CN215322516U - 一种旋挖钻机复合驱动动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种旋挖钻机复合驱动动力系统，所述动力系统包括负载、驱动负载的新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统、换挡执行器、主控制器；所述主控制器控制换挡执行器使得所述动力系统在新能源电机驱动系统单独驱动负载、液压马达驱动系统单独驱动负载、新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统耦合驱动负载这三种驱动方式中任意两个或者三个驱动方式进行转换。根据不同的工况选择驱动方式，实现优化控制，使旋挖钻机整机达到高效作业的功能效果。

Description

一种旋挖钻机复合驱动动力系统

技术领域

本实用新型属于工程机械动力系统领域，具体涉及一种旋挖钻机复合驱动动力系统。

背景技术

工程机械领域，旋挖钻机基本采用全液压控制驱动。液压油经液压泵加压流向液压控制阀组，并由液压控制阀组向马达或油缸输入具有方向、压力和流量的液压油，进而直接或间接驱动动作执行机构完成设定功能动作。该类旋挖钻机中，由泵组蓄压并经控制阀组控制各部件执行动作。旋挖钻机作业时，主泵连接主控制阀控制动力头、主卷扬、回转、行走、副卷扬的马达工作，辅泵连接辅助阀控制加压、变幅、展宽、桅杆等的油缸工作，存在多个动作共同执行的复合动作。受液压路径及液压压力波动及控制难度大等影响，液压系统复合动作稳定性差，功能多样性差。

随着工程机械新能源化的趋势愈加明显，新能源电机因其动作指令响应快，（转速、扭矩）控制精度高等技术优势，以其为直接驱动型动力的动力系统方案正逐渐被开发并应用于旋挖钻机动力系统，用于为驱动主泵泵压或直接驱动动力头、主卷扬等主零部件作业，该类驱动系统方案能够有效降低整机的动力传递路径，提升作业效率。此外，该动力系统方式使机械能以电能形式反馈回收成为可能。比如旋挖钻机钻具下放或制动工况，通过控制对应新能源电机的工作模式实现部分能量的回收，降低整机热损耗。该动力系统方案的不足是，新能源电机驱动系统在工程机械上推广应用案例较少，性能表现有待市场充分验证，在实际的工程过程中可能存在各种问题，影响旋挖钻机的工作性能。而且单一液压驱动或者新能源电机驱动的驱动方式不能满足不同工况下都达到最优驱动的需求。需要一种效率高、工况适应性强的动力系统。

实用新型内容

本实用新型提供一种旋挖钻机复合驱动动力系统。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：一种旋挖钻机复合驱动动力系统，所述动力系统包括负载、驱动负载的新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统、换挡执行器、主控制器；所述主控制器控制换挡执行器使得所述动力系统在新能源电机驱动系统单独驱动负载、液压马达驱动系统单独驱动负载、新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统耦合驱动负载这三种驱动方式中任意两个或者三个驱动方式进行转换。

所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述动力系统还包括复合动力输出齿轮，所述复合动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器使得所述复合动力输出齿轮与所述马达动力输出齿轮或者所述电机动力输出齿轮这两个中任一或者全部连接。

所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述马达动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮以及不连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮之间换挡。

所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述电机动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮以及不连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮之间换挡。

所述新能源电机驱动系统包括新能源电机、电机控制器、高压动力电池；所述新能源电机连接所述电机动力输出轴；所述电机控制器分别与所述高压动力电池以及所述新能源电机之间电连接；所述液压马达驱动系统包括液压连接的液压马达、液压控制阀、液压泵组系统；所述液压控制阀控制所述液压泵组系统与所述液压马达之间通断。

所述主控制器电连接电池管理系统、电机控制器、换挡执行器、液压控制阀；所述电池管理系统电连接所述高压动力电池。

所述负载为旋挖钻机的至少一个在作业过程中可以回收电能的作业部件。

本实用新型的有益效果是：增设平行式或复合式动力驱动路径，解决传统液压马达驱动系统动作稳定性差、功能多样性差、和作业效率低的问题，同时规避新能源电机驱动系统因在工程机械领域应用不成熟而存在作业稳定性差的风险。根据不同的工况选择驱动方式，实现优化控制，使旋挖钻机整机达到高效作业的功能效果。

附图说明

图1是复合驱动动力系统实施例一。

图2是复合驱动动力系统实施例二。

图3是复合驱动动力系统实施例三。

其中，1是电机动力输出齿轮、2是马达动力输出齿轮、3是复合动力输出齿轮、4是负载动力输入齿轮、5是动力输入轴、6是电机动力输出轴、7是马达动力输出轴。

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。

如图1-3所示，一种旋挖钻机复合驱动动力系统，所述动力系统包括负载、驱动负载的新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统、换挡执行器、主控制器；所述主控制器控制换挡执行器使得所述动力系统在新能源电机驱动系统单独驱动负载、液压马达驱动系统单独驱动负载、新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统耦合驱动负载这三种驱动方式中任意两个或者三个驱动方式进行转换。具体来说，驱动方式可以在新能源电机驱动系统单独驱动负载和液压马达驱动系统单独驱动负载之间转换；或者驱动方式在新能源电机驱动系统单独驱动负载和新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统同时驱动负载之间转换、或者驱动方式在液压马达驱动系统单独驱动负载和新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统同时驱动负载之间转换。其中液压马达驱动系统为目标驱动设备即旋挖钻机提供一套稳定可靠的传统液压驱动力，保证设备的可靠工作。新能源电机驱动系统为目标驱动设备提供一套高效、动作控制精确的新能源电机驱动动力系统，有效地扩展设备功能多样性及工况适应性。所述换挡执行器此处指具有换挡功能的零部件，现有的换挡执行器以及可以实现换挡功能的离合器、取力器能都可以。该套动力系统将传统液压马达驱动力与新能源电机驱动力设置为平行动力路径，当作业工况适用于液压马达作业时，由液压马达提供动力输出；当作业工况使用于新能源电机作业时，由新能源电机提供动力输出；当作业工况适用于两者共同参与驱动时，由两者动力进行耦合提供动力输出。主控制器控制换挡执行器实现驱动方式的改变，智能地控制液压马达驱动系统和新能源电机驱动系统的工作状态，从而根据不同的工况选择驱动方式，实现优化控制，使旋挖钻机整机达到高效作业的功能效果。

进一步，所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴6上固定设置电机动力输出齿轮1；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴7上固定设置马达动力输出齿轮2，所述负载的动力输入轴5上固定设置负载动力输入齿轮4；所述动力系统还包括复合动力输出齿轮3，所述复合动力输出齿轮3与所述负载动力输入齿轮4啮合；所述换挡执行器使得所述复合动力输出齿轮3与所述马达动力输出齿轮2或者所述电机动力输出齿轮1这两个中任一或者全部连接。（这里的负载的动力输入轴5可以直接与所述负载相连，也可以通过别的零部件传动后与所述负载相连。换挡执行器连接马达动力输出轴7和复合动力输出轴时，液压马达驱动系统单独驱动负载；换挡执行器连接电机动力输出齿轮1时，新能源电机系统单独驱动负载。换挡执行器同时连接所述电机动力输出齿轮1以及所述复合动力输出齿轮3以及所述马达动力输出齿轮2时，所述新能源电机驱动系统和所述液压马达驱动系统耦合共同驱动所述负载。

或者，所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴6上固定设置电机动力输出齿轮1；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴7上固定设置马达动力输出齿轮2，所述负载的动力输入轴5上固定设置负载动力输入齿轮4；所述马达动力输出齿轮2与所述负载动力输入齿轮4啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮1和所述马达动力输出齿轮2以及不连接所述电机动力输出齿轮1和所述马达动力输出齿轮2之间换挡。本技术方案可以实现液压马达驱动系统单独驱动负载以及液压马达驱动系统和新能源电机驱动系统耦合一同驱动所述负载。

或者，所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴6上固定设置电机动力输出齿轮1；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴7上固定设置马达动力输出齿轮2，所述负载的动力输入轴5上固定设置负载动力输入齿轮4；所述电机动力输出齿轮1与所述负载动力输入齿轮4啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮1和所述马达动力输出齿轮2以及不连接所述电机动力输出齿轮1和所述马达动力输出齿轮2之间换挡。本技术方案可以实现液新能源电机驱动系统单独驱动负载以及液压马达驱动系统和新能源电机驱动系统耦合一同驱动所述负载。

其中，所述新能源电机驱动系统包括新能源电机、电机控制器、高压动力电池；所述新能源电机连接所述电机动力输出轴6；所述电机控制器分别与所述高压动力电池以及所述新能源电机之间电连接；所述液压马达驱动系统包括液压连接的液压马达、液压控制阀、液压泵组系统；所述液压控制阀控制所述液压泵组系统与所述液压马达之间通断。

所述主控制器电连接电池管理系统、电机控制器、换挡执行器、液压控制阀；所述电池管理系统电连接所述高压动力电池。此处电连接包括电以及信号连接传输。具体电连接方式使现有技术，不再详细描述。

所述负载为旋挖钻机的至少一个在作业过程中可以回收电能的作业部件。具体来说，复合动力系统驱动的负载可以为旋挖钻机的主卷扬、动力头等，该类负载的共同特征是作业过程中存在电能回收的可能性；作业过程中需求动力变化频次及幅度较大，与新能源电机快速响应动力需求的性能特点强相关。液压马达系统的动力来源来自与主泵，主泵的驱动力可以为传统柴油机动力也可以是新能源电机驱动力或其他，该套系统不涉及设备参数信息。

本实用新型的复合驱动动力系统包括人机交互功能、设备状态参数信息采集装置、整机控制器装置、液压马达驱动系统、新能源电机驱动系统以及动力传动系统。其中整机控制器装置包括所述主控制器，为该套动力系统的核心，主要职责为接收整机各部状态参数信息并进行工况识别，结合人机交互部分传达的动作执行，智能地控制液压马达驱动系统和新能源电机驱动系统的工作状态，使整机达到高效作业的功能效果。动力传动系统功能包括所述换挡执行器以及其他机械传动部分。人机交互功能通过该项功能的设置，可将设备操作员的动作指令传递给整机控制器装置，由整车控制器装置根据指令信息进行逻辑功能判断并控制输出被动零部件的动作指令。同时，通过人机交互功能还可监控整机各零部件动作状态及整机控制器装置反馈信息状态。设备状态参数信息采集装置：该部分装置的工作为通过各类传感器及子控制器的设置，将液压系统的压力、温度信息以及各零部件的动作、状态信息反馈给整机控制器，由整机控制器进行工况识别判断。整机控制器通过该部分装置了解整机状态，并结合人机交互指令，判断当前状态下是选择液压马达动力驱动还是新能源电机动力驱动，亦或是两种动力耦合驱动。当然，也可以通过人工判断选择驱动方式，通过按钮等使所述主控制器控制所述换挡执行器换挡。液压马达驱动系统以及新能源电机驱动系统前面以及详细说明，不再描述。

本实用新型复合动力系统方案均通过控制所述换挡执行器装置与所述液压马达动力输出端和所述新能源电机动力输出端的机械连接状态，调整动力系统输出动力的耦合形式。整机控制器装置即所述主控制器具备工况识别功能，通过所述换挡执行器智能地控制所述液压马达驱动系统及所述新能源电机驱动系统动力输出。另外，复合动力系统方案具备纯新能源电机驱动系统输出作业模式，可最大化地发挥新能源电机动作指令响应快，转速、扭矩控制精度高等技术优势，有效解决液压驱动系统复合动作稳定性差、功能多样性差、和作业效率低的问题。同时，该复合动力系统方案可实现部分作业工况的能量回收。复合动力系统具备纯液压马达驱动动力输出作业模式，在搭载该套复合动力系统的工程机械上，可选择性地使用新能源电机执行相关动作，保证新能源电机系统作业的可靠性，为工程机械动力系统纯新能源电机驱动化提供良好的过渡方案。复合动力系统方案具备两套动力系统动力耦合的功能，通过两套动力系统的优势互补对原工程机械设备作业能力进行有效扩“容”，增强动力系统及设备的工况适应性。双源动力可实现动力耦合输出，较单动力源模式，更有利于实现液压马达和新能源电机的小型化设计，更有利于零部件选型。新能源电机驱动系统综合效率较液压马达驱动系统高，可选择性地将某些作业部件的驱动动力调整为新能源电机驱动，提升整机综合效率，进一步降低能耗。

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发明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 (7)

1.一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述动力系统包括负载、驱动负载的新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统、换挡执行器、主控制器；所述主控制器控制换挡执行器使得所述动力系统在新能源电机驱动系统单独驱动负载、液压马达驱动系统单独驱动负载、新能源电机驱动系统以及液压马达驱动系统耦合驱动负载这三种驱动方式中任意两个或者三个驱动方式进行转换。

2.根据权利要求1所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述动力系统还包括复合动力输出齿轮，所述复合动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器使得所述复合动力输出齿轮与所述马达动力输出齿轮或者所述电机动力输出齿轮这两个中任一或者全部连接。

3.根据权利要求1所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述马达动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮以及不连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮之间换挡。

4.根据权利要求1所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述新能源电机驱动系统的电机动力输出轴上固定设置电机动力输出齿轮；所述液压马达驱动系统的马达动力输出轴上固定设置马达动力输出齿轮，所述负载的动力输入轴上固定设置负载动力输入齿轮；所述电机动力输出齿轮与所述负载动力输入齿轮啮合；所述换挡执行器在连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮以及不连接所述电机动力输出齿轮和所述马达动力输出齿轮之间换挡。

5.根据权利要求2-4任一所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述新能源电机驱动系统包括新能源电机、电机控制器、高压动力电池；所述新能源电机连接所述电机动力输出轴；所述电机控制器分别与所述高压动力电池以及所述新能源电机之间电连接；所述液压马达驱动系统包括液压连接的液压马达、液压控制阀、液压泵组系统；所述液压控制阀控制所述液压泵组系统与所述液压马达之间通断。

6.根据权利要求5所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述主控制器电连接电池管理系统、电机控制器、换挡执行器、液压控制阀；所述电池管理系统电连接所述高压动力电池。

7.根据权利要求1-4任一所述一种旋挖钻机复合驱动动力系统，其特征在于：所述负载为旋挖钻机的至少一个在作业过程中可以回收电能的作业部件。

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