CN108533544B - 一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统 - Google Patents

Abstract

本申请是专利申请号为“2017100838987”申请日为“20170216”名称为“一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统”的专利申请的分案申请。一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，包括翻桶油缸、举升油缸、刮板油缸、滑板油缸、推板油缸，系统还包括动力单元I、闭式传动单元II、推板系统III、主控制器，采用闭式系统可以大大减小油箱容量，简化系统结构，根据执行器的工况来设定电机转速，甚至在上装设备不工作时，电机停转，这样提高作业效率，取消了空流和节流损耗，在负负载工况下电机发电，可以将负载重力势能转换成电能，同时，在垃圾双向压缩工况下，可以回收压缩时的溢流能量，这样大大减少了电池能量的消耗，提高了整车的续航里程以及延长了电池的寿命。

Description

一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统

本申请是专利申请号为“2017100838987”申请日为“20170216”名称为“一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于液压技术领域，具体涉及一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统。

背景技术

后装压缩式垃圾车是一种垃圾收集与转运的环卫专用车辆，具有垃圾运量大、且可避免沿途撒漏而造成二次污染的优点。其结构主要包括：二类汽车底盘、密封垃圾箱、推板机构、填料器、刮板滑板机构、倾倒装置以及相关的液压和电气系统。具体工作流程为：倾倒装置将垃圾桶翻起，垃圾入斗；刮板上翻；滑板带着刮板下降到位；刮板反转将垃圾挖起；滑板带着刮板上升，将垃圾压入箱内。循环作业直至垃圾箱装满，垃圾运送至卸料场，填料器整体在举升油缸的作用下向上翻转，推板油缸伸出推动推板向后移动，将整箱垃圾推出车外而卸料。

随着人们环保意识的不断加强，各地政府对排放的要求日益提高，而纯电动汽车具有零排放、低噪音和高效率等优点，因此越来越受到国家和企业的重视，各种纯电动乘用车已经大量推向市场。目前，电动汽车的应用也逐渐渗透到环卫、邮政、物流等专用车领域，其中，纯电动压缩式垃圾车目前已经逐渐被主机厂家推向市场。而目前专用主机厂开发纯电动压缩式垃圾车的基本思路是在纯电动车底盘上配置传统的上装液压系统，系统原理如图1所示，该结构为传统的定量泵开中心多路阀系统，每一组油缸连接一片三位六通多路阀，控制每一组油缸的方向和速度，该方案能满足上装设备的工作要求，但是能耗较高，不利于电池能量的有效利用，具体表现如下：

（1）压缩式垃圾车在装载垃圾的过程中，需要人工将更换垃圾桶，这一过程短则几秒，长则需要几分钟，这一段时间电机驱动液压泵不做功，因此这段时间的能量全部浪费；

（2）该上装设备是多执行器系统，每组油缸的换向和调速都是依靠多路阀组来实现，油缸调速的时候，阀口的节流损耗较大，特别是低速运行时；

（3）翻桶油缸、刮板油缸、滑板油缸和举升油缸在工作过程中存在大量负负载工况，多路阀控制系统是利用阀口的液阻或平衡阀来提供背压，使油缸运行平稳，因此这些工况下的负载的势能全部损耗在阀口转换为热量而消耗掉；

（4）图1中传统的压缩机构是利用背压阀来实现双向压缩的功能，因此背压阀中的溢流阀存在溢流阀损耗；

以上这些方面都会不利于动力电池中电能的有效利用，从而影响整车的续航里程和电池寿命。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，该方案可以减小原系统中的空流、节流损耗，并回收负载重力势能和双向压缩时的溢流能量，因此可以提高电池电能的有效利用率。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：

纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，包括翻桶油缸、举升油缸、刮板油缸、滑板油缸、推板油缸，其特征在于，系统还包括动力单元I、闭式传动单元II、推板系统III、主控制器；

所述动力单元I包括调速电机、电机控制器、动力电池，动力电池直接连接电机控制器的直流母线端，电机控制器动力输出端连接调速电机；

所述闭式传动单元II包括双向定量泵/马达、第一两位两通电磁换向阀~第八两位两通电磁换向阀、第一液控单向阀、第二液控单向阀V、第一安全阀V、第二安全阀V、第三压力传感器、第一接近开关~第八接近开关，双向定量泵/马达的进出口分别连接翻桶油缸、举升油缸、刮板油缸、滑板油缸每一组油缸的两腔，在前述每一组油缸两腔与双向定量泵/马达的进出口之间分别用一只两位两通电磁换向阀隔开；签署每组油缸活塞杆在工作行程的最短和最长的位置分别设有接近开关；两只安全阀的出口相连，两只安全阀的入口分别连接在双向定量泵/马达的入口和出口；两只液控单向阀的正向入口相连，两只液控单向阀的出口分别连接在双向定量泵/马达的入口和出口，每个液控口连接到对接液控单向阀的出口，即相对的液控单向阀的出口；安全阀出口和液控单向阀正向入口直接相连；

所述推板系统III包括第九两位两通电磁换向阀~第十二两位两通电磁换向阀以及第十三两位两通电磁换向阀、三位四通换向阀、单向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、高压蓄能器、低压蓄能器，三位四通换向阀的两个出口分别连接推板油缸的两腔，推板油缸的小腔通过单向阀与油箱连接，推板油缸的大腔和高压蓄能器之间通过第十二两位两通电磁换向阀连接，高压蓄能器和低压蓄能器通过第十一两位两通电磁换向阀连接，低压蓄能器的出口分出两个并行分支，一条通过串联的第十三两位两通电磁换向阀和两位三通电磁换向阀与双向定量泵/马达的入口连接，另一条分支通过第九两位两通电磁换向阀与安全阀出口和液控单向阀正向入口的连接点连接；第一压力传感器和第二压力传感器的测压口分别设在高压蓄能器出口和第九两位两通电磁换向阀的出口。

动力单元I中的调速电机与双向定量泵/马达机械连接，电机控制器与主控制器通过CAN总线通讯；

所有的两位两通电磁换向阀及两位三通电磁换向阀、三位四通电磁换向阀的电磁铁连接主控制器的输出端，两个压力传感器的信号输出端连接主控制器的信号采集口，八个接近开关的信号输出端口连接主控制器的信号采集口。

进一步的方案是，所述的调速电机可以是交流异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机；

进一步的方案是：所有的两位两通电磁换向阀均采用电磁球阀作为先导阀的结构形式；

在纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，两个液控单向阀作为补油阀；采用低压蓄能器作为差动缸两腔流量匹配元件；调速电机与控制器构成的单元具有四象限运行功能，即，可以正转也可以反转且每种转向下既可以电动又可以发电运行；所述的双向定量泵/马达，即具有双向旋转的功能，并且每一转向下既可以运行在泵工况，又可以运行在马达工况；

主控制器中含有控制程序，根据两个压力传感器的信号值、八个接近开关的状态来控制调速电机转向、转速，换向阀电磁铁电流的通断。

本发明的有益效果：采用闭式系统可以大大减小油箱容量，简化系统结构，根据执行器的工况来设定电机转速，甚至在上装设备不工作时，电机停转，这样提高作业效率，取消了空流和节流损耗，在负负载工况下电机发电，可以将负载重力势能转换成电能，同时，在垃圾双向压缩工况下，可以回收压缩时的溢流能量，这样大大减少了电池能量的消耗，提高了整车的续航里程以及延长了电池的寿命。

附图说明

图1 压缩式垃圾车传统上装设备液压系统图；

图2 本发明实施例系统原理图；

图2中1-调速电机、2-电机控制器、3-动力电池、4-双向泵定量泵/马达、5-高压蓄能器、6-低压蓄能器、7-推板油缸、8-单向阀、9-第一压力传感器、10-第二压力传感器、11-第三压力传感器、12-主控制器、13-翻桶油缸、14-举升油缸、15-刮板油缸、16-滑板油缸、VD1-第一两位两通换向阀~VD9-第九两位两通电磁换向阀、VD10-两位三通电磁换向阀、VD11-第十一两位两通电磁换向阀、VD12-第十二两位两通换向阀、VD13-三位四通电磁换向阀VD14-第十三两位两通电磁换向阀、J1-第一接近开关~J8-第八接近开关、V1-第一液控单向阀、V2-第二液控单向阀、V3-第一安全阀、V4-第二安全阀；

I-动力单元、II-闭式传动单元、III-推板系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图2所示，纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，包括翻桶油缸13、举升油缸14、刮板油缸15、滑板油缸16、推板油缸7，其特征在于，系统还包括动力单元I、闭式传动单元II、推板系统III、主控制器12；

所述动力单元I包括调速电机1、电机控制器2、动力电池3，动力电池3直接连接电机控制器2的直流母线端，电机控制器2动力输出端连接调速电机1；

所述闭式传动单元II包括双向定量泵/马达4、第一两位两通电磁换向阀VD1~第八两位两通电磁换向阀VD8、第一液控单向阀V1，第二液控单向阀V2、第一安全阀V3，第二安全阀V4、第三压力传感器11、第一接近开关J1~第八接近开关J8，双向定量泵/马达4的进出口分别连接翻桶油缸13、举升油缸14、刮板油缸15、滑板油缸16每一组油缸的两腔，在前述每一组油缸两腔与双向定量泵/马达4的进出口之间分别用一只两位两通电磁换向阀隔开；签署每组油缸活塞杆在工作行程的最短和最长的位置分别设有接近开关；两只安全阀的出口相连，两只安全阀的入口分别连接在双向定量泵/马达4的入口和出口；两只液控单向阀的正向入口相连，两只液控单向阀出口分别连接在双向定量泵/马达4的入口和出口，每个液控口连接到对接液控单向阀的出口；安全阀出口和液控单向阀正向入口直接相连；

所述推板系统III包括第九两位两通电磁换向阀VD9、两位三通电磁换向阀VD10、第十一两位两通电磁换向阀VD11、第十二两位两通电磁换向阀VD12、第十三两位两通电磁换向阀VD14、三位四通换向阀VD13、单向阀8、第一压力传感器9、第二压力传感器10、高压蓄能器5、低压蓄能器6，三位四通换向阀VD13的两个出口分别连接推板油缸7的两腔，推板油缸7的小腔通过单向阀8与油箱连接，推板油缸7的大腔和高压蓄能器5之间通过第十二两位两通电磁换向阀VD12连接，高压蓄能器5和低压蓄能器6通过第十一两位两通电磁换向阀VD11连接，低压蓄能器6的出口分出两个并行分支，一条通过串联的第十三两位两通电磁换向阀VD14和两位三通电磁换向阀VD10与双向定量泵/马达4的入口连接，另一条分支通过第九两位两通电磁换向阀VD9与安全阀出口和液控单向阀正向入口的连接点连接；第一压力传感器9和第二压力传感器10的测压口分别设在高压蓄能器5出口和第九两位两通电磁换向阀VD9的出口。

动力单元I中的调速电机1与双向定量泵/马达4机械连接，电机控制器2与主控制器12通过CAN总线通讯；

所有的两位两通电磁换向阀及两位三通电磁换向阀VD10、三位四通电磁换向阀VD13的电磁铁连接主控制器12的输出端，两个压力传感器的信号输出端连接主控制器12的信号采集口，八个接近开关的信号输出端口连接主控制器12的信号采集口。其中，所述的调速电机1可以是交流异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机；

所有的两位两通电磁换向阀均采用电磁球阀作为先导阀的结构形式；

纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统具体工作过程说明如下：

系统上电，执行机构动作前，主控制器12控制第九两位两通电磁换向阀VD9和第十三两位两通电磁换向阀VD14失电关闭，两位三通电磁换向阀VD10、第十一两位两通电磁换向阀VD11、第十二两位两通电磁换向阀VD12得电导通，检测第二压力传感器10的压力值P，当压力P小于设定值Pmin，则主控制器12通过CAN总线给电机控制器2发出调速电机1的目标转速和启动指令，双向定量泵/马达4向低压蓄能器6中充液，当压力到达设定值Pmax时，调速电机1目标转速为0，电机启动指令失效，并控制第九两位两桶电磁换向阀VD9得电，两位三通电磁换向阀VD10、第十一两位两通电磁换向阀、第十二两位两通电磁换向阀VD12失电关闭，完成对低压蓄能器6的充能

当翻桶油缸13动作时，第一两位两通电磁换向阀VD1和第五两位两通电磁换向阀VD5得电导通，第二两位两通电磁换向阀VD2~第四两位两通电磁换向阀VD4，第六两位两通电磁换向阀VD6~第八两位两通电磁换向阀VD8失电关闭，主控制器12通过CAN总线发出调速电机1的目标转速和转向。比如，翻桶油缸13伸出提升垃圾桶，双向定量泵/马达4输出油液至翻桶油缸13大腔，由于小腔回油，小腔回油的流量比进油小，因此低压蓄能器6放液和小腔合流向双向定量泵/马达4供油；翻桶油缸13缩回时，调速电机1转向改变，此时油缸小腔进液，大腔回液，回液流量大于双向定量泵/马达4所需流量，多余部分进入蓄能器存储，因此蓄能器可以起到流量匹配的作用。

当举升油缸14动作时，第二两位两通电磁换向阀VD2和第六两位两通电磁换向阀VD6得电导通，第一两位两通电磁换向阀VD1，第三两位两通电磁换向阀VD3~第五两位两通电磁换向阀VD5，第七两位两通电磁换向阀VD7~第八两位两通电磁换向阀VD8失电关闭，油缸14伸出时和翻桶油缸13动作类似，缩回时压缩机构下放，此时压缩机构的重力使得双向定量泵/马达4工作在马达工况，电机处于发电状态，这样可以将重力势能转换成电能存储在动力电池中。

当刮板油缸15动作时，其工作过程与举升油缸类似。

当滑板油缸16动作时，第四两位两通电磁换向阀VD4、第八两位两通电磁换向阀VD8得电导通，第一两位两通电磁换向阀VD1~第三两位两通电磁换向阀VD3，第五两位两通电磁换向阀VD5~第七两位两通电磁换向阀VD7失电关闭，滑板油缸16缩回时，当第三压力传感器11所测压力小于设定值Ps时，第十二两位两通电磁换向阀VD12失电关闭，此时双向定量泵/马达4的输出全用于滑板油缸16和推板油缸7的工作，全力压缩垃圾，当压力大于等于设定值Ps时，则该第十二两位两通电磁换向阀VD12得电导通，使推板油缸7继续缩回，但将一部分压力传输到高压蓄能器5，完成垃圾装载过程，当滑板油缸16缩回到位，即第七接近开关J7信号为1，电机停转，第十二两位两通电磁换向阀VD12失电关闭，第十一两位两通电磁换向阀VD11得电导通，将高压蓄能器5的压力传递到低压蓄能器6中，并检测第一压力传感器9的压力值，当压力小于P0，则说明高压蓄能器5与低压蓄能器6达到压力平衡，控制第十一两位两通电磁换向阀VD11失电关闭。

当垃圾车在卸料场时，检测第二压力传感器10，当压力大于Pm，其中Pm和Pmin是两个不同的量，Pm>Pmin，当低压蓄能器6的压力大于Pm，则蓄能器放液辅助电机驱动液压泵，而当低压蓄能器6的压力小于Pmin时，则蓄能器停止放液，由电机单独驱动液压泵.则控制两位三通电磁换向阀VD10失电处于右阀位，第十三两位两通电磁换向阀电磁阀VD14得电导通，主控制器2控制调速电机1运行，第一两位两通电磁换向阀VD1~第八两位两通电磁换向阀VD8失电，控制三位四通电磁换向阀VD13左边电磁铁得电使阀处于左位，使得对推板油缸7的大腔输出压力，这样低压蓄能器6中的能量辅助调速电机对双向定量泵/马达4做功， 使推板油缸7伸出；而第二压力传感器10的压力值小于设定值Pmin时，则控制两位三通电磁换向阀VD10得电导通，第十三两位两通电磁换向阀VD14失电关闭，此时由于低压蓄能器6中的油液放完，则由调速电机1单独对双向定量泵/马达4做功，完成垃圾卸料过程。

当执行机构不动作时，调速电机1停止运行，这样可以避免原系统的空流损耗。

Claims (1)

1.一种纯电动压缩式垃圾车节能型上装系统，包括翻桶油缸（13）、举升油缸（14）、刮板油缸（15）、滑板油缸（16）、推板油缸（7），其特征在于，系统还包括动力单元（I）、闭式传动单元（II）、推板系统（III）、主控制器（12）；

所述动力单元（I）包括调速电机（1）、电机控制器（2）、动力电池（3），动力电池（3）直接连接电机控制器（2）的直流母线端，电机控制器（2）动力输出端连接调速电机（1）；

所述闭式传动单元（II）包括双向定量泵/马达（4）、第一两位两通电磁换向阀（VD1）~第八两位两通电磁换向阀（VD8）、第一液控单向阀（V1）、第二液控单向阀（V2）、第一安全阀（V3）、第二安全阀（V4）、第三压力传感器（11）、第一接近开关（J1）~第八接近开关（J8），双向定量泵/马达（4）的进出口分别连接翻桶油缸（13）、举升油缸（14）、刮板油缸（15）、滑板油缸（16）每一组油缸的两腔，在前述每一组油缸两腔与双向定量泵/马达（4）的进出口之间分别用一只两位两通电磁换向阀隔开；前述每组油缸活塞杆在工作行程的最短和最长的位置分别设有接近开关；两只安全阀的出口相连，两只安全阀的入口分别连接在双向定量泵/马达（4）的入口和出口；两只液控单向阀的正向入口相连，两只液控单向阀的出口分别连接在双向定量泵/马达（4）的入口和出口，每个液控口连接到对接液控单向阀的出口；安全阀出口和液控单向阀正向入口直接相连；

所述推板系统（III）包括第九两位两通电磁换向阀（VD9）、两位三通电磁换向阀（VD10）、第十一两位两通电磁换向阀（VD11）、第十二两位两通电磁换向阀（VD12）、第十三两位两通电磁换向阀（VD14）、三位四通换向阀（VD13）、单向阀（8）、第一压力传感器（9）、第二压力传感器（10）、高压蓄能器（5）、低压蓄能器（6），三位四通换向阀（VD13）的两个出口分别连接推板油缸（7）的两腔，推板油缸（7）的小腔通过单向阀（8）与油箱连接，通过该单向阀给推板油缸（7）的小腔补油，推板油缸（7）的大腔和高压蓄能器（5）之间通过第十二两位两通电磁换向阀（VD12）连接，高压蓄能器（5）和低压蓄能器（6）通过第十一两位两通电磁换向阀（VD11）连接，低压蓄能器（6）的出口分出两个并行分支，一条通过串联的第十三两位两通电磁换向阀（VD14）和两位三通电磁换向阀（VD10）与双向定量泵/马达（4）的入口连接，另一条分支通过第九两位两通电磁换向阀（VD9）与安全阀出口和液控单向阀正向入口的连接点连接；第一压力传感器（9）和第二压力传感器（10）的测压口分别设在高压蓄能器（5）出口和第九两位两通电磁换向阀（VD9）的出口；

所述的调速电机（1）是交流异步电机、永磁同步电机或开关磁阻电机；

所有的两位两通电磁换向阀及两位三通电磁换向阀（VD10）、三位四通电磁换向阀（VD13）均采用电磁球阀作为先导阀的结构形式。

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