CN114673207A - 一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统及其控制方法，该系统包括控制单元及其控制连接的电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元，所述控制单元外接电源并与上位机通讯连接，接收上位机发送的指令信息和返回电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行信息，所述电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元单元之间通过齿轮啮合连接，柴油机动力单元运行后，通过离合器传动单元控制泥浆泵工作单元工作，同时电机运行单元根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况提供电能或储存电能。本发明能够灵活调节系统的输出功率，降低了泥浆泵运行过程中的能量消耗。
Description
技术领域
本发明涉及挖泥浆泵应用技术领域，尤其涉及一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统及其控制方法。
背景技术
挖泥船有绞吸式挖泥船、耙吸挖泥船等类型，负责清挖水道与河川淤泥，以便其他船舶顺利通过，而且还是吹沙填海的利器。挖泥船的任务是进行水下土石方的施工，具体讲就是：挖深、加宽和清理现有的航道和港口；开挖新的航道、港口和运河；疏浚码头、船坞、船闸及其他水工建筑物的基槽以及将挖出的泥沙抛入深海或吹填于陆上洼地造田等。
由于水底下有泥砂、淤泥、石头甚至有木头等杂物，挖泥船泥浆泵工况差距很大，泥浆泵工作时振动较大，所以配套的柴油机必须比泥浆泵的额定功率大15%，以覆盖，因此柴油机功率浪费比较大，即浪费15%的功率。因此如果在水下土石方比较硬的时候，水下有石块的时候，增加附加功率；在水下土石方比较软的时候，是淤泥，泥浆比较稀的时候，用额定功率柴油机带动，这样就比较节能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统及其控制方法，其具体技术方案如下：
一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，包括控制单元及其控制连接的电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元，所述控制单元外接电源并与上位机通讯连接，接收上位机发送的指令信息和返回电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行信息，所述电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元单元之间通过齿轮啮合连接，柴油机动力单元运行后，通过离合器传动单元控制泥浆泵工作单元工作，同时电机运行单元根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况提供电能或储存电能。
进一步的，所述电机运行单元包括电机、电机控制器、储能器、备用发电机、第一扭矩仪、第一轴承，所述第一扭矩仪和第一轴承依次设置在电机的转动轴上，电机的转动轴通过齿轮与离合器传动单元啮合连接；控制系统根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况，通过电机控制器，控制电机发电量的大小或者控制电机的输出功率，以及控制储能器的充放电；所述备用发电机连接电机控制器，用于电机没有被运行作为发电机给储能器充电时，提供电能至电机或给储能器充电。
进一步的，所述离合器传动单元包括离合器及其外壳，外壳上设有传动齿轮，传动齿轮与电机的转动轴啮合连接；离合器的输出轴上设有推力轴承和输出齿轮，所述输出齿轮上连接有从动齿轮，再通过从动齿轮与泥浆泵工作单元连接。
进一步的，所示合器可以是滑差离合器。
进一步的，所述泥浆泵工作单元包括泥浆泵，泥浆泵的输入端设有第三扭矩仪、第一转速传感器和第三轴承，并通过从动齿轮与离合器的输出端啮合连接，所述第三扭矩仪设置在离合器和泥浆泵两者连接的法兰间。
进一步的，所述柴油机动力单元包括柴油机，柴油机的输出轴上设有第二扭矩仪、第二转速传感器和第二轴承，输出轴通过第二轴承连接离合器的输入端。
进一步的，所述储能器的充放电，具体为：当泥浆泵负荷比较大，柴油机所供动力不足时，电机作电动机用且储能器放电；当泥浆泵负荷比较小，柴油机所供动力有余时，电机作发电机用且储能器充电。
一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统的控制方法，具体为：柴油机开机运行时，通过离合器传动，控制泥浆泵运行；当泥浆泵端扭矩低于额定值，转速高于额定值，电机作为发电机发电，通过电机控制器给储能器充电，使得柴油机在最佳状态工作；当泥浆泵端扭矩高于额定值，转速低于额定值，储能器放电，通过电机控制器，电机作电动机，泥浆泵得到功率上升，使得柴油机在最佳状态下工作；当泥浆泵端扭矩高于额定值，储能器电压低于额定值时，备用发电机运行，电机作为电动机工作；当泥浆泵端扭矩≠柴油机扭矩/i，泥浆泵端转速＜柴油机转速/i时，i为齿轮箱减速比，离合器处于打滑状态，离合器脱排，停止工作，若离合器属于滑差离合器，则继续工作。
本发明的优点：
本发明的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统及其控制方法，能够根据水下工作情况，灵活调节系统的输出功率，降低了泥浆泵运行过程中的能量消耗。
附图说明
如图1所示是本发明的系统框图；
如图2所示是本发明的系统硬件结构示意图；
如图3所示是本发明系统的控制方法流程示意图；
图中，1-电机，2-第一扭矩仪，3-传动齿轮，4-第一轴承，5-离合器，6-柴油机，7-第二转速传感器，8-第二扭矩仪，9-第二轴承，10-第三轴承，11-从动齿轮，12-泥浆泵，13-第三扭矩仪，14-第一转速传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1和2所示，本发明的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，包括控制单元，及其控制连接的电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元，所述控制单元外接电源并与上位机通讯连接，接收上位机发送的指令信息和返回电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行信息。
所述电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元单元之间通过齿轮啮合连接，柴油机动力单元运行后，通过离合器传动单元控制泥浆泵工作单元工作，同时电机运行单元根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况提供电能或储存电能。
具体的，所述电机运行单元包括电机1、电机控制器、储能器、备用发电机、第一扭矩仪2、第一轴承4，所述第一扭矩仪2和第一轴承4依次设置在电机1的转动轴上，电机1的转动轴通过齿轮与离合器传动单元啮合连接；控制系统根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况，通过电机控制器，控制电机1发电量的大小或者控制电机1的输出功率，以及控制储能器的充放电；所述备用发电机连接电机控制器，用于电机1没有被运行作为发电机给储能器充电时，提供电能至电机1或给储能器充电。
所述离合器传动单元包括离合器5及其外壳，外壳上设有传动齿轮3，传动齿轮3与电机1的转动轴啮合连接；离合器5的输出轴上设有推力轴承和输出齿轮，所述输出齿轮上连接有从动齿轮11，再通过从动齿轮11与泥浆泵工作单元连接。其中，所述离合器5可以是滑差离合器。
所述泥浆泵工作单元包括泥浆泵12，泥浆泵的输入端设有第三扭矩仪13、第一转速传感器14和第三轴承10，并通过从动齿轮11与离合器5的输出端啮合连接，通过离合器5带动泥浆泵12工作，具体的所述第三扭矩仪13设置在离合器5和泥浆泵12两者连接的法兰间。
所述柴油机动力单元包括柴油机6，柴油机6的输出轴上设有第二扭矩仪8、第二转速传感器7和第二轴承9，输出轴通过第二轴承9连接离合器5的输入端。
所述储能器的充放电，具体为：当泥浆泵12负荷比较大时，柴油机6所供动力不足时，电机1作电动机用且储能器放电，当泥浆泵12负荷比较小时，柴油机6所供动力有余时，电机1作发电机用且储能器充电。
如图3所示，本发明的系统的控制方法，具体为：柴油机6开机运行时，通过离合器5传动，控制泥浆泵12运行；当泥浆泵12端扭矩低于额定值，转速高于额定值，电机1作为发电机发电，通过电机控制器给储能器充电，使得柴油机6在最佳状态工作；当泥浆泵12端扭矩高于额定值，转速低于额定值，储能器放电，通过电机1控制器，电机1作电动机，泥浆泵12得到功率上升，使得柴油机6在最佳状态下工作；当泥浆泵12端扭矩高于额定值，储能器电压低于额定值时，备用发电机运行，电机1作为电动机工作；当泥浆泵12端扭矩≠柴油机6扭矩/i，泥浆泵12端转速＜柴油机6转速/i时，i为齿轮箱减速比，此时属于离合器打滑状态，离合器5必须脱排，停止工作。如果离合器5属于滑差离合器，则可继续工作。
以上所述，仅为本发明的优选实施案例，并非对本发明做任何形式上的限制。虽然前文对本发明的实施过程进行了详细说明，对于熟悉本领域的人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明精神和原则之内所做修改、同等替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，包括控制单元及其控制连接的电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元，其特征在于，所述控制单元外接电源并与上位机通讯连接，接收上位机发送的指令信息和返回电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行信息，所述电机运行单元、离合器传动单元、泥浆泵工作单元和柴油机动力单元单元之间通过齿轮啮合连接，柴油机动力单元运行后，通过离合器传动单元控制泥浆泵工作单元工作，同时电机运行单元根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况提供电能或储存电能。
2.如权利要求1所述种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在于，所述电机运行单元包括电机（1）、电机控制器、储能器、备用发电机、第一扭矩仪（2）、第一轴承（4），所述第一扭矩仪（2）和第一轴承（4）依次设置在电机（1）的转动轴上，电机（1）的转动轴通过齿轮与离合器传动单元啮合连接；控制系统根据泥浆泵工作单元和柴油机动力单元的运行情况，通过电机控制器，控制电机（1）发电量的大小或者控制电机（1）的输出功率，以及控制储能器的充放电；所述备用发电机连接电机控制器，用于电机（1）没有被运行作为发电机给储能器充电时，提供电能至电机（1）或给储能器充电。
3.如权利要求2所述的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在于，所述离合器传动单元包括离合器（5）及其外壳，外壳上设有传动齿轮（3），传动齿轮（3）与电机（1）的转动轴啮合连接；离合器（5）的输出轴上设有推力轴承和输出齿轮，所述输出齿轮上连接有从动齿轮（11），再通过从动齿轮（11）与泥浆泵工作单元连接。
4.如权利要求3所述的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在，所示合器（5）包括滑差离合器。
5.如权利要求3所述的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在于，所述泥浆泵工作单元包括泥浆泵（12），泥浆泵的输入端设有第三扭矩仪（13）、第一转速传感器（14）和第三轴承（10），并通过从动齿轮（11）与离合器（5）的输出端啮合连接，所述第三扭矩仪（13）设置在离合器（5）和泥浆泵（12）两者连接的法兰间。
6.如权利要求3所述的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在于，所述柴油机动力单元包括柴油机（6），柴油机（6）的输出轴上设有第二扭矩仪（8）、第二转速传感器（7）和第二轴承（9），输出轴通过第二轴承（9）连接离合器（5）的输入端。
7.如权利要求6所述的一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统，其特征在于，所述储能器的充放电，具体为：当泥浆泵（12）负荷比较大，柴油机（6）所供动力不足时，电机（1）作电动机用且储能器放电；当泥浆泵（12）负荷比较小，柴油机（6）所供动力有余时，电机（1）作发电机用且储能器充电。
8.一种混合传动泥浆泵齿轮箱系统的控制方法，其特征在于，该方法具体为：柴油机（6）开机运行时，通过离合器（5）传动，控制泥浆泵（12）运行；当泥浆泵（12）端扭矩低于额定值，转速高于额定值，电机（1）作为发电机发电，通过电机控制器给储能器充电，使得柴油机（6）在最佳状态工作；当泥浆泵（12）端扭矩高于额定值，转速低于额定值，储能器放电，通过电机（1）控制器，电机（1）作电动机，泥浆泵（12）得到功率上升，使得柴油机（6）在最佳状态下工作；当泥浆泵（12）端扭矩高于额定值，储能器电压低于额定值时，备用发电机运行，电机（1）作为电动机工作；当泥浆泵（12）端扭矩≠柴油机（6）扭矩/i，泥浆泵（12）端转速＜柴油机（6）转速/i时，i为齿轮箱减速比，离合器处于打滑状态，离合器（5）脱排，停止工作，若离合器（5）属于滑差离合器，则继续工作。
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