CN109555596A - 一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械动力领域，公开了一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法，其中系统包括：能量转化装置和能量存储装置；能量转化装置的输入端与车辆的驱动轴连接，能量转化装置用于转化车辆下坡制动时的能量为电能，能量转化装置的输出端与能量存储装置的输入端连接，能量存储装置的输出端与车辆的发动机相连。本发明提供的一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法，针对矿用车辆上下坡往返工作的特点，在车辆下坡和制动时收集能量，用于上坡时发动机动力的提升。可在提升车辆运输性能的同时，减少通常动力提升时系统的耗能，实现系统节能。

Description

一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法

技术领域

本发明涉及工程机械动力领域，特别是涉及一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法。

背景技术

由于矿山环境的特殊性，使得对矿用车辆的动力性要求较高。目前矿用车辆面临着重载上坡时柴油发动机动力不足、车速慢等问题。通过采用增压器改善柴油机性能，进而提高车辆的动力性能是目前普遍采用的方法。

中国专利CN201610076926，提供了在高海拔发动机操作下用于调节联接到压缩机的电动马达的操作的方法和系统。在一个示例中，该方法可以包括在发动机空转状况期间以及在变速器换档期间调节由电动马达提供到进气压缩机的电动压缩机辅助相对于经由废气门提供的涡轮辅助的比。该方法允许在高海拔处维持发动机空转速度和扭矩同时减少迟滞升压行为。

但现有技术中无论采取何种方式都需要额外的动力装置，在车辆上使用时增加了能源的消耗。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法，用于解决或部分解决现有矿用车辆上坡时需要较大能耗的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种为矿用车辆提供辅助动力的系统，包括：能量转化装置和能量存储装置；所述能量转化装置的输入端与车辆的驱动轴连接，所述能量转化装置用于转化车辆下坡制动时的能量为电能，所述能量转化装置的输出端与所述能量存储装置的输入端连接，所述能量存储装置的输出端与车辆的发动机相连。

在上述方案的基础上，还包括：机械增压装置；所述能量存储装置与所述机械增压装置相连，所述机械增压装置与所述发动机相连，所述能量存储装置用于在车辆上坡时为机械增压装置提供电能。

在上述方案的基础上，所述发动机上设置一管道与外界连通，所述管道上设置进气阀。

在上述方案的基础上，机械增压装置与电动机相连，所述电动机与所述能量存储装置相连。

在上述方案的基础上，还包括：控制器；所述控制器分别与所述能量转化装置、能量存储装置、进气阀和电动机相连。

在上述方案的基础上，还包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器；所述第一传感器与车辆制动踏板相连，所述第二传感器与车辆油门踏板相连，所述第三传感器与车辆换挡器相连；所述第一传感器、第二传感器和第三传感器分别与所述控制器相连。

在上述方案的基础上，所述能量转化装置包括：发电机；所述能量存储装置包括：蓄电池。

在上述方案的基础上，所述能量转化装置和所述驱动轴之间以及所述电动机与所述机械增压装置之间分别为机械传动连接。

根据本发明的第二方面，提供一种为矿用车辆提供辅助动力的方法，采用上述任一方案所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，包括：车辆下坡时，打开进气阀；通过发电机收集能量并转化为电能储存在能量存储装置中；车辆上坡时，关闭进气阀；所述能量存储装置为机械增压装置提供电能。

在上述方案的基础上，根据车辆制动踏板的状态控制发电机的运行；根据车辆油门踏板的状态以及换挡器的状态控制能量存储装置对机械增压装置的供能以及控制进气阀的开闭。

(三)有益效果

本发明提供的一种为矿用车辆提供辅助动力的系统及方法，针对矿用车辆上下坡往返工作的特点，在车辆下坡和制动时收集能量，用于上坡时发动机动力的提升。可在提升车辆运输性能的同时，减少通常动力提升时系统的耗能，实现系统节能。

附图说明

图1为本发明实施例的一种为矿用车辆提供辅助动力的系统示意图。

附图标记说明：

1—发电机； 2—能量存储装置； 3—机械增压装置；

4—进气阀； 5—控制器； 6—发动机；

7—驱动轴； 8—电动机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据本发明实施例提供一种为矿用车辆提供辅助动力的系统，参考图1，该辅助动力系统包括：能量转化装置和能量存储装置2；能量转化装置的输入端与车辆的驱动轴7机械连接，能量转化装置用于转化车辆下坡制动时的能量为电能，能量转化装置的输出端与能量存储装置2的输入端连接，能量存储装置2的输出端与车辆的发动机6相连。

本实施例针对矿用车辆上下坡往返工作的特点，提供一种矿用车辆辅助动力系统。在车辆下坡和制动时收集能量，用于上坡时发动机6动力的提升。可在提升车辆运输性能的同时，减少通常动力提升时系统的耗能，实现系统节能。

该辅助动力系统设置发电机1与车辆的驱动轴7机械连接。在车辆下坡时，可将驱动轴7的转动传递给发电机1，进而带动发电机1将转动的能量转化为电能。发电机1可将产生的电能传送至能量存储装置2中进行存储。

能量存储装置2存储的能量可用于提升发动机的动力，以保证车辆在重载下，例如上坡时的顺利行驶。该系统实现了能量回收利用，节约能耗。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的系统还包括：机械增压装置3；能量存储装置2与机械增压装置3相连，机械增压装置3与发动机6相连，能量存储装置2用于在车辆上坡时为机械增压装置3提供电能。

设置机械增压装置3在车辆重载，例如上坡时为发动机6增压，从而增加发动机6的动力，提高车速，保证车辆的正常行驶。在车辆重载时，能量存储装置2可为机械增压装置3提供部分或全部的辅助能量。从而减少耗能。

进一步地，能量转化装置可为发电机1。

在上述实施例的基础上，进一步地，发动机6上设置一管道与外界连通，管道上设置进气阀4。在发动机6需要轻载工作，如下坡或怠速时，可控制进气阀4开启，发动机6可采用自然吸气方式工作，此时机械增压装置3不工作，节省能量消耗。

当发动机6需要重载工作时，如上坡时。可控制进气阀4关闭。此时，可启动机械增压装置3，机械增压装置3可部分或全部利用能量存储装置2中的电能。为发动机6增压，从而增加发动机6的动力，提高车速。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的系统还包括：控制器5；控制器5分别与发电机1、机械增压装置3、能量存储装置2和进气阀4相连。设置控制器5可对整体系统的运行进行综合智能控制。使各部件在需要的时候运行，在不需要的时候关闭。从而保证该系统的正常运行。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的系统还包括：第一传感器和第二传感器；第一传感器与车辆制动踏板相连，第二传感器与车辆油门踏板相连；第一传感器和第二传感器分别与控制器5相连。

第一传感器可对车辆制动踏板的位置进行实时监测，可监测出制动踏板是否为踩下状态。第二传感器可对车辆油门踏板的位置进行实时监测，可监测出油门踏板是否为踩下状态。第一传感器和第二传感器将监测数据实时发送给控制器5。

控制器5可根据第一传感器和第二传感器所采集的数据对辅助动力系统进行控制调节。在制动踏板为踩下状态时，说明车辆处于下坡状态，可控制发电机1运行进行收集转化能量。且控制进气阀4打开，使发动机6采用自然吸气方式工作，减少能耗。

在油门踏板为踩下状态时，说明车辆处于上坡状态或其他重载状态，可关闭发电机1。并在油门踏板踩到第一预设位置时，启动机械增压装置3，关闭进气阀4，为发动机6增压，提高动力。

在油门踏板踩到第二预设位置时，可控制能量存储装置2为机械增压装置3进行供电。使机械增压装置3利用能量存储装置2中的电能工作。该辅助动力系统可自动控制运行，可自动在合适的时候收集能量转化为电能，以及自动控制在需要的时候分别启动机械增压装置3和能量存储装置2。可实现能量的回收利用，减少车辆的能量消耗，节约能源。

机械增压装置3的能量供给可由能量存储装置2和车辆电源共同配合提供。可优先通过能量存储装置2进行供能。通过控制器5对能量存储装置2和发动机6状态的实时监测，可对能量存储装置2开始供能的时间以及持续时间进行智能控制调节。

进一步地，第一预设位置和第二预设位置可为同一位置，即机械增压装置3和能量存储装置2同时启动。此时，可通过控制器5实时监测能量存储装置2和机械增压装置3的状态，根据具体状态，对能量供给进行综合调控。

第一预设位置和第二预设位置也可为不同位置。即机械增压装置3可先利用车辆电源启动为发动机6增压，可根据发动机6状态的具体情况，在需要的时候启动能量存储装置2进行功能。具体不做限定，以能保证该辅助动力系统的正常运行为目的。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的系统还包括：第三传感器；第三传感器与车辆换挡器相连，第三传感器与控制器5相连。还可根据车辆的档位情况，对机械增压装置3和能量存储装置2的运行进行控制调节。

车辆制动踏板、油门踏板以及换挡器的状态均可反应出车辆的行驶状态，可根据这些信息判断车辆是否处于重载状态，以及重载的具体情况。可根据车辆的具体状态，在需要的时候启动能量存储装置2和机械增压装置3，作为辅助动力，保证车辆的正常行驶，顺利爬坡。

进一步地，通过控制发电机1的励磁实现对发电机1运行的控制。

在上述实施例的基础上，进一步地，机械增压装置3与电动机8相连，电动机8与能量存储装置2相连。电动机8可将能量存储装置2存储的电能转化为机械能，进而驱动机械增压装置3为发动机6增压。

进一步地，电动机8与控制器5相连，控制器5可通过对电动机8进行控制调节实现对机械增压装置3的控制调节。

在上述实施例的基础上，进一步地，能量存储装置2包括：蓄电池。也可为其他结构，以能存储电能为目的，对此不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，能量转化装置和驱动轴7之间以及电动机8与机械增压装置3之间分别为机械传动连接。例如可通过传动皮带、传动链条、齿轮组或联轴器等相连。

发电机1与驱动轴7之间采用机械连接，驱动轴7将转动传递给发电机1。电动机8与机械增压装置3之间同样采用机械连接，以传递机械能。也可采用其他方式实现机械连接，对此不做限定。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的方法，采用上述任一实施例中的为矿用车辆提供辅助动力的系统，包括：车辆下坡时，打开进气阀4；通过发电机1收集能量并转化为电能储存在能量存储装置2中；车辆上坡时，关闭进气阀4；能量存储装置2为机械增压装置3提供电能。

该方法提出设置发电机1将矿用车辆下坡时制动能量收集起来并转化为电能存储起来，在车辆上坡时，可利用该存储的电能驱动增压以提升发动机6动力，保证车辆的顺利上坡；在提升车辆运输性能的同时，实现了系统节能。

另外设置进气阀4在车辆下坡时打开，使得发动机6可采用自然吸气方式工作，此时机械增压装置3不工作，节省能量消耗；同时在车辆上坡时可关闭进气阀4，使得机械增压装置3可为发动机6增压，提高车辆驱动动力，保证车辆顺利上坡。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种为矿用车辆提供辅助动力的方法具体包括：通过车辆制动踏板的状态控制发电机1的运行；通过车辆油门踏板的状态以及换挡器的状态控制能量存储装置2对机械增压装置3的供能以及控制进气阀4的开闭。

进一步地，该辅助动力系统及其操作方法，与直接驱动车辆增加动力的方式相比，需存储的能量级别较低，所需发电机1功率也很小。该辅助动力系统体积较小、重量小，便于在车辆上集成。

进一步地，该辅助动力系统中发电机1的功率可为2-30kw；蓄电池的容量可为50-500Ah。该发电机1的功率和蓄电池的容量可适用于一般矿用车辆。整体动力系统体积较小，便于集成安装在车辆上。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种矿用车辆辅助动力系统包括发电机1、能量存储装置2、机械增压装置3、可控进气阀4、电动机8和控制器5。

控制系统进行整体控制。制动时，驱动轴7将机械能通过发电机1转化为电能，通过电缆传递给蓄电池进行储存。蓄电池通过电缆与电动机8连接。在需要增压时电动机8驱动机械增压装置3，使发动机6动力增加，此时可控进气阀4关闭。在不需要增压时可控进气阀4开启，发动机6处于自然进气状态，此时机械增压装置3不工作，节省能量消耗。

当车辆需要制动减速时，车辆的动能通过驱动轴7以机械连接的方式传递给发电机1，控制系统控制发电机1发电，发电机1将机械能转化为电能，并传递给能量存储装置2进行存储。

当发动机6需要重载工作，如上坡时。可控进气阀4关闭，电动机8将存储的电能转化为机械能，进而驱动机械增压装置3，为发动机6增压，从而增加发动机6的动力，提高车速。

控制系统实时监测能量存储装置2和发动机6的状态，进而控制发电机1和电动机8进行工作，同时调整可控进气阀4的开启状态。

本实施例针对矿用车辆上下坡往返工作的特点，提供一种矿用车辆辅助动力系统。在提升车辆运输性能的同时，实现系统节能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，包括：能量转化装置和能量存储装置；所述能量转化装置的输入端与车辆的驱动轴连接，所述能量转化装置用于转化车辆下坡制动时的能量为电能，所述能量转化装置的输出端与所述能量存储装置的输入端连接，所述能量存储装置的输出端与车辆的发动机相连。

2.根据权利要求1所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，还包括：机械增压装置；所述能量存储装置与所述机械增压装置相连，所述机械增压装置与所述发动机相连，所述能量存储装置用于在车辆上坡时为机械增压装置提供电能。

3.根据权利要求2所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，所述发动机上设置一管道与外界连通，所述管道上设置进气阀。

4.根据权利要求3所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，机械增压装置与电动机相连，所述电动机与所述能量存储装置相连。

5.根据权利要求4所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，还包括：控制器；所述控制器分别与所述能量转化装置、能量存储装置、进气阀和电动机相连。

6.根据权利要求5所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，还包括：第一传感器、第二传感器和第三传感器；所述第一传感器与车辆制动踏板相连，所述第二传感器与车辆油门踏板相连，所述第三传感器与车辆换挡器相连；所述第一传感器、第二传感器和第三传感器分别与所述控制器相连。

7.根据权利要求1至6任一所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，所述能量转化装置包括：发电机；所述能量存储装置包括：蓄电池。

8.根据权利要求4所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，其特征在于，所述能量转化装置和所述驱动轴之间以及所述电动机与所述机械增压装置之间分别为机械传动连接。

9.一种为矿用车辆提供辅助动力的方法，其特征在于，采用上述权利要求1-8任一所述的为矿用车辆提供辅助动力的系统，包括：

车辆下坡时，打开进气阀；通过发电机收集能量并转化为电能储存在能量存储装置中；

车辆上坡时，关闭进气阀；所述能量存储装置为机械增压装置提供电能。

10.根据权利要求9所述的为矿用车辆提供辅助动力的方法，其特征在于，

根据车辆制动踏板的状态控制发电机的运行；

根据车辆油门踏板的状态以及换挡器的状态控制能量存储装置对机械增压装置的供能以及控制进气阀的开闭。