CN214196166U - 一种混动版旋挖钻机动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种混动版旋挖钻机动力系统，包括泵组、驱动泵组的发动机以及泵组电机总成；所述发动机输出动力通过总动力输出轴传递到泵组；所述总动力输出轴上设置第二过渡齿轮；所述泵组电机的动力输出轴固定连接第一过渡齿轮，所述第一过渡齿轮啮合第三过渡齿轮，第二过渡齿轮啮合第四过渡齿轮；第三过渡齿轮上固定设置取力输入轴，第四过渡齿轮上的固定设置取力输出轴；所述取力输入轴和取力输出轴之间通过取力器或者离合器可通断的连接；所述动力系统还包括用于驱动旋挖钻机的主卷扬的主卷扬电机，所述主卷扬电机与泵组电机总成的动力电池组和电机控制器电连接。

Description

一种混动版旋挖钻机动力系统

技术领域

本实用新型属于新能源液压动力领域，具体涉及一种混动版旋挖钻机动力系统。

背景技术

目前主流旋挖钻机动力源为发动机，发动机动力输出轴经联轴器与主泵直接连接为液压系统蓄压。驾驶员根据实际作业条件调整换挡杆挡位调整发动机转速，发动机输出扭矩受液压泵的蓄压压力需求动态调整，实际工作点分布呈点状零星分布的特点，无法实现发动机工作点的最优控制。主流的旋挖钻机的作业部件除了主泵驱动的部件外，还有卷扬机、动力头等零部件。在旋挖钻机工作的过程中，并不是所有的执行部件都一起工作，在工作的过程中每个零部件需要的功率也是动态变化的。比如旋挖钻机在打钻作业时只有部分主零部件单独作业的工作特点。现有的发动机动力驱动方式造成发动机动作点无法实现优化控制，造成能源及施工成本浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种混动版旋挖钻机动力系统。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：一种混动版旋挖钻机动力系统，包括驱动液压系统的泵组、驱动泵组的发动机以及泵组电机总成；发动机和泵组电机总成可通断的连接泵组；所述泵组电机总成包括泵组电机、动力电池组以及电机控制器，所述电机控制器和所述动力电池组和所述泵组电机电连接，所述电机控制器控制泵组电机在负载和动力源之间转换状态；所述发动机输出动力通过总动力输出轴传递到泵组；所述总动力输出轴上设置第二过渡齿轮；所述泵组电机的动力输出轴固定连接第一过渡齿轮，所述第一过渡齿轮啮合第三过渡齿轮，第二过渡齿轮啮合第四过渡齿轮；第三过渡齿轮上固定设置取力输入轴，第四过渡齿轮上的固定设置取力输出轴；所述取力输入轴和取力输出轴之间通过取力器或者离合器可通断的连接；所述动力系统还包括用于驱动旋挖钻机的主卷扬的主卷扬电机，所述主卷扬电机与泵组电机总成的动力电池组和电机控制器电连接，所述电机控制器控制主卷扬电机在向所述主卷扬提供动力和向所述动力电池组提供电能这两种状态下转换。

还包括用于驱动旋挖钻机的动力头的动力头电机，动力头电机和所述动力电池组电连接。

所述发动机的发动机动力轴和总动力输出轴之间通过第一离合器连接。

所述总动力输出轴上位于第一离合器和第二过渡齿轮之间设置齿轮变速机构。

本实用新型的有益效果是：结合旋挖钻机打钻作业时只有部分主零部件单独作业的工作特点，提供了一种混合动力系统。针对泵组、第一动力头、第二动力头、主卷扬等主要作业部件，采用电机直驱，对于不常作业部件仍使用液压系统驱动。且液压系统及驱动液压系统的主泵电机通过第一离合器与发动机连接，从发动机取力，并根据不同的需求进行发动机和动力电池组的功率分配。同时，泵组电机输出轴和总动力输出轴之间经过齿轮机构传递动力，可以优化泵组电机输出轴的转速，使泵组电机也处于高效区。

本实用新型可以实现纯电驱动、混动驱动、能量回收三种模式，根据作业负荷特点和能量需求特点进行模式选择和能量回收，可实现最优能量模式的选择，同时通过能量回收，进一步降低系统能耗，减少发动机带来的噪声污染及排气污染。

附图说明

图1是本实用新型动力系统示意图。

其中，1是发动机、2是第一离合器、3是泵组电机、4是第一过渡齿轮、5是取力输入轴、6是取力器、7是取力输出轴、8是第二过渡齿轮、10是泵组、11是液压管路、12是控制阀组、13是发动机动力输出轴、14是总动力输出轴、15是三相高压电，16是动力电池组、17是主卷扬电机、18是电机控制器、20是第一动力头电机、21是第二动力头电机、25是第三过渡齿轮、26是第四过渡齿轮。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，不能理解为对本实用新型保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本实用新型的内容做出一些非本质的改进和调整。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，本申请使用的技术术语应当为本实用新型所述技术人员所理解的通常意义。术语“相连”“连接”“固定”“设置”等应做广义理解，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是机械连接、也可以是电连接。除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”或者“上方”或者“上面”等可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”或“下方”或“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另外一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

如图1所示，一种混动版旋挖钻机动力系统，包括驱动液压系统的泵组10、驱动泵组10的发动机1以及泵组电机总成；发动机1和泵组电机总成可通断的连接泵组10；所述泵组电机总成包括泵组电机3、动力电池组16以及电机控制器18，所述电机控制器18和所述动力电池组16和所述泵组电机3电连接，所述电机控制器18控制泵组电机3在负载和动力源之间转换状态。所述发动机1输出动力通过总动力输出轴14传递到泵组10；所述总动力输出轴14上设置第二过渡齿轮8；所述泵组电机3的动力输出轴固定连接第一过渡齿轮4，所述第一过渡齿轮4啮合第三过渡齿轮25，第二过渡齿轮8啮合第四过渡齿轮26；第三过渡齿轮25上固定设置取力输入轴5，第四过渡齿轮26上的固定设置取力输出轴7；所述取力输入轴5和取力输出轴7之间通过取力器6或者离合器可通断的连接。取力器6也可以叫做分动器，是现有零件，其功能不再详细描述。此处，取力器6包括选档器，设置在取力输入轴5上的取力输入齿轮、设置在取力输出轴7上的取力输出齿轮，选档器可以连接或者断开取力输入齿轮和取力输出齿轮从而实现取力输入轴5和取力输出轴7的连接和断开。此处离合器也可以代替取力器6实现取力输入轴5和取力输出轴7的通断。泵组电机输出轴和总动力输出轴14之间经过第一过渡齿轮4、第二过渡齿轮8、第三过渡齿轮25、第四过渡齿轮26传递动力，可以优化泵组电机输出轴的转速，使泵组电机3也处于高效区。可以根据实际需求改变第一过渡齿轮4、第二过渡齿轮8、第三过渡齿轮25、第四过渡齿轮26的直径以及齿数。动力系统中引入扭矩响应速度快，高效区覆盖面广，既可作为驱动电机又可作为发电机的泵组电机，通过动态调整泵组电机输出驱动力（负载力），控制发动机工作在最优经济或排放区，发挥混动系统“削峰填谷”的节能优势。泵组电机3通过电机控制器18控制，向动力电池组16输入电能或者通过动力电池组16驱动从而给动力系统提供动力。此部分为现有成熟技术，不再详细描述。所述动力系统还包括用于驱动旋挖钻机的主卷扬的主卷扬电机17，所述主卷扬电机17与泵组电机总成的动力电池组16和电机控制器18电连接，所述电机控制器18控制主卷扬电机17在向所述主卷扬提供动力和向所述动力电池组16提供电能这两种状态下转换。主卷扬下落的时候，主卷样电机17可以作为发电机将主卷样下放过程中的重力势能转化为电能，并经动力电池组16存储留用。主卷扬电机17在需要的情况下，取用动力电池组16的电能驱动主卷扬工作。

动力系统还包括用于驱动旋挖钻机的动力头的动力头电机，动力头电机和所述动力电池组电连接。此外，动力头可以有多个，每个动力头分别用一个动力头电机驱动。在具体的实施例中，旋挖钻机包括第一动力头和第二动力头，分别由第一动力头电机20和第二动力头电机21驱动。第一动力头电机20、第二动力头电机21分别于所述动力电池组16电连接。电连接可以是通过三相高压电15连接。传统旋挖钻机仅一个发动机1动力源，且因工作时外载无规律变化使发动机1工作点无法实现优化控制，造成能源及施工成本浪费的问题。本实用新型结合旋挖钻机打钻作业时只有部分主零部件单独作业的工作特点，提供了一种混合动力系统。针对泵组10、第一动力头、第二动力头、主卷扬等主要作业部件，采用电机直驱，对于不常作业部件仍使用液压系统驱动。且液压系统及驱动液压系统的主泵电机通过离合器与发动机1连接，从发动机1取力，并根据不同的需求进行发动机和动力电池组的功率分配。引入主卷扬电机、动力头电机等输出动力装置，由电机直接驱动旋挖钻机执行机构，增加旋挖钻机复合动作可靠性及多样性。

所述发动机1的发动机动力轴13和总动力输出轴14之间通过第一离合器2连接。断开第一离合器2，可以实现整个动力系统采用纯电能供电。

进一步的，所述总动力输出轴14上位于第一离合器2和第二过渡齿轮8之间设置齿轮变速机构。可以是常见的齿轮变速机构，比如齿轮变速箱的结构，不再详细标书。齿轮变速机构可以调整发动机输出轴的转速，使其经过变速后满足泵组的需要。从而使发动机输出轴的转速始终在使发动机处于高效区的范围。

当第一离合器2吸合且取力器6断开时，发动机1动力传输至泵组10，由泵组10对液压管路11中液压油加压，并经动力经控制阀组12控制各执行机构动作，此工作模式适用于泵组10需求功率与发动机1满负荷功率相当，且发动机1直驱时可在最佳工作点附近工作。

当第一离合器2和取力器6均为吸合状态时，第一种情况，发动机1动力和作为驱动电机使用的泵组电机3动力在第二过渡齿轮8处耦合为泵组提供驱动力，此工作模式适用于动力电池组16电量较高且泵组10需求功率较大工况。第二种情况，部分发动机1部分动力传输泵组10，另一部分动力经第二过渡齿轮8、第四过渡齿轮26、取力输出轴7、取力器6及取力输入轴5传递至第一过渡齿轮4，驱动泵组电机3发电，该工作模式适用于泵组10需求功率较小，发动机1能力过剩的工况，此时通过拖动泵组电机3发电，优化发动机1工作点。同时，经泵组电机3发的电可经电机控制器18传递给主卷扬电机17、第一动力头电机20和第二动力头电机21或直接存储在动力电池组16。

当第一离合器2断开时，各执行机构的驱动力源为动力电池组16，动力电池组16电量经电机控制器18为泵组电机3、主卷扬电机17、第一动力头电机20和第二动力头电机21供电，驱动各自连接的执行机构响应旋挖钻机动作指令。

需要说明的是，描述中使用的术语比如“中心”“横向”“纵向”“长度”“宽度”“厚度”“高度”“前”“后”“左”“右”“上”“下”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“轴向”“径向”“周向”“顺时针”“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者原件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，而不是全部的实施方式，本实用新型的保护范围并不局限于此。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。应当指出，对于本领域的及任何熟悉本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思和本实用新型的原理的精神的前提下，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，及作出的若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种混动版旋挖钻机动力系统，包括驱动液压系统的泵组、驱动泵组的发动机以及泵组电机总成；发动机和泵组电机总成可通断的连接泵组；所述泵组电机总成包括泵组电机、动力电池组以及电机控制器，所述电机控制器和所述动力电池组和所述泵组电机电连接，所述电机控制器控制泵组电机在负载和动力源之间转换状态；其特征在于：所述发动机输出动力通过总动力输出轴传递到泵组；所述总动力输出轴上设置第二过渡齿轮；所述泵组电机的动力输出轴固定连接第一过渡齿轮，所述第一过渡齿轮啮合第三过渡齿轮，第二过渡齿轮啮合第四过渡齿轮；第三过渡齿轮上固定设置取力输入轴，第四过渡齿轮上的固定设置取力输出轴；所述取力输入轴和取力输出轴之间通过取力器或者离合器可通断的连接；所述动力系统还包括用于驱动旋挖钻机的主卷扬的主卷扬电机，所述主卷扬电机与泵组电机总成的动力电池组和电机控制器电连接，所述电机控制器控制主卷扬电机在向所述主卷扬提供动力和向所述动力电池组提供电能这两种状态下转换。

2.根据权利要求1所述一种混动版旋挖钻机动力系统，其特征在于：还包括用于驱动旋挖钻机的动力头的动力头电机，动力头电机和所述动力电池组电连接。

3.根据权利要求1所述一种混动版旋挖钻机动力系统，其特征在于：所述发动机的发动机动力轴和总动力输出轴之间通过第一离合器连接。

4.根据权利要求3所述一种混动版旋挖钻机动力系统，其特征在于：所述总动力输出轴上位于第一离合器和第二过渡齿轮之间设置齿轮变速机构。

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