CN110042791A - 一种垃圾清扫车能量回收系统及控制方法 - Google Patents

一种垃圾清扫车能量回收系统及控制方法 Download PDF

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闵海涛
韩逸飞
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    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01HSTREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H1/00Removing undesirable matter from roads or like surfaces, with or without moistening of the surface
    • E01H1/08Pneumatically dislodging or taking-up undesirable matter or small objects; Drying by heat only or by streams of gas; Cleaning by projecting abrasive particles
    • E01H1/0827Dislodging by suction; Mechanical dislodging-cleaning apparatus with independent or dependent exhaust, e.g. dislodging-sweeping machines with independent suction nozzles ; Mechanical loosening devices working under vacuum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种垃圾清扫车能量回收系统,包括涡轮、风道出口、齿轮变速箱、调速刹车装置、电机控制器、发电机和蓄电池,所述涡轮位于风道出口的容腔内,涡轮的叶片固定在调速刹车装置的高速轴上,调速刹车装置的低速轴连接齿轮变速箱,齿轮变速箱还连接发电机,发电机与电机控制器、蓄电池之间电连接,电机控制器还分别连接调速刹车装置,本发明的有益效果是:1.蓄电池回收能量可以显著提高清扫车的续航能力,提高单次充电下的行驶里程。2.由于涡轮装置缓冲的存在,减少了工作时由于垃圾碰撞产生的噪音,改善了工作环境的舒适性。

Description

一种垃圾清扫车能量回收系统及控制方法
技术领域
本发明涉及节能技术领域,具体是一种垃圾清扫车能量回收系统及控制方法。
背景技术
我国垃圾清扫车行业历经数十年的发展,产品从单一的纯扫式发展到多种型式,产品性能和产品质量迅速提高,特别是在改革开放以后,通过进口关键外购件使垃圾清扫车产品性能和可靠性大大提高。但如今我国垃圾清扫车的水平与国外发达国家相比,还存在一定的差距,特别是在产品的可靠性方面。随着社会的发展、进步,不再满足于单纯意义上的吸尘车,将从多功能、环保、经济等方面提出更多的要求,市场呼唤能满足各种需求的清扫车。
目前垃圾清扫车基本不具有能量回收装置,在清扫作业过程中,流动空气和垃圾动能损失较大。即便具有节能功能的垃圾清扫车,也仅仅局限于行驶过程中的能量回收或者驱动系统优化节能的控制算法,其节能效果均不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垃圾清扫车能量回收系统及控制方法,以解决所述背景技术中提出的问题。
为实现所述目的,本发明提供如下技术方案:
一种垃圾清扫车能量回收系统,包括涡轮、风道出口、齿轮变速箱、调速刹车装置、电机控制器、发电机和蓄电池,所述涡轮位于风道出口的容腔内,涡轮的叶片固定在调速刹车装置的高速轴上,调速刹车装置的低速轴连接齿轮变速箱,齿轮变速箱还连接发电机,发电机与电机控制器、蓄电池之间电连接,电机控制器还分别连接调速刹车装置。
作为本发明再进一步的方案:所述调速刹车装置的低速轴上还设有转速传感器,转速传感器与电机控制器电连接。
作为本发明再进一步的方案:所述齿轮变速箱采用两轴式斜齿轮啮合的变速箱。
作为本发明再进一步的方案:所述涡轮的叶片采用反曲面构型。
作为本发明再进一步的方案:还包括电压传感器,电压传感器接在蓄电池与发电机之间的接线上,电压传感器还连接电机控制器。
作为本发明再进一步的方案:所述蓄电池为镍氢蓄电池。
一种垃圾清扫车能量回收控制方法,包含以下步骤:
A、判断当前清扫车工作工况,选择预设模式;
B、通过转速和流量及电压传感器,判断当前装置效率是否达到模式切换的阈值;
C、工作模式的实时切换以及转速和发电机负载优化匹配。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:1.蓄电池回收能量可以显著提高清扫车的续航能力,提高单次充电下的行驶里程。2.由于涡轮装置缓冲的存在,减少了工作时由于垃圾碰撞产生的噪音,改善了工作环境的舒适性。3.控制策略使线性变化的负载匹配不同转速区间,以此切换工作模式,优化系统的回收效率,避免能量损失。4.在车况复杂,本身供能不足,功率需求过大的工况下,蓄电池储存的电能可作为辅助动力源对驱动装置进行供能,以达到提高动力性的目的。5.由涡轮带动发电机进行的能量回收过程,使得整车工作状态下能耗大幅度降低,节能效果明显,在不同的工况下根据吸气功率和清扫车行驶速度的不同,装置节能效率能达到12%-18%。
附图说明
图1是本发明所述垃圾清扫车能量回收系统工作示意图;
图2是本发明所述垃圾清扫车能量回收系统涡轮结构图;
图3是本发明所述垃圾清扫车能量回收系统传动减速增扭装置结构图;
图4是本发明所述垃圾清扫车能量回收系统工作状态控制方法流程图。
图中:1-风道出口、2-涡轮、3-转速传感器、4-调速刹车装置、5-齿轮变速箱、6-电机控制器、7-发电机、8-电压传感器、9-蓄电池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1:请参阅图1-4,为实现所述目的,本发明提供如下技术方案:
一种垃圾清扫车能量回收系统,包括涡轮2、风道出口1、齿轮变速箱5、调速刹车装置4、电机控制器6、发电机7和蓄电池9,涡轮2叶片采用反曲面构型,均布于中轴。这种形状的叶片较高程度的符合流体动力学设计原理,相比较传统方形叶片能够减少能量损失,两侧面有挡板,挡板和叶片之间留有一定缝隙,以解决垃圾和液体在涡轮叶片内部阻塞的现象,所述涡轮2位于风道出口1的容腔内,涡轮2的叶片固定在调速刹车装置4的高速轴上,调速刹车装置4的低速轴连接齿轮变速箱5,在工作时,风力和垃圾动能的作用下推动涡轮旋转,由于涡轮工作转速较小,不足以直接驱动电机进行能量回收,故需要在传动件上增加一减速增扭装置,涡轮叶片固定在传动装置的低速轴上,高速轴连接齿轮变速箱5,通过箱体内传动装置变扭增速,转动惯量以高速轴输出,齿轮变速箱5还连接发电机7,发电机7与电机控制器6、蓄电池9之间电连接,电机控制器6还分别连接调速刹车装置4,调速刹车装置4的低速轴上还设有转速传感器3,转速传感器3与电机控制器6电连接。还包括电压传感器8,电压传感器8接在蓄电池9与发电机7之间的接线上,电压传感器8还连接电机控制器6,发电机产生的电能流入蓄电池9,达到能量回收的目的,通过电压传感器8来判断电机工作状态,同时在高速轴配有转速传感器3和调速刹车装置4,通过电机控制器6来稳定工作转速,保证装置可靠性。
一种垃圾清扫车能量回收控制方法,包含以下步骤:
A、判断当前清扫车工作工况,选择预设模式;
B、通过转速和流量及电压传感器,判断当前装置效率是否达到模式切换的阈值;
C、工作模式的实时切换以及转速和发电机负载优化匹配。
具体包括以下过程:
由驾驶员预设模式,根据清扫车工作任务以及电池SOC,判断回收能量电机初始负载大小。评估5分钟内能量回收的效率,重设工作模式。
当评估在高效率模式下,系统有辅助动力源输出和纯回收两种工作状态,此时回收电能既可以提供辅助动力,又可储备在蓄电池中;低效率模式仅为纯回收工作状态。
当评估为负效率模式下,发电机励磁电流为零,降为空载,涡轮空转,系统不工作。
综合考虑回收效率和吸气效率,提高不同转速和负载下的输出电压和效率,需要进行优化效率匹配。
通过转速传感器反馈的转速n与参考工作点转速N0 、Nt、Nk对比:
其中,N0为经验最低工作转速;
Nt为工作模式切换转速;
Nk为最大额定转速
G1为低效率负载区间
G2为高效率负载区间
当转速在Nt 与Nk 区间内且负载处于G1区间时,增大负载至G2区间,使转速回落在N0与Nt区间内,此时得到的电压值和效率值的变化量均为正值,并参考变化量切换工作模式。当转速小于N0 且负载处于G2区间时,减小负载至G1区间,使转速上升在N0 与Nt区间内,这一状态使负效率模式转化为低效率模式。
具体控制方法参考图4。
实施例2,在实施例1的基础上,变速箱5采用两轴式斜齿轮啮合的变速箱,轴和轴承数少,结构简单、轮廓尺寸小、布置容易;只经一对齿轮传递动力,传动效率高,噪声低;制造成本低,工作可靠。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种垃圾清扫车能量回收系统,包括涡轮(2)、风道出口(1)、齿轮变速箱(5)、调速刹车装置(4)、电机控制器(6)、发电机(7)和蓄电池(9),其特征在于,所述涡轮(2)位于风道出口(1)的容腔内,涡轮(2)的叶片固定在调速刹车装置(4)的高速轴上,调速刹车装置(4)的低速轴连接齿轮变速箱(5),齿轮变速箱(5)还连接发电机(7),发电机(7)与电机控制器(6)、蓄电池(9)之间电连接,电机控制器(6)还分别连接调速刹车装置(4)。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾清扫车能量回收系统,其特征在于,所述调速刹车装置(4)的低速轴上还设有转速传感器(3),转速传感器(3)与电机控制器(6)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种垃圾清扫车能量回收系统,其特征在于,所述齿轮变速箱(5)采用两轴式斜齿轮啮合的变速箱。
4.根据权利要求2所述的一种垃圾清扫车能量回收系统,其特征在于,所述涡轮(2)的叶片采用反曲面构型。
5.根据权利要求1所述的一种垃圾清扫车能量回收系统,其特征在于,还包括电压传感器(8),电压传感器(8)接在蓄电池(9)与发电机(7)之间的接线上,电压传感器(8)还连接电机控制器(6)。
6.根据权利要求1-4所述的一种垃圾清扫车能量回收系统,其特征在于,所述蓄电池(9)为镍氢蓄电池。
7.一种垃圾清扫车能量回收控制方法,其特征在于,包含以下步骤:
判断当前清扫车工作工况,选择预设模式;
通过转速和流量及电压传感器,判断当前装置效率是否达到模式切换的阈值;
工作模式的实时切换以及转速和发电机负载优化匹配。
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