CN114851862A - 一种旋挖钻机混合动力系统及旋挖钻机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了旋挖钻机技术领域的一种旋挖钻机混合动力系统及旋挖钻机，系统包括电池模块和分别与电池模块连接的插电模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块和车辆用电模块；插电模块和发电模块分别用于在电池模块电量不足时，向电池模块充电；电驱模块，用于从电池模块获取电能以驱动主卷扬或将主卷扬下放时的机械能转化为电能存储于电池模块；液压驱动模块，用于从电池模块获取电能以驱动整机液压系统中的主泵工作，主泵用于驱动动力头马达和行走装置；车辆用电模块，用于从电池模块获取电能为电子散热装置和车用电源供电；该系统的各个模块之间独立安装；具有结构布置灵活简单，可靠性高，排放低等特点。

Description

一种旋挖钻机混合动力系统及旋挖钻机
技术领域
本发明属于旋挖钻机技术领域，具体涉及一种旋挖钻机混合动力系统及旋挖钻机。
背景技术
旋挖钻机是一种桩工类的工程机械，凭着在各种大型桩基础施工中的卓越表现，得到越来越广泛的应用。作为一种连续作业的施工设备，旋挖钻机进行持续地高排放作业工况亟需改善。旋挖钻机主要工作机构包括动力头、主卷扬、行走、回转、加压、副卷扬等，其中动力头和主卷扬是连续作业时间最长的工作机构，作业时间能占到旋挖钻机整个作业时间的80%以上，同时也是整机输出功率最大、油耗最高、作业性能要求最高的工作机构。现有技术中混合动力旋挖钻机排放高，结构复杂，布局不合理，导致旋挖钻机的灵活性和稳定性较差。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种旋挖钻机混合动力系统及旋挖钻机，具有结构布置灵活简单，可靠性高，排放低等特点。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
第一方面，提供一种旋挖钻机混合动力系统，包括：电池模块；插电模块和发电模块分别与所述电池模块连接，用于在电池模块电量不足时，向电池模块充电；电驱模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动主卷扬或将主卷扬下放时的机械能转化为电能存储于电池模块；液压驱动模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动整机液压系统中的主泵工作，所述主泵用于驱动动力头马达和行走装置；车辆用电模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能为电子散热装置和车用电源供电；所述插电模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块和车辆用电模块之间相互独立。
进一步地，所述发电模块包括发动机和由发动机驱动的发电机，所述发电机产生的电能经整流器存储于电池模块。
进一步地，所述电驱模块包括第一电机，所述第一电机通过第一逆变器与电池模块电连接，所述第一电机与主卷扬传动连接。
进一步地，所述液压驱动模块包括第二电机，所述第二电机通过第二逆变器与电池模块电连接，所述第二电机与主泵传动连接。
进一步地，所述车辆用电模块包括DC模块、电子散热装置和车用电源，所述电子散热装置和车用电源分别通过所述DC模块与电池模块电连接。
进一步地，还包括控制模块，所述控制模块分别与电池模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块、车辆用电模块连接，用于整机各个模块之间的信号传输与控制；其中，电池模块向控制模块发送电池电量、电池温度信号；其中，控制模块向发电模块发送控制指令，当处于发电工况时，用于控制发电模块中的发动机转速、发电机电流大小，使发动机维持在最佳燃油工作区工作；同时，发电模块将发动机转速、发动机油耗、发电机电流大小、发电机温度信号反馈至控制模块；其中，控制模块向电驱模块发送控制指令，当处于主卷扬提升工况时，用于控制电驱模块中的第一电机的转速、电流信号，实现主卷扬提升动作；当处于主卷扬下放工况时，在负载作用下主卷扬反向拖动第一电机发电，将电能存储于电池模块，控制模块用于控制第一电机的转速、电流信号，防止主卷扬失速下落；同时，电驱模块将电驱模块运行参数反馈至控制模块；其中，控制模块向液压驱动模块发送控制指令，用于控制液压驱动模块中的第二电机的转速、电流信号，从而提供与液压系统功率需求相匹配的动力输入；同时，液压驱动模块将液压驱动模块运行参数反馈至控制模块；其中，控制模块向车辆用电模块发送控制指令，用于控制车辆上包括电子散热装置在内的电气元件的工作状态。
进一步地，所述电驱模块运行参数包括转速、电流、温度和主卷扬速度信号；液压驱动模块运行参数包括转速、电流、温度和主泵压力信号。
进一步地，第一电机、第二电机均为永磁同步电机。
进一步地，整车动力输入由电池模块、插电模块和发电模块中的任意一种或两种组合提供。
第二方面，提供一种旋挖钻机，所述旋挖钻机配置有第一方面所述的一种旋挖钻机混合动力系统。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明通过插电模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块和车辆用电模块之间相互独立安装，插电模块和发电模块分别与所述电池模块连接，用于在电池模块电量不足时，向电池模块充电；电驱模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动主卷扬或将主卷扬下放时的机械能转化为电能存储于电池模块；液压驱动模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动整机液压系统中的主泵工作，所述主泵用于驱动动力头马达和行走装置；车辆用电模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能为电子散热装置和车用电源供电；与传统的发动机驱动相比，该系统用电能取代一部分燃油，具有结构布置灵活简单，可靠性高，排放低等特点；
（2）本发明与纯电直驱相比，该系统具备发电功能，防止在电池电量不足的情况下履带无法行走而无法到达目的地；
（3）本发明与与电驱动力头相比，动力头装置采用液压马达驱动，能够实现快速的启停换向，使钻具左右旋转停顿时的冲击更有力度，更加有利于动力头甩土。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种旋挖钻机混合动力系统的系统结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，一种旋挖钻机混合动力系统，包括：电池模块；插电模块和发电模块分别与所述电池模块连接，用于在电池模块电量不足时，向电池模块充电；电驱模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动主卷扬或将主卷扬下放时的机械能转化为电能存储于电池模块；液压驱动模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动整机液压系统中的主泵工作，所述主泵用于驱动动力头马达和行走装置；车辆用电模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能为电子散热装置和车用电源供电；所述插电模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块和车辆用电模块之间相互独立。
其中，发电模块包括发动机、发电机、整流器，发动机与发电机机械连接，发电机与整流器电连接。
其中，电驱模块包括逆变器1（第一逆变器）、电机1（第一电机）、主卷扬装置，逆变器1与电机1电连接，电机1与主卷扬装置机械连接。
其中，液压驱动模块包括逆变器2（第二逆变器）、电机2（第二电机）、主泵、动力头装置、行走装置及其它工作装置，逆变器2与电机2电连接，电机2与主泵机械连接，主泵与动力头装置、行走装置、其它工作装置液压连接。
其中，车辆用电模块包括DC模块、电子散热装置、车用电源，DC模块分别与电子散热装置、车用电源电连接。
该系统的各个模块之间独立安装。
整车动力输入可以选择由电池模块、插电模块、发电模块任意一种或两种组合提供。电池电量充足时，整车由电池提供电能；电池电量不够时，可由发动机发电，或者外接电源进行充电；主卷扬下放时，主卷扬反向拖动电机1发电，将电能存储在电池模块。
整车动力输出由电机1、电机2提供，其中，电机1用于驱动主卷扬工作；电机2用于驱动整机液压系统工作，特别是驱动动力头马达工作。
所述发电机、电机1、电机2均为永磁同步电机，具有体积小、重量轻的优点。
该系统还包括：控制模块，分别与电池模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块、车辆用电模块连接，用于整机各个模块之间的信号传输与控制。
其中，电池模块向控制模块发送电池电量、电池温度等信号；
其中，控制模块向发电模块发送控制指令，当处于发电工况时，用于控制发动机转速、发电机电流大小等，使发动机维持在最佳燃油工作区工作。同时，发电模块将发动机转速、发动机油耗、发电机电流大小、发电机温度等信号反馈至控制模块。
其中，控制模块向电驱模块发送控制指令，当处于主卷扬提升工况时，用于控制电机1的转速、电流等信号，实现主卷扬提升动作；当处于主卷扬下放工况时，在负负载作用下主卷扬反向拖动电机1发电，将电能存储在电池模块，控制模块用于控制电机1的转速、电流等信号，防止主卷扬失速下落。同时，电驱模块将电机1的转速、电流、温度、主卷扬速度等信号反馈至控制模块。
其中，控制模块向液压驱动模块发送控制指令，用于控制电机2的转速、电流等信号，从而提供与液压系统功率需求相匹配的动力输入。同时，液压驱动模块将电机2的转速、电流、温度、主泵压力等信号反馈至控制模块。
其中，控制模块向车辆用电模块发送控制指令，用于控制车辆上电子散热装置等电气元件的工作状态。
与传统的发动机驱动相比，该系统用电能取代一部分燃油，整机排放低；与纯电直驱相比，该系统具备发电功能，防止在电池电量不足的情况下履带无法行走而无法到达目的地；与电驱动力头相比，动力头装置采用液压马达驱动，能够实现快速的启停换向，使钻具左右旋转停顿时的冲击更有力度，更加有利于动力头甩土；从结构布置上，电驱模块和发电模块独立布置，二者用电连接，使整机的布局方便灵活。
实施例二：
基于实施例一所述的一种旋挖钻机混合动力系统，本实施例提供一种旋挖钻机，所述旋挖钻机配置有实施例一所述的一种旋挖钻机混合动力系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，包括：
电池模块；
插电模块和发电模块分别与所述电池模块连接，用于在电池模块电量不足时，向电池模块充电；
电驱模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动主卷扬或将主卷扬下放时的机械能转化为电能存储于电池模块；
液压驱动模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能以驱动整机液压系统中的主泵工作，所述主泵用于驱动动力头马达和行走装置；
车辆用电模块与所述电池模块连接，用于从电池模块获取电能为电子散热装置和车用电源供电；
所述插电模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块和车辆用电模块之间相互独立。
2.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，所述发电模块包括发动机和由发动机驱动的发电机，所述发电机产生的电能经整流器存储于电池模块。
3.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，所述电驱模块包括第一电机，所述第一电机通过第一逆变器与电池模块电连接，所述第一电机与主卷扬传动连接。
4.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，所述液压驱动模块包括第二电机，所述第二电机通过第二逆变器与电池模块电连接，所述第二电机与主泵传动连接。
5.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，所述车辆用电模块包括DC模块、电子散热装置和车用电源，所述电子散热装置和车用电源分别通过所述DC模块与电池模块电连接。
6.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块分别与电池模块、发电模块、电驱模块、液压驱动模块、车辆用电模块连接，用于整机各个模块之间的信号传输与控制；
其中，电池模块向控制模块发送电池电量、电池温度信号；
其中，控制模块向发电模块发送控制指令，当处于发电工况时，用于控制发电模块中的发动机转速、发电机电流大小，使发动机维持在最佳燃油工作区工作；同时，发电模块将发动机转速、发动机油耗、发电机电流大小、发电机温度信号反馈至控制模块；
其中，控制模块向电驱模块发送控制指令，当处于主卷扬提升工况时，用于控制电驱模块中的第一电机的转速、电流信号，实现主卷扬提升动作；当处于主卷扬下放工况时，在负载作用下主卷扬反向拖动第一电机发电，将电能存储于电池模块，控制模块用于控制第一电机的转速、电流信号，防止主卷扬失速下落；同时，电驱模块将电驱模块运行参数反馈至控制模块；
其中，控制模块向液压驱动模块发送控制指令，用于控制液压驱动模块中的第二电机的转速、电流信号，从而提供与液压系统功率需求相匹配的动力输入；同时，液压驱动模块将液压驱动模块运行参数反馈至控制模块；
其中，控制模块向车辆用电模块发送控制指令，用于控制车辆上包括电子散热装置在内的电气元件的工作状态。
7.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，所述电驱模块运行参数包括转速、电流、温度和主卷扬速度信号；液压驱动模块运行参数包括转速、电流、温度和主泵压力信号。
8.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，第一电机、第二电机均为永磁同步电机。
9.根据权利要求6所述的一种旋挖钻机混合动力系统，其特征在于，整车动力输入由电池模块、插电模块和发电模块中的任意一种或两种组合提供。
10.一种旋挖钻机，其特征在于，所述旋挖钻机配置有权利要求1~8任一项所述的一种旋挖钻机混合动力系统。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115199254A (zh) * 2022-08-15 2022-10-18 上海中联重科桩工机械有限公司 旋挖钻机动力系统、旋挖钻机控制方法及旋挖钻机
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