CN211416981U - 一种用于消防车的电动轮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于消防车的电动轮装置，包括：消防车电动轮总成，包括柴油发动机，牵引电机以及减速机构，柴油发动机用于驱动牵引电机，牵引电机与柴油发动机组成柴油‑‑‑发电机组，将柴油机提供的机械能以电能的形式传递给电动轮电机；驱动系统控制器，采用微电脑和集成电路，由励磁系统、逻辑控制系统、动力接触器、可控硅励磁器及车辆的保护和监测系统组成，驱动系统控制器输入端与驾驶室连接；主发电机，与柴油发动机和主整流器双向连接；主整流器，与主发电机和所述逆变器双向连接；逆变器，与驱动系统控制器双向连接，同时与牵引电机双向连接；以及车轮，电机输出轴通过减速机构与车轮连接。

Description

一种用于消防车的电动轮装置

技术领域

本实用新型涉及电动驱动与制动技术领域，具体涉及一种用于消防车的电动轮装置。

背景技术

传统消防车结构复杂，需要机械驱动，目前国内还没有电驱动消防车，自1963年美国GE公司研制出世界上第一台85t矿用电动轮自卸车到20世纪70年代后期,大型电动轮自卸车的技术日趋成熟,其吨位已从第一台车的85t提高到现在的317t,占据了近2/3的自卸车市场。国内十几家使用电动轮自卸车单位主要分布在冶金、煤炭等行业与大型水利工程,载质量主要为108t、154t两种。其中,154t电动轮自卸车国产化率已达81％,但该型车的电传动控制系统及故障诊断装置(PTU)等关键技术(部件)一直依赖进口美国GE公司的STATEXⅢ单片机控制系统。

该系统插件板多且存在故障率高、检修麻烦、备件昂贵、订购周期长等缺点,严重影响自卸车的作业率。早期的电传动系统励磁调节采用开环控制,从20世纪70年代开始采用闭环PI控制,闭环励磁控制在一定程度上提高了恒功调节的精度。PI控制策略虽然易于工程实现,但由于其固有的动静态指标难以两全的缺点,以及控制对象在弱磁调功、调速过程中发动机转速变化引起的发电机输出电压频率的时变,再加之恶劣工况引起的负载扰动具有较大的时变不确定性,因此,必须采用一种具有较好的鲁棒稳定性和抗干扰性能的新型控制器,以抑制励磁控制系统中的较大参数不确定性与时变的扰动适应矿山深部开采对自卸车重载爬坡能力和可靠制动性能的更高要求。机械传动与电传动两者传动结构比较，能量的传输存在显著的不同，机械传动方式下能量传输为：发动机-->变矩器-->变速器-->传动轴-->桥-->半轴-->轮胎，电传动方式下能量传输为：发动机-->发电机-->控制/输电线路-->牵引电动机-->轮胎。

现有技术中虽然国内一直有现场工程师与科研院所人员对自卸车的电控系统进行改造,但都是出于汽车维护与系统升级的需要,未能用于自卸车的生产装备。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种用于消防车的电动轮装置，既没有复杂的机械变速机构和笨重的传动轴，也不需要后轴的伞齿轮、半轴和差速器，只要有电缆的软连接即可，使消防车结构大大简化，一套电传动系统代替了在机械传动卡车中的许多零部件，电气元件包含了更少的机械磨损件，中间环节少，传动链短、传动效率高、结构简单，提高了传动效率和工作的可靠性，电传动系统还可以改善柴油机的工作状况，使其功率能与牵引发电机相匹配而得到充分的利用，从而提高了车辆的牵引性能。并可无级变速、无摩擦电制动和自动电动差速等。

本实用新型的目的在于提供一种用于消防车的电动轮装置，包括：

消防车电动轮总成，包括柴油发动机，牵引电机以及减速机构，所述柴油发动机用于驱动所述牵引电机，所述牵引电机与柴油发动机组成柴油-发电机组，将柴油发动机提供的机械能以电能的形式传递给所述消防车电动轮总成的所述牵引电机；

驱动系统控制器，是电传动系统的核心，采用微电脑和集成电路，由励磁系统、逻辑控制系统、动力接触器、可控硅励磁器及车辆的保护和监测系统组成，所述驱动系统控制器输入端与驾驶室连接；

主发电机，与所述柴油发动机和主整流器双向连接；

主整流器，与所述主发电机和所述逆变器双向连接；

逆变器，与所述驱动系统控制器双向连接，同时与所述牵引电机双向连接；以及

车轮，电机输出轴通过所述减速机构与所述车轮连接。

优选地，所述消防车电动轮总成具有两套，分别采用一组螺栓固定于后轴箱两侧。

优选地，所述牵引电机为带行星轮边减速器的高速内转子型。

优选地，所述减速机构为行星减速机构，设置在所述牵引电机以及所述车轮之间，用于减速和增矩的作用。

优选地，所述励磁系统采用闭环自动调节系统，对发电机和牵引电动机在各种工况下的励磁进行最佳控制和调节。

优选地，所述逻辑控制系统采用有触点或无触点。

优选地，还包括辅助发电机，作为励磁和向蓄电池充电的电源。

优选地，所述用于消防车的电动轮装置使用架线辅助供电的双动力模式。

优选地，所述驱动系统控制器模拟量隔离和缓冲模块、数字量光电隔离模块、电流通道调理电路、电压通道调理电路、保护控制逻辑电路、隔离电源、DSP芯片，其中所述模拟量隔离和缓冲模块与15V隔离电源、电流互感器以及电压互感器连接，并接收启动转矩给定、制动力矩给定以及恒速下坡力矩给定三种信号；所述数字量光电隔离模块与无码盘的转速传感器连接，并接收牵引、制动、向前、向后、恒速下坡制动、紧急制动、测试置定开关、停机以及倒车这些开关量信号；所述电流通道调理电路连接保护控制逻辑电路；所述电压通道调理电路连接同一个保护控制逻辑电路，所述DSP芯片上包括AD通道、PWM输出，I/O输入接口以及I/O输出接口，所述PWM输出串连光电隔离模块、驱动模块以及IGBT模块，所述I/O输出接口串连光电隔离模块、继电保护模块以及断开主回路模块，其中I/O输出接口的信息用于进行牵引指示、制动指示、向前指示、向后指示、恒速下坡制动指示以及紧急指示，所述DSP芯片还具有通讯接口和调试接口，所述通讯接口使用RS232以及CAN协议，所述DSP芯片外围设置存储电路和时钟电路。

优选地，所述I/O输入接口与键盘接口以及显示接口连接，所述键盘接口与矩阵键盘连接，所述显示接口与显示器连接。

用于消防车的电动轮装置的组装方式包括：

发动机组装→发电机组装→控制/输电线路调试→牵引电动机组装→轮胎组装→完成。

电传动器的工作原理为：

利用车载大功率柴油发动机带动牵引发电机发电，将机械能转变成电能，电流经过整流和励磁控制，供给轮内或轮边牵引电机，它又将电能转变成机械能，再通过行星轮减速机构将动力传递给主动车轮(通常为后轮)实现动力传递；消防车辆的前进和后退通过改变电动轮电机的磁场电流方向来实现；消防车辆在运行过程中，可以进行动力辅助制动，即无摩擦的缓行制动方式：此时，电动轮电机被调整为发电机运行状态，将车辆运行的惯性能转变成电能，通过动力制动电阻栅，以热能的形式耗散在大气中。这时，电动轮电机产生的电动力矩阻碍车辆运行，从而起到减速制动的作用。

本实用新型的有益效果：

调速性能好，响应速度快、启动力矩大、从零转速至额定转速可提供额定转矩，可以提供显著的牵引能力优势；还可以进行打滑和空转的控制，以降低轮胎的磨损，还具有无级变速的特性，可使消防车辆运行平稳；具有恒动控制，功率可充分利用；动力制动行驶安全等。电传动车辆能方便是测定转速和扭矩，所以能保持发动机经常保持在最佳工况。还可以使用架线辅助供电的双动力模式。由此可见，与机械传动相比，电传动系统提供更低的运行成本，更高的可靠性，更少的维护和更强的性能。大马力的电传动消防车的动力传递系统，主要部件包括：大功率柴油机、牵引发电机、微电脑控制柜和电动轮总成(其中牵引电机同时兼具牵引和动态电制动功能)等。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本实用新型的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本实用新型实施例的装置结构及控制流程图。

附图2为根据本实用新型实施例的主控板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。

参见图1，本实施例用于消防车的电动轮装置，包括：

消防车电动轮总成，包括柴油发动机，牵引电机以及减速机构，柴油发动机用于驱动所述牵引电机，其功率目前已突破了4000马力，牵引电机是电传动系统的主要环节，牵引电机与柴油发动机组成柴油-发电机组，将柴油发动机提供的机械能以电能的形式传递给所述消防车电动轮总成的所述牵引电机；

驱动系统控制器，是电传动系统的核心，采用微电脑和集成电路，由励磁系统、逻辑控制系统、动力接触器、可控硅励磁器及车辆的保护和监测系统组成，包括控制策略和硬件两个部分，所述驱动系统控制器输入端与驾驶室连接；

主发电机，与柴油发动机和主整流器双向连接；

主整流器，与主发电机和逆变器双向连接；

逆变器，与驱动系统控制器双向连接，同时与牵引电机双向连接；以及

车轮，电机输出轴通过减速机构与车轮连接，使系统具有较大的调速范围和输出转矩，充分发挥牵引电机的调速特性。

消防车电动轮总成具有两套，分别采用一组螺栓固定于后轴箱两侧。

本实施例中，牵引电机为带行星轮边减速器的高速内转子型，当然本领域技术人员也可以根据需要选择合适类型的牵引电机。

本实施例中，减速机构为行星减速机构，设置在所述牵引电机以及所述车轮之间，起到减速和增矩的作用。当然本领域技术人员也可以根据需要选择合适类型的减速机构。

励磁系统采用闭环自动调节系统，对发电机和牵引电动机在各种工况下的励磁进行最佳控制和调节。

逻辑控制系统分为有触点和无触点两种，新型电动轮自卸汽车广泛采用无触点逻辑控制。

电动轮自卸汽车具有较完善的保护和监测系统。还包括辅助发电机，作为励磁和向蓄电池充电的电源。本实施例中提供了用于消防车的电动轮装置使用架线辅助供电的双动力模式。

参见图2，驱动系统控制器模拟量隔离和缓冲模块、数字量光电隔离模块、电流通道调理电路、电压通道调理电路、保护控制逻辑电路、隔离电源、DSP芯片，其中模拟量隔离和缓冲模块与15V隔离电源、电流互感器以及电压互感器连接，并接收启动转矩给定、制动力矩给定以及恒速下坡力矩给定三种信号；数字量光电隔离模块与无码盘的转速传感器连接，并接收牵引、制动、向前、向后、恒速下坡制动、紧急制动、测试置定开关、停机以及倒车这些开关量信号；所述电流通道调理电路连接保护控制逻辑电路；电压通道调理电路连接同一个保护控制逻辑电路，DSP芯片上包括AD通道、PWM输出，I/O输入接口以及I/O输出接口，PWM输出串连光电隔离模块、驱动模块以及IGBT模块，I/O输出接口串连光电隔离模块、继电保护模块以及断开主回路模块，其中I/O输出接口的信息用于进行牵引指示、制动指示、向前指示、向后指示、恒速下坡制动指示以及紧急指示，DSP芯片还具有通讯接口和调试接口，通讯接口使用RS232以及CAN协议，DSP芯片外围设置存储电路和时钟电路。

其中，I/O输入接口与键盘接口以及显示接口连接，所述键盘接口与矩阵键盘连接，所述显示接口与显示器连接。

用于消防车的电动轮装置的组装方式包括：

发动机组装→发电机组装→控制/输电线路调试→牵引电动机组装→轮胎组装→完成。

电传动器的工作原理为：

利用车载大功率柴油发动机带动牵引发电机发电，将机械能转变成电能，电流经过整流和励磁控制，供给轮内或轮边牵引电机，它又将电能转变成机械能，再通过行星轮减速机构将动力传递给主动车轮(通常为后轮)实现动力传递；消防车辆的前进和后退通过改变电动轮电机的磁场电流方向来实现；消防车辆在运行过程中，可以进行动力辅助制动，即无摩擦的缓行制动方式：此时，电动轮电机被调整为发电机运行状态，将车辆运行的惯性能转变成电能，通过动力制动电阻栅，以热能的形式耗散在大气中。这时，电动轮电机产生的电动力矩阻碍车辆运行，从而起到减速制动的作用。

本实施例的电动轮装置主要运用于执行火灾应对任务，有时也会用于其他紧急抢救用途。消防车可以运送消防员抵达灾害现场，并为其执行救灾任务提供多种工具，本实用消防车用电动轮装置改变了传统消防车机械驱动的复杂化，改造为电驱动，调速性能好，响应速度快、启动力矩大、从零转速至额定转速可提供额定转矩，可以提供显著的牵引能力优势；还可以进行打滑和空转的控制，以降低轮胎的磨损，还具有无级变速的特性，可使消防车辆运行平稳；具有恒动控制，功率可充分利用；动力制动行驶安全等。电传动车辆能方便是测定转速和扭矩，所以能保持发动机经常保持在最佳工况。还可以使用架线辅助供电的双动力模式。由此可见，与机械传动相比，电传动系统提供更低的运行成本，更高的可靠性，更少的维护和更强的性能。大马力的电传动消防车的动力传递系统，主要部件包括：大功率柴油机、牵引发电机、微电脑控制柜和电动轮总成(其中牵引电机同时兼具牵引和动态电制动功能)等。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于包括：

消防车电动轮总成，包括柴油发动机，牵引电机以及减速机构，所述柴油发动机用于驱动所述牵引电机，所述牵引电机与柴油发动机组成柴油-发电机组，将柴油发动机提供的机械能以电能的形式传递给所述消防车电动轮总成的所述牵引电机；

驱动系统控制器，采用微电脑和集成电路，由励磁系统、逻辑控制系统、动力接触器、可控硅励磁器及车辆的保护和监测系统组成，所述驱动系统控制器输入端与驾驶室连接；

主发电机，与所述柴油发动机和主整流器双向连接；

主整流器，与所述主发电机和逆变器双向连接；

逆变器，与所述驱动系统控制器双向连接，同时与所述牵引电机双向连接；以及

车轮，电机输出轴通过所述减速机构与所述车轮连接。

2.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述消防车电动轮总成具有两套，分别采用一组螺栓固定于后轴箱两侧。

3.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述牵引电机为带行星轮边减速器的高速内转子型。

4.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述减速机构为行星减速机构，设置在所述牵引电机以及所述车轮之间。

5.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述励磁系统采用闭环自动调节系统。

6.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述逻辑控制系统采用有触点或无触点中的一种形式。

7.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：还包括辅助发电机，作为励磁和向蓄电池充电的电源。

8.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述用于消防车的电动轮装置使用架线辅助供电的双动力模式。

9.根据权利要求1所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述驱动系统控制器包括：模拟量隔离和缓冲模块、数字量光电隔离模块、电流通道调理电路、电压通道调理电路、保护控制逻辑电路、隔离电源、DSP芯片，其中所述模拟量隔离和缓冲模块与15V隔离电源、电流互感器以及电压互感器连接，并接收启动转矩给定、制动力矩给定以及恒速下坡力矩给定三种信号；所述数字量光电隔离模块与无码盘的转速传感器连接，并接收牵引、制动、向前、向后、恒速下坡制动、紧急制动、测试置定开关、停机以及倒车这些开关量信号；所述电流通道调理电路连接保护控制逻辑电路；所述电压通道调理电路连接同一个保护控制逻辑电路，所述DSP芯片包括AD通道、PWM输出，I/O输入接口以及I/O输出接口，所述PWM输出串联光电隔离模块、驱动模块以及IGBT模块，所述I/O输出接口串联光电隔离模块、继电保护模块以及断开主回路模块，所述DSP芯片还具有通讯接口和调试接口，所述通讯接口使用RS232以及CAN协议，所述DSP芯片外围设置存储电路和时钟电路。

10.根据权利要求9所述一种用于消防车的电动轮装置，其特征在于：所述I/O输入接口与键盘接口以及显示接口连接，所述键盘接口与矩阵键盘连接，所述显示接口与显示器连接。

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