CN118137643A - 一种非道路施工设备及其控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非道路施工设备及其控制系统，属于隧道、矿山施工技术领域，本发明通过上装控制器、整流器、电源互锁装置和动力电池，构成一种非道路施工设备控制系统，当正常上装作业时，使用整流器输出的直流电为上装控制器供电，当应急上装作业时，使用动力电池给上装控制器供电，使上装系统在出现供电故障的情况时能够依靠动力电池供电继续维持正常工作，保证了上装系统的安全，同时通过电源互锁装置确保交流电源和动力电池系统不能同时给上装控制器供电，保证供电的安全性。

Description

一种非道路施工设备及其控制系统

技术领域

本发明涉及隧道、矿山施工技术领域，具体涉及一种非道路施工设备及其控制系统。

背景技术

目前在隧道和矿山施工领域使用的非道路工程设备，需具备行走和上装作业两种功能。现有设备使用柴油内燃机及其传动系统满足行走功能，配备上装作业电机接通380V工业电可满足上装作业功能。内燃机机械存在噪音大、尾气排放造成隧道和矿山巷道空气污染严重、加剧作业人员的身体危害及生态环境的影响。另外，内燃机设备的内燃机只能满足行走功能，不能支持上装作业，在突然停电时，容易造成上装作业装置损坏、堵管和钎杆卡滞等问题。

近年来随着国家新能源行业的发展，出现了隧道和矿山领域的新能源设备机械的研究。如申请公布号为CN109606129A的中国发明专利申请公开了一种新能源湿喷台车控制系统、新能源湿喷台车，其包括动力子系统，动力子系统根据控制电路切换的工作模式向湿喷台车的行驶机构或作业机构提供相应动力，该动力子系统包括电池组，同时具备充电器能够为电池组充电。其作业机构的动力来源仅有电池组，若电池组突然出现故障致其无法输出电流将导致湿喷台车无法实施上装作业，同样容易造成作业机构损坏、堵管和钎杆卡滞等问题，对上装系统造成损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非道路施工设备及其控制系统，用以解决现有技术中的上装系统采用单一供电方式在突然断电时造成的上装损坏、堵管以及钎杆卡滞的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种非道路施工设备控制系统，包括上装控制器，还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，电源互锁装置用于在正常上装作业且动力电池无充电需求时使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急上装作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。

进一步地，控制系统还包括充电装置，交流输入接口通过电源互锁装置连接充电装置的输入端，充电装置的输出端连接动力电池的输入端，电源互锁装置还用于在正常上装作业且动力电池有充电需求，或者不上装作业且动力电池有充电需求时，使交流输入接口和充电装置之间处于连通状态以实现通过交流输入接口给动力电池供电。

进一步地，还包括快充装置，快充装置连接动力电池，以在动力电池电量不足时对动力电池进行快充。

进一步地，动力电池还供电连接控制系统中的底盘控制器。

进一步地，电源互锁装置包括三个开关，分别为第一开关、第二开关和第三开关，第一开关串设在整流器的直流端和上装控制器之间，第二开关串设在动力电池的输出端和上装控制器之间，第三开关串设在交流输入接口和充电装置之间；而且，在正常上装作业且动力电池无充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关断开；在正常上装作业且动力电池有充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关闭合；不上装作业且动力电池有充电需求时，第一开关断开，第二开关断开，第三开关闭合；在应急上装作业时，第一开关断开，第二开关闭合，第三开关断开。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种非道路施工设备，包括非道路施工设备控制系统，控制系统包括上装控制器，控制系统还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，电源互锁装置用于在正常上装作业且动力电池无充电需求时使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急上装作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。

进一步地，控制系统还包括充电装置，交流输入接口通过电源互锁装置连接充电装置的输入端，充电装置的输出端连接动力电池的输入端，电源互锁装置还用于在正常上装作业且动力电池有充电需求，或者不上装作业且动力电池有充电需求时使交流输入接口和充电装置之间处于连通状态以实现通过交流输入接口给动力电池供电。

进一步地，控制系统还包括快充装置，快充装置连接动力电池，以在动力电池电量不足时对动力电池进行快充。

进一步地，动力电池还供电连接控制系统中的底盘控制器。

进一步地，电源互锁装置包括三个开关，分别为第一开关、第二开关和第三开关，第一开关串设在整流器的直流端和上装控制器之间，第二开关串设在动力电池的输出端和上装控制器之间，第三开关串设在交流输入接口和充电装置之间；而且，在正常上装作业且动力电池无充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关断开；在正常上装作业且动力电池有充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关闭合；不上装作业且动力电池有充电需求时，第一开关断开，第二开关断开，第三开关闭合；在应急上装作业时，第一开关断开，第二开关闭合，第三开关断开。

上述技术方案的有益效果为：本发明中设置了两个动力来源，分别为交流电源和动力电池。在电路无故障正常工作时，使用整流器输出的直流电为上装控制器供电，当应急上装作业时使动力电池给上装控制器供电，使上装系统在供电故障时，能够依靠动力电池继续维持正常工作，保证了上装装置的安全，同时通过电源互锁装置确保交流电源和动力电池系统不能同时给上装控制器供电，保证供电的安全性。

附图说明

图1是本发明的非道路施工设备实施例的架构原理图；

图2是本发明的非道路施工设备实施例的充电补能流程示意图；

图3是本发明的非道路施工设备实施例的上装系统架构图。

具体实施方式

本发明的重点在于提供了一种非道路施工设备控制系统，包括上装控制器，还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，电源互锁装置用于在正常上装作业时且动力电池无充电需求使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急上装作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。电路无故障正常工作时，使用整流器输出的直流电为上装控制器供电，应急上装作业时使动力电池给上装控制器供电，使上装系统在供电故障时，能够依靠动力电池继续维持正常工作，保证了上装装置的安全，同时通过电源互锁装置确保交流电源和动力电池系统不能同时给上装控制器供电，保证供电的安全性。同时，基于该控制系统还提供了一种非道路施工设备。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

非道路施工设备实施例：

非道路施工设备具体可为湿喷台车、凿岩台车等设备，本实施例中以湿喷台车为例来说明整个方案。湿喷台车包括上装系统和底盘系统。

上装系统包括上装多合一控制器(可简称为上装控制器)、主泵电机、振动泵电机、速凝剂泵电机、电控柜和24V蓄电池；上装多合一控制器与主泵电机、振动泵电机、速凝剂泵电机、电控柜和24V蓄电池连接。上装多合一控制器，可实现不同需求的DC/DC、DCAC转化及输出；主泵电机用于驱动作业泵完成混凝土泵送、臂架摆动作业、摆缸摆动、混凝土搅拌等；振动泵电机驱动振动泵作业；速凝剂电机驱动速凝剂泵的泵送；泵站散热、设备照明等；24V蓄电池提供照明用电，冷却系统的风扇电机、水循环泵电机用电；具体如图3所示。

底盘系统包括底盘多合一控制器(可简称为底盘控制器)，底盘多合一控制器，实现不同需求的DC/DC、DC/AC转化及输出；底盘多合一控制器与驱动电机和24V蓄电池连接，通过底盘多合一控制器为驱动电机提供电力，驱动电机与平行轴式减速器集成；具备前后传动轴及前后传动桥；驱动电机把扭矩通过平行轴式减速器传递到前后传动轴和前桥后桥上，实现纯电动四驱功能。底盘多合一控制器也为24V蓄电池提供电力。

上装多合一控制器和底盘多合一控制器都能实现24VDC/DC功能，在上装作业或底盘驱动时通过整车控制器控制，保证24V蓄电池在任何时候能得到供电。

上装系统中的上装多合一控制器和底盘系统中的底盘多合一控制器，以及供电设备构成非道路施工设备控制系统，如图1所示，具体的供电设备包括50Hz输入线缆、车载线缆卷盘、整流器、直流快充接口、电源互锁装置和动力电池系统(即为动力电池)。整流器，实现380V电流转化为400-750V的直流电压；电源互锁装置检测继电器端电压，确定一路在供电时就不会闭合另外一路继电器。在有380V交流电的场景，使用50Hz输入线缆将380V交流电输入车载线缆卷盘；整流器的交流端连接车载线缆卷盘，用于将车载线缆卷盘输入的380V交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池系统的输出端均通过电源互锁装置连接上装多合一控制器，电源互锁装置用于在正常上装作业时使整流器的直流端和上装多合一控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装多合一控制器供电，以及在应急作业时使动力电池系统的输出端和上装多合一控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池系统给上装多合一控制器供电，可临时进行应急上装作业功能，避免上装损伤和堵管及钎杆卡滞等问题。其中，电源互锁装置包括三个开关，分别为第一开关S1、第二开关S2和第三开关S3，第一开关S1串设在整流器的直流端和上装控制器之间，第二开关S2串设在动力电池的输出端和上装控制器之间，第三开关S3串设在交流输入接口和充电装置之间；而且，在正常上装作业且动力电池无充电需求时第一开关S1闭合，第二开关S2断开，第三开关S3断开；在正常上装作业且动力电池有充电需求时第一开关S1闭合，第二开关S2断开，第三开关S3闭合；不上装作业且动力电池有充电需求时，第一开关S1断开，第二开关S2断开，第三开关S3闭合；在应急上装作业时，第一开关S1断开，第二开关S2闭合，第三开关S3断开。电源互锁装置实现多模式之间的切换，切换形式包括自动切换和手动切换，控制系统检测作业工况自动切换，作业人员也可根据需求手动切换。

控制系统还包括40kW的OBC车载充电机(即为充电装置)，40kW的OBC车载充电机，把380V交流电转成成直流电给动力电池系统充电；动力电池系统还具有直流快充接口，实现与国标快充充电桩的通讯和连接；380V交流电与车载线缆卷盘连接通过电源互锁装置连接40kW的OBC车载充电机的输入端，40kW的OBC车载充电机的输出端连接动力电池的输入端，电源互锁装置还用于在正常上装作业或不上装作业时使380V交流电和40kW的OBC车载充电机之间处于连通状态以实现给动力电池供电。还包括国标快充充电桩和国标快充充电插座(即为快充装置)，国标快充充电桩通过国标快充充电插座连接动力电池直流快充接口，以在动力电池电量不足时对动力电池进行充电，短时间满足动力电池系统补能需求，实现直流快充功能。动力电池还供电连接底盘多合一控制器。具体为图1所示。

其中的动力电池系统具有三种充电模式：

1)不上装作业时，使交流输入接口通过电源互锁装置和40kWOBC车载充电机之间处于连通状态以实现交流输入接口给动力电池供电。

2)正常上装作业时，使交流输入接口通过电源互锁装置与40kWOBC车载充电机和上装多合一控制器之间都处于连通状态以实现交流输入接口同时给动力电池系统和上装多合一控制器供电。

3)快充充电桩场景充电，通过直流快充接口，实现与国标快充充电桩的通讯和连接，实现动力电池系统直流快充功能。具体如图2所示。

可根据检测设备自身作业状态，电池容量等手动或自动选择充电模式。

充电模式可以进行其他作业场景设备的拓展，从而可以在拱架安装台车、锚杆安装台车、凿岩车等各类工程机械设备上实现，实现设备的多场景充电补能。

本发明实现了纯电动四驱行驶功能，不使用柴油发电机，实现了低噪音实现行走和上装作业的零排放。纯电动行驶时，通过互锁装置确保上装不带有高压电，提高了安全性。正常上装作业时，可通过整流器通和互锁装置自动切换确保底盘高压器件不带高压电，确保安全性。在正常上装作业时可根据电池的电量，手动或自动选择是否给电池充电，解决了隧道内或矿井下没有快充桩的问题，提高了充电的便利性。在隧道外或矿井外，具备直流快充桩的场景下，可实现直流快充对动力电池系统充电，提升了不同场景下充电便利性。充电模式多样化，充电场景适应性强，安全性提高。通过三种充电模式，解决了现有技术中新能源湿喷台车充电模式单一影响续航，安全性低的问题。提供了应急作业模式，使上装作业时如遇到突发停电情况，可以通过动力电池系统把电力输送到上装多合一控制器，可临时进行应急上装作业。避免外接电源突然断电时造成上装作业装置损坏、系统堵管、钎具卡滞的问题。

非道路施工设备控制系统实施例：

一种非道路施工设备控制系统，包括上装控制器，还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，电源互锁装置用于在正常上装作业时使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。

非道路施工设备控制系统的具体内容已在非道路施工设备实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非道路施工设备控制系统，包括上装控制器，其特征在于，还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，所述电源互锁装置用于在正常上装作业且动力电池无充电需求时使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急上装作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。

2.根据权利要求1所述的非道路施工设备控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括充电装置，交流输入接口通过电源互锁装置连接充电装置的输入端，充电装置的输出端连接动力电池的输入端，所述电源互锁装置还用于在正常上装作业且动力电池有充电需求，或者不上装作业且动力电池有充电需求时，使交流输入接口和充电装置之间处于连通状态以实现通过交流输入接口给动力电池供电。

3.根据权利要求1所述的非道路施工设备控制系统，其特征在于，还包括快充装置，快充装置连接动力电池，以在动力电池电量不足时对动力电池进行快充。

4.根据权利要求1所述的非道路施工设备控制系统，其特征在于，动力电池还供电连接控制系统中的底盘控制器。

5.根据权利要求2所述的非道路施工设备控制系统，其特征在于，所述电源互锁装置包括三个开关，分别为第一开关、第二开关和第三开关，第一开关串设在整流器的直流端和上装控制器之间，第二开关串设在动力电池的输出端和上装控制器之间，第三开关串设在交流输入接口和充电装置之间；而且，在正常上装作业且动力电池无充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关断开；在正常上装作业且动力电池有充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关闭合；不上装作业且动力电池有充电需求时，第一开关断开，第二开关断开，第三开关闭合；在应急上装作业时，第一开关断开，第二开关闭合，第三开关断开。

6.一种非道路施工设备，包括非道路施工设备控制系统，所述控制系统包括上装控制器，其特征在于，所述控制系统还包括整流器、电源互锁装置和动力电池；整流器的交流端连接交流输入接口，用于将交流输入接口输入的交流电转换为直流电输出；整流器的直流端和动力电池的输出端均通过电源互锁装置连接上装控制器，所述电源互锁装置用于在正常上装作业且动力电池无充电需求时使整流器的直流端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由整流器给上装控制器供电，以及在应急上装作业时使动力电池的输出端和上装控制器之间处于连通状态以实现仅由动力电池给上装控制器供电。

7.根据权利要求6所述的非道路施工设备，其特征在于，所述控制系统还包括充电装置，交流输入接口通过电源互锁装置连接充电装置的输入端，充电装置的输出端连接动力电池的输入端，所述电源互锁装置还用于在正常上装作业且动力电池有充电需求，或者不上装作业且动力电池有充电需求时使交流输入接口和充电装置之间处于连通状态以实现通过交流输入接口给动力电池供电。

8.根据权利要求6所述的非道路施工设备，其特征在于，所述控制系统还包括快充装置，快充装置连接动力电池，以在动力电池电量不足时对动力电池进行快充。

9.根据权利要求6所述的非道路施工设备，其特征在于，所述动力电池还供电连接控制系统中的底盘控制器。

10.根据权利要求7所述的非道路施工设备，其特征在于，所述电源互锁装置包括三个开关，分别为第一开关、第二开关和第三开关，第一开关串设在整流器的直流端和上装控制器之间，第二开关串设在动力电池的输出端和上装控制器之间，第三开关串设在交流输入接口和充电装置之间；而且，在正常上装作业且动力电池无充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关断开；在正常上装作业且动力电池有充电需求时第一开关闭合，第二开关断开，第三开关闭合；不上装作业且动力电池有充电需求时，第一开关断开，第二开关断开，第三开关闭合；在应急上装作业时，第一开关断开，第二开关闭合，第三开关断开。