CN1562723A - 混合动力电动轮胎门式吊船机 - Google Patents

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Abstract

本发明属大型轮胎起吊运载机械。混合动力电动轮胎门式吊船机,它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统,其特征是:动力系统包括发动机(11)、发电机(12)、发电机控制器(5)、电池组(1),发动机(11)与发电机(12)串联,发电机(12)输出电由导线与发电机控制器(5)相连接,发电机控制器(5)将发电机发出的交流电转换成直流电,其输出端正、负极分别与蓄电池组(1)的正、负极相连接,蓄电池组(1)的正负极分别通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接;转向系统包括驱动轮立柱(16)、转向电机(18)、转向减速器(19)、转向传动齿轮(20)、转向轴(21)、推力滚子轴承(28)。本发明具有动力性好、降低排放污染、转向灵活的特点。

Description

混合动力电动轮胎门式吊船机
技术领域
本发明属大型轮胎起吊运载机械,用于小型船舶的吊运作业。
背景技术
轮胎起吊运载设备在港口等工作场所已得到应用,如港口轮胎式起重机、轮胎式集装箱门式起重机等等。传统的轮胎门式起吊运载机械通常采用柴油发动机作为动力源,能源消耗大,排放污染严重;且转向行驶不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力、转向灵活的混合动力电动轮胎门式吊船机。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:混合动力电动轮胎门式吊船机,它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统,行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。其特征是:动力系统为混合动力系统,包括发动机11、发电机12、发电机控制器5、电池组1,发动机11与发电机12机械连接,发电机12输出电由导线与发电机控制器5相连接,发电机控制器5将发电机发出的交流电转换成直流电,其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路,一路与蓄电池组1的正、负极相连接,蓄电池组1的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接,另一路直接通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接;转向系统包括驱动轮立柱16、转向电机18、转向减速器19、转向传动齿轮20、转向轴21、推力滚子轴承28,驱动轮立柱16为4个,其上端与下支架8底部固定连接,转向电机18的输出轴与转向减速器19的输入轴相连接,转向减速器19的输出轴与转向传动齿轮20的小齿轮相联接,转向传动齿轮20的大齿轮与转向轴21固定联接,转向传动齿轮20的小齿轮与大齿轮相啮合,转向电机18固定在驱动轮立柱16上,驱动轮立柱16内为空腔,转向传动齿轮20的大齿轮部分、转向轴21的上部位于驱动轮立柱16空腔内,转向轴21的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱16的空腔内壁相接触,驱动轮立柱16的下端与转向轴21之间设有推力滚子轴承28。
驱动系统包括驱动电机17、驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24、轮轴25、驱动轮,转向轴21内为空腔,驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24位于转向轴21的空腔内,驱动电机17固定在转向轴21空腔内壁上,驱动电机17的输出轴与驱动电机减速器27的输入轴相联接,驱动电机减速器27的输出轴与联轴器22相联接,联轴器22与主减速器24的小锥齿轮相连接,主减速器24的大锥齿轮与轮轴25相连接,主减速器24的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合,轮轴25的两端分别与驱动轮(后驱动轮9或前驱动轮14)相连接。
如上所述的制动系统包括制动器23,电液推杆32与制动推杆29铰接,制动带31围着制动鼓30,制动推杆29与制动臂33的一端铰接,制动臂33的另一端分别与挂臂34和调整臂35铰接,挂臂34固定在驱动轮上,挂臂34与制动带31的一端固定连接,调整臂35的一端分别与挂臂34和制动臂33铰接,调整臂35的另一端与制动带31的另一端固定连接。
当转换控制单元切换至发电机控制器5与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18直接连接时,则可以实现单套或多套发电机组直接供电模式;当转换控制单元切换至发电机控制器5通过蓄电池组1,再与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18连接时,则可以实现发电机组和蓄电池共同供电模式,该模式下,蓄电池组1电量不足时,可以通过调节发电机控制器5,增大发电机组的发电量,(使发电机组电力输出功率大于整机工作需求功率,此时蓄电池组会自动吸收和储存多余的电力)为蓄电池组1充电;若关闭发动机11和发电机12,则可实现蓄电池组单独供电模式;蓄电池组1也可外接电源,实现外电源供电模式或是进行外电源充电。
本发明采用串联式多能源混合动力系统,内燃机带动发电机发电,发电机组可以是单套,亦可以是多套。发电机是单套供电,也可以是多套同时供电;电池组用于储存发电机发出的电能和外接电源所提供的电能,同时可以为吊船机提供动力。多能源混合动力系统可实现单套或多套发电机组供电、电机组和电池组共同供电;电池组供电;外接电源供电,即四种供电模式,其动力性好。在启动发动机的工况下,使其工作在最经济区,此区域内发动机的效率最高,能源消耗最低,排放最优,发电机组发出的多余电能则可储存在蓄电池组中;而在小功率需求工况,如空车行驶等,或是吊船机行驶范围较小的工况下,可以实现蓄电池单独供电或外接电源供电,此时发动机可停机,机械为零油耗,零排放。这样就能使吊船机在不同的工况下都能保证节能与环保。混合动力系统可以在满足动力性要求的基础上,最大限度的降低能源的消耗,具有显著的节能和环保效果。本发明的转向系统则采用了电动立轴回转式结构,可实现四轮90°偏转,以及三种转向模式;可实现多种形式的转向。
附图说明
图1为本发明能量流示意图
图2为本发明结构主视示意图
图3为本发明结构俯视示意图
图4为本发明结构右视示意图
图5为本发明驱动(转向)系统结构示意图
图6为本发明带式制动器结构简图
图7为本发明电液式制动推杆结构简图
图8为本发明行驶转向示意图
图9为本发明回转转向示意图
图10为本发明平移转向示意图
图11为控制系统方框图
图中:1-电池组、2-电动绞盘装置、3-立柱、4-上支架、5-发电机控制器、6-起吊钢缆、7-起吊滑轮组、8-下支架、9-后驱动轮、11-发动机、12-发电机、13-操作室、14-前驱动轮、15-尼龙带、16-驱动轮立柱、17-驱动电机、18-转向电机、19-转向减速器、20-转向传动齿轮、21-转向轴、22-联轴器、23-制动器、24-主减速器、25-轮轴、26-轮胎、27-驱动电机减速器、28-推力滚子轴承、29-制动推杆、30-制动鼓、31-制动带、32-电液推杆、33-制动臂、34-挂臂、35-调整臂。
具体实施方式
如图1所示,混合动力电动轮胎门式吊船机,主要由钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统、控制系统构成,行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。钢结构架是吊船机的骨架,起吊系统用于吊船机的起吊作业,混合动力系统为吊船机提供能源动力,驱动系统总成使吊船机实现自驶功能,制动系统总成实现形式制动功能,转向系统总成为吊船机实现转向功能,有三种转向模式可供选择(如图8、图9、图10所示),控制系统是吊船机的控制中心。
如图2、图3、图4所示,钢结构架为现有技术,钢结构架由立柱3、上支架4、下支架8构成,上支架4、下支架8成ㄇ形且开口相对应并由4根立柱3相焊接。为满足吊运船舶的要求,钢结构的上横梁为单边式,即钢结构上平面为ㄇ形,便于船舶的桅杆通过。
如图2、图3、图4所示,起吊系统为现有技术,起吊系统主要由4组电动绞盘装置2、起吊钢缆6、起吊滑轮组7、尼龙带15构成,电动绞盘装置2固定在下支架8上,起吊滑轮组7对应固定在上支架4两侧,电动绞盘装置2上的起吊钢缆6与起吊滑轮组7的定滑轮组相连接,起吊滑轮组为多组滑轮机构,包括定滑轮组和动滑轮组,尼龙带15的两端分别与上支架4两侧的起吊滑轮组7的动滑轮组相连接。电动绞盘装置2的电机正反转通过起吊钢缆6、起吊滑轮组7实现尼龙带15的下放与收起。
如图1、图2、图3、图4所示,动力系统为混合动力系统,主要由发动机11、发电机12、操作室13、发电机控制器5、电池组1、控制系统构成,发动机11、发电机12、操作室13、发电机控制器5、电池组1安装在下支架8空腔内,发动机11与发电机12机械连接,发电机12输出电由导线与发电机控制器5相连接,发电机控制器5将发电机发出的交流电转换成直流电,其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路,一路与蓄电池组1的正、负极相连接,蓄电池组1的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接,另一路直接通过输电线路与电动绞盘2的电机、驱动电机17、转向电机18相连接;发动机11为涡轮增压柴油发动机。发动机与电池组同为动力源,柴油发动机带动交流发电机发电,发电机组可以是单台,亦可是多台机组,蓄电池组用来储存发电机发出的电能和外接电源提供的电能,发电机和蓄电池组为驱动电机提供电力。根据各驱动电机的工作需要,多能源混合动力系统可实现单发电机组或多发电机组供电;发电机组和电池组通过转换控制单元同时供电;蓄电池组单独供电;外接电源供电四种供电模式。在启动发动机的工况下,使其工作在最经济区,此区域内发动机的效率最高,能源消耗最低,排放最优,发电机组发出的多余电能则可储存在蓄电池组中;而在小功率需求工况,如空车行驶等,或是吊船机行驶范围较小的工况下,可以实现蓄电池单独供电或外接电源供电,此时发动机可停机,机械为零油耗,零排放。这样就能使吊船机在不同的工况下都能保证节能与环保。混合动力系统可以在满足动力性要求的基础上,最大限度的降低能源的消耗,具有显著的节能和环保效果。
如图5所示,转向系统包括驱动轮立柱16、转向电机(交流变频调速电机)18、转向减速器19、转向传动齿轮20、转向轴21、推力滚子轴承28,驱动轮立柱16为4个,其上端与下支架8底部固定连接,转向电机18的输出轴与转向减速器19的输入轴相连接,转向减速器19的输出轴与转向传动齿轮20的小齿轮相联接,转向传动齿轮20的大齿轮与转向轴21相联接,转向传动齿轮20的小齿轮与大齿轮相啮合,转向电机18固定在驱动轮立柱16上,驱动轮立柱16内为空腔,转向传动齿轮20的大齿轮部分、转向轴21的上部位于空腔内,转向轴21的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱16的空腔内壁相接触,驱动轮立柱16的下端与转向轴21之间设有推力滚子轴承28。转向轴21旋转改变轮胎偏转角度实现转向,每一驱动轮均有独立的驱动及转向系统。本发明拥有的转向系统理论上可使轮胎绕中心轴线360°旋转。因此在计算机的控制下可以实现多种转向模式,图8为行驶转向,图9为回转转向,图10为平移转向。行驶转向与常规车辆转向相同,回转转向整机内侧轮以半径R作圆周运动,平移转向四轮偏转角和偏转方向均相同,实现平移转向(极限情况可实现90°平移)。
如图5所示,驱动系统包括驱动电机(交流变频调速电机)17、驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24、轮轴25、驱动轮,转向轴21内为空腔,驱动电机减速器27、联轴器22、主减速器24位于转向轴21的空腔内,驱动电机17固定在转向轴21上,驱动电机17的输出轴与驱动电机减速器27的输入轴联接,驱动电机减速器27的输出轴与联轴器22相联接,联轴器22与主减速器24的小锥齿轮相连接,主减速器24的大锥齿轮与轮轴25相连接,主减速器24的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合,轮轴25的两端分别与驱动轮(后驱动轮9或前驱动轮14)相连接。发电机组、电池组、外接电源提供的电力通过交流变频装置提供给驱动电机,驱动电机为交流变频调速电机。轮胎26规格的选用取决于吊运载荷的大小,重型载荷为双胎,小载荷则可选用单胎。
采用本发明的驱动系统动力传递简单,维护保养方便,使用安全可靠,便于控制。
如图6、图7所示,制动系统包括制动器23,电液推杆32与制动推杆29活动连接,制动带31围着制动鼓30,制动推杆29与制动臂33的一端铰接,制动臂33的另一端分别与挂臂34和调整臂35铰接,挂臂34固定在驱动轮上,挂臂34与制动带31的一端固定连接,调整臂35分别与挂臂34和制动臂33铰接,调整臂35的与制动带31的另一端固定连接。工作原理为电液推杆32通过制动推杆29使制动带31的活动端绕制动鼓30移动,制动带31张紧,制动带31与制动鼓30间隙减小,与在制动推杆29制动力的继续作用下,制动带31和制动鼓30之间产生摩擦力矩,实现制动。带式制动器结构简单,制动摩擦面大。因此制动力矩大,适合于低速高扭矩运转工况。
如图11所示,控制系统包括操作室13、发电机控制器5,为了保证功率的合理分配与各总成的最佳搭配,控制策略将实现下述目标。
(1)采集发动机转速、发电机电流、电池组电压等信号并实现实时控制;
(2)系统应能保证行驶系统与起吊系统单独运行,即行驶系统工作则起吊系统锁定,起吊系统工作则行驶系统锁定;
(3)驱动电机、转向电机、制动推杆电机均配备传感器,便于精确控制行驶系统的工作状态;
(4)起吊系统配备称重及过载报警和过载保护装置,绞盘电机配有信号反馈装置、起吊钢缆位移测量装置,保证起吊系统安全平稳运行;
(5)所有的操纵和控制面板集中在控制室中,以方便操控人员进行观察和操作。
本发明为混合动力电动轮胎门式吊船机,用于小型船舶的吊运作业。工作过程为,吊船机自行开到槽形码头上,尼龙带15降到水下并低于船底面,小型船舶(如豪华游艇等)开进槽形码头内,位于尼龙带15上方,吊船机的电动绞盘装置2开动,将小型船舶起吊至船底高于地平面,然后吊运至维修或储存场所。

Claims (3)

1.混合动力电动轮胎门式吊船机,它包括钢结构架、起吊系统、动力系统、行驶系统,行驶系统由驱动系统、制动系统、转向系统构成。其特征是:动力系统为混合动力系统,包括发动机(11)、发电机(12)、发电机控制器(5)、电池组(1),发动机(11)与发电机(12)机械连接,发电机(12)输出电由导线与发电机控制器(5)相连接,发电机控制器(5)将发电机发出的交流电转换成直流电,其输出端正、负极输出线路由转换控制单元分成二路,一路与蓄电池组(1)的正、负极相连接,蓄电池组(1)的正、负极再分别通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接,另一路直接通过输电线路与电动绞盘(2)的电机、驱动电机(17)、转向电机(18)相连接;转向系统包括驱动轮立柱(16)、转向电机(18)、转向减速器(19)、转向传动齿轮(20)、转向轴(21)、推力滚子轴承(28),驱动轮立柱(16)为4个,其上端与下支架(8)底部固定连接,转向电机(18)的输出轴与转向减速器(19)的输入轴相连接,转向减速器(19)的输出轴与转向传动齿轮(20)的小齿轮相联接,转向传动齿轮(20)的大齿轮与转向轴(21)固定联接,转向传动齿轮(20)的小齿轮与大齿轮相啮合,转向电机(18)固定在驱动轮立柱(16)上,驱动轮立柱(16)内为空腔,转向传动齿轮(20)的大齿轮部分、转向轴(21)的上部位于驱动轮立柱(16)空腔内,转向轴(21)的上部套有轴承并通过轴承与驱动轮立柱(16)的空腔内壁相接触,驱动轮立柱(16)的下端与转向轴(21)之间设有推力滚子轴承(28)。
2.根据权利要求1所述的混合动力电动轮胎门式吊船机,其特征是:驱动系统包括驱动电机(17)、驱动电机减速器(27)、联轴器(22)、主减速器(24)、轮轴(25)、驱动轮,转向轴(21)内为空腔,驱动电机减速器(27)、联轴器(22)、主减速器(24)位于转向轴(21)的空腔内,驱动电机(17)固定在转向轴(21)空腔内壁上,驱动电机(17)的输出轴与驱动电机减速器(27)的输入轴相联接,驱动电机减速器(27)的输出轴与联轴器(22)相联接,联轴器(22)与主减速器(24)的小锥齿轮相连接,主减速器(24)的大锥齿轮与轮轴(25)相连接,主减速器(24)的小锥齿轮与大锥齿轮相啮合,轮轴(25)的两端分别与驱动轮相连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力电动轮胎门式吊船机,其特征是:所述的制动系统包括制动器(23),电液推杆(32)与制动推杆(29)铰接,制动带(31)围着制动鼓(30),制动推杆(29)与制动臂(33)的一端铰接,制动臂(33)的另一端分别与挂臂(34)和调整臂(35)铰接,挂臂(34)固定在驱动轮上,挂臂(34)与制动带(31)的一端固定连接,调整臂(35)的一端分别与挂臂(34)和制动臂(33)铰接,调整臂(35)的另一端与制动带(31)的另一端固定连接。
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