CN107542119A - 双动力地下铲运机 - Google Patents

Abstract

本发明双动力地下铲运机，包括双动力系统、电力传动系统、液压系统、铲斗装置、电容储能系统和操控系统，双动力系统用于提供地下铲运机所需的动力；电力传动系统用于驱动地下铲运机执行行驶动作；液压系统用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，铲斗装置通过接收液压系统发送的动作指令实现铲斗的举升、下降、收斗与倾翻动作；电容储能系统用于存储动力系统的动力、用于向电力传动系统提供动力；操控系统用于接收指令并分别控制动力系统、电力传动系统、液压系统和电容储能系统执行动作指令。本发明提供一种节能、低排放、高效率、高机动性的双动力地下铲运机。

Description

双动力地下铲运机

技术领域

本发明涉及用于采矿的动力机械装置，特别是涉及一种双动力地下铲运机。

背景技术

地下铲运机主要用于矿山出矿、出渣，以及低位溜井卸矿等，是一种车身矮、中央铰接、前端装载的无轨移动作业设备。在地下矿山规模化开采中铲装、运输是地下矿山高效开采的关键环节，设备性能的优劣将直接影响到采矿生产效率，因此在地下开采主体装备中铲运机是实现地下矿山高效开采的首要关键设备。当今社会，能源枯竭和环境污染问题变得越来越严重，对井下作业的地下铲运机来说更是急需解决能源及环境污染的问题。

目前地下铲运机分为柴油铲运机和电动铲运机，它们的优势就应用条件而论各有适用场合。柴油铲运机排出的废气在狭窄的巷道空间难以及时驱散，直接导致了巷道工作环境的恶化，同时大功率柴油机工作时对巷道的通风量也有很高的要求。电动铲运机具有无污染、维修简单、完好率高、作业成本低等优点，然而当需要铲运机于采场、分层、分段甚至中段之间频繁调动时，电动铲运机的缺点就显现出来：拖曳电缆限制了设备的机动性能和活动范围，在运距较长或矿点分散的情况下，其技术性能和经济效益差。

总之，在装卸点和运距变化大的巷道掘进出矿中，柴油铲运机的机动性具有不可替代的作用，而在装卸点和运距相对固定的条件下，电动铲运机的环保优势是显而易见的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能耗低、排放低、机动性强的双动力地下铲运机。

本发明一种双动力地下铲运机，包括安装在铲运机车架上的双动力系统、电力传动系统、液压系统、铲斗装置、电容储能系统和操控系统，所述铲运机车架包括相互铰接的前车架和后车架，所述铲斗装置安装在所述前车架的前端，所述电力传动系统、电容储能系统和操控系统安装在所述后车架上，所述液压系统与电力传动系统分别一部分安装在所述前车架上，另一部分安装在所述后车架上，其中：

所述双动力系统用于提供地下铲运机所需的动力，其中所述双动力系统包括柴油发动机、电源组件和分动组件，所述柴油发动机、分动组件、电源组件依次相连，所述柴油发动机通过分动组件将动力分别传递给所述液压系统和电源组件，所述电源组件将动力传递给所述电力传动系统；

所述电力传动系统用于驱动地下铲运机执行行驶动作，其中所述电力传动系统包括发电机控制模块、牵引电机控制模块和机械传动组件，所述发电机控制模块与电源组件相连，所述发电机控制模块将从所述双动力系统接收的动力传递给所述牵引电机控制模块，所述机械传动组件的两侧设有车轮，所述牵引电机控制模块通过机械传动组件驱动车轮转动；

所述液压系统用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，进一步地，所述铲斗装置通过接收所述液压系统发送的动作指令实现铲斗的举升、下降、收斗与倾翻动作；

所述电容储能系统用于存储所述双动力系统的动力、用于向所述电力传动系统提供动力；

其中，所述发电机控制模块与牵引电机控制模块之间设有直流母线，所述发电机控制模块、牵引电机控制模块与电容储能系统并联设置在所述直流母线上；

所述操控系统用于接收指令并分别控制所述双动力系统、电力传动系统、液压系统和电容储能系统执行动作指令。

本发明双动力地下铲运机，其中所述发电机控制模块包括：

发电机，用于在所述地下铲运机启动后在电源组件的带动下产生三相交流电源；

发电机控制器，用于对所述三相交流电源进行整流和稳压以生成直流电源，并将所述直流电源输送到所述直流母线上，以及用于控制所述发电机的发电功率大小。

本发明双动力地下铲运机，其中所述牵引电机控制模块包括：牵引电机控制器与牵引电机，

所述牵引电机控制器，用于对所述直流电源进行逆变以生成三相交流电源，以及用于控制所述牵引电机的旋转方向及其输出扭矩的大小；

所述牵引电机，用于将所述三相交流电源产生的电能转化为机械能，通过机械传动组件驱动车轮转动。

本发明双动力地下铲运机，其中所述直流母线包括正负极电缆和汇流母排，所述发电机控制器与牵引电机控制器分别连接在所述正负极电缆的两端，所述电容储能系统连接在所述汇流母排上。

本发明双动力地下铲运机，其中所述电容储能系统包括：

超级电容器，与所述汇流母排连接，在所述地下铲运机所需功率较低时，用于存储所述柴油发动机的动力，在所述地下铲运机所需功率较高时，用于将动力释放给所述牵引电机；

电容管理模块，用于检测超级电容器的电压及温度，同时用于控制超级电容存储模块与所述汇流母排的通断。

本发明双动力地下铲运机，其中所述液压系统包括：

液压泵，与所述分动组件连接，用于将双动力系统产生的机械能转化为液压油的压力能；

液压执行机构，包括工作液压油缸、转向液压油缸和制动器，所述工作液压油缸与所述铲斗装置连接，用于驱动所述地下铲运机执行铲装、卸料动作，所述转向液压油缸用于驱动地下铲运机执行转向动作，所述制动器用于对所述地下铲运机执行制动动作；

控制阀组，用于控制液压油的流向，控制所述液压执行机构的运动方向及运动速度，同时还限定了液压系统的最高工作压力。

本发明双动力地下铲运机，其中所述分动组件为以下结构的任意一种：

(1)机械分动齿轮箱；

(2)皮带传动机构。

本发明双动力地下铲运机，其中所述牵引电机控制器、牵引电机和机械传动组件至少设有两组，每组所述牵引电机控制器、牵引电机与机械传动组件相互独立动作。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

(1)本发明发电机控制模块、牵引电机控制模块与电容储能系统并联设置，发电机控制模块将从双动力系统获得的电能分别输送给牵引电机控制模块与电容储能系统，并利用电能储能系统实现对电能的存储与释放，满足地下铲运机高频率的循环工作，保证地下铲运机工作的正常进行。

(2)本发明双动力系统提供地下铲运机所需的动力，双动力系统通过柴油发动机和电源组件共同为地下铲运机提供所需的动力，通过柴油发动机将动力分别传递给液压系统和电源组件，通过电源组件将动力传递给电力传动系统，地下铲运机通过电力传动系统实现行进，通过液压系统实现铲装与卸料，同时，通过电容储能系统实现对电能的存储与释放，本发明液压系统与电力传动系统以及电容储能系统相结合的混合动力的供能方式，针对不同的工作环境，电力传动系统与液压系统以及电容储能系统能够充分发挥各自的优势，适用范围广，具有能耗低、排放低、机动性强的特点。

(3)本发明牵引电机控制器、牵引电机和机械传动组件至少设有两组，每组牵引电机控制器、牵引电机与机械传动组件相互独立动作，当其中一组故障时可以利用其余的牵引电机、牵引电机控制器及机械传动组件跛行到维修点，提高设备的安全可靠性。

下面结合附图对本发明的双动力地下铲运机作进一步说明。

附图说明

图1为本发明双动力地下铲运机整体结构图；

图2为本发明双动力地下铲运机中各系统配合的结构图；

图3为本发明双动力地下铲运机中分动组件采用机械分动齿轮箱的安装结构图；

图4为本发明双动力地下铲运机中分动组件采用皮带传动机构的安装结构图；

图5为本发明双动力地下铲运机中电力传动系统的结构图；

图6为本发明双动力地下铲运机中电力传动系统的又一结构图；

其中：1、铲运机车架；2、双动力系统；3、电力传动系统；4、液压系统；5、铲斗装置；6、电容储能系统；7、操控系统；8、车轮；

201、柴油发动机；202、分动组件；

301、发电机；302、发电机控制器；303、直流母线；304、牵引电机控制器；305、牵引电机；306、机械传动组件；

401、液压泵；402、控制阀组；403、转向液压油缸；404、工作液压油缸。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种双动力地下铲运机，包括安装在铲运机车架1上的双动力系统2、电力传动系统3、液压系统4、铲斗装置5、电容储能系统6、操控系统7，铲运机车架1包括相互铰接的前车架和后车架，铲斗装置5安装在前车架的前端，电力传动系统3、电容储能系统6和操控系统7安装在后车架上，液压系统4与电力传动系统3分别一部分安装在前车架上，另一部分安装在后车架上。

下面分别对各个系统的功能和执行动作进行详细描述，如图2所示，

双动力系统2用于提供地下铲运机所需的动力，其中双动力系统2包括柴油发动机201、电源组件和分动组件202，柴油发动机201、分动组件202、电源组件依次相连，柴油发动机201通过分动组件202将动力分别传递给液压系统4和电源组件，电源组件通过直流母线303将动力传递给电力传动系统3。

本发明双动力系统2采用柴油发动机201与电源组件共同提供动力的功能方式，使地下铲运机具有节能、低排放、高效率、高机动性的特点。

电力传动系统3用于驱动地下铲运机执行行驶动作，其中电力传动系统3包括发电机控制模块、牵引电机控制模块和机械传动组件306，发电机控制模块与分动组件202相连，发电机控制模块将从双动力系统2接收的动力传递给牵引电机控制模块，机械传动组件306的两侧设有车轮8，牵引电机控制模块通过机械传动组件306驱动车轮8转动。

进一步地，发电机控制模块与牵引电机控制模块之间设有直流母线303，发电机控制模块、牵引电机控制模块与电容储能系统6并联设置在直流母线303上。

进一步地，发电机控制模块包括：

发电机301，用于在地下铲运机启动后在分动组件202的带动下产生三相交流电源，其中，发电机301的输入端与分动组件202相连；

发电机控制器302，用于对三相交流电源进行整流和稳压以生成直流电源，并将直流电源输送到直流母线303上，以及用于控制发电机301的发电功率大小，其中，发电机301与发电机控制器302之间通过三根电缆连接。

牵引电机控制模块包括：牵引电机控制器304与牵引电机305，

牵引电机控制器304，用于对输送到直流母线303上的直流电源进行分流和分压以生成三相交流电源，以及用于控制牵引电机305的旋转方向及其输出扭矩的大小；

牵引电机305，用于将三相交流电源产生的电能转化为机械能，通过机械传动组件306驱动车轮8转动，其中，牵引电机控制器304与牵引电机之间通过三根电缆连接。

其中，直流母线303包括正负极电缆和汇流母排，发电机控制器302与牵引电机控制器304分别连接在正负极电缆的两端，电容储能系统6连接在汇流母排上。

电容储能系统6并联在直流母线303上，用于存储双动力系统2中柴油发动机201的动力及用于向电力传动系统3提供动力，为电力传动系统3提供能量，减小柴油发动机201的装机功率，

其中，在地下铲运机所需功率较低时，电容储能系统6用于存储柴油发动机201的动力，进一步地，也可在牵引电机305制动时回收能量。

在地下铲运机所需功率较高时，电容储能系统6用于将动力释放给牵引电机305，使柴油发动机201将动力主要分配给液压系统4，保证地下铲运机工作的顺利进行。

进一步地，电容储能系统6包括：

超级电容器，与汇流母排连接，在所述地下铲运机所需功率较低时，用于存储所述柴油发动机201的动力，在所述地下铲运机所需功率较高时，用于将动力释放给所述牵引电机305；

超级电容器与直流母线303连接后直流母线电压跟随超级电容器电压变化，直流母线电压高即超级电容器中存储的能量多，直流母线电压低即超级电容器中存储的能量少。

电容管理模块，用于检测超级电容器的电压及温度，同时用于控制超级电容存储模块与所述汇流母排的通断，其中，控制超级电容存储模块与所述汇流母排的通断通过继电器进行控制。

现针对双动力地下铲运机的几种工作条件进行详细描述：

其中，双动力系统2提供的能量总量为一定值，且分为两部分，一部分通过柴油发动机201提供给液压系统4，另一部分通过电源组件将电能提供给电力传动系统3，其中，液压系统4用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，而且地下铲运机在执行铲装、卸料动作时所需的能量较大，因此，双动力系统2在提供能量时，优先将能量传递给柴油发动机201，柴油发动机201将能量传递给液压系统4，保证地下铲运机能够正常完成铲装、卸料动作；

由于发电机控制模块、牵引电机控制模块与电容储能系统6并联，电力传动系统3将从发电机控制模块所获得的电能通过直流母线一部分传递给牵引电机控制模块，另一部分传递给电容储能模块，其中，电力传动系统3在传递电能时，优先将电能传递给牵引电机控制模块，保证地下铲运机能够正常执行行进动作，当电力传动系统3在满足牵引电机控制模块所需电能后，如有剩余电能，则传递给电容储能模块，使电容储能模块进行电能储存。

在地下铲运机所需求功率较高时，超级电容器作为辅助动力源与发电机控制模块一同将电能传递给牵引电机控制模块。

本发明将超级电容器快速充放电的特性应用于地下铲运机，利用电能存储释放的原理，满足地下铲运机高频率循环工作，短时大峰值功率输出的工作特点，使发动机装机功率大幅降低，进而减少井下巷道通风要求。

液压系统4用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，进一步地，铲斗装置5通过接收液压系统4发送的动作指令实现铲斗的举升、下降、收斗与倾翻动作。

进一步地，液压系统4包括：

液压泵401，与分动组件202连接，用于将动力系统2产生的机械能转化为液压油的压力能；

液压执行机构，包括工作液压油缸404、转向液压油缸403和制动器，工作液压油缸404与铲斗装置5连接，用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，转向液压油缸403用于驱动地下铲运机执行转向动作，制动器用于对地下铲运机执行制动动作；

控制阀组402，用于控制液压油的流向，控制液压执行机构的运动方向及运动速度，同时还限定了液压系统4的最高工作压力。

铲斗装置5包括由铰接销结构连接的铲斗、举升臂、连杆、摇臂，铲斗、举升臂、连杆与摇臂之间可相对转动，由工作液压油缸404控制实现动作的实现铲斗的举升、下降、收斗与倾翻动作。

操控系统7用于接收指令并分别控制双动力系统2、电力传动系统3、液压系统4和电容储能系统6执行动作指令。

进一步地，分动组件202为以下结构的任意一种：

(1)机械分动齿轮箱；

(2)皮带传动机构。

进一步地，牵引电机控制器304、牵引电机305和机械传动组件306至少设有两组，每组牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306相互独立动作，当其中一组故障时可以利用其余的牵引电机305、牵引电机控制器304及机械传动组件306跛行到维修点。

牵引电机控制器304、牵引电机305和机械传动组件306设有两组或四组，并与分动组件202的任意一种结构形式进行排列组合。

现结合具体实施例进行详细描述：

本发明的一个实施例中，结合图3与图5所示，分动组件202采用机械分动齿轮箱，牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306设有两组，其中，液压泵401与发电机301分别与机械分动齿轮箱的输出口连接，液压泵401安装在机械分动齿轮箱上，发电机301安装在铲运机机架上，牵引电机305分别安装在后车架上，发电机301发出的电能分别驱动前后两个牵引电机305，牵引电机305通过机械传动组件306驱动车轮8转动。

本发明的又一实施例中，结合图3与图6所示，分动组件202采用机械分动齿轮箱，牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306设有四组，其中，液压泵401与发电机301分别与机械分动齿轮箱的输出口连接，液压泵401安装在机械分动齿轮箱上，发电机301安装在铲运机机架上，其中两组牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306安装在前车架上，另两组牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306安装在后车架上，发电机301发出的电能分别驱动每个牵引电机305，牵引电机305通过机械传动组件306驱动车轮8转动。

本发明的再一实施例中，结合图4与图5所示，分动组件202采用皮带传动机构，牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306设有四组，其中，皮带传动机构的皮带轮驱动液压泵401，皮带传动机构的输出轴驱动发电机301，液压泵401安装在皮带轮驱动液压泵401上，发电机301安装在铲运机机架上，牵引电机305分别安装在后车架上，发电机301发出的电能分别驱动前后两个牵引电机305，牵引电机305通过机械传动组件306驱动车轮8转动。

本发明的还有一个实施例中，结合图4与图6所示，分动组件202采用皮带传动机构，牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306设有两组，其中，皮带传动机构的皮带轮驱动液压泵401，皮带传动机构的输出轴驱动发电机301，液压泵401安装在皮带轮驱动液压泵401上，其中两组牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306安装在前车架上，另两组牵引电机控制器304、牵引电机305与机械传动组件306安装在后车架上，发电机301发出的电能分别驱动每个牵引电机305，牵引电机305通过机械传动组件306驱动车轮8转动。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种双动力地下铲运机，其特征在于：包括安装在铲运机车架上的双动力系统、电力传动系统、液压系统、铲斗装置、电容储能系统和操控系统，所述铲运机车架包括相互铰接的前车架和后车架，所述铲斗装置安装在所述前车架的前端，所述电力传动系统、电容储能系统和操控系统安装在所述后车架上，所述液压系统与电力传动系统分别一部分安装在所述前车架上，另一部分安装在所述后车架上，其中：

所述双动力系统用于提供地下铲运机所需的动力，其中所述双动力系统包括柴油发动机、电源组件和分动组件，所述柴油发动机、分动组件、电源组件依次相连，所述柴油发动机通过分动组件将动力分别传递给所述液压系统和电源组件，所述电源组件将动力传递给所述电力传动系统；

所述电力传动系统用于驱动地下铲运机执行行驶动作，其中所述电力传动系统包括发电机控制模块、牵引电机控制模块和机械传动组件，所述发电机控制模块与电源组件相连，所述发电机控制模块将从所述双动力系统接收的动力传递给所述牵引电机控制模块，所述机械传动组件的两侧设有车轮，所述牵引电机控制模块通过机械传动组件驱动车轮转动；

所述液压系统用于驱动地下铲运机执行铲装、卸料动作，进一步地，所述铲斗装置通过接收所述液压系统发送的动作指令实现铲斗的举升、下降、收斗与倾翻动作；

所述电容储能系统用于存储所述双动力系统的动力、用于向所述电力传动系统提供动力；

其中，所述发电机控制模块与牵引电机控制模块之间设有直流母线，所述发电机控制模块、牵引电机控制模块与电容储能系统并联设置在所述直流母线上；

所述操控系统用于接收指令并分别控制所述双动力系统、电力传动系统、液压系统和电容储能系统执行动作指令。

2.根据权利要求1所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述发电机控制模块包括：

发电机，用于在所述地下铲运机启动后在电源组件的带动下产生三相交流电源；

发电机控制器，用于对所述三相交流电源进行整流和稳压以生成直流电源，并将所述直流电源输送到所述直流母线上，以及用于控制所述发电机的发电功率大小。

3.根据权利要求1或2所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述牵引电机控制模块包括：牵引电机控制器与牵引电机，

所述牵引电机控制器，用于对所述直流电源进行逆变以生成三相交流电源，以及用于控制所述牵引电机的旋转方向及其输出扭矩的大小；

所述牵引电机，用于将所述三相交流电源产生的电能转化为机械能，通过机械传动组件驱动车轮转动。

4.根据权利要求3所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述直流母线包括正负极电缆和汇流母排，所述发电机控制器与牵引电机控制器分别连接在所述正负极电缆的两端，所述电容储能系统连接在所述汇流母排上。

5.根据权利要求4所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述电容储能系统包括：

超级电容器，与所述汇流母排连接，在所述地下铲运机所需功率较低时，用于存储所述柴油发动机的动力，在所述地下铲运机所需功率较高时，用于将动力释放给所述牵引电机；

电容管理模块，用于检测超级电容器的电压及温度，同时用于控制超级电容存储模块与所述汇流母排的通断。

6.根据权利要求1所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述液压系统包括：

液压泵，与所述分动组件连接，用于将双动力系统产生的机械能转化为液压油的压力能；

液压执行机构，包括工作液压油缸、转向液压油缸和制动器，所述工作液压油缸与所述铲斗装置连接，用于驱动所述地下铲运机执行铲装、卸料动作，所述转向液压油缸用于驱动地下铲运机执行转向动作，所述制动器用于对所述地下铲运机执行制动动作；

控制阀组，用于控制液压油的流向，控制所述液压执行机构的运动方向及运动速度，同时还限定了液压系统的最高工作压力。

7.根据权利要求1所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述分动组件为以下结构的任意一种：

(1)机械分动齿轮箱；

(2)皮带传动机构。

8.根据权利要求1所述的双动力地下铲运机，其特征在于：所述牵引电机控制器、牵引电机和机械传动组件至少设有两组，每组所述牵引电机控制器、牵引电机与机械传动组件相互独立动作。