可移动供电车和所述被供电工程机械中都设有定位装置；

设有导航装置，用于可移动供电车移动时的导航。

3.根据权利要求2所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述可移动供电车中装有障碍物识别装置，用于识别可移动供电车周围环境，可使可移动供电车自动避开障碍物。

4.根据权利要求1所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述电缆收放装置中设有拉力检测装置及自动收放装置，根据拉力检测装置检测的电缆拉力，自动收放装置对电缆进行调节；

结合距离检测装置，当被供电工程机械向可移动供电车方向接近时，电缆所受拉力减小，电缆回收装置自动回收电缆，而当两者之间的距离小于指定距离时，可移动供电车再向远离被供电工程机械的方向移动；当被供电工程机械向远离可移动供电车方向移动时，电缆收放装置自动放出电缆，而当两者之间的距离大于指定距离时，可移动供电车的驱动装置驱动可移动供电车自动接近被供电工程机械。

5.根据权利要求1所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述受电臂上设有拉力传感器及电缆插头断开装置，当拉力传感器检测到电缆所受拉力超过临界值时，电缆断开装置可自动断开受电臂上的电缆插头。

6.根据权利要求5所述的非道路机械的跟踪移动供电系统其特征在于：所述可移动供电车中的电力变换输出装置上设有电缆断开时的自动断电装置。

7.根据权利要求3所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述电缆收放装置的电缆输出端设有高度调节装置，用于调节电缆的高度。

8.根据权利要求2所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述可移动供电车上设有时间设定装置，可设定可移动供电车的供电时间，剩余时间可实时向被供电工程机械发送，在剩余时间不足时发出报警，在超过设定的时间后停止电力变换输出装置的电力输出。

9.根据权利要求2所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述可移动供电车上设有范围设定装置，结合定位装置和通信装置，可设定可移动供电车的供电范围，位置信息可实时向被供电工程机械发送，在接近范围界限时发出报警，在超过设定的范围后停止电力变换输出装置的电力输出。

10.根据权利要求1所述的非道路机械的跟踪移动供电系统，其特征在于：所述可移动供电车电源装置采用蓄电池，且驱动装置以蓄电池的电力为动力。